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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetrons für ein Gargerät, eine Mikrowellenquelle für ein Gargerät sowie ein Gargerät.
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Die in Großküchen bzw. allgemein in Profiküchen eingesetzten Gargeräte können unter anderem eine Mikrowellenquelle mit einem Magnetron aufweisen, über die einem zu garenden Gargut Energie zugeführt werden kann.
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Das Magnetron wird dabei alternativ oder zusätzlich zu anderen Energiequellen verwendet, beispielsweise einer Heizvorrichtung. Darüber hinaus kann ein im Profibereich eingesetztes Gargerät weitere Komponenten umfassen wie einen Dampferzeuger.
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Zur Steuerung der jeweiligen Komponenten des Gargeräts, insbesondere des Magnetrons, weist das Gargerät, insbesondere die Mikrowellenquelle, eine Leistungszuführeinrichtung auf, über die unter anderem die Leistungszufuhr des Magnetrons geregelt bzw. gesteuert wird.
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Hierbei ist es von Bedeutung, dass die Leistungszuführeinrichtung die Leistung, insbesondere den Strom und/oder die Spannung, so steuert bzw. regelt, dass das Magnetron stets in einem sicheren Betriebszustand betrieben wird. Des Weiteren ist es von Bedeutung, dass die Lebensdauer der einzelnen Komponenten trotz der Sicherheitsmaßnahmen hoch ist, also unnötige Auslösefälle vermieden werden, die die Lebensdauer der Komponenten beeinträchtigen würden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, das Gargerät sicher zu betreiben und die Lebensdauer des Magnetrons zu erhöhen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetrons für ein Gargerät vorgesehen, das eine Kathode aufweist, wobei die Leistungszufuhr, insbesondere die Hochspannungsversorgung, des Magnetrons in Abhängigkeit eines Sicherheitszustands gesteuert bzw. geregelt wird.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Mikrowellenquelle für ein Gargerät gelöst, mit einem Magnetron, das eine Kathode und eine Anode umfasst, und einer Leistungszuführeinrichtung, die zumindest mit dem Magnetron gekoppelt ist und die Leistungszufuhr des Magnetrons steuert bzw. regelt, insbesondere wobei die Mikrowellenquelle derart eingerichtet ist, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen.
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Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Gargerät mit einer derartigen Mikrowellenquelle gelöst.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, das Gargerät, insbesondere das Magnetron, sowie die Bediener des Gargeräts zu schützen, indem die Leistungszufuhr des Magnetrons gesteuert bzw. geregelt wird, wenn ein potenziell kritischer Zustand des Magnetrons bzw. des Gargeräts erkannt wird. Unter der Leistungszufuhr des Magnetrons sind insbesondere sämtliche Spannungen zu verstehen, die an das Magnetron sowie den vorgeschalteten Komponenten anliegen, um dieses zu betreiben.
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Insbesondere ist die Anode des Magnetrons durch einen rohrförmigen Anodenkörper ausgebildet sein, in den sich die Kathode erstreckt, vorzugsweise das Heizfilament der Kathode.
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Ein Aspekt sieht vor, dass der Sicherheitszustand eine erfasste Temperatur des Magnetrons ist, die von einem Temperatursensor erfasst wird. Die Temperatur wird möglichst nah an der Wand des Anodenkörpers des Magnetrons erfasst. Die Temperatur des Magnetrons lässt sich so möglichst genau und ohne zu große thermische Zeitkonstante bestimmen.
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Insbesondere werden mehrere Temperaturen erfasst, beispielsweise an unterschiedlichen Stellen und/oder zu unterschiedlichen Zeiten, vorzugsweise zyklisch. Aufgrund der mehreren Temperaturen kann ein zeitlicher Verlauf der Temperatur bzw. eine Verteilung der Temperatur am Magnetron ermittelt werden, insbesondere am Anodenkörper. Aus den mehreren Temperaturwerten lässt sich ein durchschnittlicher Temperaturwert ermitteln. Hierbei können einzelne Temperaturwerte unterschiedlich gewichtet werden, beispielsweise die zeitlich neueren Temperaturwerte stärker als die zeitlich älteren Temperaturwerte.
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Gemäß einer Ausführungsform wird zumindest ein Temperaturänderungswert berechnet, aufgrund dessen die Leistungszufuhr des Magnetrons gesteuert bzw. geregelt wird. Hierzu ist es notwendig, dass die mehreren Temperaturen zu unterschiedlichen Zeiten erfasst werden, um einen zeitlichen Temperaturänderungswert zu ermitteln. Der zeitliche Temperaturänderungswert kann ebenfalls zyklisch aufgenommen werden, sodass mehrere Temperaturänderungswerte vorliegen, aus denen ein durchschnittlicher Temperaturänderungswert ermittelt wird.
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Insbesondere werden bzw. wird der zumindest eine erfasste Temperaturwert und/oder der zumindest eine Temperaturänderungswert mit dem ermittelten durchschnittlichen Temperaturwert bzw. dem ermittelten durchschnittlichen Temperaturänderungswert verglichen. Anhand der ermittelten durchschnittlichen Temperaturwerte und/oder der durchschnittlichen Temperaturänderungswerte lässt sich ermitteln, ob sich das Magnetron in einem unzulässigen Betriebszustand befindet oder dazu tendiert, sofern die aktuell erfasste Temperatur bzw. der aktuell ermittelte Temperaturänderungswert deutlich vom durchschnittlichen Temperaturwert bzw. durchschnittlichen Temperaturänderungswert abweicht. Sofern ein solcher kritischer Betriebszustand festgestellt wird, wird die Leistungszufuhr direkt angesteuert, um das Magnetron zu schützen. Insbesondere wird die Spannungsversorgung des Magnetrons unterbrochen, vorzugsweise in einem Niedervoltkreis der Spannungsversorgung, der die Versorgung des Hochvoltkreises sicherstellt.
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Darüber hinaus wird hierdurch gewährleistet, dass ein Versagen der Kühlungskette des Magnetrons wirkungsvoll erfasst wird, da dies einen Temperaturanstieg des Magnetrons zur Folge hätte. Die Unterbrechung der Kühlungskette des Magnetrons hätte eine Beschädigung des Magnetrons und zugleich der ansteuernden Leistungszuführung zur Folge. Dies kann somit verhindert werden.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Anodenspannung und/oder der Anodenstrom gemessen werden, die für die Leistungszufuhr des Magnetrons genutzt werden, insbesondere wobei die zumindest eine Temperatur bzw. der zumindest einen Temperaturänderungswert als Regelgröße verwendet wird. Hierdurch ist es möglich, das Magnetron aufgrund der Parameter so zu betreiben, dass das Magnetron eine möglichst konstante Temperatur während des Betriebs hat. Die Anodenspannung und der Anodenstrom werden entsprechend von einer Steuerung variiert, um die als Regelgröße vorgesehene Temperatur konstant zu halten. Dies gewährleistet, dass das Magnetron nicht in einen instabilen Betriebszustand gerät, der sich in einer veränderten Temperatur niederschlägt. Aus Anodenstrom und Anodenspannung kann zudem die dem Magnetron zugeführte Leistung ermittelt werden, wodurch sich Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Magnetrons ziehen lassen.
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Die gemessenen Parameter, also die Anodenspannung, den Anodenstrom sowie die Temperatur des Anodenkörpers, lassen zudem Rückschlüsse auf das Reflexions- bzw. Absorptionsverhalten in einem Garraum des Gargeräts zu. Dementsprechend kann der Leistungsbedarf des Magnetrons anhand dieser drei Parameter ermittelt werden. Hierdurch wird die Sicherheit des Betriebs des Magnetrons weiter erhöht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Sicherheitszustand um den Zustand einer Garraumtür des Gargeräts. Die Leistungszufuhr des Magnetrons wird dementsprechend ausgehend vom Zustand der Garraumtür gesteuert bzw. geregelt. Sofern ein Bediener des Gargeräts die Garraumtür während des Betriebs des Magnetrons öffnet, liegt ein kritischer Betriebszustand vor, da der Bediener der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt werden könnte. Da die Leistungszufuhr des Magnetrons bei der Detektion dieses Zustands entsprechend angesteuert wird, wird verhindert, dass der Bediener der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt ist. Die Leistungszufuhr des Magnetrons wird demnach zumindest teilweise abgeschaltet, sodass die Mikrowellenerzeugung unterbunden ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Spannungsversorgungsschaltung aufgrund des Zustands der Garraumtür unterbrochen wird, vorzugsweise nur ein einem Hochspannungskreis zugeordneter Teil der Spannungsversorgungsschaltung. Bei der Spannungsversorgungsschaltung handelt es sich um eine Schaltung, die unter anderem einen Hochspannungskreis versorgt, über den eine Hochspannung erzeugt wird, die am Magnetron angelegt wird. Da die Spannungsversorgungsschaltung aufgrund des Zustands der Garraumtür unterbrochen wird, wird automatisch auch der Hochspannungskreis unterbrochen bzw. liegt keine Hochspannung mehr am Magnetron an. Ein einfach ausgebildeter, magnetischer Schalter kann als Sicherheitskontakt verwendet werden, über den der Zustand der Garraumtür erfasst wird, beispielsweise ein Reed-Kontakt. Dies ist möglich, da der Schalter in einem Niederspannungsschaltkreis der Spannungsversorgungsschaltung angeordnet ist, der vom Hochspannungskreis des Magnetrons isoliert bzw. netzgetrennt ist.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass eine Hilfsspannungsversorgungsschaltung des Magnetrons abgeschaltet wird, sodass ein Hochspannungskreis nicht weiter mit einer Spannung versorgt wird. Dem Hochspannungskreis wird somit die zur Ansteuerung der Leistungsschalter notwendige Spannung entzogen, um überhaupt eine Hochspannung zu erzeugen. Dementsprechend kann die Heizung des Magnetrons, insbesondere der Kathode bzw. des Heizfilaments, weiter eingeschaltet bleiben, da lediglich die Hilfsspannungsversorgungsschaltung abgeschaltet wird, die zur Versorgung des Hochspannungskreises dient. Hierdurch erhöht sich die Lebensdauer des Heizfilaments, da dieses weiterhin auf die vorgesehene Temperatur über die Heizspannung geheizt wird und keinen unnötigen thermischen Zyklen ausgesetzt wird, die beim Ein- und Ausschalten auftreten. Es liegt somit eine selektive Sicherung für die Heizung des Magnetrons und den Hochspannungsbetrieb des Magnetrons vor.
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Insbesondere wird zumindest ein einem Resonanzwandler zugeordneter Transistor, vorzugsweise ein Bipolartransistor, ein IGBT oder ein FET, in Abhängigkeit vom erfassten Zustand derart angesteuert, dass die Erzeugung von Hochspannung durch die Spannungsversorgungsschaltung unterbrochen wird, insbesondere durch den Hochspannungskreis. Die Spannungsversorgungsschaltung, die aufgrund des Zustands der Garraumtür unterbrochen wird, steuert dementsprechend wenigstens einen dem Resonanzwandler zugeordneten Transistor nicht mehr an, wodurch die Erzeugung der Hochspannung im zugeordneten Hochspannungskreis unterbrochen wird. Vorzugsweise werden mehrere Transistoren nicht mehr angesteuert, die dem Resonanzwandler zugeordnet sind. Demnach ist die Hochspannungserzeugung hardwaremäßig ausgeschlossen. Darüber hinaus ist die entsprechende Schaltung eigensicher, da über Führungs- bzw. Hilfskontakte ein Kurzschluss erzeugt wird, sofern einer der Schalter versagt. Der Kurzschluss löst dann entsprechend eine Sicherung im Schaltkreis aus. Dieser Schaltkreis kann auch als „Lock-out“-Schaltkreis bezeichnet werden.
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Die Leistungszuführeinrichtung der Mikrowellenquelle kann entsprechend wenigstens einen Temperatursensor umfassen, der der Anode bzw. dem Anodenkörper zugeordnet ist, wobei der wenigstens eine Temperatursensor derart ausgebildet ist, dass er die Temperatur des Magnetrons erfasst. Hierzu ist der Temperatursensor, wie bereits erwähnt, möglichst nahe an der Wand des Anodenkörpers angeordnet, insbesondere direkt an der Wand.
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Entsprechend weist die Leistungszuführeinrichtung eine Spannungsversorgungsschaltung auf und ist derart ausgebildet, dass die Leistungszuführeinrichtung mit einer Sicherheitsschaltung des Gargeräts koppelbar ist, wodurch die Leistungszuführeinrichtung des Magnetrons in Abhängigkeit eines Sicherheitszustands steuert bzw. regelt. Die Leistungszuführeinrichtung garantiert demnach die Spannungsversorgung bzw. Leistungszufuhr des Magnetrons. Darüber hinaus umfasst die Leistungszuführeinrichtung zumindest eine Schnittstelle, mit der sie mit dem Gargerät koppelbar ist.
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Ferner wird die Erfindung durch ein Gargerät gelöst, mit einem Garraum, einer Garraumtür und einer Mikrowellenquelle der zuvor genannten Art. Die beschriebenen Vorteile der Mikrowellenquelle bzw. des Verfahrens ergeben sich in analoger Weise für das Gargerät, das eingerichtet ist, ein derartiges Verfahren auszuführen.
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Das Gargerät weist entsprechend eine Sicherheitsschaltung auf, die zumindest einen Sicherheitskontakt hat, der der Garraumtür zugeordnet und derart ausgebildet ist, dass über den Sicherheitskontakt der Zustand der Garraumtür erfasst wird, insbesondere wobei die Sicherheitsschaltung mit der Spannungsversorgungsschaltung verbunden ist. Dementsprechend ist sichergestellt, dass das Öffnen bzw. das Schließen der Garraumtür über die Sicherheitsschaltung detektiert wird, insbesondere über dessen Sicherheitskontakt. In Abhängigkeit vom detektierten Zustand der Garraumtür wird über die Sicherheitsschaltung ein entsprechendes Signal an die Spannungsversorgungsschaltung gesendet, sodass diese unterbrochen wird, sofern ein kritischer Zustand des Magnetrons bzw. des Gargeräts erfasst wird, beispielsweise ein Öffnen der Garraumtür bei eingeschaltetem Magnetron.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gargeräts, und
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2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist ein Gargerät 10 gezeigt, das einen Garraum 12 und einen Installationsraum 14 umfasst. Darüber hinaus weist das Gargerät 10 eine Garraumtür 16 auf, über die der Garraum 12 geschlossen werden kann.
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Im Installationsraum 14 ist unter anderem eine Mikrowellenquelle 17 mit einem Magnetron 18 sowie einer Leistungszuführeinrichtung 20 untergebracht, über die dem Magnetron 18 eine Leistung zugeführt wird, insbesondere eine Spannung angelegt wird. Die Leistungszuführeinrichtung 20 steuert bzw. regelt das Magnetron 18 entsprechend.
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Darüber hinaus umfasst das Gargerät 10 eine Sicherheitsschaltung 22, die mit wenigstens einem Sicherheitskontakt 24 zusammenwirkt, der der Garraumtür 16 des Gargeräts 10 zugeordnet ist. Bei dem Sicherheitskontakt 24 kann es sich um einen Reed-Kontakt handeln, wie nachfolgend noch erläutert wird.
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Die Sicherheitsschaltung 22 des Gargeräts 10 ist mit der Leistungszuführeinrichtung 20 gekoppelt, die eine Spannungsversorgungsschaltung 26 aufweist.
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Die Spannungsversorgungsschaltung 26 umfasst unter anderem einen Niederspannungskreis 28, einen Hochspannungskreis 30 sowie einen Resonanzwandler 32, über die das Magnetron 18 betrieben wird. Der Niedervoltbereich und der Hochvoltbereich sind durch das gestrichelte Kästchen in der 1 schematisch voneinander abgegrenzt.
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Darüber hinaus umfasst die Leistungszuführeinrichtung 20 zumindest einen Temperatursensor 34, der einem rohrförmigen Anodenkörper der Anode 36 des Magnetrons 18 zugeordnet ist, sodass er die Temperatur der Anode 36 möglichst nahe an deren Wand erfasst, insbesondere direkt an der Wand.
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Alternativ oder ergänzend umfasst die Leistungszuführeinrichtung 20 zumindest einen Temperatursensor 34, der an der Kathode von Hochvoltgleichrichtern die Temperatur ermittelt und bei einem schnellen Temperaturanstieg, einem langsamen Überschreiten eines Grenzwerts die Leistungszuführeinrichtung 20 in ihrer Leistung drosselt oder bei Bedarf ganz abschaltet.
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Des Weiteren umfasst die Leistungszuführeinrichtung 20 wenigstens einen Spannungssensor 38 und wenigstens einen Stromsensor 40, mit denen die Anodenspannung und der Anodenstrom des Magnetrons 18 erfasst werden. Die beiden Sensoren 38, 40 können auch in der Leistungszuführeinrichtung 20 implementiert sein.
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Im Betrieb des Gargeräts 10, insbesondere des Magnetrons 18, wird über den wenigstens einen Temperatursensor 34 die Temperatur der Anode 36 erfasst, insbesondere des Anodenkörpers. Sofern mehrere Temperatursensoren 34 vorgesehen sind, lässt sich die Verteilung der Temperatur am Anodenkörper ermitteln. Dies geht auch aus dem in 2 dargestellten Ablaufdiagramm hervor.
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Insbesondere können die Temperaturmessungen zu unterschiedlichen Zeiten vollzogen werden, wodurch ein Temperaturänderungswert der Temperatur an der Anode 36 ermittelt werden kann.
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Die Temperaturen sowie die Temperaturänderungswerte werden jeweils gemittelt, um Referenzwerte zu bestimmen, anhand derer bestimmt werden kann, ob sich das Magnetron 18 in einem kritischen Zustand befindet oder nicht.
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Sollte die Leistungszuführeinrichtung 20 bzw. die Sicherheitsschaltung 22 detektieren, dass sich das Magnetron 18 in einem kritischen Zustand befindet, so schaltet sie die Leistungszufuhr des Magnetrons 18 ab, um dieses vor einer Beschädigung zu schützen.
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Hierzu kann die Leistungszuführeinrichtung 20 die Spannungsversorgungsschaltung 26 unterbrechen, wodurch die Erzeugung von Hochspannung unterbrochen wird.
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Insbesondere wird hierbei eine Hilfsspannungsversorgungsschaltung 42 des Magnetrons 18 unterbrochen, wodurch sichergestellt ist, dass keine Mikrowellen erzeugt werden.
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Die Hilfsspannungsversorgungsschaltung 42 kann ein Schaltelement ansteuern, insbesondere einen Transistor wie einen IGBT, das dem Resonanzwandler 32 bzw. Hochvoltwandler vorgeschaltet ist. Hierbei kann die Versorgungsspannung des Schaltelements über die Sicherheitsschaltung 22 bzw. die Leistungszuführeinrichtung 20 entsprechend angesteuert werden.
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Dies gewährleistet, dass die Heizspannungsversorgungsschaltung 44 eines Heizfilaments 46 der Kathode 48 des Magnetrons 18 nicht unterbrochen wird, obwohl die Mikrowellenerzeugung unterbrochen ist. Es findet somit lediglich eine selektive Abschaltung des Magnetrons 18.
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Das Heizfilament 46 wird demnach weiterhin beheizt, auch wenn keine Hochspannung am Magnetron 18 anliegt, weswegen keine Mikrowellen erzeugt werden können. Da die Temperatur des Heizfilaments 46 dennoch konstant gehalten wird, ist sichergestellt, dass das Heizfilament 46 keinen unnötigen Belastungen ausgesetzt wird, die die Lebensdauer des Heizfilaments 46 negativ beeinflussen würden.
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Darüber hinaus lassen sich neben der Temperatur der Anodenstrom und/oder die Anodenspannung über die entsprechenden Sensoren 38, 40 ermitteln, sodass über die entsprechenden Ströme und Spannungen die Temperatur der Anode 36 geregelt werden kann. Die Temperatur der Anode 36 dient als Referenzwert für die Temperatur des Magnetrons 18 und stellt gleichzeitig die Regelgröße dar.
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Hierdurch wird sichergestellt, dass das Magnetron 18 stets in einem temperaturstabilen Bereich betrieben wird, wodurch sich die Lebensdauer des Magnetrons 18 erhöht. Die Anodenspannung und der Anodenstrom werden entsprechend von einer Steuerung 50 angesteuert, sodass sich eine stabile Temperatur der Anode 36 ergibt, insbesondere des Anodenkörpers.
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Ein weiterer Sicherheitszustand, der vom Gargerät 10 detektiert werden kann und einen Einfluss auf die Leistungszufuhr des Magnetrons 18 hat, ist der Zustand der Garraumtür 16.
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Hierzu wird über den wenigstens einen Sicherheitskontakt 24 detektiert, ob die Garraumtür 16 geöffnet oder geschlossen ist. Sofern die Garraumtür 16 während des Betriebs des Magnetrons 18 geöffnet wird, werden die entsprechenden Sicherheitskontakte 24 unterbrochen, was eine Unterbrechung der Spannungsversorgungsschaltung 26 zur Folge hat. Das Öffnen der Garraumtür 16 wird entsprechend über die Sicherheitsschaltung 22 und der Steuerung 50 erfasst, die daraufhin die Spannungsversorgungsschaltung 26 ansteuert, um die Spannungsversorgung des Hochspannungskreises 30 zu unterbrechen.
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Der Sicherheitskontakt 24 befindet sich jedoch im Niederspannungskreis 28 der Leistungszuführeinrichtung 20, sodass der Sicherheitskontakt 24 einfach aufgebaut sein kann, beispielsweise als Reed-Kontakt. Dementsprechend ist eine kostengünstige Sicherheitsschaltung 22 im Gargerät 10 implementiert.
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Es ist somit möglich, das Gargerät 10, insbesondere das Magnetron 18, sicher zu betreiben und die Lebensdauer des Magnetrons 18 zu erhöhen.