DE2410105B2 - Mikrowellenherd - Google Patents

Description

5. Mikrowellenherd nach Anspruch 4, dadurch 40 gekennzeichnet, daß das ebene Antennensystem £ — /jz₀ sin (■) 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.

6. Mikrowellenherd nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Blindwiderstandsstifte (21) in der Antennenkammer zwischen der Decke und dem Boden hiervon angeordnet sind.

7. Mikrowellenherd nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung einen senkrecht gelagerten Stab (12) aufweist, wobei das hiermit verbundene Antennensystem drehbar in der Dipolkammer angeordnet ist.

55 zugeführt wurde, mit dem Ergebnis, daß die Dämpfung, die durch die Kammer in bezug auf Wellenleiter und Mikrowellengeneratoren erzeugt wird, relativ unempfindlich in bezug 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 zv/ischen dem Hohlraum und dem Wellenleiter/Generator eine Reduzierung in der Energiezufuhr zur Folge, die durch eine Kühleinheit od. dgl. 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, beispielweise 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 od. dgl. eine begrenzende Vergrößerung eines Wellenleiters mit Abmessungen bilden kann, die an die Verpackung angepabt sind, besteht die Veranlassung, festzustellen, ob ein derarrger Raum eine vorteilhafte Form der Behandlungskammer auch für andere Formen von Gütern ist.

Daher wurde die Verwendung des Hohlraumresonanzprinzips fallengelassen und statt dessen ein sogenanntes Nahfeldprinzip benutzt. Das Prinzip eines Nahfeldofens oder einer Nahfeldquelle wird mit Hilfe der Maxwellschen Gleichung definiert und bestimmt:

^₎₂ ■ (7) J

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellenherd, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist. Derartige Herde dienen zur Behandlung von Nahrungsmitteln u.dgl. und weisen einen dazu speziell ausgebildeten Ofenraum aus.

Der Ofenraum bisher bekannter bzw. vorgeschlagener Mikrowellenherde, wie sie z. B. in den Druckschriften DT-PS 9 74 237, DT-AS 10 62 365, DT-OS 21 51 b55 und DT-PS 22 57 859 beschrieben sind, führte zu einer Anzahl von Resonanzen, wenn die Mikrowellenenergie Aus diesen Gleichungen gehl klar hervor, daß die elektrische Feldstärke E_r und E» auf drei verschiedene V/eisen abnimmt, nämlich entsprechend den Faktoren A/r und (λ/ή² und (A/r)³, v/obei 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 rdie 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 vo^fi dem Strahlungselement sein.

Unter den bekannten Ausführungsformen von Mikrowellenherden gibt es solche, die eine geschlitzte Metallbodenplatte aufweisen, durch die Mikrowellen von einem Magnetron durch ein Wellenleitersystem in die Ofenkammer geleitet werden (siehe z. B. I)T-OS 2i 5i 655 oder DT-A3 22 5/859). Diese Ar; vor. Energieübertragung hat jedoch zwei Nachteile, llie

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Wellenleiter können die geschlitzte Platte bzw. die Ofenkammer nicht symmetrisch versorgen, da die Mikrowellen normalerweise von einer Seite und höchstens von drei Seiion konvvien können. Die Feldverteilung in den Wellenleitern wird zu einem relativ großen Maß durch die Geometrie und den Charakter des Guts in der Ofenkammer beeinflußt. Das Feld kann in bestimmten Fällen derart ausgebildet sein, daß es abwech-elnd kalte und überhitzte Teile des Behandlungsgui. gibt. Die Verteilung der in dem Behandlungsgut absorbierten Energie wird daher bis zu einem bestimmen ^rad durch das Behandlungsgut selbst bestimmt, wobei de Tendenz bleibt, daß inlerne Resonanzen in dem Behandlungsgut auftreten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese beiden Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Eine erfindungsgemäße Antennenkamn^-er ist unter oder über der Ofenkammer zwischen dem Wellenleiter und der Ofenkammer angeordnet, 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 Amennenkammer 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. Hierdurch wird die gewünschte Symmetrie in der Energieverteilung in der Ofenkammer erhalten und die Beeinflussung der Feldverteilung in den Wellenleitern durch die Geometrie und den Charakter des Guts in der Ofenkammer vermindert.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1 zeigt perspektivisch einen erfindungsgemäßen Mikrowellenherd;

F i g. 2 ist ein Querschnitt durch den Mikrowellenherd von F ig. 1.

Charakteristisch für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrowellenherds ist seine geringe Höhe. Die lichte Höhe beträgt etwa eine Wellenlänge, d. h. bei einer Frequenz von 2400 MHz etwa 12 cm. Die Seiten 1,2 und 3 und die Klappe 4 der Ofenkammer dienen zu allererst dazu, die Mikrowellen-Strahlung in einem begrenzten Volumen zu halten. Die Energie tritt in die Ofenkammer gemäß Fig. 1 durch Schlitze 5 im Boden des Herdes ein. Unter dem Boden befindet sich eine Antennen- oder Dipolk&mmer 7 und hierunter ein Wellenleiter 8, der von einem Magnetron 9 zu dieser Kammer führt.

Unmittelbar unter der Ofenkammer befindet sich die Dipolkammer 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 Erstreckungen in die Dipolkamner und einen koaxialen inneren Leiter 12 aufweist, der das Dipolsyster speist, sowie Wellenleiter 8 mit Hohlleiterübergängen 13 zu dem koaxialen Leiter. Der Wellenleiter ist vom TEio-Typ und j>n 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 verbunden ist. Der Wellenleiter weist ferner einen Dipoldurchgang in der Endverkleidung des Magnetrons auf, in dem sich der Dipol des Magnetrons in den Wellenleiter erstreckt.
Das Dipolsystem setzt sich aus zwei Metallstäben 15,

ίο 16 zusammen, die kreuzweise zueinandc 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 Fig.2 durch einen entsprechenden Pfeil um eine verlängerte Welle 20 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 euerseits den Zweck, eine größere mechanische Festigkeit am Ofenboden vorzusehen, und andererseits das Feld in der Antennenkammer zu modifizieren. Der Boden des Herdes ist ferner durch eine Platte 22 beispielsweise aus Keramik über dem geschlitzten Boden 6 verstärkt.
Die S'hlitze sind in einer bestimmten Weise argeordnet und in der gezeigten Ausführungsform parallel und schräg mit einem vorgegebenen Winkel. Jeder Schlitz hat eine Länge von etwa der halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung 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 zurückgeführ*. 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 Mikroweiienenergie kann durch den Gegenstand hindurchtreten, wird jedoch an der Decke 10 des Herds reflektiert und zurück auf den Gegenstand geführt. Die Gesamteffek'iivität 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 Dipoisystem und dem Wp'^nleiter 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.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims (4)

24 IO Patentansprüche:

1. Mikrowellenherd mit einer Ofenkammer aus Seitenwänden, einer Tür und einer Boden- und einer Peckwand, von denen wenigstens eine mit einer Vielzahl von schlitzförmigen Strahlungsöffnungen für Mikrowellenstrahlung versehen ist, die in einem außerhalb der Ofenkammer parallel zur Vi/and mit den Strahkingsöffnungen angeordneten Wellenleiter herangeführt wird, und bei dem Boden und Deckwand im wesentlichen den Abstand einer Wellenlänge der benutzten Strahlung besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsöffnungen (5) eine Verbindung zwischen der Ofenkammer und einer Antennenkammer (7) bilden, die benachbart hiervon zwischen der Ofenkammer und dem Wellenleiter (8) angeordnet ist und ein Antennensystem (11) aufweist, das einen Speisepunkt besitzt, der im wesentlichen in der Mitte der 2p 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) im wesentlichen eine Länge gleich der halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung besitzen.

3. Mikrowellenherd nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenkammer (7) eine Höhe von im wesentlichen nicht größer als der halben Wellenlänge der Mikrowelienstrahlung besitzt.

4. Mikrowellenherd nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem (Ii) am Speisepunkt die Mikrowellenstrahhng mit Hilfe des E_r = Wellenleiters (8) und einer Zuführleitung (12) aufnimmt, die durch eine öffnung (17) im Boden der Antennenkammer (7) geführt ist