EP4080992A1 - Verfahren zum garen von gargut in einem kombinationsgargerät sowie kombinationsgargerät - Google Patents

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EP4080992A1
EP4080992A1 EP22167917.8A EP22167917A EP4080992A1 EP 4080992 A1 EP4080992 A1 EP 4080992A1 EP 22167917 A EP22167917 A EP 22167917A EP 4080992 A1 EP4080992 A1 EP 4080992A1
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EP
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fan wheel
semiconductor microwave
microwave unit
angular position
control
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EP22167917.8A
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Topinox SARL
Original Assignee
Topinox SARL
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    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/647—Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques
    • H05B6/6473—Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques combined with convection heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/74—Mode transformers or mode stirrers
    • H05B6/745—Rotatable stirrers

Definitions

  • the invention relates to a method for cooking food in a combination cooking appliance with a fan wheel and a semiconductor microwave unit for generating microwaves. Furthermore, the invention relates to a combination cooking appliance for cooking food.
  • Cooking appliances are known from the prior art which, in addition to conventional energy sources such as a hot-air device and a steam generator, also have a microwave unit, via which energy can be introduced into an item to be cooked in the cooking chamber of the cooking appliance in order to cook the item to be cooked.
  • Such cooking appliances are also referred to as combination cooking appliances, since these cooking appliances combine several different energy sources with one another.
  • the combination cooking devices are typically used in professional kitchens, for example in canteens or in gastronomy.
  • the combination cooking devices are divided into two classes, which differ in the type of microwave unit.
  • the first class which is the traditional way, magnetrons are used as microwave units.
  • so-called semiconductor microwave units can also be used, which are also referred to as SSC hardware ("Solid State Cooking" hardware).
  • SSC hardware Solid State Cooking
  • the combination cooking devices have a fan wheel which rotates during operation of the cooking device in order to stir up the cooking space climate present in the cooking space, so that the desired energy input takes place in the form of hot air and/or steam in the food to be cooked.
  • the rotating fan wheel has a strong influence on that of the microwave unit generated microwave field in the cooking chamber, as this is also swirled accordingly.
  • the fan wheel acts as a mode mixer.
  • the rotating fan wheel in the second type combination cooking appliances i.e. with a semiconductor microwave unit, a disruptive influence. This is due to the fact that the semiconductor microwave unit, in contrast to the magnetron, which is always at the optimum operating point, can only react to the changing microwave field with a delay, since a suitable operating point must first be determined.
  • the microwave field present in the cooking chamber changes with the speed of the fan impeller, as a result of which correspondingly rapid changes occur which the semiconductor microwave unit cannot readily follow. As a result, it can no longer work at the optimum operating point, which reduces efficiency accordingly. A large part of the power fed in is therefore directly reflected back out of the cooking chamber and absorbed by the semiconductor microwave unit, which in the worst case leads to such a large reflection that the semiconductor microwave unit is switched off for safety reasons.
  • the fan wheel is shielded in order to minimize the influence of the fan wheel on the microwave field in the cooking chamber.
  • the rotating fan wheel changes the microwave field in the cooking chamber only slightly or not at all, since the shielding shields against the influence of the rotating fan wheel. Any changes in the microwave field that do occur are therefore not due to the rotation of the fan wheel, but exclusively to other reasons, such as the expansion of the inner box and/or changes in the food due to the increasing temperature in the cooking chamber.
  • these are slow processes compared to the rotation of the fan wheel, to which the semiconductor microwave unit can react with algorithms, since the semiconductor microwave units are designed accordingly to follow the slow changes.
  • the shielding Because of the shielding, however, the production of the combination cooking device and its maintenance is more complicated, which requires more effort. For example, the shielding must be in electrical contact with an inner box of the cooking appliance that delimits the cooking space. However, the shielding also has an influence on the operation of the cooking appliance, in particular the hot air output of the cooking appliance, since the shielding influences the uniformity or the flow rate.
  • a combination cooking device for cooking food with a fan wheel, a control and evaluation unit and a semiconductor microwave unit.
  • the control and evaluation unit is set up to determine a present angular position of the fan wheel.
  • the semiconductor microwave unit is set up to be operated in several different operating modes.
  • the tax and The evaluation unit is also set up to control the semiconductor microwave unit based on the determined angular position in such a way that the semiconductor microwave unit is in a selected operating mode based on the determined angular position.
  • the basic idea of the invention is that, based on the angular position of the fan wheel determined, the semiconductor microwave unit is actuated in accordance with the angular position of the fan wheel, so that, for example, a microwave field adapted to the angular position of the fan wheel can be generated by the semiconductor microwave unit, whereby the semiconductor -Microwave unit can be operated at the optimum operating point.
  • the rotating fan wheel is divided into numerous individual snapshots that are related to the angular position of the fan wheel.
  • a corresponding excitation vector for the semiconductor microwave unit can be provided for each of these individual recordings.
  • the corresponding excitation vector can be selected in order to control the semiconductor microwave unit of the present single image of the fan wheel, ie the respective angular position of the fan wheel.
  • the food to be cooked can be cooked or heated more evenly, since the microwaves are generated in a way that is adapted to the respective angular position of the fan wheel.
  • the fan wheel it is not necessary for the fan wheel to be shielded, as a result of which the energy input is correspondingly improved by means of the at least one conventional energy source, ie by means of the hot air and/or steam device.
  • the semiconductor microwave unit is controlled as a function of the angle, namely as a function of the angular position of the fan wheel.
  • the different excitation vectors that are available for selection are therefore dependent on the angle, since they depend on the angular position of the fan wheel.
  • the angle-dependent excitation vectors are specified in a sequence in the set of excitation vectors, since each excitation vector is assigned to an angular segment of the revolution of the fan wheel, which inevitably follows one another since the fan wheel cannot suddenly change the angular position.
  • An angular segment is to be understood as an angular range, for example a rotation of the fan wheel by 10°, by 3° or by 0.9°.
  • the semiconductor microwave unit comprises a control module and at least one power module, in particular a number of power modules.
  • Corresponding algorithms are stored on the control module, which are chosen depending on the selected cooking program or cooking process to be carried out in order to provide an energy input by means of microwaves.
  • the algorithms stored on the control module are used to carry out a basic setting of the semiconductor microwave unit depending on the selected cooking program or the cooking process, with the algorithms reacting to slowly changing conditions caused by the heating of the cooking chamber and/or the food to be cooked .
  • the rotating fan wheel represents a rapid change that also occurs periodically, which cannot be mapped via the algorithms in the control module.
  • the control module controls the at least one power module, with the corresponding control taking place depending on the angle, ie depending on the detected angular position of the fan wheel.
  • the angle-dependent activation of the at least one power module ensures that the rapid changes that occur as a result of the rotating fan wheel can be compensated for.
  • the control and evaluation unit of the combination cooking device can be provided by the control module.
  • the excitation vectors can also include control parameters for the amplitude, pulse width, frequency of excitation and/or frequency of the microwaves to be generated. Accordingly, the control module controls the phase, the amplitude, the pulse width, the excitation frequency and/or the frequency of the microwaves depending on the angular position detected.
  • an excitation vector based on the determined angular position of the fan wheel is assigned to a defined time slot of the period of the fan wheel during its rotation, the time slot corresponding to a duration that the fan wheel needs to cover the corresponding angular segment.
  • the time slot depends on the period or the speed of the fan wheel and the number of segments off.
  • the excitation vector is applied for the time slot of the period duration.
  • the invention makes use of the fact that the rotation of the fan wheel is a cyclical process, so that excitation vectors that are coordinated in each case can be used for the different angular positions, which guarantee the optimum operating point of the semiconductor microwave unit at the respective angular position of the fan wheel.
  • the optimal operating point depends on the desired purpose.
  • the optimal operating point can be an operating point that is optimal with regard to the energy input, ie at which the semiconductor microwave unit has the greatest energy input.
  • the operating point can also be optimal in terms of efficiency, so that the greatest efficiency at the operating point is ensured there.
  • the efficiency depends on the frequency.
  • the optimum operating point with regard to uniformity can be selected so that so-called "sweet spots” are avoided. For this purpose, different frequencies can be stimulated in a targeted manner, which means that a "sweet spot" is avoided.
  • the semiconductor microwave unit also has different operating modes that can be selected depending on the operating mode of the combination cooking appliance, a selection also being made based on the determined angular position of the fan wheel, so that the semiconductor microwave unit is controlled depending on the angle.
  • the entire rotation of the fan wheel can be divided into a number of angular segments, with each of these angular segments being able to be assigned a corresponding operating mode of the semiconductor microwave unit.
  • the semiconductor microwave unit it is possible for the semiconductor microwave unit to have a number of different operating modes during rotation of the fan wheel, in order to enable the food to be cooked to be cooked efficiently.
  • the set of different excitation vectors covers a complete rotation of the fan wheel, which is subdivided into a number of angular segments. Accordingly, there is a period of the fan wheel, ie the time that the fan wheel requires for a complete rotation carried out, divided into several time ranges, which are also referred to as time slots. A unique excitation vector from the set of different excitation vectors is assigned to each of these time slots. In this respect, it is ensured that an excitation vector is available for each angle segment, which ensures the operation of the semiconductor microwave unit at the optimum operating point.
  • a further aspect provides that the selected excitation vector is constant for a defined angular segment of the rotating fan wheel, the angular segment being less than 360°, in particular less than 10°, preferably less than 1°.
  • a complete rotation of the fan wheel is divided into different angular segments, which can be of the same size or different sizes.
  • a corresponding excitation vector, which is constant over the corresponding angle segment, is assigned to each of the different angle segments. If the angular segment covers a range of 10°, it is ensured that the excitation vector of the semiconductor microwave unit is kept constant during the rotation of the fan wheel, which is required for the angular range of 10°.
  • the angular position of the impeller can be measured using a rotary encoder, calculated based on a rotational speed of the impeller and a reference pulse, or derived from measurements of scattering parameters at a fixed frequency over the duration of one revolution of the impeller.
  • the rotary encoder which can also be referred to as an angle encoder, is integrated in a drive of the fan wheel or is provided on a drive shaft of the fan wheel, which drives the fan wheel.
  • the rotary encoder can provide a rotary encoder signal from which the direction of rotation of the fan wheel, the rotation of a full revolution of the fan wheel and/or individual angular steps can be derived directly.
  • the corresponding signal from the rotary encoder ie the rotary encoder signal, is processed by the semiconductor microwave unit, for example, in order to select the appropriate operating mode, in particular the respective excitation vector.
  • the rotary encoder signal provides a large number of pulses per revolution of the fan wheel, which are combined into a smaller number of pulses, as a result of which the resolution is reduced accordingly.
  • the carrier signal provides 4096 pulses, which are converted into 400 pulses per revolution of the fan wheel, so that a full revolution of the fan wheel is divided into 400 angular segments, to which 400 different excitation vectors are assigned accordingly.
  • the set of different excitation vectors accordingly includes 400 different excitation vectors, so that an angular segment is less than 1°, namely 0.9°.
  • the respective angular position can be calculated via the speed of the fan wheel, which is known to the combination cooking device, in particular the control and evaluation unit, since the combination cooking device controls the fan wheel accordingly, and a reference pulse.
  • An absolute angle specification can be determined, with a relative angle specification being sufficient for driving the semiconductor microwave unit.
  • the angular position of the fan wheel can be derived from measurements of scattering parameters (S-parameters), this being an estimate.
  • the waves used to calculate the scattering parameters have to be measured at a fixed frequency over the duration of a complete revolution of the fan wheel and then analyzed, i.e. the waves running forward (emitted waves) and the waves running backwards (reflected waves).
  • the scattering parameters show clear or distinctive points that are associated with the angular positions of the fan wheel, so that the rotational speed and the angle can be derived from their periodicity.
  • the best excitation vectors for the respective angular position can then be selected by means of the detected scattering parameters.
  • a further aspect provides that the direction of rotation of the fan wheel is determined, with the determined direction of rotation of the fan wheel determining a sequence of the excitation vectors of the set of different excitation vectors.
  • the excitation vectors of a set are provided in a defined order, so that the excitation vectors of the set are processed one after the other. This is based on a clock signal that depends on the determined angular position of the fan wheel. If the direction of rotation is changed during operation of the fan wheel, for example in reversible operation of the fan wheel, the sequence of the excitation vectors also changes accordingly. With the change in the direction of rotation of the fan wheel, the processing direction of the set of excitation vectors also changes.
  • the excitation vectors are indexed continuously, with the excitation vectors corresponding to increasing indices being used when the fan wheel rotates to the left. If the fan wheel rotates to the right after a change in direction of rotation, the excitation vectors with decreasing indices are used.
  • the encoder signal can consist of two trigger signals with which the direction of rotation of the fan wheel can be determined accordingly. Depending on whether the first trigger signal is detected before the second trigger signal, the corresponding direction of rotation of the fan wheel can be determined here.
  • the rotary encoder can be designed as an incremental encoder.
  • the excitation vectors are calculated or updated based on a control.
  • the set of different excitation vectors is selected from several different sets of different excitation vectors.
  • the different Sets can only differ from one another in one excitation vector, i.e. a differently controlled angle segment during the rotation of the fan wheel.
  • the different excitation vectors for an angular segment in particular the different sets of excitation vectors, can be provided in order to ensure increased diversity, which leads to more uniform heating of the food to be cooked. In this case, it is possible to switch between the sets between the individual revolutions of the fan wheel, for example alternately.
  • the number of excitation vectors in the different sets can be different, so that, for example, 400 excitation vectors are provided in a first set, whereas only 200 excitation vectors are provided in a second set.
  • the different sets can also react to acceleration or braking of the fan wheel and the associated change in the rotational speed of the fan wheel. For example, when the fan wheel is at a standstill or shortly before the fan wheel is at a standstill, a set with fewer excitation vectors is used. Typically, however, the length of the time slots changes when accelerating or decelerating, so that they are compressed or stretched accordingly. However, the absolute number of time slots remains constant.
  • the different sets are provided to react to the slow changes that are calculated or determined accordingly via the algorithms.
  • Selecting the respective set can also be referred to as updating the excitation vectors or updating the change vectors.
  • the corresponding set from the several different sets can be selected again based on a predetermined time, a change in a dielectric property in a cooking chamber of the combination cooking appliance and/or continuously. This can be used to react to the slow changes in the cooking chamber, so that the angle-dependent excitation vectors, in particular the corresponding sentences, are updated.
  • the excitation vectors can be updated accordingly using three different mechanisms.
  • the excitation vectors are updated in a fixed manner, which can be linked to a cooking program that is running.
  • a change in the dielectric property in the cooking chamber of the combination cooking appliance can therefore be taken into account so that appropriate monitoring takes place. For example, this is also based on a change in the scattering parameters, with a change in the excitation vectors being required if the change exceeds a threshold value.
  • the input and reflected power is measured with each application of the excitation vector, i.e. with each revolution, and transmitted to the control and evaluation unit.
  • the update can also be limited to individual angle segments, ie to individual excitation vectors.
  • a continuous update can also take place, with the corresponding angle segments of the fan wheel being continuously remeasured, that is to say in a measuring operation mode of the semiconductor microwave unit. Provision can also be made for only one angle segment to be remeasured so that the energy introduced by the semiconductor microwave unit is not reduced too greatly. In particular, a small number of angle segments is remeasured.
  • the plurality of different operation modes of the semiconductor microwave unit include an idle operation mode, a measurement operation mode, and a heating operation mode.
  • the semiconductor microwave unit In the heating operation mode, the semiconductor microwave unit is operated in such a way that a microwave field for heating the food to be cooked is generated by means of the excitation vectors.
  • microwaves are fed into the cooking chamber via the semiconductor microwave unit in order to carry out a scattering parameter measurement, for example.
  • the scattering parameter measurement can be used to calculate the excitation vectors to be used for the heating mode of operation. It can also be determined in the measuring operation mode whether there has been a change in the dielectric properties of the cooking chamber, for example due to a change in the properties of the food to be cooked or a new loading of the cooking chamber.
  • a change in the dielectric properties of the cooking chamber due to a change in the resonance behavior of a sensor can also be detected, for example due to a change in the resonance behavior of a temperature sensor, in particular a core temperature sensor.
  • the semiconductor microwave unit In the idle operation mode, the semiconductor microwave unit is not driven, so power is not fed from the semiconductor microwave unit into the cooking cavity. Likewise, in the idle operating mode, no microwaves are fed into the cooking space that are used for scanning or sensing.
  • the semiconductor microwave unit can have the different operating modes during one revolution of the fan wheel, so that, for example, the semiconductor microwave unit is operated in a measuring operation mode in a first time slot or a first angular segment, the semiconductor microwave unit being in a subsequent time slot or .subsequent angular segment is operated in a heating mode of operation.
  • This can depend in particular on the desired performance of the semiconductor microwave unit. For example, with a power requirement of 75%, 75% of the available angular segments are used for heating the food to be cooked (heating operation mode), whereas the remaining 25% of the available angular segments are used for the measuring operation mode.
  • the Corresponding assignment of the operating modes to the available angular segments takes place dynamically, in particular as a function of the power requirement.
  • control and evaluation unit can be set up to vary the operating modes of the semiconductor microwave unit within one complete revolution of the fan wheel and/or to vary the operating modes for the same angular segment of two consecutive revolutions of the fan wheel.
  • a correspondingly efficient power control of the semiconductor microwave unit is implemented as a result, since the angular segments are allocated according to the desired power. For example, a particular angular segment may be active in a particular number of the existing sets of excitation vectors, while the particular angular segment is not active for other sets.
  • the semiconductor microwave unit comprises a control module and a plurality of power modules which are each in communication with the control module.
  • a set of different excitation vectors is assigned to each power module.
  • the control module is set up to specify a common frequency reference for the power modules and to control the power modules using a clock signal that is dependent on the detected angular position in order to select an excitation vector from the set of different excitation vectors.
  • This relates to the heating mode of operation of the semiconductor microwave unit, in which the driver module of the semiconductor microwave unit drives the power modules to provide the selected excitation vectors for generating the microwaves.
  • the detected angular position of the fan wheel is used to generate the clock signal, by means of which the control module controls the individual power modules.
  • the excitation vectors of the set of different excitation vectors in the respective power module are switched on in cycles.
  • the sequence of the excitation vectors is processed in cycles, namely in response to the clock signal.
  • the clock signal depends on the speed of the fan wheel so that the clock signal is adjusted or scaled when the fan wheel rotates faster or slower.
  • the power modules can each have at least one sensor that is set up to detect forward and/or backward running waves.
  • a corresponding directional coupler can be provided in order to decouple the waves running forward and the waves running backward.
  • Corresponding scattering parameters can be recorded here, in particular depending on the angle, i.e. depending on the angular position of the fan wheel.
  • each power module can emit a microwave signal within each angular segment, with the other power modules of the semiconductor microwave unit receiving the correspondingly reflected signal.
  • the frequencies at which the transmitting power module transmits is set or specified via the control module, so that the set frequency applies to the entire angle segment.
  • the subsequent angle segment, in which a corresponding scattering parameter measurement can also take place, can already have a different frequency.
  • the forward wave of the transmitting power module is measured and the reverse wave is measured on all other power modules.
  • the data obtained, which describe the scattering parameters can be forwarded to the control module, which calculates or updates the existing excitation vectors based on the scattering parameters.
  • a dielectric load present in the cooking chamber or its change can be correspondingly sensed, so that a virtual sensor is created.
  • an angular segment is to be measured for several different frequencies, this angular segment must be carried out in consecutive or multiple revolutions of the fan wheel. Provided For example, if 100 different frequency points are to be measured for the same angle segment, 100 revolutions of the fan wheel are required to obtain the corresponding data.
  • the measurement data obtained to be interpolated or extrapolated along the frequency axis or along the time axis can be reduced in order to obtain the desired resolution in terms of frequency. For example, a frequency is only measured in every second time slot, with interpolation being carried out in between.
  • the respective algorithms are executed asynchronously to the clock signal by the control module of the semiconductor microwave unit. If a heating operation mode or a measurement operation mode is to be executed, e.g. due to a recipe or the control by the control and evaluation unit of the combination cooking appliance, corresponding control commands for selected angle segments are sent to the power modules and a corresponding frequency reference is provided, which sets the frequency corresponding to the angle segment . The next time the corresponding angle segment occurs, for example during the next revolution of the fan wheel, the corresponding control command is executed, for example the corresponding excitation vector in the heating operation mode.
  • the semiconductor microwave unit can have a modular structure, so that the number of power modules can be variably changed.
  • further power modules can be subsequently integrated into the semiconductor microwave unit, which are coupled to the control module and are controlled by it.
  • the power module can include at least one power amplifier, a circulator and/or a directional coupler.
  • the power module with an evaluation part of the control module in particular be coupled to the control and evaluation unit, so that the correspondingly decoupled waves are made available.
  • reflected power can be monitored during heating operation. In this respect, it can be detected whether the reflected power rises above an expected value or above a limit value in the angle segment. If this is the case, a new measurement of the scattering parameters is triggered, which results in an update of the excitation vector.
  • the scattering parameter can be measured in the angular position in order to calculate the excitation vector.
  • a predefined excitation vector can be used first.
  • FIG 1 a combination cooking appliance 10 is shown, which has a housing 12 which surrounds a cooking space 14 and a technical space 16 .
  • a food support 18 on which the food 20 to be cooked is arranged.
  • the item to be cooked 20 is cooked using at least one conventional energy source 22, which can be a heating device and/or a steam device, for example.
  • the conventional energy source 22 is assigned to the cooking chamber 14, with a cooking chamber climate being generated in the cooking chamber 14 via the conventional energy source 22, by means of which the food 20 to be cooked is cooked.
  • the combination cooking appliance 10 also has a semiconductor microwave unit 24, by means of which the food 20 to be cooked is additionally cooked by means of microwaves.
  • microwaves are fed into the cooking space 14 in order to deliver appropriate energy to the food 20 to be cooked.
  • the combination cooking appliance 10 also has a control and evaluation unit 26 which is designed separately from the semiconductor microwave unit 24 in the present case.
  • the control and evaluation unit 26 is a separate control and evaluation unit, for example a higher-level control and evaluation unit of the combination cooking appliance 10 which controls all of the components of the combination cooking appliance 10 .
  • control and evaluation unit 26 can also be integrated into the semiconductor microwave unit 24, as will be explained below.
  • goes out figure 1 shows that the combination cooking appliance 10 has a fan wheel 28 which is assigned to the cooking chamber 14 .
  • the fan wheel 28 is driven in rotation by means of a drive 30 and a drive shaft 32 . This ensures that the cooking chamber climate provided by the conventional energy source 22 is swirled within the cooking chamber 14 to a to ensure uniform heating of the food to be cooked 20 by means of hot air and/or steam.
  • a rotary encoder 34 which is integrated in the drive 30 , for example, is assigned to the fan wheel 28 .
  • the angular position of the fan wheel 28 can be detected with the aid of the rotary encoder 34 during the operation of the fan wheel 28 , ie while the drive 30 drives the fan wheel 28 .
  • the rotary encoder can be an incremental encoder.
  • rotary encoder 34 is designed as an optical encoder, as is shown in figure 8 is shown.
  • the rotary encoder 34 can transmit a corresponding rotary encoder signal to the control and evaluation unit 26, based on which the control and evaluation unit 26 determines the angular position of the fan wheel 28.
  • the encoder signal is transmitted to the semiconductor microwave unit 24 .
  • the rotary encoder 34 can output two trigger signals, which are evaluated by the control and evaluation unit 26 or the semiconductor microwave unit 24 in order to determine the angular position of the fan wheel 28, in particular also the direction of rotation of the fan wheel 28, as is shown by way of example in figure 9 is shown.
  • the rotary encoder 34 assigned to the fan wheel 28 can be integrated in the drive 30 or assigned to the drive shaft 32 so that the angular position of the fan wheel 28 can be determined.
  • the respective angular position of the fan wheel 28 can be a relative angular position, so that an absolute angular position of the fan wheel 28 does not necessarily have to be determined.
  • the absolute angular position can be determined by means of a corresponding reference pulse, as shown in figure 8 is clarified. The reference pulse gives a start or zero point for the fan wheel 28, from which the absolute angular position can then be determined.
  • the angular position of the fan wheel 28 can also be calculated by the control and evaluation unit 26 based on a speed of the fan wheel 28 that is specified by the control and evaluation unit 26 based on a running cooking program. Accordingly, the control and evaluation unit 26 controls the drive 30 in such a way that a desired speed of the fan wheel 28 is achieved. If a trigger signal or reference pulse is detected by the fan wheel 28, the relative angular position of the fan wheel 28 can be determined here, in particular based on the elapsed time after the last reference pulse, taking into account the speed of the fan wheel 28. This calculation can also be carried out by the semiconductor microwave unit 24 take place, provided that the relevant information is received.
  • the angular information i.e. the determined angular position of the fan wheel 28 is transmitted to the semiconductor microwave unit 24, which processes it accordingly in order to set or select a corresponding operating mode of the semiconductor microwave unit 24, i.e. depending on the detected angular position of the fan wheel 28.
  • the semiconductor microwave unit 24 has a control module 36, which receives the angular position of the fan wheel 28 from the control and evaluation unit 26 or, if the control and evaluation unit 26 is integrated in the semiconductor microwave unit 24, determines this itself accordingly, such as already explained above.
  • control module 36 of the semiconductor microwave unit 24 controls corresponding power modules 38 of the semiconductor microwave unit 24 depending on the determined angular position of the fan wheel 28, a corresponding operating mode of the respective power module 38 being able to be set here. In particular for the respective angular position of the fan wheel 28.
  • the power modules 38 which can also be referred to as microwave power levels, are assigned to the cooking chamber 14 via antennas 40, so that from the microwaves provided by the semiconductor microwave unit 24 can be coupled into the cooking chamber 14 via the antennas 40 in order, for example, to cook the food 20 to be cooked.
  • a power of 250 W or 500 W per power module 38 can be provided.
  • four power modules 38 are provided with a power of 250 W, so that four power stages are formed.
  • the individual power modules 38 are controlled as a function of the angle, as already explained above.
  • a larger number of angle segments is usually provided, for example 400.
  • the period T p of the fan wheel 28 is between 30 and 240 milliseconds, this depending on the rotational speed or the rotational speed of the fan wheel 28 .
  • the period duration T p is subdivided into N time slots, so that the complete rotation of the fan wheel 28, ie a 360° rotation of the fan wheel 28, is subdivided into corresponding N angular segments.
  • the N angular segments can include an equally large angular range or be variable with regard to the angular range.
  • the duration of the corresponding time slot t s is, for example, between 0.625 milliseconds and 10 milliseconds, this depending on the number of time slots N and the period duration T p .
  • the semiconductor microwave unit 24 is operated completely in a heating operation mode during one revolution of the fan wheel 28, this results in N different excitation vectors with which the semiconductor microwave unit 24 is operated during the revolution of the fan wheel 28.
  • the excitation vectors are indexed with an index n, so that the indices "0" to "N-1" are provided.
  • the excitation vectors are different from each other and take into account the respective angular position of the fan wheel 28, which ensures that the semiconductor microwave unit 24 always has an optimal operating point during operation.
  • the semiconductor microwave unit 24 is shown in more detail, in particular the control module 36 and the individual power modules 38, which are controlled by the control module 36.
  • the control module 36 receives the information regarding the angular position of the fan wheel 28 from the control and evaluation unit 26 or calculates this based on the data received itself, for example based on the angle sensor 34.
  • control module 36 is able to provide a clock signal with the period t s via which the individual power modules 38 are controlled, as will be explained below.
  • control module 36 provides a frequency reference f ref [n] that is transmitted to all power modules 38 .
  • the power modules 38 are each provided with corresponding sets of excitation vectors, which are controlled by the control module 36 by means of the clock signal or are selected by the control module 36 in cycles. In other words, an incoming clock edge of the clock signal is converted by the corresponding power module 38 such that the next excitation vector is used.
  • the excitation vectors W j [n] are also provided in a predetermined order, so that they are switched through one after the other by means of the clock signal.
  • the direction in which the excitation vectors W j [n] clockwise switched through or selected depends on the direction of rotation of the fan wheel 28 , which can be detected by means of the rotary encoder 34 .
  • the control module 36 controls the individual power modules 38 using the clock signal or the trigger signal with the period t s such that the correspondingly assigned excitation vector W j [n] is used in the respective angular segments or time slots.
  • the control parameters assigned to the excitation vector for the phase of the microwaves to be generated are made available, which are processed together with the frequency reference by the respective power module 38 in order to generate the microwaves accordingly.
  • the power modules 38 have an IQ modulator or IQ demodulator 42 and at least one amplifier 44 so that the desired microwave signal is generated.
  • an excitation vector comprises a number of control parameters, namely for the phase, the amplitude, the pulse width and the frequency.
  • control parameters namely for the phase, the amplitude, the pulse width and the frequency.
  • the excitation frequency can also be provided as a control parameter, ie how often heating is to take place in a specific time slot in a defined number of revolutions, for example in the next 100 revolutions.
  • the frequency of excitation determines how often the excitation vector is switched to active in a specific number of the next revolutions. In principle, this can also be referred to as power scaling.
  • control module 36 switches the different excitation vectors W j [n] of the corresponding set in real time in order to react to the rotating fan wheel 28 . This is controlled by at least one trigger signal, ie the clock signal t s .
  • control module 36 which are used to compensate for the slow changes and generally to determine the optimal operating point or the corresponding excitation vector, are executed asynchronously and update part (or the entire) set of the excitation vectors of the respective one as required power module 38.
  • figure 7 shows the corresponding mode of heating operation within an angular segment at which the selection of the corresponding excitation vector takes place. In the example of figure 7 This is shown for the time slot t s0 , which has a duration of 75 ⁇ s in the example.
  • the desired excitation vector is set within a time slot.
  • a control loop ensures that the excitation vector is converted correctly. For example, thermal effects are taken into account.
  • Several control cycles can be run through within a time slot.
  • the time slot can have a duration of between 75 ⁇ s and 300 ⁇ s, depending on the fan speed, which can be between 0 and 2000 revolutions per minute if 400 time slots are to be generated, as shown in the example. Accordingly, the complete rotation of the fan wheel 28 is subdivided into 400 angular segments, which are assigned to 400 time slots t s .
  • the power modules 38 are controlled via the control module 36 in accordance with the lower region of FIG figure 7 illustrated process.
  • a "hardware access” which has a duration of 6 ⁇ s.
  • HW access the amplitude and phase are set in the form of DAC values.
  • the measurement then required is carried out in order to check the set amplitude and phase.
  • a software control loop (“software control algorithm”) then runs, which supplies corrected DAC values in order to arrive at the desired amplitude and phase more precisely.
  • the desired excitation vector can be continuously active in the background if this is desired or necessary due to the desired power requirement, so that heating power can be continuously present in order to heat the item 20 to be cooked.
  • a pulse width control would then switch off the excitation vector before the end of the time slot.
  • the duration of the time slot t s is known, so that with a pulse width of 80% it would be switched off after 0.8*t s and the next trigger signal would be awaited.
  • the power modules 38 are therefore operated in accordance with the excitation vectors provided, ie the phase and other parameters are set accordingly.
  • a control algorithm can also be carried out within an angle segment, as described in figure 7 is shown.
  • control algorithm is performed as many times as possible within the time slot or angle segment time, depending on the power requirement of the semiconductor microwave unit 24 .
  • the control values determined in the control algorithm are stored for the next revolution of the fan wheel 28 so that they are available directly as a starting value and can be used.
  • a total of three sub-ranges (“HW access”) are provided in an angular segment, which are used to set the DAC values and measure the actual amplitude and phase, namely once for about 6 ⁇ s and twice for about 5 ⁇ s.
  • the remaining 59 ⁇ s of the time slot with a duration of 75 ⁇ s are therefore provided for the control algorithm, which is executed several times, in particular each time after the "HW access".
  • the DAC values set during the first "hardware access” are active in the background, ie the excitation vector / operating point is also active for the entire duration of the time slot.
  • FIG 6 An alternative operation mode of the semiconductor microwave unit 24 is shown, which is a measurement operation mode.
  • the semiconductor microwave unit 24 is used in the measurement mode of operation such that one of the plurality of line modules 38 emits a microwave signal at a set frequency, with the other power modules 38 receiving a corresponding reflected signal from the cooking cavity 14 .
  • the waves running forward and the waves running backwards are coupled out at the corresponding power modules 38, in particular the connections between the power modules 38 and the antennas 40, in order to determine corresponding scattering parameters.
  • the respective power module 38 can have a directional coupler via which the differently propagating waves can be coupled out.
  • a different frequency can already be used in a subsequent angle segment in order to determine the scattering parameters before a different angle segment and different frequency.
  • the measurements are carried out with a corresponding number of revolutions of the fan wheel 28 . If 101 frequency points of an angle segment are to be measured, 101 revolutions of the fan wheel 28 are used, for example, to obtain the measurement data.
  • the measurement time can be shortened by interpolating or extrapolating the scattering parameters along a frequency axis or the fan wheel angle or the time slots.
  • the data determined in the measuring operation mode can be used to calculate or determine the excitation vectors for the heating operation mode, in particular to react to slowly changing dielectric properties that occur due to the heating of the food to be cooked 20 or an inner box of the combination cooking appliance 10 the cooking chamber 14 surrounds.
  • the power modules 38 can thus be configured in such a way that they measure scattering parameters (S-parameters) in a defined angular segment or over the entire angular range.
  • the optimal excitation vector is determined from the measurements. Suitable algorithms for a fixed time slot are identical to those for a shielded cooking chamber 14.
  • the optimal excitation vector can be optimized according to its purpose, for example maximum energy input, maximum efficiency or maximum uniformity.
  • a dielectric load of the cooking chamber 14 is to be determined in order, for example, to detect the cooking state of the food to be cooked 20, its course, newly introduced food to be cooked in the cooking chamber 14, a type of food to be cooked or cooking accessories present in the cooking chamber 14, such as the food carrier 18 .
  • the electric field distribution in the respective object acts like a volumetric weight of the material properties of the respective object.
  • the rotating fan wheel 28 changes the field patterns in the cooking chamber 14 and different field distributions arise in the respective object, so that the corresponding material properties can be scanned more evenly. So if you combine the scattering parameters from all angular positions, you increase the information content about the object.
  • the information is constantly updated by a cyclical measurement of the scattering parameters, ie the measurement for an angular segment per revolution of the fan wheel 28 .
  • the heating operation does not have to be interrupted. Only the time in which the microwave power is entered is reduced by the time portion of the measurement of an angle segment of the entire revolution.
  • the excitation vectors in the angle segment can be automatically updated by this cyclical measurement
  • the measurement data or waves obtained in the measurement operation mode are generally transmitted to the control module 36, for example the waves coupled out by the directional coupler, with the control module 36 evaluating the measurement data or waves obtained in order to determine the scattering parameters.
  • the control module 36 has at least one evaluation part that is used to evaluate and determine the scattering parameters.
  • the actuation module 36 can in principle have the control and evaluation unit 26 .
  • the semiconductor microwave unit 24 can also be operated in an idle operating mode in which no microwaves are generated via the semiconductor microwave unit 24, i.e. neither for heating the food 20 nor for sensing the cooking chamber 14.
  • each angular segment 20 angular segments were provided, which divided the entire rotation of the fan wheel 28 accordingly.
  • a specific operating mode can be provided in each angular segment, ie an idle operating mode, a measuring operating mode or a heating operating mode.
  • consecutive angular segments can have different operating modes. This can depend on the cooking program or the power requirement for the semiconductor microwave unit 24 .
  • the in figure 2 The angle segments 0 to 15 shown are used for heating the item to be cooked 20, whereas the angle segments 16 to 19 are used for sensing, in order to update the excitation vectors or carry out a control algorithm, for example. Should the power requirement increase, more angular segments can be allocated to the heating mode of operation.
  • the efficiency of the power modules 38 scales with amplitude such that the best efficiency is achieved at maximum amplitude.
  • the power modules 38 are therefore operated at maximum amplitude, with their switch-on times or the associated time slots being varied accordingly, ie the respective operating mode of the individual angular segments.
  • an angle segment is only activated in x/100 revolutions, which means that the power of the angle segment can be scaled, in particular in 1% increments in the example given.
  • the corresponding angle segment would therefore be active for 10% of the time, which corresponds to a power scaling to 10%.
  • a finer or coarser resolution can also be set, for example 5% increments with activation at x/20 revolutions. This is also understood as the excitation frequency of the excitation vector.
  • the amplitude of the individual power modules 38 is always set at the maximum or most efficient output power for the corresponding frequency.
  • the excitation vectors are then only controlled via the phases.
  • the appropriate coupling of the microwave into the cooking space 14 is therefore controlled exclusively via the phases.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Garen von Gargut (20) in einem Kombinationsgargerät (10) mit einem Lüfterrad (28) und einer Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) zum Erzeugen von Mikrowellen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:- Ermitteln einer Winkelstellung des Lüfterrads (28),- Auswählen eines Anregungsvektors für die Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) basierend auf der ermittelten Winkelstellung aus einem Satz von unterschiedlichen Anregungsvektoren, wobei der Anregungsvektor zumindest Ansteuerungsparameter für die Phase der zu erzeugenden Mikrowellen umfasst, und- Betreiben der Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) mit dem ausgewählten Anregungsvektor.Zudem ist ein Kombinationsgargerät (10) beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Garen von Gargut in einem Kombinationsgargerät mit einem Lüfterrad und einer Halbleiter-Mikrowelleneinheit zum Erzeugen von Mikrowellen. Ferner betrifft die Erfindung ein Kombinationsgargerät zum Garen von Gargut.
  • Aus dem Stand der Technik sind Gargeräte bekannt, die neben konventionellen Energiequellen wie einer Heißluftvorrichtung und einer Dampferzeugungsvorrichtung zusätzlich noch eine Mikrowelleneinheit aufweisen, über die Energie in ein im Garraum des Gargeräts befindliches Gargut eingebracht werden kann, um das Gargut zu garen. Derartige Gargeräte werden auch als Kombinationsgargeräte bezeichnet, da diese Gargeräte mehrere unterschiedliche Energiequellen miteinander kombinieren. Die Kombinationsgargeräte werden typischerweise in Profiküchen eingesetzt, beispielsweise in Kantinen oder in der Gastronomie.
  • Die Kombinationsgargeräte werden in zwei Klassen eingeteilt, die sich durch die Art der Mikrowelleneinheit unterscheiden. In der ersten Klasse, die den traditionellen Weg darstellt, werden Magnetrons als Mikrowelleneinheiten eingesetzt. Anstelle der Magnetrons können aber auch sogenannte Halbleiter-Mikrowelleneinheiten verwendet werden, die auch als SSC-Hardware ("Solid State Cooking"-Hardware) bezeichnet werden. Insofern ersetzen die Halbleiterbauteile die traditionell verwendeten Magnetrons, um die Mikrowellen zu erzeugen.
  • Die Kombinationsgargeräte weisen unabhängig von ihrem jeweiligen Typ ein Lüfterrad auf, welches sich während des Betriebs des Gargeräts dreht, um das im Garraum vorliegende Garraumklima zu verwirbeln, sodass der gewünschte Energieeintrag durch Heißluft und/oder Dampf in das Gargut erfolgt. Das drehende Lüfterrad hat jedoch einen starken Einfluss auf das von der Mikrowelleneinheit erzeugte Mikrowellenfeld im Garraum, da dieses ebenfalls entsprechend verwirbelt wird. Das Lüfterrad fungiert nämlich als Modenmischer.
  • Während die Kombinationsgargeräte der ersten Klasse, die das Magnetron als Mikrowelleneinheit aufweisen, das sich drehende Lüfterrad positiv nutzen können, um ebenfalls einen gleichmäßigen Energieeintrag durch die Mikrowellen zu realisieren, hat das drehende Lüfterrad bei den Kombinationsgargeräten des zweiten Typs, also mit Halbleiter-Mikrowelleneinheit, einen störenden Einfluss. Dies liegt daran, dass die Halbleiter-Mikrowelleneinheit im Gegensatz zum Magnetron, welches sich immer im optimalen Arbeitspunkt befindet, nur verzögert auf das sich ändernde Mikrowellenfeld reagieren kann, da zunächst ein geeigneter Arbeitspunkt ermittelt werden muss.
  • Das im Garraum vorliegende Mikrowellenfeld ändert sich mit der Geschwindigkeit des Lüfterrads, wodurch entsprechend schnelle Änderungen auftreten, denen die Halbleiter-Mikrowelleneinheit nicht ohne weiteres folgen kann. Demnach kann diese nicht mehr im optimalen Arbeitspunkt arbeiten, was die Effizienz entsprechend reduziert. Ein großer Teil der eingespeisten Leistung wird daher direkt wieder aus dem Garraum reflektiert und von der Halbleiter-Mikrowelleneinheit absorbiert, was im schlimmsten Fall zu einer derart großen Reflexion führt, dass die Halbleiter-Mikrowelleneinheit aus Sicherheitsgründen abgeschaltet wird.
  • Aus diesem Grund ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass bei Kombinationsgargeräten, die eine Halbleiter-Mikrowelleneinheit aufweisen, das Lüfterrad abgeschirmt ist, um so den Einfluss des Lüfterrads auf das Mikrowellenfeld im Garraum zu minimieren. Das Mikrowellenfeld im Garraum ändert sich durch das drehende Lüfterrad nicht oder nur unwesentlich, da die Schirmung einen Einfluss des sich drehenden Lüfterrads abschirmt. Dennoch auftretende Veränderungen des Mikrowellenfelds gehen demnach nicht auf die Drehung des Lüfterrads zurück, sondern ausschließlich auf andere Gründe, beispielsweise die Ausdehnung des Innenkastens und/oder Veränderungen des Garguts aufgrund der zunehmenden Temperatur im Garraum. Dies sind jedoch im Vergleich zur Drehung des Lüfterrads langsame Prozesse, auf die die Halbleiter-Mikrowelleneinheit mit Algorithmen reagieren kann, da die Halbleiter-Mikrowelleneinheiten hierzu entsprechend ausgelegt sind, um den langsamen Änderungen zu folgen.
  • Aufgrund der Schirmung ist jedoch die Fertigung des Kombinationsgargeräts sowie dessen Wartung komplizierter, was mehr Aufwand erfordert. Beispielsweise muss die Schirmung mit einem Innenkasten des Gargeräts, der den Garraum begrenzt, elektrisch kontaktiert sein. Die Schirmung hat jedoch auch einen Einfluss auf den Betrieb des Gargeräts, insbesondere die Heißluftleistung des Gargeräts, da die Schirmung die Gleichmäßigkeit bzw. die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst.
  • Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Betrieb des Kombinationsgargeräts sowie ein verbessertes Kombinationsgargerät bereitzustellen, wobei ein gleichzeitiger Betrieb der Halbleiter-Mikrowelleneinheit und des Lüfterrads ohne die zuvor genannten Nachteile möglich ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Garen von Gargut in einem Kombinationsgargerät mit einem Lüfterrad und einer Halbleiter-Mikrowelleneinheit zum Erzeugen von Mikrowellen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
    • Ermitteln einer Winkelstellung des Lüfterrads,
    • Auswählen eines Anregungsvektors für die Halbleiter-Mikrowelleneinheit basierend auf der ermittelten Winkelstellung aus einem Satz von unterschiedlichen Anregungsvektoren, wobei der Anregungsvektor zumindest Ansteuerungsparameter für die Phase der zu erzeugenden Mikrowellen umfasst, und
    • Betreiben der Halbleiter-Mikrowelleneinheit mit dem ausgewählten Anregungsvektor.
  • Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Kombinationsgargerät zum Garen von Gargut, mit einem Lüfterrad, einer Steuer- und Auswerteeinheit und einer Halbleiter-Mikrowelleneinheit. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist eingerichtet, eine vorliegende Winkelstellung des Lüfterrads zu ermitteln. Die Halbleiter-Mikrowelleneinheit ist eingerichtet, in mehreren unterschiedlichen Operationsmodi betrieben zu werden. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist ferner eingerichtet, die Halbleiter-Mikrowelleneinheit basierend auf der ermittelten Winkelstellung derart anzusteuern, dass sich die Halbleiter-Mikrowelleneinheit basierend auf der ermittelten Winkelstellung in einem ausgewählten Operationsmodus befindet.
  • Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass aufgrund der ermittelten Winkelstellung des Lüfterrads eine der Winkelstellung des Lüfterrads entsprechende Ansteuerung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit erfolgt, sodass zum Beispiel ein auf die Winkelstellung des Lüfterrads angepasstes Mikrowellenfeld durch die Halbleiter-Mikrowelleneinheit erzeugt werden kann, wodurch die Halbleiter-Mikrowelleneinheit im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden kann. Mit anderen Worten wird das sich drehende Lüfterrad während des Betriebs des Lüfterrads in zahlreiche einzelne Momentaufnahmen unterteilt, die mit der Winkelstellung des Lüfterrads zusammenhängen. Für jede dieser Einzelaufnahmen kann ein entsprechender Anregungsvektor für die Halbleiter-Mikrowelleneinheit bereitgestellt werden. Der entsprechende Anregungsvektor kann ausgewählt werden, um die Halbleiter-Mikrowelleneinheit der vorliegenden Einzelaufnahme des Lüfterrads anzusteuern, also der jeweiligen Winkelstellung des Lüfterrads.
  • Hierdurch kann das Gargut gleichmäßiger gegart bzw. erwärmt werden, da die Mikrowellen an die jeweilige Winkelstellung des Lüfterrads angepasst erzeugt werden. Gleichzeitig ist es nicht notwendig, dass das Lüfterrad abgeschirmt werden muss, wodurch sich der Energieeintrag mittels der zumindest einen konventionellen Energiequelle entsprechend verbessert, also mittels der Heißluft- und/oder Dampfvorrichtung. Dies wird möglich, da die Halbleiter-Mikrowelleneinheit winkelabhängig angesteuert wird, nämlich in Abhängigkeit der Winkelstellung des Lüfterrads. Die unterschiedlichen Anregungsvektoren, die zur Auswahl stehen, sind demnach winkelabhängig, da sie von der Winkelstellung des Lüfterrads abhängen. Die winkelabhängigen Anregungsvektoren sind dabei in einer Reihenfolge im Satz der Anregungsvektoren vorgegeben, da jeder Anregungsvektor einem Winkelsegment der Umdrehung des Lüfterrads zugeordnet ist, die zwangsläufig aufeinander folgen, da das Lüfterrad nicht sprunghaft die Winkelstellung verändern kann. Unter einem Winkelsegment ist ein Winkelbereich zu verstehen, beispielsweise einer Verdrehung des Lüfterrads um 10°, um 3° oder um 0,9°.
  • Grundsätzlich umfasst die Halbleiter-Mikrowelleneinheit ein Ansteuerungsmodul sowie wenigstens ein Leistungsmodul, insbesondere mehrere Leistungsmodule. Auf dem Ansteuerungsmodul sind entsprechende Algorithmen hinterlegt, die je nach ausgewähltem Garprogramm bzw. durchzuführendem Garprozess gewählt werden, um einen Energieeintrag mittels Mikrowellen breitzustellen. Die auf dem Ansteuerungsmodul hinterlegten Algorithmen dienen dazu, eine grundsätzliche Einstellung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit in Abhängigkeit des gewählten Garprogramms bzw. des Garprozesses vorzunehmen, wobei die Algorithmen auf sich langsam verändernde Bedingungen reagieren, die durch die Erwärmung des Garraums und/oder des Garguts bedingt sind. Das sich drehende Lüfterrad stellt dagegen eine schnelle Veränderung dar, die zudem periodisch erfolgt, welche nicht über die Algorithmen im Ansteuerungsmodul abgebildet werden können.
  • Das Ansteuerungsmodul steuert das zumindest ein Leistungsmodul an, wobei die entsprechende Ansteuerung winkelabhängig erfolgt, also in Abhängigkeit der erfassten Winkelstellung des Lüfterrads. Über die winkelabhängige Ansteuerung des zumindest einen Leistungsmoduls ist sichergestellt, dass die schnellen Veränderungen kompensiert werden können, die aufgrund des sich drehenden Lüfterrads auftreten.
  • Die Steuer- und Auswerteeinheit des Kombigargeräts lässt sich durch das Ansteuerungsmodul bereitstellen.
  • Die Anregungsvektoren können neben dem Ansteuerungsparameter für die Phase zusätzlich noch Ansteuerungsparameter für Amplitude, Pulsweite, Anregungshäufigkeit und/oder Frequenz der zu erzeugenden Mikrowellen umfassen. Demnach steuert das Ansteuerungsmodul in Abhängigkeit der erfassten Winkelstellung die Phase, die Amplitude, die Pulsweite, die Anregungshäufigkeit und/oder die Frequenz der Mikrowellen.
  • Grundsätzlich ist vorgesehen, dass ein Anregungsvektor aufgrund der ermittelten Winkelstellung des Lüfterrads einem definierten Zeitschlitz der Periodendauer des Lüfterrads bei dessen Drehung zugeordnet ist, wobei der Zeitschlitz einer Dauer entspricht, die das Lüfterrad benötigt, um das entsprechende Winkelsegment zurückzulegen. Insofern hängt der Zeitschlitz von der Periodendauer bzw. der Geschwindigkeit des Lüfterrads und der Anzahl der Segmente ab. Der Anregungsvektor wird für den Zeitschlitz der Periodendauer angewendet.
  • Die Erfindung nutzt für die Ansteuerung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit aus, dass das Drehen des Lüfterrads ein zyklischer Prozess ist, sodass für die unterschiedlichen Winkelpositionen jeweils abgestimmte Anregungsvektoren verwendet werden können, die den optimalen Arbeitspunkt der Halbleiter-Mikrowelleneinheit bei der jeweiligen Winkelstellung des Lüfterrads gewährleisten.
  • Der optimale Arbeitspunkt hängt dabei vom gewünschten Zweck ab. Insofern kann der optimale Arbeitspunkt ein Arbeitspunkt sein, der hinsichtlich des Energieeintrags optimal ist, also bei dem die Halbleiter-Mikrowelleneinheit den größten Energieeintrag hat. Auch kann der Arbeitspunkt bezüglich der Effizienz optimal sein, sodass dort die größte Effizienz an dem Arbeitspunkt gewährleistet ist. Die Effizienz ist dabei frequenzabhängig. Ebenso kann der optimale Arbeitspunkt bezüglich der Gleichmäßigkeit gewählt sein, sodass sogenannte "Sweetspots" vermieden werden. Hierfür können gezielt unterschiedliche Frequenzen angeregt werden, wodurch eben gerade ein "Sweetspot" vermieden wird.
  • Die Halbleiter-Mikrowelleneinheit weist zudem unterschiedliche Operationsmodi auf, die in Abhängigkeit des Betriebsmodus des Kombinationsgargerätes ausgewählt werden können, wobei zusätzlich eine Auswahl basierend auf der ermittelten Winkelstellung des Lüfterrads erfolgt, sodass eine winkelabhängige Ansteuerung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit erfolgt.
  • Die gesamte Drehung des Lüfterrads lässt sich in mehrere Winkelsegmente unterteilen, wobei jedem dieser Winkelsegmente ein entsprechender Operationsmodus der Halbleiter-Mikrowelleneinheit zugeordnet werden kann. Insofern ist es möglich, dass die Halbleiter-Mikrowelleneinheit während einer Drehung des Lüfterrads mehrere unterschiedliche Operationsmodi aufweist, um ein effizientes Garen des Garguts zu ermöglichen.
  • Ein Aspekt sieht vor, dass der Satz der unterschiedlichen Anregungsvektoren eine vollständige Umdrehung des Lüfterrads abdeckt, die in mehrere Winkelsegmente unterteilt wird. Dementsprechend ist eine Periodendauer des Lüfterrads, also die Zeit, die das Lüfterrad benötigt, um eine vollständige Drehung durchzuführen, in mehrere Zeitbereiche unterteilt, die auch als Zeitschlitze bezeichnet werden. Jedem dieser Zeitschlitze ist ein eindeutiger Anregungsvektor aus dem Satz der unterschiedlichen Anregungsvektoren zugeordnet. Insofern ist sichergestellt, dass für jedes Winkelsegment ein Anregungsvektor zur Verfügung steht, der dem Betrieb der Halbleiter-Mikrowelleneinheit im optimalen Arbeitspunkt gewährleistet.
  • Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der ausgewählte Anregungsvektor für ein definiertes Winkelsegment des sich drehenden Lüfterrads konstant ist, wobei das Winkelsegment kleiner als 360° ist, insbesondere kleiner also 10°, vorzugsweise kleiner als 1°. Eine vollständige Drehung des Lüfterrads wird in unterschiedliche Winkelsegmente unterteilt, die gleich groß oder unterschiedlich groß sein können. Jedem der verschiedenen Winkelsegmente ist dabei ein entsprechender Anregungsvektor zugeordnet, der über das entsprechende Winkelsegment konstant ist. Sofern das Winkelsegment also einen Bereich von 10° abdeckt, ist sichergestellt, dass der Anregungsvektor, der Halbleiter-Mikrowelleneinheit während der Dauer der Drehung des Lüfterrads, die für den Winkelbereich von 10° benötigt wird, konstant gehalten ist.
  • Die Winkelstellung des Lüfterrads kann mittels eines Drehgebers gemessen, basierend auf einer Drehzahl des Lüfterrads und einem Bezugsimpuls berechnet oder aus Messungen von Streuparametern bei einer festen Frequenz über die Dauer einer Umdrehung des Lüfterrads abgeleitet werden. Insofern stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, um die jeweilige Winkelstellung des Lüfterrads zu ermitteln. Der Drehgeber, welcher auch als Winkelgeber bezeichnet werden kann, ist dabei in einem Antrieb des Lüfterrads integriert oder an einer Antriebswelle des Lüfterrads vorgesehen, die das Lüfterrad antreibt. Der Drehgeber kann ein Drehgebersignal bereitstellen, aus dem die Drehrichtung des Lüfterrads, der Umlauf einer vollen Umdrehung des Lüfterrads und/oder einzelne Winkelschritte direkt abgeleitet werden können. Das entsprechende Signal des Drehgebers, also das Drehgebersignal, wird beispielsweise von der Halbleiter-Mikrowelleneinheit verarbeitet, um den entsprechenden Operationsmodus auszuwählen, insbesondere den jeweiligen Anregungsvektor.
  • Es liegt somit eine Koppelung zwischen der Halbleiter-Mikrowelleneinheit und dem Drehgeber vor, der eine Echtzeit-Ansteuerung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit gewährleistet.
  • Beispielsweise stellt das Drehgebersignal eine Vielzahl von Impulsen pro Umdrehung des Lüfterrads bereit, die in eine geringere Zahl von Pulsen zusammengefasst werden, wodurch die Auflösung entsprechend verringert wird. Hierdurch ergibt sich eine vereinfachte Ansteuerung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit. Beispielsweise stellt das Trägersignal 4096 Impulse bereit, die in 400 Pulse pro Umdrehung des Lüfterrads umgesetzt werden, sodass eine volle Umdrehung des Lüfterrads in 400 Winkelsegmente unterteilt wird, denen entsprechend 400 unterschiedliche Anregungsvektoren zugeordnet sind. Mit anderen Worten umfasst der Satz von unterschiedlichen Anregungsvektoren demnach 400 unterschiedliche Anregungsvektoren, sodass ein Winkelsegment kleiner als 1° ist, nämlich 0,9°.
  • Alternativ kann die jeweilige Winkelstellung über die Drehzahl des Lüfterrads, die dem Kombinationsgargerät, insbesondere der Steuer- und Auswerteeinheit, bekannt ist, da das Kombinationsgargerät das Lüfterrad entsprechend ansteuert, sowie einem Bezugsimpuls berechnet werden.
  • Es kann eine absolute Winkelangabe ermittelt werden, wobei eine relative Winkelangabe für die Ansteuerung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit ausreichend ist.
  • Alternativ lässt sich die Winkelstellung des Lüfterrads aus Messungen von Streuparametern (S-Parametern) ableiten, wobei dies eine Schätzung darstellt. Die zur Berechnung der Streuparameter verwendeten Wellen müssen hierbei bei einer fixen Frequenz über die Dauer einer gesamten Umdrehung des Lüfterrads gemessen und anschließend analysiert werden, also die vorwärtslaufenden Wellen (ausgesandten Wellen) und die rückwärtslaufenden Wellen (reflektierten Wellen). Im Zeitbereich sieht man in den Streuparametern eindeutige bzw. markante Stellen, die mit Winkelstellungen des Lüfterrads einhergehen, sodass aus deren Periodizität die Drehgeschwindigkeit und der Winkel abgeleitet werden können. Mittels der erfassten Streuparameter können dann die für die jeweilige Winkelstellung besten Anregungsvektoren ausgewählt werden.
  • Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Drehrichtung des Lüfterrads ermittelt wird, wobei die ermittelte Drehrichtung des Lüfterrads eine Reihenfolge der Anregungsvektoren des Satzes der unterschiedlichen Anregungsvektoren bestimmt. Insofern sind die Anregungsvektoren eines Satzes in einer definierten Reihenfolge vorgesehen, sodass die Anregungsvektoren des Satzes nacheinander abgearbeitet werden. Dies erfolgt basierend auf einem Taktsignal, welches von der ermittelten Winkelstellung des Lüfterrads abhängt. Sofern während des Betriebs des Lüfterrads eine Drehrichtungsänderung vorgenommen wird, beispielsweise in einem reversiblen Betrieb des Lüfterrads, ändert sich entsprechend auch die Reihenfolge der Anregungsvektoren. Mit der Drehrichtungsänderung des Lüfterrads ändert sich somit auch die Abarbeitungsrichtung des Satzes der Anregungsvektoren.
  • Mit anderen Worten sind die Anregungsvektoren fortlaufend indiziert, wobei bei einer Linksdrehung des Lüfterrads die Anregungsvektoren entsprechend steigender Indizes verwendet wird. Sollte eine Rechtsdrehung des Lüfterrads nach einer Drehrichtungsänderung vorliegen, so werden die Anregungsvektoren mit sinkenden Indizes verwendet.
  • Grundsätzlich kann das Drehgebersignal aus zwei Triggersignalen bestehen, mit denen die Drehrichtung des Lüfterrads entsprechend ermittelt werden kann. Je nachdem, ob das erste Triggerrsignal vor dem zweiten Triggersignal erfasst wird, lässt sich hierüber die entsprechende Drehrichtung des Lüfterrads ermitteln.
  • Der Drehgeber kann als ein Inkrementalgeber ausgebildet sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt werden die Anregungsvektoren berechnet oder aufgrund einer Regelung aktualisiert. Insofern kann auf langsame Veränderungen, beispielsweise aufgrund der Aufwärmung eines Innenkastens des Kombinationsgargeräts bzw. des Erwärmens des Garguts reagiert werden, wodurch die vorgesehenen Anregungsvektoren neu berechnet bzw. mittels der Regelung (Regelalgorithmus) aktualisiert werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein stabiler Betrieb der Halbleiter-Mikrowelleneinheit gegeben ist.
  • Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Satz von unterschiedlichen Anregungsvektoren aus mehreren unterschiedlichen Sätzen von unterschiedlichen Anregungsvektoren ausgewählt wird. Die unterschiedlichen Sätze können sich dabei in lediglich einem Anregungsvektor voneinander unterscheiden, also einem unterschiedlich angesteuerten Winkelsegment während der Drehung des Lüfterrads. Grundsätzlich können die unterschiedlichen Anregungsvektoren für ein Winkelsegment, insbesondere die unterschiedlichen Sätze von Anregungsvektoren, vorgesehen sein, um eine erhöhte Diversität sicherzustellen, was zu einer gleichmäßigeren Erwärmung des Garguts führt. Hierbei kann zwischen den einzelnen Umdrehungen des Lüfterrads zwischen den Sätzen gewechselt werden, beispielsweise alternierend.
  • Ferner kann die Anzahl der Anregungsvektoren bei den unterschiedlichen Sätzen verschieden sein, sodass beispielsweise bei einem ersten Satz 400 Anregungsvektoren vorgesehen sind, wohingegen bei einem zweiten Satz lediglich 200 Anregungsvektoren vorgesehen sind.
  • Die unterschiedlichen Sätze können auch auf eine Beschleunigung bzw. ein Bremsen des Lüfterrads und die damit einhergehende Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Lüfterrads reagieren. Beispielsweise wird beim Stillstand des Lüfterrads oder kurz vor dem Stillstand des Lüfterrads ein Satz mit weniger Anregungsvektoren verwendet. Typischerweise verändert sich jedoch die Länge der Zeitschlitze beim Beschleunigen bzw. Abbremsen, sodass diese entsprechend gestaucht oder gestreckt werden. Die absolute Anzahl der Zeitschlitze bleibt jedoch konstant.
  • Grundsätzlich sind die unterschiedlichen Sätze vorgesehen, um auf die langsamen Änderungen zu reagieren, die über die Algorithmen entsprechend berechnet bzw. bestimmt werden.
  • Das Auswählen des jeweiligen Satzes kann auch als Aktualisierung der Anregungsvektoren bzw. Update der Änderungsvektoren bezeichnet werden.
  • Ferner kann eine erneute Auswahl des entsprechenden Satzes aus den mehreren unterschiedlichen Sätzen aufgrund einer vorbestimmten Zeit, einer Änderung einer dielektrischen Eigenschaft in einem Garraum des Kombinationsgargeräts und/oder kontinuierlich erfolgen. Hiermit kann auf die langsamen Änderungen im Garraum reagiert werden, sodass die winkelabhängigen Anregungsvektoren, insbesondere die entsprechenden Sätze, aktualisiert werden. Die entsprechende Aktualisierung der Anregungsvektoren kann mittels drei unterschiedlicher Mechanismen erfolgen.
  • Sofern die Aktualisierung nach einer bestimmten Zeit, beispielsweise 30 Sekunden, erfolgt, ergibt sich eine starre Aktualisierung der Anregungsvektoren, die an ein ablaufendes Garprogramm gekoppelt sein kann. Hierbei kann jedoch nicht auf Veränderungen reagiert werden, die außerhalb dessen liegen, was zu Beginn angenommen wurde. Um auf eine solche Veränderung reagieren zu können, kann daher eine Änderung der dielektrischen Eigenschaft im Garraum des Kombinationsgargeräts berücksichtigt werden, sodass ein entsprechendes Monitoring erfolgt. Beispielsweise wird hierzu auch auf eine Änderung der Streuparameter abgestellt, wobei eine Änderung der Anregungsvektoren dann benötigt wird, sofern die Änderung einen Schwellenwert überschreitet.
  • Auch wenn die reflektierte Leistung in einem Zeitschlitz deutlich über dem erwarteten Wert liegt, insbesondere einen Schwellwert überschreitet, kann für diesen Zeitschlitz eine Aktualisierung angefragt werden. Beispielsweise werden die eingebrachte und reflektierte Leistung wird bei jeder Anwendung des Anregungsvektors, d.h. bei jeder Umdrehung, gemessen und an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt.
  • Wie vorstehend erläutert, kann die Aktualisierung auch nur auf einzelne Winkelsegmente beschränkt sein, also auf einzelne Anregungsvektoren. Ebenso kann eine kontinuierliche Aktualisierung erfolgen, wobei die entsprechenden Winkelsegmente des Lüfterrads kontinuierlich neu vermessen werden, also in einem Messoperationsmodus der Halbleiter-Mikrowelleneinheit. Es kann zudem vorgesehen sein, dass lediglich ein Winkelsegment neu vermessen wird, um die von der Halbleiter-Mikrowelleneinheit eingebrachte Energie nicht zu stark zu reduzieren. Insbesondere wird eine geringe Anzahl an Winkelsegmenten neu vermessen.
  • Ein Aspekt sieht vor, dass die mehreren unterschiedlichen Operationsmodi der Halbleiter-Mikrowelleneinheit einen Leerlaufoperationsmodus, einen Messoperationsmodus sowie einen Heizoperationsmodus umfassen.
  • Im Heizoperationsmodus wird die Halbleiter-Mikrowelleneinheit derart betrieben, dass mittels der Anregungsvektoren ein Mikrowellenfeld zum Erwärmen des Garguts erzeugt wird.
  • Im Messoperationsmodus werden über die Halbleiter-Mikrowelleneinheit dagegen Mikrowellen in den Garraum eingespeist, um beispielsweise eine Streuparameter-Messung durchzuführen. Die Streuparameter-Messung kann verwendet werden, um die Anregungsvektoren zu berechnen, die für den Heizoperationsmodus verwendet werden sollen. Ebenso kann im Messoperationsmodus festgestellt werden, ob eine Veränderung der dielektrischen Eigenschaften des Garraums erfolgt ist, beispielsweise aufgrund einer Veränderung der Eigenschaften des Garguts bzw. einer Neubeschickung des Garraums.
  • Auch kann eine Veränderung der dielektrischen Eigenschaften des Garraums aufgrund einer Veränderung des Resonanzverhaltens eines Sensors festgestellt werden, beispielsweise aufgrund einer Veränderung des Resonanzverhaltens eines Temperatursensors, insbesondere eines Kerntemperaturfühlers.
  • Im Leerlaufoperationsmodus wird die Halbleiter-Mikrowelleneinheit nicht angesteuert, sodass keine Energie von der Halbleiter-Mikrowelleneinheit in den Garraum eingespeist wird. Ebenso werden im Leerlaufoperationsmodus keine Mikrowellen in den Garraum eingespeist, die zum Abtasten bzw. Sensieren dienen.
  • Wie vorstehend erläutert, kann die Halbleiter-Mikrowelleneinheit die unterschiedlichen Operationsmodi während einer Umdrehung des Lüfterrads aufweisen, sodass beispielsweise in einem ersten Zeitschlitz bzw. einem ersten Winkelsegment die Halbleiter-Mikrowelleneinheit in einem Messoperationsmodus betrieben wird, wobei die Halbleiter-Mikrowelleneinheit in einem anschließenden Zeitschlitz bzw. anschließenden Winkelsegment in einem Heizoperationsmodus betrieben wird. Dies kann insbesondere von der gewünschten Leistung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit abhängen. Beispielsweise werden bei einer Leistungsanforderung von 75% entsprechend 75% der zur Verfügung stehenden Winkelsegmente für das Erwärmen des Garguts (Heizoperationsmodus) verwendet, wohingegen die verbleibenden 25% der zur Verfügung stehenden Winkelsegmente für den Messoperationsmodus verwendet werden. Die entsprechende Zuordnung der Operationsmodi an die zu Verfügung stehenden Winkelsegmente erfolgt dabei dynamisch, insbesondere in Abhängigkeit der Leistungsanforderung.
  • Insofern kann die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet sein, die Operationsmodi der Halbleiter-Mikrowelleneinheit innerhalb einer vollständigen Umdrehung des Lüfterrads zu variieren und/oder die Operationsmodi für dasselbe Winkelsegment zweier aufeinander folgender Umdrehungen des Lüfterrads zu variieren. Hierdurch ist eine entsprechend effiziente Leistungsregelung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit implementiert, da die Allokation der Winkelsegmente entsprechend der gewünschten Leistung erfolgt. Zum Beispiel kann ein bestimmtes Winkelsegment in einer bestimmten Anzahl der vorhandenen Sätze der Anregungsvektoren aktiv sein, wohingegen das bestimmte Winkelsegment für andere Sätze nicht aktiv ist.
  • Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Halbleiter-Mikrowelleneinheit ein Ansteuerungsmodul sowie mehrere Leistungsmodule umfasst, die jeweils mit dem Ansteuerungsmodul in Kommunikationsverbindung stehen. Jedem Leistungsmodul ist ein Satz von unterschiedlichen Anregungsvektoren zugeordnet. Das Ansteuerungsmodul ist eingerichtet, den Leistungsmodulen eine gemeinsame Frequenzreferenz vorzugeben und die Leistungsmodule mittels eines von der erfassten Winkelstellung abhängigen Taktsignals anzusteuern, um einen Anregungsvektor aus dem Satz der unterschiedlichen Anregungsvektoren auszuwählen.
  • Dies betrifft den Heizoperationsmodus der Halbleiter-Mikrowelleneinheit, bei dem das Ansteuerungsmodul der Halbleiter-Mikrowelleneinheit die Leistungsmodule ansteuert, um die ausgewählten Anregungsvektoren zur Erzeugung der Mikrowellen vorzusehen. Die erfasste Winkelstellung des Lüfterrads wird dabei ausgenutzt, um das Taktsignal zu erzeugen, mittels dem das Ansteuerungsmodul die einzelnen Leistungsmodule ansteuert. Insofern ergibt sich eine taktweise Weiterschaltung der Anregungsvektoren des Satzes der unterschiedlichen Anregungsvektoren beim jeweiligen Leistungsmodul. Mit anderen Worten wird die Reihenfolge der Anregungsvektoren taktweise abgearbeitet, nämlich in der Reaktion auf das Taktsignal. Das Taktsignal hängt dabei von der Geschwindigkeit des Lüfterrads ab, sodass das Taktsignal angepasst bzw. skaliert wird, wenn das Lüfterrad schneller oder langsamer dreht.
  • Die Leistungsmodule können jeweils wenigstens einen Sensor aufweisen, der eingerichtet ist, vorwärtslaufende und/oder rückwärtslaufende Wellen zu erfassen. Hierzu kann ein entsprechender Richtkoppler vorgesehen sein, um die vorwärtslaufenden Wellen und die rückwärtslaufenden Wellen auszukoppeln. Hierbei lassen sich entsprechende Streuparameter erfassen, insbesondere winkelabhängig, d.h. abhängig von der Winkelstellung des Lüfterrads.
  • Grundsätzlich kann jedes Leistungsmodul innerhalb eines jeden Winkelsegments ein Mikrowellensignal aussenden, wobei die weiteren Leistungsmodule der Halbleiter-Mikrowelleneinheit das entsprechend reflektierte Signal empfangen. Die Frequenzen, bei denen das sendende Leistungsmodul sendet, ist über das Ansteuerungsmodul eingestellt bzw. vorgegeben, sodass die eingestellte Frequenz für das gesamte Winkelsegment gilt. Das anschließende Winkelsegment, bei dem ebenfalls eine entsprechende Streuparameter-Messung erfolgen kann, kann dabei schon eine andere Frequenz aufweisen.
  • Auch ist es möglich, dass mehrere Frequenzen nacheinander in einem Winkelsegment vermessen werden. Dies ist insbesondere bei kleinen Drehzahlen des Lüfterrads möglich.
  • Während des jeweiligen Winkelsegments wird die vorwärtslaufende Welle des sendenden Leistungsmoduls gemessen sowie die rückwärtslaufende Welle an allen weiteren Leistungsmodulen gemessen. Hierüber lassen sich die Streuparameter entsprechend berechnen, nämlich aus dem Verhältnis von rücklaufenden zu vorlaufenden Wellen. Die erhaltenen Daten, die die Streuparameter beschreiben, können an das Ansteuerungsmodul weitergeleitet werden, was basierend auf den Streuparametern die vorhandenen Anregungsvektoren berechnet bzw. aktualisiert. Ebenso kann eine im Garraum vorhandene dielektrische Last bzw. deren Veränderung entsprechend sensiert werden, sodass ein virtueller Sensor geschaffen ist.
  • Sofern ein Winkelsegment für mehrere unterschiedliche Frequenzen gemessen werden soll, muss dieses Winkelsegment in aufeinanderfolgenden bzw. mehreren Umdrehungen des Lüfterrads durchgeführt werden. Sofern beispielsweise 100 verschiedene Frequenzpunkte für dasselbe Winkelsegment gemessen werden sollen, sind hierfür 100 Umdrehungen des Lüfterrads notwendig, um die entsprechenden Daten zu erhalten.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Interpolation bzw. Extrapolation der erhaltenen Messdaten entlang der Frequenzachse oder entlang der Zeitachse durchgeführt wird, wodurch die benötigte Messzeit reduziert werden kann, um die gewünschte Auflösung hinsichtlich der Frequenz zu erhalten. Beispielsweise wird nur bei jedem zweiten Zeitschlitz eine Frequenz gemessen, wobei dazwischen interpoliert wird.
  • Wie bereits erläutert ist es bei langsamen Drehzahlen oder dem Stillstand des Lüfterrads auch möglich, mehrere Frequenzen in einem Winkelsegment bzw. hintereinander zu vermessen.
  • Vom Ansteuerungsmodul der Halbleiter-Mikrowelleneinheit werden die jeweiligen Algorithmen asynchron zum Taktsignal ausgeführt. Sofern ein Heizoperationsmodus oder ein Messoperationsmodus ausgeführt werden soll, z.B. aufgrund eines Rezepts oder der Ansteuerung durch die Steuer- und Auswerteeinheit des Kombinationsgargeräts, werden entsprechende Ansteuerungsbefehle für ausgewählte Winkelsegmente an die Leistungsmodule gesendet und eine entsprechende Frequenzreferenz bereitgestellt, die die für das Winkelsegment entsprechende Frequenz einstellt. Wenn das entsprechende Winkelsegment nächstmalig auftritt, also beispielsweise bei der nächsten Umdrehung des Lüfterrads, wird der entsprechende Ansteuerungsbefehl ausgeführt, beispielsweise der entsprechende Anregungsvektor im Heizoperationsmodus.
  • Die Halbleiter-Mikrowelleneinheit kann modular aufgebaut sein, sodass die Anzahl der Leistungsmodule variabel verändert werden kann. Insbesondere lassen sich nachträglich weitere Leistungsmodule in die Halbleiter-Mikrowelleneinheit integrieren, die mit dem Ansteuerungsmodul gekoppelt werden und von diesem angesteuert werden.
  • Das Leistungsmodul kann wenigstens einen Leistungsverstärker, einen Zirkulator und/oder einen Richtkoppler umfassen. Über den Richtkoppler kann das Leistungsmodul mit einem Auswerteteil des Ansteuerungsmoduls, insbesondere der Steuer- und Auswerteeinheit gekoppelt sein, sodass die entsprechend ausgekoppelten Wellen zur Verfügung gestellt werden.
  • Grundsätzlich kann eine reflektierte Leistung während des Heizbetriebs überwacht werden. Insofern kann erfasst werden, ob die reflektierte Leistung über einen erwarteten Wert bzw. über einen Grenzwert in dem Winkelsegment steigt. Sollte dies der Fall sein, so wird eine neue Messung der Streuparameter getriggert, wodurch eine Aktualisierung des Anregungsvektors erfolgt.
  • Nachdem die Winkelstellung des Lüfterrads ermittelt worden ist, kann der Streuparameter in der Winkelstellung gemessen werden, um daraus den Anregungsvektor zu berechnen. Alternativ kann zunächst ein vordefinierter Anregungsvektor verwendet werden.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kombinationsgargeräts,
    • Figur 2 eine Darstellung, die eine Segmentierung einer Periodendauer des Lüfterrads beispielhaft darstellt,
    • Figur 3 eine schematische Darstellung einer Halbleiter-Mikrowelleneinheit, die beim erfindungsgemäßen Kombinationsgargerät verwendet wird,
    • Figur 4 ein Leistungsmodul der Halbleiter-Mikrowelleneinheit gemäß Figur 3,
    • Figur 5 eine Übersicht der von einem Anregungsvektor umfassten Ansteuerungsparameter,
    • Figur 6 eine Übersicht, die den Messoperationsmodus der Halbleiter-Mikrowelleneinheit verdeutlicht,
    • Figur 7 eine Übersicht, die den Heizoperationsmodus der Halbleiter-Mikrowelleneinheit verdeutlicht,
    • Figur 8 eine Darstellung eines Drehgebers, der beim erfindungsgemäßen Kombinationsgargerät verwendet werden kann, um die Winkelstellung der Lüfterrads zu ermitteln, und
    • Figur 9 eine Übersicht, die eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Winkelstellung des Lüfterrads zeigt.
  • In Figur 1 ist ein Kombinationsgargerät 10 gezeigt, das ein Gehäuse 12 aufweist, welches einen Garraum 14 sowie einen Technikraum 16 umgibt. In dem Garraum 14 ist ein Gargutträger 18 vorgesehen, auf dem ein zu garendes Gargut 20 angeordnet ist.
  • Das Gargut 20 wird mittels zumindest einer konventionellen Energiequelle 22 gegart, die beispielsweise eine Heizvorrichtung und/oder eine Dampfvorrichtung sein kann. Die konventionelle Energiequelle 22 ist dabei dem Garraum 14 zugeordnet, wobei über die konventionelle Energiequelle 22 ein Garraumklima im Garraum 14 erzeugt wird, mittels dem das Gargut 20 gegart wird.
  • Neben der konventionellen Energiequelle 22 weist das Kombinationsgargerät 10 zudem eine Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 auf, mittels der das Gargut 20 zusätzlich mittels Mikrowellen gegart wird. Insofern werden Mikrowellen in den Garraum 14 eingespeist, um entsprechende Energie an das Gargut 20 abzugeben.
  • In der gezeigten Ausführungsform weist das Kombinationsgargerät 10 zudem eine Steuer- und Auswerteeinheit 26 auf, die vorliegend separat zur Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 ausgebildet ist. Insofern handelt es sich bei der Steuer- und Auswerteeinheit 26 um eine separate Steuer- und Auswerteeinheit, beispielsweise eine übergeordnete Steuer- und Auswerteeinheit des Kombinationsgargeräts 10, die sämtliche Komponenten des Kombinationsgargeräts 10 ansteuert.
  • Alternativ kann die Steuer- und Auswerteeinheit 26 auch in die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 integriert sein, wie nachfolgend noch erläutert wird.
  • Darüber hinaus geht aus Figur 1 hervor, dass das Kombinationsgargerät 10 ein Lüfterrad 28 aufweist, welches dem Garraum 14 zugeordnet ist. Das Lüfterrad 28 wird mittels eines Antriebs 30 und einer Antriebswelle 32 drehend angetrieben. Hierdurch ist sichergestellt, dass das von der konventionellen Energiequelle 22 bereitgestellte Garraumklima innerhalb des Garraums 14 verwirbelt wird, um eine gleichmäßige Erwärmung des Garguts 20 mittels Heißluft und/oder Dampf sicherzustellen.
  • Dem Lüfterrad 28 ist ein Drehgeber 34 zugeordnet, der beispielsweise im Antrieb 30 integriert ist. Mithilfe des Drehgebers 34 kann die Winkelstellung des Lüfterrads 28 während des Betriebs des Lüfterrads 28 erfasst werden, also während der Antrieb 30 das Lüfterrad 28 antreibt. Bei dem Drehgeber kann es sich um einen Inkrementalgeber handeln.
  • Beispielsweise ist der Drehgeber 34 als ein optischer Encoder ausgebildet, wie dies in Figur 8 gezeigt ist. Der Drehgeber 34 kann ein entsprechendes Drehgebersignal an die Steuer- und Auswerteeinheit 26 übermitteln, ausgehend von dem die Steuer- und Auswerteeinheit 26 die Winkelstellung des Lüfterrads 28 ermittelt. Alternativ wird das Drehgebersignal an die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 übermittelt.
  • Alternativ zu dem Drehgebersignal, welches in Figur 8 gezeigt ist, kann der Drehgeber 34 zwei Triggersignale ausgeben, die von der Steuer- und Auswerteeinheit 26 oder der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 ausgewertet werden, um die Winkelstellung des Lüfterrads 28 zu ermitteln, insbesondere auch die Drehrichtung des Lüfterrads 28, wie dies beispielhaft in Figur 9 gezeigt ist.
  • Im oberen Bereich der Figur 9 ist eine Drehung des Lüfterrads 28 im Rechtslauf gezeigt, wohingegen im mittleren Bereich der Figur 9 eine Drehung des Lüfterrads 28 in Linkslauf gezeigt ist. Es ist zu erkennen, dass die beiden unterschiedlichen Triggersignale zu unterschiedlichen Zeitpunkten je nach Drehrichtung ausgegeben werden, wodurch eine Drehrichtungserkennung des Lüfterrads 28 erfolgen kann.
  • Wie vorstehend schon erläutert, kann der dem Lüfterrad 28 zugeordnete Drehgeber 34 im Antrieb 30 integriert oder der Antriebswelle 32 zugeordnet sein, sodass die Winkelstellung des Lüfterrads 28 ermittelt werden kann. Bei der jeweiligen Winkelstellung des Lüfterrads 28 kann es sich um eine relative Winkelstellung handeln, sodass eine absolute Winkelposition des Lüfterrads 28 nicht zwingend ermittelt werden muss. Die absolute Winkelposition kann aber mittels eines entsprechenden Bezugsimpulses ermittelt werden, wie dies in Figur 8 verdeutlicht ist. Der Bezugsimpuls gibt einen Start- bzw. Nullpunkt des Lüfterrads 28 an, ausgehend von dem dann die absolute Winkelposition ermittelt werden kann.
  • Alternativ zum Drehgeber 34 kann die Winkelstellung der Lüfterrads 28 von der Steuer- und Auswerteeinheit 26 auch basierend auf einer Drehzahl des Lüfterrads 28 berechnet werden, die von der Steuer- und Auswerteeinheit 26 aufgrund eines ablaufenden Garprogramms vorgegeben wird. Die Steuer- und Auswerteeinheit 26 steuert demnach den Antrieb 30 derart an, dass eine gewünschte Drehzahl des Lüfterrads 28 erreicht wird. Sofern ein Triggersignal bzw. Bezugsimpuls vom Lüfterrad 28 erfasst wird, kann hierüber die relative Winkelstellung des Lüfterrads 28 ermittelt werden, insbesondere aufgrund der verstrichenen Zeit nach dem letzten Bezugsimpuls unter Berücksichtigung der Drehzahl des Lüfterrads 28. Diese Berechnung kann auch durch die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 erfolgen, sofern die die entsprechenden Informationen erhält.
  • In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform werden die Winkelinformationen, also die ermittelte Winkelstellung des Lüfterrads 28, an die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 übermittelt, die diese entsprechend verarbeitet um einen entsprechenden Operationsmodus der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 einzustellen bzw. auszuwählen, also in Abhängigkeit der erfassten Winkelstellung des Lüfterrads 28.
  • Die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 weist hierzu ein Ansteuerungsmodul 36 auf, welches die Winkelstellung des Lüfterrads 28 von der Steuer- und Auswerteeinheit 26 erhält oder, sofern die Steuer- und Auswerteeinheit 26 in der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 integriert ist, diese entsprechend selbst ermittelt, wie vorstehend bereits erläutert.
  • In jedem Fall steuert das Ansteuerungsmodul 36 der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 entsprechende Leistungsmodule 38 der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 in Abhängigkeit der ermittelten Winkelstellung des Lüfterrads 28 an, wobei hier ein entsprechender Operationsmodus des jeweiligen Leistungsmoduls 38 eingestellt werden kann. Insbesondere für die jeweilige Winkelstellung des Lüfterrads 28.
  • Die Leistungsmodule 38, die auch als Mikrowellen-Leistungsstufen bezeichnet werden können, sind über Antennen 40 dem Garraum 14 zugeordnet, sodass von der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 bereitgestellte Mikrowellen über die Antennen 40 in den Garraum 14 eingekoppelt werden können, um bspw. das Gargut 20 zu garen. Dabei kann eine Leistung von 250 W oder 500 W je Leistungsmodul 38 vorgesehen sein. Beispielsweise sind vier Leistungsmodule 38 mit einer Leistung von 250 W vorgesehen, sodass vier Leistungsstufen ausgebildet sind.
  • Die Ansteuerung der einzelnen Leistungsmodule 38 erfolgt dabei winkelabhängig, wie vorstehend bereits erläutert.
  • Beispielsweise ist in Figur 2 gezeigt, dass eine vollständige Umdrehung des Lüfterrads 28 in 20 Winkelsegmente (n=0 bis n=19) unterteilt werden kann Hierdurch begeben sich 20 unterschiedliche Möglichkeiten, die Leistungsmodule 38 während einer einzigen Umdrehung des Lüfterrads 28 anzusteuern. Üblicherweise ist eine größere Anzahl an Winkelsegmenten vorgesehen, beispielsweise 400.
  • Beispielsweise beträgt die Periodendauer Tp des Lüfterrads 28 zwischen 30 und 240 Millisekunden, wobei dies von der Drehgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl des Lüfterrads 28 abhängt.
  • Die Periodendauer Tp wird in N Zeitschlitze unterteilt, sodass die vollständige Umdrehung des Lüfterrads 28, also eine 360° Umdrehung des Lüfterrads 28, in entsprechend N Winkelsegmente unterteilt ist.
  • Die N Winkelsegmente können dabei einen gleich großen Winkelbereich umfassen oder variabel hinsichtlich des Winkelbereichs sein. Die Dauer des entsprechenden Zeitschlitzes ts beträgt beispielsweise zwischen 0,625 Millisekunden und 10 Millisekunden, wobei dies von der Anzahl der Zeitschlitze N und der Periodendauer Tp abhängt.
  • Sofern die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 während einer Umdrehung des Lüfterrads 28 vollständig in einem Heizoperationsmodus betrieben wird, ergeben sich hieraus N verschiedene Anregungsvektoren, mit denen die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 während der Umdrehung des Lüfterrads 28 betrieben wird. Die Anregungsvektoren werden mit einem Index n indiziert, sodass die Indizes "0" bis "N-1" vorgesehen sind. Die Anregungsvektoren sind jeweils unterschiedlich voneinander und berücksichtigen die jeweilige Winkelstellung des Lüfterrads 28, wodurch sichergestellt ist, dass die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 während des Betriebs stets einen optimalen Arbeitspunkt aufweist.
  • Anhand der Figuren 3 bis 5 wird der Heizoperationsmodus der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 beschrieben.
  • In Figur 3 ist die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 detaillierter dargestellt, insbesondere das Ansteuerungsmodul 36 sowie die einzelnen Leistungsmodule 38, die vom Ansteuerungsmodul 36 angesteuert werden.
  • Das Ansteuerungsmodul 36 erhält die Informationen bezüglich der Winkelstellung des Lüfterrads 28 von der Steuer- und Auswerteeinheit 26 bzw. berechnet diese ausgehend von den erhaltenen Daten selbst, beispielsweise basierend auf den Winkelgeber 34.
  • Hierdurch ist das Ansteuerungsmodul 36 in der Lage, ein Taktsignal mit der Periode ts bereitzustellen, über das die einzelnen Leistungsmodule 38 angesteuert werden, wie nachfolgend noch erläutert wird.
  • Darüber hinaus stellt das Ansteuerungsmodul 36 eine Frequenzreferenz fref[n] zur Verfügung, die an sämtliche Leistungsmodule 38 übermittelt wird.
  • Die Leistungsmodule 38 sind jeweils mit entsprechenden Sätzen von Anregungsvektoren versehen, die vom Ansteuerungsmodul 36 mittels des Taktsignals angesteuert bzw. vom Ansteuerungsmodul 36 taktweise ausgewählt werden. Mit anderen Worten wird eine ankommende Taktflanke des Taktsignals durch das entsprechende Leistungsmodul 38 so umgesetzt, dass der nächste Anregungsvektor verwendet wird.
  • Die jeweiligen Sätze sind in den Figuren 3 und 4 mit Wj bezeichnet, wobei jeder Satz mehrere unterschiedliche Anregungsvektoren Wj[n] umfasst, nämlich Anregungsvektoren von Wj[0] bis Wj[N-1], die jeweils einem der mehreren Winkelsegmente bzw. Zeitschlitze fest zugeordnet sind, wie vorstehend anhand der Figur 2 erläutert worden ist.
  • Die Anregungsvektoren Wj[n] sind zudem in einer vorgegebenen Reihenfolge vorgesehen, sodass diese nacheinander mittels des Taktsignals durchgeschaltet werden. Die Richtung, in denen die Anregungsvektoren Wj[n] taktweise durchgeschaltet bzw. ausgewählt werden, hängt dabei von der Drehrichtung des Lüfterrads 28 ab, was mittels des Drehgebers 34 erfasst werden kann.
  • Das Ansteuerungsmodul 36 steuert demnach die einzelnen Leistungsmodule 38 mittels des Taktsignals bzw. des Triggersignals mit der Periode ts derart an, dass in den jeweiligen Winkelsegmenten bzw. Zeitschlitzen der entsprechend zugeordnete Anregungsvektor Wj[n] verwendet wird. Im jeweiligen Winkelsegment bzw. Zeitschlitz werden die dem Anregungsvektor zugeordnete Ansteuerungsparameter für die Phase der zu erzeugenden Mikrowellen zur Verfügung gestellt, die zusammen mit der Frequenzreferenz durch das jeweilige Leistungsmodul 38 verarbeitet werden, um die Mikrowellen entsprechend zu erzeugen. Die Leistungsmodule 38 weisen hierzu einen IQ-Modulator bzw. IQ-Demodulator 42 sowie wenigstens einen Verstärker 44 auf, sodass das gewünschte Mikrowellensignal erzeugt wird.
  • In Figur 5 ist beispielsweise gezeigt, dass ein Anregungsvektor mehrere Ansteuerungsparameter umfasst, nämlich für die Phase, die Amplitude, die Pulsweite sowie die Frequenz. Insofern ist sichergestellt, dass für jedes Winkelsegment eine effiziente und optimale Erwärmung des Garguts 20 mittels der Mikrowellen sichergestellt ist. Neben den gezeigten Ansteuerungsparameter kann noch die Anregungshäufigkeit als Ansteuerungsparameter vorgesehen sein, also wie häufig in einem bestimmten Zeitschlitz in einer definierten Anzahl von Umdrehungen geheizt werden soll, beispielsweise in den nächsten 100 Umdrehungen. Mit anderen Worten wird über die Anregungshäufigkeit festgelegt, wie häufig in einer bestimmten Anzahl der nächsten Umdrehungen der Anregungsvektor aktiv geschaltet wird. Dies kann grundsätzlich auch als Leistungsskalierung bezeichnet werden.
  • Grundsätzlich ist sichergestellt, dass die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 stets im optimalen Arbeitspunkt betrieben wird, da die winkelabhängige Ansteuerung der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 erfolgt.
  • Wie vorstehend erläutert, schaltet das Ansteuerungsmodul 36 die unterschiedlichen Anregungsvektoren Wj[n] des entsprechenden Satzes in Echtzeit weiter, um auf das sich drehende Lüfterrad 28 zu reagieren. Dies wird über mindestens ein Trigger-Signal gesteuert, also das Taktsignal ts.
  • Die Algorithmen auf dem Ansteuerungsmodul 36, die zur Kompensation der langsamen Veränderungen und generell zur Ermittlung des optimalen Arbeitspunkts bzw. des entsprechenden Anregungsvektors verwendet werden, werden asynchron ausgeführt und aktualisieren, je nach Bedarf, einen Teil (oder den gesamten) Satz der Anregungsvektoren des jeweiligen Leistungsmoduls 38.
  • In Figur 7 ist der entsprechende Heizoperationsmodus innerhalb eines Winkelsegments dargestellt, bei dem die Auswahl des entsprechenden Anregungsvektors erfolgt. Im Beispiel der Figur 7 ist dies für den Zeitschlitz ts0 gezeigt, der im Beispiel eine Dauer von 75 µs hat.
  • Innerhalb eines Zeitschlitzes wird der gewünschte Anregungsvektor eingestellt. Eine Regelschleife stellt dabei sicher, dass der Anregungsvektor korrekt umgesetzt wird. Beispielsweise werden thermische Effekte berücksichtigt. Innerhalb eines Zeitschlitzes können mehrere Regelzyklen durchlaugen werden.
  • Grundsätzlich kann der Zeitschlitz eine Dauer haben, die zwischen 75 µs und 300 µs liegt, wobei dies von der Lüfterdrehzahl abhängt, die zwischen 0 und 2000 Umdrehungen pro Minute liegen kann, sofern 400 Zeitschlitze erzeugt werden sollen, wie dies im Beispiel gezeigt ist. Demnach wird die vollständige Drehung des Lüfterrads 28 in 400 Winkelsegmente unterteilt, die entsprechend 400 Zeitschlitzen ts zugeordnet sind.
  • Aus Figur 7 wird deutlich, dass die Winkelsegmente aufgrund der vorgegebenen Drehung des Lüfterrads 28 in einer bestimmten Reihenfolge aufeinanderfolgen, die sich zudem periodisch wiederholt, nämlich mit der Periodendauer des Lüfterrads 28.
  • Innerhalb des einen Zeitschlitzes ts0 bzw. des zugeordneten Winkelsegments erfolgt eine Ansteuerung der Leistungsmodule 38 über das Ansteuerungsmodul 36 gemäß dem im unteren Bereich der Figur 7 dargestellten Ablaufs.
  • Unter anderem ist ein "HW-Zugriff" vorgesehen, der eine Dauer von 6 µs hat. Während des "HW-Zugriffs" werden die Amplitude und die Phase in Form von DAC-Werten eingestellt. Zudem wird die dann notwendige Messung durchgeführt, um die eingestellte Amplitude und Phase zu kontrollieren.
  • Nach der Messung läuft dann eine Software-Regelschleife ("Software Regelalgorithmus"), welche korrigierte DAC-Werte liefert, um genauer an die gewünschte Amplitude und Phase zu kommen.
  • Diese werden dann im folgenden "HW-Zugriff" wieder eingestellt und gemessen, woraufhin die Regelschleife wieder korrigierte Werte berechnet. Dies wiederholt sich so lange, bis der Zeitschlitz zu Ende ist. Hierdurch können Temperatureffekte ausgeglichen werden.
  • Im Hintergrund kann der gewünschte Anregungsvektor aber durchgehend aktiv sein, wenn dies gewünscht ist bzw. aufgrund der gewünschten Leistungsanforderung nötig ist, sodass durchgehend eine Heizleistung vorliegen kann, um das Gargut 20 zu erwärmen.
  • Eine Pulsweitensteuerung würde den Anregungsvektor dann vor Beendigung des Zeitschlitzes abschalten. Die Zeitdauer des Zeitschlitzes ts ist bekannt, sodass bei einer Pulsweite von 80% nach 0.8*ts abgeschaltet und das nächste Triggersignal abgewartet werden würde.
  • In diesem Bereich werden die Leistungsmodule 38 also entsprechend den vorgesehenen Anregungsvektoren betrieben, also die Phase sowie entsprechend weitere Parameter eingestellt. Um die Anregungsvektoren stabil zu halten, kann innerhalb eines Winkelsegments zudem ein Regelalgorithmus durchgeführt werden, wie dies in Figur 7 dargestellt ist.
  • Üblicherweise wird der Regelalgorithmus so oft wie möglich innerhalb des Zeitschlitzes bzw. der Zeit des Winkelsegments durchgeführt, wie dies möglich ist, wobei dies von der Leistungsanforderung an die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 abhängt. Die im Regealgorithmus ermittelten Regelwerte werde für die nächste Umdrehung des Lüfterrads 28 gespeichert, sodass diese direkt als Startwert vorliegen und verwendet werden können.
  • In der gezeigten Ausführungsform sind in einem Winkelsegment insgesamt drei Teilbereiche ("HW-Zugriff") vorgesehen, die zum Einstellen der DAC-Werte und Messen der tatsächlichen Amplitude und Phase verwendet werden, nämlich einmal für etwa 6 µs und zweimal für etwa 5 µs. Die restlichen 59 µs des Zeitschlitzes mit einer Dauer von 75 µs sind demnach für den Regealgorithmus vorgesehen, der mehrfach ausgeführt wird, insbesondere jedes Mal nach dem "HW-Zugriff". Im Hintergrund sind die bei dem ersten "HW-Zugriff" eingestellten DAC-Werte aber aktiv, d.h. auch der Anregungsvektor / Arbeitspunkt ist für die gesamte Dauer des Zeitschlitzes aktiv.
  • In Figur 6 ist ein alternativer Operationsmodus der Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 gezeigt, bei dem es sich um einen Messoperationsmodus handelt.
  • Die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 wird im Messoperationsmodus derart verwendet, dass eines der mehreren Leitungsmodule 38 ein Mikrowellensignal bei einer eingestellten Frequenz aussendet, wobei die weiteren Leistungsmodule 38 ein entsprechendes reflektiertes Signal aus dem Garraum 14 empfangen.
  • Hierbei werden die vorwärtslaufenden Wellen sowie die rückwärtslaufenden Wellen an den entsprechenden Leistungsmodulen 38, insbesondere den Verbindungen zwischen den Leistungsmodulen 38 und den Antennen 40 ausgekoppelt, um entsprechende Streuparameter zu ermitteln. Demnach kann das jeweilige Leistungsmodul 38 einen Richtkoppler aufweisen, über den die unterschiedlich laufenden Wellen ausgekoppelt werden können.
  • In einem darauffolgenden Winkelsegment kann bereits eine andere Frequenz verwendet werden, um die Streuparameter vor einem anderen Winkelsegment und anderer Frequenz zu ermitteln.
  • Sofern für dasselbe Winkelsegment mehrere Frequenzen gemessen werden sollen, werden die Messungen bei entsprechend vielen Umdrehungen des Lüfterrads 28 durchgeführt. Sofern 101 Frequenzpunkte eines Winkelsegments gemessen werden sollen, werden beispielsweise 101 Umdrehungen des Lüfterrads 28 genutzt, um die Messdaten zu erhalten. Alternativ kann die Messzeit dadurch verkürzt werden, dass die Streuparameter entlang einer Frequenzachse oder des Lüfterradwinkels bzw. der Zeitschlitze interpoliert bzw. extrapoliert werden.
  • Bei geringen Drehzahlen ist es auch denkbar, mehrere Frequenzen innerhalb eines Zeitschlitzes zu vermessen. Die Messung dauert beispielsweise ca. 25µs, sodass bei einer Zeitschlitzdauer von 300 µs mehrere Messungen möglich sind.
  • Grundsätzlich können die im Messoperationsmodus ermittelten Daten verwendet werden, um die Anregungsvektoren für den Heizoperationsmodus zu berechnen bzw. zu bestimmen, insbesondere auf langsam verändernde dielektrische Eigenschaften zu reagieren, die sich aufgrund der Erwärmung des Garguts 20 bzw. eines Innenkastens des Kombinationsgargeräts 10 auftreten, der den Garraum 14 umgibt. Die Leistungsmodule 38 können demnach so konfiguriert sein, dass sie Streuparameter (S-Parameter) in einem definierten Winkelsegment oder über den gesamten Winkelbereich messen. Aus den Messungen wird der optimale Anregungsvektor ermittelt. Geeignete Algorithmen für einen fixen Zeitschlitz sind identisch zu denen für einen geschirmten Garraum 14. Der optimale Anregungsvektor kann dabei entsprechend seinem Zweck optimiert sein, beispielsweise größter Energieeintrag, höchste Effizienz oder größte Gleichmäßigkeit.
  • Ebenso kann im Messoperationsmodus vorgesehen sein, dass eine dielektrische Last des Garraums 14 ermittelt werden soll, um beispielsweise den Garzustand des Garguts 20, dessen Verlauf, neueingebrachtes Gargut in den Garraum 14, eine Gargutart oder im Garraum 14 vorhandenes Garzubehör wie den Gargutträger 18 zu detektieren.
  • Beim Sensieren wirkt die elektrische Feldverteilung im jeweiligen Objekt wie ein volumetrisches Gewicht der Materialeigenschaften des jeweiligen Objekts. Durch das drehende Lüfterrad 28 verändern sich die Feldbilder im Garraum 14 und es entstehen unterschiedliche Feldverteilungen in dem jeweiligen Objekt, sodass die entsprechenden Materialeigenschaften gleichmäßiger abgetastet werden können. Kombiniert man also die Streuparameter von allen Winkelpositionen erhöht man den Informationsgehalt über das Objekt.
  • Durch eine zyklische Messung der Streuparameter, also der Messung für ein Winkelsegment pro Umdrehung des Lüfterrads 28, werden die Informationen ständig aktualisiert. Der Heizbetrieb muss nicht unterbrochen werden. Es wird lediglich die Zeit, in der Mikrowellenleistung eingetragen wird, um den zeitlichen Anteil der Messung eines Winkelsegments an der gesamten Umdrehung reduziert. Durch diese zyklische Messung können die Anregungsvektoren in dem Winkelsegment automatisch aktualisiert werden
  • Die im Messoperationsmodus erhaltenen Messdaten bzw. Wellen werden grundsätzlich an das Ansteuerungsmodul 36 übermittelt, beispielsweise die vom Richtkoppler ausgekoppelten Wellen, wobei das Ansteuerungsmodul 36 die erhaltenen Messdaten bzw. Wellen auswertet, um die Streuparameter zu ermitteln. Insofern weist das Ansteuerungsmodul 36 zumindest einen Auswertungsteil auf, der zur Auswertung und Bestimmung der Streuparameter genutzt wird. Wie vorstehend schon beschrieben, kann das Ansteuerungsmodul 36 grundsätzlich die Steuer- und Auswerteeinheit 26 aufweisen.
  • Grundsätzlich kann die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 auch in einem Leerlaufoperationsmodus betrieben werden, in dem keine Mikrowellen über die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 erzeugt werden, also weder zum Erwärmen des Garguts 20 noch zum Sensieren des Garraums 14.
  • In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel waren 20 Winkelsegmente vorgesehen, die die gesamte Drehung des Lüfterrads 28 entsprechend unterteilt. In jedem Winkelsegment kann ein bestimmter Operationsmodus vorgesehen sein, also ein Leerlaufoperationsmodus, ein Messoperationsmodus oder ein Heizoperationsmodus.
  • Insbesondere können aufeinanderfolgende Winkelsegmente unterschiedliche Operationsmodi aufweisen. Dies kann vom Garprogramm bzw. der Leistungsanforderung an die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 abhängen. Beispielsweise werden die in Figur 2 gezeigten Winkelsegmente 0 bis 15 für das Erwärmen des Garguts 20 verwendet, wohingegen die Winkelsegmente 16 bis 19 für das Sensieren verwendet werden, um so beispielsweise eine Aktualisierung der Anregungsvektoren durchzuführen bzw. einen Regelalgorithmus. Sollte die Leistungsanforderung steigen, so können mehr Winkelsegmente dem Heizoperationsmodus zugewiesen werden.
  • Grundsätzlich skaliert die Effizienz der Leistungsmodule 38 mit der Amplitude, sodass die beste Effizienz bei maximaler Amplitude erreicht wird. Daher werden die Leistungsmodule 38 bei maximaler Amplitude betrieben, wobei deren Einschaltzeiten bzw. die zugeordneten Zeitschlitze entsprechend variiert werden, also der jeweilige Operationsmodus der einzelnen Winkelsegmente.
  • Zum Beispiel wird ein Winkelsegment nur in x/100 Umdrehungen aktiviert, wodurch die Leistung des Winkelsegmentes skaliert werden kann, insbesondere in 1%-Schritten im genannten Beispiel. Mit einem Wert von x = 10 wäre das entsprechende Winkelsegment demnach für 10% der Zeit aktiv, was einer Leistungsskalierung auf 10% entspricht. Anstatt der 1%-Schritte kann auch eine feinere oder gröbere Auflösung eingestellt werden, beispielsweise 5%-Schritte mit einer Aktivierung bei x/20 Umdrehungen. Dies wird auch als Anregungshäufigkeit des Anregungsvektors verstanden.
  • Die Amplitude der einzelnen Leistungsmodule 38 ist immer bei der maximalen bzw. effizientesten Ausgangsleistung für die entsprechende Frequenz eingestellt. Die Anregungsvektoren werden dann nur noch über die Phasen geregelt. Die geeignete Einkoppelung der Mikrowelle in den Garraum 14 wird demnach ausschließlich über die Phasen gesteuert.
  • Es ist grundsätzlich möglich, die Halbleiter-Mikrowelleneinheit 24 aufgrund der winkelabhängigen Ansteuerung effizient zu betreiben, wobei gleichzeitig die konventionelle Energiequelle 22 ohne Einschränkung verwendet werden kann, beispielsweise die Heizvorrichtung und/oder die Dampfvorrichtung, da keine beeinflussende Schirmung nötig ist, die zudem den Fertigungs- und Serviceaufwand erhöht.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Garen von Gargut in einem Kombinationsgargerät (10) mit einem Lüfterrad (28) und einer Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) zum Erzeugen von Mikrowellen, mit den folgenden Schritten:
    - Ermitteln einer Winkelstellung des Lüfterrads (28),
    - Auswählen eines Anregungsvektors für die Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) basierend auf der ermittelten Winkelstellung aus einem Satz von unterschiedlichen Anregungsvektoren, wobei der Anregungsvektor zumindest Ansteuerungsparameter für die Phase der zu erzeugenden Mikrowellen umfasst, und
    - Betreiben der Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) mit dem ausgewählten Anregungsvektor.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz der unterschiedlichen Anregungsvektoren eine vollständige Umdrehung des Lüfterrads (28) abdeckt, die in mehrere Winkelsegmente unterteilt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Anregungsvektor für ein definiertes Winkelsegment des sich drehenden Lüfterrads (28) konstant ist, wobei das Winkelsegment kleiner als 360° ist, insbesondere kleiner als 10°, vorzugsweise kleiner als 1°.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelstellung des Lüfterrads (28) mittels eines Drehgebers (34) gemessen wird oder dass die Winkelstellung des Lüfterrads (28) basierend auf einer Drehzahl des Lüfterrads (28) und einem Bezugsimpuls berechnet wird oder dass die Winkelstellung des Lüfterrads (28) aus Messungen von Streuparametern bei zumindest einer festen Frequenz über die Dauer einer Umdrehung des Lüfterrads (28) abgeleitet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des Lüfterrads (28) ermittelt wird, wobei die ermittelte Drehrichtung des Lüfterrads (28) eine Reihenfolge der Anregungsvektoren des Satzes der unterschiedlichen Anregungsvektoren bestimmt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anregungsvektor berechnet oder aufgrund einer Regelung aktualisiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Anregungsvektor basierend auf gemessenen Streuparametern bei einer Winkelstellung des Lüfterrads (28) berechnet oder aufgrund einer Regelung aktualisiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz von unterschiedlichen Anregungsvektoren aus mehreren unterschiedlichen Sätzen von unterschiedlichen Anregungsvektoren ausgewählt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erneute Auswahl des entsprechenden Satzes aus den mehreren unterschiedlichen Sätzen aufgrund einer vorbestimmten Zeit, einer Änderung einer dielektrischen Eigenschaft in einem Garraum (14) des Kombinationsgargeräts (10) und/oder kontinuierlich erfolgt.
  10. Kombinationsgargerät zum Garen von Gargut (20), mit einem Lüfterrad (28), einer Steuer- und Auswerteeinheit (26) und einer Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24), wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (26) eingerichtet ist, eine vorliegende Winkelstellung des Lüfterrads (28) zu ermitteln, wobei die Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) eingerichtet ist, in mehreren unterschiedlichen Operationsmodi betrieben zu werden, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (26) ferner eingerichtet ist, die Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) basierend auf der ermittelten Winkelstellung derart anzusteuern, dass sich die Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) basierend auf der ermittelten Winkelstellung in einem ausgewählten Operationsmodus befindet.
  11. Kombinationsgargerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren unterschiedlichen Operationsmodi der Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) einen Leerlaufoperationsmodus, einen Messoperationsmodus sowie einen Heizoperationsmodus umfassen.
  12. Kombinationsgargerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (26) eingerichtet ist, die Operationsmodi der Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) innerhalb einer vollständigen Umdrehung des Lüfterrads (28) zu variieren und/oder die Operationsmodi für dasselbe Winkelsegment zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen des Lüfterrads (28) zu variieren.
  13. Kombinationsgargerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Mikrowelleneinheit (24) ein Ansteuerungsmodul (36 sowie mehrere Leistungsmodule (38) umfasst, die jeweils mit dem Ansteuerungsmodul (36) in Kommunikationsverbindung stehen, wobei jedem Leistungsmodul (38) ein Satz von unterschiedlichen Anregungsvektoren zugeordnet ist, und wobei das Ansteuerungsmodul (36) eingerichtet ist, den Leistungsmodulen (38) eine gemeinsame Frequenzreferenz vorzugeben und die Leistungsmodule (38) mittels eines von der erfassten Winkelstellung abhängigen Taktsignals anzusteuern, um einen Anregungsvektor aus dem Satz der unterschiedlichen Anregungsvektoren auszuwählen.
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