DE1615463A1 - Elektrischer ofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Öfen zum Erwärmen von darin untergebrachten Objekten und insbesondere auf Ofen, in denen durch elektrische Hoch.frequen«- energie Objekte lokal und innerlich erhitzt werden können, wenn sie merkliche Mengen an Feuchtigkeit enthalten. Da diese Erfindung in ihrsEs Anwendungsbereich jedoch, nicht darauf beschränkt ist, kann sie vorteilhaft aiseh in öfen angewandt werdeiij die sowohl elektrische lioehfrequensenergi® als OADORiGINAL¹

-faQ. Morftn Üdd, DipL-Wktsdi-tee. Amt Hsmrmmn, O^.^y«. MszM&t hizncx t MÖNCHEN S. THEICSieNSTIASSe 3S · TeMMi »!SSB · Td^istmst

r OuJMte Sack m„ m& m*tt*t< Bs&Z

, (Mt. mm ■ PaeS»*s*.I®6tei fe&isa Sb.

fATiNTAKWAlT B«. IEINHOlO SCNMiBT

-Z-

herkömmliche, elektrische, niederfrequente Energie zum Kochen von Speisen etwa in Wohnungen, Restaurants und Selbstbedienungs-Cafeterien benutzen*

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ofen zu schaffen, welcher die in ihm untergebrachten Objekte entweder durch Hochfrequenzenergie oder durch herkömmliche, niederfrequente Energie oder durch Anwendung beider erwärmt, wobei diese verschiedenen Arten von Erwärmung mit gemeinsamen Elementen bewerkstelligt werden sollen, die wichtige Funktionen bei beiden Erwärmungsarten übernehmen.

Ferner soll diese Erfindung die obigen Aufgaben unter Verringerung der Zahl und der Kosten der einzelnen Elemente und des im Ofenraum benötigten Platzes lösen.

Insbesondere ist es Aufgabe dieser Erfindung, einen Ofen zu schaffen, in dem ein einzelnes Element sowohl als Antenne sum Abstrahlen der Hochfrequenzenergie in den Ofenrauin und auch als Widerstandsheizelement zum Erzeugen von Hitze im Ofenraum dient.

Ferner soll ein Ofen geschaffen werden, in dem ein einzelnes Element zum Erwärmen einer Speise oder anderer darin unter-

« gebrachter Objekte dient, wobei die Erwärmung entweder durch

3098 3 4/0525 BAD QR!€UNAL_

3 -

Hochfrequenzenergie allein, durch Widerstandsheizung (er-

2
zeugte Heizleistung N = I R) allein oder durch gleichzeitige Anwendung beider bewirkt wird.

Ferner soll ein Ofen g'eschaffen werden, der eine Hochfrequenz-Energiequelle zusammen mit einer Hochspannungs-Energie- Versorgung vorsieht, welche einen Widerstand zur Spannungsre^lierung benutzt; und es soll vermieden werden, beträchtliche in diesem Widerstand erzeugte Wärmemengen abzuführen (beispielsweise durch.einen speziellen Kühlventilator), während statt dessen diese Wärmeenergie wirksam im Ofenraum selbst benutzt wird.

Ausserdem soll die vorhergenannte Aufgabe durch Verwendung eines Widerstandes gelöst werden, der keine spezielle und teure Aus;?ührungsform für den Hochspannungsbetrieb darstellt, wobei keine gefährlich hohen Spannungen und spezielle Isolatoren im Ofenraum vorgesehen werden müssen und wobei ein

ι ■ ■

kleinerer Transformator in der Hochspannungs-Energieversorgung verwendet werden kann.

• Ferner soll ein Ofen geschaffen werden, iri dem ein als Hochfrequenz-Sendeantenne im Ofenraum verwendetes Element auch als Widerstand zur Spannungsregulierung in der Hochspannungs-Energieversorgung für die Hochfrequenzquelle dient und damit * zur Erwärmung eines Objektes im Ofen beiträgt, indem es

30983A/0525
BAD ORfGiMAL ^- - 4 -

gleichzeitig Hochfrequenzenergie und herkömmliche, durch elektrische Niederfrequenzenergie erzeugte Warme, welche durch den hindurchfliessenden Strom infolge der Spannungsregulierung entsteht, zum Objekt überträgt.

Ausserdem soll ein Ofen geschaffen werden, der einen Widerstand in der Ofenkammer zur Spannungsre^ulierung enthält, welcher im flochspannungsversor^ungskreis einer Hochfrequenz-Energiequelle li'eirt, wobei dieser Widerstand wahlweise mit einer herkömmlichen Sparmungsquelle verbunden werden kann, um den Ofen im direkten .Betrieb zu erwärmen, falls axe Hochfr equenz-Energ-iequelle (HF-Energiequelle) nicht benutzt wird.

Schliesslich soll ein Ofen geschaffen werden, in welchem ein einzelnes Element im Ofenraum abwechselnd oder gleichzeitig zur Abstrahlung von Hochfrequenzenergie (HF-Energie), zur Spannungsregulierung in einer Hochspannungs-Energieversorgung für eine HF-Quelle, etwa ein Magnetron, und zur Erzeugung von Wärme mit Hilfe eines durch einen Widerstand fliessenden Stromes benutzt werden kann, wobei der letzte Betriebszustand entweder durch den Betrieb mit der Hochspannungs-Energieversorgung oder durch den Anschluss an eine herkömmliche Wechselstrom-Energieversorgung auftritt.

Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen dienen xur weiteren Erläuterung dieser Erfindung.

309834/0 525

BAD ORIGINAL

_ 5 _
Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ofens, der eine mögliche Ausführung»form dieser Erfindung zeigt, wobei in einer Aufriss-Schnittansicht ein Ofenraum zusammen mit den Erwärmungs- und Regeleinrichtungen gezeigt ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der stäbförmigen Mehrzweckelemente, wie sie im Ofenraum von Fig. 1 angebracht sind;

Fig. 3 und Fig. k in Form von Einzelheiten wiedergebenden Schnittansichten den konstruktiven Aufbau der oberen und unteren stabförmig·» Elemente;

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer Hoehap«mnung*- Energieversorgung, welche die Betriebsspannung für eine HF-Energiequelle, etwa ein Magnetron,, erzeugt; und

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild der Selektor- und Steuereinrichtungen für den Ofen, wobei die Hoehap&nrmnge-Energieversorgung in Form eines Blockes angedeutet ist.

Badoriginal 309834/0525

Obwohl diese Erfindung bezüglich verschiedener Einzelheiten mit Bezug auf eine spezielle Ausführungsform dargestellt und beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass sie nicht darauf beschränkt sein soll. "Andererseits sollen in diesem Zusammenhang alle möglichen Abwandlungen, Alternativen und äquivalenten Ausführungsmöglichkeiten, die in den Rahmen dieser Erfindung fallen, erfasst werden.

Es soll nun auf Fig. 1 Bezug genommen werden. Der darin gezeigte Ofen ist eine mögliche Ausführungsform dieser Erfindung und enthält Konstruktionsteile für einen Ofenraum 10, in welchem ein Objekt 11 zur Erwärmung untergebracht werden kann. Der Ofenraum besteht aus sechs schachteiförmig angeordneten Wänden, nämlich einer oberen und unteren Wandung 12 und 14, einer Rückwand 151 zwei Seitenwänden (nicht sichtbar) und •iner Frontwand in Form einer Tür 16, die mit einem Griff versehen und bei 18 drehbar gelagert ist, so dass sie geöffnet und geschlossen werden kann. Jede dieser Wandungen besteht vorzugsweise aus räumlich getrennten Metallblechplatten mit dazwischen befindlichen Isolierstoffen. Kleine Öffnungen sind vorzugsweise vorgesehen, um eine begrenzte Luftzirkulation und das Entweichen von Wasserdampf aus dem Raum 10 «u-Bulftssen. Die Öffnungen 19 sind so bemessen, dass praktisch kein« HF-Energi· aus dem Ofenraum nach auasen dringen kann.

BADORlGiNAL 309834/0525 - 7 -

Das zu erwärmende Objekt kann beispielsweise eine Speise
sein, welche beträchtliche Mengen Feuchtigkeit enthält. Es befindet sich in einem nichtmetallischen Geschirr 20 (etwa aus Papier, Kunststoff oder Glas) und wird durch die Tür
16 in den Ofen gebracht und auf einem rahmenartigen Metallgestell 21 angebracht, welches so aufgebaut ist, dass es von HF-Energie und Wärmeenergie durchdrungen werden kann.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein metallisches Element im Raum 10 vorgesehen, welches die
Form einer Antenne zum Abstrahlen von HF-Energie besitzt.
Dieses Element enthält jedoch als integralen Teil eine Wider-Standsleitung, durch welche Ströme mit einer niedrigen Frequenz (etwa Gleichstrom oder herkömmlicher 50- ader 6θ Hz-Wechsel strom) fliessen und auf diese Weise Wärme erzeugen,

2 und zwar nach der bekannten Beziehung: Heizleistung N=IR.

Die erzeugte Heizleistung ergibt sich aus dieser Formel mit der Einheit "Watt¹¹. Die Heizung mittels eines durch einen Widerstand fliessenden Stromes wird im folgenden al a "Wider-

2
etandsheizung" oder "I Ä-Heizleistung" bezeichnet. Die auf diese Weis· im Ofenraum erzeugte Wärmeenergie entsteht bei sehr viel niedrigeren Frequenzen (grosse Wellenlängen) als die HF-Energie (Mikrowellenlängenberelch).

Zwei solche Elemente Zk und 25 werden in der vorliegenden

309834/0S2S -8-

Ausführung·sforra verwendet. Sie bestehen vorzugsweise aus stabförmigen, gefalteten Organen,, die in einer oberen und unteren horizontalen Ebene liegen (vergl. Fig. 1 und 2). Eb ist vorgesehen, elektrische Hochfrequenz-Energie zu den Elementen Zh und 25 zu übertragen (was unten noch beschrieben wird), so dass sie als Antennen wirken, welclie diese Energie in den Ofenraum 10 abstrahlen, wo sie absorbiert wird und eine Erwärmung des Objektes 11, beispielsweise einer Sgeise, bewirkt. Zusätzlich jedoch sind Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe Strom durch die Widerstandsleitungen der Elemente 24 und 25 geschickt werden kann, so dass letztere ebenfalls Wärme im Ofenraum 10 erzeugen, und zwar durch einen Widerstandsheizbetrieb. Diese letztgenannte Energie dient zur Erwärmung des Objektes 11 oder der Speise und soll diese an der Oberfläche bräunen, was normalerweise durch die HF-Snergie nicht möglich ist.

Aus der folgenden detaillierten Beschreibung geht deutlich hervor, dass die Elemente Zk und 25 allein zur Abstrahlung von HF-Energie, allein zur WiderstfinaS^ffifer gleichzeitig sowohl zur HF-Heizung als auch zur Widerstandsheizung verwendet werden können.

Aus Fig. 1 geht hervor, dass die Elemente 2k und 25 geeignet im Ofenraum 10 befestigt sind (die entsprechenden Einrichtungen sind nicht dargestellt). Ein Ende 24a bzw. 25a jedes

30 9834/0 5 26 _bäd

1618463-

Elementes wird isoliert durch öffnungen 26 bzw. 27 in einer metallischen Trennwand 28 und dann durch längliche metallverkleidete Führungen 29 bzw. 3U in der Rückwand 15 zu den Anschlussblöcken 3"¹ und 32 geführt. Die anderen Enden 24b und 25b dieser Elemente gelangen durch die Rückwand 15 zu den entsprechenden Anschlussblöcken 31 und 32, besitzen aber elektrischen Kontakt an den Punkten 34 bzw. 35 mit dem.inneren Metallblechfela dieser Wand. Der Grund dafür wird unten noch erläutert.

Obgleich der spezielle Aufbau der Elemente 24 und 25 ©©ändert werden kann und obwohl ein einziges Metallstück sowohl die

Eigenschaften einer Sendeantenne als auch der Widerstandsheizung zusammen enthalten kann, zeigen Fig. 3 und Fig. 4 entsprechende Ausführungsformen. Das untere Element 25 in Fig. 4 besteht aus einer äusseren Metallhülle 38, welche den inneren Widerstandsleiter 391 der aus irgendeinem brauchbaren Metall hohen spezifischen Widerstandes, etwa einer Chrom-Nickel-Legierung» Molybdän oder anderen in der Technik bekannten lieizwiderstandsmaterialien besteht, räumlich getrennt oder isoliert hiervon umgibt. Der innere ¥iderstandaleiter 39> obwohl in Form eines einfachen, geraden Drähte· dargestellt, ist eine Widerstandsheizung, in welcher in Abhängigkeit von dem hindurchfliessenden, nietlerfrequsnten Strom Wärmeenergie erzeugt wird. Der Raum swiscaen dem Mantel

30M34/0S2S

38 und dem Widerstandsieiter 39 kann mit einem hitzefesten, inerten, isolierenden, pulverförmigen Stoff" kO gefüllt werden, so dass das stabförmige Element nach seiner Herstellung gebogen oder irgendwie geformt werden kann, wie dies beispielsweise in Piff. 2 gezeigt ist.

Ein im Handel erhältliches Produkt, das als Element 25 verwendet werden könnte, besitzt die Bezeichnung "Calrod". Solche "Calrod"-Elemente arbeiten zufriedenstellend, vorzugsweise soll ihr äusserer Mantel 38 jedoch aus einem Metall mit geringem spezifischen, elektrischen Widerstand bestehen, das hohen Temperaturen standhält. Auf diese Weise findet der hindurchfliessende Hochfrequenzstrom, der unter anderem zur Abetrahlung der HF-Energie führt, nur geringen elektrischen Widerstand vor.

Im.oder in der Nähe des Anschlussblockes 32 werden die Enden des Elementes 25 durch eine Isolierscheibe 41, die in den Mantel 38 gepresst und von einer eingeschraubten Mutter k2 gehalten wird, aufgenommen. Die Widerstandsleitung oder der Widerstandsdraht 39 zieht eich durch die Isolierscheibe 4l und ohne Kontakt durch eine aufgeweitete Öffnung 42a in der Mutter, damit er vom Mantel 38 isoliert bleibt. Der überstehende Teil des Widerstandedrahtes 39 1st dann mit den

309834/0525

Anschlüssen des Blockes 32 mit Hilfe von Anschlußschrauben an der Oberseite des Blockes verbunden.

Das stabförmige Element 24 ist hier so dargestellt, als sei, es bis auf die Tatsache, dass es zwei separate, räumlich getrennte, innere Widerstandsleitungen 44 und 45 besitzt, mit dem Element 25 identisch. Dementsprechend sind die einzelnen Organe des Elementes 24 in Fig. 3 mit den gleichen, nur durch einen Strich unterschiedenen Bezügszahlen wie in Fig. 4 gekennzeichnet. Während die entgegengesetzten Enden der Widerstandsleitung 39 zu den Anschlüssen 39& und 39b des Anschlussblockes 32 (Fig. 2) führen, besitzt der Anschlussblock 31 vier Anschlusspunkte, von denen die ersten beiden, 44a und 44b, mit den entgegengesetzten Enden des Widerstandsdrahtes 44 und die zweiten beiden, 45a und 45b, mit den entgegengesetzten Enden des Widerstandsdrahtes 45 verbunden sind.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung können die Widerstandsleitungen 44 und 45 mit einer herkömmlichen Spannungsquelle verbunden werden, um Wärme, entsprechend N = I R, im Ofenraum zu erzeugen. Eine solche Verbindung kann beispielsweise durch eine Steuer- und Selektoreinrichtung 50 für die Heizung (Fig.1) mit einer herkömmlichen 220-Volt-Wechselatromenergieversorgung L₁, L„ hergestellt und in Abhängigkeit von der Ofentemperatur, wie sie von einem Thermostaten 51 im Ofenraum 10 abgeführt wird, gesteuert werden.

309834/0525

- 12 -

Die Steuer- und Selektoreinrichtim^eii $0 sind detaillierter in Fig. 6 dargestellt. Kin Hauptschalter 52, der beim Widerstandsheizbetrieb geschlossen ist, stellt die Verbindung zwischen den Leitungen L und L über die Schalterkontakte 51a des Thermostaten zu den Jöimcangsanschlüssen 55a, eines Selektorschalters S her, der gekoppelte Schalterarme S1, S2, S3 besitzt, welche auf irgendeinen von vier zugeordneten Kontaktpunkten a, b, c, d durch manuelle Betätigung· eines Wahlknopfes SK gebracht werden können. Angenommen, der Hauptschalter 52 ist geschlossen und die Ofentemperatur unterhalb eines gewünschten Wertes, so dass der durch den Thermostaten gesteuerte Schalter 51a ebenfalls geschlossen ist, dann wird weder der Heizwiderstand 45 noch der Heizwiderstand 44 mit Energie versorgt, falls der Wahlknopf SK sich in der "Aus"-Stellung befindet. Wird der Wahlknopf in die "Niedrig"-Stellung gebracht, ao entsteht ein elektrischer Kreis von der Leitung L über die Kontakte S1, S1b, den Widerstand 45, den Widerstand 44 und die Kontakte S3b, S3 zur Leitung Lg. Auf diese Weise sind die beiden Widerstandeleiter 44 und 45 elektrisch gesehen in Reihe geschaltet und liegen am 220- Volt-Netz. Befindet sich der Wahlknopf SK in der "Mittel"-Stellung, so entsteht ein elektrischer Kreis von der Leitung L1 über die Kontakte SI, Sie, den Widerstand 45 und die Kon takte S3b, S3 zur Leitung Lg. Auf diese Weise liegen 220 Volt Spannung am Heizwideretand 45, der «weite Hei«widerstand im Element 24 wird jedoch nicht mit Energie versorgt. Befindet

rad ORSGiNAL

30383A/0525

- ; 13 -

sich, schliesslich der Waiilknopf SK in der "Hoch"-Stellung, so entsteht ein elektrischer Kreis von der Leitung L Über die Kontakte S1, SId, den Widerstand 45 und die Kontakte S3d, S3 zur Leitung L-. Ein ähnlicher elektrischer Kreis besteht von der Leitung L über die Kontakte S2, S2d, durch den Widerstand 44 und die Kontakte S3d, S3 zur Leitung L₂. Auf diese Weise sind die beiden Widerstände 44 und 45 parallel geschaltet und liegen an 220 Volt Netzspannung, so dass .sie beide ziemlich grosse Ströme aufnehmen und viel Wärme erzeugen,

Mit dem Wählschalter Sk ist es daher möglich»., die Heizwiderstände 44 und 45 des Elementes 24 so zu »ehalten, dass entweder wenig, mittel oder stark im Ofenraum 10 geheizt wird. Der Heizbetrieb im Ofenraum TO kann₉ falls dies gewünscht wird, durch den Thermos taten 5"S gesteuert worden, der den Schalter 51β Öffnet und schlieast, falls di© Temperatur im Ofenr&ttn! über einen bestimmten und gewählten Wert steigt oder darunter fällt. Au® Fig. 6 geht hervor„. -lec&Si beim Öffnen oder Schliessen der Kontakte 51a der Esisrgieversorgungskreis oder die gewählte Heiswiders tandskoiabin&tiem hk uad %5 unterbrochen oder geschlossen »erden. Der Erfindung entsprechend sind jedoch auch Einrichtungen vorgesehen₀ welch© elektrische HF-Energie zn den Elementen 24 und 25 koppeln₀ so dass diese HF-Energie in die Kammer 10 und zum Objekt 11, das erwärmt werden SoIl₉ abstrahl©n_e Zu diesem Zweck ist der Ausgang einer

- 14 -BADORtGiNAL 3098 3 4/0525

geeigneten HF-Energiequelle über Hochfrequenz-Übertragungseinrichtungen mit den stabförmigen Elementen 24 und. 25 gekoppelt. Di· Hochfrequenz- oder Mikrowellenenergiequelle kann beispielsweise ein Hochfrequenz-Trioden-Oszillator oder eine Klystronröhre sein. In Pig. 1 ist ein Magnetron 60 vor-

gesehen und schematisch angedeutet. Es enthält ©ine Mehrkammeranode oOa, welche die Kathode 60b umgibt. Der Magnet und die Kathodenheizung, die normalerweise· dazugehören, sind nicht abgebildet, weil sie Fachleuten für Magnetrons und HF-Heizung ohnehin bekannt sind. Die· Betriebsenergie wird dem Magnetron όΟ in Form einer relativ hohen Gleichsparmung zugeführt, die zwischen Anode und Kathode liegt. Zu diesem Zweck ist eine Hochspannungsenergieversorgung 61 vorgesehen, deren Ausgangsanschlüsse O1a und 6ib mit der Anode 60a bzw. der Kathode oOb verbunden sind. Die Eingangsanschlüsse 6ic und 6id können mit dem herkömmlichen 220-Volt-Net» L₁ und L oder einer anderen Energieversorgung verbunden werden.

Es 1st bekannt, dass ein auf diese Weise betriebenes Magnetron als Oszillator arbeitet, der sehr hochfrequente, elektrische Energie erzeugt. Durch geeignete Dimensionierung oder Einstellung des Magnetrone, kann dieses zur Erzeugung von sehr hohen Frequenzen im Bereich von 2 bis 3 Gigahertz (GHz) verwendet werden. Die gebräuchlichste Hochfrequenz zum Kochen beträgt etwa 2,45

309834/0525 bw— _ ₁₅ ..

Zum Übertragen der Hochfrequenzenergie des Magnetrons 60 zu den Elementen 2k und 25 ist eine Kopplung ist Form einer Sonde 60c in einer Anodenkammer vorgesehen, welche sich 3|a. einem Koaxialmantel 62 in einen metallischen Hohlleiter 64 erstreckt. HF-Energie wird auf diese Weise durch den Hohlleiter 6k asu einer T-förmigen Verbindung übertragen, wo sie sich teilt, und nach oben und unten in Hohlleitern 66 und ausbreitet, welche zum Teil durch die metallische Trennwand 28 und die innere Metallplatte der Wandung 15 gebildet werden. Zur wirksamen Übertragung von Energie zu den Elementen 2k und 25 aus den Hohlleitern 66 und 67, eind die Elemente 2k und 25 im Abstand einer Viertelwellenlänge, bezogen auf die Frequenz des Magnetrone, vom oberen und unteren Ende der Hohlleiter entfernt.

Die mit Metallwänden versehenen Durchführungen 29 und 30 durch die Wandung 15 aind duroh kreisförmige Metallplatten 69 und 70, die etwa eine Yiertelwellehlänge von der inneren Platte der Wandung entfernt sind, abgeschlossen, wodurch die Abstrahlungsverluate an Hochfrequensenergie la Sichtung der Anschlusablocke 3'1 und 32. »inimal wird. Biese ©Ina Viertelwellenl&nge grose&R, kurzgeschlossenen "Stutsen" stallen •ehr gross β ImpedÄhaea dar und bewirken, dass ύά.% wellenenergie au den Elementen Zk und 25 übertragen wird, deren entgegengesetzte Enden bei 34 und 35 ml* d»a» Metallfeld' der Wandung 15 verbunden sind.

BAD ORIGINAL 309834/0525

- 1ό -

In dieser Anordnung fliegst die im Magnetron όϋ erzeugte MF-Energie durch den Hohlleiter 64, teilt sich und fixesst durch den oberen und unteren Hohlleiter ob und 67 und wird dann zu den Elementen 24 und 25 gekoppelt, wobei deren metallische Mäntel 3Ö' und 38 als Sendeantennen wirken, welche die IIF-Energie im Saum 10 verteilen. In der Sprache der Elektroingenieure würde man sagen, dass die Elemente 24 und 25 mit HF-Energie "gespeist" werden, die von einer HF-Quelle zu ihnen gekoppelt wird. Sie arbeiten als "gespeiste" Antennen, welche die IiF-Energie in die Ofenkammer abstrahlen. In der Technik der HF-Erwärmung ist es bekannt, dass diese Energie von den inneren Metallwänden der Kammer 10 reflektiert wird, dass sie ohne wesentliche Dämpfung oder Verluste durch nichtleitende Stoffe dringt, wenn diese vernachlässigbar kleine dielektrische Verluste haben ,(etwa Papier, Glas oder bestimmte Kunststoffe), und dass sie in dielektrischen Stoffen, etwa feuchten Speisen 11 in einem Gefäss 20, absorbiert werden. Die HF-Energie bewirkt eine Erwärmung des feuchten Objektes 11, und zwar praktisch gleichmässig sowohl an der Oberfläche als auch iin Zentrum und mit raschem Temperaturanstieg des Objektes. Es ist daher möglich, das Objekt 11 zu erwärmen, und rasch zu kochen, falls es eine Speise ist. Hierzu dient die HF-Energie des Magnetrons 60, welche von uen Elementen 24 und 25 abgestrahlt wird.

3DS834/ÖS2S

Wie oben· erwähnt, erhält die HF-Quelle oder das Magnetron 60 von einer Spannungsversorgung61 eine hohe Betriebs— spannung zugeführt* Die Eingangs ans clilüsse öle, old der Spannungsversorgung können mit einer Wfecliseistromquelle, etwa den Leitungen L und L₂, verbunden werden. "Die Hochspannun^sversorgung kann durch einen zweiten thermostatischen / Fühler Ji gesteuert werden, der im oder in<der Nähe des Objektes 1 I angebracht/ist und dessen Temperatur direkt oder indirekt anzeigt. Der Fühler '/1 steuert einen Schalter, welcher die Energieversorgung 6.1 und damit auch den HF-Generator zu- oder abschaltet _t je nachdem, ob die abgefühlte Tempera/tur unter einen bestimmten Wert fällt oder darüber

In Übereinstimmung mit einem'- anderen WesensmerkmaL dieser Erfindung ist die Energieversörgiing 6i so aufgebaut, dass sie das Element' 25, - oder richtiger gesagt, den .'Widerstandsleiter 39, der ein Teil hiervon, ist, als ein Organ, enthält₈ ■«reiches bei der Spannungsregelung eine -Wichtige Funlction ausübt öV In Verbindung-mit .-dieser Funktion erzeugt; der Wider standsleiter jedoch.eine Beträchtlich© Wärmemenge. Die vorliegende Vorrichtung benötigt deswegen aber weder einen speziellen Ktihlventilator oder dergleichen zur Abführung der Warne^ sondern benutst diese Warne, indem sie in der

BADORI©!NAL ■ "" ¹⁸'"

Ofenkamner 10 diese vorteilt. und damit zur Erwärmung des Objektes 11 beiträgt.

Aus Fig. 5 geht im einzelnen hervor, dass die Eingänge der Hochspannungsversorgung b1, nämlich die Anschlüsse 6ic und 6id, mit den Spannungsversorgungsleitungen L und L„ über die Kontakte Ci eines Steuerschalters C verbunden werden können. Der Schalter C ist in Fig. 6 in normaler Stellung abgebildet, in der er sich befindet, wenn eine HF-Heisung nicht gewünscht wird. In Fig. 5 befindet er sich in der anderen Stellung, wodurch die Energieversorgung 61 und. das Magnetron 60 in Betrieb gesetzt werden. Der Sohaltei; C besitzt normalerweise geöffnete Kontakte C1 , normalerweise geschlossene Kontakte. C3 und normalerweise geöffnete Kontakte C2. Werden diese Kontakte betätigt (Fig. 5)» so entsteht in der Spannungsversergung 61 ein Einganges serienkreis von. der Leitung L₁ über die Primärwicklung Tp eines. Hochspannung·- transformator® T₉ eine Seite der Kontakte 02 zum Anschluss 39b, den Widerstand 39 sum Anschluss 39a, die ander· Seite der Kontakte 02 und die Kontakte 71& (gesteuert durch den Thermo s tat fühler 71 ) zur Leitung L₂. Die Sekundärwicklung Ts des Transformators T ist mit dem Eingang eines Vollweggleichrichter β 75 verbunden, dessen Ausgang über die Anschlüsse 6la und 6ib mit der Anode oOa und der Kathode 6Ob

- 19 -

309934/0525

so verbunden sincf, dass die Anode gegenüber der Kathode positiv ist, ""■..' .

Wird die Energieversorgung durch den Schalter G in Betrieb gesetzt (der Schalter G nimmt dann die in Fig. 5 gezeigte Position ein), so werden aufeinanderfolgende Impulse sehr holier Spannung zur Anode oQä geschickt» Diese Impulse werden durch, den Vollweggleichrichter des Hochspannungstransforraators erzeugt und besitzen eine Folgefrequenz von 120 Hz, falls "die Frequenz des Wechselstromnetzes an den Leitungen L1 und L2 bOHz beträgt. Sobald Jeder der einzelnen Impulse der Anodenspannun.^ einen bestimmten Pegel erreicht, beginnt das Magnetron zu schwingen und erzeugt Frequenzen von etwa Z,k5 Gigahertz, bis die Anodenimpulsspannung wieder unter den Mindestpegel fällt. In der dargestellten Äusführungsform schwingt das Magnetron 60 daher nicht fortgesetzt, sondern erzeugt kurze Folgen von Mikrowellen, wobei jede Folge eine Frequenz von 2,45 Gigahertz aufweist. Die tfiederholungsfrequenz der einzelnen Mikröwellenziige beträgt 120 Hz.

Die aus dem Magnetron 6θ entnommene HF-Leistung hängt von der Qualität und der Quantität des absorbierenden Materials (etwa dem Objekt 1l) in der Kammer 10 und von der Impedanaanpassung über die Hohlleivter 66, 6? und 6^ an die Ausgangs-

BADORIGiNAL

koppelschleife des Magnetrone ab. Es let kennzeichnend für Magnetrons und andere ähnliche Mikrowellengeneratoren, dass der Kathoden-Anodenstrom sich nicht nur mit der sum Verbraucher gekoppelten Ausgangsleistung, sondern auch mit der Anoden-Kathodenepannung ändert. Zur Einleitung der HP-Schwingungen wird eine relatiT hohe Anodenspannung benötigt» Haben die Schwingungen begonnen, so bewirkt Jede weitere Zunahme der Anodenspannung eine gefährliche und disproportional· Zunahme des Kathodenstrome·. Ist keine Regulierung und Begrenzung der Anodenspannung vorgesehen, so kann der Strom ■o gross werden, dass er das Magnetron zerstört, indem beispielsweise das elektronen-emittierende Material auf der Kathode beeinträchtigt oder bestimmt· Teile überhitzt werden.

Diese eigenschaft von Magnetron· ist bekannt und man hat sich in der Vergangenheit damit befasst« eine Spannungsregelung in Wmxm einer durch Rückkopplung gesteuerten, sättigungsfObigen Reaktantspul· «der derglei«b«m, «ti« mit der Primltr- wiokltmg des Hoohspanaaagstransoformators la Jtoih· gaachaltet wird, vorzusehen. Xn der vorliegenden Erfindung wird Jedoch der Kathodenetrom des Magnetren· 60 mit Hilf· des Widerstandsleiters 39 sicher begrenzt, der mit der Eingangwicklung Tp des Transformators T in Reihe geschaltet ist. Krsoheint •in positiver Impuls an der Anode?Oa, so befindet sich das Magnetron zunächst noch nicht im schwingenden Zustand und

BADORSGiNAL 3 0 98 34/05 2 6 -™' ■* ., 21 , .

tSI 5*63

zieht aus dem Transformator T kaum Strom. Dementsprechend liegt am Widerstand 39 praktisch keine Spannung und die Anodenspannung des Magnetrons erreicht den kritischen AuslÖsepegel ziemlich bald in der Anstiegsflanke des sinusförmigen Spannungsimpulses. Sobald das Magnetron jedoch schwingt, und einen beträchtlichen Strom aus der Sekundärwicklung T·' ^p zieht, flieset ein entsprechender Strom durch die Primärwicklung Tp₁ wobei am Widerstand 39 eine lismlich gross· -Spannung liegt. Dieser Spannungsäbfall reduziert die an der Primärwicklung Tp liegende Spannung und damit auch die AuS-gangssp&nnung der Sekundärwicklung Ts; Damit ist auch die Ausgangsspannung Meβ Gleichrichters 75 niedriger.

Auf diese Weise wird die Anodenspannung des Magnetron· 60 vermindert, wenn der Kathodenstrom ansteigt. Maßgebend hierfür ist dar auf der Niederspannung^βeite der Vers^rgun^s-•ehaltung liegende Widerstand 39. Durch diese Spanhungaregulierung warden übermässige Kathedenströiae renaledea. Der durch den Widerstand 39 flieseende Strom eraeugt jedooh eine beträchtliche Wärmemenge in diesem Widerstand (l Ä Heizleistung). Da der Widerstand 39 Teil des in der Kammer 10 angebrachten Elementes 25 ist, brauchen keine speziellen Kühlrippen oder Künlgebläse zur Abführung dieser Wärme vorgesehen werden. Vielmehr verteilt sich diese Wärmeenergie in der Ofenkammer 10 und dient zur Erwärmung des Objekte· 11. Da der

EAD ORIGINAL 309834/0S2 5

- 22 -

Widerstand 39 im Primärkreis des Hochspannung^ transformators T liegt, wird er mit relativ niedrigen Spannungen (etwa 220 oder 110 Volt) im Vergleich zu 1.500 Volt im Sekundärkreis des Transformators betrieben. Der Widerstand 39 muss daher nicht für den Hochspannungsbetrieb speziell konstruiert sein', was ihn wesentlich verbilligt. Gleichzeitig ist die Gefahrenquelle, die solch hohe Spannungen in der Ofenkammer bedeuten, und die Notwendigkeit zur Verwendung spezieller Hochspannungsisolatoren vermiedeni

Aus Fig. 5 und Fig. 6 geht hervor, dass, wenn HF-Heizung des. Objektes 11 gewünscht wird, nur der Regelschalter C betätigt werden muss, wobei die Kontakte C1 und C2 geschlossen und die Kontakte C3 (Fig. 5) geöffnet werden. Das Magnetron 60 erhält dadurch eine hohe, pulsierende Betriebegleichspannung zwischen Anode und Kathode »ugeführt und erzeugt aufeinanderfolgende Mikrowellenzüge. Diese HF-Energie wird sowohl zum Element 25 als auch zum Element 24 gekoppelt und von dort in den Ofenraum 10 abgestrahlt, wo sie vom Objekt absorbiert wird und in diesem eine Erwärmung hervorruft. Gleichzeitig wird jedoch beträchtliche Wärmeenergie durch den durch den Widerstand 39 fliessenden Strom erzeugt, während dieser Widerstand die Spannung regelt. Diese Wärme wird in der Ofenkammer vom Element -25 abgegeben, während es gleich—

■ _ . BAD

309834/0525

2 " · " " zeitig- HF-Energie abstrahlt. Diese I R-Heiζleistung im Widerstand 39 wird vorteilhafterweise zum Erwärmen oder Kochen des Objektes 11 mitbenutzt. Der Thermostatfühler- 71» falls vorgesehen, öffnet seine Kontakte Via» wenn die Terape^s" ratür des· Objektes 11 einen bestimmten Wert übersteigt, -wobei die. Erzeugung und Abstrahlung von HF-Energie und auch die Erzeugung von Widerstandswärme durch das Element 25 unterbrochen wird.

Das Element 25 übt daher drei verschiedene Funktionen aus: Es strahlt HF-Energie ab, es dient zur Regulierung der Hochspannungsversorgung 61 ,* so dass der Kathodenstrom des Magnetrons nicht zu gross wird, und es erzeugtWärme im Ofen^ raum 10 durch Widerstandsheizung, Zusätzlich zu diesen Funktionen sind Einrichtungen vorgesehen, mit denen das Element 25 wahlweise mit einer herkömmlichen Spannungsquelle verbunden werden kann, so dass es den Ofen durch Widerstandsheizung erwärmen kann, wenn es nicht als HF-Strahlerbenutzt wird. Dies wird durch die Kontakte 02 und C3 des .Regelschalter· C bewerkstelligt. Befindet sich der.Schalter C in der in Fig. gezeigten Stellung, so sind die Kontakte C1 geöffnet und da· Magnetron ist ausser Betrieb, wie oben beschrieben. Die Kontakte C2 sind ebenfalls geöffnet und trennen den Widerstand 39 von der Hochspannungsversorgung 61. Die Kontakte QJ sind

30983A/Ü525

dagegen geschlossen und verbinden den Widerstand 39 mit den Eingangsanschlüssen 55a. und 55b des Wahlschalters Sk. Wird nun die Widerstandsheizung der Ofenkamner durch Schliessen des Hauptschalters 52 eingeleitet (es sei angenommen, die Kontakte 51& dea Thermostaten sind geschlossen), so wird der Widerstand 39 durch eine direkte Verbindung mit dem 220-Volt-Netz, dargestellt durch die Leitungen L1 und L2, mit Energie versorgt. Das Element 25 erzeugt unter diesen Bedingungen Wärme durch Widerstandsheizung und erwärmt auf diese Weise allein oder in Verbindung mit den Widerständen 44 und 45 im Element 24 (in Abhängigkeit davon, welche Stellung der Wahlknopf Sk einnimmt) die Ofenkammer 10 und jedes darin befindliche Objekt 11.

Die hier erläuterte Vorrichtung ist bezüglich ihrer Betriebearten sehr flexibel, obwohl nur zwei relativ einfache und. kompakte Elemente 24 und 25 im Ofenraum vorgesehen sind. Zusammenfassend sollen die verschiedenen möglichen Betriebsarten noch einmal aufgezählt werden«

Betriebsart 1

Widers tandsheizung i

. _l

Der Schalter C befindet sich in der normalen Stellung (Fig.6), j Schalter 52 ist geschlossen und der Wahlknopf Sk in der .

BADOR{©!NAL j

309834/0525 —~ ^J

'■'Aus¹¹-Stellung. Die Kaminer 10 wird auf" diese Weise durch
Widerstandsheizung des .."-Element es 25, una zwar durch Widerstandsheizung des Widerstaridsleiters 39, der am Netz L , L_ liegt, erwärmt. _a . ·

Betriebsart 2

Wider 8tandshel zung ---.-".",

Wie bei Betriebsart 1, aber der Wahlknopf Sk befindet sich in der "Niedrig"-Stellung. Die Kammer 10 wird durch Widerstandsheizung der Widerstände 44 und 45 im Element 24, die in Reihe am Nets L₁,L₂ liegen und durch den Widerstand 39, der auch am Netz L₁ L„ liegt, schwach geheizt«

Betriebsart 3 Widerstandsheizung

Wie bei Betriebsart 2, aber der Wahlknöpf Sk befindet sich in der "Mittel"-Stellung. Der Widerstandsleiter 45 und der Widerstands leiter 39 Xi-ogün am Net» L₁, L₂, so dass die
Kammer 10 mittelmässig geheist wird.

Betriebsart 4 ^

Widers tandsheiizung '

Wie bei Betriebsart 3, aber der Wahlknopf Sk befindet »ich

- 26 -

in der "Hoch"-Stellung, so dass die ¥iderstandsleiter 39 t 44 und 45 alle einzeln am Netz L , L_ liegen und die Kammer stark heizen. ^r-

Betriebsart 5 Hochfrequenzheizung

Schalter C befindet sieh in der betätigten - Stellung (Fig. 5) und der Hauptschalter 52 ist geöffnet. Energieversorgung und Magnetron 60 sind in Betrieb, so dass die Elemente 24* und 25 HF-Energie in die Kammer 10 abstrahlen. Der Widerstandsleiter 39 im Element 25 reguliert die Betriebsspannung des Magnetrons, wobei die im Widerstand durch die Regulierung erzeugte Wärme zur Erwärmung des Objektes 11 beiträgt.

Betriebsarten 6, 7 und 8 Hochfrequenz- und Widerstandsheizung

Wie bei Betriebsart 5, ausser dass der Hauptschalter 52 geschlossen, ist und der Wahlknopf Sk sich in der "Niedrig"—, "Mittel"- oder "Hoch'^-Stellung befinden kann, so dass die Elemente 24 und 25 gleichzeitig sowohl HF-Energie abstrahlen als auch durch Widerstandsheizung zur Erwärmung der Kammer 10 beitragen. ' -

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Objekte

309Ö34/052S

welche keine grossen Feuchtigkeitsmengenenthalten, durch Widerstandsheizung zu kochen und dabei die Elemente zu "benutzen, welche eine wichtige Funktion bei der HF-Heizung ausüben. Dies kann entweder mit oder ohne gleichzeitige HF-Heizung der feuchtigkeitsbeladenen Objekte in der Ofenkanuner geschehen. Ferner können feuchte Speisen innerlich erhitzt und gekocht werden, indem man HF-Energie einsetzt. Gleichzeitig kann- die Oberfläche durch ¥iderstandsheizung oder Röstung geträunt werden. Schli&sslich wird immer dann, wenn HF-Heizung stattfindet, ¥ärme infolge der Spannungsrogulierung in der Hochspannungsversorgung erzeugt und vorteilhafterweise gleichseitig sur Erwärmung irgendwelcher Objekte-in der Kammer benutet.

309834/052 8

Claims (1)

1. Patentanmeldung: Elektrischer Ofen

   Patentansprüche :

   1. Elektrischer Ofen, gekennzeichnet durch eine Ofenkammer (10), ein darin untergebrachtes Metallelement (24, 25), erste Einrichtungen (66, 65, 64, 60) zum Zuführen von elektrischer Hochfrequensenergie zu diesem Element, damit dieses als gespeiste Sendeantenne wirkt, welche Hochfrequenm energie in den Ofenraum abstrahlt, und sweite Einrichtungen (61, 52, C3) sum Zuführen von Strom ausser hochfrequentem Strom au diesem Element, um darin Wärme durch Widerstandsheizung xu erseugen.

   2. Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Wühleinrichtungen (50), mit denen die ersten Einrichtungen allein

   309834/0S2S \ ₂ _

   β MONCHIN J»

   βα* Α©,

   fATIMTANWAU PB. BtINHOlD SCHMIDT

   in Tati.gk.eit gesetzt werden können, mit denen die zweiten Einrichtungen allein in Tätigkeit gesetzt werden können oder mit denen die ersten und zweiten Einrichtungen gleichzeitig in Tätigkeit gesetzt werden können.

   3·- Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Of enkammer, welche ein asu erwärmendes Objekt {1 1 ) aufnehmen kann, das Metallelement, welches einen Widerstandsleiter (39» 44, 45) enthalt, und den durch das Element fliessenden Strom, der eine geringere"Frequensals di© Hochfrequenz aufweist.

   k. Ofen nach Anspruch 3» dadurch gekennseichnetj dass das Metallelement stabförmig aufgebaut ist und einen äusseren Metallmantel (38 _B 38') und einan isoliertasi Widerstandsleiter beeitet» uad dass eine elektrisch® Hochfrequensquelle (60) und Kopplungaeinrachtungen (66, 6$, 64) zwieehkn der Quelle und dem Mantel vorgesehen sind. -

   5_O Ofen nach Anspruch 3,' gekennsseichnat durcli Einrichtungen (C₉ 52,--S)-β" welche Strom aus einer herköannlicheap elektrischem Energiequelle (Ε.,. L_) durch den. ifiderstandeleites»

   6.0, Ofen nach Anspruch 5»"- gekennzeichnet durch Wähleinrichtungen (S) mit einer ersten Stellung (&) zum Zuführen

   iAD OFHQfNAL

   von Hochfrequenzenergie zu diesem Element (24, 25), um es als Sendeantenne zu betreiben und das Objekt mit abgestrahlter Hochfrequenzenergie zu erwärmen, und mit einer zweiten Stellung (b) zum Verbinden des Widerstandsleiters mit einer herkömmlichen elektrischen Energiequelle, so dass die Ofenkammer und jedes darin befindliche Objekt durch Widerstandsheizung erwärmt wird. .

   7. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Hochfrequenzenergiequelle ein Magnetron (6o) mit Ausgangskopplung ist," und dass Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Ausgangskopplung (60e, 62) mit dem Mantel verbinden und ihn als Antenne benutzen, so dass die* vom Magnetron erzeugte Hochfrequenzenergie in die Ofenkammer abgestrahlt wird.

   8« Ofen nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Hochspannungsversorgung (6t), welche das Magnetron (60) mit einer Betriebsspannung versorgt und Eingangsanschlussβ (6ic, 6id) besitzt» die mit einer herkömmlichen Wechselstromquelle (L₁, L₂) verbunden werden können; und Einrichtungen, welche zwischen den Eingangsanschlüssen und dem Magnetron den Widerstand (39) vorsehen, wobei das Magnetron mit einer hohen Betriebsspannung versorgt wird und die in diesem Widerstand freigesetzte Wärme zur Erhitzung des Objektes beiträgt.

   309834/0525

   1B1S463

   9. Öfen nach Anspruch. 8, dadurch gekennzeichnet, dass da.s Magnetron eine Anode (6ü;a) und eine Kathode (60b) zur Erzeugung von elektrischer HochfrequenzTenergie besitzt und dass ausserdem ein HoGhspannungstrans'fofinator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung (Tp, Ts), Einrichtungen (C2) zum Verbinden des Widerstandes (39) in Reihemit der Primärwicklung an den Eingangsanschlüssen der Hochspannungsversorgung, und ein Gleichrichter (75) vorgesehen sind,■dessen Eingang mit der Sekundärwicklung und dessen Ausgang mit der Anode und der Kathode verbunden ist.

   10. . Ofen nach Anspruch· 8, dadurch gekennzeichnet, dass

   die Wähleinrichtungen den. Widerstand (39) von der HöChapannungsversbrgung trennen und statt dessen mit einer lierkömm= liehen elektrischen Energieversorgung (L₁ , Ir₂)'" veirbinden

   11. Ofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die .Hochspannungsversorgung Einrichtungen (39) scuiö Regulier en der Spannung besitzt, die teilweise durch das Verbinden--'des-Widerstandsleiters (^-39) gegeben sind, wobei der Widerstandsleiter so aufgebaut ist, dass die infolge der Spannungsregulierung in ihm erzeugte Wärme die Ofenkammer erhitet.

   T-2. Ofen nach Anspruch 1,1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen HoGhspanriungsversorgung xind Magnetron liegende

   BADORiGiNAL „ ₅ .

   ■ ■ -β -

   SZ

   Widerstand (39) Strom zum Magnetron überträft und bei ansteigendem Magnetronstrom die Magnetron-Versorgungsspannung reduziert.

   13. Ofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung eine hohe Gleichspannung ist, welche· zwischen Anode und Kathode des Magnetrons liegt, und dass die Hochspannungsenergieversorgung Einrichtungen enthält, mit denen der Widerstandsleiter (39) so geschaltet werden kann, dass er von einem Strom durchflossen wird, der dem Strom zwischen Anode und Kathode entspricht, wobei die Anoden-Kathoden-Spannung bei zunehmendem Anoden-Kathoden-

   Strom reduziert wird.

   14. Ofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzelehnet, dass mit Hilfe der Wähleinrichtungen nach Wahl der Widerstandsleiter mit der herkömmlichen Spannungsquelle verbunden werden kann, um über den Widerstandsleiter Wärme in der Kammer freizusetzen, oder die Hochspannungsquelle in Betrieb gesetzt und der Widerstandsleiter in die Hochspannunfrsversorgungsschaltung geschaltet werden kann, so dass das Element sowohl Hochfrequenzenergie in die Kammer abstrahlt als auch Widerstandsheizungswärme erzeugt, die im Widerstandsleiter infolge des Betriebes der Hochspannunc-sVersorgung auftritt.

   BADOBIQfNAL 309834/052S

   Lee rs eile

   f.