DE2516622C3 - Mikrowellenofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen mit einem Ofenhauptgehäuse, in dem ein im wesentlichen parallelpipedischer Heizraum vorgesehen ist, dem Mikrowellenenergie über e<n Hochfrequenzeinspeisungsteil zugeführt wird, der in der Oberwand des Heizraumes symmetrisch bezüglich der Heizraumbreite und -tiefe in diesen mündet. Bei einem bekannten Mikrowellenofen dieser Art (US-PS 37 64 770) ist um die Mündung des Hoehfrequenzeinspeisungsteils in den Heizraum herum ein Kreisring oder ein viereckiger.

kantiger Vorsprung angeordnet Diese Teile dienen der Anhebung des Wirkungsgrades der Einspeisung in den Heizraum. Ein Einfluß auf die im Heizraum aufgebaute Feldverteilung ist nicht erkennbar.

Bekannt ist auch ein Mikrowellenofen (US-PS 29 56 144) mit einem halbkugeligen Heizraum, der unten einen vertikalen Ringflansch aufweist Bei diesem handelt es sich im wesentlichen um einen Teil der Unterwand des Heizraumes. Seine Funktion besteht lediglich darin, die Mikrowellen in den Heizraum zu reflektieren. Ein Einfluß auf die Schwingungsformen oder die elektrische Feldverteilung, die im Heizraum aufgebaut wird, wird weder angestrebt, noch wird er eintreten.

Schließlich ist ein Mikrowellenofen bekannt (DT-OS 20 01 335), bei dem im Heizraum oben ein Rührer für die elektromagnetischen Wellen vorgesehen ist Der Rührer hat eine Anzahl Rührflügel, die sich paarweise radial von einer Welle weg erstrecken und die selbst mehrfach wellenförmig geknickt sind.

Bei Mikrowellenöfen tritt die Schwierigkeit auf, daß häufig eine ungleichmäßige Erhitzung des Kochgutes erfolgt Das ist für die Qualität der im Mikrowellenofen zubereiteten Speise in hohem Maße unerwünscht Um ein gleichmäßiges Erhitzen des in den Heizraum eingebrachten Kochgutes zu erzielen, wird deshalb die Hochfrequenzeinspeisung durch die Oberwand des Heizraumes symmetrisch bezüglich der Breite und der Tiefe des Heizraumes angeordnet Werden die drei Dimensionen des parallelepipedischen Heizraumes entsprechend gewählt so erhält man starke Vertikalkomponenten des elektrischen Feldes im Mittelteil des Heizraumes. In einem solchen Fall sind jedoch die wählbaren Abmessungen des Heizraumes unvorteilhafterweise Beschränkungen unterworfen. Das elektrische Feld im Zentrum des Heizraumes ist üblicherweise schwach, wenn die Dimensionen des Heizraumes nach Belieben unter Berücksichtigung anderer Gesichtspunkte festgelegt werden. Folge dieser Erscheinung ist, daß trotz der vorhandenen starken Vertikalkornponenten des elektrischen Feldes keine Horizontalkomponente des elektrischen Feldes parallel zum Kochgut auf der Schale erzeugt wird. Nun ist aber gerade diese Horizontalkomponente diejenige, die eine wirksame Aufheizung des Kochgutes bewirkt

Aufgabe der Erfindung ist es, durch entsprechende Ausgestaltung des Heizraumes die Einstellung einer Feldverteilung bzw. die Einstellung von Schwingungsformen zu erzwingen, die eine gleichmäßige Erhitzung des Kochgutes bewirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Oberwand des Heizraumes beidseits der Hochfrequenzeinspeisungsstelle parallel zueinander zwei Leiterplatten angeordnet sind, die an Stellen vertikal in den Heizraum vorstehen, an denen bei Abwesenheit der Leiterplatten vertikale Komponenten des durch die Hochfrequenzeinspeisung im Heizraum aufgebauten elektrischen Feldes liegen. Zweckmäßig ist überdies im Heizraum zur Abtrennung des; Hoehfrequenzeinspeisungsteils vom Raum zur Aufnahme des Kochgutes eine für elektromagnetische Wellen durchlässige Trennwand an Halterungsteilen aus dielektrischem Material befestigt. Weiter kann die Schale zum Einbringen des Kochgutes in den Heizraum durch Anschläge an der Heizraumwand auf die Mitte des Heizraumes zentriert werden.

Man erkennt, daß durch die Leiterplatten liinfluß auf die Schwingungsform im Heizraum genommen wird.

Den Mikrowellen wird dabei durch die Leiterplatten, die parallel zueinander rechts und links von der Hochfrequenzeinspeisungsstelle angeordnet sind, eine andere Schwingungsform aufgezwungen. Die Leiterplatten befinden sich nämlich an Stellen, an denen normalerweise bei durch die Leiterplatten ungestörter Schwingungsform die starken Vertikalkomponentsn des elektrischen Feldes zu finden sind. Wegen der Anwesenheit der Leiterplatten ist das nun nicht mehr möglich. Es stellt sich deshalb nunmehr eine Schwingungsform ein, bei der Horizontalkomponente des elektrischen Feldes parallel zu den Leiterplatten vorhanden sind. Das führt zu einer gut gleichmäßigen Erhitzung des Kochgutes.

Die geänderte Schwingungsform des elektrischen Feldes wird sich aufgrund folgender Tatsachen einstellen: Zunächst ist die Richtung des vom Hochfrequenzeinspeisungsteil erzeugten elektrischen Feldes zur Richtung des Hochfrequenzerzeugers parallel. Das gilt insbesondere, wenn der Hochfrequenzeinspeisungsteil einen vertikal nach unten ragenden Magr^tronstrahler aufweist Weiter ist auf metallischen, elektrisch leitenden Oberflächen nur eine auf dieser Oberfläche senkrechte Komponente des elektrischen Feldes möglich. Schließlich wird plattenförmiges dielektrisches Material mit großem dielektrischen Verlust in das elektrische Feld gebracht, was zur Folge hat, daß das plattenförmige Material durch eine senkrechte Komponente des elektrischen Feldes nicht aufgeheizt '-vird. Das erfolgt vielmehr lediglich durch solche Komponente des elektrischen Feldes, die parallel zum dielektrischen Material liegen. Aufgrund dieser Tatsachen ergibt sich die beobachtete positive Auswirkung auf den Erhitzungsvorgang. Die erläuterten Wirkungen können durch Leiterplatten unterschiedlicher Flächen und Abmessungen erzielt werden, solange die angegebenen Vorschriften eingehalten werden. Insbesondere ist es nicht notwendig, daß die Leiterplatten auf Viertelwellenlängen abgestimmte Abmessungen haben. Der Faktor, durch den die Fläche der Leiterplatten festgelegt wird, ist vielmehr die Impedanz, der vom Magnetron her gesehen festgelegt wird. Diese Impedanz bestimmt ihrerseits den Arbeitspunkt des Magnetrons. Der Arbeitspunkt des Magnetrons hängt aber auch beträchtlich von Größe, Form, Ort und Material der Last und auch von der Kochgutschale ab. Im Rahmen der obigen Bedingungen ist somit der Mikrowellenofen so auszulegen, daß unter bestimmten Lastbedingungen der optimale Arbeitspunkt des Magnetrons eingehalten wird.

Die gleichmäßige Erhitzung des Kochgutes unter Einfluß der den Mikrowellen aufgezwungenen Schwingungsform wird noch verbessert, wenn ein Rührer für die elektromagnetischen Wellen so angeordnet wird, daß sein Drehlager zum Hochfrequenzeinspeisungsteil koaxial ist Das Drehlager soll überdies aus dielcktrisehen Material bestehen. Zweckmäßig besteht der Mittelteil des Rührers aus Material mit geringem dielektrischen Verlust und sein Umfangteil aus elektrisch leitendem Material. Das kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß der Umfangsteil des Rührers aus einer Anzahl von Rührflügelpaaren besteht, deren Flügel jeweils zur Umlaufbahn des Rührers um gleiche Winkel) jedoch in entgegengesetzter Richtung geneigt sind. Schließlich ist es für die gleichmäßige Erhitzung zweckmäßig, das Ende der Welle des Rührers über die Umlaufebene der Rührflügel hinaus an die Trennwand heranzuführen.

In der Zeichnung ist div_- Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar ztigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Mikrowellenofens mit geöffneter Tür,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Mikrowellenofen von Fig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Mikrowellenofen nach F ig. 1,

Fig.4 und 5 in Draufsicht eine Darstellung der Erhitzungsbedingungen bei bekannten und beim erfindungsgemäßen Mikrowellenofen,

Fig.6 bis 8 perspektivische Ansichten möglicher Ausführungsformen der Leiterplatten, und

Fig.9 eine perspektivische Ansicht eines beim Mikrowellenofen nach Fi g. 1 verwendeten Rührers.

Der Mikrowellenofen ist so ausgelegt, daß eine Erhitzung des Kochgutes bzw. die Zubereitung von Speisen unter Zuhilfenahme von Mikrowellen einer Frequenz von 2450 MHz möglich ist. Der Mikrowellenofen weist in einem Ofenhauptgehäuse 1 einen Heizraum 2 auf, der durch eine Tür 3 verschlossen werden kann. Die Türe 3 weist einen Türgriff 4 und ein Sichtfenster 5 auf. An einer Schalttafel 6 gibt es eine Zeitskala 7 eines Zeitgebers zur Einstellung der Zubereitungsdauer. Die Zeitskala 7 ist mit einer Speisenskala 8 kombiniert Die Einstellung auf die jeweils zuzubereitende Speise erfolgt mit Hilfe eines Speisenwahlknopfes 9. Mit Hilfe eines Zeitwahlknopfes 10 kann eine vor der Zeitskala 7 spielende Zeitgebernadel 11 auf die jeweilige Kochgutmenge eingestellt werden. In dieser Weise können optimale Zubereitungsbedingungen angewählt werden. Man erkennt weiter eine Einschalttaste 12 und eine Betriebssignallampe 13 an der die Tatsache abgelesen werden kann, daß Mikrowellen erzeugt werden.

In der Oberwand des Heizraumes 2 ist ein Hochfrequenzeinspeisungsteil 14 zentral angeordnet. Dieses ist mit einem Rührer 15 versehen, der durch den zur Kühlung des Magnetrons dienenden Luftstrom in Drehung versetzt wird und die Mikrowellen im Heizraum verteilt. Die Welle 16 des Rührers 15 erstreckt sich bis zu einer Trennwand 17, die für elektromagnetische Wellen durchlässig ist und den Rührer vom eigentlichen Heizraum abschließt In den Heizraum 2 ist weiter zentriert eine Schale 18 eingestellt, die Kochgut 19 trägt. Der Boden des Heizraumes 2 weist eine Vertiefung 20 auf. Dadurch wird das Effektivvolumen des Mikrowellenofens vergrößert und ein Sammelbecken für das den Speisen allenfalls austretende Flüssigkeit gebildet.

F i g. 3 läßt klar erkennen, daß zusätzlich Leiterplatten 21 beidseits des senkrecht von der Mitte der Oberwand des Heizraumes nach unten ragenden Magnetronstrahlers 22 angeordnet sind. Die Leiterplatten 21 bestehen beispielsweise aus rostfreiem Stahl und sind mit der Oberwand des aus dünnen rostfreien Blechen aufgebauten Heizraums 2 verschweißt. Sie sind links und rechts vom Magnetronstrahler 22 parallel zueinander angeordnet und weisen vom Magnetronstrahler 22 einen Abstand von 9 bis 10 crn auf.

Es soll nun der Erhitzungsvorgang näher erläutert werden:

Es sei davon ausgegangen, daß der parallelepipedische Heizraum 2 folgenden Abmessungen hat: Breite 33,5 cm, Tiefe 26 cm und Höhe 26,5 cm:. Auf die Schale 18 wird zunächst ein mit einer wäßrigen Kob^lichloridlösung getränktes Stück Papier aufgelegt, das anschließend im Mikrowellenofen erhitzt wird. Führt man die Erhitzung in einem die Leiterplatten 21 nicht aufweisen-

den Heizraum 2 durch, so erscheint das in Fig.4 gezeigte Muster. Die dunklen Bereiche sind jene Flächenteile, die erhitzt wurden und deshalb eine Verfärbung zeigen. Beim Backen eines großen Kuchens bleibt in diesem Fall das innere an manchen Stellen unausgebacken. Diese Erscheinung tritt auch bei eingeschaltetem Rührer auf. Sind jedoch an der Oberwand des Heizraumes 2 die Leiterplatten 21 auf die gezeigte Weise montiert, so erscheint das in F i g. 5 gezeigte Muster. Es ergibt sich, daß der mittlere Bereich gut durchgewärmt wird. Beim Backen eines großen Kuchens in einem derart ausgerüsteten Mikrowellenofen werden also alle Teilbereiche und insbesondere der Mittelbereich des Kuchens mit Ausnahme der Außenflächen gut erhitzt. Schaltet man nun zusätzlich den Rührer ein, so werden zusätzlich auch die Außenflächen gut erhitzt.

Die Leiterplatten 21 werden an der Stelle der dunklen Bereiche des in F i g. 4 gezeigten Musters (beispielsweise an den Stellen X und Yj angeordnet. Bei einem Verschieben der Leiterplatten verschwindet das Muster von F i g. 5 und erscheint wieder das Muster von F i g. 4. Der senkrecht nach unten ragende Magnetronstrahler 22 erzeugt ein vertikales elektrisches Feld. Durch den Magnetronstrahler wird in einem Heizraum ohne die Leiterplatten 21 eine vertikale elektrische Feldkomponente an Stellen erzeugt, die vom Magnetronstrahler 22

9 bis 10 cm nach rechts bzw. nach links versetzt sind und zur Entstehung des Musters nach F i g. 4 führen. In einem Heizraum 2 mit Leiterplatten 21 verschwindet dieser Schwingungstyp, da nun im Abstand von 9 bis

10 cm links und rechts vom Magnetronstrahler 22 keine vertikale Feldkomponente mehr möglich ist. Statt des Magnetronstrahlers 22, der senkrecht nach unten in den Heizraum 2 hineinragt, können auch andere Einrichtungen zum Erzeugen von Mikrowellen Verwendung finden. Beispielsweise ein im 7Z?i,o-Typ erregter Rechteckhohlleiter, dessen //-Ebene durch eine kleine öffnung angekoppelt ist.

Fig.6 zeigt die Ausführungsform der Leiterplatten 21 bei diesem Mikrowellenofen. Auch ist gemäß F i g. 7 eine Unterteilung der Leiterplatten 21 in Abschnitte möglich, die gegebenenfalls einen Winkel miteinander einschließen. Fig.8 zeigt eine Ausführungsform der Leiterplatten 21 mit Durchbrechungen. Diese ermöglichen einen ruhigen Lauf des Rührers auch bei Verwendung großer Rührflügel. Auch müssen die Leiterplatten 21 nicht notwendig senkrecht von der Oberwand des Heizraums 2 in diesen hineinstehen. Auch gegenüber der Vertikalen geneigte Leiterplatten erbringen den gewünschten Einfluß auf die Feldverteilung im Heizraum Z Entscheidend ist, daß zur Beseitigung von Bereichen schwachen elektrischen Feldes im Zentrum des Heizraums 2 der Ursache dieser Erscheinung bildende Schwingungstyp durch Leiterplatten beseitigt werden kann, die an den Stellen eines starken elektrischen Feldes nach dem betreffenden Schwingungstyp parallel zu diesem elektrischen Feld angeordnet werden. Man erhält demnach durch Verwendung der Leiterplatten eine Verteilung des elektrischen Feldes, bei dem das Feld im Zentralbercich des Heizraumes stark, sowie in Tiefen- und Längsrichtung symmertrisch ist Trotz der einfachen baulichen Anordnung erhält man also einen Mikrowellenofen, bei dem das Kochgut gleichmäßig erhitzt wird.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß der Rührer 15 koaxial zum Hochfrequenzeinspeisungsteil 14 anzuordnen ist, um die der Tiefe und der Länge nach symmetrische Verteilung des elektrischen Feldes nicht zu beeinträchtigen. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Mittelteil 23 des Rührflügels aus einem Material geringen dielektrischen Verlustes besteht und am äußeren Umfang Rührflügelpaare 15a, 15b vorgesehen sind, die jeweils Rührflügel entgegengesetzter Neigung umfassen, die aus Metall oder aus einem metallbeschichteten Substrat bestehen. Die Gründe hierfür sind folgende:

ίο (a) falls der Mittelteil 23 des Rührers 15 ebenso wie dessen Flügel aus Metall bestehen, werden die von dem unmittelbar oberhalb der Welle 16 angeordneten Hochfrequenzeinspeisungsteil 14 ausgehenden elektromagnetischen Wellen um den Umfang der Flügel

is herumgeleitet und treten dann in das Innere des Heizraums 2 ein. Soll flaches Kochgut, beispielsweise ein Kuchen erhitzt werden, so wird dessen Mitteibereich infolgedessen nur wenig aufgeheizt Wird der Mittelteil 23 stattdessen aus einem Material geringen dielektrisehen Verlustes, wie beispielsweise Polysulfon hergestellt, so kann die elektrische Feldstärke im Mittelbereich und am Umfang durch Ändern des Abstandes 1 der Flügel (Fig.9) reguliert werden. Insbesondere können die Flügel selbst beliebig groß gemacht werden, so daß sich eine verstärkte Rühr- oder Störwirkung erzielen läßt.

(b) sind die Flügel mit einem Mittelteil aus Metall nahe dem Hochfrequenzeinspeisungsteil angeordnet, so kommt es leicht dazu, daß eine gleichmäßige Erhitzung wegen der Uneinheitlichkeit der Abstände der einzelnen Flügel zum Hochfrequenzeinspeisungsteil 14, sowie in den Tiefen- und Längendimensionen nicht mehr möglich ist. Je weiter also der Metallteflektor vom Hochfrequenzeinspeisungsteil 14 angeordnet ist, umso stärker kann sich die Einheitlichkeit in den Abmessungen auswirken.

(■:) da die Rührflügelpaare 15a, t5b bzw. ihre einzelnen Flügel um einen Winkel θ geneigt sind, werden die elektromagnetischen Wellen bei einer Umdrehung des Rührers 15 mit der gleichen Intensität nach allen Richtungen abgestrahlt Es wird mithin in der Tiefe, wie auch in der Länge eine symmetrische Verteilung erzielt,

Es soll nun eine Methode erläutert werden, die zur Beibehaltung der symmetrischen elektrischen Feldverteilung in der Tiefen- und Längenrichtung des Heizraumes geeignet ist:

Der Mikrowellenofen weist, wie in Fig.2, eine Trennwand 17 auf. Diese schließt den Rührer innerhalb des Heizraums ein. Zur Anbringung der Trennwand 17 wurde bislang gewöhnlich eine Metallplatte an die Wand des Heizraumes angeschweißt, an der die Trennwand festgeschraubt werden konnte. Bei einem solchen Aufbau wird jedoch die Symmetrie der elektrischen Feldverteilung in der Tiefe und Länge beeinträchtigt Es wird deshalb, wie aus Fig.2 zu erkennen, nunmehr stattdessen zur Befestigung der Trennwand 17 Gebrauch von Halterungsteilen 24, 25 aus Material mit geringem dielektrischen Vertust, wie etwa Polysulfon gemacht Der Halterungsteil 24 verbindet die Trennwand 17 mit der Oberwand des Heizraumes 2, wo er festgeschraubt ist Die Trennwand 17 selbst ist auf die gezeigte Weise über ein Halterungsteil 25 mit dem Halterungsteil 24 verbunden.

Der mittlere Bereich der Trennwand 17 ist so angeordnet, daß das Ende der Welle 16 des Rührers 15 der Trennwand 17 näher ist als die Drehungsebene der Rührflügelpaare 15a, 156. Eine Deformierung der

Rührflügelpaare beim Reinigen ist somit ausgeschlossen.

Schließlich ist zur Sicherstellung einer Zentrierung der Schale 18 bezüglich der Tiefe und bezüglich der Länge an der Rückwand des Heizraumes 2 ein Anschlag 26 in Form eines Vorspringenden Randes vorgesehen, so daß die Schale beim Einschieben in den Heizraum 2 stets selbsttätig in dessen Mitte gelangt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Mikrowellenofen mit einem Ofenhauptgehäuse,

in dem ein im wesentlichen parallelepipedischer Heizraum vorgesehen ist, dem Mikrowellenenergie über ein Hochfrequenzeinspeisungsgteil zugeführt wird, der in der Oberwand des Heizraumes symmetrisch bezüglich der Heizraumbreite und -tiefe in diesem mündet, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberwand des Heizraumes (2) beidseits der Hochfrequenzeinspeisungsstelle parallel zueinander zwei Leiterplatten (21) angeordnet sind, die an Stellen vertikal in den Heizraum vorstehen, an denen bei Abwesenheit der Leiterplatten (21) vertikale Komponenten des durch die Hochfrequenzeinspeisung im Heizraum (2) aufgebauten elektrischen Feldes liegej.

2. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizraum (2) zur Abtrennung des Hoehfrequenzeinspeisungsteils (14) vom Raum zur Aufnahme des Kochgutes &'.< für elektromagnetische Wellen durchlässige Trennwand (17) an Halterungsteilen (24,25) aus dielektrischem Material befestigt ist

3. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schale (18) zum Einbringen des Kochgutes in den Heizraum (2) durch Anschläge (26) an der Heizwand auf die Mitte des Heizraumes zentriert ist.

4. Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzeinspeisungsteil (14) einen vertikal nach unten ragenden Magnetronstrahler (22) aufweist.

5. Mikrowellenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Rührer (15,16) für die elektromagnetischen Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer mit einem zum Hochfrequenzeinspeisungsteil (14) koaxialen Drehlager aus dielektrischem Material versehen ist.

6. Mikrowellenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (23) des Rührers (15, 16) aus Material mit geringem dielektrischem Verlust und sein Umfangsteil aus elektrisch leitendem Material besteht.

7. Mikrowellenofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsteil des Rührers (15,16) aus einer Anzahl von Rührflügelpaaren (15a, \5b) besteht, deren Flügel jeweils zur Umlaufbahn des Rührers um gleiche Winkel (Θ), aber in entgegengesetzter Richtung geneigt sind.

8. Mikrowellenofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Welle (16) des Rührers über die Umlaufebene der Rührflügel hinaus an die Trennwand (17) herangeführt ist.