DE2745307C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen durch Mikrowellenenergie zumindest
teilweise erhitzbaren Behälter für Lebensmittel mit einem
Heizkörper aus einem Trägerkörper und einem daran angeordneten
Mikrowellenabsorber.
Derartige Behälter dienen insbesondere als preiswerte erhitzbare
Versand- und Servierpackungen von Lebensmitteln.
Direktes Erhitzen von Lebensmitteln im Mikrowellenofen erteilt
diesem häufig einen feuchten durchweichten Charakter, oder,
falls das Lebensmittel ein Brotprodukt ist, nimmt es gelegentlich
lederartigen Charakter an und unterscheidet sich
deutlich von Produkten, die nicht im Mikrowellenofen erhitzt
wurden. Die Kruste einiger Produkte, wie beispielsweise von
Pizza, entwickelt ein ungewöhnliches Gefüge, das entweder
weich oder lederartig und jedenfalls nicht ansprechend ist.
Somit ist, während bei einigen Lebensmittelprodukten Weichheit
und Gefüge problematisch sind, die Unfähigkeit eines üblichen
Mikrowellenofens, Oberflächen zu bräunen, ein großer
Nachteil beim Erhitzen von Fleisch, Eiern, Brot oder Gemüse,
beispielsweise von klein geschnittenen Bratkartoffeln, Pommes
frites oder überbackenden Kartoffeln. Zur Lösung dieses Problems
wurden in den letzten Jahren Keramikschalen, die sich
im Mikrowellenofen erhitzen, vorgeschlagen. Derartige Schalen
oder Schüsseln sind relativ teuer, ziemlich schwer und müssen
ohne das Lebensmittel zunächst etwa 2 bis 5 Minuten vorgewärmt
werden. Behälter, die zum Bräunen oder Überbacken der
Oberfläche eines Lebensmittels vorgeschlagen wurden, können
in drei Gruppen eingeteilt werden.
Die erste Gruppe umfaßt Behälter, die einen elektrischen Widerstandsfilm,
gewöhnlich von etwa 0,00001 bis 0,00002 cm
Dicke auf der Oberfläche eines Nichtleiters, wie beispielsweise
einer Keramikschale, enthalten. Diese sind beispielsweise
in den US-Patenten 38 53 612; 37 05 054; 39 22 452 und
37 83 220 beschrieben. Aufgrund des Widerstands (I²R-Verlust)
wird Wärme erzeugt. Dieses System ist wegen seines Gewichts
und der Kosten der Schale sowie ihrer Zerbrechlichkeit nicht
als Wegwerfverpackung geeignet.
Die zweite Gruppe umfaßt Mikrowellenabsorber, die aus einer
Masse oder einem Bett aus Teilchen gebildet sind, die darin
heiß werden, wenn sie Mikrowellen ausgesetzt werden. Die Mikrowellen
absorbierende Substanz kann Ferrite, Kohlenstoffteilchen
oder dgl. aufweisen. Beispiele sind in den US-PSen
25 82 174; 28 30 162; 33 02 632; 37 73 669; 37 77 099; 38 81 027;
37 01 872 und 37 31 037 sowie der DE-PS 10 49 019 zu
entnehmen. So befaßt die US-PS 37 01 872 mit einem Gerät zur
Umwandlung von Mikrowellenenergie in Wärmeenergie unter Verwendung
eines Bettes mit absorbierenden Teilchen. Eine Lebensmittelverpackung,
die zum Erhitzen von Lebensmitteln in
Mikrowellenöfen geeignet ist, wird nicht vorgeschlagen.
Die dritte Gruppe umfaßt elektrische Leiter, wie beispielsweise
parallel angeordnete Stäbe, Becher oder Streifen, die
durch Erzeugung eines intensiven elektrischen Interferenzfeldmusters
wirken, das in benachbarten Lebensmitteln eine
Oberflächenerhitzung herbeiführt. Beispiele sind die US-PS 25 40 036;
27 15 52; 35 91 751; 38 57 009; 39 46 187 und 39 46 188.
Bei der Entwicklung von sogenanntem "Mikrowellengeschirr" für
die Erhitzung von Lebensmitteln in Mikrowellenöfen wurde beispielsweise
von Tanizaki im US-PS 37 83 220 vorgeschlagen,
auf einen elektrisch nicht leitfähigen Teller einen Mikrowellen
absorbierenden elektrisch leitfähigen Film anzubringen,
der die Oberfläche des Lebensmittels bräunt.
Der dort vorgeschlagene Bräunungsteller eignet sich für den
häufigen Wiedergebrauch und ist nicht als Einwegverpackung
geeignet.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine billige,
leichte und wegwerfbare Verpackung für Lebensmittel zum Erhitzen
in einem Mikrowellenofen zu schaffen, in der beim Erhitzen
die Oberflächen des Lebensmittels gebräunt werden können
und die auch zum Servieren und zum Versand des Lebensmittels
geeignet ist, die ausreichende Festigkeit aufweist und
sicher zu verwenden ist.
Die Aufgabe wird durch einen Behälter gelöst, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß der Heizkörper als bahnförmiges Verpackungselement
aufgebaut ist und der Behälter mindestens teilweise
aus dem Heizkörper besteht, wobei die Dicke des Mikrowellenabsorbers
so ausgewählt ist, daß eine Erhöhung der
Dicke zu einer Temperaturerhöhung entsprechend der umgewandelten
Mikrowellenenergie führt.
Durch die Auswahlmöglichkeit der Dicke des Mikrowellenabsorbers
kann jederzeit eine Einwegverpackung entsprechend dem zu
verpackenden Lebensmittel hergestellt und die Verpackung an
dessen Erfordernis angepaßt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Vorzugsweise enthält der Behälter gemäß der Erfindung eine
Mikrowellenabschirmeinrichtung, die das Lebensmittel zumindest
teilweise umgibt. Diese besteht zweckmäßigerweise aus
einer mit der Verpackung verbundenen Metallfolie, die zur
Steuerung der Mikrowellendurchlässigkeit und zum Abzug von
Wasserdampf mindestens eine Öffnung aufweisen kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Behälters ist das Heizelement ein Verbundlaminat
aus Mikrowellenabsorber und Träger, wobei der Absorber vorzugsweise
eine anstrichartige Schicht ist und der Träger aus
einer leitfähigen Metallfolie besteht. Der Absorber kann bevorzugt
mindestens zum Teil aus einem Eisenoxid, bevorzugt
Fe₃O₄ bestehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Lebensmittel
zwischen zwei Heizelementen angeordnet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße
Behälter eine Schale mit einem Deckel auf, wobei
die Schale in verschiedene Abteile für unterschiedliche
Lebensmittel unterteilt ist, und die einzelne Abteile in unterschiedlicher
Weise mit Heizelementen und Absorbern ausgerüstet
sind. Vorzugsweise ist auf dem Deckel eine Isolierung
zur Vermeidung von Wärmeverlust angebracht.
Die Erfindung liefert somit eine preiswerte Wegwerfverpackung
für Mikrowellenöfen bzw. einen Versand- und Servierbehälter
für Lebensmittel, bestehend aus einem Mikrowellenabsorber
oder Heizelement mit dielektrischem Verlustfaktor der bei Mikrowellenbestrahlung
heiß wird und mit einem in die Verpackung
eingebrachten Lebensmittelprodukt durch Wärmeleitung
verbunden ist.
Wärmeleitung bedeutet hier Wärmeleitung durch einen Feststoff
und Übertragung von Strahlungswärme durch elektromagnetische
Wellen sowie die Wärmeübertragung durch Luftkonvektion. Somit
ist, obgleich das Lebensmittel üblicherweise den Absorber
oder eine dazu angrenzende Schicht berührt, der Kontakt des
Lebensmittels mit demselben nicht immer wesentlich. Obwohl
das Lebensmittel gewöhnlich gekühlt ist, kann es gefroren
sein oder sich bei Raumtemperatur befinden. Absorber oder
Heizelement ist üblicherweise, aber nicht notwendigerweise,
eine Schicht oder Platte bzw. Bahn aus einem Material mit dielektrischem
Verlustfaktor, verbunden mit einer strukturellen
Trägerbahn, beispielsweise eine Metallfolie, insbesondere
Aluminiumfolie. Die Verpackung enthält bevorzugt eine Abschirmung,
üblicherweise aus einem elektrischen Leiter, um
die direkte Übertragung von Mikrowellenenergie in das Lebensmittelprodukt
um eine vorbestimmte Größe zu verringern. Die
Abschirmung kann aus einem Metallgitter oder einem Metallfoliendeckel
mit in der Größe angepaßten Öffnungen bestehen, um
eine vorherbestimmte und geregelte Menge direkter Mikrowellenenergie-
Übertragung in das Lebensmittelprodukt zu ermöglichen
oder, falls erforderlich, aus einer einzelnen, unperforierten
Bahn. Bei einigen Ausführungsformen sind einige Teile der
Verpackung von einem äußeren Behälterkörper umschlossen und
abgestützt, der aus halbfestem für Mikrowellen durchlässigem
dielektrischem Material gebildet ist, beispielsweise aus
Pappkarton, der ein Teil der Verpackung bildet. Der Absorber
erhitzt die angrenzende Lebensmitteloberfläche durch Leitung
auf eine ausreichend hohe Temperatur, um die Oberfläche
knusprig zu backen oder zu rösten, während, falls angewandt,
die direkte Aussetzung des Lebensmittels an Mikrowellen das
Innere erhitzt. Bevorzugt liegt die Dicke des Heizkörpers im
wesentlichen in dem Bereich, in dem Absorberstärke und Temperaturreaktion
positiv korrelieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Mikrowellenabsorberschicht eine Mindestdicke
auf, die für den gewünschten Bräunungszweck ausreichend
ist, ohne daß eine vorgewählte Gleichgewichtsbetriebstemperatur
überschritten wird.
Erfindungsgemäße Behälter können zum Transport und Verkauf
von Lebensmitteln sowohl zum Absatz in Einzelhandellebensmittelgeschäfte
als auch in Automaten verwendet werden. Sie können
für eine einzige Portion oder mehrere Lebensmittel in einem
einzigen Behälter in der Art eines Fertigmenüs (T. V. dinner)
verwendet werden.
Der Behälterkörper kann irgendein für Mikrowellen ohne Verlust
durchlässiges Material umfassen und ist gewöhnlich ein
Dielektrikum, wie beispielsweise Pappe oder ein anderes Cellulosematerial
oder auch Kunststoffharz, wie beispielsweise
Polyamid oder Polyesterharz mit der erforderlichen Wärmebeständigkeit.
Der Behälterkörper, beispielsweise eine Pappschachtel,
besitzt gewöhnlich Seiten - obere und untere Wände
- um das Nahrungsmittelprodukt zu umschließen und zu schützen.
Der zu Mikrowellenenergieverlust führende Absorber liegt vorzugsweise
in Form einer dünnen Bahn oder Schicht vor, die als
Heizelement dient und ist gewöhnlich Teil eines Heizelementverbundlaminats
bestehend aus einer Trägerbahn, die entweder
Mikrowellen durchlässig oder Mikrowellen undurchlässig sein
kann, beispielsweise einem keramischen Material oder ein Metallblech,
auf das der aktive Mikrowellenabsorber als relativ
dünne Schicht, wie ein Anstrich, aufgebracht ist. Als "anstrichartige
Schicht" wird hier ein Überzug mit einer kleinen
endlichen Schichtdicke bis zu einer Größenordnung von etwa
0,8 mm bezeichnet, der direkt mit der strukturellen Trägerschicht
verbunden ist und ausreichende Flexibilität besitzt,
um haftend mit der Schicht verbunden zu bleiben, wenn diese
gebogen oder deformiert wird. Wenn diese Schichtstruktur zur
Aufnahme des Lebensmittelprodukts verwendet wird, wird die
Energieabsorptionsschicht üblicherweise auf die dem Lebensmittel
gegenüberliegende Seite der strukturellen Trägerschicht
aufgebracht, so daß das Lebensmittel der strukturellen
Trägerschicht oder -folie benachbart liegt und diese üblicherweise
berührt. Die Geometrie und insbesondere die Dicke
des Mikrowellenabsorbers wird vorzugsweise in einem spezifischen
Bereich erhalten, um die Sättigung, d. h. die durch den
Erhitzer nach einem angegebenen Erhitzungszeitraum oder unbegrenzter
Erhitzung erreichte Gleichgewichtstemperatur zu
steuern. Es wurde festgestellt, daß die Dicke praktisch in
einem solchen Bereich liegen soll, in dem die Temperatur positiv
mit den Änderungen der Dicke korreliert, d. h. die Temperaturrelation
erhöht sich mit der Dickenzunahme. Die Abschirmung,
die die Mikrowellenübertragung auf das Lebensmittelprodukt
um einen geregelten Betrag verringert, wird einfach
in einer Schicht oder Laminat auf die Innenfläche des
Behälters aufgebracht. Sie ist vorzugsweise aus einem elektrisch
leitenden Material gebildet, wie beispielsweise einer
Metallfolie, wie Aluminiumfolie, und kann sich ändern.
Es können ein oder mehrere Mikrowellen absorbierende Heizelemente
eingesetzt werden. Bei Einsatz von zwei Heizelementen ist
es sinnvoll, eines am Deckel und eines am Boden des Lebensmittelproduktes
anzubringen, um sowohl die obere als auch die
untere Oberfläche zu überbacken oder zu bräunen.
Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, das Lebensmittelprodukt
vollständig mit einem Mikrowellen absorbierenden Heizkörper
zu umgeben. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei
Obstpasteten bzw. -Kuchen zweckmäßig.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung
näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines einen erfindungsgemäßen
Behälter enthaltenden Mikrowellenofens;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Verpackung nach Fig. 1
mit offenem Deckel, vergrößert;
Fig. 3 eine vertikale Querschnittsansicht entlang der Linie
III-III der Fig. 1, wobei die Verpackung geschlossen ist;
Fig. 4 einen stark vergrößerten Teilquerschnitt entlang der
Linie IV-IV der Fig. 2;
Fig. 5 einen vertikalen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 3 durch
eine weitere Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 einen Vertikalquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform;
Fig. 7 einen Vertikalquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform im Vertikalquerschnitt;
Fig. 9 eine Auftragung der Beziehung zwischen der Dicke des
zusammengesetzten Absorbers und der Oberflächentemperatur
nach Erhitzen über eine Minute; und
Fig. 10 eine grafische Darstellung der
Zeit/Temperaturcharakteristik für Absorber verschiedener Dicken.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen eine typische Anwendung der Erfindung
beim Transport, Erhitzen und Servieren einer einstückigen
Lebensmittelportion, beispielsweise einer Pizza.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Behälter in einem Mikrowellenofen
5 bekannter Konstruktion mit üblichen Regelvorrichtungen
6, wobei der Mikrowellengenerator 7 Mikrowellen,
bei der vorliegenden Einstellungen von 2450 MHz, erzeugt. Die
Erfindung kann jedoch bei allen Wellenlängen angewendet
werden, bei den Mikrowellen zum Erhitzen eingesetzt werden
können. Mikrowellen liegen üblicherweise im Bereich von 1000
bis 30 000 MHz. Die Wellen werden durch einen Leiter 8 zu
einem Mikrowellenofenhohlraum 9 geleitet, in dem sich der
Behälter 10 befindet.
Der Behälter 10 umfaßt einen äußeren Behälterkörper 12 aus
einem Mikrowellen durchlässigen, verlustfreien Material, wie
beispielsweise einem dielektrischen Bahnmaterial, beispielsweise
Pappe oder Kunststoff; mit vier Seitenwänden 14, 16, 18
und 20, die durch sich mittig erstreckende Eckfaltungen 22,
24, 26 und 27 verbunden und jeweils ein Paar gemeinsam herunterklappbarer
Flügel oder Laschen aufweisen, die auch entlang
einer Seitenkante zu einer angrenzenden Seitenwand aufklappbar
sind. Der Karton 12 enthält auch die einstückig mit diesem
ausgebildete Bodenwand 29 und die obere Wand oder Deckelwand
28 mit einem Vorsprung 30, der in geeigneter Weise, beispielsweise
durch Ankleben an der Seitenwand 20, nach dem
Schließen des Kartons befestigt werden kann, um den Deckel in
dieser Lage zu halten. Der Deckel 28 umfaßt auch ein Paar
Seitenflügel 32 und 34, die nach unten gefaltet sind und neben
den äußeren Oberflächen der Seitenwände 14 und 18 liegen.
Der Karton kann bei Anwendung für eine einzelne Pizzaportion
beispielsweise Abmessungen von 10 × 10 × 2,5 cm (4 × 4 × 1 inch)
aufweisen. Bei Verwendung von Pappe wird bevorzugt auf
einen Wert von 14 bis 18 gebleichte Sulfatpappe in Lebensmittelqualität
bevorzugt. Die Verpackung wird mit Cellophan oder
anderem flexiblem Schutzfolienmaterial 36 (Fig. 3) - es können
auch andere beliebige bekannte Verpackungsfolien, beispielsweise
Nylon, Polyester, Polystyrol, Wachspapier und dgl.
eingesetzt werden - umhüllt, wobei die Umhüllung 26 zum
Schutz der Verpackung während der Lagerung verwendet wird und
vor dem Einbringen des Behälters in den Mikrowellenofen entfernt
wird.
An der Innenoberfläche der Deckenlasche 28 ist eine Abschirmung
aus einer elektrisch leitenden Metallfolie 38 angebracht,
die Aluminiumfolie von 0,009 mm (0,00035 inch) laminiert
mit Kraftpapier von 11,3 kg (25 pound) aufweist. Dieses
Laminat ist durch einen geeigneten Klebstoff mit der Innenoberfläche
des Deckels 28 verbunden. Die Abschirmung 38
schirmt in diesem Fall das in der Verpackung enthaltene Lebensmittelprodukt
nicht völlig vor Mikrowellenbestrahlung ab,
sondern wirkt vielmehr als partielle Abschirmung, die so ausgebildet
ist, daß der direkte Eintritt von Mikrowellenenergie
in das Lebensmittelprodukt gesteuert wird. Die das Lebensmittel
direkt erreichende Mikrowellenenergie ist geringer als
die Energie, die das Lebensmittel ohne Abschirmung erreichen
würde. Die Übertragung erfolgt durch Öffnungen 40 in vorherbestimmter
Größe. Beim Erhitzen werden Feuchtigkeits- bzw.
Wasserdampf durch die Öffnungen 40 ventiliert, dadurch wird das
Austreiben von Feuchtigkeit aus der Kruste ermöglicht und
diese wird knusprig. Ggf. können eine oder mehrere nicht gezeigte
Metallabdeckungen vorgesehen sein, um die Öffnungen 40
vor dem Erhitzen in beliebigem Ausmaß zu öffnen oder zu
schließen, um dadurch dem Verbraucher die Steuerung der Erhitzung
des Innenraumes zu ermöglichen. Gute Ergebnisse werden
bei Pizza mit 66 g in einem 1000-Watt-Ofen mit 4 Öffnungen
von jeweils 8 cm² (1¼ inch square), d. h. ein offener
Bereich von insgesamt etwa 32 cm² (5 square inches) erreicht,
während der Gesamtabschirmungsbereich 38 (einschließlich der
Öffnungen) etwa 135 cm² (21 squares inches) beträgt. Somit beträgt
der Bereich der Öffnungen etwa 25% des Abschirmungsbereichs;
jedoch können auch gute Ergebnisse mit einem viel
größeren Bereich offener Fläche erzielt werden, beispielsweise
können etwa 10 bis 75% der Abschirmung offen sein,
wenn direkte Mikrowellenerhitzung erwünscht ist. In einigen
Fällen, wie nachfolgend beschrieben, erfolgt keine direkte
Mikrowellenerhitzung des Lebensmittelproduktes; das Produkt
wird dann nur durch Leitung vom Wärmeabsorber erhitzt. Zur
Bestimmung der Größe der Öffnungen 40, d. h. des Abschirmungsausmaßes,
entscheidet man zunächst über das Ausmaß der Leitung
oder Oberflächenerhitzung, die notwendig ist, und bestimmt
die Dimensionen und Zusammensetzung der Heizkörperverbundstruktur
42. Die Größe der Öffnungen 40 (oder bei anderen
Ausführungsformen, beispielsweise der in Fig. 8, ohne Öffnungen;
die Größe der Abschirmung selbst) wird dann vergrößert
oder verkleinert, bis die vorherbestimmte innere Erwärmung
durch direkte Mikrowellenenergieübertragung ohne Verbrennung
oder Trocknen des Inneren erreicht wird. Dies erfolgt am besten
empirisch. So werden, wenn das Produkt an der Innenseite
nicht ausreichend warm ist, die Öffnungen 40 vergrößert,
falls es jedoch zu warm oder verbrannt ist, die Öffnungen 40
verkleinert. Im Allgemeinen wird die Größe der Öffnungen 40
oder die Größe der Abschirmung selbst, wenn keine Öffnungen
verwendet werden, durch die Art des Nahrungsmittels, seine
Zusammensetzung, die Menge des im Nahrungsmittel enthaltenen
Wassers dadurch bestimmt, ob das Nahrungsmittel gefroren, gekocht
oder roh ist etc. Bemerkenswerterweise nimmt dann, wenn
die auf das Nahrungsmittel direkt übertragene Mikrowellenenergie
erhöht wird, indem beispielsweise Öffnungen 40 vergrößert
werden, die zu dem Absorber geführte Energiemenge und
die Leitungswärme ab. Die angegebenen Dimensionen und Größen
der Öffnungen sind lediglich beispielhaft zu sehen.
Im beschriebenen Karton ist eine Abstandshalteeinrichtung
vorgesehen, beispielsweise ein Wellpappenbogen mit offener
Oberfläche oder ein anderes geeignetes, Mikrowellen durchlässiges
Material 41 in einer Größe, um leicht in den Kartonboden
eingepaßt zu werden. Auf dieser Abstandshalteeinrichtung
ist ein Heizkörper 42 angeordnet. Der Heizkörper 42 ist ein
Verbundmaterial oder Laminat wie am besten aus den Fig. 2
und 3 ersichtlich, das aus einer oberen strukturellen Trägerschicht
44 mit hoher Festigkeit und ausreichender Wärmebeständigkeit,
um die in Betracht kommende Temperatur auszuhalten,
beispielsweise Aluminium-, Kupfer-, Messing- oder Keramik-
oder Glimmerfolie, Portlandzement oder Grips und einem
Absorber 46 besteht, der irgendeine bekannte geeignete Mikrowellen
absorbierende Substanz mit Verlustfaktor, die bei Mikrowellenenergiebestrahlung
eine Temperatur von über 100°C
(212°F) erreicht, entweder alleine oder in Kombination mit
ein oder mehreren Verdünnungsmitteln und Bindern einsetzt. Es
ist wichtig, daß der Heizkörper 42 flexibel oder halbflexibel
ist, so daß er leicht von Hand geformt oder gebogen werden
kann, ohne zu zerbrechen, obgleich die Absorberschicht 46
rissig werden kann. Diese Flexibilität macht ihn bruchbeständig,
selbst wenn er von einem harten Strahl getroffen wird -
im Gegensatz zum Verhalten einer starren Platte aus sprödem
Material.
Die Absorberschicht 46 ist relativ dünn, ähnlich einer Anstrichschicht.
Der Binder verbindet oder verklebt die Absorberteilchen
miteinander, um sie an ihrem Ort zu halten und
formt auch die Absorberschicht 46 zu einer festen Masse, wodurch
Funken- oder Bogenbildung zwischen den einzelnen Teilchen
vermieden wird. Die Binderfunktion kann durch irgendeinen
geeigneten Klebstoff oder eine feste Matrix erfolgen, die
gegenüber den angewendeten Temperaturen beständig ist, wie
beispielsweise Portlandzement, Gips, Natriumsilicat und dgl.
Die Absorberschicht 46 muß nicht kontinuierlich sein, d. h.
daß sie aus zwei oder mehreren Streifen oder Bändern bestehen
kann oder auch Öffnungen aufweisen kann. Der Mikrowellenabsorber
sollte vorzugsweise einen ausreichenden Verlustfaktor
aufweisen, um Temperaturen über 149°C (300°F) zu erreichen,
wobei der Bereich von 204 bis 427°C (400 bis 800°F) besonders
bevorzugt ist. Jede bekannte Mikrowellen absorbierende
Substanz mit Verlustfaktor kann verwendet werden, falls sie
dazu befähigt ist, sich auf Temperatur von über 100°C (212°F)
zu erhitzen, um dadurch die im Nahrungsmittel vorhandene
freie Feuchtigkeit zum Sieden zu bringen. Das Mikrowellen absorbierende
Material kann ggf. temperaturvariabel sein, wie
in der US-PS 28 31 162 beschrieben.
Jede geeignete Substanz mit Verlustfaktor, die in der Masse
auf über 100°C (212°F) in einem Mikrowellenofen erhitzt wird
(im Gegensatz zu einem Widerstandsfilm) kann als aktiver
Heizbestandteil der Absorberschicht 46 verwendet werden. Die
Materialien können im wesentlichen in vier Gruppen aufgeteilt
werden:
1. Halbleiter, beispielsweise Zinkoxid, Germaniumoxid, Bariumtitanat und dgl.
Zweite Gruppe: ferromagnetische Materialien mit einer Curie- Temperatur von über 100°C (212°F) einschließlich Eisenpulver, einige Eisenoxide und Ferrite, wie beispielsweise Bariumferrit, Zinkferrit, Magnesiumferrit, Kupferferrit oder irgend andere üblicherweise eingesetzte Ferrite und andere geeignete ferromagnetische Materialien und Legierungen, wie beispielsweise Legierungen von Mangan, Zinn und Kupfer oder Mangan, Aluminium und Kupfer und Isolierungen von Eisen und Schwefel, wie beispielsweise Pyrrhotit in hexagonaler Kristallform und dgl. Andere Materialien können Siliciumcarbid, Eisencarbid, Strontiumferrit und dgl. sein. Andere geeignete Materialien sind Oxide der Periode VIII des periodischen Systems der Elemente, wie beispielsweise Chromoxid, Kobaltoxid, Manganoxid, Samariumoxid, Nickeloxid und dgl. Bevorzugt ist pulverförmiges und granuliertes Fe₃O₄, das aus Taconit erhältlich ist oder Gemische von pulverförmigen und granuliertem Fe₃O₄. Eine vierte Gruppe umfaßt dielektrische Materialien, wie beispielsweise Asbest, bestimmte Brennziegel, Kohle und Graphit.
1. Halbleiter, beispielsweise Zinkoxid, Germaniumoxid, Bariumtitanat und dgl.
Zweite Gruppe: ferromagnetische Materialien mit einer Curie- Temperatur von über 100°C (212°F) einschließlich Eisenpulver, einige Eisenoxide und Ferrite, wie beispielsweise Bariumferrit, Zinkferrit, Magnesiumferrit, Kupferferrit oder irgend andere üblicherweise eingesetzte Ferrite und andere geeignete ferromagnetische Materialien und Legierungen, wie beispielsweise Legierungen von Mangan, Zinn und Kupfer oder Mangan, Aluminium und Kupfer und Isolierungen von Eisen und Schwefel, wie beispielsweise Pyrrhotit in hexagonaler Kristallform und dgl. Andere Materialien können Siliciumcarbid, Eisencarbid, Strontiumferrit und dgl. sein. Andere geeignete Materialien sind Oxide der Periode VIII des periodischen Systems der Elemente, wie beispielsweise Chromoxid, Kobaltoxid, Manganoxid, Samariumoxid, Nickeloxid und dgl. Bevorzugt ist pulverförmiges und granuliertes Fe₃O₄, das aus Taconit erhältlich ist oder Gemische von pulverförmigen und granuliertem Fe₃O₄. Eine vierte Gruppe umfaßt dielektrische Materialien, wie beispielsweise Asbest, bestimmte Brennziegel, Kohle und Graphit.
Bei den ferroelektrischen und ferromagnetischen Materialien
wurde gefunden, daß allgemein der Curie-Punkt oberhalb oder
gleich der zu erreichenden Maximaltemperatur liegen muß. Somit
muß der Curie-Punkt, wenn die erwünschte Temperatur 260°C
(500°F) beträgt, wenigstens 260°C (500°F) sein. Es können etwas
höhere Temperaturen erreicht werden, wenn die dielektrische
Absorption Nalaß zu weiterem Temperaturanstieg gibt. Relativ
hohe magnetische und dielektrische Konstanten verbessern
die Heizfähigkeit des Materials und tragen durch Verringerung
der Masse des Heizmaterials zur Erzielung eines dünnen
Fertigproduktes bei, das zur Erzielung der gegebenen Temperatur
notwendig ist. Die erreichte Endtemperatur ist im allgemeinen
in dreierlei Hinsicht begrenzt. Erstens durch den Curie-Punkt
des aktiven Heizmaterials, da unterhalb des Curie-Punkts
das Material Mikrowellenenergie absorbiert und oberhalb
dieser Temperatur des Materials seine magnetische Eigenschaften
verliert und sich nicht länger erwärmt. Zweitens durch
den Prozentgehalt an aktivem Mikrowellen absorbierenden Material
im Gemisch und drittens durch die Menge oder Masse des
Mikrowellen absorbierenden Materials insbesondere durch die
Dicke der Absorberschicht 46. Keramisches Tonmaterial trägt,
obwohl es selbst keinen starken Verlustfaktor besitzt, falls
es ein Teil der Heizschicht 46 ist, in gewissem Ausmaß zur
erzeugten Wärme bei. Andere Beispiele sind Silicate und ähnliche
Gläser.
Die Trägerschicht 44 sollte relativ preiswert, wärmeresistent,
korrisionsbeständig, nicht toxisch gegenüber Nahrungsmitteln
sein und eine gewisse strukturelle Festigkeit liefern.
Bei Einsatz von Aluminium besteht sie vorzugsweise aus
einer Folie von etwa 25 bis 76 µ (1 bis 3 mil.) Dicke. Der
Absorber ist vorzugsweise an der Außenseite angeordnet, d. h.
an der dem Nahrungsmittelprodukt gegenüberliegenden Seite der
Trägerschicht 44. Aluminiumfolie dient, wenn sie innen angeordnet
ist, zwei Zwecken. Sie ist ein struktureller Träger
für den Absorber und wirkt auch als saubere Backoberfläche,
um Verunreinigungen des Nahrungsmittelprodukts durch den Absorber
zu verhindern. Obgleich Metall bevorzugt wird, kann
die Trägerschicht 44 auch aus einem Nichtmetall bestehen, wie
beispielsweise einem nicht metallischen Material oder einer
auf der Oberfläche der Absorberschicht 46 aufgeschmolzenen
dünnen Glasur aus keramischem Material. Da der Heizkörper 42
Temperaturen von 260 bis 316°C standhalten muß (500 bis
600°F), besitzt eine derartige Struktur nicht die Festigkeit
eines Verbundmaterials mit Metallschicht und ist zerbrechlich
und teuer. Wenn das strukturelle Trägermaterial 44 nicht metallisch ist,
ist es bevorzugt, ein temperaturbeständiges, mineralisches
Material oder keramisches Material zu verwenden,
das zu einer homogenen Platte entweder mit oder ohne Verstärkung,
beispielsweise ein Metallgitter, metallische oder mineralische
Fasern, Glasfasern und dgl. zur strukturellen Festigkeit
geschmolzen ist. Metalle werden weitgehend gegenüber
Keramik und Glas aufgrund ihrer relativen Zähigkeit, Flexibilität
oder Biegbarkeit und Bruchbeständigkeit bevorzugt.
Folglich wird weniger Material als bei Verwendung eines
Nichtmetalls für die Trägerschicht 44 benötigt. Eine vierte
Gruppe umfaßt Kombinationen obiger Materialien oder die obigen
Materialien vermischt mit Mikrowellen durchlässigen Materialien
vermischt mit Mikrowellen durchlässigen Materialien
ohne Verlustfaktor, wie beispielsweise Mineralien,
einschließlich Perlit, Sand, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid
oder dgl., die als inerte Füllstoffe wirken, um die Heizgeschwindigkeit
zu verlangsamen und die Schicht zu verfestigen.
Die Auswahl des zu verwendenden Materials mit Verlustfaktor
hängt von einer Reihe von Faktoren ab, von denen die wichtigsten
die Heizwirksamkeit; die zu erreichende Endtemperatur;
die Wärmestabilität oder Beständigkeit gegenüber Rißbildung
oder anderen zerstörenden Faktoren, wie das Fehlen von Funken-,
Bogenbildung und dgl. sind. Wenn Fe₃O₄ als hauptsächlicher
Wärmeabsorber verwendet wird, ist beispielsweise eine
Zusammensetzung mit 37 g aus Taconit enthaltenem Fe₄O₄; 37 g
Sand und 11,5 mm eine Lösung aus 2,5 Teilen Natriumsilicat
auf 1 Teil Wasser geeignet. Sand und pulverförmiges Fe₃O₄
werden vermischt, die Natriumsilicatlösung zugegeben und
gleichmäßig vermischt. Das feuchte Gemisch wird durch Bürsten,
Walzen oder dgl. auf ein Aluminiumblech mit 76 µ zu einer
Schichtdicke von 0,76 mm (0,030 inches) aufgebracht. Das
die Schichten 44 und 46 umfassende Laminat wird dann auf etwa
93°C (200°F) über 2 Std. oder bis zur Trockene erhitzt, wobei
die Kanten gehalten werden, um Deformation zu verhindern. Das
so erhaltene Laminat ist sehr leicht, flexibel in dem Sinne,
daß es leicht von Hand gebogen werden kann und stabil und
fest genug, um Transport und Lagerung zu überstehen. Es ist
gegenüber Nahrungsmittelsubstanzen nicht toxisch und erhitzt
die Oberfläche des Aluminiumfolie berührenden Nahrungsmittels
auf 316°C (600°F) oder mehr. Während der Trocknung der Überzugsschicht
46 verdampft der größte Teil des Wassers, so daß
die fertige trockene Masse etwa 37 g Fe₃O₄, 37 g Sand und
etwa 5 g Natriumsilicat enthält.
Der Abstandhalter 41 kann aus vielen Mikrowellen durchlässigen
Gegenständen gebildet werden, wie beispielsweise Wellpappe
mit offener Oberfläche. Andere geeignete Materialien
sind ein oder mehrere Teile aus Perlit, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid,
Glas, Glasfaser und dgl. Bei Verwendung von Perlit
kann dieser aus pulverförmigem, mit Natriumsilicat in einer
dem Fachmann bekannter Weise verbundenen pulverförmigen Perlit
hergestellt werden. Der Abstandshalter 41 hält den Absorber
42 bevorzugt 6,3 mm (¼ inch) oder mehr von der unteren
Oberfläche des Ofenhohlraums getrennt, um eine wirksame Ankupplung
der Mikrowellenenergie mit dem Wärmeabsorber herbeizuführen.
Auf den Heizkörper 42 ruht ein Nahrungsmittelprodukt 43, beispielsweise
eine viereckige Pizza oder irgendein anderes Nahrungsmittel,
eingeschlossenen Pommes frites, kleingeschnitzelte
geröstete Kartoffeln, Zwiebelringe, zu toastendes Käsesandwich,
Obstpastetenschnitte, Fleisch und dgl. Obwohl eine Berührung
zwischen dem Nahrungsmittel und dem Laminat 44 und 46
zweckmäßig ist, ist diese nicht wesentlich, da Wärme durch
Strahlung oder Konvektion anstelle von Leitung aus dem Verbund-
Heizkörper an das Nahrungsmittel übertragen werden kann.
Das Nahrungsmittel wird in der Fabrik in die Verpackung 10
eingebracht und bei einer beliebigen Temperatur gefroren oder
nicht gefroren versandt und kann entweder im gefrorenen oder
nicht gefrorenen Zustand in den Ofen 5 gebracht werden. Wenn
das Nahrungsmittel erhitzt werden soll, wird die Umhüllung 36
unter Öffnen der Öffnungen 40 entfernt. Die Verpackung wird
dann in den Mikrowellenofen gebracht, und wenn Mikrowellenenergie
in die Kammer 9 über die Leitung 8 gebracht wird,
tritt eine vorbestimmte gesteuerte Mikrowellenenergiemenge
durch die Öffnungen 40 in die Verpackung, wird direkt durch
das Nahrungsmittelprodukt 43 aufgenommen und erhitzt es völlig.
Die übrige Mikrowellenenergie erhitzt den Absorber 46
und wird durch Leitung durch die Aluminiumfolienschicht 44
zum Boden des Nahrungsmittelproduktes unter Bräunen oder
Knusprigmachen des Bodens der Kruste geführt. Dieses Vorgehen
erweist sich als höchst wirksam zur Beseitigung des weichen
oder lederartigen Charakters, der bei einfachem Erhitzen des
Nahrungsmittelproduktes in einem Mikrowellenofen beobachtet
wird. Eine Pizza von 66 g muß in einem 1000-Watt-Ofen etwa
105 sec und 180 sec bei einer Pizza von 264 g erhitzt werden.
Die direkt gesteuerte Mikrowellenübertragung durch die Öffnungen
40 ermöglicht es, daß das Innere des Nahrungsmittelproduktes,
ohne verbrannt oder getrocknet zu werden erhitzt
wird. Der Absorber erreicht typischerweise eine Temperatur
von 260 bis 370°C (500 bis 700°F), bevorzugt im Bereich von
316°C. Aufgrund der relativ geringen Materialmenge in der
Wärmeabsorptionsschicht 46 und niedrigen Kosten der Bestandteile
ist der Behälter sehr preiswert und kann wegwerfbar
sein. Außerdem sorgt die geringe Masse des Erhitzers, daß er
sehr schnell auf die Temperatur des Nahrungsmittelproduktes
43 bei Abschalten des Stroms abkühlt, wodurch die Gefahr,
sich die Finger zu verbrennen, verringert wird. Die Mikrowellen
absorbierende Heizoberfläche liefert ausreichend Wärme,
um die Oberfläche des Nahrungsmittelgegenstandes zu rösten,
zu überbacken oder zu toasten, ohne andere Teile der Verpackung
zu verbrennen oder man sich die Hände, wenn die Verpackung
geöffnet wird, verbrennt.
Es wurde festgestellt, daß die Geometrie und insbesondere die
Dicke der Heizkörper-Verbundstruktur 42 und der Absorberschicht
46 ein wichtiger Faktor für die erfolgreiche Anwendung
der Erfindung ist. Bei der Entwicklung der Erfindung
wurde festgestellt, daß, wenn die Dicke der Absorberschicht
46 ausgehend von einer kleinen endlichen Dicke, in typischer
Weise im Bereich von 2,5 bis 0,4 mm (0,1 bis 0,016 inches)
erhöht wird, wodurch sich auch die Dicke des Heizkörpers 42
erhöht, die Endtemperatur nach einem bestimmten Erhitzungszeitraum
zuerst ansteigt, also mit Veränderung der Dicke positiv
korreliert, jedoch dann in überraschender Weise abfällt,
nachdem eine gewisse kritische Dicke erreicht ist und
dann mit der Heizschichtdicke negativ korreliert.
Aus Fig. 9 ergibt sich die Beziehung zwischen der Dicke des
Heizkörpers 42, d. h. der Aluminiumschicht 44, und der Absorberschicht
46 und der Oberflächentemperatur nach Erhitzen
über 1 Minute im Mikrowellenofen.
In beiden Fig. 9 und 10 bestand die Schicht 46 zu 50% aus
Fe₃O₄ mit einer Siebkorngröße von -44 µ (-325 mesh) und 50%
Fe₃O₄ mit einer Siebkorngröße von -590 +44 µ (-30 + 325 mesh),
die miteinander gleichmäßig vermischt und als anstrichartige
feste Schicht mit einem Aluminiumblech von 76 µ
(3 mil.) mit einem Binder aus einer Natriumsilicatlösung (2,5
Teile Natriumsilicat auf 1 Teil Waser), wobei zu 11,5 ml Natriumsilicatlösung
je 74 g Eisenoxid zugegeben wurden, verbunden
wurde. Die in den Fig. 9 und 10 erläuterten Heizversuche
wurden in einem 1000-Watt-Litton-70/30-Ofen durchgeführt.
Die hier angegebenen Teilchengrößen (mesh) sind in US-
Siebgrößen ausgedrückt. Sämtliche Mengen und Verhältnisse
sind hier auf das Gewicht bezogen, falls nicht anders angegeben.
Die Proben, die die Wärme ohne Rißbildung oder Schädigungen
aushielten, enthalten Teilchen unterschiedlicher
Größen. Daher werden Materialien mit mehr als einer Teilchengröße
bevorzugt.
Die bevorzugte Dicke des Heizkörpers - gleichgültig, ob eine
Verbundplatte oder ein Mikrowellen absorbierender Heizkörper
ohne Verbundstruktur - liegt im wesentlichen auf dem ansteigenden
Teil der Temperaturansprechcharakteristik der Kurve
der Fig. 9, d. h. von einer kleinen endlichen Dicke links bis
im wesentlichen zur maximalen Temperaturansprechcharakteristik.
In diesem allgemeinen Bereich nimmt die Temperatur als
Funktion der ansteigenden Dicke zu, d. h. sie korreliert positiv.
Das Wort "im wesentlichen" bedeutet hier nicht mehr als
ein Drittel größer als die Dicke, die die maximale Temperaturansprechcharakteristik
erzeugt. Somit erstreckt sich beispielsweise
in Fig. 9 der Betriebsbereich vom unteren Ende
der Kurve zur Linken aufwärts bis zu 2,4 mm (3/32 inches),
der maximalen Temperaturansprechcharakteristik, plus ein
Drittel von 2,4 mm (3/32 inches) oder ein Achtel von 25 mm (1 inch).
Bei Dicken in dem Bereich treten die nachfolgenden
Vorteile auf: Erstens ist die Masse des Wärmeerzeugers und
damit seine Kosten so niedrig wie möglich. Zweitens wird das
Verbundmaterial 42 flexibler und bruchbeständiger, da die
Schicht 46 besser durch die Schicht 44 abgestützt ist. Drittens
kühlt es praktisch unmittelbar auf die Temperatur des
Nahrungsmittels ab, wenn es aus dem Ofen entnommen wird, wodurch
die Wahrscheinlichkeit, sich die Finger zu verbrennen,
vermindert wird. Schließlich wird die Oberfläche des Nahrungsmittels
mit größerer Geschwindigkeit erhitzt. Dies ergibt
sich am besten aus dem Vergleich der Kurven in Fig. 10,
wo die Erhitzungszeit im Ofen gegen die Temperatur bei vier
verschiedenen Verbundmaterialdicken aufgetragen ist.
Es ist erfindungsgemäß zweckmäßig, die Endgleichgewichtstemperatur
des Erhitzers zu steuern, d. h. durch Begrenzung der
Dicke des Überzugs 46 das Überschreiten einer vorherbestimmten
Maximaltemperatur zu verhindern. Wie aus Fig. 10 ersichtlich,
können Laminat von 3,2 und 1,6 mm Dicke (⅛ und ¹/₁₆ inch)
427 bzw. 482°C (800°F oder 900°F) erreichen. Wird jedoch
die Dicke auf 0,8 mm (¹/₃₂ inch) beschränkt, wird ein
Temperaturmaximum von 316°C (600°F) erreicht. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform ist die Dicke der Wärme absorbierenden
Schicht die Mindestdicke, die die ausgewählte Gleichgewichtstemperatur
erreicht, aber nicht überschreitet. Falls
die Temperatur des Absorbers beim Ausschalten des Ofens nach
Fertigstellen des Nahrungsmittels noch ansteigt, wird diese
Form nicht eingesetzt. Obgleich diese Ausführungsform bevorzugt
ist, ist sie nicht wesentlich, da auch das Ausschalten
des Ofens zum richtigen Zeitpunkt eine Überhitzung verhindert,
jedoch weniger sicher und zuverlässig ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 eine weitere
Ausführungsform der Erfindung erläutert, wobei die Bezugszeichen,
die bereits in Fig. 1 bis 4 verwendet wurden, entsprechende
Teile bezeichnen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, wird der
Abstandshalter 41 nicht eingesetzt. Stattdessen werden mehrere
Abstützungen 50, hier vier (hier ist nur eine gezeigt)
vorgesehen, von denen jede aus einem Vorsprung oder Lasche
besteht, die dadurch hergestellt wird, daß ein halbkreisförmiger
Schnitt in die Bodenwand 29 der Schachtel 10 jeweils in
Nähe der Ecken angebracht wird. Jede der sich ergebenden Vorsprünge
oder Laschen wird hochgestellt, wodurch die Ecken des
Heizkörpers 42 und Nahrungsmittelproduktes 43 abgestützt werden.
Die Verpackung nach Fig. 5 ist weniger aufwendig als die
der Fig. 1 bis 4, da das Wellmaterial des Abstandshalters 41
weggelassen wurde.
Fig. 6 erläutert eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Ein Behälter 60 zur Erhitzung durch Mikrowelle umfaßt einen
äußeren Behälterkörper 62 aus Pappe mit vier senkrecht rechtwinkelig
zueinander angeordneten Seitenwänden, von denen lediglich
drei 64, 66 und 68 gezeigt sind, und an ihren Kanten,
entweder mit oder ohne sich nach innen erstreckender Eckfaltungen,
wie oben in Verbindung mit der Fig. 1 bis 4 beschrieben,
verbunden sind. Bei 70 ist ein Deckel 69 aufklappbar zur
oberen Kante der Wand 64 mit einer heruntergeklebten Lasche
72, um den Deckel vor dem Öffnen in seiner Stellung zu halten,
dargestellt. In der Verpackung nach Fig. 6 sind zwei
parallele vertikal mit Abstand zueinander angeordnete Laminate
42, die den in Fig. 4 beschriebenen ähneln. Ggf. kann
das Laminat 42 eine höhere Absorberkonzentration der Schicht
46 enthalten oder dicker sein, um etwa die gleiche Temperatur
wie im unteren Verbundmaterial im etwas weniger konzentrierten
Feld am oberen Teil der Verpackung zu erreichen. Ein Laminat
wird unter das Nahrungsmittel 43 gebracht, wobei die
Aluminiumschicht 44 in Kontakt mit der unteren Nahrungsmittelfläche
nach oben gerichtet ist, und das andere wird über
das Nahrungsmittel gelegt und ruht auf diesem, wobei die Aluminiumschicht
44 in Kontakt mit der oberen Nahrungsmitteloberfläche
nach unten gerichtet ist. Das untere Laminat 42
kann in geeigneter Weise, beispielsweise durch Pappvorsprünge
74, die sich von den Seitenwänden 64 und 68 nach innen erstrecken,
abgestützt sein. Es ist ersichtlich, daß die Wände
64 und 68 sich etwas über das Laminat 42 hinaus nach unten
erstrecken, wodurch das Verbundmaterial 42 in einem vorherbestimmten
Abstand, beispielsweise bei 6,3 mm (¼ inch) über
dem Boden der Ofenkammer während des Erhitzens abgestützt
ist. Mit der äußeren Oberfläche jeder Seitenwand einschließlich
der Wände 64 bis 68 ist eine Abschirmung verbunden, die
einen Streifen aus elektrisch leitendem Material umfaßt, beispielsweise
Aluminiumfolie 76, der sich rund um den Karton
erstreckt, der das Nahrungsmittelprodukt 43 umgibt. Der
Streifen 76 schirmt gemeinsam mit den Laminaten 42 das Nahrungsmittelprodukt
vollständig vor direkter Mikrowellenenergiestrahlung
ab, so daß das Erhitzen in diesem Beispiel nur
durch Leitung über das Verbundmaterial erfolgt. In diesem
Fall dient das untere Verbundmaterial 42 als Behälterboden.
Das Nahrungsmittelprodukt umfaßt hier jede Art von Nahrungsmittel,
das normalerweise sehr wenig im Inneren gebacken ist
oder vorgebacken ist, so daß nur äußeres Überbacken oder
Bräunen notwendig ist. Beispiele sind rohes Ei, gegrilltes
Käsesandwich aus 2 Schichten Brot mit dazwischen angeordneter
Käseschicht; ein Speck-, Salat-, und Tomatensandwich oder
dgl. Wenn das Nahrungsmittelprodukt rohes Ei aufweist, kann
das Ei durch einen Ring oder Streifen aus Papier (nicht gezeigt)
oder anderes Material umgeben werden, um zu verhindern,
daß sich das Eiweiß ausbreitet. Wenn diese Nahrungsmittel
in einer derartigen Verpackung gebacken worden sind, ergeben
sich überraschende Vorteile. Bei Speck-, Kopfsalat- und
Tomatensandwich wird die Außenseite des Brots getoastet und
heiß, währen der Kopfsalat und die Tomaten frisch und fest
bleiben und nicht gekocht oder gebacken, schlaff oder schleimig
werden, was dann der Fall wäre, wenn es nur in dem Mikrowellenofen
gebracht und gebacken würde. Bei gegrillten Käsesandwiches
wird das Brot getoastet und der Käse erwärmt oder
leicht geschmolzen, während, wenn er allein erhitzt wird, der
Käse äußerst heiß wird und das Brot weich. Ein rohes Ei kann
unter Verwendung der Verpackung von Fig. 6 gebacken werden
und hat dann die Eigenschaft eines gewöhnlichen gebackenen
Eies, während, wenn es alleine im Mikrowellenofen gebacken
wird, in etwa einem pochierten Ei ähnelt. Ggf. kann der Folienstreifen
76 weggelassen werden, um den Eintritt einer geregelten
Menge Mikrowellenenergie in das Nahrungsmittel zu ermöglichen,
um das Innere zusätzlich zu der durch die beiden
Verbundbahnen 42 herbeigeführten Oberflächenerhitzung zu erhitzen.
Die Modifikation ist bei einer Vielzahl von Nahrungsmitteln
geeignet, wie beispielsweise mit Schlagteig überzogene,
vorgebackene Fischfilets, kleingeschnitzelte geröstete
Kartoffeln und dgl.
Fig. 7 erläutert eine weitere Form der Erfindung, in der eine
Versand-, Heiz- und Servierpackung 80, die besonders gut zum
Erhitzen von Obstpasteten geeignet ist, mit einem Behälterkörper
82 mit einer oberen Wand oder einem Deckel 84 und einer
unteren Wand in Trogform oder eine Pfanne 86. Sowohl
Deckel 84 als auch Pfanne 96 sind aus irgendeinem der bereits
im Zusammenhang mit dem Verbundmaterial 42 beschriebenen Materialien
hergestellt, außer, daß die Trägerschicht 44 eine
elektrisch leitende Metallfolie oder Bahn sein muß. Somit umfaßt
die Pfanne 86 eine stumpfkegelige Seitenwand 88 und damit
einstückige gebohrte Bodenwand 90, die beide aus Aluminiumfolie
mit 25 µ (1 mil.) gebildet sind, an deren Oberfläche
eine 0,8 mm dicke Schicht (¹/₃₂ inch) einer Mikrowellen
absorbierenden Heizmasse 92 angebunden ist, die gleich der in
Verbindung mit den Fig. 1 bis 4
und 9 und 10 beschriebenen sein kann.
Der Deckel ist aus dem gleichen Laminat wie die Pfanne 86 gebildet.
Er umfaßt eine Metallfolie 91 und eine als Schicht 93
aufgebrachte Heizmasse. Der Deckel 84 besitzt eine Öffnung 94
mit einem Durchmesser von etwa 2,5 cm, um den Zutritt einer
vorherbestimmten gesteuerten Menge Mikrowellenenergie zur direkten
Erhitzung des Nahrungsmittels zu ermöglichen. Mit dem
Deckeloberteil 84 ist eine faserförmige Isolierschicht 96
verbunden, die entsprechend der Öffnung 94 mit einer Öffnung
98 versehen ist, um Zutritt der Mikrowellenenergie in das
Nahrungsmittelprodukt und das Entweichen von Feuchtigkeitsdampf
während des Backens zu gestatten. Die Isolierschicht 96
kann irgendein geeignetes auf dem Gebiet bekanntes Isoliermaterial
umfassen, wie beispielsweise mineralisches Isoliermaterial
einschließlich Aluminiumoxid, Perlit, Magnesiumoxid
mit oder ohne Verstärkungsfasern, beispielsweise Glas- oder
Asbestfasern und dgl. Es ist ersichtlich, daß die Metallfolienschicht
90 und 91 das Nahrungsmittel vollständig von der
Mikrowellenenergie abschirmen, außer der durch die Öffnung 94
eintretenden, sowie als Träger für die Heizmassenschichten 92
bzw. 93 dienen.
Die Verpackung 80 wird verwendet, indem Pastete, beispielsweise
Apfel-, Kirsch- oder Heidelbeerpastete, in der Fabrik in
die Pfanne 82 eingebracht wird, der Deckel 84 in die richtige
Lage gefaltet und die Isolierschicht 96 aufgebracht wird. Die
Pastete wird dann entweder im gefrorenen oder gekühlten Zustand
transportiert und kann, falls gefroren, entweder in üblicher
Weise oder in der ersten Erhitzungsstufe im Mikrowellenofen
5 aufgetaut werden. Das Erhitzen auf Serviertemperatur
erfolgt dadurch, daß die Packung in den Mikrowellenofen
gebracht und der Ofen solange betrieben wird, bis die Pastete
die richtige Temperatur erreicht hat. In einem 1000-Watt-
Ofen erfordert dies gewöhnlich etwa 5 Minuten vom gefrorenen
Zustand an. Im Gegensatz zu einer nur in einem Mikrowellenofen
erhitzten Pastete erhitzt die Verpackung 80 in wirksamer
Weise die Obstfüllung vorwiegend als Ergebnis der direkten
Mikrowellenerhitzung aufgrund der durch die Öffnung 94 eintretenden
Energie, während die Mikrowellen absorbierende
Pfanne und der Deckel den Krustenteil der Pastete knusprig
machen und ihr einen angenehmen Geschmack und angenehmes Gefüge
erteilen, das viel ansprechender ist, als das weiche Gefüge
einer nur im Mikrowellenofen erhitzten Pastete. Das Backen
in einem Nicht-Mikrowellenofen benötigt etwa 45 min. Der
Isolator 96 erwies sich als günstig zur Verhinderung von Wärmeverlust
aus dem Oberteil während und unmittelbar nach dem
Backvorgang. Wie bei anderen Ausführungsformen der Erfindung
ist der Behälter 80 sehr preisgünstig und kann als wegwerfbar
betrachtet werden. Darüber hinaus dient er zum Transport des
Nahrungsmittelproduktes, zu dessen Erhitzung und ggf. zum
Servieren desselben.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 eine weitere
Ausführungsform der Erfindung erläutert, die zum Transport,
Erhitzen und Servieren verschiedener Nahrungsmittel verwendet
wird, von denen lediglich eines auf der Oberfläche erhitzt
werden soll. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, sind jeweils eine
Schale 100 und ein Deckel 102 vorgesehen, die in der Draufsicht
im allgemeinen rechtwinklig sind, wobei die Kanten 104
und 106, die den Deckel 102 in seiner Stellung halten, bevor
das Nahrungsmittel serviert wird, einander angepaßt sind. Die
Schale 100 ist in drei Abteile durch Querrippen 108 und 110
unterteilt, die Nahrungsmittel 112, 114 und 116 enthalten.
Die Nahrungsmittel 112 und 114 können solche umfassen, die
gleichmäßig erhitzt werden sollen, wie beispielsweise gewürfelte
Karotten oder Kartoffelpüree. Das Nahrungsmittel 116
ist irgendeines der oben erwähnten Arten, die auf der Oberfläche
auf sehr hohe Temperatur erhitzt werden sollen. Das
Heizverbundmaterial 42 kann aus irgendeiner der oben beschriebenen
Zusammensetzungen bestehen. Es besitzt eine Trägerschicht
44, die dem Nahrungsmittel 116 zugewandt ist und
eine schichtförmige Mikrowellen absorbierende Absorberschicht
46, die mit der Trägerschicht 44, wie bereits beschrieben,
verbunden ist. Die Verbundstruktur 42 befindet sich auf einem
Abstandshalter 41, der wie oben beschrieben ist. Durch einen
geeigneten Klebstoff ist eine Abschirmung 118 mit der Innenoberfläche
des Deckels laminiert, die aus einem elektrischen
Leiter gebildet ist, hier einer Bahn aus gewebtem Metallgitter,
wie beispielsweise Aluminiumgitter oder -sieb bestimmter
Größe einschließlich eines horizontalen Oberteils und sich
eines sich etwas nach unten erstreckenden Seitenteils 118a,
als erforderliche Abschirmung für das Nahrungsmittel 116.
Eine bestimmte Menge Mikrowellenenergie kann das Nahrungsmittel
116 seitlich erreichen. Somit wird keine vollständige,
sondern eine Teilabschirmung erzielt. Die das Nahrungsmittel
116 erreichende Energiemenge und somit die Größe der Abschirmung
118 wird durch die Innentemperatur bestimmt, die erreicht
wird, wenn der erforderliche Grad an Oberflächenknusprigkeit
oder -bräunung durch das Heizverbundmaterial
42 herbeigeführt ist. Die Schale 100 und der Deckel 102 können
irgendein geeignetes dielektrisches Material, beispielsweise
Preßpapier, Papierfasern oder Kunstharz mit der erforderlichen
Wärmebeständigkeit umfassen und entweder geschäumt
oder nicht geschäumt sein. Es können die gleichen Materialien
verwendet werden, wie beim Karton 12 beschrieben. Beim Gebrauch
werden Schale und Deckel in einem Mikrowellenofen gebracht,
der die Nahrungsmittel 112 und 114 durch direkte Mikrowelleneinstrahlung
und das Nahrungsmittel 116 sowohl durch
gesteuerte direkte Übertragung als auch durch Leitung durch
die Verbundstruktur 42 erhitzt. Das Nahrungsmittel kann nach
Entfernen des Deckels 102 in der Schale serviert und verzehrt
werden.
Offensichtlich eignet sich die Erfindung zur Herstellung einer
Heizverbundstruktur, die durch Leitung eine oder mehrere
Oberflächen eines Nahrungsmittels erhitzt, während das Nahrungsmittel
wenigstens teilweise gegenüber Mikrowellen abgeschirmt
ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird am
Boden Leitungswärme erzeugt und das Oberteil abgeschirmt. Bei
einer anderen Ausführungsform erfolgt die Erwärmung durch
Leitung aus dem oberen Teil und dem Boden, während die Seiten
entweder abgeschirmt oder nicht abgeschirmt sind. In anderen
Fällen ist das Produkt vollständig von sämtlicher Mikrowelleneinstrahlung
abgeschirmt, wie in Fig. 6 gezeigt, wobei das
Erwärmen nur durch Leitung erfolgt. Jedenfalls wird durch das
Erhitzen durch Wärmeleitung die Oberfläche des Produktes gebräunt,
knusprig gemacht oder überbacken oder zu einem solchen
Ausmaß getrocknet, daß die Weichheit oder der lederartige
Charakter, den das Produkt bei bloßem Erhitzen in einem
Mikrowellenofen entwickelt, vermieden wird. Offensichtlich
liefert die Erfindung in sämtlichen erläuterten Ausführungsformen
außer Fig. 6 eine gleichzeitige direkte Mikrowellenerhitzung
und thermische Erhitzung in ausgeglichenen vorbestimmten
Verhältnissen.
Ferner ist ersichtlich, daß die Erfindung eine so preiswerte
und leichte Verpackung liefert, daß sie als wegwerfbar zu betrachten
ist, ausgezeichneten Schutz für ein Nahrungsmittelprodukt
während des Transports und der Lagerung bietet und
sogar als Servierschale verwendet werden kann. Darüber hinaus
wird wegen der Leichtigkeit des Mikrowellen absorbierenden
Heizverbundmaterials mit Verlustfaktor das Verbundmaterial
sehr rasch erhitzt und heruntergekühlt, wodurch die Verpackung
nach Entfernung aus dem Ofen handhabungssicher ist.
Die nach einminütigem Erhitzen verschiedener absorbierender
Verbundmaterialien erreichten Temperaturen sind in der nachfolgenden Tabelle
angegeben. Die Versuche wurden in einem
1.000-Watt-Litton-70/30-Ofen durchgeführt. Es wurden Proben
der angegebenen Zusammensetzung hergestellt, um ein volllständiges
Laminat der angegebenen Dicke zu erzielen, indem der
feuchte Überzug auf ein 25 µ (1 mil.) dickes Aluminiumblech
mit etwa 10 × 10 cm² (4 inches × 4 inches) aufgebracht wurde.
Der Überzug wurde dann in einem Ofen bei 121°C (250°F) eine
Stunde getrocknet. Das Laminat wurde sodann in einen Ofen gebracht
und erhitzt, ohne daß irgendein Nahrungsmittelprodukt
während des Tests damit in Berührung stand.
Das Nahrungsmittel kann sicher direkt aus der Verpackung verzehrt
werden, wobei wenig Gefahr besteht, sich Mund oder Finger
zu verbrennen, da das Wärme absorbierende Material während
des Verzehrs des Nahrungsmittels auf die Temperatur des
Nahrungmittels vor Verzehr des Nahrungsmittels abkühlt. Für
die erfindungsgemäßen Zwecke wird angenomen, daß das Nahrungsmittel
nach etwa 30 sec. oder länger nach Abschalten des
Ofens verzehrt wird.
Die erfindungsgemäßen Verpackungen können auch leer verkauft
werden, um irgendein Nahrungsmittelprodukt im Haushalt zu erhitzen
um nach Verwendung weggeworfen oder je nach Wunsch
wiederholt verwendet zu werden. Bei einer derartigen Anwendung
der Erfindung kann die Verpackung mit der beabsichtigten
Verwendung markiert werden, beispielsweise zum Erhitzen von
Pizza, für Steaks, Hamburgers und dgl.; zum Toasten von Sandwiches,
Obstpasteten und dgl. In jedem Fall sind die Dicke
und die Zusammensetzung der Wärme absorbierenden Schicht 46
und die Größe der Öffnungen der Abschirmung, falls vorhanden,
für das speziell auf dem Etikett angegebenen Nahrungsmittel
am günstigsten.
Offensichtlich weist der Heizkörper oder das Verbundmaterial
42 folgende wichtige Eigenschaften auf: Erstens wird es rasch
auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der die Oberfläche des
Nahrungsmittels bräunt oder überbackt. Zweitens erreicht es
bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Maximaltemperatur
innerhalb der Sicherheitstemperaturzone für
das zu erreichende Nahrungsmittel, wenn es zu lang im Ofen
gelassen wird; und drittens kühlt es rasch ab, so daß die
Temperatur des Nahrungsmittelproduktes dann, wenn das Nahrungsmittel
verzehrt wird, erreicht wird. Bei einer eisenhaltigen
Heizschicht, die aus Bindemittel gebundenen Teilchen
gebildet wurde, wurde festgestellt, daß der bevorzugte Dickenbereich
für die Schicht 46 zwischen etwa 0,5 und 4,7 mm
(0,02 und 0,187 inches) liegt. Ist sie dünner, so wird der Absorber
nicht heiß genug und erhitzt sich nicht rasch genug
für die meisten Nahrungsmittel. Bewegt sie sich oberhalb dieses
Bereichs, so neigt der Mikrowellenenergieabsorber dazu,
sich zu langsam zu erhitzen, erreicht folglicherweise eine
unsichere Temperatur und behält die Wärme in Hinblick auf die
Sicherheit zu lange zurück.
Offensichtlich besitzt jede der beschriebenen Verpackungen
einen Raum, um ein Nahrungsmittelprodukt aufzunehmen, wobei
die Abschirmung, unabhängig davon, ob sie als separates Teil
wie 38 oder 76 oder zum Mikrowellenenergieabsorber laminiert,
gemäß Fig. 8 den Raum für das Nahrungsmittel wenigstens teilweise
umschließt, um das Nahrungsmittel teilweise oder vollständig
von der Mikrowellenenergie abzuschirmen. Der Heizkörper
42 ist neben ein oder mehreren Grenzen des Nahrungsmittelaufnahmeraumes
angeordnet und begrenzt diesen.
Claims (15)
1. Durch Mikrowellenenergie zumindest teilweise erhitzbarer
Behälter für Lebensmittel mit einem Heizkörper aus einem
Trägerkörper und einem daran angeordneten Mikrowellenabsorber,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (42; 93)
als bahnförmiges Verpackungselement aufgebaut ist und der
Behälter mindestens teilweise aus dem Heizkörper (42) besteht,
wobei die Dicke des Mikrowellenabsorbers (46) so
ausgewählt ist, daß eine Erhöhung der Dicke zu einer Temperaturerhöhung
entsprechend der umgewandelten Mikrowellenenergie
führt.
2. Behälter für Lebensmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mikrowellenabschirmeinrichtung (38)
das Lebensmittel mindestens teilweise umgibt.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizkörper (42) aus einem Verbundlaminat aus einer
leitfähigen Metallfolie als Träger (44) und einer damit
verbundenen Mikrowellenabsorberschicht (46), die anstrichartig
ausgebildet ist, aufgebaut ist.
5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizkörper (42) eine Dicke von etwa
0,5 bis 4,7 mm aufweist.
6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die anstrichartige Mikrowellenabsorberschicht
(46) eine Dicke von etwa 0,8 mm oder
weniger besitzt und daß das Heizkörperverbundlaminat (42)
flexibel ist.
7. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mikrowellenabschirmeinrichtung (38) aus einer mit dem
Behälter verbundenen Metallfolie besteht.
8. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mikrowellen-Abschirmeinrichtung (38) ein oder mehrere
Öffnungen (40) aufweist.
9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizkörper (42) eine Vielfalt von
Teilchen aus Mikrowellen absorbierendem Material verschiedener
Teilchengrößen und einen diese Teilchen miteinander
verbindenden Binder aufweist.
10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Teil der Mikrowellen absorbierenden Teilchen
Eisenoxid, insbesondere Fe₃O₄, ist und der Binder ein mineralisches
Bindemittel, insbesondere Natriumsilicat ist.
11. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß mit den Mikrowellen absorbierenden Fe₃O₄-
Teilchen ein mikrowellendurchlässiges Material, bevorzugt
Sand, gemischt ist.
12. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der als anstrichartige Schicht ausgebildete
Mikrowellenabsorber (46) teilchenförmiges Fe₃O₄ und
einen inerten Mineralfüllstoff aufweist und eine Dicke von
etwa 0,5 bis 3,5 mm besitzt.
13. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
gekennzeichnet durch einen bevorzugt aus Pappe
hergestellten Behälterkörper (12) und ein Paar mit Abstand
voneinander angeordnete Mikrowellenabsorber (46)
aufweisende bahnförmige Heizkörper (42), die mit
verschiedenen Oberflächen des Lebensmittelproduktes
verbunden sind.
14. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet
durch eine Schale (100) und einen Deckel (102),
wobei die Schale in Abteile (112, 114, 116) unterteilt ist
und innerhalb wenigstens eines Abteils ein Mikrowellenabsorber
(46) aufweisendes Heizelement (42) sowie eine auf
dem Deckel (102) über dieser Abteilung aufgebrachte
Abschirmeinrichtung (118) vorgesehen ist.
15. Verpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der äußere Behälterkörper (12)
mindestens Seitenwände (14, 16, 18, 20) und einen Deckel
(28) aufweist, die aus halbsteifem, dielektrischem,
mikrowellendurchlässigem Bahnmaterial gebildet sind.
16. Verpackung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß auf dem Deckel (28, 84, 102) eine Wärmeverluste
vermeidende Isoliereinrichtung (96) angeordnet
ist.
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