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t'HOC-hfrequenzherd" Die Erfindung.betrifft einen hochfrequenzherd,
in de-ssen Behandlungsraum die liochfrequente Energie aus einem Generator verzweigt
über mehrere Einkopplungen eingekoppelt wird und in dem zur Änderung der Schwingungsmodi
im Behandlungsraum in einer-Einkopplungsleitung ein aie eingekoppelte Schwingung
beeinflussendes steuerbares Element angeordnet ist.
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Der metallisch leitend abgeschlossene Behandlungsraum von Hochfrequenzherden
stellt für di-e hochfrequenten Wellen einen Hohlrau'mresonator dar, in dem bei gegebener
Wellenlänge des Generators verschiedene Schwingungsmodi angeregt werden könneno
Die räumliche Energieverteilung jedes blodus liegtin Form stehender Wellen vor;
infolge der hiermit verbundenen, Energiemaxima und-minima wird das zu erwärmende
Gut ungleichmäßig erwärmt. Zu einer gewünschten Vergleichmäßigung,der Energieverteilung
ist es daher notwendig, daß bei gegebener Fre'quenz möglichst viele dreidimensionale
Schwingungszustände angeregt werden, was durch eine geeignete geometrische Dimensionieeung
des- Behancilungsraume.s in Verbindung mit einer passenden Einspeisung der Energie
geschehen kann. Durch das Gut wird jedoch die. Energieverteilung gestört, da es,
verschiedene dielektrische Eigenschaften-haben kann.
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Aus den "VALVO-Berichtenit, Band VII9 Heft 19 Seite
309 ist es bekannt, die Geometrie des Behandlungsraumes zeitlich durch
periodisches
bewegen seiner begrenzurigsflrächen kontinuierlich und dadurch die Anregungsbedingungen
für die verschiedenen Schwingungszus C:. tände zu ändern. Dabei ändert sich aie
Lage der i#iaxima und ..inima über der ',',eit , und die i.ahirungsmittel
werden gleici.,mä3i;:-er er,wC'.rnit. Weiter ist es bekannt, einer, Drehteller fUr
das Gut anzuordnen, wodurch daß Gut räumlich an den Maxima und Minima vorbeibewegt
und dai:.it die Energie vergleichmäßigt wird. Es ist auch bekannt, die Energieverteilunv
aurch einen Hochfreauenzquirl zu ändern; hierzu wird in den IYIeg der eingestrahiter
ein propellerartiger, motorisch angetriebener Reflektor eingebracht, der
in Ab-
hängigkeit vom Drer.,Wrinkel die Energie unter ver9chiedenen Richtungen
in den Hohlraumresonator reflektiert, wodurch die Anregungsbedingungen f,ir möglichst
viele verschiedene Kodi verbessert werden. Diese mechanischen Anordnungen haben
den Nachteil;, daß neben störenden Geräuschen die --bewegten Teile sich abnutzeh#und*
dadurch die Lebensdauer des Herdes herabgesetzt wirct. Auch ist es sehr schwert
diese mechanischen Anordnungen 80 augzubilden und ihre Bewegung so an die
Änderung der Schwingungsmodi anzupassen, daß die Energie im Gut über der Zeit'#gÜt#';'
vergleichmäßigt wird. Es ist auch versucht worden, die Energieverteilung eines mit
stehenden Wellen im Behandlungsraum arbeitenden Hochfrequenz herdes mit elektronischen
Mitteln zu vergleichmäßigen, Ein solcher Hochfrequenzherd ist aus der US-Patentschrift
2 790 054 bekannt, Die Energie aus einem Generator verzweigt sich in zwei
Einkopplungsleitungen und regt über zweiSinkopplungen den Behandlungsraum zu Schwingungen
an, In der einen Einkopplungeleitung ist ein durch ein äußeres Magnetfeld steuerbares
ferritisches Element,angeordnet, das die*:'-Polarisationsrichtung der überdie zugehörige
Einkopplung angeregten Schwingung kontinuierlich ändert (Gyrator).'Auf dieso
Weise
wird durch hontinui(-,ri.i.c1,#e Änaerung der Schwingungsmodi der Energieraster
im Behandlungsraum t-eändert, wodurch ins-' Aesamt über die Zeit gesehen eine gleichmäßigere
EnergieverteilunG erreicht wird.
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Der bei dieser AnordnunF verwendete Gyrator bestellt aus einem Ferritstab,
der längs der Hohlleiterachse angeordnet iste Dieser Aufbau ist für höhere Leistungen,
etwa überl kW, wie sie in '.,-oclifrequc-iizl,-era"en verwendet werden, von Nachteilf
weil der Ferritstab von Luft unigeben, ist und die infolge der unvermeidlichen Verluste
entstehende Wärme nicht abgeführt werden kann. Bei solchen Leistungen würde der
Gyrator in sein(,r Funktion beeinträchtigt oder-g-ar zerstört werden. Eine einfache
und zuverlässige, auch bei höherer-Leistung verwendbare Anordnung zur Ver,-,leiclrnäßigung
der Energie in -einem Hochfrequenzherd. der eingangs-genaiinten Art ist demgegenüber
gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß als die eingekoppelte Schwingung
beeinflussendes.Element ein Ph#s-er-schieber verwendet wird,- der in mindestens
einer Einkopplungsleitung angeordnet ist.
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Als Phasenschieber können bekannte Bauformen, zo Bo ein mechanisch
in der Einkopplungsleitung bewegbarer dielektriseller Körper, verwendet werden.
Andere vorteilhafte bekannte Formen von Phasenschie - bern sind derferroelektrische,
durch ein elektrisches Feld steuerbare und der ferromagnetische (ferritische) durch
ein magnetisches Feld steuerbare Phasenschieber.
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Da die Änderung der Phase der elektromagnetischen Schwingung in dem
Einkopplungszweig, in dem der Phasenschieber angeordnet ist, und die damit verbundene
Änderung der Anregungsbe-dingungen der Schwingungsmodi im Behandlungsraum in Abhängigkeit
von den Zeitfunktionen der mechanischen Bewegung bzw. des elektrischen oder magnetischen
Steuerfeldes-'lidht gemessen
werden hann, ist es durch Anpas.-ung
dieser 11--unktionen möglich, eine gleichmäßige Erwäriuung des Gutes im Erwärmungsraum
zu erhalten. In einer einfachen bevorzugten Ausführungsform dienen als Einkopplungsleitunf-,en,
zwei über eline Verzweigung aus einem Holilleiterstück gespeiste Rechteckhohlleiter,
die an ihren Enden über Einkol-#121imGsgehlitze mit dem Behandlungsraum verbunden
sind und von denen mindestens einer mit einem ferroelektrischen oder einem ferritischen
Phasenschieber versehen ist. Die Einkopplung kann auch in vorteilhafter Weise über
eine aus einem Rechteckhohlleiter gespeiste Vielschlitzstruktur vorgenommen werden,
in dem zur Steuerung der Phase der die einzelnen Sci.ii.tze anregenden Schwingungen
ferritische Elemente auf der breit- oder Schmalseite angeordnet sind. Es können
auch mehrere nebeneinanuer liegende Hohlleiter mit Vielschlitzstrukturen. zur Einkopplung
der Energie verwendet werden. Um eine Rückwirkung von Energiereflektionen aus dem
Behandlungeraum. zu vermeiden, können in vorteilhafter Weise der oder die Fhasenschieber
nichtreziprok sein. Der Vollständigkeit halber wird bemerkt# daß es z. B. aus der
Druckschrift "Philips, unsere Forschung in Deutschlandtt, 1964, Seiten
116 und 117, bekannt ist, das Diagramm von Richtstrahlern, die aus
mehreren EinzeIstrahlern zusammengesetzt eindg zu 'schwenken, indem die Strahler,
z. B. Schlitzstrahler, einzeln über einstellbare Ferritphasenschieber gespeist werden.
Die Verhältnisse einer Diagrammachwenkung lassen sich jedoch nicht ohne weiteres
auf die Einkopplung der Energie in einen geschlossenen Hohlraumresonator übertragen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Z.eichnung
näher erläutertt in der schematisch Fig. 1 einen Behandlungeraum mit zwei
Hohlleiter-Einkopplungen und-Fig.- 2 einen FerritphasenBehieber zeigen, der in den
einen Einkopplungszweig eingefügt ist.
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In Fig. sind einige Schwibgungemodi dargestellt, die durch die beiden
Einkopplungen angeregt werden.
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Pig. 4 zeigt ein-en Einkopplungshohlleiter mit einer Vielschlitzstrukturo
In der Anordnung nach Fig. 1 wird die von einem Generator erzeugte Energie
in Richtung des Pfeiles 1 in ein Hohlleiter-Stück 2 mit rechteckigem Querschnitt
eingegeben und verzweigt sich über eine Gabel 3 ih zwei Höhlleiter 4 und
5, die an ihren Enden metallisch leitend abgeschiossen sind und über Einkopplungeschlitze
6 und 7 mit einem Behandlungsraum 8 in Form eines Hohlraumresonators
verbunden sindo In dem Quer--schnitt.9 des Höhlleiters 5 ist ein Ferritphasenschieber
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bekannter Bauart eingefügt,_ der in Fig. 2 getrennt dargestellt ist, In
diesem Phasenschieber befindet sich ein Ferritstab 11
an der Hohlle-iterschmalseit.e
in einem transversalen magnetischen Steuerteld Ho Der-Phasenschieber ist nichtreziprok,
d. ht, er hat eine Vorzugedurchlaßriähtungg hier in Richtung zum Einkopplungeschlitz
7, Hierdurch werden--Energiereflexionen aus dem Hohlraumresonator
8 in Richtung auf den Generator unterdrückt oder verringerte Der Hohlraumresonator
8 ist in seinen Innenabmessungen erheblich größer als die Wellenlänge der
ihn an egenden Schwin" gung und kann daher in eiii4r Vielzahl von Schwingungsmodi.
angeregt werden# von denen in Fig. 3 einige beispielsweise
darzestellt
sind. Die Einkopplungsschlitze 6 und 7 sind so angeordnet, daß jeder
Schlitz für sich Modi anregt, die jeweils auf der gleichen Frequenz liegen, deren
Amplituden jedoch voneinander abweichen. Die von dem Schlitz 6 angeregten
Modi sind im oberen Teil, die vom Schlitz 7 angeregten im unteren Teil der
Fig. 3 dargestellt. Die Modi 12 und 13
haben beispielsweise verschiedene
Amplituden, die anderen jeweils dieselben Amplituden. Strahlen die Schlitze
6 und 7
gleichzeitig und gleich-L.hasig, so liefert die lineare Superposition
der angeregten Modi eine reaultierenue Amplitudenverteilung, die der Summe der Amplituden
in Fig. 3 entspricht, Führt man zwischen den gleichzeitig strahlenden Schlitzen
eine steuerbare Pliasendifferenz ein, so ergibt die reBultierende Superposition
der von beiden Schlitzen angeregten 1-1odi eine zeitlich verschiedene Amplitudenverteilung.
Infolge von Interferenzen werden jetzt einige Modi ausgelöscht, andere in ihrer
Amplitude vergrößert oder andere neu angeregt werden, die Energieverteilung somit
innerhalb der durch die beiden Schlitze anregbaren Modi gesteuert. Eine Erweiterung
des anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Prinzips ist in Figur
4 dargestellt, die einen Hohlleiter 14 mit'einer Vielschlitzstruktur 15 zeigt.
Die Phasen-der dieeinzelnen Schlitze anregenden Schwingungen werden dadurch gesteuert,
daß entlang den Schlitzen Ferrite 16 auf der Breit-oder Schmalseite des Hohlleiters
angeordnet und geeignet magnetisiert werden. Außerdem sind Kombinationen von nebeneinander
liegenden Hohlleitern mit Vielschlitzstrukturen möglich, wobei die Phasenbeziehungen
nicht nur längs den Schlitzstrukturen, sondern auch zwischen den nebeneinander liegenden
Hohlleitern gesteuert werden können.