DE2618603A1

DE2618603A1 - Mikrowellenofen

Info

Publication number: DE2618603A1
Application number: DE19762618603
Authority: DE
Inventors: Noboru Kurata; Shigeru Kusunoki; Teruhisa Takano; Hirofumi Yoshimura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1976-04-28
Publication date: 1976-11-04
Also published as: GB1546114A; CA1063681A; FR2310058B1; FR2310058A1; DE2618603C3; SE7604876L; DE2618603B2; AU1350076A; SE409803B; US4121078A

Description

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD., 1006, Oaza Kadoma, Kadoma-shi, Osaka, Japan

Mikrowellenofen

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Mikrowellenherd, mit dem insbesondere ein gleichmäßiges Erhitzen des Gutes möglich ist und bei dem Oberflächenwellenleiter verwendet werden.

In einem Mikrowellenofen, etwa zum Backen und Kochen von Nahrungsmitteln, werden die von dem Magnetron oder einer ähnlichen Quelle abgegebenen hochfrequenten Wellen durch einen rohrförmigen Hohlleiter, von rechtwinkligem oder kreisförmigem Querschnitt in eine Heizkammer geleitet, in welche das zu kochende Gut eingesetzt wird, und werden von den Wänden der Kammer reflektiert, so daß stehende Wellen erzeugt werden, deren Energie in zum Kochen des Gutes nutzbare Wärme umgesetzt wird. Ein besonderer Nach-

HZ/gs

609845/0822

teil dieser Art öfen besteht darin, daß ein räumliches Muster von Kozentratxonspunkten erzeugt wird, d.h. Stellen oder Gebiete, bei denen die Energiedichte größer ist als die mittlere Energiedichte in der Heizkammer im Ganzen. Dieses räumliche Muster hängt in seiner Form auch von Größe und Art des zu kochenden Gutes ab mit der Folge, daß es schwierig wird, ein gleichmäßiges Heizen des Gutes sicherzustellen, das demzufolge leicht zu stark gekocht oder selbst verbrannt werden kann an einigen Stellen, während andere Stellen noch nicht ausreichend gekocht sind. Man hat versucht, diesen Nachteil dadurch zu beseitigen, daß in der Heizkammer ein Rührer vorgesehen wurde, der bei Betätigung eine gleichmäßigere Verteilung der Mikrowellenenergie der Heizkammer herstellen sollte. Wie eingehendere Untersuchungen zeigen, ist ein solcher Rührer praktisch wirkungslos, was zum Teil darauf zurückzuführen sein mag, daß das Kochen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellenofen eine im wesentlichen gleichförmige Erhitzung erfordert, und eine gleichmäßige Verteilung der Mikrowellenenergie durch Konvektion ist nicht nennenswert. Alternativ hat man einen Drehtisch vorgesehen, auf welchem das zu kochende Gut abgesetzt wird und der während des Aufheizens gedreht wird. Da jedoch eine derartige Drehung stets in einer einzigen Ebene stattfindet, ist wegen der räumlichen Verteilung des Musters der Konzentrationspunkte selbst bei einem möglichen Ausgleich der Konzentrationspunkte in zwei orthogonalen Achsen die Drehung wirkungslos bezüglich Ebenen, die parallel zur Rotationsebene liegen.

Ein anderer Nachteil bekannter Mikrowellenöfen ist darin zu sehen, daß, weil eine Antenne, d.h. eine Ausgangsschleife aus dem Magnetron oder der ähnlichen QUeIIe₁ direkt in der Heizkammer angeordnet ist oder Mikrowellen in die Heizkammer mit Hilfe eines tubusförmigen Wellenleiters eingeleitet werden, die Belastung des Magnetrons durch Form und die dielektrischen

S09845/082?

Eigenschaften des Gutes direkt beeinflußt wird* Da sowohl Form wie die dielektrischen Eigenschaften des zu heizenden Gutes schwanken, ergibt sich eine nachteilige Rückwirkung auf den Wirkungsgrad der Schwingung. Ein anderer Nachteil konventioneller öfen besteht darin, daß, da die Mikrowellenenergie über die gesamte Heizkammer verteilt wird, das Heizen nicht ausreichend wirksam ist und außerdem unverhältnismäßig teuer ist, speziell wenn das zu heizende Gut vergleichsweise klein ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellenofen zu schaffen, bei dem in der Heizkammer eine gleichmäßige Verteilung der Mikrowellenenergie vorhanden ist. Ferner soll die Belastung des Mikrowellenoszillators stabiler bleiben, so daß sich der Oszillatorwirkungsgrad verbessert. Ferner sollen die bei Nichtbelastung des Mikrowellenoszillators auftretenden Probleme beseitigt werden. Und schließlich soll

die Mikrowellenenergie in einem abgegrenzten Bereich der Heizkammer konzentriert werden, so daß der Heizwirkungsgrad verbessert und die gesamte Betriebsbilanz günstiger wird.

Die genannten Ziele werden mit der Erfindung durch einen Mikrowellenofen erreicht, bei dem die von einer geeigneten Quelle emittierten Mikrowellen durch einen ebenen Wellenleiter geführt werden, der in oder unter der Unterseite einer Heizkammer angeordnet· ist, in welcher das zu heizende Gut abgesetzt wird. Ein ebener Wellenleiter kann durch zwei identische einander gegenüberliegende Elemente A und A' (Fig.1) gebildet werden, von denen jedes aus einem metallischen Leiter besteht und einen Hauptabschnitt mit einer Stärke definiert, die klein im Verhältnis zur Oberfläche ist, und sich in Richtung der nachfolgenden Übertragung der Mirkowellen erstreckt, d.h. entlang der Z-Achse, wobei mehrere Ansätze sich normal zu dem Hauptabschnitt erstrecken und regelmäßige Intervalle P de-

80984 5/0822

finieren. Die Verlängerungen sind gegen die Verlängerungen des jeweils anderen Elementes A oder A¹ gerichtet, so daß zwischen den Elementen A und A¹ . ein kontinuierlicher, zick-zackförmiger Schlitz B mit gezahnten Umrissen definiert wird. Der Abstand zwischen benachbarten Zähnen des Schlitzes ist p. Eine derartige Struktur nennt man gewöhnlich eine periodische Struktur. Das Intervall P ist gleich oder kleiner als die Hälfte der Wellenlänge im freien Raum der abgestrahlten elektrischen Weilen. Ein Flächenwellenleiter braucht natürlich nicht zwei separaten Eleme'nten A und A¹ gebildet sein, sondern kann natürlich auch einem Stück bestehen, das den leitersprossenförmigen Schlitz durch Ausstanzen einer ebenen Metallplatte erhält. Alternativ kann leitfähiges Material auf einen Keramikträger aufgebracht werden, beispielsweise durch Backen, Zerstäuben oder Plattieren.

Die Eigenschaften der Wellenführung der Mikrowellen durch einen derartigen Flächen-Wellenleiter unterscheiden sich wesentlich von denjenigen des tubusförmigen Wellenleiters oder der Hohlleiter in vieler Hinsicht. Diese Unterschiede werden mit Vorteil in dem erfindungsgemäßen Ofen ausgenutzt. Ein erster Unterschied besteht darin, daß bei einem tubusförmigen Wellenleiter, zusammenhängende Wände angenommen, außerhalb des Wellenleiters keine elektromagnetische Energie vorhanden ist, während bei der Weiterleitung und Übertragung durch einen Flächen-Wellenleiter Energie auch außerhalb des Wellenleiters vorhanden ist. Die Energiedichten-Verteilung, die während der Mikrowellenübertragung durch einen Flächen-Wellenleiter erzeugt wird, zeigt Fig.1c. Die folgende-sich auf Fig. 1c und Fig. 2 beziehende Erörterung berücksichtigt die Situation, bei der kein zu beheizender Gegenstand sich an einer Stelle befindet, an der er als Last, d.h. durch Wärmeaufnahme wirkt, weil diese Situation die einzige ist, bei der praktisch Messungen ausgeführt werden

609845/0822

können. Es versteht sich jedoch, daß die gleichen Überlegungen auch für den Fall gelten, wenn Gut an eine Stelle zum Aufheizen gebracht wird, obgleich natürlich die Energieverteilung in Einzelheiten entsprechend der Impedanz schwankt, die durch die unterschiedlichen Gegenstände u.dgl. erzeugt werden.

Die Energiedichte ist am größten am Wellenleiter. Nimmt man die orthogonalen Achsen X und Z als in der Ebene des Wellenleiters liegend an, und ist die zu den Achsen X und Z normale Achse die Y-Achse, die auch die übertragungsrichtung ist, dann ergibt sich ein etwa exponentieller Abfall der Energiedichte mit zunehmendem Abstand vom Wellenleiter längs der Y-Achse beiderseits des Wellenleiters.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das zu beheizende Gut auf einen Tisch aufgestellt, der unmittelbar über einem Flächen-Wellenleiter angeordnet ist, dessen X und Z-Achse in einer horizontalen Ebene liegen. Damit wird das Gut sehr schnell aufgeheizt, da es in der Nähe des Teiles der Heizkammer ist, in welchem die Energiedichte am größten ist. Durch geeignete Formgebung des ebenen Wellenleiters wird es möglich, das in Fig. 1c dargestellte Profil flacher zu machen, d.h. die Energiedichte schneller mit zunehmendem Abstand von der Ebene des Wellenleiters abfallen zu lassen und somit die Energie im Bereich des Wellenleiters zu konzentrieren. Eine derartige Energiedichtenverteilung ist geeignet für Fälle, bei denen in solcher Weise geheizt werden soll, daß eine Oberfläche des zu beheizenden Gutes sehr hoch gebacken werden soll oder schneller geheizt werden soll, als der übrigen Teil des Gutes. Ein Beispiel hierfür findet sich in der gewerblichen Anwendung, und zwar beim Einbetten von Gegenständen in anfänglich weiches, in der Wärme abbindendes Harz, das danach durch Anwendung von Wärme aushärten soll, ohne daß die Wärmeanwendung die Eigenschaften der eingebetteten

609845/0$22

Gegenstände verändern darf. In der Küche wäre als Beispiel die Herstellung von Torten und Desserts zu nennen. Alternativ kann der ebene Wellenleiter so ausgelegt werden, daß in der Übertragungsrichtung eine größere Energieausbreitung stattfindet, so daß unterschiedliche Teile eines verhältnismäßig großen Gutes gleichmäßiger aufgeheizt werden können. In diesem Falle bemerke man jedoch, daß das Heizverfahren in dem erfindungsgemäßen Ofen grundsätzlich verschieden vom Aufheizen in konventionellen öfen ist, weil anstelle einer Wäremverteilung über das gesarate Volumen der Heizkammer die Hitze in einem Gebiet der Heizkammer konzentriert igt, das dem zu heizenden Gut am nächsten ist.

Ein zweiter Unterschied und eine besondere Eigenschaft der von der Oberfläche übertragenen Mikrowellen besteht darin, daß die Siasen .geschwindigkeit in übertragungsrichtung kleiner ist als die Lichtgeschwindigkeit, während bei den durch Hohlleiter übertragenen Mikrowellen

die Phasengeschwindigkeit größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Daher ist die Wellenlänge in übertragungsrichtung, d.h. in Z-Richtung (Fig.1) größer als die Wellenlänge im freien Raum in der übertragung durch einen Hohlleiter und kleiner als die Wellenlänge im freien Raum während der übertragung durch einen ebenen Wellenleiter.

Diese zweite Eigenschaft der übertragung durch einen Oberflächenleiter wird im Rahmen der Erfindung mit besonderem Vorteil ausgenutzt. Mit Ausnahme von außerordentlichen Belastungen führt die übertragung elektrische Wellen längs Wellenleitern zu stehenden Wellen, und damit zu Maxima und Minima sowie energetische Konzentrationspunkte im Abstand von jeweils einer halben Wellenlänge, wie Fig. 2 für den Fall eines Oberflächenleiters zeigt. Für eine gegebene Mikrowellenfreguenz beträgt in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Oberflächenleiter der Abstand zwischen benach-

ß 0 9 B 4 S / Π ft 7 ?

barten Konzentrationspunkten weniger als der halbe Wellenlänge im freien Raum, im Gegensatz zu den mit tubusförmigen Wellenleitern ausgestatteten Mikrowellenofen, bei denen das Intervall zwischen benachbarten Konzentrationspunkten größer als die halbe Wellenlänge im freien Raum ist. Mit anderen Worten, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die energetischen Maxima und Minima näher beieinander, so daß der erzeugte Heizeffekt auch dadurch gleichmäßiger wird.

Wie oben erwähnt war in der Erörterung angenommen worden, daß kein zu erhitzender Gegenstand vorhanden ist. Wenn jedoch Gut, das einen dielektrischen Körper darstellt, in der Nähe eines Oberflächenleiters da ist, dann beeinträchtigt dieser in keiner Weise die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile, weil ein derartiger Artikel bewirkt, daß die Energie in größerem Umfang exponentiell in einer vertikalen Ebene normal zur Ebene des Wellenleiters verteilt wird, so daß sich eine gleichmäßigere Verteilung in dieser vertikalen Ebene ergibt, obgleich auch in diesem Fall eine verbesserte Konzentration der Mikrowellenenergie in einem speziellen Teil der Heizkammer erreicht wird.

Erfindungsgemäß kann die Gleichmäßigkeit der Heizwirkung entweder durch Drehen des aufzuheizenden Gutes oder durch Drehen eines Oberflächenleiters oder dadurch erreicht werden, daß das aufzuwärmende Gut längs einer Geraden hin- und herverfahren wird, die zur übertragungsrichtung, der Mikrowellen durch den Oberflächenleiter, geneigt ist. Um weiter eine gleichmäßigere Belastung ftlr das Magnetron oder dergleichen Mikrowellenquelle zu schaffen, kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen dem aufzuwärmenden Gut und einem Oberflächenleiter eine platte aus dielektrischem Material angeordnet werden, das auch die mit der Betätigung des Magnetrons im lastfreien Zustand auftretenden Probleme zu vermeiden hilft.

609845/0822

Die Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen noch besonders deutlich hervortreten, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen sollen. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 die bereits erwähnten erläuternden

Darstellungen der Bauweise und typische Energie-Verteilungen eines Oberflächenleiters, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden Kann;

Fig. 3 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Mikrowellenofens;

Fig. 4 eine Draufsicht auf .einen Drehtisch und den

.. in dem Ofen der Fig. 3 verwendeten Oberflächenleiters ι

Fig. 5a einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Mikrowellenofens;

Fig. 5b eine Draufsicht auf die Anordnung eines Oberflächenleiters in dem Ofen der Pig. 5a;

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Mikrowellenofen gemäß der Erfindung, der sowohl einen tubusförmigen Wellenleiter wie auch einen Oberflächenleiter verwendet;

Fig. 7 eine erläuternde Zeichnung alternativer Arten von in dem Mikrowellenofen der Fig· 6 verwendbaren Oberflächenleitern;

8a,b Querschnitt Aind Draufsicht auf eine Energieverteilung im Gut 5,die durch den Leiter gemäß Fig. 7 erzeugt wurde? "

Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Mikrowellenofen, bei dem ein Drehtisch, der von einer zentralen Welle abgenommen ist, zur Drehung! von auf ihm . abgestellten Nahrungsmitteln drehbar ist;

Fig.10 verschiedene Arten des Antriebe⁵für einen Drehtisch in einem mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Mikrowellenofen;»

609845/0822

Fig.11 weitere Antriebsarten eines Drehtisches gemäß der Erfindung;

Fig.12a und 12b einen Querschnitt und eine Draufsicht auf die hauptsächlichen Teile eines Mikrowellenofens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der der Abstelltisch in einer horizontalen Ebene hin- und herfahrbar ist;

Fig. 13 und 14 perspektivische Ansichten von Rollen für den Absetztisch gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 15 einen Querschnitt durch einen Mikrowellenofen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der der Oberflächenwellenleiter gedreht wird;

Fig. 16a und 16b perspektivische Darstellungen verschiedener Arten von drehbaren Oberflächenleitern;

Fig. 17a und 17b einen Querschnitt und eine Draufsicht auf die hauptsächlichen Teile eines Mikrowellenofens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 18 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikrowellenofens, bei dem der Wirkungsgrad des Oberflächenleiters noch mehr erhöht ist;

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines in der Vorrichtung aus Fig. 8 verwendbaren Oberflächenleiters;

Fig. 20 eine erläuternde Zeichnung zur Verteilung der Oberflächenleiter, die zum Ausgleich und ebenmäßiger Heizwirkung empfehlenswert ist; und

Fig. 21 einen Querschnitt durch einen Mikrowellenofen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

609845/0822

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung für einen Mikrowellenofen zum Kochen von Nahrungsmitteln dargestellt, ohne daß darin eine Beschränkung der Erfindung auf diese Anwendungsmöglichkeit zu sehen ist.

Der in Fig. 3 und 4 dargestellte Mikrowellenofen besitzt einen äußeres Gehäuse 22 aus im wesentlichen quadratischer und rechtwinkliger Querschnittsform, wobei Wände 1 vom äußeren Gehäuse 22 Abstand halten und eine Heizkammer 21 mit offener Vorderseite definieren, die mit einer Tür 2 verschließbar ist, welche verschwenkbar an der Vorderseite des Gehäuses 22 angelenkt ist. In einem unteren Abschnitt der Heizkammer 21 ist ein Oberflächenwellenleiter 9 horizontal angeordnet und besteht aus einer Metallplatte 30 mit einem krenelierten Schlitz 31, der in der Platte ausgebildet ist. Ferner ist im unteren Teil der Heizkammer 21 eine Deckplatte 10 vorgesehen, die aus verlustarmen dielektrischem Material, etwa Kunststoff, Keramik oder Glas besteht, und über der Oberseite des Wellenleiters 9 angeordnet ist, wobei sich wellenleiter 9 und Deckplatte 10 zwischen der vorderen und der hinteren Wand der Heizkammer 21 erstrecken und geringfügig über der Bodenwand 1 der Heizkammer 21 sich befinden.

In einem unteren Abschnitt des Ofens sitzt ein Motor 7, dessen Ausgangswelle mit einer vertikal ausgerichteten Antriebswelle 8 verbunden ist, die in geeigneten Löchern in den mittleren Abschnitten des Wellenleiters 9 und der Abdeckplatte 10 frei drehbar ist und durch diese hindurch sich erstreckt bis nach oben in einem wesentlichen mittleren Abschnitt der Heizkammer 21 über die Abdeckplatte 10. An dem oberen Ende der Antriebswelle 8 ist ein horizontal angeordneter Drehtisch 6 befestigt, auf dem eingebrachtes Gut (Nahrungsmittel) 5, das gekocht werden soll, abgesetzt wird.

609845/0872

Der Drehtisch 6 wird in geeigneter Weise aus Glas, Keramik oder anderem dielektrischem Material hergestellt und dreht sich bei Einschalten des Motors 7.

An einem rückwärtigen Abschnitt der Unterseite des Bodens 1,21 ist ein Magnetron 11 befestigt, oder auch ein ähnlicher Oszillator, der Mikrowellen erzeugt. Eine Antenne, d.h. eine Ausgangsschleife 3 des Magnetrons 11 erstreckt sich den Raum 9a, der zwischen dem Oberflächenleiter 9 und dem Heiζkammerboden 1 frei bleibt,-und ist auf die Z-Achse, d.h. auf die Achse der Wellenübertragung durch den Wellenleiter 9 ausgerichtet und befindet sich in der Nähe eines Endes des gezahnten Schlitzes 31 in der Platte 30, so daß der Ausgang des Magnetrons 11 auf den Oberflächenwellenleitern 9 gekoppelt wird.

Wenn das Magnetron 11 eingeschaltet wird, wird die von ihm abgegebene elektromagnetische Strahlung von dem Ende des Oberflächenleiters 9 an der Antenne 3 zu dem gegenüberliegenden Ende des Wellenleiters 9 übertragen, dort werden die übertragenen Wellen reflektiert, und es ergibt sich daher längs der Z-Achse eine Energiedichtenverteilung mit aufeinanderfolgenden Abschnitten von maximaler Dichte und minimaler Dichte, wie in Fig. 2 dargestellt. Längs der vertikalen Y-Achse ergibt sich eine Energiedichtenverteilung, wie etwa Fig. 1c zeigt. Wie oben erwähnt, ist es erforderlich, daß dann, wenn ein sehr scharf gebackenes Produkt hergestellt werden soll, der Wellenleiter 9 so gestaltet ist, daß sich ein schnellerer Abfall der Energiedichte mit der Entfernung längs der Y-Achse ergibt, während bei gleichmäßigerer Aufwärmung eine Wellenleitergestaltung vorzuziehen ist, bei der dieser Abfall weniger steil und sOhnell erfolgt. Im letzteren Fall hat sich ergeben, daß, obgleich die Heizwirkung unmittelbar an der Oberfläche des Drehtisches 6 am größten ist, in praxi das Heizen der Gesamtheit eines Gutes

£09845/0822

26186(13

5 sehr gut eben und gleich verteilt ist. In ausgeführten Tests wurde gefunden, daß für Flüssigkeiten, beispielsweise Milch in Flaschen oder ähnlichen großen Behältern das Heizen wirksamer Fortschritte machte, wenn die Gestalt des Wellenleiters so ist, daß sich ein stärkerer Abfall der Energiedichte in Richtung der Y-Achse ergibt.

In jedem Fall findet das Aufheizen von eingebrachtem Gut

5 sehr viel gleichmäßiger Statt als das bei bekannten Mikrowellenöfen möglich ist, weil die Verteilung der Mikrowellenenergie in der vertikalen Ebene ausgeglichen ist, wenn ein Gegenstand 5 nicht voll in dem Gebiet der hauptsächlichen Energieabstrahlung liegt, das durch das Leerlaufprofil der Fig. 1c angedeutet ist. Diese. Energieverteilung wird natürlich in gewissem Ausmaß durch das Vorhandensein von aufzuheizendem Gut 5 verändert, und die in dem unteren Teil des Gutes 5 erzeugte Wärme wird ansteigen. Ist jedoch eine Ungleichmäßigkeit in der Wärmeverteilung inder horizontalen Ebene vorhanden, d.h. die Ebene der X- und Z-Achsen (Fig.2). Wenn das Gut 5 eine verhältnismäßig große Fläche bedeckt, kann diese Ungleichmäßigkeit durch Einschalten des Motors 7 kompensiert werden, der eine langsame Drehung des Drehtisches

6 bewirkt und einzelne Teile des Artikels 5 nacheinander näher an den Oberflächenleiter 9 heranbringt, der die Wärmequelle bildet.

Die Energieverteilung um den Oberflächenleiter 9 herum wird in erheblichem Ausmaß bestimmt durch diejenigen Bauteile, die ihn am nächsten liegen, d.h. die benachbarten Teile der Heizkammerwand 1 sowie der dielektrischen Abdeckplatte 10 und der relativen Position der Ausgangsschleife 3 des Magnetrons. D.h. durch geeignete Wahl der Materialien an Abmessungen der Wände 1 und der Abdeckplatte 10 sowie der relativen Position der Wand 1, des Wellenleiters 9, der Ab-

26186D3

deckplatte 10 und der Ausgangsschleife 3 an das Energieverteilungsprofil so gestaltet werden, daß konzentrische Bänder besonders starke Aufheizung durch den Ofen in dem Gut 5 während der Drehung des Drehtisches 6 vermieden wird.

Ein weiterer Vorteil des Geräts nach Fig. 3 besteht darin, daß Veränderungen in der Größe, der dielektrischen Eigenschaften, etc. der unterschiedlichen Gegenstände 5 einen viel kleineren Einfluß auf die Wirkung des Magnetrons 11 haben, da das Magnetron 11 seinen Ausgang dem Oberflächenleiter 9 zuführt, statt ihn direkt auf den Gegenstand 5 zu übertragen. Die Wirkung solcher Veränderungen wird weiter durch die Abdeckplatte 10 aus Kunststoff, Keramik, Glas oder anderen"Stoffen mit geringen dielektrischen Fluß reduziert, da jedenfalls vom Magnetron 11 aus gesehen, die Belastung fast ausschließlich durch den Oberflächenleiter und die Abdeckplatte 10 gebildet wird. Veränderungen in dem Gut 5 haben daher einen nur sehr geringen Einfluß auf eine Veränderung der Last-Impedanz für das Magnetron 11. Dies ist von Vorteil, weil bekanntlich der Schwindungs-Wirkungsgrad des Magnetrons oder eines ähnlichen Oszillators mit veränderlicher Impedanz sich verändert, so daß durch Verringern der Veränderung ein stabilerer Oszillatorbetrieb ermöglicht wird.

Weiter stabilisiert die Abdeckplatte 10 die Wirkung des' Oberflächenleiters 9, welche die durch ihn am nächsten liegenden Gegenstände am meisten beeinflußt wird, wobei die Abdeckplatte 10 natürlich auch als Belastung wirkt, wenn der Ofen in Tätigkeit gesetzt wird,, ohne daß ein Gut 5 in ihn eingebracht worden ist.

Somit werden insbesondere Nahrungsmittel in dem erfindungsgemäßen Ofen gleichmäßig in einer vertikalen Ebene aufge-

heizt und eine Ungleichmäßigkeit der Heizwirkung in einer horizontalen Ebene wird im wesentlichen durch Drehung eines Drehtisches eliminiert. Weiter ist die Heizwirkung selbst wirksamer und damit das Heizen selbst wirtschaftlicher, weil der Mikrowellenausgang in einem besonderen Abschnitt der Heizkammer konzentriert ist statt über die gesamte Kammer verteilt zu sein, wobei sich als weiterer Vorteil ein stabilerer Oszillatorbetrieb ergibt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. "3 und 4 wird ein Gegenstand 5 direkt in die Ebene der vom Oberflächeleiter 9 abgestrahlten Energie gebracht. In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist ein Oberflächenleiter 9 so angeordnet, daß die Ebene der Mikrowellenübertragung normal zur Ebene des das Gut 5 tragenden Drehtisches 6 liegt, so daß das Gut 5 der Mikrowellenstrahlung aus dem Wellenleiter 9 nicht direkt ausgesetzt ist. Wie besonders deutlich aus Fig. 5b erkannt werden kann, ist bei dieser Ausführungsform der Oberflächenleiter so angeordnet, daß er zu der Antriebswelle 8 des Drehtisches 6 einen gewissen Abstand hält und sie umgibt derart, daß die Antriebswelle 8 im wesentlichen in der Mitte der vom Wellenleiter 9 gebildeten Konfiguration sich befindet. Bei dieser Anordnung des Oberflächenleiters 9 findet keine Abstrahlung in der vertikalen Y-Achsenrichtung statt, sondern die Mikrowellen werden in der durch die X- und Z-Achsen definierten Ebene abgestrahlt.

Gemäß Fig. 5a fällt die obere Wand der Heizkammer 21 direkt mit der oberen Wand des Gehäuses 22 zusammen, während die übrigen Teile der Kammer 21 durch die Wände 1 definiert werden, die von den Wänden des Gehäuses 22 Abstand lassen. Der Oberflächenwellenleiter 9 ist an der Bodenwand 1 der Heizkammer 21 befestigt und befindet sich in der Nähe der rückwärtigen Wand 1 der Heizkammer 21, erstreckt sich jedoch

nicht bis zur vorderen Wand 1 der Heizkammer 21. Die Abdeckplatte 7 jedoch erstreckt sich über den gesamten unteren Abschnitt der Heizkammer 21 wie beim vorhergehenden Beispiel. Das Magnetron 11 ist im wesentlichen in der Mitte am hinteren Abschnitt des Gehäuses befestigt und die von ihm abgegebenen Mikrowellen gelangen von der Antenne 3 zum Oberflächenleiter 9 durch einen tubusförmigen Wellenleiter 4, der an der Rückseite der Heizkammer 21 ausgebildet ist.

Bei dieser Bauweise wird der gesamte untere Teil der Heizkammer 21 aufgeheizt und zwar als Folge der Reflektion der vom Überflächenleiter 9 abgegebenen Strahlung von den Heizkammerwänden 1, so daß das Gut 5 daher gleichmäßig aufgeheizt wird, wobei gleichzeitig eine Veränderung der Last-Impedanz noch geringer ist als in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4, da der Magnetronausgang an den Oberflächenleiter 9 durch den tubusförmigen Leiter 4 gekoppelt ist, so daß sich insgesamt die Effizienz der Oszillatorschwingung weiter verbessert.

Bei der in Fig. 6 dargestellen weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Oberflächenwellenleiter 9 horizontal angeordnet, derart, daß die von ihm abgestrahlte Energie direkt auf das Gut 5 auf dem Drehtisch 6 auftritt, welcher aus dielektrischem Material besteht, was durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet sein soll. Die von der Antenne 3 des Magnetrons 11, das an der Rückseite der Heizkammer angeordnet ist, abgegebenen Mikrowellen werden durch den Oberflächenwellenleiter 9 längs des unteren Abschnittes der Heizkammer 21 weiter geleitet und andererseits auch durch einen tubusförmigen Wellenleiter 4 um den hinteren Abschnitt und den oberen Abschnitt der Heizkammer 21 herum zu einer öffnung 20 weitergeleitet, die in einem mittleren Abschnitt

der oberen Wand 1 der Heizkammer 21 gelassen ist, so daß die Mikrowellen direkt durch die öffnung 20 auf den oberen Teil der Heizkammer 21 gerichtet sind.

Gemäß Fig. 7a und 7b ist der bei dieser Ausführungsform der Erfindung definierte Oberflächenleiter 9 als Platte ausgebildet, die aus leitfähigem Metall besteht und eine Stärke t besitzt, die kleiner als der halbenWellenlänge der im freien Raum übertragenen Mikrowellen ist. Anders als bei der relativ ebenen Metallplatte, die als Oberflächenwellenleiter bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wurde, besitzt die Metallplatte 32 bei dieser Ausführung eine Höhe, die merkbar größer ist als ihre Stärke t. Sie ist weiter mit- mehreren senkrecht angeordneten Schlitzen 33' versehen, die die Tiefe 1 haben und längs der Z-Achse in regelmäßigen Abständen ρ angeordnet sind, wobei der Abschnitt ρ weniger als die halbe Wellenlänge der im freien Raum übertragenen Mikrowellen ist. Bei dieser periodischen Konfiguration fällt, Mikrowellenübertragung längs der Z-Achse angenommen, die Energiedichte mit zunehmendem Abstand längs der Y-Achse vom Wellenleiter exponentiell ab, wie Fig. 7c zeigt. Während bei dem Oberflächenleiter 9 gemäß Fig. 1 relativ große Konzentrationsstellen der Energie gemäß Fig. 2 erzeugt werden, sind die vom Oberflächenleiter 9 gemäß dieser Ausführungsform die Konzentrationsstellen relativ fein und langgestreckt, wie Fig. 8b zeigt, wodurch auch die Konzentrationsstellen näher zueinander liegen und damit schon eine gewisse Gleichmäßigkeit der Aufwärmung bilden. Der Oberflächenleiter aus Fig. hat den weiterne Vorteil gegenüber demjenigen aus Fig. 1, daß die Stabilität der Oberflächenwelle verbessert ist, obgleich beide Arten von Wellenleitern mit Erfolg zum Zwecke der Erfindung nutzbar gemacht werden können.

£09845/0822

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist der Endabschnitt 9b des Oberflächenleiters 9, der der Ausgangsantenne 3 am nächsten liegt, abgeschrägt, um das Ankoppeln zu erleichtern. Der BEreich der Oberflächenenergie-Verteilung bei dem Oberflächen Wellenleiter der Fig. 6 ist außerordentlich schmal. Das hat den Vorteil, daß sich eine verbesserte Wärmekonzentration ergibt, so daß eine scharf gebackene Kruste auf dem Gut 5 wirksamer erreicht wird. Da jedoch ein derartiger Oberflächenleiter weniger zufriedenstellt, wenn großvolumige Nahrungsmittel gekocht werden sollen, wird das Erwärmen des oberen Teils eines derartigen großen Gegenstandes durch diejenige Mikrowellenenergie unterstützt, die durch den tubusförmigen Wellenleiter 4 durch die öffnung und in den oberen Teil der Heizkammer 21 eingeleitet wird.

Selbstverständlich kann wirksames Heizen des oberen Abschnittes der Heizkammer 21 auch dadurch erreicht werden, daß ein weiterer Oberflächenwellenleiter über der oberen Wand 1 der Heizkammer in einer Stelle angeordnet wird, bei der er die von dem tubusförmigen Leiter 4 übertragenen Mikrowellen empfängt. Weiter ist es möglich, im Zusammenhang mit dem tubusförmigen Wellenleiter 4 einen Verlustkeil oder ein ähnliches Element vorzusehen, daß normalerweise in dem tubusförmigen Wellenleiter 4 nicht enthalten ist aber in ihn eingesetzt werden kann, und zwar bei Auslösung geeigneter äußerer Steuermittel, um Wellen zu absorbieren, die längs der Wellenleiter laufen, wenn das Gut 5 verhältnismäßig eben ist, und eine scharf gebackene äußere Krustenoberfläche gewünscht wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kann, da die elektrische Energie in der Nachbarschaft des Oberflächenleiters 9 konzentriert wird, in einigen Fällen das Vorhandensein der Antriebswelle 8 zum Drehen des Dreh-

6098 4 5/0872

tellers 6 in unmittelbarer Nachbarschaft des Wellenleiters zu gewissen Unbequemlichkeiten insofern führen, als die Grenzbedingungen des Wellenleiters gestört werden, daß ein starkes Aufheizen der Antriebswelle 8 auftritt, oder daß die Welle 8 insonstiger Weise behinderlich ist oder Beschränkungen in der Befestigung und Anordnung des Wellenleiters zur Folge hat. Eine derartige Komplikation wird vermieden, wenn ein Drehtisch einer Art verwendet wird, wie er in Fig. 9 dargestellt ist.

In dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Oberflächenwellenleiter 9 verwendet, der demjenigen aus Fig. 7 ähnlich ist, wobei der Wellenleiter 9 die einzige Übertragungseinrichtung für.die Mikrowellen darstellt. Die Antriebswelle 8 ist weggelassen und statt dessen ist der aus dielektrischem Material bestehende Drehtisch 6' auf zwei oder mehr Rollen 12 drehbar gelagert, welche unter der Oberfläche des Drehtisches β befestigt sind und aus ihr hervorstehen und symmetrisch zur Mitte des Drehtisches 6,6' angeordnet sind. Die Unterseite der dielektrischen Abdeckplatte 10 ist eben und die Oberseite definiert äußere Randabschnitte, die sanft zu einem mittleren, ebenen,kreisförmigen Plateau 10a ansteigen, dessen Radius im wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner als derjenige des gedachten Kreises ist, der konzentrisch zum Dr ehtisch 6' durch die Rollen 12 unter dem Drehtisch 6¹ verläuft. Der Drehtisch 6¹ ruht auf den Rollen 12, die um das mittlere Plateua 10a der Abdeckplatte 10 herumlaufen können und dadurch eine Drehung des Tisches 6¹ ermöglichen. Der äußere Peripherieabschnitt 14 des Drehtisches 6' ist rauh gehalten oder ist mit einem Material hohen Reibungskoeffizientens verbunden, so daß ein horizontal angeordnetes Antreiben des Reibrades 13, das auf der Ausgangswelle des Motors 7 im hinteren Abschnitt des Ofens befestigt ist, den Drehtisch 6¹ bei Betätigen des Motors 7 in Umdrehung versetzen kann.

2 61 R 6 Π 3

Wenn es gewünscht wird, eine Flüssigkeit in einer Flasche oder einem ähnlichen Behälter zu erwärmen, dann wird es am wirksamsten dadurch erreicht, daß der Drehtisch 6¹ aus der Heizkammer 21 entfernt wird und der Behälter direkt auf das mittlere Plateua 1Oa der Abdeckplatte 10 aufgestellt wird, wo die Heizwirkung am größten ist.

Natürlich sind auch andere Antriebsarten für den Drehtisch möglich, mit denen die aus der Störung der Grenzbedingungen für die Wellenübertragung, die über Heizung der Antriebswelle und die Anordnung eines Wellenleiters verbundenen Probleme vermeiden, wobei Ausführungsformen dieser anderen Antriebsarten Fig. 10 und 11 zeigen.

Gemäß Fia. 10a bis c besitzt die Abdeckplatte 10 eine ebene Oberfläche und eine Unterseite, die bis auf eine mittlere Ausnehmung 10b eben ist. In diese ragt eine Nase 15, die im mittleren Abschnitt der Unterseite des Drehtisches 6¹ ausgebildet ist hinein und kann dort frei drehen. Gemäß Fig. 10a erfolgt der Antrieb aus dem Motor 7 für den Drehtisch durch ein Antriebsrad 13, das an der Außenperipherie des Drehtisches 6¹ anliegt. In Fig. 10b ist das Antriebsrad vertikal angeordnet und liegt an dem Außenrand der Unterseite des Drehtisches 6¹ an. Gemäß Fig. 10c wird der Antrieb des Motors 7 auf den Drehtisch 6¹ mit einem Riemen 16 übertragen, der um die äußere Peripherie des Drehtisches 6¹ herumläuft, sowie um ein horizontal angeordnetes Antriebsrad 13 herumläuft, das auf der Ausgangswelle des Motors 7 befestigt ist.

Gemäß Fig. 11a und 11b ist das Antriebsrad 13 horizontal angeordnet und steht im Reibschluß mit der äußeren Peripherie des Drehtisches 6¹ gemäß Fig. 11a ist die Oberseite der Abdeckplatte 10 mit einer großen kreisförmigen Ausnehmung versehen, deren Radius im wesentlich gleich oder gering-

••£09845/10822

fügig größer als diejenige des Drehtisches 6' ist und welche den gesamten Drehtisch 6¹ mit Ausnahme eines kleinen Peripherieabschnittes aufnehmen kann, an welchem das Antriebsrad 13 anliegt. In Fig. 11b ist in dem äußeren Randabschnitt der Unterseite des Drehtisches 6' eine kreisförmige Nut eingelassen, die konzentrisch zur Mitte des Drehtisches 6* liegt und in welche mehrere Rollen 17 laufen, die in der Oberseite der Abdeckplatte 10 drehbar befestigt und symmetrisch angeordnet sind und auf einem Kreis liegen, der konzentrisch zur kreisförmigen Nut des Drehtisches liegt.

Die Fig. 12a und 12b zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung, bei der das Gut auf einem hin- und herverfahrbaren Teller-18 aufgelegt ist. Der Teller 18 hat eine kleinere Fläche als die Abdeckplatte 10 und ist auf einer Rollenanordnung 19 montie'rt, die auf der Abdeckplatte 10 verrollt werden kann, so daß der Teller 18 von vorne nach hinten und umgekehrt auf die Tür 2 zu und von ihr weg in der gemäß Pfeil angedeuteten Weise bewegt werden kann (Fig.12b) Das vordere Ende eines sich nach rückwärts erstreckenden gerade Hebels 220 ist an einem im wesentlichen mittleren Abschnitt der unteren hinteren Kante des Tellers 18 angelenkt. Das rückwärtige Ende des Hebels 23 ist auf einem Stift verschwenkbar befestigt, der exzentrisch auf einem horizontal angeordneten Antriebsrad 24 sitzt, welches an der Ausgangswelle des Motors 7 befestigt ist. Auf diese Weise wird durch den eingeschalteten Motor der Teller 18 in der vorstehend beschriebenen Weise bewegt. Bei dieser Auefuhrungsform sind mehrere Oberflächenleiter 9 von der in Fig. 7 gezeigten Art verwendet, wie am deutlichsten aue Fig. 12 hervorgeht. Danach sind sie hintereinander in parallelen Reihen angeordnet, welche zu der Hin- und Herbewegung des Tellers 18 schräg liegt. Der Mikrowellenausgang aus der Antenne 3 des Magnetrons 11 wird allen Oberflächenwellenleiter 9 über einen tubusförmigen Wellenleiter 4 zugeführt, wobei die in dem

609845/0822

26186Π3

-2t-

Oberflächenwellenleiter 9 erzeugten Konzentrationsstellen schematisch durch die gestrichelten Linien in Fig. 12b angedeutet sind. Daher kann ein Gut 5 auf dem Teller 18 quer über die Konzentrationslinien verfahren werden, die durch die verschiedenen Oberflächenwellenleiter 9 erzeugt werden, so daß das Gut 5 gleichmäßig aufgewärmt wird, wobei die Gleichmäßigkeit des Aufwärmens besonders dann zum Tragen kommt, wenn die Oberflächenwellenleiter bezüglich zueinander so angeordnet sind, daß die von einem Oberflächenwellenleiter 9 erzeugten Reihen von Konzentratipnsstellen gegenüber den von dem benachbarten Wellenleiter 9 erzeugten Reihen von Konzentrationsstellen gestaffelt sind.

Die Rollenanordnung 19 ist natürlich nicht absolut notwendig, jedoch bringt sie Vorteile, da bei Berücksichtigung des Wärmewiderstandes und anderer Faktoren die für die Abdeckplatte 10 und den Teller 18 verwendeten dielektrischen Stoffe solche sind, die wie Glas oder Keramik einen relativ hohen Reibungskoeffizienten besitzen.

Die Rollenanordnung 19 kann v/ie etwa in Fig. 13 dargestellt aufgebaut sein und umfaßt einen im wesentlichen rechteckigen Rahmen 25, der lösbar an der Unterseite des Tellers 18 festgemacht ist und von dessen gegenüberliegenden Langseiten mehrere Achsen rechtwinklig abstehen, an deren äußeren Enden kleine Rollen 26 drehbar befestigt sind. Die Rollenanordnung 19 besitzt den Vorteil, daß sie auf Wunsch leicht weggenommen werden kann und daß weiter bei der Herstellung ein besonderer Arbeitsschritt für den Zusammenbau mit kleinen Rädern an dem Teller 18 notwendig ist. Die Rahmen 25 und die Räder 26 bestehen zweckmäßig aus dielektrischem Material, obgleich in manchen Fällen die Heizwirkung der Vorrichtung praktissch unbeeinflußt ist, wenn das eine oder beide Elemente aus Metall gefertigt sind.

SQSS& 5/0822

Das Beispiel gemäß Fig. 14 zeigt eine Rollenanordnung, das insbesondere zur Verwendung mit einem Drehtisch 6 wie oben beschrieben, geeignet ist. Diese Rollenanordnung weist einen Rahmen 25' auf, in dessen mittlerem Abschnitt ein Befestigungsloch zum Befestigen des Rahmens 25' an einem geeigneten Vorsprung aus der Unterseite des Drehtisches 6 besitzt. Von dem mittleren Teil des Rahmens 25" erstrecken sich drei symmetrisch angeordnete Achsen nach außen, die an ihren Enden drehbare Räder 26 tragen.

Die soweit beschriebenen Ausfuhrungsformen der Erfindung verwenden einen Oberflächenleiter oder mehrere Oberflächenleiter, die stationär sind, während die Auflageplatte für das zu heizende Gut ebenfalls stationär ist. Jedoch ist die Erfindung keineswegs auf diese Anordnung beschränkt, vielmehr lassen sich die Ziele, die der Erfindung zugrundeliegen, in gleicher Weise erreichen, indem ein stationärer Teller für das aufzuheizende Gut und ein beweglicher Oberflächenleiter oder bewegliche Oberflächenleiter verwendet werden, da die Energie auch dann von einem Wellenleiter mitgenommen wird, wenn der Wellenleiter bewegt wird. Mit anderen Worten, die gleiche Gleichmäßigkeit der Heizwirkung kann erreicht werden, indem der Wellenleiter statt der Teller für das aufzuheizende Gut gedreht wird.

Mehrere Ausführungsformen der Erfindung, die mit beweglichen Wellenleitern ausgerüstet sind, werden nachstehend im Zusammenhang mit Fig. 15-20 erläutert.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 15 wird die Heizkammer 21 im wesentlichen durch die Tür 2, die nicht dargestellten Seitenwände 1, einen Deckel 1 mit einer öffnung 20, einer Rückwand 1 und der dielektrischen Abdeckplatte 10 definiert. Die Ausgangsantenne des Magnetrons 11 koppelt Mikrowellen

S 0 3 8 4 5 / 0 8 2 2

auf einen tubusförmigen Wellenleiter 4, der diesen Ausgang in den oberen Abschnitt der Heizkainmern 21 über eine obere öffnung 20 sowie in einen Raum 9a mit Oberflächenwellenleiter überträgt, welch letztere unter der Abdeckplatte 10 ausgebildet ist und als Verlängerung des tubusförmigen Wellenleiters 4 betrachtet werden kann. In dem unteren Abschnitt des Raumes 9a ist ein horizontal angeordneter Drehtisch 40 aus Glas, Keramik oder einem anderen verlustarmen Dielektrikum auf einer Welle 8 fest befestigt, die von dem Motor 7 angetrieben wird, welcher in dem unteren Abschnitt des Ofens aufgestellt ist. Einer oder mehrere Oberflächenwellenleitern 9 sind auf den Drehtisch 40 befestigt. Bei Einschalten des Magnetrons 11 und des Motors 7 wird daher die in speziellen Mustern auf den Oberflächenleitern 9 verteilte Mikrowellenenergie unterhalb des Gutes 5 auf der Abdeckplatte 10 kreisförmig bewegt und die Mikrowellenenergie wird gleichzeitig in den oberen Teil der Heizkammer 21 geleitet, wodurch das Gut 5 schnell und gleichmäßig gekocht wird. '

Bei dieser Ausfuhrungsform der Erfindung wird deutlich, daß die Umstände einer Kopplung zwischen dem tubusförmigen Wellenleiter 4 und einem Oberflächenwellenleiter 9 variabel sind und daß es möglicherweise weniger wirksam ist, wenn beide Wellenleiter 4 und 9 stationär bleiben. Wegen dieser Schwankung der Koppelbedingungen wird jedoch das auf einem Oberflächenwellenleiter 9 erzeugte Muster an Konzentrationspunkten konstant variieren, wenn der Wellenleiter 9 gedreht wird, was den Vorteil bringt, daß der gesamte,Heizeffekt noch weiter ausgeglichen wird.

Durch die Verwendung eines Oberflächenwellenleiters zur Obertragung der Mikrowellenenergie wird niqht nur der Vorteil

6.0 9845/0822

einer verbesserten Konzentration der Heizwirkung und einfachen Erzeugung einer krustigen Oberfläche ohne gleichzeitiges Verbrennen des Nahrungsmittels zusätzlich d-r Vorteil erreicht, daß eine größere Vielfalt von Konstruktionsmöglichkeiten zur Erreichung des gleichen Zieles zur Verfügung steht.

Es erübrigt sich fast darauf hinzuweisen, daß die gleichen Effekte erzielt werden, wenn der Teller mit dem Oberflächenwellenleiter in einer horizontalen Ebene linear bewegt statt gedreht wird, oder wenn die Bewegung eine Kombination aus linearer und rotatorischer Bewegung ist. Da natürlich die Bewegung des Oberflächenleitertellers auch manuell stattelektrisch ausgeführt werden kann, ergeben sich auch insofern Vorteile, wobei auch eine Kombination aus manuellem und elektrischem Antrieb denkbar ist.

Fig. 16 zeigt Beispiele von Oberflächenwellenleitern9, die auf dem Drehtisch 40 befestigt werden können. Gemäß Fig. 16a trägt der Drehtisch 40 einen .ebenen Oberflächenleiter 9, der einen kontinuierlichen gezahnten Schlitz enthält. Gemäß Fig. 16b trägt der Tisch 40 ein Paar vertikal stehender Wellenleiter 9, von denen jeder eine Reihe von Schlitzen darstellt. Wenn die Wellenleiter gemäß Fig. 16b verwendet werden, dann können die Wellenleiter natürlich abgeschrägte Enden besitzen, um das Ankoppeln an den tubusförmigen Wellenleiter 4 zu erleichtern.

Die Ausführungsformen der Erfindung gemäß Fig. 17 benötigt keinen besonderen Motor zur Drehung des Oberflächenwellenleitertisches. In dieser Ausführungsform ist ein kreisförmiger, horizontal angeordneter Drehtisch 43 vorgesehen, der in einem unteren Abschnitt 43a der Heizkammer 21 unter der Abdeckplatte 10 liegt und auf seiner Oberseite ein Paar ebener Oberflächenwellenleiter trägt, derart, wie sie im

60 9 845/0822

Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Oberflächenwellenleiter liegen parallel zueinander und sind symmetrisch an gegenüberliegenden Seiten der Mitte des kreisförmigen Tisches 43 angeordnet. Mehrere vertikal ausgerichtete Fahnen 44, die radial und symmetrisch zum Mittelpunkt des Tisches 43 angeordnet sind, sind an der Unterseite des Tisches 43 befestigt. Das obere Ende einer sich abwärts erstreckenden Welle 47 ist mit der Mitte der Unterseite des Tisches 43 befestigt. Die Welle 47 läuft nach unten durch eine Lagermanschette 48, die an einer Wand -1a befestigt ist, die sowohl die Bodenwand der Heizkammer 21 wie die obere Wand eines horizontal angeordneten tubusförmigen Wellenleiters 4 bildet. Das untere Ende der Welle 47 wird drehbar von einem Lager getragen, das auf der unteren Wand 4a des tubusförmigen Wellenleiters 4 befestigt ist. Der tubusförmige Wellenleiter 4 überträgt den Mikrowellenausgang aus einem Magnetron 11, das in einem rückwärtigen Abschnitt des Ofens angeordnet ist. In der Nähe des Magnetrons 11 ist ein Gebläse 41 eingebaut, das Luft auf das Magnetron 11 zu Kühlzwecken richtet, wobei der Luftstrom aus dem Gebläse 41 nach vorwärts gerichtet ist und das Gebläse 41 hinter dem Magnetron 11 angeordnet ist. Die von dem Gebläse abgegebene Luft läuft nach dem Umstreichen des Magnetrons 11 durch mehrere öffnungen 45, die an einem unteren Abschnitt der rückwärtigen Wand 1 der Heizkammer 21 ausgebildet sind, tritt in den unteren Abschnitt 43a der Heizkammer ein, trifft auf die Fahnen 44 und erzeugt so" eine Rotation des Drehtisches 43 und der von ihm getragenen Oberflächenwellenleiter 9, wonach die Luft aus dem unteren Abschnitt 43a der Heizkammer über mehrere Löcher 46 entweicht, die in einem unteren- vorderen Abschnitt der Seitenwand 1 der Heizkammer 21 ausgebildet sind. Dieser Betrieb ist besonders wirtschaftlich, weil ein separater Motor zum Antrieb des Tisches 43 entbehrlich ist. Wenn ferner etwas Spiel zwischen der Welle 47 und der Lagermanschette 48 und

£09845/0 8? 2

im Lager 49 bleibt, dann ist die Bewegung des Tisches 43 nicht rein rotatorisch, sondern enthält auch einen gewissen Anteil an linearer Bewegung von gegenüberliegenden Teilen des Tisches 43 um die vertikale Achse, so daß sich eine mehr zufällige Verteilung der Konzentrationsstellen auf den Oberflächenwellenleiter 9 und damit eine gleichmäßigere Heizwirkung ergibt.

Wenn die Welle 47 aus Metall gefertigt ist, dann wird der weitere Vorteil einer verbesserten Kopplung zwischen dem tubusförmigen Wellenleiter 4 und den Oberflächenwellenleitern 9 erreicht, da in diesem Fall die Welle 47 als Kopplung für die von der Antenne 3 emittierten Mikrowellen auf das Zentrum des Tisches 43 wirkt, das stets in der gleichen Stellung bezüglich der Oberflächenwellenleiter 9 sich befindet, unabhängig von der Bewegung der Wellenleiter 9. Durch geeignete Wahl in der Länge des tubusförmigen Wellenleiters 4 kann ein stabilerer Betriebszustand des Magnetrons 11 erreicht werden, weil es unabhängiger gegenüber dem Fall ist, daß das Magnetron mit seinem Ausgang direkt auf einen Oberflächenwellenleiter 9 gekoppelt wird.

Im allgemeinen verdient es den Vorzug, die Oberflächenleiter aus einem guten Leiter zu fertigen, wie etwa Kupfer oder Aluminium. Mit derartigem Material ist jedoch der Nachteil verbunden, daß nach einer langen Einwirkung hoher Temperaturen das Material sich verwerfen kann und damit zu einer Veränderung der Wellenleitereigenschaften und somit einer verlängerten Lebensdauer führen kann. Die Vorrichtung nach Fig.17 bietet als weiteren Vorteil in dieser Hinsicht das neben der Rotation des Tellers 43 Luft vom Gebläse 41 auch den Oberflächenwellenleiter 9 kühlt und daher dessen Verspannung und Verwerfung verhindert.

B0 984^/0822

Die in Fig. 18 und 19 der dargestellten Ausfuhrungsform der Erfindung zeigt eine kreisförmige Metallplatte 60, die horizontal unter der Abdeckplatte 10 angeordnet ist und einen ebenen Oberflächenwellenleiter 9 trägt, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Platte 60 zusammenfällt,, Um die gesamte Peripherie der Metallplatte 60 ist ein Saum 61 herumgelegt, der sich vertikal abwärts erstreckt und aus leitfähigem Metall besteht, und an dem in regelmäßigen Abständen Fahnen 44 angesetzt sind, die sich radial nach auswärts vom Mittelpunkt der Platte 60 ausgehend erstrecken. Mit einem mittleren Gebiet der Unterseite der Platte 60 ist ein Drehelement 61 fest befestigt, das aus verlustarmem Dielektrikum besteht und niedrigen Reibungskoeffizienten besitzt und einen nach innen geneigten Konus mit kreisförmiger öffnung 62a bildet, die in dem unteren mittleren Abschnitt des Konus gebildet ist. Die untere Kante des Drehelementes ruht auf einem Lager 50 und ist auf einem runden Außenwandabschnitt des Lagers 50 verschiebbar, das ebenfalls aus verlustarmem Dielektrikum und niedrigem Reibungskoeffizienten gefertigt ist. Das Lager 50 wird von der Bodenwand 1 der Heizkammer 21 getragen und in einem mittleren Abschnitt der Heizkammer ist eine öffnung 50 a ausgebildet, die auf die in dem Drehelement 62 geschaffene öffnung 62a ausgerichtet ist, wobei eine öffnung 1b in dem Heizkammerboden 1 gelassen ist. Das Magnetron 11 ist in einem im wesentlichen mittleren Abschnitt der Heizvorrichtung vorgeesehen und die Antenne 3 erstreckt sich nach oben durch die öffnungen 1a und 50a und in die öffnung 62a, d.h. die Antenne 3 befindet sich direkt unterhalb und in Ausrichtung auf die Mitte der kreisförmigen Platte 60 mit dem von ihr getragenen Wellenleiter Das Gebläse 41 ist an einem unteren Abschnitt des Ofens vor dem Magnetron 11 angeordnet und richtet seine Kühlluft nach rückwärts auf das Magnetron 11. Wie die Pfeile in Fig. 18 andeuten, läuft die von dem Gebläse 41 abgegebene Luft nach dem

603845/0872

Umlauf um das Magnetron 11 nach rückwärts und aufwärts und läuft durch öffnungen 45, die in einem unteren Abschnitt der Heizkammerrückwand 1 gebildet sind, läuft durch den unteren Abschnitt der Heizkammer 21, wo die Kühlluft auf die Fahnen 44 einwirkt und eine Drehung der Kreisplatte 60 mit dem Wellenleiter 9 bewirkt und gleichzeitig die Platte 60 und den Wellenleiter 9 kühlt, und entweicht dann aus dem unteren Abschnitt der Heizkammer über Löcher 46, die in einem unteren Abschnitt der Seitenwand 1 der Heizkammer 21 gelassen sind.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 18 besitzt den Vorteil, daß der Ausgang des Magnetrons 11 stets an der gleichen Stelle auf den Oberflächenleiter 9 gekoppelt wird, unabhängig von der Drehung des Wellenleiters 9. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine geringere Dispersion der Mikrowellenenergie stattfindet, weil die Metallseitenwand 61 um die Platte 60 herum im Sinne einer Konzentrations des Ausgangs aud er Antenne 3 auf ein beschränktes Gebiet unter der Platte 60 wirkt.

Um ein breiteres Heizgebiet zu schaffen, ist es gemäß Fig.20a häufig von Vorteil, ein Paar Oberflächenwellenleiter 9 parallel zueinander anzuordnen. Wenn jedoch die Oberflächenwellenleiter 9 gleiche Länge häaen und exakt aufeinander ausgerichtet sind, liegen die aufeinanderfolgenden Konzentrationsbereiche 51, die auf einem Wellenleiter 9 erzeugt werden, exakt ausgerichtet mit den aufeinanderfolgenden Konzentrationspunkten 51, die vom anderen Wellenleiter 9 erzeugt werden. Eine Drehung entweder des das Gut 5 aufnehmenden Drehtisches oder einer der Oberflächenwellenleiter 9 tragenden Platte kann daher zu einer besonderen Wärmeabladung über bandartige Flächen auf dem Gut 5 führen, die genau über den jeweiligen Konzentrationspunkten 51 liegen. Dieses unerwünschte Konzentrationsproblem, nämlich die Ausbildung von Hitzebändern, kann vermieden werden, wenn gemäß

609845/0822

Fig. 20a die Mitte 52 der Rotation der Platte bezüglich des Paares von Oberflächenwellenleitern asymmetrisch verlagert ist, so daß die Bahnen der Konzentrationspunkte 51 nicht mehr übereinanderliegen. Dieses Problem kann uch dadurch vermieden werden, wenn gemäß Fig. 20b zwei Oberflächenwellenleiter 9 von gleicher Länge und paralleler Ausrichtung verwendet werden, die jedoch bezüglich zueinander etwas versetzt sind, so daß die Reihen von Konzentrationspunkten 51 auf dem Wellenleiter 9 gestaffelt sind bezüglich der Reihen der Konzentrationspunkte 51 auf dem anderen Wellenleiter 9. Bei dieser Anordnung sind die bei Drehung des Oberflächenwellenleiters 9 auf dem Gut 5 erzeugten Wärmebänder für die beiden Wärmeleiter nicht mehr die gleichen, sondern liegen nebeneinander, so daß die Heizwirkung insgesamt gleichmäßiger ausfällt.

Fig. 21 zeigt einen Mikrowellenofen, bei dem sowohl das aufzuheizende Gut wie auch der Oberflächenwellenleiter gedreht werden können. Das Gut 5 wird auf einem horizontalen Drehtisch 6 abgesetzt, der am oberen Ende einer vertikalen Antriebswelle 53 befestigt ist. Die Welle 53 erstreckt sich durch eine öffnung in der Abdeckplatte 10, durch einen unteren Abschnitt 58a der Heizkammer, zwischen Abdeckplatte 10 und dem Boden 1 der Heizkammer 21, durch eine verhältnismäßig große öffnung 57, in dem Heizkammerboden 1 sowie durch einen im wesentlichen horizontalen tubusförmigen Wellenleiter 4, der unmittelbar unter der Heizkammer 21 angeordnet ist, durchsetzt eine relativ große öffnung 57 und endet mit dem unteren Ende drehbar in einem geeigneten Lager am unteren Teil des Ofens. Ein Rollenlager für den Drehtisch 6 auf der Abdeckplatte IO wird durch eine Rollenanordnung 19 gebildet, etwa von der Art wie sie im Zusammenhang mit Fig. 14 beschrieben wurde. Um den unteren Endabschnitt der Antriebswelle 53 herum ist eine Riemenscheibe befestigt,

die über einen Antriebsriemen 56 mit einer weiteren Riemenscheibe 55 gekoppelt ist/ die ihrerseits gegebenenfalls über ein geeignetes Getriebe mit einem nicht dargestellten Motor verbunden ist. Durch Einschalten des Motors wird auf diese Weise der Drehtisch 6 gedreht.

Eine horizontal angeordnete Drehplatte 58 trägt einen horizontalen Wellenleiter 9 und ist mit radial angeordneten, vertikalen Flügeln 54 in dem unteren Abschnitt 58a der Heizkammer versehen, und wird durch ein geeignetes Lager getragen, so daß sie um die Antriebswelle 53 frei drehbar ist.

Das Magnetron 11 befindet sich hinter der Heizkammer 21. Der Ausgang des Magnetrons wird längs des tubusförmigen Wellenleiters 4 durch die öffnung 57 in den unteren Abschnitt 58a der Heizkammer übertragen, was zur Ausbildung von Oberflächenwellen auf dem Wellenleiter 9 führt. Da weiter die öffnung 57 relativ groß ist, ergibt sich ein dreidimensionales Wellengebilde um den unteren Heizkammerabschnitt 58a. Gleichzeitig wird der Drehtisch 6 durch den Antriebsmotor gedreht und Luft von einem im hinteren Teil zur Kühlung des Magnetrons 11 aufgestellten Gebläse 41 streicht durch die öffnungen 45 in der Heiζkammerrückwand 1 und tritt in den unteren Abschnitt 58ader Heizkammer ein, trifft auf die Flügel 54 und bewirkt auf diese Weise eine Drehung der Platte 58 mit den Wellenleitern, und entweicht aus dem unteren Abschnitt der Heizkammer über Löcher 4 6 in einer Seitenwand 1 der Heizkammer 21. Der Antrieb über das Riemengetriebe 56 ist so ausgelegt, daß der Drehtisch 6 sich mit anderer Geschwindigkeit als die Platte 58 dreht, so daß die räumliche Verteilung der Konzentrationspunkte auf den Wellenleitern 9 sich bewegt und andererseits auch das Gut 5 sich relativ zu den Konzentrationspunkten in der horizontalen Ebene des dreidimensionalen Musters in dem unteren Abschnitt 58a der Heizkammer dreht, so daß insgesamt eine

B0984S/0822

gleichmäßige Aufwärmung des Artikels 5 auf dem Drehtisch 6 erreicht wird.

Ein gleichförmiges Aufwärmen des Gutes 5 kann natürlich auch durch Drehen eines Oberflächenwellenleiters beispielsweise mit Hilfe der Einrichtung gemäß Fig. 18 erreicht werden, wobei gleichzeitig eine Hin- und Herbewegung des Tisches für das Gut 5 durch eine Einrichtung der Fig. 12 veranlaßt werden kann.

Insgesamt wurde ein Mikrowellenofen beschrieben, der mit wenigstens einem sich in einem unteren Abschnitt des Ofens unter dem aufzuwärmenden Gut angeordneten Oberflächenwärmeleiter ausgerüstet ist. Auf den Oberflächenwellenleiter wird ein Mikrowellenausgang direkt oder über einen tubusförmigen Wellenleiter aus einem Oszillator (z.B.Magnetron) gekoppelt, wobei der Oberflächenwellenleiter die Mikrowellenenergie in einem besonderen Bereich der Vorrichtung konzentriert. Dadurch wird das Heizen effizienter und eine ungleichmäßige Erwärmung in einer vertikalen Ebene wird vermieden. Für eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Aufwärmung in einer horizontalen Ebene kann der Oberflächenwellenleiter entweder über einen separaten Antrieb oder mit Hilfe der Kühlluft für den Oszillator gedreht werden, oder das aufzuwärmende Gut kann gedreht oder hin- und herbewegt werden, während der Oberflächenwellenleiter ebenfalls sich beweg.t oder auch stationär gehalten wird. Die verbesserte Konzentration der Mikrowellenenergie ermöglicht eine größere Wirtschaftlichkeit des Betriebes und bietet den besonderne Vorteil der leichten Herstellbarkeit scharf überbackener oder krustiger Oberfläche auf dem Gut, ohne daß andere Teile des Gutes überhitzt werden.

$.0 9845/0822

Claims

Ansprüche

1./Mikrowellenofen mit einer Heiζkammer, einem Magnetron od.dgl. Oszillator sowie einer Koppeleinrichtung zur Übertragung der von dem Oszillator abgegebenen Mikrowellenstrahlung in die Heizkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung wenigstens einen Oberflächen-Wellenleiter (9) aufweist, in dessen Nähe ein Tisch (6) zum Absetzen des aufzuheizenden Gutes (5) in der Heizkammer (21) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (6) und der Oberflächen-Wellenleiter (9) relativ zueinander beweglich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Wellenleiter (9) relativ zum Tisch stationär ist und daß der Tisch drehbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Wellenleiter (9) drehbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller (6) hin und her verfahrbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Teller (6) und dem Oberflächenwellenleiter (9) eine dielektrische Abdeckplatte (10) angeordnet ist.

60 9 845/0822

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenwellenleiter (9) eine ebene periodische Struktur besitzt und aus seiner ebenen Metallplatte besteht, in welcher wenigstens ein mit einer Reihe von Zinnen versehener Schlitz ausgebildet ist, wobei der Abstand benachbarter Zinnen kleiner als die halbe Wellenlänge des freien Raums der von dem Oszillator abgegebenen Mikrowellen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (6) an seiner Peripherie angetrieben wird.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch aus der Heizkammer (21) entnehmbar ist und aus einem dielektrischen Material besteht.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenwellenleiter eine periodische Struktur hat und aus wenigstens einem Element besteht, das aus einem metallischen Leiter hergestellt ist und mehrere regelmäßige und hintereinander angeordnete aufwärtsstehende Zinnen aufweist, zwischen denen eine geradlinige.Folge von Schlitzen bleibt, wobei benadhbarte Schlitze einen Abstand haben, der kleiner ist als die halbe Wellenlänge der vom Oszillator erzeugten Mikrowellen.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Oberflächen-Wellenleiter durch ein Gebläse in Umdrehung versetzt wird.

809845/0822

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch von der Kühlluft für den Oszillator in Umdrehung versetzt wird.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Wellenleiter eine ebene kreisförmige Platte mit einem peripheren, herabreichenden Saum (61) aus elektrisch leitfähigem Material besteht, wobei auf der Oberfläche der Platte (60) wenigstens ein mit Zinnen versehener Längsschlitz (9) ausgebildet ist, wobei der Abstand benachbarter Zinnen weniger als die halbe Wellenlänge der von dem Oszillator erzeugten Mikrowellen ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Oberflächenleiter (9) auf eine Drehplatte (40) aufgesetzt ist, wobei der Abstand benachbarter Zinnen weniger als die Hälfte der freien Wellenlänge der von dem Oszillator erzeugten Mikrowellen ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch aus einem dielektrischen Material besteht.

16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Hin- und H erbewegung des Tisches schräg zur Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen längs des Oberflächen-Wellenleiters (9) liegt.

17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (6) auf einer Rollenanordnung (19) aufgesetzt ist und auf der Abdeckplatte (10) beweglich ist.

109845/0822 ORIGiNAL INSPECTED

18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Zinnen versehene Schlitz durch Ausstanzen aus einer ebenen Metallplatte erzeugt ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Wellenleiter mehrere periodische Strukturen (9,9") aufweist, die bezüglich des Drehzentrums des Oberflächenwellenleiters asymmetrisch angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung einen tubusförmigen Wellenleiter (4) aufweist, der mit dem Oszillator (11) gekoppelt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszilator (11) eine Antenne (3) aufweist, deren Längsachse mit der Drehachse des Oberflächen-Wellenleiters

(9) koinzidiert (Fig.18).

22. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Heizkammer (21) zum Durchtritt der Strahlung eine Öffnung (57) gelassen ist, daß ein tubusförmiger Wellenleiter (4) den Ausgang aus dem Oszillator durch die Öffnung überträgt/ über welcher ein Oberflächenwellenleiter (9) zur Aufnahme der Strahlung angeordnet ist (Fig.21).

6Ö98 4 5/0822