DE1565845B2 - Mikrowellenherd - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einem Arbeitsraum zur Aufnahme zu garender Speisen, einer elektrischen Energiequelle sowie einem daran angeschlossenen Ultrahochfrequenzgenerator, welcher einen evakuierten Raum, eine Elektronenkanone sowie Elektronenauffangeiririchtungen zur Bildung eines Elektronenstrahls innerhalb des evakuierten Raumes aufweist.

Heizgeräte dieser Art, die allgemein als Mikrowellenherde bezeichnet werden, sind bekannt. Üblicherweise umfassen die bekannten Mikrowellenherd^ eine Vielzahl von jeweils unterschiedliche Funktionen ausübenden elektronischen Bauteilen, von denen die rheisten außerhalb des Ofen- oder Arbeitsraumes angeordnet sind. Diese bekannten Mikrowellenherde weisen in Abhängigkeit davon, ob sie mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben werden, üblicherweise· einen komplizierten Gleichrichter, Filter, einen 'Hochspannungstransformator und Hochspannungsleitungen auf. Diese Ausstattung ist notwendig, um die normale Netzspannung in die für die Erregung einer üblichen Magnetronröhre notwendige Hochspannung umzusetzen. Die außerhalb des Arbeitsraiimes angeordnete Magrie · tronröhre ist ein wesentliches Bauelement der bekannten Mikrowellenherde. Das Magnetron dient dazu, elektrische Hochspannungsehergie in Mikrowellenenergie umzuwandeln. Im Betrieb hat die Magnetronröhre einen beträchtlichen Energieverbrauch und erzeugt sehr viel Wärme. Bekannte Ofen- oder Herdarten benötigen daher ein Gebläse zur Luftumwälzung oder eine Pumpe zur Flüssigkeitsumwälzung, um die Magnetronröhre kühlen zu können. Derartige Einrichtungen sind teuer, führen zu elektrischen Störungen und steigern die Größe der bekannten Mikrowellenherde ioder -öfen in solchem Ausmaß, daß sie sich für den Haus- oder Industriegebräuch als ungenügend und unpraktisch erwiesen haben.

Üblicherweise ist die Magnetronröhre bei den bekannten Herden oder Öfen an einen Wellen- bzw. Hohlleiter angeschlossen, dessen Dimensionen sehr genau bestimmt und gearbeitet sind, damit die durch die Magnetronröhre erzeugte Mikrowellenenergie zum Ofenraum geleitet werden kann. Dieser Wellenleiter endet im allgemeinen an einer Stichleitung oder einer punktförmigen Quelle, die an einer' kleinen Öffnung in einer Wand des Ofehraumes angeordnet ist. In der Nähe dieser Öffnung ist ein rotierender oder schwingender Rührer bzw. Ventilator angeordnet, der zum gleichmäßigen Verteilen der abgestrahlten Mikrowellenenergie über den Ofenraum dient. Diese Rührer bzw. Ventilatoren bekannter Mikrowellenherde verteilen die Mikrowellenenergie im Ofen nur ungenügend, so daß die Heizenergie im Ofen nicht gleichmäßig verteilt wird und örtlich heiße bzw. kalte Stellen auftreten. Außerdem steigern derartige mechanische Bauteile die Kosten und sind relativ unzuverlässig, so daß sie dem Einsatz bekannter Mikrowellenofen bisher im Wege standen.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die bekannten Mikrowellenherde bzw. -öfen kompliziert aufgebaut, kostspielig und normalerweise für viele Anwendungszwecke ungeeignet sind, da sie viel Raum beanspruchen, und viele außerhalb des Herdgehäuses angeordnete elektrische Komponenten sowie gefährliche Hochspannungsanschlüsse aufweisen, so daß sie für den Gebrauch im Haushalt ungeeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welches sich auf Grund seines einfacheren und kompakteren Aufbäus für die Verwendung auch im Haushalt eignet, einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und mit wesentlich geringerem Energieverbrauch auskommt als die bekannten Einheiten.

■Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Heizgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der evakuierte Räum durch zwei einander gegenüberliegend angeordnete^ an ihrem Umfangsrand luftdicht miteinander verbundene, ebene, dielektrische Platten gebildet ist, welche einen im wesentlichen flachen, langgestreckten evakuierten Raum begrenzen, daß auf die ebenen Oberflächen der einander gegenüberliegend angeordneten dielektrischen Platten, die dem Elektronenstrahl zugewandt sind, elektrostatische Foküssiereinrichtung'en zum Fokussieren des Elektronenstrahls in einen flachen Fächer im Zwischenraum zwischen den dielektrischen Platten aufgedruckt sind und daß auf eine der dielektrischen Platten, die zugleich mindestens einen Teil einer Wand des Arbeitsraumes bildet, eine elektromagnetische Einrichtung aufgedruckt ist, welche mit den sich bewegenden Elektronen im Fächerstrahl derart zusammenwirkt, daß dessen Elektronen-Translätiönsenergie in Mikrowellenenergie umgewandelt wird. '

Bei dem erfirtdungsgemäßen Mikrowellenherd ist das

eigentliche Heizgerät innerhalb des Herdgehäuses derart angeordnet, daß es eine Seite des Ofenraumes bildet. Beim Heizgerät handelt es sich um eine Niederspannungseinheit, die direkt mit der üblichen Haushalts-Netzspannung arbeitet und daher keine außerhalb des Ofens angeordnete Magnetrons oder äußere Kühleinrichtungen benötigt. Nahezu alle Bauteile des erfindungsgemäßen Heizgerätes verwenden gedruckte Schaltungen auf dielektrischen Platten, Beispielsweise sehen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung vor, daß die Bauelemente zum Erzeugen und Auffangen des Elektronenstrahls, die Einrichtung zum Bündeln des Elektronenstrahls, die Mikrowellenkopplungseinrichtung, die Mikrowellenstrahler und die Rückkopplungsschaltungen als gedruckte Schaltungen ausgeführt sind. Eine Vielzahl von Heizgeräten bzw. Mikrowelleneinheiten, die bei individuellen und verschiedenen Betriebsfrequenzen arbeiten, können nebeneinander in einem gemeinsamen Vakuummantel an einer Wand des zu beheizenden Arbeits- oder Ofenraumes angeordnet sein. Jede Einheit hat dabei ihren eigenen gedruckten Strahler. Diese Strahler können von beliebiger Form sein, wobei, bei Verwendung mehrerer Strahler, entweder alle einheitliche Form oder auch verschiedene Formen haben können. Die Mikrowellensignale von den verschiedenen Einheiten sind bewußt nichtkohärent, wodurch die Mikrowellenenergie einheitlich über den zu beheizenden Raum abgestrahlt wird und jedwede mechanische Umwälzung überflüssig wird. Die gemäß der Erfindung vorgesehenen gedruckten Bauelemente erlauben eine automatische Fertigung, so daß das Heizgerät nach der Erfindung nicht nur eine Verminderung der Ofenausmaße und eine Lenkung der Betriebsspannung erlaubt, sondern auch eine Verringerung der Herstellungskosten im Vergleich zu den bisher bekannten Mikrowellenherden mit sich bringt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Heizgerätes läßt sich erkennen, wenn man bedenkt, daß bisher bekannte Geräte dieser Art relativ komplizierte Vorrichtungen zum Messen der Spannung auf der Ausgangsleitung und zum Rückführen der Meßsignale benötigen, um die Versorgungshochspannung der Magnetronröhre auf einem konstanten Wert zu halten. Gemäß der Erfindung werden derart aufwendige Schaltkreise und zusätzliche Einrichtungen durch Verwendung einer einfachen und verläßlichen Steuerschaltung bei einer bevorzugten Ausführungsform vermieden. Wenn sich die Ausgangsleistung der Mikrowelleneinheit ändert, ändert diese Leistungssteuerschaltung die Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und einer mit diesem in Wechselwirkung stehenden Vorrichtung, so daß eine konstante Leistung und konstante Arbeitsweise der Mikrowelleneinheit unabhängig von Kurzoder Langzeitänderungen in der Spannungsversorgung oder abnehmender Elektronenemission auf Grund von Alterungserscheinungen sichergestellt ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Steuerschaltung einen Differential-Ablenkverstärker auf, der einen bestimmten Teil des Hauptelektronenstrahls als seinen Verstärkerstrahl verwendet. Ein gedrucktes Mikrowellenstrahlungs-Meßgeräf bildet Teil eines gedruckten Brückenkreises, der Spannungen an auf einander gegenüberliegenden Seiten des Hauptelektronenstrahls angeordnete Ablenkelektroden gibt. Diese Ablenkspannungen sind von geeigneter Polarität und Größe, um den Elektronenstrahl automatisch auf die Kopplungsschaltung zu oder von der Kopplungsschaltung weg zu bewegen, wodurch eine konstante Mikrowellen-Ausgangsleistung gesichert wird.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß das Heizgerät nach der Erfindung von einem Mikrowellenherd bekannter Bauart, bei dem ein Klystron verwendet wird, vollkommen verschieden ist. Der Unterschied beruht im wesentlichen darauf, daß der Generator beim erfindungsgemäßen Heizgerät zwei dielektrische Platten aufweist, welche einen evakuierten Arbeits- oder Ofenraum bilden, wobei zusätzlich auf beide Platten elektrostatische Fokussiereinrichtungen sowie eine elektromagnetische Einrichtung zum Umwandeln der Elektronen-Translationsenergie in Mikrowelienenergie aufgedruckt sind. Indem die dielektrischen Platten beim Erfindungsgegenstand verschiedene Funktionen erfüllen, nämlich einmal den Arbeitsraum zu bilden, außerdem aber als Träger für die aufgedruckten Strahlfokussiereinrichtungen sowie auch als Träger für die aufgedruckte elektromagnetische Einrichtung und andere gedruckte Verbindungen zu dienen, wie Strahler od. dgl., ergibt sich ein gegenüber den bekannten Mikrowellenherden vollkommen neues Konzept. Das erfindungsgemäße Heizgerät ist einfach in der Herstellung und wegen des einfachen Aufbaus seiner Komponenten kostengünstiger als ein normales Klystron, außerdem weist es einen wesentlich geringeren Energiebedarf auf.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden beispielsweisen Be-Schreibung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische und teilweise weggebrochene Ansicht einer einteiligen, Mikrowellen erzeugenden und abstrahlenden Einheit gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine perspektivische Vorderansicht eines gemäß der Erfindung aufgebauten Ofens, bei dem die obere Ofenwand durch die Mikrowelleneinheit gebildet ist, wobei eine Mehrzahl von Mikrowellenstrahlern verwendet wird,

F i g. 3 eine schematische Schaltungsansicht eines Spannungsvervielfachers,

F i g. 4A und 4B zeigen Draufsichten auf gedruckte Schaltungen, die als elektrostatische Fokussierreihen oder als Kopplungsschaltungen dienen,

F i g. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine zusätzliche Form einer gedruckten Kopplungsanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 6 zeigt eine geschnittene perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Mikrowelleneinheit gemäß der Erfindung mit einer Elektronenkanone und Elektronenauffangplatten, die von der Hauptachse des Elektronenstrahls desaxiert angeordnet sind,

F i g. 7 zeigt schematisch eine Leistungssteuerschaltung gemäß der Erfindung und

F i g. 7A ein Diagramm der Ausgangsleistung als Funktion der Mikrowellenofen-Betriebszeit.

In F i g. 1 ist eine erfindungsgemäße Mikrowellen-Ofeneinheit gezeigt, die eine kompakt aufgebaute einteilige Einheit 15 zur Leistungsumwandlung und zur Erzeugung und Abstrahlung von ultrahochfrequenten Wellen umfaßt. Diese Einheit 15 weist ein Paar einander gegenüberliegend angeordneter dielektrischer Platten 10 und 11 auf. Diese>Platten können aus irgendeinem geeigneten dielektrischen Material, wie Keramik, Glas, Pyrokeramik oder einem anderen Material, aufgebaut sein, das als Träger für gedruckte Schaltungen geeignet ist. Die beispielsweise keramische Bodenplat-

te 11 ist kürzer gewählt als die keramische Deckplatte 10, und zwar um ein genügendes Maß, um die den Elektronenstrahl auffangenden Platten 21 und 22 freizulegen.

Die keramischen Platten 10 und 11 sind durch eine Mehrzahl von metallischen oder keramischen Stützen getragen, wobei zwischen ihnen ein Zwischenraum zum Durchlaß des Elektronenstrahls vorgesehen ist. Eine solche Stütze 6 ist in F i g. 1 weggebrochen gezeigt. Die Stütze 6 weist einen Hohlzylinder mit einer Mikrowellenausgangsleitung 73 auf, die auf der Innenfläche aufgedruckt ist und als Verbindung zur Mikrowellenabstrahlantenne 81 dient. Nötigenfalls können elektrische Verbindungen in ähnlicher Weise an denselben oder anderen, nicht gezeigten Stützen vorgesehen sein.

In der Kammer 12 wird der Elektronenstrahl erzeugt; sie nimmt eine Elektronenkanone 14, eine Heizwicklung 16 und eine Vielzahl von aufgedruckten Elektroden 18 auf, die den Elektrodenstrahl sammeln bzw. bündeln. An die Kammer 12 schließt sich eine längliche und flache Kammer 20 an, die ebenfalls zwischen den keramischen Platten 10 und 11 angeordnet ist. Diese flache Kammer 20 bildet einen Bereich zum Führen des Elektronenstrahls und weist auf ihren oberen und unteren Flächen aufgedruckte Fokussierschaltungen 23 und 24 auf, die den Elektronenstrahl 30 von der Elektronenkanone 14 bis in die Kammer 26 flach gebündelt führen. Die Kammer 26 bildet den Bereich zum Auffangen des Elektronenstrahls und nimmt die den Elektronenstrahl auffangenden Platten 21 und 22 auf. Diese den Strahl auffangenden Platten 21 und 22 sind aus dünnen Metallstreifen geformt, deren Flächen so ausgebildet sind, daß die Streifen eine wirksame Wärmeausbreitung durch die Glasverschalung 25, welche die gesamte Ofeneinheit umgibt, erzeugen können.

Die Glasverschalung 25 umgibt auch die keramischen Platten 10 und 11 und ist evakuiert und auf beliebige bekannte Weise luftdicht abgeschlossen. Daher sind die Kammern 12, 20 und 26 zwischen den keramischen Platten 10 und 11 auf einem hohen Vakuum gehalten, wie es erforderlich ist, um die Elektronen zu emittieren und in Form eines flachen Streifens zu bündeln.

Die Spannungsumwandlungsschaltung 17 soll im folgenden an Hand F i g. 3 beschrieben werden. Der Spannungsvervielfacher 17 gemäß F i g. 3 setzt die Wechselstromnetzspannung, die über die Klemmen 45 angelegt ist, in eine Welligkeitsspannung oder Gleichspannung beliebiger Größe um, die von der Anzahl der verwendeten Dioden abhängig ist. Wenn beispielsweise drei Diodenpaare verwendet werden, wie in F i g. 3 gezeigt ist, ergibt sich eine maximale Gleichspannung von 1000 Volt bei einer Eingangswechselspannung von 220 Volt. Wenn die Einheit bei einer Eingangsspannung von 110 Volt betrieben wird, sind 6 Diodenpaare notwendig, um eine maximale Gleichspannung am Ausgang von 1000 Volt zu erzeugen. Einige verschiedene Gleichspannungspegel werden durch jedes Diodenpäar 31 bis 36 gebildet. Zum Beispiel ergeben sich verschiedene Spannungspegel an den Ausgängen 60 bis 63, die als Spannungspegel Vo bis V3 bezeichnet sind. Diese Gleichspannungspegel werden gemäß der Erfindung in der vorliegenden Einheit verwendet, um den Elektronenstrahl zu erzeugen. Sie- werden ebenfalls in verschiedenen Spannungskombinationen verwendet, um den Elektronenstrahl in der Nähe einer Mikrowellen-Kopplungsvorrichtung (microwave interaction structure) zu fokussieren und werden auch in unterschiedlichen Spannungskombinationen dazu verwendet, um den Elektronenstrahl aufzufangen, sobald er an der Mikrowellen-Kopplungsvorrichtung vorbeigelaufen ist.

In der Spannungsvervielfacherschaltung 17 ist jeweils die Anode der einen Diode mit der Kathode der anderen Diode eines Paares verbunden. Wie aus F i g. 3 zu sehen ist, sind die Paare miteinander in Serie geschaltet. Der Spannungsvervielfacher 17 gemäß F i g. 3 arbeitet in bekannter Weise und weist neben den Dioden 31 bis 36 Kapazitäten 41 bis 43 und Kapazitäten 51 bis 53 auf.

Alle Eingangskapazitäten 41 bis 43 sind mit ihrem einen Pol gemeinsam an eine der Eingangsklemmen 45 angeschlossen. Die eingangsseitige Netzspannung ist über je eine Kapazität 41 bis 43 an je einen Verbindungspunkt zwischen einer Anode und einer Kathode der Verdopplerdiodenpaare 31, 32 bzw. 33, 34 bzw. 35, 36 angelegt. Jede der Verdopplerkreise umfaßt ferner Ausgangskapazitäten 51, 52 und 53, die parallel zu den Verdopplerdiodenpaaren 31, 32 bzw. 33, 34 bzw. 35, 36 geschaltet sind.

Die Spannungsvervielfachereinheit 17 kann entweder innerhalb oder außerhalb der Mikrowelleneinheit 15 angeordnet werden. Wenn sie außerhalb angeordnet ist, sind die Ausgangsleitungen 60 bis 63 durch die Glasummantelung 25 durchgeführt und mit den entsprechenden Bauteilen in der Einheit 17 verbunden. Die Dioden 31 bis 36 sind beliebige konventionelle Dioden, z. B. Glühkathodenröhren oder Halbleiter.

Bestimmte Ausgangsspannungen Vo bis 16, wie sie von der Spannungsumwandlungsschaltung 17 gemäß F i g. 3 geliefert werden, sind mit der Heizwicklung 16 und der Elektronenkanone 14 verbunden. Sie sind ferner an die den Elektronenstrahl sammelnden Elektroden 18, an die Fokussierelektroden 23 und 24 und an die den Elektronenstrahl auffangenden Platten 21 und 22 angelegt. Die hier verwendete Elektronenkanone ist an sich bekannt; sie ist so ausgebildet, daß sie einen etwa streifenförmigen Elektronenstrahl aussenden kann. Beispielsweise kann die Elektronenkanone 14 aus einem gestanzten Nickelstreifen bestehen, auf den ein emissionsfähiger Überzug aufgesprüht ist, so daß die Elektronen von seiner konkaven Oberfläche emittiert werden können, wenn die Heizwicklung 16 erregt ist. Die Heizwicklung 16 besteht aus" einem Draht hohen Widerstandes, z. B. aus Wolframdraht, und sie ist an den Kreis 17 oder an die Wechselstromnetzspannung angeschlossen. Der Wolframdraht ist um einen keramischen Stab, der in der Kammer 12 befestigt ist, gewikkelt. Die Spannung heizt in bekannter Weise die Wicklung 16 auf, die ihrerseits die Elektronenkanone 14 erwärmt. Ein ständiger Elektronenstrahl wird von dem emissionsfähigen Überzug der erwärmten Elektronenkanone 14 emittiert. Die von der gebogenen Oberfläche einer Elektronenkanone emittierten Elektronen werden zu einem flachen Elektronenstrahl 30 durch Sammelelektroden 18 gebündelt. Die hohe Stromdichte des Elektronenstrahls würde bewirken, daß der Strahl im Bereich 20 auf Grund der wechselseitigen Abstoßung der den Strahl 30 bildenden Elektronen streut und auseinanderläuft. In diesem Fall wird der Strahl 30 jedoch in Form eines flachen Streifens entsprechend den gestrichelten Linien der F i g. 1 durch ein Paar elektrostatischer Fokussierreihen 23, 24 gehalten, von denen jeweils eine oberhalb und eine unterhalb des Elektronenstrahls 30 angeordnet ist.

Es ist selbstverständlich, daß viele verschiedene Fokussierreihen verwendbar sind. Eine mögliche Ausfüh-

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rungsform der Fokussierreihe ist teilweise in F i g. 1 und in F i g. 4A gezeigt. Die Fokussierreihe gemäß F i g. 4A ist in Form von zwei als Doppelkämme ineinandergreifenden Schaltungen 23 und 24 ausgeführt.

Jede der Schaltungen 23 und 24 ist mit unterschiedlichen Spannungsausgängen der Spannungsvervielfacherschaltung 17 verbunden. Der Elektronenstrahl 30 hat eine mittlere Spannung. Die Spannungen der Schaltungen 23 und 24 sind oberhalb und unterhalb dieser mittleren Spannung des Elektronenstrahls 30 gewählt.

Die Spannungen an den Elektroden 23 und 24 errichten Feldgradienten in der Kammer 20, die den Elektronenstrahl 30 alternativ bezüglich der auf den beiden keramischen Platten 10 und 11 angebrachten Fokussierreihen anziehen und abstoßen. Das Ergebnis dieses entwickelten Feldgradienten ist ein nach innen gerichtetes elektrisches Feld, das den Elektronenstrahl 30 etwa in Form eines flachen Streifens gebündelt hält. Um eine stärkere Fokussierung und eine höhere Stromdichte zu erzielen, kann eine Vielfachspannungs-Fokussierreihe, wie sie in Fig.4B gezeigt ist, verwendet werden. Dabei können die Spannungen Vb, Ki an die unteren Leitungswindungen 54 und 55 und die Spannungen Vi und Vb an die oberen Leitungswindungen 64 und 65 angelegt werden.

Bekanntlich stellt der Elektronenstrahl 30 eine erhebliche kinetische Energie dar. Diese kinetische Energie wird durch die Beschleunigung der Elektronen von der Elektronenkanone 14 zu den Auffangelektroden im Bereich 26 erzeugt. Die kinetische Energie des Elektronenstrahls 30 wird innerhalb der Einheit 15 in Mikrowellenenergie umgewandelt. Um diese Umwandlung zu erreichen, ist eine Mikrowellen-Kopplungsvorrichtung 71 auf die Oberseite der keramischen Platte 10 aufgedruckt. Verschiedene Formen von Mikrowellen-Kopplungsvorrichtungen sind verwendbar. Die in F i g. 1 gezeigte Form ist eine Reihe von parallel aufgedruckten Drähten 72, die in der Mitte durch eine aufgedruckte Leitung 74 verbunden sind, so daß sie die Form einer flachliegenden Ringkette bilden. Diese Ringkette ist so angeordnet, daß ein Mikrowellensignal, das die Ringkette durchläuft, die gleiche Axialgeschwindigkeit wie der Elektronenstrahl besitzt. Die Mikrowellenfelder werden durch das Durchlaufen des Mikrowellensignals durch die Ringkette 71 erzeugt und erstrecken sich durch die keramische Platte 10 und stehen mit dem Elektronenstrahl 30 in Wechselwirkung (Kopplung). Diese Kopplung zwischen dem Signal in der Ringkette 71 und dem Elektronenstrahl 30 führt zur Erzeugung der Mikrowellenleistung.

Die Erzeugung von Mikrowellenleistung bzw. -energie aus einem Elektronenstrahl ist ein typischer Umwandlungsvorgang bei allen einen Elektronenstrahl verwendenden Mikrowellenröhren. Derartige Röhren können Wanderfeldröhren oder Klystrons sein. Beide Arten besitzen Mikrowellen-Kopplungsschaltungen und bewirken eine beträchtliche Verstärkung. Der Unterschied dieser zwei Röhrenarten liegt in der Art der verwendeten Kopplungsschaltung bzw. Wechselwirkungsschaltung. Zwei geeignete Ausführungsformen einer Kopplungsschaltung für beide Typen sind in den F i g. 4A und 5 dargestellt. Bei der Kopplungsschaltung gemäß F i g. 4A ist eine Reihe von parallel angeordneten Drähten 23 und 24 auf eine keramische Platte aufgedruckt. Dabei ist die Schaltungsanordnung so getroffen, daß die Leiteranordnungen 23 und 24 ein Mikrowellensignal in vorgesehener Weise mit gleicher Geschwindigkeit wie die des Elektronenstrahls ausbreiten.

In F i g. 4A sind die zwei voneinander getrennten.parallel angeordneten Reihen 23 und 24 miteinander verzahnt und bilden eine Doppelkammlinie.

F i g. 5 zeigt eine Kopplungsschaltung bzw. Wechselwirkungsschaltung, die geeignet ist, die Betriebsweise eines Klystrons zu entwickeln. Bei einem Klystron stehen die Elektronen nur in gewissen Intervallen entlang der Kopplungsschaltung in Wechselwirkung. Diese Intervalle bzw. Zwischenräume sind Abschnitte einer aus Ringen bestehenden Kette, die mit 56, 57 und 58 in F i g. 5 bezeichnet sind. Diese Abschnitte werden durch Kurzschlußbügel 50 abgeschlossen. Eine Wechselwirkung über die Kurzschlußbügel 50 zwischen den Abschnitten 56 bis 58 findet nicht statt. In diesen kurzgeschlossenen Abschnitten treibt der Elektronenstrahl ohne Wechselwirkung zwischen ihm und dem über die Kopplungsschaltung gemäß F i g. 5 verbreiteten Signal.

Zurückkommend auf die Reihen 23 und 24 der

F i g. 4A, die auch eine doppelkammförmige Linie oder eine Fokussierreihe darstellen, muß bemerkt werden, daß keine Wechselwirkung zwischen einem Signal in der Fokussierreihe und dem Elektronenstrahl stattfindet, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Fokussierreihe bedeutend geringer gewählt ist als die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls. Wenn dagegen die in Fig.4A gezeigte Reihe als Kopplungs- bzw. Wechselwirkungs-Schaltung dient, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der doppelkammförmigen Leitung gleich der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls gewählt, da dies eine wesentliche Voraussetzung für den Betrieb entweder in Art einer Wanderfeldröhre oder eines Klystrons ist. Trennt man die Fokussierreihe 23 und 24 und die Mikrowellenwellenkopplungsschaltung 71 und ordnet sie auf einander entgegengesetzten Seiten der keramischen Platte 10 (F i g. 1) an, so kann jede dieser Schaltungen unabhängig voneinander optimiert werden, wodurch ein höherer Wandlungswirkungsgrad und eine größere Verstärkung erreicht wird. Gegebenenfalls können diese Schaltungen auch in einer einzigen Schaltung kombiniert werden.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 muß betont werden, daß die Mikrowellenwechselwirkung nicht selbsterregend ist. Wenn eine Selbsterregung nicht vorgesehen ist, so ist eine die Mikrowellenenergie für die Mikrowellen-Kopplungsschaltung liefernde Quelle erforderlich. Die Notwendigkeit einer äußeren Mikrowellenenergiequelle entfällt bei Verwendung des gedruckten Rückkopplungsschaltkreises, wie er oben rechts in F i g. 1 gezeigt ist. Diese Rückkopplungsschaltung weist die in der strichpunktierten Linie gezeigte gedruckte Richtungsweiche bzw. das gedruckte Richtungsfilter 75 auf. Diese Richtungsweiche tastet induktiv einen schmalen Bereich des ausgangsseitigen Mikrowellensignals an der Ausgangsleitung 73 der Ringkette ab.

Diese induktive Kopplung wird durch eine gedruckte J-förmige Stichleitung 74 erreicht,.;)!! die ein abgetastetes Signal, das durch die Pfeile 46 dargestellt ist, induziert ist. Dieser Abtastwert des Ausgangssignals wird durch die aufgedruckten rechteckigen Richtungsweichen 77 und 78 geleitet und durch eine weitere J-förmige aufgedruckte Stichleitung 79 und die Leitung 80 auf den Eingang der Ringkette 72 zurückgekoppelt. Die aufgedruckten rechteckigen Richtungsweichen 77 und 78 sind so ausgelegt, daß sie ein Durchlaßfilter mit einem sehr engen Durchlaßfrequenzbereich schaffen. Demgemäß schwingt die gesamte Mikrowellenofeneinheit nur bei der Durchlaßfrequenz der Richtungsweiche 75. Beispielsweise ist eine typische Durchlaßfrequenz,

die insbesondere für einen Mikrowellenofen geeignet ist, eine Schwingfrequenz von 915 oder 2450 MHz.
- In F i g. 2 ist ein Ofenraum 90 mit vier verschiedenen wahllos geformten Antennen 81 bis 84, die im wesentlichen die Deckwand 91 des Ofenraumes bzw. der Backröhre 90 bilden, gezeigt. Üblicherweise werden mehrere verschiedene Mikrowellenfrequenzmodi in einem typischen Mikrowellenofen vorgesehen. Diese verschiedenen Modi hängen von den Ofenraumabmessungen ab, wobei die Ofenraumabmessungen allgemein einige Wellenlängen betragen. Die Abmessungen der gedruckten Strahler bzw. Antennen sind so gewählt, daß der gewünschte Betrag an Mikrowellenenergie für alle Modi zur Verfügung steht, wodurch gleichmäßige Leistungs- und Heizdichte im Ofenraum geschaffen wird. Wie in der F i g. 2 gezeigt ist, kann in der Mikrowellen-Ofeneinheit 15 ein breiter, flacher Elektronenstrahl vorgesehen sein, der mit mehreren Kopplungsvorrichtungen mit jeweils zugeordneten Strahlern bzw. Antennen 81 bis 84 in Wechselwirkung steht. Jede Kopplungs- bzw. Wechselwirkungs-Vorrichtung kann auf einer Frequenz arbeiten, die sich von den Frequenzen der anderen Kopplungsvorrichtungen unterscheidet. Selbstverständlich kann eine Mehrzahl von getrennten Mikrowelleneinheiten an Stelle eines breiten Elektronenstrahls vorgesehen sein. Diese verschiedenen Einheiten können entweder in getrennten Gehäusen oder in einem gemeinsamen Vakuumgehäuse 100, F i g. 2, angeordnet sein.

Die Verwendung mehrerer Strahler und mehrerer verschiedener Frequenzen kann verschiedene Vorteile mit sich bringen, obwohl eine solche Anordnung keine kohärente Mikrowellenenergie abgibt. Verschiedene bekannte Konstruktionen von Wanderfeldröhren erstrebten Kohärenz. Die Erfindung zeigt jedoch, daß ein besonderer Vorteil in Nichtkohärenz liegt. Durch die Anordnung in vielen Mikrowellen-Strahlerschaltungen nebeneinander, z. B. 81 bis 84 in F i g. 2, wird eine Kohärenz beseitigt, jedoch die Energiekopplung im Ofenraum 90 für viele Speisen optimiert. Durch die Verwendung von Antennen, die in wahlloser Form aufgedruckt sind, wird die Mikrowellenenergie von verschiedenen Punkten im Ofen abgestrahlt, und es wird sogar eine gleichmäßigere Energieverteilung erreicht. In F i g. 1 ist die Antenne 81 auf die Unterseite der dielektrischen Platte 11 aufgedruckt. Die Dicke der dielektrischen Platte ist geeignet gewählt, damit die Fokussierreihe 23 und 24 die notwendige Grundebene für die Antenne bilden kann. Die Antenne 81 strahlt die Mikrowellenenergie durch die Glashülle 25 ab. Es ist zu bemerken, daß die Strahler 81 bis 84 auch auf die Unterseite der Glashülle bzw. Glasummantelung 25 aufgedruckt werden können, wobei sie dann durch bekannte Techniken mit der Ausgangsleitung 73(Fig. 1) verbunden werden können. Es liegt ebenfalls auf der Hand, daß die Antennen gegebenenfalls völlig getrennt von der Mikrowelleneinheit angeordnet werden können, wobei die Verbindungsleitungen in bekannter Weise vom Ausgang der Kopplungsschaltung zu den einzelnen Antennen geführt werden.

Generell läßt sich sagen, daß die Erzeugung von Mikrowellenenergie etwa die Hälfte der kinetischen Energie des Elektronenstrahls 30 verbraucht. Durch den Kopplungs- bzw. Wechselwirkungsvorgang werden Elektronengruppen unterschiedlicher Geschwindigkeit geschaffen. Die verschiedenen Spannungen Vi bis 16 der Spannungsvervielfacherschaltung sind jeweils getrennt an Auffangplatten 21 und 22 angelegt, um einen möglichst großen Wirkungsgrad zu erzielen. Langsame Elektronengruppen werden durch diejenigen Auffangplatten aufgefangen, die auf höherer Spannung liegen, und Elektronen höherer Geschwindigkeit laufen zu den Auffangplatten, die auf einem niedrigeren Potential liegen. ■

Im folgenden wird die Sammelelektrode unter Bezugnahme auf F i g. 1 genauer beschrieben: Eine Mehrzahl von Elektronenstrahl-Ablenkplatten 85 bis 87 sind

ίο den Auffang- bzw. Sammelelektroden 21 und 22 zugeordnet. Diese Platten 85 bis 87 sind nahe der Verbindung der Kammern 20 und 26 auf den Keramikplatten 10 und 11 aufgedruckt und an geeignete Spannungen der Spannungsvervielfacherschaltung 17 angeschlossen, um den Elektronenstrahl 30 nach oben in Richtung der desaxiert angeordneten Auffangplatte 21 und 22 abzulenken.

Die Elektronenkanone 14 gemäß F i g. 1 ist etwa axial zu der Hauptachse des Elektronenstrahls 30 angeordnet. Bei der Bildung des Elektronenstrahls 30 können kleine Teilchen der emittierenden Oberfläche zusammen mit den Elektronen von der elektronenemittierenden Oberfläche der Elektronenkanone 14 emittiert werden. Diese kleinen Teilchen von emissionsfähigern Material können zwischen den Elektroden der den Elektronenstrahl sammelnden und fokussierenden Reihen 23 und 24 steckenbleiben. Solche Ablagerungen können einige der den Elektronenstrahl führenden und formenden Elektroden kurzschließen und so die Lebensdauer der Röhre und den Röhrenwirkungsgrad verringern. Dieser mögliche Nachteil wird durch Verwendung einer Elektronenkanone anderer Ausbildung, wie sie beispielsweise bei 66 in F i g. 6 gezeigt ist, vermieden werden. Diese Elektronenkanone 66 ist ähnlich aufgebaut und gelagert wie die Elektronenkanone 14 der Fig. 1, ihre elektronenemittierende Elektrode ist jedoch bezüglich der Hauptachse des Elektronenstrahls 30 desaxiert angeordnet.

Der Elektronenstrahl 30 wird, wie schon in Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben, gesammelt und zusätzlich in die Elektronenstrahlachse des Raumes 20 gebogen. Die Bündelung und Abbiegung, wie sie zur Führung des Strahls in der flachen länglichen, den Strahl führenden Öffnung 20 erforderlich sind, wird durch eine Mehrzahl von metallischen Elektroden, 95, 96, 97 und 98 erreicht. Diese Elektroden sind hart gelötet oder auf andere Weise mit den keramischen Platten 9 und 10 verbunden und sind über geeignete Ausgangsleitungen des aufgedruckten Spannüngsvervielfacherkreises 17 gemäß F i g. 3 an Spannungen gelegt. Das Abbiegen des Elektronenstrahls 30 in der in F i g. 6 gezeigten Weise stellt sicher, daß alle emittierten Teilchen der emissionsfähigen Elektrode gegen die Unterseite der keramischen Platte 10 geschleudert werden und nicht in den den Strahl führenden Bereich 20 eindringen können. Dadurch ist die Möglichkeit eines Elektrodenkurzschlusses mit Sicherheit ausgeschaltet, da die die Elektronen emittierende Fläche schräg zur Hauptachse des Elektronenstrahls angeordnet ist.

Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, sinkt die Ausgangsleistung bekannter Mikrowelleneinheiten mit der Betriebszeit der Röhre, wenn nicht komplizierte Spannungsversorgungseinheiten verwendet werden, um diese Änderung zu kompensieren. In Fig. 7A ist in einem Diagramm die Ausgangsleistung über die Röhrenbetriebszeit aufgetragen; diese Auftragung ergibt die Kurve 130, wenn eine ungeregelte 220-Volt-Eingangs-Wechselspannung verwendet wird.

Aus der Leistungskurve 130 geht hervor, daß die Ausgangsleistung einer Einheit zunächst bei 2000 Watt liegt, jedoch mit der Betriebszeit sinkt. Eine solche Reduzierung der Ausgangsleistung bewirkt eine entsprechende Änderung der Koch- bzw. Backzeit, die für verschiedene Speisen erforderlich ist.

F i g. 7 A zeigt auch eine geregelte Leistungskurve 115. Kurve 115 stellt die Ausgangsleistung der Mikrowelleneinheit gemäß der Erfindung bei einem konstanten Wert von 1000 Watt dar, die bei der erfindungsgemäßen Einheit unabhängig von der Betriebsdauer vorliegt. Diese konstante Ausgangsleistung stellt eine konstante Koch- bzw. Backzeit für beliebige zu kochende bzw. zu backende Speisen trotz Alterung der Mikrowelleneinheit sicher.

Die konstante Ausgangsleistung gemäß der Kurve 115 wird durch eine neuartige Leistungssteuerschaltung HO(F ig. 7) erreicht. Die Steuerschaltung 110 mißt die Mikrowellenausgangsleistung der Röhre entsprechend der durch die Mikrowellenleistung erzielten Heizwirkung und wandelt diesen Meßwert auf überraschend einfache Weise um in eine Ablenkspannung, die den Kopplungs- bzw. Wechselwirkungsgrad automatisch ändert, um die Wärme, d. h. den Leistungsverlust, zu kompensieren. Bei der neuen Mikrowelleneinheit 15 legt die Leistungssteuerschaltung den Elektronenstrahl 30 zunächst in die Nähe der Boden-Fokussierreihe, wie es in F i g. 6 gezeigt ist. Wenn die Mikrowelleneinheit bzw. -röhre altert, bewegt sich der Elektronenstrahl 30 nach oben in Richtung der Kopplungsschaltung 71, so daß er in stärkere Wechselwirkung mit der Kopplungsschaltung tritt und eine größere Mikrowellenausgangsleistung erzeugt wird. Das oben gesagte gilt für langzeitige Leistungsherabsetzung; kurzzeitige Änderungen oder Fluktuationen der Eingangsspannung werden durch die Steuerschaltung 110 gemäß der Erfindung ebenfalls kompensiert, wie die folgende Beschreibung zeigen wird.

Die Leistungssteuerschaltung 110 ist, wie die meisten in der Mikrowelleneinheit 15 verwendeten Bauelemente, vorteilhafterweise eine gedruckte Schaltung. F i g. 7 zeigt der Einfachheit halber die Leistungssteuerschaltung in einer bildlichen und schaltungsmäßigen Schemaansicht. Die Leistungssteuerschaltung 110 weist die in F i g. 6 gezeigten Strahlablenkplatten 104 und 105 auf, die auf den flachen keramischen Platten 10 und 11 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Elektronenstrahls 30 angeordnet sind. Diese Ablenkplatten 104 und 105 bewegen den Hauptelektronenstrahl 30 in Richtung des Doppelpfeils 106 (F i g. 7), also senkrecht zur Hauptachse 107 des Elektronenstrahls. Es versteht sich, daß der Elektronenstrahl durch die Fokussierelektroden 23, 24 (F i g. 6) beim Durchlaufen der Führungskammer 20 in der Stellung gehalten wird, in die er bei seinem Eintritt in die Kammer 20 abgelenkt worden ist. Wenn der Elektronenstrahl 30 also anfänglich durch die Ablenkspannungen an den Platten 104 und 105 nach unten auf die Boden-Fokussierreihe abgelenkt worden ist, behält er diese Stellung beim Durchlaufen des Führungsbereiches 20 bei, wenn nicht die Ablenkspannung an den Platten 104 und 105 die anfängliche Lage des Elektronenstrahls 30 ändert.

F i g. 7 zeigt, daß zusätzlich zu den Ablenkplatten 104 und 105, die die Stellung des Elektronenstrahls bezüglich der Mikrowellenvorrichtung 71 steuern, eine Wheatstonesche Widerstandsbrücke 140 vorgesehen ist, deren einer Arm durch ein die Mikrowellenausgangsleistung messendes Element 141 gebildet ist. Ein gestrichelt umrandeter Verstärker 150 liegt zwischen den Ausgangsklemmen 143 und 145 der Brücke 140 und den Ablenkplatten 104 und 105. Das Bauelement 141 mißt alle Änderungen der Heizleistung der Einheit 15. Dieses Bauelement 141 kann vorzugsweise in bekannter Weise durch einen Widerstand gebildet werden, der sich proportional zu der ihn umgebenden Temperatur ändert. Das Bauelement 141 kann z. B. ein Bolometer sein, das die Mikrowellenleistung durch seinen Heizeffekt mißt. Wie in F i g. 6 gezeigt ist, kann das Bobmeter 141 vorzugweise an einem Abschnitt der von der Ringkette 72 abgehenden Ausgangsleitung 73 angeordnet sein und als aufgedruckter veränderlicher Widerstand oder als dünner Wolframdraht ausgebildet sein.

Die Mikrowellenheizeffekte im Wolframdraht ändern den Drahtwiderstand, wodurch sich eine Spannungsänderung der Widerstandsbrücke 140 ergibt. Jeder Widerstand 146 der Widerstandsbrücke 140 ist ein wärmekompensierter Festwiderstand. Das Bolometer 141 der F i g. 6 besitzt einen Widerstand, der sich entsprechend der Mikrowellenleistung ändert, wie schematisch durch den strichliert gezeichneten Pfeil in dem einen Arm der Brücke angedeutet ist.
Bei der Kurve 115 in F i g. 7A war angenommen, daß eine konstante Ausgangsleistung der Mikrowelleneinheit 1000 Watt betragen würde. Diese Ausgangsleistung entspricht einem vorgegebenen Anfangswiderstandswert im Bolometer 141, der mit Bezug auf die Widerstandswerte der festen Widerstände 146 so gewählt wurde, daß die Brückenschaltung 140 anfänglich abgeglichen ist. Die Eingangsspannungen Vo und V3 werden an die Schaltung 140 angelegt, und wenn die Brückenschaltung 140 abgeglichen ist, tritt kein Ausgangssignal an den Brückenausgangsklemmen 143 und 145 auf.

Die Eingangsspannungen Vo und V3 dienen ebenfalls als Spannungen, die sowohl den Hauptelektronenstrahl 30 als auch den Sekundärelektronenstrahl 130 bilden. Dieser Sekundärelektronenstrahl 130 kann durch eine Außenkante des Hauptstrahls 30 oder durch einen völlig getrennten Elektronenstrahl gebildet sein. Beiden Elektronenstrahlen 30 und 130 sind strahlbündelnde und fokussierende Elektroden 95 bis 98 zugeordnet. Auf diese Sammelelektroden wurde im Zusammenhang mit der Besprechung der Arbeitsweise der Einheit 15 (F i g. 6) eingegangen, so daß sich eine Wiederholung an dieser Stelle erübrigt. Ihre Funktion liegt darin, den auf Grund der Spannungsdifferenz zwischen der Elektronenkanone 66 und den Anoden 97 und 98 emittierten Elektronen die flache, streifenförmige Bündelung und Form der Elektronenstrahlen 30 und 130 zu geben. Der Sekundärelektronenstrahl 130 läßt es zu, daß ein Differenzverstärker 150 auf richtige Weise und ökonomisch als einteiliges Bauelement in die Mikrowelleneinheit 15 eingegliedert werden kann. Es versteht sich, daß jeder geeignete Verstärker an Stelle eines Differential-Ablenkverstärkers 150 Verwendung finden kann. Zum Anlegen der der Korrektur der Ausgangsleistung dienenden Spannungen an die Ablenkplatten 104 und 105 ist jedoch der Ablenkverstärker 150 für den Rückkopplungs-Servobetrieb gemäß der vorliegenden Erfindung besonders günstig, da geringe Änderungen des Ausgangssignals der Brückenschaltung 140 auf eine hohe Differential-Korrekturspannung verstärkt werden, die von Fehlern unabhängig ist, die bei üblichen Verstärkern zumeist auftreten, insbesondere wenn zwei gewöhnliche Verstärker verwendet werden sollen.

Bei Betrieb des Differential-Ablenkverstärkers 150

teilt sich der Elektronenstrahl 130 gleichmäßig auf die obere und untere Auffangplatte 151 und 152 auf, wenn die Brückenschaltung 140 abgeglichen ist und somit an den Leitungen 143 und 145 kein Ausgangssignal anliegt. Ein Widerstand 155 ist zwischen die obere Ablenkplatte 151 und die Eingangsspannung Vi geschaltet. Die Eingangsspannung Vi liegt auch an der Ablenkplatte 105 des Hauptelektronenstrahls. Der Widerstand 155 ist so gewählt, daß sein Widerstandswert, der einen vorgegebenen Spannungsabfall darstellt, mit der Brükke 140 abgeglichen ist. Die Ausgangsleitung 156 des Verstärkers 150 verbindet die Platte 151 direkt mit der Ablenkplatte 104. Diese Verbindung führt zu einem anfänglichen Spannungsgefälle zwischen den Platten 104 und 105, wodurch der Elektronenstrahl 130 in die in F i g. 6 gezeigte Lage nach unten abgelenkt wird.

Zum weiteren Verständnis der Arbeitsweise der Steuerschaltung 110 sei angenommen, daß die durch den Widerstand des Bolometers 141 dargestellte Ausgangsleistung entweder auf Grund von Alterungser- ao scheinungen oder einer Änderung der Eingangsspannung der Mikrowellenofeneinheit sinkt. Die gesunkene Ausgangsleistung ergibt eine niedrige Temperatur im Bolometer 141, die sich in Form einer Änderung des Widerstandes des Bolometers 141 auswirkt. Demgemaß ist die Brücke 140 unabgeglichen, und es ergibt sich ein Ausgangssignal auf den Leitungen 143 und 145, das zu einem Spannungsgefälle zwischen den Ablenkelektroden 147 und 148 des Differenzverstärkers 150 führt. Diese Spannung stört die normale Aufteilung des Elektronenstrahls 130 auf die Platten 151 und 152, so daß sich der Strom durch den Widerstand 155 ändert, wodurch sich die Spannung zwischen den Ablenkplatten 104 und 105 ändert. Diese neue Spannung zwischen den Platten 104 und 105 lenkt den gesamten Elektronenstrahl 30 nach oben ab, so daß der Kopplungsgrad zwischen dem Elektronenstrahl 30 und der Mikrowellen-Kopplungsschaltung 71 (Fig.6) anwächst. Selbstverständlich vergrößert eine verstärkte Kopplung die Ausgangsleistung der Mikrowelleneinheit 15, wodurch auch der Widerstand des Bolometers 141 geändert wird, so daß die Brückenschaltung 140 wieder in den ausgeglichenen Zustand überführt wird.

Die Leistungssteuerschaltung 110 kompensiert auch ein periodisches Anwachsen der Mikrowellenausgangsleistung durch Verringerung des Kopplungsgrades zwischen dem Elektronenstrahl 30 und der Mikrowellenkopplungsschaltung 71 (F i g. 6). Diese Arbeitsweise braucht hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden, da sie aus der obigen Beschreibung klar hervorgeht^ Kurz gesagt, ändert, d. h. steigert oder vermindert die Leistungssteuereinheit 110 den Kopplungsgrad zwischen der Mikrowellenvorrichtung 71 und dem Elektronenstrahl 30 in der Weise, daß eine konstante Ausgangsleistung über die gesamte Röhrenlebensdauer gesichert wird.

Es leuchtet ein, daß bei der Mikrowelleneinheit 15 gemäß den F i g. 1 und 2 eine Mehrzahl von versetzten Strahl-Auffangplatten als Alternative für gestanzte Metallplatten 21, 22 und 92 bis 94 auf entweder die obere oder die untere Fläche der zum Auffangen des Strahls dienenden Kammer 26 aufgedruckt sein kann. Diese aufgedruckten Platten können ebenfalls durch aufgedruckte Schaltelemente mit den Ausgangsleitungen 60 bis 63 des Spannungsvervielfachers (F i g. 3) verbunden sein. Wenn der Elektronenstrahl 30 mit der Mikrowellenvorrichtung 71 in Wechselwirkung steht, werden unterschiedlich beschleunigte Gruppen von Elektronen im Elektronenstrahl 30 erzeugt. Langsamere Elektronen werden früher abgelenkt als schnellere Elektronen. Alle Auffangplatten besitzen unterschiedliche Flächen und verschiedene Potentiale, so daß diese verschiedenen Gruppen von Elektronen durch die Platten aufgefangen werden, die eine geeignete Wärmeübertragung erzeugen. Die durch das Auffangen des Elektronenstrahls erzeugte Wärme wird durch Leitung durch die keramische Platte 10, durch Strahlung und durch natürliche Konvektion der Glasummantelung der Einheit 15 vernichtet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Heizgerät mit einem Arbeitsraum zur Aufnahme zu garender Speisen, einer elektrischen Energiequelle sowie einem daran angeschlossenen Ultrahochfrequenzgenerator, welcher einen evakuierten Raum, eine Elektronenkanone sowie Elektronenauffangeinrichtungen zur Bildung eines Elektronenstrahls innerhalb des evakuierten Raumes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der evakuierte Raum durch zwei einander gegenüberliegend angeordnete, an ihrem Umfangsrand luftdicht miteinander verbundene, ebene, dielektrische Platten (9, 10, 11) gebildet ist, welche einen im wesentlichen flachen, langgestreckten evakuierten Raum begrenzen, daß auf die ebenen Oberflächen der einander gegenüberliegend angeordneten dielektrischen Platten, die dem Elektronenstrahl zugewandt sind, elektrostatische Fokussiereinrichtungen zum Fokussieren des Elektronenstrahls in einen flachen Fächer im Zwischenraum zwischen den dielektrischen Platten aufgedruckt sind und daß auf eine der dielektrischen Platten, die zugleich mindestens einen Teil einer Wand (91) des Arbeitsraumes bildet, eine elektromagnetische Einrichtung aufgedruckt ist, welche mit den sich bewegenden Elektronen im Fächerstrahl derart zusammenwirkt, daß dessen Elektronen-Translationsenergie in Mikrowellenenergie umgewandelt wird.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung in der Wand (91) des Arbeitsraumes eine Antenne aufweist, die mit der elektromagnetischen Einrichtung in Verbindung steht und auf eine dielektrische Platte dieser Einrichtung aufgedruckt ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine mit der elektrischen Energiequelle verbundene Spannungsvervielfacherschaltung zur Erzeugung einer Anzahl von Spannungsniveaus und innerhalb des evakuierten Raumes vorgesehene Verbindungsleitungen zum Verbinden der elektrostatischen Fokussiereinrichtungen (23, 24) mit den aufeinanderfolgenden Spannungsniveaus zur Ausbildung und Fokussierung des Elektronen-Strahls in einen flachen Fächer.

4. Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtungen (23, 24) ein Paar elektrostatischer Leiter (F i g. 4A, 4B) aufweisen, wobei ein Leiter jedes Paares auf eine der Flächen des Paares dielektrischer Platten, die dem Elektronenstrahl zugewandt sind, aufgedruckt ist, um den Strahl in flacher Fächer- oder Plattenform zu halten.

5. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Vorrichtung (71) einen Mikrowellen-Kopplungsleiter umfaßt, der auf eine oder beide der dielektrischen Platten (10, U) auf diejenige Oberfläche aufgedruckt ist, die der Seite der Platten (10, 11) gegenüberliegt, auf die die bündelnden Leiter (23,24) aufgebracht sind.

6. Heizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsfläche bzw. Antenne (81, 82, 83, 84) eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter, nichtkohärente Mikrowellenstrahlung in den Ofenraum (90) abstrahlende Mikrowellenstrahler sind.

7. Heizgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Strahler tragende dielektrische Bauteil (10, 11) von genügender Dicke ist,'um eine isolierende Trägerfläche zu bilden.

8. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dielektrischen Platten (10, 11) einen erhabenen Umfangsrand aufweisen, der zur Bildung des evakuierten Arbeitsraumes abdichtend eingebaut ist.

9. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige, flach gebündelte Elektronenstrahl von seiner Emissionsfläche desaxiert ist und daß die Fokussiereinrichtung Elektronen-Führungselektroden (95,96,97,98) aufweist, die den Elektronenstrahl in den Raum zwischen dem Paar von dielektrischen Platten (10,11) führen.

10. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (HO, F i g. 7) vorgesehen ist, die es erlaubt, die Lage des Elektronenstrahls bezüglich der elektromagnetischen Vorrichtung (71) so zu verschieben, daß die Umsetzung der kinetischen Energie der Elektronen im Elektronenstrahl in Ultrahochfrequenz-Energie auf einem konstanten Wert haltbar ist.

11. Heizgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (110) eine signalgesteuerte Strahl-Ablenkvorrichtung (104, 105) zum Einstellen der Relativlage des Elektronenstrahls bezüglich der elektromagnetischen Vorrichtung (71). ferner einen Signalgeber bzw. Regler (Brücke 140, F i g. 7), der den Abweichungen der Ultrahochfrequenz-Energie von einem Sollwert proportionale Signale abgibt, und eine zwischen den Signalgeber und die Strahlablenkvorrichtung eingeschaltete Schaltungsanordnung (143, 145, 150, 155, 160) umfaßt, die das vom Signalgeber gelieferte Signal an die Strahlablenkvorrichtung anlegt.

12. Heizgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlablenkvorrichtung ein Paar Ablenkplatten (104, 105) aufweist, von denen eine auf der einen Seite und die andere auf der dieser gegenüberliegenden Seite des flachen, streifenförmigen Elektronenstrahls angeordnet ist.

13. Heizgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (Brücke 140) ein(e) auf Ultrahochfrequenz-Energie ansprechende(n), in die Verbindungsleitung zwischen der elektromagnetischen Vorrichtung (71) und dem Strahler (81, 82, 83, 84) eingeschaltete(n) Meßvorrichtung bzw. Fühler (141), die bzw. der zum Messen der an den Strahler abgegebenen Ultrahochfrequenz-Energie dient, und eine Abgleichschaltung (146) aufweist, um Meßwerte der Meßvorrichtung in ein oberhalb des Energie-Sollwertes liegenden Abweichungen der Ultrahochfrequenz-Energie proportionales erstes Signal bzw. ein unterhalb des Energie-Sollwertes liegenden Abweichungen proportionales zweites Signal zu liefern.

14. Heizgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (143, 145, 150,155,156) aus einem Differentialverstärker (150) mit einem Eingang (147, 148) und einem Ausgang (151, 152) aus den Verstärkereingang mit dem Signalgeber (140) verbindenden Leitungen (143, 145) und aus Schaltelementen (155,156) besteht, die den Verstärkerausgang mit der Ablenkvorrichtung (104, 105) verbinden.

15. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung

wenigstens zwei verschiedene Konfigurationen aufweist, die jeweils zum Umwandeln der Elektronen-Translationsenergie im Elektronenstrahl in Mikrowellenenergie geeignet sind, wobei sich bei jeder der beiden Konfigurationen unterschiedliche Mikrowellenfrequenzen ergeben.

16. Heizgerät nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Vielzahl innerhalb des Arbeitsraumes angeordneter Strahler, die mit den verschiedenen Konfigurationen derart verbunden sind, daß jeder der Strahler auf jeder der verschiedenen Mikrowellenfrequenzen durch den Arbeitsraum abstrahlt

17. Heizgerät nach Anspruchs oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahl-Auffangplatten aus mehreren getrennten Platten (21, 22, 92, 93, 94) bestehen, daß eine an normaler Netzspannung angeschlossene Spannungsvervielfacherschaltung (17) vorgesehen ist, die verschiedene Ausgangsspannungen (Vo bis Vi) liefert und daß die auf unterschiedlichen Spannungen liegenden Ausgänge (Vo bis Vi) getrennt jeweils an eine der Platten (21, 22, 92, 93, 94) angeschlossen sind, um die mit verschiedener Geschwindigkeit im Elektronenstrahl bewegten Elektronen an verschiedenen Auffangplatten zu sammeln und dadurch die an den Auffangplatten entstehende thermische Energie kontrollierbar abzuleiten. '

18. Heizgerät nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Rückkopplungskreis (75; 76, 80), der zwischen einen Ausgang und einen Eingang der elektromagnetischen Vorrichtung (71) eingeschaltet ist und mit einem Filter (75) ausgestattet ist, dessen vorgegebene Durchlaßfrequenz gleich der Schwingfrequenz des Generators ist.

19. Heizgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (75) eine auf das dielektrische Bauteil (10) aufgedruckte Richtungsweiche (74, 77, 78, 79) ist.