DE2410105C3

DE2410105C3 - Microwave oven

Info

Publication number: DE2410105C3
Application number: DE19742410105
Authority: DE
Inventors: Per Olov; Dygve Hans; Huskvarna Risman (Schweden)
Original assignee: Husqvarna AB, Jönköping (Schweden)
Priority date: 1973-03-07
Filing date: 1974-03-02
Publication date: 1977-01-20

Description

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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.The present invention relates to a microwave oven as described in the preamble of claim 1 is described. Such stoves are used for the treatment of foodstuffs and the like specially designed furnace chamber.

Der Ofenraum bisher bekannter b:w. vorgeschlagener Mikrowellenherde, wie sie z. B. in den Druckschriften DT-PS 9 74 237, DT-AS 10 62 365. DT-OS 21 51 655 und DT-PS 22 57 859 beschrieben sind, führte zu einer Anzahl von Resonanzen, wenn die MikrowellenenergieThe furnace chamber previously known b: w. proposed microwave ovens as they are, for. B. in the publications DT-PS 9 74 237, DT-AS 10 62 365. DT-OS 21 51 655 and DT-PS 22 57 859 are described, led to a Number of resonances when the microwave energy

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65 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 An von stehenden Wellen in dem Raum erzeugt werden, hat ein Mangel an Anpassung zwischen dem Hohlraum und dem Wellenleiter/Generator eine Reduzierung in der Energiezufuhr zur Folge, die durch eine Kühleinheit od.dgl. -■ 65 , with the result that the attenuation created by the chamber with respect to waveguides and microwave generators was relatively insensitive to smaller objects to be treated. If the energy transfer from the generator to the object is based on the so-called cavity principle, i.e. a type of standing waves are generated in the space, a lack of matching between the cavity and the waveguide / generator results in a reduction in the energy supply, by a cooling unit or the like. - ■

Wärmeverlust in die Atmosphäre gegeben wird. Es ist daher als ein dringendes Erfordernis zu betrachten, eine Ofenkammer zu schaffen, die eine verbesserte Effektivi-Heat loss is given into the atmosphere. It is therefore to be considered as an urgent need one To create furnace chambers that provide improved efficiency

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täT'und Wirtschaftlichkeit aufweist. Für bestimmte Anwendungsfälle, beispielsweise bei automatischen Wurstfüllmaschine n, 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 angepaßt sind, besteht die Veranlassung, festzustellen, ob ein derartiger Raum eine vorteilhafte Form der Behandlungskammer auch für andere Formen von Gütern is'..efficiency and economy. For certain use cases, for example with automatic Sausage filling machine n, it was due to the uniform Shape of the objects to be treated possible, the adaptation better than in the case of normal household microwave ovens to make, so that the energy loss is very little Since the treatment chamber for such uniform objects as sausages or the like. A limiting enlargement of a waveguide with Can form dimensions that are adapted to the packaging, there is a need to determine whether such a space is an advantageous form of the treatment chamber for other forms of Goods is' ..

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:Hence, the use of the cavity resonance principle has been dropped and introduced instead so-called near-field principle is used. The principle of a near-field furnace or a near-field source is used with of Maxwell's equation defines and determines:

Aus diesen Gleichungen geht klar hervor, daß die elektrische Feldstärke E_r und E_M auf drei verschiedene Weisen abnimmt, nämlich entsprechend den Faktoren λ/r und (λ/ή² und (A/r)³, 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 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 von dem Strahlungselement sein.From these equations it is clear that the electric field strengths E _r and E _M decrease in three different ways, namely according to the factors λ / r and (λ / ή ² and (A / r) ³ , where r is the distance in this case of the dipole, which can be viewed as a small dipole, while λ is the wavelength. For small values of r , of course, the higher terms predominate, while for larger values of r, the A / r terms have to be taken into account defined so that beginning with the radiating dipole, the area of the near field which is within the distance r is equal to or less than A. To produce a typical near field, the distance must be on the order of no more than one Be the wavelength of the radiating element.

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. DT-OS 21 51 655 oder DT-AS 22 57 859). Diese Art von Energieübertragung hat jedoch zwei Nachteile. DieAmong the known embodiments of microwave ovens there are those that have a slotted Have metal bottom plate, through which microwaves from a magnetron through a waveguide system in the furnace chamber (see e.g. DT-OS 21 51 655 or DT-AS 22 57 859). This kind of However, energy transfer has two disadvantages. the

Wellenleiter können die geschlitzte Platte bzw. die Ofenkammer nicht symmetrisch versorgen, da die Mikrowellen normalerweise von einer Seite und höchstens von drei Seiten kommen 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 abwechselnd kalte und überhitzte Teile des Behandlungsguts gibt. Die Verteilung der in dem Behandlungsgut absorbierten Energie wird daher bis zu einem bestimmten Grad durch das Behandlun^sgut selbst bestimmt, wobei die Tendenz bleibt, daß interne Resonanzen in dem 3ehandlungsgut auftreten.Waveguides cannot supply the slotted plate or the furnace chamber symmetrically because the Microwaves can normally come from one side and a maximum of three sides. the Field distribution in the waveguides is to a relatively large extent due to the geometry and the Influences the character of the goods in the furnace chamber. The field can be designed in this way in certain cases. that there are alternating cold and overheated parts of the material to be treated. The distribution of the The energy absorbed by the material to be treated is therefore absorbed to a certain extent by the material to be treated self-determined, with the tendency remaining that internal resonances occur in the item to be treated.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese beiden Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöstIt is therefore the object of the present invention to avoid both of these disadvantages. This task is made possible by the distinguishing features of the Claim 1 solved

Eine erfindungsgemäße Antennenkammer 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 Oienkammer 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. 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.An antenna chamber according to the invention is below or above the furnace chamber between the waveguide and the oven chamber which has a small inlet opening relative to the microwave length. i.e. coaxial transition while one side of it. which is closest to the Oienkammer, with Recesses or slots is provided. There is also an antenna system in the antenna chamber provided with which stable control of the microwave field in the chamber is obtained. the Antenna and the antenna chamber are designed in such a way that the electromagnetic stored in the system Energy is great in relation to the transport of energy through it. This creates the desired symmetry in the energy distribution in the furnace chamber and influencing the field distribution in the Waveguides reduced by the geometry and the character of the material in the furnace chamber.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels naher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the figures explained.

Fig. 1 zeigt perspektivisch einen erfindungsgemäßen Mikrowellenherd;Fig. 1 shows in perspective a microwave oven according to the invention;

F i g. 2 ist ein Querschnitt durch den Mikrowellenherd von F ig. 1.F i g. 2 is a cross-section through the microwave oven of FIG. 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 F i g. 1 durch Schlitze 5 im Boden des Herdes ein. Unter dem Boden befindet sich eine Antennen- oder DipolkaiTirner 7 und hierunter ein Wellenleiter 8, der von einem Magnetron 9 zu dieser Kammer führt.Is characteristic of a preferred embodiment of the microwave oven according to the invention its low height. The headroom is about one wavelength, i.e. at a frequency of 2400 MHz about 12 cm. Sides 1, 2 and 3 and the flap 4 of the oven chamber serve first and foremost to prevent the microwave radiation to keep in a limited volume. The energy enters the furnace chamber according to FIG. 1 through Slots 5 in the bottom of the cooker. Under the floor there is an antenna or dipole antenna 7 and including a waveguide 8 which leads from a magnetron 9 to this chamber.

Unmittelbar unter der Ofenkammer befindet sich die Dipolkammer 7, deren Höhe geringer als eine halbe Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung isi. Die Kammer 6 hat teil an dem Energietransfer von dem Magnetron in die Ofenkammer, wobei dieser Transfer zusätzlich ein Dipolsystem 11 mit F.rstreckungen in die Dipolkammer und einen koaxialen inneren Leiter 12 aufweist, der das Dipolsystem speist, sowie Wellenleiter 8 mit Hohlleiterübergängen 13 zu dem koaxialen Leiter. Der Wellenleiter ist vom 1 Eio-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 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.Immediately below the furnace chamber is the dipole chamber 7, the height of which is less than half The wavelength of the microwave radiation isi. The chamber 6 takes part in the energy transfer from the magnetron in the furnace chamber, this transfer also having a dipole system 11 with extensions into the dipole chamber and has a coaxial inner conductor 12 which feeds the dipole system, as well as waveguides 8 with waveguide transitions 13 to the coaxial conductor. The waveguide is of the 1 egg type and is closed at both ends. The magnetron 9 is preferably arranged in a chamber next to or behind the dipole chamber. the so-called waveguide transition is in principle from a dome-like incision 14 in the lower Waveguide side formed, while the coaxial conductor, which forms the central conductor of the dipole system, in the The waveguide also has a dipole passage in the end cladding of the magnetron, in which the dipole of the magnetron extends into the waveguide.

Das Dipolsystem setzt sich aus zwei Metallstäben 15,The dipole system consists of two metal rods 15,

ίο 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 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 Funkenüberschiags zu benachbarten Teilen der Kammer zu verringern. Aus dem gleichen Grunde können die Wände und die Decke der Dipolkammer mit ähnlichen Überzügen versehen sein.ίο 16 together, which are arranged crosswise to one another and are fed from the center. The system is supported from below by a central conductor 12 which extends through an opening 17 in the underside 18 of the waveguide 8 and the bottom 19 of the dipole chamber. It is also possible to provide a mounting of the central conductor on the incision 14 so that the system can be rotated. This is shown in FIG. 2 by a corresponding arrow around an elongated shaft 20. The metal rods 15, 16 are suitably coated with a plastic or ceramic layer in order to reduce the risk of arcing to adjacent parts of the chamber. For the same reason, the walls and the ceiling of the dipole chamber can be provided with similar coatings.

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 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.In the dipole chamber 7 there is also a reactance pin 21 is provided which extends from the floor to the ceiling of the chamber. On the one hand, this serves the purpose of to provide a greater mechanical strength at the furnace bottom, and on the other hand the field in the antenna chamber to modify. The bottom of the cooker is further supported by a plate 22 made of ceramic, for example Reinforced over the slotted bottom 6.

Die Schlitze sind in einer bestimmten Weise angeordnet 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.The slots are arranged in a certain way and in the embodiment shown parallel and oblique at a given angle. Each slot is about half that length Wavelength of the microwave radiation and can be straight or curved.

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 den Gegenstand hindurchtreten, wird jedoch an der Decke 10 des Herds reflektiert und zurück auf den Gegenstand geführt. Die Gesamteffektivität des Energietransfers auf das Objekt ist daher besonders gut.Each slot serves as a radiating element and is surrounded by a field similar to the one around a dipole equals. An object to be heated is brought into the hearth and exposed to the near field of the radiation element, which in a pattern over the entire floor area of the furnace is spread out. However, the energy field from the slots is related to them there is no object nearby, disappearing, and the energy is returned to the dipole chamber. This means that the energy leak from the slot, above or next to which there is an object, is increased, whereby the microwave efficiency is improved without undesirable effects such as an uneven distribution of energy in the object can be caused. A part of Microwave energy can pass through the item, but is applied to the ceiling 10 of the oven reflected and led back to the object. The overall effectiveness of the energy transfer to the property is therefore particularly good.

Anstatt des beschriebenen Dipolsystems kann beispielsweise ein metallischer Aufbau parallel zum Herdboden verwendet werden. Der Übergang zwischen Jim 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.Instead of the described dipole system, for example, a metallic structure parallel to the Hearth base can be used. The transition between Jim's dipole system and the waveguide can also be a Have pin that extends downward into the waveguide as a so-called feeler. It is also possible that the To feed the dipole system directly via a coaxial conductor.

Hier/u 1 Blatt ZeichnungenHere / u 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Microwave oven with an oven chamber made of side walls, a door and a bottom and a Top wall, at least one of which has a plurality of slot-shaped radiation openings for microwave radiation is provided in an outside of the oven chamber parallel to the wall with the radiation openings arranged waveguide is brought, and at the bottom and The top wall is essentially at the same distance as one wavelength of the radiation used, characterized in that the radiation openings (5) provide a connection between the Form furnace chamber and an antenna chamber (7), which are adjacent to it between the furnace chamber and the waveguide (8) is arranged -ind has an antenna system (11) which has a feed point which is essentially in the middle of the antenna chamber, and that the antenna system consists of a flat, metallic structure which is essentially parallel to all radiation openings is.

2. Microwave oven according to claim 1, characterized in that the radiation openings (5) in the essentially have a length equal to half the wavelength of the microwave radiation.

3. Microwave oven according to claim 1 or 2, characterized in that the antenna chamber (7) a height substantially no greater than half the wavelength of the microwave radiation owns.

4. Microwave oven according to claim 3, characterized in that the antenna system (11) on Feed point the microwave radiation with the help of the waveguide (8) and a feed line (12) receives, which is guided through an opening (17) in the bottom of the antenna chamber (7).

5. Microwave oven according to claim 4, characterized in that the planar antenna system at least two metal rods (15, 16) which are arranged crosswise to one another in order to in this way to define the feed point for this, which is connected to the feed line (12).

6. Microwave oven according to claim 3, characterized in that reactance pins (21) in the antenna chamber are arranged between the ceiling and the floor thereof.

7. Microwave oven according to one of claims 4 to 6, characterized in that the feed line has a vertically mounted rod (12), the antenna system connected to it being rotatable in the dipole chamber is arranged.