DE2621457C3 - Mikrowellenofen mit einer Infrarotdetektoranordnung - Google Patents

Description

60 fen werden könnten,

Fig.3 eine Außenansicht eines Mikrowellenofens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenofen F ig. 4 eine perspektivische Ansicht des bei cem

nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mikrowellenofen der F i g. 3 vorgesehenen Heizraums

Derartige Mikrowellenofen mit einer Infrarotdetek- 1.5 und seiner Umfangspartien, wobei in der zeichnerischen toranordnung sind bereits bekannt (JA-PS 24 447/13 Darstellung Teile weggebrochen sind,
vom 21. Juli 1973). Hierbei wird das zu erhitzende Fig. 5 eine Oberansicht der in Fig.4 dargestellten

Kochgut so lange aufgeheizt, bis die von dem zu Zerhacker 17 und 18,

Fig.6 eine Schnittansicht zur Darstellung der Strömungswege der Luft in dem in Fig.3 gezeigten Mikrowellenofen,

Fig.7 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform mit Mitteln zum Bewegen ^ines zu erhitzenden Objekts, wobei in der zeichnerischen Darstellung Teile weggebrochen sind,

Fig.8 eine perspektivische Ansicht der Innenausbildung eines Zerhackerhohlraums 42 in F i g. 7,

Fig.9 eine perspektivische Ansicht einer ande-en Ausführungsfonn des Zerhackers,

Fig. 10 ein beispielhaftes Schaltschema der Leistungsregelschaltung eines Mikrowellenofens mit einer Infrarotdetektoranordnung,

F i g. 11 ein Schaltschema der Infrarotdetektoranordnu ng 110, und

F i g. 12 ein Signalverlaufdiagramm für die Infrarotdetektoranordnung 110, wobei (a) den Ausgangsverlauf eines Vorverstärkers 115 wiedergibt und (b) den Verlauf der Eingangsspannung eines !Comparators.

In Fig. 1 ist das Prinzip des betriebsmäßigen Einsatzes eines pyroelektrischen Infrarotdetektors 1 veranschaulicht, der hier in Kombination mit einem Zerhacker 2 vorgesehen ist Als pyroelektrischer Effekt wird die Erscheinung bezeichnet, daß eine Änderung der Flächenladung eintritt, wenn sich die elektrische Dipole in einem Kristall mit selbstinduzierter elektrischer Polarisation ändern, beispielsweise in Bleititanat PbTiOj, wobei die Flächenladungsänderung einer Temperaturänderung des Kristalls entspricht, d. h. einer Änderung in der Strahlungsmenge der einfallenden Infrarotstrahlung. In F i g. 1 ist mit der Bezugszahl 1 der pyroelektrische Infrarotdetektor bezeichnet, mit der Bezugszahl 2 ein Zerhacker und mit der Bezugszahl 3 eine Speise. Die Temperaturänderung dieser Speise wird abgefühlt, indem der Zerhacker 2 in der Weise zu Drehbewegungen angetrieben wird, daß die von der Speise 3 ausgehenden und gegen den pyroelektrischen Infrarotdetektor 1 gerichteten Infrarotstrahlen zerhackt werden. Genau genommen wäre der Zerhacker 2 als Bezugstemperaturquelle auf einer konstanten Temperatur zu halten; wird jedoch ein Blech mit spiegelglatt polierter Fläche verwendet, dessen Emissionsvermögen folglich gering ist, so kann für die Infrarotausstrahlung praktisch der Wert Null angenommen werden.

Ein aus dem pyroelektrischen Infrarotdetektor 1 herrührendes Signal entspricht der Änderung im Gesamtbetrag der einfallenden Infrarotstrahlung. Wird dieses Signal zur Ermittlung der Temperatur der in dem Heizraum befindlichen Speise benutzt, so wird die Temperaturfeststellung von verschiedenen Umständen beeinflußt. So ist der Gesamtbetrag der dem Infrarotdetektor 1 zugehenden Infrarotstrahlung abhängig von der Temperatur der Speise insgesamt, von ihrer Oberflächengröße, ihrem Emissionsvermögen, dem Abstand des Infrarotdetektors von der Speise, dem Einfallwinkel der Infrarotstrahlen und der von dem Heizraum selbst ausgesandten Infrarotstrahlung.

In F i g. 2 ist das Erfindungsprinzip in den konstrukti- bo ven Vorkehrungen zur Ausschaltung dieser Fehlerquellen veranschaulicht, wobei mit der Bezugszahl 4 ein Heizraum bezeichnet ist, mit der Bezugszahl 5 ein Infrarotdetektor, mit der Bezugszahl 6 ein Zerhackergehäuse und mit der Bezugszahl 7 ein Nahrungsobjekt, <v> Der Infrarotdetektor 5 ist so aufgebaut, daß er nacheinander auf die von den Flächenbereichen A, B, C und D ausgehenden Infrarotstrahlen ansprechen kann, und die Raumwinkel dieser Fiächenbereiche in dem Heizraum sind, von dem Infrarotdetektor 5 aus gesehen, einander gleich. Der Infrarotdetektor 5 ist ferner so ausgelegt, daß als Eingang für eine Regelvorrichtung praktisch ein Höchstwert der Infrarotausgänge der einzelnen Flächenbereiche entnommen werden kann. Wird die Speise 7 in den Heizraum 4 gegeben und erhitzt, so ist die von dem Infrarotdetektor 5 aus dem Erfassungsbereich A empfangene Infrarctstrahlungsmenge unbeschadet der jeweiligen Größe des Nahrungsobjekts 7 konstant, sofern die Nahrung 7 den Erfassungsbereich A nur ganz bedeckt Da auch der Raumwinkel gleich bleibt, der den Erfassungsbereich darstellt oder diesem entspricht, wird die Genauigkeit des Strahlungsnachweises durch Unterschiede in dem Abstand zwischen dem Infrarotdetektor 5 und der Speise 7 nicht beeinflußt mag dieser Abstand auch je nach der Form der Speise 7 so oder so ausfallen. Da das Emissionsvermögen der meisten Nahrungsmittel über 0,95 liegt und die zur Aufnahme benutzten Glas- oder Keramikwaren ebenfalls ein Emissionsvermögen über 0,9 haben, ist der durch ein unterschiedliches Emissionsvermögen der Nahrungsmittel bedingte Fehler gering. Auch dann, wenn der Heizofen 4 auf die gleiche Temperatur erhitzt sein sollte wie die Speise 7, ist durch Messung der Höchstmenge der Infrarotstrahlung ohne weiteres eine Unterscheidung möglich zwischen dem Bereich A, wo sich das Nahrungsmittel befindet, und den Bereichen B, C und D, die freigeblieben sind, weil nämlich die Innenfläche des Heizraums aus glänzendem Metall besteht, dessen Emissionsvermögen allenfalls um 0,1 liegt. Der so festgestellte Strahlungsausgang des Bereichs A hängt von der Durchschnittstemperatur der in dem Bereich A befindlichen Speise 7 ab.

Beim praktischen Gebrauch des Mikrowellenofens ist mit erheblichen Unterschieden in der Form und Größe der zu bereitenden Speisen zu rechnen, wie ebenso auch ihre Lage im Ofen recht unterschiedlich sein kann, und die Exaktheit des Strahlungsnachweises muß da'.ier gesteigert werden, indem man die Zahl der Erfassungsbereiche für die Infrarotstrahlung entsprechend erhöht. In Fig.3 ist eine Außenansicht eines die Erfindung verkörpernden Mikrowellenofens gezeigt, bei dem diesem Erfordernis baulich Rechnung getragen ist. In F i g. 4 sind der Heizraum 4 und dessen periphere Teile perspektivisch dargestellt und bei den Figuren 5 (a) und (b) handelt es sich um Oberansichten der Zerhacker 17 bzw. 18. In Fig.3 ist mit der Bezugszahl 8 eine Skalenscheibe zur Zeiteinstellung bezeichnet, mit der Bezugszahl 9 eine Skalenscheibe zur Temperatureinstellung, mit der Be2.ugszahl 10 eine Signallampe und mit der Bezugszahl 11 ein Betriebsschalter. .Der Darstellung der F i g. 4 ist zu entnehmen, daß ein Magnetron 13 zur Erzeugung von Hochfrequenzwellen vorgesehen ist, die durch einen Wellenleiter 14 von oben her dem Heizraum 4 zugeführt werden. An der Oberseite des Heizraumes 4 ist ein Zerhackerhohlraum 6 in Form eines Metallgehäuses vorgesehen. Ein Infrarotdetektor 5 ist im wesentlichen in der Mitte der Deckplatte des Heiizraumes angeordnet und zum Zerhacken der gegen den Infrarotdetektor 5 gerichteten Infrarotstrahlen sind Zerhacker 17 und 18 vorgesehen. Die Zerhacker 17 und 18 bestehen aus rostfreiem Stahl, der spiegelglatt poliert ist, und werden durch einen Antriebsmotor 19 über Andrückrollen 20 bzw. 21 mit unterschiedlichen Durchmessern zu Drehbewegungen angetrieben. Oberansichten der Zerhacker^ und 18 sind in F i g. 5(a) bzw. 5(b) gezeigt. Da

die Zerhacker mit unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten angetrieben werden, und zwar entweder in der gleichen Richtung oder auch gegensinnig, gelangen die Schlitze 23 in dem Zerhacker 17 und die Löcher 24 in dem Zerhacker 18 in Aufeinanderfolge in eine Deckungsstellung, in der Infrarotstrahlen durchtreten können, wodurch es' ermöglicht wird, die Zahl ier Infraroterfassungsstellen an der Bodenplatte des Heizraums entsprechend zu erhöhen. Da die Zerhacke, 17 und 18 flach ausgebildet sind und da die Abstände von dem Infrarotdetektor 5 zu den Löchern 24 in dem Zerhacker 18 nicht einheitlich sind, fällt der erfaßte Raumwinkel von Loch zu Loch unterschiedlich aus. Zum Ausgleichen der durch diese Unterschiede bedingten Fehler können die Lochdurchmesser proportional zum Abstand zwischen dem Infrarotdetektor 5 und den Löchern 24 in dem Zerhacker 18 unterschiedlich gewählt sein oder die Zerhacker 17 und 18 können halbkugelförmig ausgebildet sein, wobei der Infrarotdetektor 5 im Krümmungsmittelpunkt angeordnet ist, so daß der Abstand von dem Infrarotdetektor 5 zu jedem der Löcher in dem Zerhacker 18 dann der gleiche ist.

In F i g. 6 deuten die Pfeile die Luftströmungsverhältnisse in dem Mikrowellenofen an. Durch Lufteinlaßöffnungen 29 am Bodenteil des Mikrowellenofens wird Luft angesaugt, die die elektrischen Bauteile wie beispielsweise einen Transformator 30 kühlt und dann durch einen Gebläsemotor 31 zum Kühlen eines Magnetrons 13 und zum Drehen eines Rührers 35 umgewälzt wird, worauf die Luft in den Zerhackerhohlraum 6 eintritt, der zwischen der Deckplatte 3"/ und einer Trennwand 38 vorgesehen ist, um dann durch einen vor dem Strahlungsdetektor 5 angeordneten Metallschirm oder ein Metallsiebgeflecht 41 in den Heizraum 4 einzuströmen, so daß der aus der Nahrung herrührende Wasserdampf durch eine Auslaßöffnung 39 ausgestoßen wird. Die von dem Magnetron 13 erzeugten Hochfrequenzwellen werden durch den Wellenleiter 14 sowie über einen Strahler 34 in den Heizraum 4 geleitet und von dem Rührer 35 gerührt und verteilt. Da es erforderlich ist, daß der Strahlungsdetektor 5 den Gesamtbereich am Boden des Heizraumes 4 erfassen kann, muß die Öffnungsweite an der Unterseite des Zerhackergehäuses 6 vor dem Strahlungsdetektor 5 ziemlich groß bemessen sein. Es ist daher ein Metallschirm 41 vorgesehen, um dem Durchtritt von Hochfrequenzwellen vorzubeugen. Der Metallschirm 41 muß ein großes Öffnungsverhältnis haben, damit die Abschwächung der von dem zu erhitzenden Objekt ausgehenden Strahlung möglichst gering ausfällt Die Anordnung zum Einleiten von Luft in das Zerhackergehäuse 6 und zu ihrer Ausstoßung durch den Metallschirm 41 verhindert nicht nur die Abscheidung von Wasserdampf auf dem Strahlungsdetektor 5, sondern sie dient gleichermaßen auch dazu, die Temperatur des Zerhackers konstantzuhalten.

Die Darstellungen der Fi g. 7,8 und 9 betreffen einen Mikrowellenofen, bei dem die Speise 7 von einem Drehteller 28 getragen wird und sich mit diesem dreht Sie zeigen eine Ausführungsform, bei welcher der Zerhacker in seinem Aufbau wesentlich vereinfacht istin Fig.7 ist mit der Bezugszahl 6 ein Zefhackerhohlraum bezeichnet, mit der. Bezugszahl 5 ein Strahlungsdetektor, mit der Bezugszahl 13 ein Magnetron und mit der Bezugszahl 14 ein Wellenleiter. In Fig.8 ist der innere Aufbau des Zerhackerhohlraumes 6 gezeigt. Die in dem Zerhacker 46 vorgesehenen Löcher 50,51 und 52 haben von seinem Mittelpunkt unterschiedliche Abstände, wobei die Löcher 52, 51 und 50 bei den Drehbewegungen des Zerhackers 46 nacheinander in eine Deckungsstellung mit einem sektorförmigen Schlitz 49 gelangen, der in der Deckplatte 47 des Heizraums vorgesehen ist, so daß die gegen den Strahlungsdetektor 5 gerichtete Strahlung zerhackt wird, wobei sich die Lage des Strahlendurchtrittspunkts auf dem Zerhacker 46 radial verschiebt. Der Schlitz 49 in der Deckplatte 47 des Heizraums erstreckt sich in der

ίο Radialrichtung des Drehtellers 28 und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Drehtellers 28 ist eine andere als die des Zerhackers 46. Infolgedessen erhält man auf dem Drehteller eine unbegrenzte Zahl von Erfassungspunk ten. In F i g. 9 ist eine Abänderung dargestellt, bei der ein Strahlungsdetektor 5 Abtastbewegungen ausführt, womit eine radiale Verschiebung des Strahlenerfassungspunkts auf dem Drehteller 28 bezweckt wird. Da hierbei die Zahl der Erfassungspunkte auf dem Drehteller 28 nicht nur in der Umfangsrichtung des Drehtellers sondern auch in radialer Richtung zunimmt, ist die Erfassungsgenauigkeit bei dieser Methode weiter erhöht. Der bei dieser Ausführungsform vorgesehene Strahlungsdetektor 5 ist ein Infrarotdetektor mit kleinem Einfallwinkel, da die Erfassungspunkte auf dem Drehteller 28 in ihrer Größe hinlänglich unter der des Nahrungsmittels 7 verbleiben müssen. Der Drehteller 28 besteht aus einem Metall mit geringem Emissionsvermögen, wie beispielsweise einer rostfreien Stahlplatte mit spiegelglatt polierter Fläche.

Eine Leistungsregelschaltung für den mit dem Infrarotdetektor versehenen Mikrowellenofen ist beispielhaft in Fig. 10 gezeigt, in der mit der Bezugszah

101 eine Stromquelle bezeichnet ist, mit der Bezugszah

102 ein Sicherheitsschalter und mit der Bezugszahl 103 eine Sicherung. Beim Schließen der Tür des Mikrowellenofens werden ein Türschalter 105 und ein Verriegelungsschalter 106 geschlossen und durch Schließen eines Hauptschalters 104 wird ein Gebläse motor 107 für den Ofenbetrieb betätigt. Beim Niederdrücken eines Schalters 109 für die Speisenzube reitung wird ein Kontakt eines Hauptrelais 108 geschlossen, worauf eine Signallampe 111 aufleuchte und eine Spannung über der Primärwicklung P eines Hochspannungstransformator 112 erscheint, so daß ein an die Sekundärwicklung S gelegter Hochfrequenzwel lengenerator 113 in den Oszillationszustand übergeh und die Spannungsversorgung eines Infrarotdetektors 110 über eine Tertiärwicklung T eingeleitet wird Erreicht die Temperatur des zu erhitzenden Objekts einen vorbestimmten Wert, so werden die Anschlüsse 0-0' des Infrarotdetektors 110 geöffnet und die Zubereitung wird unterbrochea In F i g. 11 ist dei Schaltungsaufbau des Infrarotdetektors gezeigt Eine von einem Infrarotfühlerelement 114 erzeugte gering« Spannung wird von einem Vorverstärker 115 mit hohei Eingangsimpedanz verstärkt und dessen Ausgang wire durch einen Widerstand 116 und einen Kondensator 113 integriert. Die integrierte Signalspannung wird mit Hilf« eines !Comparators 122 nut einer durch Widerstände

ho 119 und 120 sowie durch 'einen Temperatureinsteil widerstand 121 geteilten Spannung verglichen, unc wenn die Signalspannung höher ist, steuert eh Transistor 125, der über Widerstände 123,124 und 121 angeschlossen ' ist, eine Vierschichttriode 129 zun

Erregen eines Relais 128 zum öffnen seines normaler weise geschlossenen Kontakts 132 an. Eine Diode 13 ein Kondensator 133, ein Widerstand 131 und ein* Zenerdiode 130 stellen eine Gleichstrom-Konstantspan

nungsquelle dar und ein Widerstand 118 dient als Entladewiderstand.

In Fi g. 12 sind ein Ausgangssignal (a)des Vorverstärkers H5 und ein Plus-Eingangssignal (b) des Komparator 122 dargestellt. £ bezeichnet ein Voreinstellsignal für die Beendigung des Zubereitungsvorgangs, das an dem Minusanschluß ( — ) des Komparators 122 erscheint.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

erhitzenden Gut ausgehende Strahlung ihren Sätti- Patentanspruche: gungswert erreicht hat Trotz der Tatsache, daß hier das

1. Mikrowellenofen mit einem Heizraum, einem Kochgut unbeschadet seiner Wärmekapazität ausrei-Hochfrequenzgenerator zur Aussendung von Hoch- chend erhitzt wird, entspricht doch der hierbei von der frequenzzellen in den Heizraum, mit einer Infrarot- 5 Infrarotdetektoranordnung festgestellte und zur Abdetektoranordnung zur Überwachung der von dem schaltung des Hochfrequenzgenerators ausgenutzte zu erhitzenden Gut ausgehenden Strahlung und zur Sältigungswert häufig nicht den optimalen Zuberei-Ausnutzung des gewonnenen Meßwertes für Steuer- tungsbedingungen. Auch ist bei einer solchen Steuerung zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die keine Möglichkeit gegeben, das Kochgut auf eine Infrarotdetektoranordnung so ausgebildet ist daß io gewünschte höhere oder geringere Temperatur zu sie die von mindestens zwei Stellen innerhalb des erhitzen. Da schließlich der Infrarotdetektor auf die Ofenraums ausgehende Infrarotstrahlung sequen- Strahlungsmenge der von der gesamten Ofeninnenfläziell erfaßt und den von der höheren TemperaMr ehe abgestrahlten Infrarotstrahlung anspricht, schwankt ausgehenden Meßwert zur Abschaltung oder Res-- die Zubereitungstemperatur in Abhängigkeit von der lung des Hochfrequenzgenerators ausnutzt 15 Größe und Form des in den Heizraum eingestellten

2. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch Kochgutes. Das ist unerwünscht Ebenso unerwünscht gekennzeichnet, daß die Infrarotdetektoranordnuag ist es auch, daß der Infrarotdetektor auch auf die nicht eine Ztrhackeranordnung für die aufgenommenen vom Kochgut, sondern von den Heizraumwandungen Infrarotstrahlen enthält die aus zwei mit verschiede- ausgesandte Infrarotstrahlung anspricht

nen Geschwindigkeiten umlaufenden und parailel 20 Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerung des

zueinander angeordneten Blendenscheiben besteit Hochfrequenzgenerators durch die Infrarotdetektoran-

(F i g 5a, 5b). Ordnung so abzuwandeln, daß sie einwandfrei auf die

3 Mikrowellenofen nach Anspruch 2, dadurch Speisentemperatur und demnach die vom Kochgut

gekennzeichnet, daß die eine Blendenscheibe der abgegebene Strahlung anspricht, dabei aber der von cen

Zerhackeranordnung im wesentlichen radial verlau- 25 Heizraumwänden angegebene Strahlungsanteil aus^e-

fende Schlitze (23) und die andere Blendenscheibe schaltet wird, so daß die Ermittlung der Speisentempe-

eine Vielzahl von Löchern (24) aufweist ratur unabhängig davon ist, an welcher Stelle innerhalb

4. Mikrowellenofen nach Anspruch 3, dadurch des Heizraums das Kochgut angeordnet ist. Diese gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Löcher Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete auf der einen Blendenscheibe dem Abstand des 30 Erfindung gelöst Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in jeweiligen Loches vom Strahlungsdetektor propor- den Unteransprüchen angegeben.

tionalist ^Man erkennt, daß hier die von mindestens zwei

5. Mikrowellenofen nach Anspruch 2 oder einem Stellen innerhalb des Ofenraums ausgehende Infrarotder folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, strahlung nicht gleichzeitig, sondern sequenziell erfaßt daß der Infrarotdetektor mit der Zerhackeranord- 35 wird. Dadurch ist eine Unterscheidung möglich. Diese nung in einem gesonderten metallischen Hohlraum wird dazu ausgenützt, die Abschaltung oder Regelung an der Oberseite des Heizraums, vorzugsweise in der des Hochfrequenzgenerators von der jeweils höheren Mitte der Deckfläche des Heizraums angeordnet ist Temperatur abhängig zu machen. Die Feststellung der (P j g βλ Speisetemperatur wird damit, wie unten noch näher

6. Mikrowellenofen nach Anspruch 2 oder einem 40 erläutert wird, durch die Größe und Form des der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Kochgutes, sowie seine Anordnung im Heizraum η cht daß Kühlluft in den Zerhackerhohlraum eingelei'et mehr beeinflußt. Die Betriebsregelung de« Hochfreist quenzgenerators kann dabei unmittelbar in Abhängig-

7. Mikrowellenofen nach Anspruch 1 oder einem keit von der Speisungstemperatur oder von deren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 45 Änderungen erfolgen. Grundsätzlich ist nunmehr ein daß gegenüber dem Infrarotdetektor ein Metall- verfälschender Anteil der Strahlung von den Heizraumschirm (41) angeordnet ist. wänden nicht mehr zu befürchten und eine Regelung der

8. Mikrowellenofen nach Anspruch 1 oder einem Speisetemperatur nach Wunsch möglich.

der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden

daß die Infrarotdetektoranordnung die auszuwer- 50 Beschreibung.. In der Zeichnung ist die Erfindung

tenden Strahlungsquellen, von denen mindestens beispielsweise veranschaulicht Es zeigt

zwei vorgesehen sind, unter gleichen Raumwinkeln F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines pyroelektri-

_erf_aß_t sehen Infrarotdetektors in Verbindung mit einem im

9. Mikrowellenofen nach Anspruch 1 oder einem Rahmen der Erfindung vorgesehenen Zerhackers,

der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 55 F i g. 2 eine perspektivische Ansicht zur Veranschauhdaß sich das zu erhitzende und mittels der chung des im Rahmen der Erfindung in Anwendung Infrarotdetektoranordnung überwachte Gut auf kommenden Prinzips zur Ausschaltung von einem Drehteller (28) befindet. Temperaturansprechfehlern, die durch die von den

Heizraumwänden ausgesandte Strahlung hervorgeru-