DE1183615B - Hoechstfrequenz-Heizvorrichtung - Google Patents

Hoechstfrequenz-Heizvorrichtung

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Publication number
DE1183615B
DE1183615B DEL34337A DEL0034337A DE1183615B DE 1183615 B DE1183615 B DE 1183615B DE L34337 A DEL34337 A DE L34337A DE L0034337 A DEL0034337 A DE L0034337A DE 1183615 B DE1183615 B DE 1183615B
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DE
Germany
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magnetrons
high frequency
magnetron
heating device
cavity resonator
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Pending
Application number
DEL34337A
Other languages
English (en)
Inventor
Paul W Crapuchettes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Litton Industries Inc
Original Assignee
Litton Industries Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Litton Industries Inc filed Critical Litton Industries Inc
Publication of DE1183615B publication Critical patent/DE1183615B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/80Apparatus for specific applications

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Description

  • Höchstfrequenz-Heizvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Höchstfrequenz-Heizvorrichtung, deren Heizraum durch mindestens eine in der Wand angebrachte Magnetronschwingröhre in einer oder mehreren bestimmten Schwingungsformen mit Mikrowellen erregt wird.
  • Bei den bekannten Höchstfrequenzöfen wird die Erwärmung mittels einer oder mehrerer Hochfrequenzenergiequellen vorgenommen, welche die Energie dem Ofen über eine Übertragungsleitung (koaxiale Leitung oder Hohlleiter) zuleiten. Als Energiequelle werden fast ausschließlich Magnetrone verwendet, wobei die Mikrowellenenergie aus dem Magnetron gewöhnlich mittels einer Kopplungsschleife abgeführt wird, die dann den Innenleiter der Übertragungsleitung bildet. Das eine Ende der Kopplungsschleife ist gewöhnlich mit der Wand des Resonanzsystems des Magnetrons verbunden, während. das andere Ende durch die Seitenwand des Magnetrons senkrecht zur Achse der Röhre hindurchtritt. Die koaxiale Energieleitung dient dann entweder unmittelbar zur Beschickung des Backofens mittels koaxialer Sonden, die durch Öffnungen in den Wänden in den Ofen hineinragen, oder zur Erregung eines Hohlleiters, der mit den Ofenwänden an bestimmten Stellen verbunden ist, wo entsprechende Öffnungen vorhanden sind.
  • Diese bekannten Anordnungen sind zwar funktionsfähig, haben aber verschiedene Nachteile. Vom wirtschaftlichen Standpunkt ist darauf hinzuweisen, daß die bei Mikrowellenöfen verwendeten Magnetrone ursprünglich ausschließlich für militärische Zwecke entwickelt wurden und deshalb verhältnismäßig teuer herzustellen sind. Ferner treten durch die Verwendung hochbelasteter Koaxialleitungen und Hohlleiter, um die Energie in den Ofen einzuführen, zusätzliche Kosten auf, insbesondere auch, weil hier noch elektrische Verluste und Reflexionen eintreten, welche die im Backofen tatsächlich verfügbare Leistung verringern, Andererseits weisen die Koaxialleitungen und Hohlleiter bekanntlich eine bestimmte Resonanz auf, wenn sie zwischen das Magnetron und den Ofenhohlraum eingeschaltet werden, wodurch Fehlanpassungen und damit stehende Wellen auftreten, die eine unstabile Schwingung des Magnetrons mit mehreren Ausgangsfrequenzen hervorrufen können. Deswegen wird der Ofenhohlraum mit einem Gemisch mehrerer unvorhersehbarer Schwingungsformen erregt, welche den unerwünschten Schwingfrequenzen des Magnetrons entsprechen. Schließlich wird durch die Verwendung der zusätzlichen Zwischenleitungen und Hohlleiter die Raumausnutzung des ganzen Herdes wesentlich verschlechtert, während gleichzeitig sein Gewicht steigt. w Ferner ist eine Heizvorrichtung bekannt, bei welcher das Schwingsystem des Magnefzons unmittelbar in den Hohlraumresonator hineinragt. Bei dieser Anordnung treten zwar die oben geschilderten, durch die Zuleitungen verursachten Schwierigkeiten nicht auf, aber der zur Verfügung stehende Hohlraum kann nur unvollkommen ausgenutzt werden, und eine Beschädigung des Glaskolbens des Magnetrons ist leicht möglich.
  • Ferner wurde experimentell gefunden, daß verschiedene Schwierigkeiten auftreten, wenn. zwei oder mehrere Magnetrone gleichzeitig zur Erregung eines Backofens verwendet werden, die mit der gleichen Frequenz arbeiten. Diese Schwierigkeiten rühren davon her, daß bei etwa der gleichen Ausgangsfrequenz dieser Magnetrone eines derselben infolge geringer Unsymmetrien als Kurzschluß am Ausgang des anderen zu wirken strebt, so daß eines der Magnetrone die Mikrowellenleistung des anderen zu absorbieren sucht, d: h. als zusätzliche Belastung des anderen Magnetrons wirkt, anstatt daß es zusätzliche Mikrowellenenergie an die gemeinsame Last des Hohlraumes abgibt.
  • Es wurde bereits versucht, den letzteren Nachteil dadurch zu vermeiden, daß Magnetrone verwendet werden, die auf wesentlich verschiedenen Frequenzen arbeiten. Hierdurch soll die Tendenz des einen Magnetrons, die Mikrowellenenergie vom anderen Magnetron zu absorbieren, auf ein Minimum beschränkt werden. Diese Methode hat sich jedoch für viele Anwendungen als unpraktisch erwiesen und erfordert auch, daß zwei verschiedene Röhrentypen hergestellt und in Vorrat gehalten werden.
  • Die Erfindung vermeidet diese Nachteile durch Anwendung einer Höchstfrequenz-Heizvorrichtung, deren Hohlraum von zwei oder mehr Magnetronen erregt wird, die an bestimmten Stellen in den Hohlraumwänden angeordnet sind, wobei jedes Magnetron ein Energieaustrittsfenster besitzt, das unmittelbar in der Hohlraumwand angebracht ist und jedes Magnetron den Hohlraum in einer anderen Schwingungsform ohne wesentliche gegenseitige Kopplung erregt, so daß sich eine nahezu gleichmäßige Energieverteilung im ganzen Ofen ergibt, während gleichzeitig die Magnetrone auf der gleichen oder nahezu der gleichen Frequenz arbeiten können.
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen gegeben. Hierin ist F i g. 1 eine teilweise geschnittene Teilansicht einer Höchstfrequenz-Heizvorrichtung, aus welcher die Art hervorgeht, in welcher zwei Magnetronschwingröhren in einer Wand des 'Backofens angebracht werden können, um eine gleichförmige Erregung derselben zu erzielen, F i g. 2 eine teilweise geschnittene Teilansicht eines Höchstfrequenzofens, bei dem zwei Magnetrone in verschiedenen Ofenwänden angeordnet sind und F i g. 3 ein schematisches Schaltbild eines Netzgerätes, das zur Erregung zweier Magnetrone verwendet werden kann.
  • Der in F i g. 1 teilweise dargestellte Höchstfrequenzbackofen 10 ist mit zwei Magnetronschwingröhren 12 und 13 versehen, die unmittelbar in der Ofenwand angeordnet sind und abwechselnd erregt werden, um Mikrowellenenergie zu erzeugen, welche einen in den Ofen gebrachten verlustbehafteten dielektrischen Körper erhitzt. Der Ofen 10 besteht aus einem metallisch leitenden Gehäuse 14 mit zwei Öffnungen 15 in seiner einen Wand 16, in welche die Magnetronröhren eingesetzt werden können, und einer Tür 18, durch welche die zu erhitzenden Körper eingebracht werden können. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird der Ofen von den Magnetronen 12 und 13 unmittelbar ohne zusätzliche übertragungsvorrichtungen erhitzt.
  • Vorzugsweise ist der Ofen 10 rechteckig gestaltet. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist die Tür 18 an der einen Seitenwand angebracht, während in der Deckfläche 16 die Öffnungen 15 vorgesehen sind. Zur Erdung der eingesetzten Magnetnone dienen z. B. federnde Zungen 20, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Ofenwand und dem Magnetron herzustellen. Die Wände des Gehäuses und die Tür stellen also für die Magnetnone einen Hohlraumresonator dar, der in verschiedenen. Schwingungsformen und bei verschiedenen Mikrowellenfrequenzen in Resonanz geraten kann. Durch entsprechende Wahl der Abmessungen des Gehäuses, die Stellung jedes Magnetrons in der Ofenwand und die Betriebsfrequenz der Magnetrone lassen sich die gewünschten Schwingungsformen anregen.
  • Eine zur Anwendung in einer Hochfrequenz-Heizvorrichtung besonders geeignete Magnetfeldröhre kann leicht an derjenigen Stelle der Wand des Backofens angebracht werden, die für die Erzeugung der gewünschten Schwingungsform am günstigsten ist. Die verlustbehafteten Übertragungsleitungen von geringem Wirkungsgrad fallen dadurch weg.
  • Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird das für den Betrieb der Magnetrone erforderliche Magnetfeld teilweise durch ringförmige Dauermagnete 80 bzw. 82 für die Magnetrone 12 und 13 und teilweise durch Elektromagnete 84 und 86 erzeugt. Der magnetische Kreis wird jeweils durch einen Ring 88, der an den Dauermagneten anschließt, und ein Joch 90 geschlossen, das magnetisch mit den Enden des evakuierten Magnetronkolbens in Berührung steht. Mittels der Joche 90 werden die Magnetrone mit einer Klammer 92 befestigt.
  • Jedes Magnetron besitzt ferner mehrere Kühlrippen 93, die aus einem guten Wärmeleiter wie Kupfer bestehen und am ringförmigen Teil des Magnetrons befestigt sind. Statt dessen könnte gegebenenfalls auch eine Wasserkühlung verwendet werden.
  • Die Stellung der Magnetrone in der Ofenwand 16 hängt von der gewünschten Schwingungsform des Hohlraumresonators ab: Bekanntlich bestimmen die Abmessungen des Ofens und die Betriebsfrequenz der Magnetrone die Anzahl der Schwingungsformen vom Typ H.np" die in dem Hohlraumresonator angeregt werden können. Die Erregung einer bestimmten Schwingungsform mit einem bestimmten Magnetron hängt ferner von der Ankopplungsstelle ab. Es kann gezeigt werden, daß zur Erzielung einer verhältnismäßig gleichförmigen Energiedichte im ganzen Ofen vorzugsweise der Ofen abwechselnd in zwei verschiedenen Schwingungsformen angeregt wird, deren Feldverteilungen einander überlappen, und daß zur möglichst geringen gegenseitigen Kopplung zwischen den beiden Magnetronen jede Röhre vorzugsweise an einer Stelle in der Ofenwand - angebracht wird, die eine Nullstelle für die von der anderen Röhre erzeugte Schwingungsform darstellt.
  • Der einzuhaltende Frequenzbereich wird im allgemeinen von der Aufsichtsbehörde vorgeschrieben: Nach Auswahl einer bestimmten Betriebsfrequenz müssen also nur noch zwei Schwingungsformen für die Resonanzerregung des Ofens gewählt werden, die mit den obigen Forderungen übereinstimmen und zu Gesamtabmessungen des Ofens führen, die praktisch verwendbar sind. Dann können die Anbringungsstellen der Magnetrone für die gewählten Schwingungsformen berechnet und die Magnetnone an der richtigen Stelle angebracht werden. Da für eine gegebene Frequenz der von dem Backofen dargestellte Hohlraum in zahlreichen Schwingungsformen in Resonanz geraten kann, muß die Anbringung der Magnetnone verhältnismäßig sorgfältig geschehen, um die richtige Ankopplung zu gewährleisten, damit eine gleichmäßige Erwärmung in dem Ofen erzielt wird. Die Verwendung von unmittelbar in der Hohlraumwand angebrachten Magnetnonen gemäß F i g. 1 erleichtert die Anbringung derart, daß die Energie an den gewünschten Stellen unmittelbar in den Ofen eingekoppelt wird. Es sind selbstverständlich andere Anbringungsarten als in F i g. 1 denkbar. So ist z. B. in F i g. 2 ein Mikrowellenherd dargestellt, bei dem die beiden Magnetrone 1.2 und 1.3 an zwei aneinanderstoßenden Wänden des Backofens angebracht sind. Dies kann für bestimmte Anwendungen günstiger sein.
  • Zur abwechselnden Erregung der Magnetrone 12 und 13 können zahlreiche bekannte Schaltungen Verwendung finden. Als Beispiel ist in F i g. 3 ein Netzgerät gezeigt, dessen Leistungstransformator 94 eine Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung besitzt, die mit den Anoden der Magnetrone 12 und 13 über die zugehörigen Elektromagnetwicklungen 84 und 86 verbunden ist. Die Kathoden der Magnetrone sind mit den Enden der Sekundärwicklung verbunden, wobei die Heizung der Glühkathoden durch entsprechende Anzapfung der Sekundärwicklung geschieht. Ferner sind Schaltkontakte 96 und 98 vorgesehen, um gleichzeitig einen Teil der Elektromagnetwicklungen 84 und 86 kurzzuschließen, damit die von den Magnetronen gelieferte Ausgangsleistung durch entsprechende Änderung des Magnetfeldes verändert werden kann. Bekanntlich wird die maximale Leistung abgegeben, wenn ein Teil der Wicklungen kurzgeschlossen ist, weil dann das magnetische Transversalfeld in den Röhren ein bestimmtes Minimum besitzt. Wenn die gesamte Feldstärke an die Röhren angelegt wird, so ist die abgestrahlte Leistung geringer.
  • Die Erfindung kann zahlreiche Abänderungen und Ergänzungen erfahren. So ist sie z. B. ohne weiteres auch anwendbar, wenn zwei Magnetrohe in gegenüberliegenden Wänden des Backofens angebracht sind, wenn die Magnetrohe mit verschiedenen Frequenzen betrieben werden, oder wenn mehr als zwei Magnetrone als Energiequelle verwendet werden.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Höchstfrequenz-Heizvorrichtung, bestehend aus einem Hohlraumresonator, in welchen ein zu erhitzender verlustbehafteter dielektrischer Körper gebracht werden kann, und zwei oder mehr zur Anregung des Hohlraumresonators dienenden Magnetronröhren, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magnetronröhre ein Austrittsfenster für die Höchstfrequenzenergie hat, das unmittelbar in der Wand des Hohlraumresonators an. einer derart gewählten Stelle angebracht ist, daß jede Magnetronröhre den Hohlraumresonator in einer anderen Schwingungsform anregt, so daß eine verhältnismäßig gleichförmige Energieverteilung in dem Hohlraumresonator erreicht wird.
  2. 2. Höchstfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetrone mit der gleichen Frequenz betrieben werden.
  3. 3. Höchstfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetrone so angeordnet sind, daß sie gegenseitig keine Energie absorbieren.
  4. 4. Höchstfrequenzheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetrohe abwechselnd in Betrieb gesetzt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 643 605; USA.-Patentschrift Nr. 2 632 838.
DEL34337A 1959-04-15 1959-09-25 Hoechstfrequenz-Heizvorrichtung Pending DE1183615B (de)

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FR2386957A1 (fr) * 1977-04-07 1978-11-03 Stifelsen Inst Mikrovagste Procede et appareil pour effectuer par energie a micro-ondes un chauffage uniforme d'une matiere dans une cavite de moule
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