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Die Erfindung betrifft ein Gargerät für eine Großraum- bzw. Profiküche.
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Aus dem Stand der Technik sind Gargeräte bekannt, die in einen Garraum eingebrachtes Gargut mittels verschiedener Technologien garen können. Beispielsweise sind Gargeräte bekannt, die Gargut mit Dampf beaufschlagen, um dieses schonend zu garen. Alternativ können eine Heißluftquelle und ein Lüfter verwendet werden, über die in den Garraum eingebrachtes Gargut mit Heißluft beaufschlagt wird. Die beiden Technologien können auch gleichzeitig angewandt werden, wodurch in den Garraum eingebrachtes Gargut mit einer Kombination aus Heißluft und Dampf gegart werden kann. Derartige Gargeräte werden auch als Combi-Dämpfer bezeichnet.
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Es ist aus dem Stand der Technik zudem bekannt, eine Mikrowellenquelle zu verwenden, über die Mikrowellen in den Garraum eingekoppelt werden, um im Garraum eingebrachtes Gargut zusätzlich mit Mikrowellen zu beaufschlagen. Die Mikrowellen werden hierzu über eine Antenne in den Garraum eingekoppelt, die sich beispielsweise durch eine Garraumwandung in den Garraum erstrecken kann.
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Es hat sich als nachteilig herausgestellt, dass hierbei parasitäre Wechselwirkungen auftreten können, da die Mikrowellen mit der Garraumwandung oder aus elektrisch leitenden Materialien hergestellten Garraumkomponenten wie dem Lüfter wechselwirken. Dies liegt unter anderem daran, dass die Antenne aufgrund des geringen, zur Verfügung stehenden Bauraums nicht frei positioniert werden kann. Daher kann die Antenne nicht derart angeordnet werden, dass eine parasitäre Wechselwirkung möglichst ausgeschlossen ist.
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Aufgrund der parasitären Wechselwirkung wird die Impedanz der Antenne verändert, was zu einer höheren Reflexion der Mikrowellen führt, wodurch die Mikrowellen nicht vollständig in den Garraum eingekoppelt werden können. Die Effizienz der Mikrowelleneinspeisung ist dadurch vermindert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gargerät bereitzustellen, mit dem Mikrowellen homogen und effizient in den Garraum eingekoppelt werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gargerät für eine Großraum- bzw. Profiküche gelöst, mit einem Garraum, wenigstens einer Garraumwandung, einer Mikrowellenquelle und einer Primärantenne, die mit der Mikrowellenquelle elektromagnetisch gekoppelt ist und in den Garraum ragt, wobei im Garraum ein flächiges Blechelement angeordnet ist, das mit der Primärantenne und der Garraumwandung elektromagnetisch koppelt, sodass eine Sekundärantenne ausgebildet ist.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die unvermeidbare Wechselwirkung der Mikrowellen mit den Garraumkomponenten zu nutzen, indem die Sekundärantenne gebildet wird. Hierdurch können die Mikrowellen gezielt an im Garraum vorhandenes Gargut übertragen werden. Der aus dem Stand der Technik bekannte Nachteil der Wechselwirkung wird demnach zu einem Vorteil umgekehrt, da die Wechselwirkung gezielt genutzt wird. Das flächige Blechelement ist dabei ein integrierter Bestandteil der Mikrowelleneinspeisung in den Garraum. Generell wird so sichergestellt, dass die in den Garraum eingespeisten Mikrowellen in homogener Weise auf das Gargut treffen und nicht aufgrund parasitärer Wechselwirkung reflektiert werden. Die Effizienz der Mikrowelleneinspeisung erhöht sich entsprechend.
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Ein Aspekt sieht vor, dass die Primärantenne einen Einspeisepunkt für die Sekundärantenne darstellt und insbesondere als Stabantenne ausgebildet ist. Die Sekundärantenne wird demnach indirekt über die Primärantenne mit Mikrowellen der Mikrowellenquelle gespeist. Die Mikrowellenquelle, die Primärantenne und die Sekundärantenne sowie die Übertragungsmittel bilden demnach zusammen die Mikrowelleneinspeisung des Gargeräts.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist das flächige Blechelement von der wenigstens einen Garraumwandung beabstandet, sodass wenigstens ein Spalt zwischen dem Blechelement und der wenigstens einen Garraumwandung vorliegt. Der Spalt stellt sicher, dass das Blechelement und die wenigstens eine Garraumwandung voneinander beabstandet sind. Die Sekundärantenne wird demnach über den wenigstens einen Spalt gebildet, der eine kapazitive Kopplung des Blechelements und der wenigstens einen Garraumwandung ermöglicht.
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Insbesondere wechselwirkt das flächige Blechelement zumindest bereichsweise über wenigstens eine seiner Außenkanten mit der ihr gegenüberliegenden Garraumwandung elektromagnetisch, insbesondere über zwei benachbarte Außenkanten. Die von der Primärantenne eingespeisten Mikrowellen verlaufen somit zwischen wenigstens einer der Außenkanten des flächigen Blechelements und der ihr zugeordneten Garraumwandung, sodass sie eine definierte Ausbreitungsrichtung aufweisen. Sofern das Blechelement über mehr als eine Außenkante mit den Garraumwandungen wechselwirkt, kann hierdurch eine Sekundärantenne ausgebildet werden, die einen großen Querschnitt des Garraums abdeckt.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass sich die Primärantenne parallel zu einer Ebene erstreckt, die das flächige Blechelement aufspannt. Die parallele Anordnung stellt sicher, dass die von der Primärantenne abgegebenen Mikrowellen in die Sekundärantenne direkt eingespeist werden können. Ferner weisen die von der Sekundärantenne abgestrahlten Mikrowellen eine definierte Orientierung auf.
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Generell ist die Primärantenne absichtlich nah am flächigen Blechelement angeordnet, sodass sich eine stehende Welle in der Sekundärantenne ausbilden kann, um die auftretende Wechselwirkung der Mikrowellen mit dem Blechelement gezielt zu nutzen.
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Ferner ist das flächige Blechelement über wenigstens ein Kurzschlusselement mit der Garraumwandung verbunden. Das Kurzschlusselement stellt sicher, dass sich eine gewünschte Resonanz der Mikrowellen in der Sekundärantenne bildet. Die gewünschte Resonanz kann einem Viertel der Wellenlänge der Mikrowellen bei ihrer Betriebsfrequenz entsprechen, sofern nur ein Kurzschlusselement zwischen dem Blechelement und der Garraumwandung vorgesehen ist.
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Insbesondere beträgt der Abstand zwischen dem Kurzschlusselement und dem Ende der Sekundärantenne ein Viertel der Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz oder ein Vielfaches davon, wobei nur ungerade Vielfache vorgesehen sind. Dies stellt sicher, dass die Sekundärantenne die für die Abstrahlung gewünschte Resonanz aufweist. Generell kann die Länge der Sekundärantenne gemäß der Formel d = n·λ / 4 berechnet werden, sofern nur ein Kurzschlusselement vorgesehen ist, wobei die Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz und n eine ungerade Zahl ist, also 1, 3, 5, 7 usw.
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Gemäß einem weiteren Aspekt sind zwei Kurzschlusselemente vorgesehen, wobei deren Abstand voneinander, entlang der Sekundärantenne, die Hälfte der Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz beträgt oder ein Vielfaches davon. Die Abstände der jeweiligen Kurzschlusselemente sind wie zuvor beschrieben vorzusehen, sodass die für die Abstrahlung gewünschte Resonanz erzielt werden kann. Die Länge der Sekundärantenne beträgt demnach bei zwei Kurzschlusselementen eine halbe Wellenlänge oder ein Vielfaches davon. Der Abstand der Kurzschlusselemente oder die Länge der Sekundärantenne kann gemäß der Formel d = n·λ / 2 berechnet werden, wobei die Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz und n eine ganze Zahl ist, also 1, 2, 3, 4 usw.
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Bei der an der Sekundärantenne stehenden Welle kann es sich um eine TEM-Welle handeln, also eine transversale elektromagnetische Welle. Die Übertragung der Mikrowellenenergie erfolgt durch die Kopplung dieser stehenden Welle mit den im Garraum befindlichen Körpern wie dem Gargut.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das flächige Blechelement ein Luftleitblech ist, wobei ein Lüfterrad zwischen dem Luftleitblech und einer Garraumrückwand vorgesehen ist. Das Luftleitblech und das Lüfterrad des Lüfters werden typischerweise verwendet, um die Garraumatmosphäre umzuwälzen, sodass sich die Wärme im Garraum gleichmäßig verteilt und im Garraum vorhandenes Gargut homogen gegart wird. Hierzu ist das Luftleitblech großflächig ausgebildet.
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Aufgrund des großflächigen Luftleitblechs kann daher die Sekundärantenne einen großen Querschnitt im Garraum aufweisen.
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Alternativ kann es sich bei dem Blechelement um ein zusätzlich eingebrachtes Blechelement handeln. Dieses zusätzlich eingebrachte Blechelement ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn nur ein Kurzschlusselement vorgesehen ist, um die Sekundärantenne auszubilden.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Perspektivansicht eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Gargeräts,
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2 eine Frontalansicht des Ausschnitts aus 1,
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3 eine schematische Darstellung der Sekundärantenne aus 2,
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4 eine schematische Übersicht einer invertierten F-Antenne und ein Diagramm der elektrischen sowie magnetischen Feldstärken der von der F-Antenne abgestrahlten Mikrowellen, und
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5 eine schematische Übersicht der erfindungsgemäßen Antennenanordnung mit zwei Kurzschlusselementen und ein Diagramm der elektrischen sowie magnetischen Feldstärken der von der Sekundärantenne abgestrahlten Mikrowellen.
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In 1 ist ein Gargerät 10 teilweise gezeigt, wobei ein Garraum 12 und eine seitliche Garraumwandung 14 sowie eine obere Garraumwandung 14 dargestellt sind, die den Garraum 12 begrenzen.
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Ferner ist eine Primärantenne 16 gezeigt, die sich von außen über einen klimadichten Übergang in den Garraum 12 erstreckt. Der klimadichte Übergang stellt sicher, dass die Garraumatmosphäre nicht aus dem Garraum 12 entweichen kann.
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Die Primärantenne 16 ist über einen Wellenleiter 18 wie einem Koaxialkabel mit einer schematisch dargestellten Mikrowellenquelle 20 elektromagnetisch gekoppelt, sodass die von der Mikrowellenquelle 20 erzeugten Mikrowellen über die Primärantenne 16 in den Garraum 12 abgestrahlt werden können.
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Das Gargerät 10 weist zudem ein flächiges Blechelement 22 auf, welches als Luftleitblech ausgebildet ist. Das Blechelement 22 spannt eine Ebene im Garraum 12 auf, die senkrecht zu der oberen Garraumwandung 14 des Gargeräts 10 ist. Die Primärantenne 16 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur vom Blechelement 22 aufgespannten Ebene und senkrecht zur oberen Garraumwandung 14.
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Das als Luftleitblech ausgebildete Blechelement 22 unterteilt den Garraum 12 in zwei Teilräume, wobei der erste Teilraum zur Aufnahme von Gargut vorgesehen ist und der zweite Teilraum durch das Blechelement 22 unter anderem vor einer Verschmutzung geschützt ist. Im zweiten Teilraum ist ein Lüfterrad 23 vorgesehen, das demnach zwischen einer als Rückwand ausgebildeten Garraumwandung 14 und dem Blechelement 22 angeordnet ist. In diesen Teilraum des Garraums 12 erstreckt sich auch die Primärantenne 16.
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Ferner geht aus der 2 hervor, dass das Blechelement 22 über mechanische Stützen 24 im Garraum 12 gelagert ist, sodass sich zwischen den Garraumwandungen 14 und Außenkanten 26 des Blechelements 22 jeweils ein Spalt 28 ausbildet.
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Die Primärantenne 16 ist derart nah am Blechelement 22 angeordnet, dass sie mit dem Blechelement 22 gezielt elektromagnetisch wechselwirkt, um eine Sekundärantenne 30 auszubilden.
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Hierzu ist ferner ein Kurzschlusselement 32 vorgesehen, welches eine der Garraumwandungen 14 mit dem Blechelement 22 elektromagnetisch verbindet, sodass ein Kurzschluss entsteht. Zudem dient die mechanische Stütze 24 an der oberen Garraumwandung 14 in der gezeigten Ausführungsform gleichzeitig als Kurzschlusselement 32. Demnach ist zumindest diese mechanische Stütze 24 aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet.
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Die Sekundärantenne 30 ist daher über die beiden Kurzschlusselemente 32 begrenzt, wobei die Sekundärantenne 30 in der gezeigten Ausführungsform über Abschnitte von zwei Außenkanten 26 des Blechelements 22 mit zugeordneten Bereichen der Garraumwandungen 14 gebildet ist, insbesondere den dazwischenliegenden Spalten 28, die das Blechelement 22 und die Garraumwandungen 14 kapazitiv koppeln.
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In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um Bereiche der oberen Garraumwandung 14 und einer seitlichen Garraumwandung 14. Demnach erstreckt sich die Sekundärantenne 30 über zwei benachbarte Garraumwandungen 14 und den ihr gegenüberliegenden Abschnitte der beiden aneinander angrenzenden Außenkanten 26 des Blechelements 22, welche sich fast bis zur jeweils zugeordneten Garraumwandung 14 erstrecken. Hieraus ergibt sich ein großer Querschnitt der Sekundärantenne 30.
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Alternativ können jedoch auch andere Abschnitte und Bereiche der Außenkanten 26 bzw. der Garraumwandungen 14 verwendet werden. Dies hängt insbesondere davon ab, an welcher Stelle die Primärantenne 16 in den Garraum 12 geführt werden kann.
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Der Aufbau der Sekundärantenne 30 ist ferner in 3 vergrößert dargestellt.
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Über die Positionen der beiden Kurzschlusselemente 32 und der Primärantenne 16 ist sichergestellt, dass die Sekundärantenne 30 eine für die Abstrahlung gewünschte Resonanz bei der Betriebsfrequenz aufweist.
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Die Primärantenne 16 sowie die beiden Kurzschlusselemente 32 sind derart zueinander angeordnet, dass der jeweilige Abstand d1, d2 eines Kurzschlusselements 32 zur Primärantenne 16 so gewählt wird, dass die Eingangsimpedanz real ist und möglichst nah an der Leitungsimpedanz der Mikrowellenquelle 20 bzw. der des Wellenleiters 18 für die Einspeisung der Mikrowellenenergie angepasst ist.
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Der Abstand der beiden Kurzschlusselemente 32 zueinander, also die Summe der Abstände d1, d2 entlang der Sekundärantenne 30, beträgt eine halbe Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz oder ein Vielfaches davon. Der Abstand der Kurzschlusselemente 32 zueinander oder die Länge der Sekundärantenne 30 kann demnach gemäß der Formel d = n·λ / 2 berechnet werden, wobei die Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz und n eine ganze Zahl ist, also 1, 2, 3, 4 usw.
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Die Primärantenne 16 ragt derart isoliert durch die Garraumwandung 14 in den Garraum 12 hinein, dass die Außenkanten 26 des Blechelements 22 bereichsweise als Antennenfläche der Sekundärantenne 30 fungieren, wohingegen die zugeordneten Abschnitte der Garraumwandungen 14 als Masseebene der Sekundärantenne 30 dienen.
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Da die Primärantenne 16 parallel zur vom Blechelement 22 aufgespannten Ebene und senkrecht zur Garraumwandung 14 verläuft, durch die sich die Primärantenne 16 erstreckt, können sich auf der Sekundärantenne 30 TEM-Wellen (transversal elektromagnetische Wellen) ausbreiten. Aufgrund der TEM-Wellen ist sichergestellt, dass die von der Primärantenne 16 in die Sekundärantenne 30 eingespeisten Mikrowellen über die Sekundärantenne 30 zum Gargut weitergeleitet werden können. Die Effizienz der gesamten Mikrowelleneinspeisung ist hierdurch stark verbessert, da die Reflexion der Primärantenne 16 reduziert und die Abstrahlung entlang der Sekundärantenne 30 verteilt wird.
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Allgemein wird der Anschlusspunkt einer Antenne vorzugsweise so positioniert, dass der Realteil der Impedanz der Antenne der Bezugsimpedanz des Wellenleiters am Einspeisepunkt entspricht.
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Die im Gargerät 10 verwendete Sekundärantenne 30 ist einer invertierten F-Antenne 30‘ nachempfunden, die in 4 gezeigt ist. Aus der 4 gehen der Aufbau der invertierten F-Antenne sowie die Feldstärke der elektrischen und magnetischen Felder hervor.
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Die invertierte F-Antenne 30‘ weist typischerweise nur ein Kurzschlusselement 32‘ auf, das an einem Ende der räumlich begrenzten Antennenfläche vorgesehen ist, die in 4 oben gezeigt ist. Das entgegengesetzte Ende der Antennenfläche ist hingegen offen. Die Antennenfläche hat eine Länge l, die einem Viertel der Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz entspricht.
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Über den Abstand a des Einspeisepunkts 16‘ vom Kurzschlusselement 32‘ kann eingestellt werden, wie die Feldstärken der von der F-Antenne 30‘ ausgesandten Mikrowellen sind. Dies ergibt sich aus den unteren Darstellungen der 4, in der die elektrische Feldstärke und die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit des Abstands a des Einspeisepunkts 16‘ in Bezug auf das Kurzschlusselement 32‘ gezeigt sind.
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Wird der Einspeisepunkt 16‘ beispielsweise direkt an das Kurzschlusselement 32‘ gelegt, so ergibt sich eine elektrische Feldstärke von 0, wohingegen die magnetische Feldstärke maximal ist. Somit wird der Realteil der Eingangsimpedanz an diesem Punkt sehr klein. Sollte der Einspeisepunkt 16‘ an das offene Ende der Antennenfläche gelegt werden, so ergibt sich eine maximale elektrische Feldstärke, wohingegen die magnetische Feldstärke verhältnismäßig sehr klein und der Realteil der Eingangsimpedanz sehr groß sind. Diese Veränderungen der Feldstärken widerholen sich periodisch für die halbe Wellenlänge bei der jeweiligen Betriebsfrequenz. Hierdurch wird die Eingangsimpedanz der Antenne gesteuert, indem das Verhältnis der elektrischen zur magnetischen Feldstärke die reale Impedanz der zuführenden Leitung ergibt.
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Allgemein kann das Blechelement 22 durch ein zusätzliches Blech anstelle des Luftleitblechs ausgebildet sein, wobei das zusätzliche Blech die räumlich begrenzte Antennenfläche der Sekundärantenne 30 ausbildet. Hierdurch kann die Sekundärantenne 30 in einfacher Weise mit nur einem Kurzschlusselement 32 ausgebildet werden.
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Die Ausbildung der Sekundärantenne 30 beim erfindungsgemäßen Gargerät 10 stellt demnach eine Erweiterung des grundlegenden Prinzips der invertierten F-Antenne 30‘ dar.
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In 5 ist ein schematisches Schaubild für die erfindungsgemäße Antennenanordnung mit der Primärantenne 16 und der Sekundärantenne 30 mit zwei Kurzschlusselementen gezeigt.
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Der gezeigte Abstand d2 entspricht im Wesentlichen dem Abstand a aus 4, über den die elektrische Feldstärke und die magnetische Feldstärke der von der Sekundärantenne 30 ausgesandten Mikrowellenstrahlung eingestellt werden kann, damit der Realteil der Eingangsimpedanz angepasst ist. Wie bereits erläutert beträgt die Summe der beiden Abstände d1 und d2 eine halbe Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz oder ein Vielfaches davon.
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Alternativ kann die Sekundärantenne 30 auch nur ein einziges Kurzschlusselement 32 aufweisen, wobei aufgrund des Umfangs des als Luftleitblechs ausgebildeten Blechelements 22 und/oder der Dicke des Kurzschlusselements 32 sichergestellt wird, dass die Summe der Abstände d1 und d2 von der Primärantenne 16 zum Kurzschlusselement 32 eine halbe Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz oder ein Vielfaches davon beträgt. Hierbei wird der Querschnitt der Sekundärantenne 30 maximiert.
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Mit dem erfindungsgemäßen Gargerät 10 ist es generell möglich, die über die Primärantenne 16 in den Garraum 12 eingespeisten Mikrowellen gezielt an Gargut weiterzuleiten, da die ansonsten parasitären Wechselwirkungen gezielt genutzt werden, um die Sekundärantenne 30 auszubilden.
