CH656283A5 - Mikrowellenofen. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen, welcher einen von metallischen Wänden umschlossenen Ofenraum zur Aufnahme des zu behandelnden Gutes aufweist.

Zwei Konstruktionsforderungen bei Mikrowellenöfen sind, dass zum einen die Energieverteilung im Ofenraum so gestaltet ' werden kann, dass eine gleichförmige Erwärmung des Gargutes erzielt wird und dass zum anderen das Magnetron eine annehmbare Belastungsimpedanz bei jeder beliebigen Beschickung des Ofenraumes mit Gargut antrifft. Bezüglich der zweiten Forderung ist festzustellen, dass eine annehmbare Belastungsimpedanz vorliegt, wenn das Magnetron ausreichend belastet wird, um keine zu starke Erhitzung der Anode zu bewirken, während andererseits die Belastung des Magnetrons nicht so gross sein soll, dass es bei der richtigen Frequenz nicht schwingen kann und in einen anderen Schwingungsmodus übergeht. Mit anderen Worten, das Magnetron sollte ausreichend fest angekoppelt sein, um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen oder maximale Ausgangsleistung zu erzielen, doch sollte andererseits das Magnetron lose genug angekoppelt sein, um eine gute Frequenzstabilität sicherzustellen. Die Einflüsse der Impedanzanpassung auf die Betriebseigenschaften des Magnetrons sind allgemein bekannt und werden von den Herstellern von Magnetrons in Reike-Diagrammen dargestellt.

Als Mikrowellenöfen anfänglich für die Bereitung von Speisen und für industrielle Verfahren eingeführt wurden, war bei einigen Baumustern die Ausgangssonde des Magnetrons unmittelbar in den Ofenraum eingesetzt. Es wurde gefunden, dass eine Verbesserung bezüglich der Gleichförmigkeit der Erwärmung erreicht werden konnte, wenn ein bewegliches Gerät, welches im allgemeinen als Modenrührer bezeichnet .wird, im Ofenraum vorgesehen wird. Wenn jedoch die Antennensonde unmittelbar in den Ofenraum ragte, so liess sich bezüglich der annehmbaren Impedanzbelastung des Magnetrons bei einer Vielzahl von Beschickungsbedingungen verhältnismässig wenig

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erreichen. Man musste daher in Kauf nehmen, dass das Magnetron mit niedrigem Wirkungsgrad und/oder mit schlechter Frequenzstabilität arbeitete.

Eine Möglichkeit einer annehmbaren Impedanzanpassung für das Magnetron besteht darin, das Magnetron in eine Wellenleitung einzukoppeln. In dieser Weise sind die herkömmlichen Mikrowellenzuführungseinrichtungen ausgebildet. Cha-» rakteristischerweise ist hierbei die Antennensonde des Magnetrons in eine Wellenleitüng in einem Abstand von etwa einem Viertel der Wellenlänge von einem kurzgeschlossenen Ende dieser Wellenleitung eingesetzt, so dass im wesentlichen die gesamte Mikrowellenenergie in die andere Richtung ausgekoppelt wird. Im allgemeinen mündet das dem kurzgeschlossenen Ende der Wellenleitung gegenüberliegende Ende in den Heizraum des Mikrowellenofens aus. Ein Modenrührer ist gewöhnlich in der Wellenleitung oder nahe ihrer Ausmündung in dem Ofenraum vorgesehen. Ein Einkoppeln der Antennensonde des Magnetrons in eine Wellenleitung, welche in den Ofenraum führt, ergab geringere Impedanzänderungen für das Magnetron bei jeweils unterschiedlichen Beschickungsbedingungen im Ofenräum.

Andererseits aber hat die Verwendung einer ausserhalb des Ofenraumes verlaufenden Wellenleitung verschiedene schwerwiegende Nachteile. Zunächst ist der Kostenaufwand für die Wellenleitung zu nennen, wobei diese Kosten offenbar auf den Preis des betreffenden Ofens aufgeschlagen werden müssen. Weiter stellen sich innerhalb der Wellenleitung Mikrowellenenergieverluste ein, welche den Wirkungsgrad des Systems vermindern. Drittens führt das Einkoppeln der Mikrowellenenergie in den Ofenraum über eine Wellenleitung zu stehenden Wellen, welche durch den Modenrührer modifiziert werden, so dass die angestrebte Gleichförmigkeit des Gareffektes zu wünschen übrig lässt.

Die Beseitigung der äusseren Wellenleitung wirft eine Reihe von bedeutsamen Problemen auf. Beispielsweise muss wiederum die Forderung einer annehmbaren Impedanzanpassung für das Magnetron bei einer Vielzahl von Beschickungsbedingungen erfüllt werden. Auch soll eine Gleichförmigkeit der Erwärmung des Gargutes erreicht werden. Wenn fernerhin die Mikrowellenzuführungseinrichtung in einem Kombinationsofen eingesetzt . werden soll, welcher eine zusätzliche Wärmequelle für einen Selbstreinigungsvorgang durch Hocherhitzung besitzt, so müssen Vorkehrungen getroffen werden, um das Magnetron vor den bei dem Selbstreinigungsvorgang auftretenden Temperaturen zu schützen. Schliesslich müssen Dichtungen vorgesehen sein, um ein Entweichen von Mikrowellenenergie im Bereich der Zuführungseinrichtung zu vermeiden. 1

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Mikrowellenzuführung eines Mikrowellenofens so auszubilden, dass eine ausserhalb des Ofenraumes verlaufende Wellenleitung vermieden und eine gleichförmige Erwärmung innerhalb des Gargutes erreicht wird, wobei zusätzlich für eine Vielzahl von Beschickungsbedingungen des Ofenraumes das Magnetron eine optimale angepasste Belastung antrifft. Es soll also eine optimale Kombination von Ausgangsleistung, Wirkungsgrad und Frequenzstabilität dadurch erreicht werden, dass eine richtige Impedanzanpassung des Magnetrons für eine Vielzahl von Beschickungsbedingungen eingehalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. '

Die erfindungsgemässe Mikrowellenzuführung bewährt sich auch in Kombinationsöfen, in denen innerhalb des Ofenraumes Temperaturen oberhalb 482°C während des Selbstreinigungsvorganges herrschen. Die Zuführung muss dabei so ausgebildet sein, dass das Magnetron vor den beim Selbstreinigungsvorgang auftretenden Temperaturen geschützt wird.

Sie kann so gestaltet werden, dass die Mikrowellenenergie daran gehindert wird, zwischen einer die Zuführungsteile aufnehmenden Vertiefung des Gehäuses und dem Boden des Ofenraumes auszutreten. Gleichzeitig können aus dem Gargut austretende Flüssigkeiten oder verschüttete Sössen daran gehindert werden, in die genannte Gehäusevertiefung zu fliessen. 5 Beim hier vorgeschlagenen Mikrowellenofen ist in einer der metallischen Wände des Ofenmantels eine Öffnung vorgesehen, durch welche hindurch die Antennensonde eines ausserhalb des Ofenraummantels montierten Magnetrons in den Ofenraum hineinragt. Nahe der Antennensonde sind innerhalb des Ofen-lo raumes Mittel vorgesehen, um die Mikrowellenenergie von der Antennensonde in Gestalt gerichteter Strahlungsmuster in den Ofenraum einzukoppeln. Diese Mittel sind drehbar und rotieren um eine durch die Antennensonde gehende Achse. Es kann zweckmässig sein, dass die erwähnten Kopplungsmittel eine fiais che Scheibe aufweisen, welche mit einer Anzahl von Schlitzen versehen ist, um die Mikrowellenenergie von der Antennensonde aus durch die Schlitze hindurch in den Ofenraum zu übertragen. Dabei kann im wesentlichen die gesamte Mikrowellenenergie in den Ofenraum von den Antennenschlitzen oder ähnlichen 20 Antennengebilden abgestrahlt werden.

Die Gestalt des Ofenraumes kann als Quader ausgebildet sein, von dessen einer Fläche, welche eine kreisrunde Öffnung aufweist, ein zylindrisches Raumgebilde wegsteht. •

Die Drehung der Kopplungsmittel kann dadurch erreicht 25 werden, dass diese Kopplungsmittel durch einen Luftstrom in Umdrehung versetzt werden.

In einer praktischen Ausführungsform kann an den den Ofenraum umschliessenden Ofenraummantel im Bereich einer Öffnung ein mit einem Boden versehener metallischer Zylinder 30 angesetzt sein, wobei dieser Boden wiederum eine Öffnung besitzt, durch den die Antennensonde eines ausserhalb bzw. unterhalb des Zylinderraums montierten Magnetrons in den Zylinderräum hineinragt. Die Mikrowellenenergie des Magnetrons wird von der Antennensonde aus durch Kopplungsmittel in Ge-35 stalt gerichteter Antennenmuster durch den Zylinderraum hindurch in den Ofenraum übertragen. Die Kopplungsmittel können wieder umlaufend ausgebildet sein. Weiter kann im Ofenraum ein zusätzliches Heizelement, insbesondere ein Wieder-standsheizelement vorgesehen sein.

40 In den einen Ofenraum umschliessenden metallischen Ofenraummantel kann sich auch ein tunnelartiges Gebilde über eine Öffnung, insbesondere eine Bodenöffnung, hinein erstrecken. Die Wand des Ofenraummantels, insbesondere die Bodenwand um die Einmündungssteile des tunnelartigen Gebildes herum 45 kann aufgebogen sein, so dass sich zwei zu der Tunnelwandung parallele Wandabschnitte ergeben. Mindestens ein Teil des zweiten dieser Wandabschnitte liegt über dem ersten Wandabschnitt oder mit Bezug auf diesen weiter einwärts und der Abstand des ersten Wandabschnittes von der Tunnelwand ist anso nähernd ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowellenenergie, während der Abstand des zweiten Wandabschnittes von der Tunnelwand grössenordnungsmässig kleiner als etwa 6,5 mm ist. Es kann vorteilhaft sein, dass der erwähnte zweite Wandabschnitt mit einer Vielzahl von parallel zur Achse des Tunnelge-55 bildes verlaufenden, insbesondere vertikalen Schlitzen versehen ist, um eine Ausbreitung von Mikrowellenenergie in Umfangs-richtung längs des zweiten Wandabschnittes zu vermeiden. Auch sind wieder Mittel zur Einführung von Mikrowellenenergie in das Tunnelgebilde in Richtung auf den Ofenraum vorge-60 sehen.

Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kombinations-65 Mikrowellenofens,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht der Mikrowellenzuführungseiririchtung am Boden des Ofenraumes des Mikrowellenofens nach Figur 1,

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Fig. 3 eine teilweise aufgeschnitten dargestellte Aufsicht der Mikrowellenzuführungseinrichtung nach Figur 2,

In Figur 1 ist ein frei aufstellbarer Kombinations-Mikro-wellenofen 6 dargestellt, bei welchem die hier vorgeschlagene Mikrowellenzuführungseinrichtung mit Erfolg angewendet werden kann. Während der gezeigte Kombinationsofen als Zusatzheizelement ein elektrisches Heizelement aufweist, können die hier beschriebenen Konstruktionsprinzipien auch auf Kombina-tions-Mikrowellenöfen mit zusätzlicher Gasheizung oder auch auf einfache Mikrowellenöfen angewendet werden. Der in Figur 3 mit 6 bezeichnete Kombinationsofen besitzt herkömmliche Herdplatten 82 und eine Bedientmgs-Steuertafel 84, um sowohl die Herdplatten 82 als auch die Brat- oder Backröhre bzw. den Ofenraum zu steuern. Zusätzliche Steuerknöpfe der Steuertafel 84 dienen zur Einstellung und Auswahl der Betriebsweise der Mikrowellenheizeinrichtung und der Widerstandsheizeinrichtung, wobei verschiedene Leistungseinstellungen, Kochbetriebsweisen und Zeitvorgaben möglich sind. Der Ofen weist ein Widerstandsheizelement 80 auf, das im Bereich des Bodens des Ofenraumes angeordnet ist, um die Wärme für normales Backen oder Braten und für den Selbstreinigungsvorgang zu liefern. Wie allgemein bekannt sind für den pyrolytischen Selbstreinigungsvorgang Temperaturen im Bereich von 470°C bis 593°C erforderlich. Ein zweites Widerstandsheizelement 86 ist in geringem Abstand von der Deckenwand des Ofenraumes angeordnet und dient zum Braten und Grillen.

Die Mikrowellenenergiequelle enthält die Mikrowellenzuführungseinrichtung 8 der hier angegebenen Art. Diese Mikrowellenzuführungseinrichtung wird in ihren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben. Der Ofen 6 enthält eine Reihe weiterer vorteilhafter Merkmale, beispielsweise ein Tür 88, welche so ausgebildet ist, dass sie das Entweichen von Mikrowellenenergie sicher verhindert, ferner in den Wänden eine nicht dargestellte thermische Isolation sowie eine obere Entlüftung, um die beim Selbstreinigungsvorgang entstehenden Dämpfe entweichen zu lassen. Diese Merkmale sind jedoch an sich bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Beschreibung.

Figur 2 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Mikrowellenzuführungseinrichtung 8, die eine Gehäusevertiefung 10 aufweist, die an den Boden 12 des Ofenraummantels 14 angesetzt ist. Um den Rand einer Kreislinie, deren Radius von der Mitte des Bodens 12 aus etwa 165 mm misst, ist der Boden, wie bei 16 angedeutet, rechtwinklig nach aufwärts abgebogen und ragt mit einem Wandabschnitt 17 etwa 12,7 mm nach aufwärts, um dann abermals rechtwinklig bei 18 umgebogen zu sein und sich auf eine Entfernung von wiederum etwa 12,7 mm in Richtung auf die Mitte der Öffnung hin zu erstrecken. Hier ist die Bodenwand, wie bei 20 gezeigt, unter einem Winkel 45° nach aufwärts gebogen und verläuft in dieser Richtung eine Strecke von 25,4 mm zu einer bei 22 dargestellten abgerundeten Biegung um 135° nach abwärts, wobei der vertikale Wandabschnitt 23 sich auf eine Entfernung von nahezu 25,4 mm in Richtung auf die Ebene des Bodens des Ofenmantels hin erstreckt. Der Boden des Ofenmantels ist aus porzellanemallier-tem Stahl gefertigt und die beschriebenen Abbiegungen um die kreisförmige Öffnung 24 des Bodens herum sind durch Stanzen hergestellt. Die kreisförmige Öffnung 24 selbst hat einen Durchmesser von annähernd 254 mm.

In der kreisförmigen Öffnung 24 ist die zur Zuführung der Mikrowellenenergie dienende Gehäusevertiefung oder -kammer 10 gehaltert, welche ein zylindrisches Teil 26 enthält, dessen Bodenwand 28 eine mittige Öffnung 30 aufweist, durch welche die Antennensonde 32 eines Magnetrons 34 aufragt, welches mittels Schrauben 33 an dem Boden 28 des zylindrischen Teils 26 befestigt ist. Der Innanrand der den Boden 28 bildenden Ringscheibe ist nach abwärts gebogen, wie in Figur 2 gezeigt ist, und steht an einer Drahtmaschendichtung 36 an, welche die Abdichtung zum Magnetron 34 herstellt und ein Entweichen von Mikrowellenenergie aus der Gehäusevertiefung 10 in Richtung auf das Magnetron verhindert. Die die Gehäusevertiefung 10 bildende Kammer ist an dem Boden des Ofenraumes mittels eines Flansches 38 befestigt, der die Gestalt einer Ringscheibe hat, welche vorzugsweise durch Schweissung längs ihres Aussenum-fanges an den Boden 12 des Ofenraumes angeschlossen ist. Die konzentrische Öffnung der Ringscheibe hat einen Durchmesser von etwa 254 mm und der Innenrand ist nach unten rechtwinklig abgebogen, wie aus Figur 2 ohne weiteres ersichtlich ist, so dass ein Flansch 39 gebildet ist, der mittels Nieten 40 an der die Gehäusevertiefung 10 bildenden Kammer befestigt ist. Aus Gründen, welche nachfolgend noch angegeben werden, sind nur drei Nieten 40 am Umfang des zylindrischen Teiles 26 verteilt angeordnet, um die die Gehäusevertiefung 10 bildende Kammer mit der Ringscheibe 38 zu verbinden.

Ein Zuführungssystem 50 koppelt die von der Antennensonde 32 des Magnetrons abgegebene Mikrowellenenergie als gerichtetes Strahlungsmuster in den Ofenraum ein, wobei das Strahlungsmuster zu der Drehachse der Anordnung nicht koaxial ist, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Das Zuführungssystem enthält zunächst eine flache Platte oder Scheibe 52, deren kreisscheibenförmige Oberfläche einen Durchmesser von annähernd 229 mm aufweist. Ein erster Schlitz 54a, welcher dem geometrischen Mittelpunkt der Kreisscheibe am nächsten liegt, hat Abmessungen von 76,2 mm X 25,4 mm, wobei die Längserstreckung senkrecht zu einer Durchmesserlinie verläuft, zu welcher dieser Schlitz symmetrisch liegt. Die dem Kreisscheibenmittelpunkt nächstliegende Berandung des Schlitzes 54a hat von dem Scheibenmittelpunkt einen Abstand von etwa 17,5 mm. Ein weiterer Schlitz 54b, welcher dem Scheibenmittelpunkt am zweitnächsten liegt, besitzt Abmessungen von 76 mm x 33,3 mm, wobei die Längserstreckung senkrecht zu einer zweiten Durchmesserlinie der Kreisscheibe verläuft und der Schlitz zu dieser Durchmesserlinie symmetrisch liegt. Ein dritter Schlitz 54c ist am weitesten von der Scheibenmitte entfernt und besitzt Abmessungen von 101,6 mm X 24,1 mm. Auch hier verläuft die Längserstreckung senkrecht zu einer Durchmesserlinie und der Schlitz ist symmetrisch zu dieser Durchmesserlinie gelegen. Die genannten Durchmesserlinien haben jeweils einen gegenseitigen Winkelabstand von 120°.

Das Zuführungssystem 50 enthält weiter ein schüsselartiges Gebilde 56, das mit der Scheibe 52 beispielsweise durch eine Anzahl von Nieten oder Punktschweissung verbunden ist. Das schüsselartige Gebilde 56 ist so geformt, dass im wesentlichen drei voneinander gesonderte Wellenleitungsabschnitte entstehen, welche sich von dem Ort der Drehachse des Systems im Bereich der Antennensonde des Magnetrons zu den einzelnen Schlitzen hin erstrecken, die als Antennenschlitze wirksam sind. Die Breite jedes Wellenleitungsabschnittes beträgt etwa 102 mm und jede Seitenwand der Wellenleitungsabschnitte verläuft in Richtung zur Scheibenmitte nach einwärts, bis sie sich mit der Seitenwand des benachbarten Wellenleitungsabschnittes verschneidet. Die allgemeine Gestalt des schüsseiförmigen Gebildes 56 ist in Figur 3 durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Mikrowellenenergie wird in den durch die Scheibe 52 und das schüsseiförmige Gebilde 56 umschlossenen Zuführungshohlraum 58 durch die Antennensonde 32 des Magnetrons im zentrischen gemeinsamen Mündungsbereich der Wellenleitungsabschnitte eingeführt, so dass die Wellenleitungsabschnitte einen gemeinsamen Anregungspunkt besitzen. Die Mikrowellenenergie breitet sich von dort durch die drei Wellenleitungsabschnitte zu den jeweils zugehörigen Antennenschlitzen nach auswärts aus. Am Ort der Schlitze wird die Mikrowellenenergie in die Gehäusevertiefung 10 eingekoppelt, wobei das elektrische Feld während des Übergangs von dem Wellenleitungsabschnitt in den freien Raum seine Richtung um annähernd 90° ändert. Die Mikrowellenenergie gelangt dann durch eine Abdeckung 60,

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welche für Mikrowellenenergie im wesentlichen durchlässig ist. Vorzugsweise ist die Abdeckung 60 aus feuerfester Keramik oder feuerfestem Keramikglas gefertigt, da dieses Material eine gute thermische Isolation bietet. Das Zuführungssystems 50 stellt im wesentlichen eine Richtantenne dar und das erzeugte Strahlungsmuster kann in herkömmlicher Weise durch die Nahfeldtheorie eines Strahlungsdiagramms beschrieben werden. Bei einem stark belasteten Ofen kann die Energieverteilung von dem Zuführungssystem in das zu garende oder zu erwärmende Gut hinein durch ein System angenähert werden, welches keine Begrenzungswände besitzt. Dies stellt einen wesentlichen Unterschied zu herkömmlichen Öfen dar, bei denen die Mikrowellenenergie in den Ofenraum über eine Wellenleitung eingekoppelt wird und ein Modenrührer an irgendeiner Stelle innerhalb des Ofenraumes angeordnet ist, um die sich zwischen den Wänden des Ofenraumes ausbildenden Schwingungsmoden zu ändern.

Es wurde gefunden, dass sehr vorteilhafte Erwärmungseigenschaften dadurch geschaffen werden können, dass ein Zuführungssystem verwendet wird, welches umläuft und welches bei Stillstand ein gerichtetes Strahlungsmuster erzeugt, welches zu der Drehachse nicht koaxial ist. Das hier im einzelnen beschriebene Zuführungssystem 50 führt zu diesen vorteilhaften Erwärmungseigenschaften. Es versteht sich jedoch, dass die konstruktiven Einzelheiten des Zuführungssystems im Rahmen der hier offenbarten Gedanken gewandelt werden können. Während beispielsweise bei dem beschriebenem Ausführungsbeispiel drei Antennenschlitze 54a, 54b und 54c vorgesehen sind, kann auch eine hiervon verschiedene Anzahl von Antennenschlitzen verwendet werden. Auch können die Antennenschlitze in anderen Abständen von dem Mittelpunkt der Scheibe angeordnet werden und andere Abmessungen aufweisen. Es wurde gefunden, dass das Strahlungsmuster stärker gerichtet ist, wenn die Anzahl der Antennenschlitze erhöht wird. Auch ein grösserer Abstand der Antennenschlitze von dem geometrischen Mittelpunkt der Scheibe führt zu einem stärker gerichteten Strahlungsmuster. Zwar ist eine Ausrichtung des Strahlungsmusters im allgemeinen eine vorteilhafte Eigenschaft,

doch bestehen hier offenbar diesbezüglich gewisse Grenzen. Auch sind mechanische Gesichtspunkte zu beachten, so dass die Anzahl der Antennenschlitze nicht beliebig vergrössert werden kann. Weiter begrenzt die Grösse der Scheibe den möglichen Abstand, in welchem die Schlitze von dem Scheibenmittelpunkt angeordnet werden können. Allgemein ist festzustellen, dass die Antennenschlitze eine Breite von grössenordnungsmässig einem Viertel der Wellenlänge oder darunter haben sollten und dass ihre Länge grösser als eine halbe Wellenlänge sein sollte. Es versteht sich, dass die von einem bestimmten Antennenschlitz abgestrahlte Energiemenge teilweise eine Funktion der Grösse des Schlitzes und eine Funktion seiner Lage auf der Platte relativ zu der Antennensonde ist. Es sei noch bemerkt, dass eine Anzahl von anderen Strahlergebilden oder Antennengebilden anstelle der Antennenschlitze verwendet werden kann.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass die Mikrowellenenergie in die drei Wellenleitungsabschnitte von einem gemeinsamen Anregungspunkt aus dadurch eingekoppelt wird, dass die Antennensonde 32 des Magnetrons unmittelbar in das Zuführungssystem hineinragt. Wie zuvor bemerkt ist es vorteilhaft, dass das umlaufende Zuführungssystem innerhalb des Ofenhohlraums eine Energieverteilung bewirkt, welche ein gleichförmiges Kochen oder Garen in dem Raum ermöglicht. Durch das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Zuführungssystem wird ein sehr zweckmässiges Strahlungsmuster in den Ofenraum eingestrahlt, welches beim Umlauf die angestrebte Gleichförmigkeit des Kochvorganges oder Garvorganges sicherstellt. Gleichzeitig aber wird durch das Zuführungssystem zur Einkopplung der vom Magnetron abgegebenen Mikrowellenenergie in den Ofenraum erreicht, dass das Magnetron für eine Vielzahl von Beschickungsbedingungen des Ofenraumes eine annehmbare Belastungsimpedanz antrifft. Dem Fachmann ist bekannt, dass eine annehmbare Belastungsimpedanz derart zu wählen ist, dass das Magnetron ausreichend belastet ist, um eine zu starke Anodenerhitzung zu verhindern, wobei jedoch die Belastung nicht 5 so stark sein darf, dass das Magnetron nicht mehr bei seiner normalen Frequenz schwingt, sondern in einen anderen Schwingungsmodus übergeht. Mit anderen Worten, das Magnetron muss fest genug angekoppelt sein, so dass sich ein guter Wirkungsgrad oder eine maximale Ausgangsleistung einstellt, wäh-lo rend andererseits die Kopplung lose genug sein muss, um eine gute Frequenzstabilität zu erhalten. Auch dies wurde zuvor schon gesagt.

Das Zuführungssystem 50 ist auf der Antennensonde 32 des Magnetrons mittels eines Lageraufsatzes 62 abgestützt, welcher 15 aus dielektrischem Werkstoff besteht. Der Lageraufsatz erfüllt die zusätzliche Aufgabe einer gewünschten Impedanzanpassung des Magnetrons an die Wellenleitungsabschnitte. Im einzelnen bildet der Lageraufsatz 62 eine kapazitive Belastung zwischen der Antennensonde 32 und der flachen Platte 52, welche eine 20 Induktion in Richtung auf die augenblickliche Spannung der Antennensonde des Magnetrons erfährt. Die vorteilhaft zu wählenden Abmessungen des Lageraufsatzes 62 hängen von dem verwendeten Werkstoff, dem gewählten Magnetron und von dem Aufbau des Zuführungssystems 50 ab. Bei einem 25 praktischen Ausführungsbeispiel besteht der Lageraufsatz 62 beispielsweise aus Tetrafluoräthylen, welches den zusätzlichen Vorteil hat, dass es gegenüber Mikrowellenenergie transparent ist und einen niedrigen Reibungskoeffizienten gegenüber der Kappe 63 der Antennensonde aufweist. Das in einem prakti-30 sehen Muster der hier vorgeschlagenen Konstruktion verwendete Magnetron war eine Baueinheit der Type Hitachi Model 2 M 170 und die Abmessungen des Zuführungssystems 50 waren wie oben angegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden optimale Kopplungsergebnisse erzielt, wenn ein Lageraufsatz 62 35 verwendet wurde, der eine Materialschicht von etwa 1,6 mm bis 3,2 mm zwischen der flachen Scheibe 52 und der Kappe 63 der Antennensonde 32 vorsah. Der Aussendurchmesser des die Antennensonde 32 umgebenden zylindrischen Teiles des Lageraufsatzes betrug 16,9 mm. Es erscheint weiter vorteilhaft, wenn 40 sich der zylindrische Teil des Lageraufsatzes über die Antennensonde nach abwärts mindestens auf eine Entfernung von 12,7 mm erstreckt, um ein Taumeln des Zuführungssystems 50 beim Umlauf in einer Horizontalebene möglichst zu vermeiden. Der Lageraufsatz 62 ist dadurch mit der flachen Scheibe 52 verbun-45 den, dass ein zylindrischer Ansatz des verhältnismässig weichen Tetrafluoräthylenwerkstückes durch eine etwas kleiner bemessene Bohrung in der Mitte der Scheibe gepresst wird. Der zylindrische Teil des Lageraufsatzes umfasst die Kappe 63 der Antennensonde 32 mit ausreichend geringem Spiel, um das umlau-50 fende Zuführungssystem so abzustützen, dass ein Kippen des Zuführungssystems 50 gegenüber der horizontalen Stellung vermieden wird. Andererseits aber ist das Spiel gross genug, um eine Reibung des Lageraufsatzes gegenüber der Antennensonde zu vermeiden, welche die Drehung des Lageraufsatzes und des 55 umlaufenden Zuführungssystems auf der Kappe 63 behindern oder gar verhindern könnte.

Ein Lüfter 64 fördert einen Luftstrom über die Kühlrippen (nicht dargestellt) des Magnetrons, um dieses zu kühlen. Der Luftstrom wird dann über einen Kanal 66 nach aufwärts in 60 Richtung auf die den Boden der Gehäusevertiefung bildenden Scheibe 28 geführt, wo er über schräggerichtete Öffnungen einer Perforation 68 in die Gehäusevertiefung eintritt.' Die Öff-nungsweite der Perforation 68 ist gering genug gewählt, um ein Entweichen von Mikrowellenenergie aus dem Inneren der Ge-65 häusevertiefung 10 in die freie Umgebung zu verhjndern. Der sich in dem Inneren der die Gehäusevertiefung bildenden Kammer ausbildende Luftdruck aufgrund der Einführung des Luftstromes durch die Perforationen 68 entspannt sich von dem

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Raum 10 aus entweder in einer von zwei bevorzugten Richtungen oder in beide Richtungen.

Zunächst kann es zweckmässig sein, Luft durch einen Mikrowellenbehandlungsraum oder durch den Ofenraum zirkulieren zu lassen, während ein Gargut gekocht oder gegart wird, um Wasserdampf oder andere austretende Dämpfe zu entfernen. Man wird daher zweckmässig Luft in den Ofenraum 14 einführen. Zu diesem Zwecke sind zwischen der nach oben weisenden Abstützungsfläche der bei 22 angedeuteten Umbiegung um 135° einerseits und der Abdeckung 60 andererseits Ausschnitte oder Zwischenräume 70 vorgesehen. Auch kann ein Zwischenraum für den Durchtritt von Luft zwischen den zwei genannten Flächen dadurch geschaffen werden, dass längs des Scheitels der Abbiegung 22 Höcker oder Vorsprünge vorgesehen werden oder dadurch, dass in der Abdeckung 60 horizontale Rillen oder Nuten vorgesehen werden. Zweckmässigerweise sind keine vertikal verlaufenden Luftkanäle zwischen dem Ofenraum 14 und der Gehäusevertiefung 10 vorgesehen, durch welche vom Gargut herabtropfende Flüssigkeit oder andere verschüttete Flüssigkeiten in die die Gehäusevertiefung 10 bildende Kammer gelangen und Betriebsstörungen verursachen könnten-.

Zum anderen kann sich der Überdruck in dem Raum 10 über die in dem zylindrischen Teil 62 vorgesehenen Perforationen 72 entspannen. Die Aufgabe der Perforationen 72 ist es, einen Luftströmungsweg von den Perforationen 68 aus vorzugeben," welcher über eine Beschaufelung 74 des Zuführungssystems 50 verläuft, so dass dieses durch den Luftstrom in Umdrehung versetzt wird. Selbst dann, wenn die Perforationen 68 nicht schräggestellt sind und die Perforationen 72 nicht in der Wand des zylindrischen Teiles 26 vorgesehen sind, kann ein Antrieb des Zuführungssystems 50 doch verwirklicht werden, da ein geringer Druckaufbau unterhalb der Scheibe 52 stattfindet und die Luft nach auswärts an den Flügeln der Beschaufelung 74 vorbeiströmt, wobei die Flügel relativ zur Radialrichtung schräggestellt sind.

Die Perforationen 72 dienen ausserdem dazu, den Druckaufbau innerhalb des die Gehäusevertiefung 10 bildenden Raumes herabzusetzen und die Luftmenge, welche in den Ofenraum 14 über die Ausschnitte oder Schlitze 17 einströmt, kontrolliert zu reduzieren. Es kann auch noch ein zur Entlüftung dienender Durchbruch 76 in die Wand des Kanals 66 eingeschnitten sein; um die Menge der Luft, welche an der Beschaufelung 74 vorbeiströmt, zu reduzieren, ohne dass die Luftmenge reduziert werden muss, welche zur Kühlung des Magnetrons an dessen Kühlrippen vorbeigeführt wird.

Wie zuvor bereits erwähnt, hat die flache Scheibe 52 bei einer praktischen Ausführungsform einen Durchmesser von 229 mm. Zwar ist diese Abmessung von ausschlaggebender Bedeutung, doch wurde die Scheibe 52 aus einer Platte hergestellt, welche zunächst einen Durchmesser von 279 mm aufwies. In diese Platte wurden vom Umfang aus längs Radiallinien viele Einschnitte von 25,4 mm eingebracht. Ausserdem wurden kleine Einschnitte im Winkel von den inneren Enden der Einschnitte aus hergestellt, so dass die Flächenbereiche zwischen den Einschnitten nach abwärts gebogen und in eine Winkelstellung gedreht werden konnten, um die Beschaufelung 74 herzustellen. Stifte oder Nieten 78 aus Tetrafluoräthylen sind in der aus Figur 2 ersichtlichen Weise an dem schüsseiförmigen Teil 56 vorgesehen, um die Möglichkeit auszuschalten, dass das umlaufende Zuführungssystem 50 in Berührung mit der den Boden des Raumes 10 bildenden Scheibe 28 gerät, wenn während des Umlaufes des Systems dieses schlagen sollte. Eine Liehtbogeribil-dung stellt kein ernstliches Problem dar, da die Potentialdifferenzen zwischen dem schüsseiförmigen Teil 56 nahe der Scheibe 28 sehr gering sind. Weitere Massnahmen werden ergriffen, um sicherzustellen, dass das Zuführungssystem 50 während des Umlaufs in einer Horizontalebene gehalten wird. Wie zuvor schon ausgeführt, erstreckt sich der zylindrische Teil des Lageraufsatzes 62 vorzugsweise über die Kappe 63 der Antennensonde 32 hinweg mindestens auf eine Entfernung von 12,7 mm, um eine stabile Abstützung zu erreichen. Auch sind, was in der Zeichnung nicht gezeigt ist, an dem System 50 Ausgleichsge-5 wichte befestigt, um eine durch das nicht symmetrische schüsseiförmige Gebilde 56 verursachte Unwucht zu beseitigen.

Die Abbiegungen 16, 18, 20 und 22 des betreffenden Teiles des Ofenraumbodens 12 und der obere Bereich des zylindrischen Teiles 26 der die Gehäusevertiefung bildenden Kammer io 10 sowie die Ringscheibe 38 bilden in Zusammenwirkung eine . Mikrowellenfalle, welche das Entweichen von Mikrowellenenergie aus dem Raum zwischen dem Ofenraumboden und der Kammer 10 verhindert. Im einzelnen ist der Abstand zwischen dem zylindrischen Teil 26 und dem Wandabschnitt 17 ein Vieris tel der Wellenlänge der Mikrowellenenergie. Entsprechend der . Hohlleitertheorie sieht also eine Energie, welche sich zwischen der Wand des zylindrischen Teiles 26 und dem Wandabschnitt 23 des Ofenraumbodens 12 auszubreiten sucht, die Reflektion von dem Wandabschnitt 17 und eine resultierende hohe Impe-20 danz. Schmale, rechteckige, vertikal verlaufende Schlitze 25 sind in dem Wandabschnitt 23 an dessen Umfang verteilt eingeschnitten, so dass Spalte entstehen, welche eine Energieausbreitung in Umfangsrichtung um den Wandabschnitt 23 herum verhindern. Die allgemeine Technik und die zugehörige Theorie 25 von Dichtungen dieser Art, welche als Drosseldichtungen bezeichnet werden können, lassen sich der US-Patentschrift 3 767 884 entnehmen. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen dem Wandabschnitt 23 und der Wand des zylindrischen Teiles 26 3,18 mm ± 1,59 mm. Weiter erweist es sich als vor-30 teilhaft, wenn der Wandabschnitt 23 in Vertikalrichtung parallel zur Wand des zylindrischen Teiles 26 auf eine Entfernung von mindestens 12,7 mm verläuft.

Die erhöhte Dichtungskonstruktion, welche durch die Biegungen 16,18, 20 und 22 erreicht wird, verhindert, dass von 35 dem Gargut abgetropfte Flüssigkeit und verschüttete Suppen oder Sössen an dem Ofenraumboden 12 entlanglaufen und in die die Gehäusevertiefung bildende Kammer hineinfliessen und dort Reinigungsprobleme verursachen. Bei einer anderen Ausführungsform der Dichtungskonstruktion kann jedoch auf eine 40 Aufbiegung des Ofenraumbodens 12 verzichtet werden. Hierbei ist vielmehr der obere Rand des zylindrischen Teiles 26 nach abwärts umgebogen, so dass ein Aussenflansch an dem Ofenraumboden 12 ansteht und dort durch Nieten oder Punkt-schweissung rund um den Umfang in einem Abstand von nicht 45 mehr als 38 mm befestigt werden kann, um die Abdichtung herzustellen.

Oben ist bereits darauf hingewiesen worden, dass die zur Zuführung der Mikrowellenenergie dienende Gehäusevertiefung bzw. -kammer 10 mit Vorteil bei Kombinations-Mikrowellen-50 Öfen eingesetzt werden kann, bei denen eine zweite Wärmequelle, etwa eine herkömmliche elektrische Widerstandsheizung oder eine Gasheizung, vorgesehen ist. So dient bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein elektrisches Widerstandsheizelement 80 zur Durchführung eines normalen Backbetriebes oder ss Bratbetriebes und zur Lieferung der Wärme für den Selbstreinigungsvorgang. Bei der pyrolytischen Selbstreinigung sind im Ofenraum Temperaturen von üblicherweise grössenordnungs-mässig 471°C bis 593 °C erforderlich. Magnetrons, wie sie heute auf dem Markt sind, werden bei Erhitzung über 260°C beschä-60 digt. Aus diesem Grunde sind Mittel zur thermischen Isolation des Magnetrons gegenüber den im Ofenraum herrschenden hohen Temperaturen erforderlich. Zum einen bieten die emallier-ten Wände des Ofenraumes einen gewissen Schutz gegen die thermische Beanspruchung. Zum zweiten sind, worauf zuvor 65 schon hingewiesen wurde, nur drei Nieten 40 am Umfang des zylindrischen Teiles 26 der die Gehäusevertiefung 10 bildenden Kammer vorgesehen, um die Verbindung zu der Ringscheibe 38 hin herzustellen. Diese thermisch geringwertigen Verbindungs

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stellen vermindern die Wärmeleitung von dem Ofenraumboden 12 über die Ringscheibe 38 zu den Wänden der Kammer 10. Drittens bewirkt auch die Abdeckung 60 aus feuerfester Keramik oder aus Glaskeramik, welche die Gehäusevertiefung 10 schützend überdeckt, eine gute Isolation gegenüber den hohen Temperaturen im Ofenraum. Die Abdeckung 60 wird mittels Klammern 81 festgehalten. Es hat sich gezeigt, dass der Luftraum zwischen der Abdeckung 60 und der Scheibe 52 zusätzlich eine thermische Isolation darstellt und dass diese thermische Isolation vergrössert werden kann, wenn die Gehäusevertiefung 10 noch tiefer gemacht wird. Wenn aber der Abstand zwischen der Abdeckung 60 und der Scheibe 52 mehr als 76 mm beträgt,

so stellen sich nachteilige Einflüsse auf die Energieverteilung im Ofenraum ein. Es kann zweckmäasiger sein, eine Isolationsschicht zwischen der Abdeckung 60 und der Scheibe 52 vorzusehen. Weiter ist es bei der Durchführung der pyrolytischen 5 Selbstreinigung wünschenswert, eine Luftströmung durch den Ofenraum aufgrund eines Kamineffektes zu erzeugen, um gasförmige Verbrennungsprodukte bei dem Abbrennen abführen zu können. Während dieser Betriebsweise findet auch dann, wenn der Lüfter nicht eingeschaltet ist, eine natürliche Luftströ-lo mung durch den die Gehäusevertiefung 10 bildenden Raum in den Ofenraum 14 statt, welcher den Boden der Kammer 10 und das Magnetron weiterhin thermisch schützt und isoliert.

2 Blätter Zeichnungen

Claims (16)

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1. Mikrowellenofen, welcher einen von metallischen Wänden (12) umschlossenen Ofenraum (14) zur Aufnahme des zu behandelnden Gutes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Wände eine Öffnung (24, 30) gebildet ist, durch welche die Antennensonde (32) eines Magnetrons (34), das ausserhalb des Ofenraummantels angeordnet ist, in den Ofenraum (14,10) hineinragt, dass nahe der Antennensonde in dem Ofenraum (14, 10) Kopplungsmittel (50) angeordnet sind, welche die Mikrowellenenergie von der Antennensonde aus als gerichtetes Strahlungsmuster in den Ofenraum einköppeln und dass Antriebsmittel (64, 66, 68, 72, 74) vorgesehen sind, um die Kopplungsmittel in Umdrehung um eine durch die Antennensonde gehende Achse zu versetzen.

2. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel (50) eine Anzahl von Mikrowellen-Antennenelementen (54a, 54b, 54c) enthalten, welche von der Antennensonde (32) des Magnetrons (34) her gespeist werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3.- Mikrowellenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente von Streifenleitungsantennen gebildet sind,-

4. Mikrowellenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente von Schlitzstrahlern (54a, 54b, 54c) gebildet sind.

5. Mikrowellenofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sehlitzstrahler als Schlitze in einer flachen Scheibe (52) vorgesehen sind.

6. Mikrowellenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Übertragungsmittel, insbesondere in Gestalt von Wellenleitungsabschnitten, vorgesehen sind, welche Teil der Kopplungsmittel (50) bilden und welche zur Übertragung der Mikrowellenenergie von der Antennensonde (32) zu den Schlitzstrahlern (54a, 54b, 54c) hin dienen.

7. Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen sämtliche Mikrowellenenergie, welche in den Ofenraum (14, 10) hinein abgestrahlt wird, von den Antennenelementen abgegeben wird.

8. Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenraum (14, 10) einen im wesentlichen quaderförmigen Abschnitt (14) aufweist, welcher in einer seiner Wände eine kreisförmige Öffnung (24) besitzt, von der aus sich eine zylindrische Kammer (10) weg, insbesondere nach abwärts, erstreckt, welche einen Gehäuseansatz, insbesondere eine Gehäusevertiefung, bildet.

9. Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel Luftfördermittel (64, 66, 68) enthalten, mittels denen ein Luftstrom gegen die Kopplungsmittel (50) zu deren Antrieb gerichtet werden kann.

10. Mikrowellenofent nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Gehäuseansatz von einem metallischen zylindrischen Teil (26) begrenzt ist, welches sich von dem Rand der in einer Wand des Ofenraummantels (12) vorgesehenen Öffnung bis zu einem Abschlussboden (28) erstreckt, -welch letzterer mit einem Durchbruch (30) versehen ist, durch den die Antennensonde (32) des Magnetrons (34), das ausserhalb des zylindrischen Gehäuseansatzes befestigt ist, in den zylindrischen Gehäuseansatz (10) hineinragt.

11. Mikrowellenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel (50) in dem zylindrischen Gehäuseansatz (10) angeordnet sind und ein gerichtetes Strahlungsmuster über den zylindrischen Gehäuseansatz in den Ofen-raum hinein abstrahlen,

12. Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Heizeinrichtung (80, 86) innerhalb des Ofenraumes vorgesehen ist.

13 , Mikrowellenofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem zylindrischen Gehäuseansatz versehene Wand (12) des Ofenraummantels die Bodenwand des Ofenraummantels ist, welche im Bereich des Öffnungsrandes nahe dem an sie angeschlossenen zylindrischen Teil (26) nach aufwärts gebogen ist und zwei zu der Zylinderwand des zylindrischen Teiles parallele Wandabschnitte (17, 23) aufweist, wobei mindestens ein Teil des zweiten (23) dieser Wandabschnitte oberhalb des oberen Endes des ersten (17) Wandabschnittes gelegen ist, dass der Abstand zwischen deçi ersten Wandabschnitt (17) und der Zylinderwand des zylindrischen Teiles (26) etwa ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowellenenergie beträgt, dass ferner der Abstand des zweiten Wandabschnittes (23) von der Zylinderwand des zylindrischen Teiles (26) weniger als 6,4 mm beträgt und dass die Mikrowellenenergie von dem zylindrischen Gehäuseansatz aus aufwärts in den Ofenraum einstrahlbar ist.

14. Mikrowellenofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Gehäuseansatz (10) mittels einer für Mikrowellenenergie durchlässigen, hitzebeständigen Abdeckung (60) von dem Ofenraum (14) getrennt ist.

15. Mikrowellenofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwand (12) des Ofenraumes (14) über eine geringe thermische Kopplung bewirkende Befestigungsstellen (39, 40).mit dem den zylindrischen Gehäuseansatz umschliessenden zylindrischen Teil (26) verbunden ist.

16. Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite (23) der beiden Wandabschnitte (17,23) der Bodenwand (12) des Ofenraumes (14) eine Vielzahl von Vertikalschlitzen (25) aufweist, um eine Ausbreitung von Mikrowellenenergie in Umfangsrichtung des genannten zweiten Wandabschnittes zu verhindern.