DE2205295A1 - Gefaess zum erhitzen von nahrungsmitteln in einem mikrowellenherd - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 8O, MAUERKIRCHERSTR. 49

Dr. Bern Dipl.-Ing. Stopf, 8 München 80, Mquerkircherstra6« 45 ·

An das

Deutsche Patentamt

8ooo München 2

Ihr Zeichen Ihr Schreiben Unser Zeichen Datum . % F8Ü. 1972

22 o7o

Anwaltsakte 22 o7o

Nippon Toki Kabushiki Kaisha Nagowa-shi (Aichi-ken)/Japan

T.D.K. Electronics Corporation Tokyo / Japan

Gefäß zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellenherd

Die Erfindung betrifft ein Gefäß zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellenherd.

— p — VII/bo

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Seit kurzem werden Mikrowellenherde (auch elektronische Kochherde genannt) benützt, um Nahrungsmittel durch Mikrowellenenergie zu erhitzen. Das Erhitzen im Mikrowellenherd erfolgt mittels von einem Mikrowellengenerator, z.B. ein Magnetron im Herd, erzeugten Mikrowellen. Die Erhitzung durch Mikrowellenenergie unterscheidet sich von einer Erhitzungen außen durch Wärmestrahlung oder Wärmeleitung. Die Erhitzung von Nahrungsmitteln durch Mikrowellen wird durch den Wärme- oder Hitzeverlust erzielt, der durch die Drehbewegung der in den Nahrungsmitteln enthaltenen Wassermoleküle entsteht. Die Drehbewegung wird durch die Mikrowellenenergie hervorgerufen. Bei diesem Erhitzungsverfahren steigt die Temperatur im Innern der Nahrungsmittel schnell an, und die Nahrungsmittel können in seh/ kurzer Zeit erhitzt werden. Die Kochzeit von Nahrungsmitteln wird also verkürzt. Es ist jedoch bekannt, daß beim Erhitzen durch Mikrowellen keine "Schmorzone" und kein "Schmoren" an der Oberfläche von festen Nahrungsmitteln, die zu garen sind, erzielt werden kann, wie es beim konventionellen Erhitzen der Fall ist. Im allgemeinen wird eine "Schmorzone" bei gegarten Nahrungsmitteln gewünscht. Diese "Schmorzone" kann erzielt werden, wenn man die Nahrungsmittel in ein Gefäß gibt, das aus einem Material besteht, das sich durch die Absorption von Mikrowellenenergie erwärmt und damit auch Wärme abgibt, wenn die Nahrungsmittel in dem MikroweLlen-

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herd erhitzt werden. Allerdings wurde bis heute noch kein Gefäß oder Verfahren gefunden, das für den erwähnten Zweck brauchbar ist.

An ein Gefäß, das den gewünschten Zweck erfüllt, werden folgende Anforderungen gestellt:

(1) Das Gefäß soll wirkungsvoll durch die Absorption von Mikrowellenenergie erwärmt werden, und die Temperatur des Gefäßes soll innerhalb kurzer Zeit auf über 2oo° C steigen.

(2) Das Gefäß soll ein rasches Erhitzen, z.B. von Raumtemperatur auf ungefähr 3oo°C, und ebenso ein rasches Abkühlen von dieser höheren Temperatur auf Raumtemperatur ertragen.

(3) Das Gefäß soll eine ansprechende Erscheinungsform als Gebrauchsgegenstand zum Garen von Nahrungsmitteln und eine ausreichende- mechanische Festigkeit aufweisen.

(4) Das Gefäß soll sich mit einem für einen Haushaltsgegenstand vernünftigen Aufwand herstellen lassen.

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Ein solches Gefäß für die Verwendung in einem Mikrowellenherd könnte ein Widerstandsmaterial aufweisen, das mittels Vakuumplatierung auf die Oberfläche eines hitzebeständigen Glases aufgebracht ist. Ein derart hergestelltes Gefäß hat jedoch den Nachteil, daß die Schicht des leitenden Materials leicht abblättert. Demzufolge ist ein derartiges Gefäß bis heute nicht im Gebrauch.

In der USA-Patentschrift 2.8o3.l62 sind Geräte beschrieben, die aus ferromagnetischen Materialien, wie z.B. Ferrit, oder aus ferroelektrischen Materialien, wie z.B. Zirkonat oder Titanat von Blei oder Barium hergestellt sind, und zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in Mikrowellenherden dienen.

Die aus Ferrit oder Zirkonat (oder Titanat) hergestellten Geräte brechen jedoch sehr leicht durch wiederholtes "schnelles Erhitzen und schnelles Abkühlen" im Mikrowellenherd. Auch solche Geräte sind daher nicht im Gebrauch.

Durch die Erfindung soll ein verbessertes Gefäß zum Erhitzen von Nahrungsmitteln im Mikrowellenherd geschaffen werden.

Ein solches Gefäß besteht gemäß Erfindung aus einem Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit, (ein Lithiumsilikatmineral mit

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der Formel LiAlSiOh) das Mikrowellenenergieabsorbiert und einen sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Dementsprechend steigt die Temperatur dieses Gefäßes durch die Absorption von Mikrowellenenergie, wobei es gleichzeitig gegen thermische Beanspruchung , wie z.B. rasche Temperaturänderungen sehr widerstandsfähig ist.

Der Sinterkörper wird durch Brennen eines Gemischs von pulverförmigem Ferrit und Eucryptit bei erhöhter Temperatur hergestellt. Ferrit ist eine Verbindung der allgemeinen Formel Me Fe₃O₁,; dabei ist Me ein zweiwertiges Metallion, z.B. Mn²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, oder Zn²⁺. Er hat die Eigenschaft, daß seine Temperatur durch die Absorption von Mikrowellenenergie steigt, z.B. bei einer Frequenz von 2,45 GHz₃₁ wie sie in Mikrowellenherden üblicherweise benützt wird. Der Ferrit weist ferner einen positiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 1 χ Io /⁰C bis 1 χ lo"·³ / ⁰C auf, abhängig von seinen Herstellbedingungen, wie z.B. seiner Zusammensetzung und der Brenntemperatur. Der Eucryptit ist dagegen ein Lithium-Aluminiumsilikat der Formel LiAlSiO₁., das einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von -1 χ lo~* / ⁰C bis -1 χ lo""6 / ⁰C, abhängig von den Herstellungsbedingungen aufweist.

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Das Gefäß zur Verwendung in einem Mikrowellenherd gemäß der Erfindung kann nach folgenden Verfallen hergestellt werden:

(1) Ferrit- und Eucryptitpulver (beide mit einer bestimmten Teilchengröße) werden in einem bestimmten Verhältnis in einer Kugelmühle gemischt.

(2) Die Mischung wird zu einer gewünschten Gestalt geformt.

(3) Die Formlinge (grüne Ware oder grüne Preßlinge) werden bei einer bestimmten Temperatur gebrannt, um einen Sinterkörper zu erhalten.

Der auf diese Weise gewonnene Sinterkörper wird durch Absorption von Mikrowellen erhitzt, wobei seine Temperatur in wenigen Minuten auf über 2oo"' C steigt. Der Sinterkörper erträgt ein derart rasches Erhitzen und rasches Abkühlen, da er einen sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von z,B. -1 χ lo""⁵ / ⁰C bis 1 χ lo~⁵ / °C aufweist. Das heiße Gefäß gibt dann natürlich entsprechend Wärme an das Kochgut ab.

Der Sinterkörper kann vorteilhaft mittels eines der vier nachfolgend beschriebenen Verfahren hergestellt werden:

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(I) Ein Gemisch von MO (M ist ein zweiwertiges Metall) und
Pe₂O, wird geformt und dann gebrannt um einen Sinterkörper aus Ferrit herzustellen. Dieser Sinterkörper wird zu Ferritpulver pulverisiert. Zum anderen wird ein Gemisch
aus Li₂O, Al₂O, ^{und s}^°? g^{eformt und} gebrannt, um Eucryptit herzustellen. Dieser Eucryptit wird zu Eucryptitpulver pulverisiert. Ferritpulver und Eucryptitpulver werden in einem bestimmten Mengenverhältnis gemischt. Diese Mischung wird dann geformt und gebrannt.

(II) LipO, AIpO, und SiO„ werden in einem solchen Mengenverhältnis gemischt, daß beim Brennen Eucryptit entsteht.
Dieses Gemisch wird in einem bestimmten Mengenverhältnis mit einem nach dem Verfahren (I) gewonnenen'Ferritpulver gemischt. Das so gewonnene Gemisch wird dann geformt und gebrannt.

(III) MO und Fe?⁰"5 ^werden i-ⁿ einem solchen Verhältnis gemischt, daß beim Brennen Ferrit entsteht. Dieses Gemisch wird in einem bestimmten Verhältnis mit Eucryptitpulver, das nach dem Verfahren (I) gewonnen wurde, gemischt. Das so gewonnene Gemisch wird dann geformt und gebrannt.

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(IV) MO, Fe₂O-, LipO, AIpO, und SiO « werden in einem solchen Mengenverhältnis gemischt, daß beim Brennen ein gemischter Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit in einem bestimmten Verhältnis entsteht. Dieses Gemisch wird dann geformt und gebrannt.

Zur Herstellung des Gefäßes zum Erhitzen von Nahrungsmitteln gemäß der Erfindung, d.h. um den Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit herzustellen, werden die Verfahren (I) und (II) bevorzugt. Als zweiwertiges Metall (M) wird bevorzugt Ni, Cu, Mn, Mg oder Zn verwendet. Darunter sind wegen ihres niedrigen Preises besonders Mn, Mg und Zn für den praktischen Gebrauch geeignet. In den folgenden Beispielen wird daher Mn-Zn-Ferrit als die Ferritkomponente verwendet.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert, wobei auf die oben beschriebenen Verfahren (I) und (II) bezug genommen wird. Die Beispiele stellen jedoch keine Begrenzung der Erfindung dar.

Beispiel 1;

Gemäß dem Verfahren (I) wird der Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit mit den folgenden Bestandteilen hergestellt (siehe Tabelle -1):

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Tabelle - 1

Probe Nr. Mn-Zn-Ferritpulver Encryptltpulver Kaerume-Ton

2 4o

3 6o H 8o 5 9o

61*	9%
61	Io
5o	8
2o	O
Io	O

Kaerume-Ton ist eine Tonart, die in Japan gefunden wird % bedeutet Gewichstprozent

Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Ferrit und Eucryptit noch genauer erläutert:

Ein Gemisch von o,8 Mol MnCO,, 1,2 Mol ZnO und 2 Mol Pe₂O, wird geformt und bei einer Temperatur von ca. 13oo° C etwa eine Stunde gebrannt. Der so gewonnene Sinterkörper aus Mn-Zn-Ferrit wird pulverisiert um ein Mn-Zn-Ferritpulver mit einer Teilchengröße von ca. 1 μΐη zu gewinnen. Zum anderen wird ein Gemisch von 1,2 Mol LiO₂, 1 Mol Al₃O₅ und 2 Mol SiO geformt und dann bei einer Temperatur von ca. 12oo° C ca. Stunden gebrannt. Der so gewonnene Sinterkörper aus Eucryptit wird pulverisiert, um Eucryptitpulver mit einer Teilchen größe von c^a. Io jum zu gewinnen.

- Io 309815/0202

Das Ferritpulver und das Eucryptitpulver werden in einem Verhältnis nach der Tabelle 1 gemischt. Das Gemisch wird zur gewünschten Gestalt geformt und dann bei einer Temperatur von ca. II50⁰ C ca. 3 Stunden gebrannt. Man erhält so einen dunkelbraunen Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit in der gewünschten Form.

Bei diesem Verfahren wurde eine Brenntemperatur von 115o°C verwendet. Je nach der Zusammensetzung aus Ferrit und Eucryptit kann eine Brenntemperatur von Io5o° C bis 135o° C angewendet werden, um den gewünschten Sinterkörper herzustellen.

Beispiel 2:

Gemäß dem Verfahren (II) wird der Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit aus den folgenden Bestandteilen hergestellt (siehe Tabelle 2):

Als Li_o0-Quelle wird LiCO, verwendet. Als A1_O,-Quelle und SiOp-Quelle wird Kato-Kaolin oder Kaerume-Ton verwendet (Kato-Kaolin ist eine Kaolinart, die in Korea gefunden wird).

Probe Nr. Mn-Zn-Ferritpulver Li_pCO, AIpO₇, Kato- Kaerume

* ■* Kaolin Ton

6	3o
7	4o
8	60
9	80
Io	90

1455	-%	-
12	4	32,3
7,7	-	15,5
4,5	-	7,9
2,1	-

⁺ % bedeutet Gewichtsprozent - 11 -

Ein Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit wird entsprechend dem Verfahren gemäß Beispiel 1 gewonnen, ausgenommen, daß LipCO -, Al₂O, und Kato-Kaolin (oder Kaerume-Ton) mit Mn-Zn-Perritpulver (das wie im Beispiel 1 gewonnen wurde) in einem Verhältnis nach der Tabelle 2 gemischt werden.

Die Eigenschaften des Sinterkörpers aus Ferrit und Eucryptit werden zusammengefaßt in folgender Tabelle 3 wiedergegeben:

Probe Thermischer Nr. Ausdehnungs Koeffizient (x lo~^b)

Temperaturdifferenz zum Bruch (⁰C)

Erreichbare Temperatur (⁶C)

Wasserabsorption CO

1	-1,5	4oo	15o	4,2
2	-1,2	4oo	I8o	4,2
3	l,o	> iloo	24o	^,5
4	7,2	3oo	29o	6,o
5	8,ο	25o	33o	6,o
6	-2,o	4oo	15o	*»,5
7	-2,ο	4oo	I8o	5,1
8	1,7	4oo	23o	4,4
9	7,5	' 28o	29o	5,8
Io	8,5	25o	33o	6,ο

⁺Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist mit seinem Hauptwert zwischen 2o°C und 5oo°C angegeben.

- 12 -

3 0 9 R 1 5 / 0 2 0 2

In der Tabelle 3 bedeutet "Temperaturdifferenz zum Bruch", daß der Sinterkörper eine Temperaturdifferenz bis zu diesem Wert aushält ohne thermischen Bruch zu zeigen. "Erreichbare Temperatur" bedeutet die Maximaltemperatur, die der Sinterkörper innerhalb von vier Minuten erreicht, wenn der Sinterkörper im Haushalt in einem Mikrowellenherd benützt wird, wobei Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,^5 GHz und einer Leistung von 55o W benützt werden. "Wasserabsorptionsvermögen" wird als eine der Eigenschaften des Sinterkörpers ausgewiesen.

Aus den Daten der Tabelle 3 geht folgendes hervor:

(1) Ein Sinterkörper mit einem niedrigen Prozentsatz an Ferritbestandteilen und einem hohen Prozentsatz an Eucryptitbestandteilen weist einen hohen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf.

(2)Steigt der Prozentsatz der Ferritbestandteile, sinkt der thermische Ausdehnungskoeffizient bis zu einem niedrigsten Wert, um dann mit positiven Vorzeichen wieder anzusteigen.

(3)Mit der Zunahme des Prozentsatzes der Ferritbestandteile steigt die "erreichbare Temperatur". Die erreichbare Maximaltemperatur liegt oberhalb 4oo° C.

- 13 309815/020?

Wie bereits erläutert, ist ein Gefäß zum Erhitzen von Nahrungsmitteln mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, hoher "Temperaturdifferenz zum Bruch" und hoher "erreichbarer Temperatur" anzustreben. Wie aus der Tabelle 3 zu entnehmen ist, eignet sich für ein Gefäß gemäß Erfindung bevorzugt ein Sinterkörper, der aus 4o bis 80 Gewichtsprozenten Perritbestandteilen und aus 60 bis 2o Gewichtsprozenten Eucryp· titbestandteilen besteht.

Der Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit weist die Eigenschaft, Wasser zu absorbieren, auf, wobei der Sinterkörper mit einem höheren Anteil an Perritkomponente im allgemeinen eine höhere Wasserabsorption zeigt. Um diese Wasserabsorption zu verhindern und um das Aussehen des Sinterkörpers zu verbessern, kann auf den Sinterkörper eine Glasur in der? Art, wie sie bei der Herstellung von Töpferwaren üblich ist, aufgebracht werden. Z.B. wird Kaolin einem Ansatz zugegeben, der Kaolin, Feldspat, Quarz und Kalkstein aufweist, und diese Mischung wird gemahlen. Durch Hinzufügen von Wasser zu dieser Mischung erhält man eine Suspension. Nachdem diese Suspension auf der Oberfläche des Sinterkörpers aufgebracht und getrocknet ist, wird der Sinterkörper gebrannt, um die Bestandteile der Suspension in Glas umzuwandeln, und um das Glas auf dem Sinterkörper fest aufzubringen.

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Der so gewonnene Sinterkörper aus Ferrit und Eucryptit wird bevorzugt als Gefäß zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellenherd benutzt. Vor allem wenn feste Mahrungsmittel zum Garen in das Gefäß gegeben und im Mikrowellenherd gegart werden, werden die Mahrungsmittel im Innern durch die Mikrowellenenergie und gleichzeitig außen infolge der hohen Gefäßtemperatur erhitzt. Hierdurch wird bei den Nahrungsmitteln eine "Schmorzone" auf der Oberfläche erzielt. Vor allem zeigen diese Nahrungsmittel das gleiche Erscheinungsbild wie Nahrungsmittel, die auf konventionelle Weise wie "Erhitzen durch Wärmestrahlung oder Wärmeleitung" gegart wurden.

Die Erfindung schafft also ein Gefäß (Kochgerät) zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellenherd, wobei das Gefäß als Sinterkörper geformt wird, der durch Brennen einer Mischung aus Ferrit- und Eucryptitpulver hergestellt wird.

- Patentansprüche -

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   lj Gefäß zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellenherd, gekennzeichnet im wesentlichen durch einen Sinterkörper aus Ferrit- und aus Eucryptitbestandteilen.
2. 2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper *lo bis 8o Gewichtsprozente Ferritbestandteile und 6o bis 2o Gewichtsprozente Eucryptitbestandtei-Ie aufweist.
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Gefäßes zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellenherd, gekennzeichnet durch das Brennen eines Formkörpers aus einem Gemisch von ko bis 8o Gewichtsprozenten Ferritpulver und von 6o bis 2o Gewichtsprozenten Eucryptitpulver.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß das Brennen bei einer Temperatur von Io5o° C bis 135o° C erfolgt.

   30981 B/020?