DE2410105A1

DE2410105A1 - Mikrowellenherd

Info

Publication number: DE2410105A1
Application number: DE2410105A
Authority: DE
Inventors: Hans Dygve; Per Olov Risman
Original assignee: Husqvarna Vapenfabriks AB
Current assignee: Husqvarna Vapenfabriks AB
Priority date: 1973-03-07
Filing date: 1974-03-02
Publication date: 1974-09-19
Also published as: JPS49119249A; CH567696A5; SE369026B; NL7402977A; FR2220958A1; DE2410105B2; JPS5424134B2; GB1461194A; US3851133A; FR2220958B1

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. RICHARD GLAWE ■ DiPL-iNG. KLAuS DElFS · DlPL-PHYS. DR. WALTER MOLL

MÜNCHEN HAMBURG MÖNCHEN

8 MÖNCHEN 26 2 HAMBURG

POSTFACH 37 WAITZSTR. 12

LIEBHERRSTR. 20 TEL. (040) 89 22 SS

TEL. (089) 226548 TELEX 21 2921 spez TELEX 522505 spez

ihrenachrichtvom unserzeichen HAMBURG

ρ 7134/74

BETRIfFT:

Husqvarna Vapenfabrlks Aktiebolag 561 öl Huskvarna/Schweden

Mikrowellenherd

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellenherd zur Behandlung von Nahrungsmitteln und dergleichen und weist einen speziell ausgebildeten Ofenraum auf, der zusammen mit Strahlungselementen eine außerordentlich gute Energieübertragung auf das zu behandelnde Objekt liefert.

Der Ofenraum bisher bekannter Mikrowellen-herde führte zu einer Anzahl von Resonanzen, wenn die Mikrowellenenergie zugeführt wurde, mit dem Ergebnis, daß die Dämpfung, die durch die Kammer in Bezug auf Wellenleiter und Mikrowellengeneratoren erzeugt wird, relativ unempfindlich im Bezug

409838/0752

HAMBURG 1476 07-200 - BANK: COMMERZBANK, HAMBURG, 53/22904 · TELEGR., SPECHTZIES HAMBURG bzw. SPECHTZIES MÖNCHEN

auf kleinere zu behandelnde Objekte war. Wenn die Energieübertragung von dem Generator auf das Objekt auf dem sogenannten Hohlraumprinzip aufgebaut ist, d.h. daß eine Art von stehenden Wellen in dem Raum erzeugt werden, hat ein Mangel an Anpassung zwischen dem Hohlraum und dem Wellenlei-

zur Folge ter/Generator eine Reduzierung in der Energiezufuhr/, die durch eine Kühleinheit oder dergleichen als Wärmeverlust in die Atmosphäre gegeben wird. Es ist daher als ein dringendes Erfordernis zu betrachten, eine Ofenkammer zu schaffen, die eine verbesserte Effektivität und Wirtschaftlichkeit aufweist. Für bestimmte Anwendungsfälle, beispielsweise bei automatischen Wurstfüllmaschinen, war es aufgrund der einheitlichen Form der zu behandelnden Objekte möglich, die Anpassung besser als im Falle von normalen Haushaltsmikrowellenherden vorzunehmen, so daß der Energieverlust sehr gering ist. Da die Behandlungskammer für derartig gleichmäßige Objekte wie Würste oder dergleichen eine begrenzende Vergrößerung eines Wellenleiters mit Abmessungen bilden kann, die an die Verpackung angepasst sind, besteht die Veranlassung, festzustellen, ob ein derartiger Raum eine vorteilhafte Form der Behandlungskammer auch für andere Formen von Gütern ist.

Daher wurde die Verwendung des Hohlraumresonanzprinzips

409838/0752

fallengelassen und stattdessen ein sogenanntes Nahfeldprinzip benutzt. Das Prinzip eines Nahfeldofens oder einer Nahfeldquelle wird mit Hilfe der Maxwell¹sehen Gleichung definiert und bestimmt:

A)² ^ · (f)

)²-

E_r = 2Az_ocos θ

2) E₀ = A Z_o sin θ f _j(-A_> ₊ -L, · (-A

Aus diesen Gleichungen geht klar hervor, daß die elektrische Feldstärke E„ und Ε_Ω auf drei verschiedene Weisen abnimmt, nämlich entsprechend den Faktoren λ/r und ( A/r) und ( λ/r) , wobei r in diesem Falle die Entfernung von dem Dipol darstellt, der als kleiner Dipol betrachtet werden kann, während λ die Wellenlänge ist. Für kleine Werte von r herrschen natürlich die höheren Terme vor, während für größere Werte von r die A /r-Terme zu berücksichtigen sind. Ein Nahfeld wird normalerweise so definiert, daß beginnend mit dem strahlenden Dipol, der Bereich des Nahfeldes, der innerhalb des Abstandes r liegt, gleich oder geringer als A von einem Strahlungselement ist. Um ein typisches Nahfeld zu erzeugen, muß der Abstand in der Größenordnung von nicht mehr als eine Wellenlänge von dem Strahlungselement sein.

unter den bekannten Ausführungsformen von Mikrowellenherden gibt es solche, die eine geschlitzte Metallbodenplatte auf-

409838/0752

weisen, durch die Mikrowellen von einem Magnetron durch ein Wellenleitersystem in die Ofenkammer geleitet werden. Diese Art von Energieübertragung zu der Ofenkammer hat jedoch zwei Nachteile. Die Wellenleiter können die geschlitzte Platte bzw. die Ofenkammer nicht symmetrisch versorgen, da die Mikrowellen normalerweise von einer Seite und höchstens von drei Seiten kommen könnten. Das Feldbild in den Wellenleitern wird zu einem relativ großen Maße durch die Geometrie und den Charakter des Guts in der Ofenkammer beeinflusst. Das Feld kann in bestimmten Fällen derart ausgebildet sein, daß es abwechselnd kalte und überhitzte Teile des Behandlungsguts gibt. Die Art der in dem Behandlungsgut absorbierten Energie wird daher bis zu einem bestimmten Grad durch das Behändlungsgut selbst bestimmt, während die Tendenz bleibt, daß interne Resonanzen in dem Behändlungs- gut auftreten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese beiden Nachteile zu vermeiden, indem ein Wellenleiter verwendet wird, der einen koaxialen Übergang mit einem Zuführungspunkt aufweist, der symmetrisch in der Mitte unter oder über der Ofenkammer angeordnet ist, wodurch die gewünschte Symmetrie in der Energieverteilung erhalten wird. Eine Antennenkammer ist unter oder über der Ofenkammer zwischen dem Wellenleiter und der Ofenkammer angeordnet,

409838/0752

die eine kleine Einlassöffnung relativ zur Mikrowellenlänge aufweist, d.h. koaxialer Übergang, während eine Seite hiervon, die der Ofenkammer am nächsten gelegen ist, mit Ausnehmungen oder Schlitzen versehen ist. Weiterhin ist ein Antennensystem in der Antennenkammer vorgesehen, mit dem eine stabile Steuerung des Mikrowellenfeldes in der Kammer erhalten wird. Die Antenne und die Antennenkammer sind derart ausgebildet, daß die in dem System gespeicherte elektromagnetische Energie groß in Bezug auf den Energietransport durch ihn ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Figur 1 zeigt perspektivisch einen erfindungsgemäßen Mikrowellenherd.

Figur 2 ist ein Querschnitt durch den Mikrowellenherd von Figur 1.

Charakteristisch für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrowellenherds ist seine geringe Höhe.

409838/0752

Die lichte Höhe beträgt etwa eine Wellenlänge, d.h. bei einer Frequenz von 24oo MHz etwa 12 cm. Die Seiten 1,2 und 3 und die Klappe 4 der Ofenkaramer dienen zu allererst dazu, die Mikrowellenstrahlung in einem begrenzten Volumen zu halten. Die Energie tritt in die Ofenkammer gemäß Figur 1 durch Schlitze 5 im Boden des Herdes ein. Unter dem Boden befindet sich eine Antennen- oder Dipolkammer 7 und hierunter ein Wellenleiter 8, der von einem Magnetron 9 zu dieser Kammer führt.

Unmittelbar unter der Ofenkammer befindet sich die Dipolkannner. 7, deren Höhe geringer als eine halbe Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist. Die Kammer 6 hat teil an dem Energietransfer von dem Magnetron in die Ofenkammer, wobei dieser Transfer zusätzlich ein Dipolsystem 11 mit Erstrekkungen in die Dipolkammer und einen koaxialen inneren Leiter 12 aufweist, der das Dipolsystem speist, sowie Wellenleiter 8 mit Hohlleiterübergangen 13 zu dem koaxialen Leiter. Der Wellenleiter ist vom TE. -Typ und an beiden'Enden geschlossen. Das Magnetron 9 ist vorzugsweise in einer Kammer neben oder hinter der Dipolkammer angeordnet. Der sogenannte Hohlleiterübergang wird im Prinzip aus einem kuppelartigen Einschnitt 14 in der unteren Wellenleiterseite gebildet, während der koaxiale Leiter, der den zentralen Leiter des Dipolsystems bildet, in der Mitte des Einschnitts

409838/0752

verbunden Ist. Der Wellenleiter weist ferner einen Dipoldurchgang in der Endverkleidung des Magnetrons auf, indem sich der Dipol des Magnetrons in den Wellenleiter erstreckt.

Das Dipolsystem setzt sich aus zwei Metallstäben 15, 16 zusammen, die kreuzweise zueinander angeordnet sind und von der Mitte aus gespeist werden. Das System wird von unten durch einen zentralen Leiter 12 getragen, der sich durch eine öffnung 17 in der Unterseite 18 des Wellenleiters 8 und den Boden 19 der Dipolkammer erstreckt. Es ist auch möglich, eine Lagerung des zentralen Leiters auf dem Einschnitt 14 vorzusehen, so daß das System drehbar ist. Dies ist in Figur 2 durch einen entsprechenden Pfeil um eine verlängerte Welle 2o dargestellt. Die Metallstäbe 15, 16 sind in geeigneter Weise mit einer Plastik- oder Keramikschicht beschichtet, um die Gefahr eines FunkenüberSchlags zu benachbarten Teilen der Kammer zu "verringern. Aus dem gleichen Grunde können die Wände und die Decke der Dipolkammer mit ähnlichen Überzügen versehen sein.

In der Dipolkammer 7 ist ferner ein Blindwiderstandsstift 21 vorgesehen, der sich vom Boden zur Decke der Kammer erstreckt. Dieser erfüllt einerseits den Zweck, eine größere mechanische Festigkeit am Ofenboden vorzusehen, und ande-

409838/0 752

rer-seits das Feld in der Antennenkaminer zu modifizieren. Der Boden des Herdes ist ferner durch eine Platte 22 beispielsweise aus Keramik über dem geschlitzten Boden 6 verstärkt.

Die Schlitze sind in einer bestimmten Weise angeordnet und in der gezeigten Ausfuhrungsform parallel und schräg mit einem vorgegebenen Winkel. Jeder Schlitz hat eine Länge von etwa der halben Wellenlänge der Mikrowellenstrählung und kann gerade oder gebogen sein.

Jeder Schlitz dient als Strahlungselement und ist von einem Feld umgeben, das demjenigen um einen Dipol gleicht. Ein zu erwärmender Gegenstand wird in den Herd hineingebracht und dem Nahfeld des Strahlungselementes ausgesetzt, das in einem Muster über die gesamte Bodenfläche des Ofens ausgebreitet ist. Jedoch ist das Energiefeld von den Schlitzen, bezüglich derer kein Gegenstand in der Nähe ist, verschwindend und die Energie wird in die Dipolkammer zurückgeführt. Dies bedeutet, daß der Energieaustritt von dem Schlitz, über oder neben denen sich ein Gegenstand befindet, vergrößert wird, wodurch die Mikrowelleneffektivität verbessert wird, ohne daß ungewünschte Effekte wie eine ungleichmäßige Verteilung der Energie in dem Gegenstand hervorgerufen werden. Ein Teil der Mikrowellenenergie kann durch

409838/075 2.

den Gegenstand hindurchtreten, wird jedoch an der Decke Io des Herds reflektiert und zurück auf den Gegenstand geführt. Die Gesamteffektivität des Energietransfers auf das Objekt ist daher besonders gut.

Anstatt des beschriebenen Dipolsystems kann beispielsweise ein metallischer Aufbau parallel zum Herdboden verwendet werden. Der Übergang zwischen dem Dipolsystem und dem Wellenleiter kann auch einen Stift aufweisen, der sich abwärts in den Wellenleiter als sogenannter Fühler erstreckt. Es ist ferner möglich, das Dipolsystem direkt über einen koaxialen Leiter zu speisen.

09 838/0752

Claims

- λο -

Patentansprüche

./Mikrowellenherd mit einer Ofenkammer aus Seitenwänden, einer Tür und einer Boden- und einer Deckwand, von denen wenigstens eine mit einer Vielzahl .von Strahlung so f f nungen für Mikrowellenstrahlung versehen ist, wobei Boden und Decke im wesentlichen denAbstand einer Fellenlänge der benutzten Strahlung besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsöffnungen (5) eine Verbindung zwischen der Ofenkammer und einer Antennenkammer (7) bilden, die benachbart hiervon angeordnet ist und ein Antennensystem (11) aufweist, das einen Speisepunkt besitzt, der im wesentlichen in der Mitte der Antennenkammer ist, und daß das Antennensystem aus einer ebenen, metallischen Struktur besteht, die im wesentlichen parallel zu allen Strahlungsöffnungen ist.
2. Mikrowellenherd nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsöffnungen (5) schlitzartig sind und im wesentlichen eine Länge gleich der halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung besitzen.
3. Mikrowellenherd nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Öffnungen (5) im Boden (6) der

409838/0752

Ofenkammer angeordnet sind.
4. Mikrowellenherd nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenkammer '(7) benachbart zum Boden (6) der Ofenkammer angeordnet äst und eine Höhe besitzt, die im
wesentlichen nicht größer als eine halbe Wellenlänge
der Mikrowellenstrahlung beträgt.
5. Mikrowellenherd nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem am Speisepunkt Mikrowellenstrahlung mit Hilfe einer Wellenleiterüberführung (8) und
einer Zuführleitung (12) aufnimmt, die durch eine Öffnung (17) im Boden der Antennenkammer (7) geführt ist.
6. Mikrowellenherd nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ebene Antennensystem wenigstens zwei Metallstäbe (15, 16) aufweist, die kreuzweise zueinander angeordnet sind, um auf diese Weise den Speisepunkt hierfür zu
definieren, der mit der Zuführleitung (12) verbunden ist.
7. Mikrowellenherd nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Blindwiderstandsstifte (21) in der Antennenkainmer
zwischen der Decke und dem Boden hiervon angeordnet sind.
8. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

409838/0752

daß die Zuführleitung einen senkrecht gelagerten Stab (12) aufweist, wobei das hiermit verbundene Antennensystem drehbar in der Dipolkammer angeordnet ist.

409838/0752