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Mikrowellenofen
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellehofen mit einer innerhalb
eines Ofengehäuses vorgesehenen Heizkammer, deren Beschickungsöffnung durch eine
Tür verschließbar ist, mit einem Hochfrequenzgenerator zur Zuführung von Mikrowellenenergie
in die Heizkammer sowie mit einer elektrischen Heizeinrichtung innerhalb der Heizkammer.
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Es sind Mikrowellenöfen bekannt, bei denen Hochfrequenzoszillatoren,
z.B. Magnetrons, verwendet werden zur Erhitzung von Nahrungsmitteln, die in einem
Garraum,bzw. in einer Heizkammer, angeordnet sind und die unter den Einfluß der
Hochfrequenzheizung oder dielektrischen Heizung gebracht werden. Bei einigen bekannten
Ausführungen sind elektrische Heizelemente vorgesehen, durch welche das Gargut in
einem Garraum durch die gewöhnliche elektrische Heizung und gleichermaßen durch
die Eochfrequenzwellen entweder durch gleichzeitigen oder aber durch voneinander
unabhängigen Betrieb der Heizeinrichtung erhitzt wird. Auf diese Weise soll eine
appetitanregende Bräunung oder Röstung der Gargut ob erfläche erzielt werden können.
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Die elektrischen IIeizsysteme, die bei den bekannten Mikrowellenöfen
der vorgenannten Art verwendet werden, können in zwei große Gruppen unterteilt werden,
und zwar in eine erste Gruppe (US-PS 3 081 392) sogenannter 'Rohrheizkörper", bei
denen ein elektrischer
Heizleiter in Isoliermaterial und in einer
Metallhülle eingebettet ist, und in eine zweite Gruppe (z.B. US-PS 3 196 243) nicht-ummantelter
Infrarot-Heizelemente, die in weitem Umfange verwendet werden wegen ihrer einfachen
und stabilen Konstruktion und ihrer guten Heizwirkung.
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Bei den bekannten Mikrowellenöfen der vorgenannten Art, bei denen
Rohrheizkörper verwendet werden und bei denen eine konventionelle elektrische Beheizung
sowie eine Hochfrequenzbeheizung in einem Garraum möglich ist, ergeben sich neben
den genannten Vorteilen aber auch Probleme bezüglich der Reinigung des Garraum-Inneren.
Üblicherweise ist die Heizkammer umgeben und begrenzt durch sechs rechtwinkelig
aufeinanderstehende Wände, z.B. Doppelwände, wobei die Reinigung wenigstens einer
dieser sechs Wände außerordentlich schwierig ist, da das elektrische Heizelement
der elektrischen Ileizeinrichtung unmittelbar vor wenigstens einer dieser Wände
angeordnet ist. Es besteht also ein Problem darin, daß fetthaltige Partikel oder
Schmutzpartikel, die während dem Kochvorgang entstehen, an den Innenflächen der
Ofenwände anhaften und nur sehr schwer entfernt werden könnens da diese während
des Betriebes der elektrischen IIeizung aus trocknen und zwar insbesondere an der
unmittelbar hinter dem elektrischen Heizelement liegenden Ofenwand.
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Obwohl die geschilderten Nachteile dadurch vermieden werden könnten,
daß man ein solches Heizelement so ausgestaltet, daß es von der genannten Ofenwand
abnehmbar und wieder einsetzbar ist, sind bisher keine zufriedensteilenden Lösungswege
bekanntgeworden. So kann beim Gegenstand der schon genannten US-PS 3 19G 245 das
elektrische Ileizelement mittels Schrauben im Garraum-Inneren beXcstigt werden I)iese
Befestigungsart ist relativ umständlich und erfordert spezielles Werkzeug. Bei dieser
Ausführung besteht außerdem die Gefahr, (lal3 infolge ungenügender Befestigung des
Heizelementes o(ler infolge Abnützung
der Befestigungsschrauben
bei wiederholtem Aus-und Einbau des Heizelementes Leckstellen für die Mikrowellenenergie
entstehen. Aus diesem Grunde sind elektrische IIeizeinrichtungen mit aus- und einbaufähigen
Reizelementen, die nur geringfügige Mikrowellenlecks aufweisen und im übrigen den
Sicherheitsbestimmungen hinsichtlich der Hochfrequenzdichtheit genügen, nur sehr
schwer realisierbar.
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Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische
Heizeinrichtung für einen durch Mikrowellen sowie durch elektrische Heizenergie
beheizbaren Mikrowellenofen mit einem Heizelement auszurüsten, das leicht in eine
an einer Garraumwand angeordnete Anschlußeinrichtung aus- und einsteckbar ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die elektrische
Heizeinrichtung so auszugestalten, daß Hochfrequenz-Leckstellen an der Anschlußeinrichtung,bzw.
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Stromzuführungseinrichtung, für das Heizelement auf ein unbedeutendes
Maß reduziert werden.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die elektrische
Reizeinrichüing so auszugestalten, daß auch bei Vorhandensein von Hochfrequenz-Leckstellen,
z.B. infolge Verschlechterung der Isolation des Heizelementes, volle Sicherheit
gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren, der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe soll
die elektrische Iteizeinriehtung so ausgestaltet werden, daß an der Stromzuführung
seinrichtung fiir das IIeizelement i)ur chbruciis entladungen verhindert werden
und s ich keine Dichtungsprobleme ergeben.
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Schließlich ist eine weitere Aufgabe der Erfindung darin zu sehen,
daß die elektrische Heizeinrichtung einfach ausgestaltet und funktionssicher ist
und ohne besonderen Aufwand in einen Mikrowellenofen eingefügt werden kann.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das als
Mantelrohrheizkörper ausgebildete Heizelement der Heizeinrichtung mit einer, von
einer metallischen, mit der Heizkörperhülle elektrisch leitend verbundenen Abdeckung
umgebenen, elektrische Steckanschlußelemente aufweisenden Anschlußeinrichtung versehen
ist und daß im Bereich einer Öffnung in der die Heizkammer begrenzenden Ofenwand
eine Stromzufhrungseinrictung sowie eine Mikrowellen-Schutzeinrichtung vorgesehen
ist, in welche die Anschlußeinrichtung des Heizelementes durch die Öffnung hindurch
einsteckbar ist. Auf diese Weise wird mit dem Einstecken des Heizelementes eine
Mikrowellenabdichtung zwischen dem Reizelement und der Schutzeinrichtung erhalten.
Zusätzlich ist für das Anschlußteil ein Distanzelement aus Isoliermaterial vorgesehen,
welches das metallische Rüllorgan der Abdeckung trägt, in einer Position, die höher
und mit Abstand von dem Grund der Öffnung in der Schutzeinrichtung angeordnet ist,
wobei das Distanzelement eine Öffnung aufweist, deren Weite kleiner ist als die
Weite in der Öffnung der Schutzeinrichtung und kleiner ist als die Weite einer korrespondierenden
Öffnung in der Rüchfand des Garraumes, wobei auf diese Weise das Entstehen von unerwünschten
Entladungen infolge des Kontaktes zwischen dem metallischen Rüllorgan und der Riickwand
in vorteilhafter Weise verhindert wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
dem in der Zeichnung dargestellten und nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt Fig. i einen Mikrowellenofen in perspektivischer Darstellung,
welcher die erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung enthalten kann, Fig. 2
eine seitliche Schnittansicht des Mikrolfellenofens gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine teilweise
und in vergrößertem Maßstab dargestellte Schnittansicht des Heizungsteiles des in
den Mikrowellenofen gemäß Fig. 1 eingebauten Heizelementes, Fig. 4 eine Draufsicht
auf das Heizelement der in den Mikrowellenofen gemäß Fig. 1 eingebauten elektrischen
Heizeinrichtung, Fig. 5 eine Längsschnittansicht der Stromzuführungseinrichtung
des Heizelementes gemäß Fig. 4 in vergrößerter Darstellun, Fig. 6 eine Seitenschnittansicht
der er Stromzuführungseinrichtung gemäß Fig. 5, Fig. 7 eine Schnittansicht gemäß
der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6 und Fig. 8 eine Schnittansicht gemaß der Schnittlinie
VIII-VIII in Fig. 6.
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Fig. 9 eine Schnittansicht der Stromzujührungseinrichtung.
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In sämtlichen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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In den Figuren 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Mikrowellenofen M
dargestellt. Dieser Mikrowellenofen M ist vorgesehen für die Wärmebehandlung von
Objekten oder Nahrungsmitteln auf dem Prinzip der dielektrischen Erwärmung unter
Benützung von Hochfrequenzenergie, z.B. bei 2,450 MHz. Der Mikrowellenofen besitzt
im wesentlichen ein kastenförmiges Außengehäuse 1, das an der Frontseite offen ist.
Das Außengehäuse 1 besitzt Doppelwände mit Innenwänden 2, die z.B.
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aus elektrisch leitendem Material bestehen und die einen Garraum oder
Heizkammer 9 begrenzen. Die Innenwände 2 bestehen aus einer horizontalen Boden-
oder Grundplatte 2a, aus vertikalen Seitenwänden 2b, aus einer oberen Wand 2c und
aus einer Rückwand 2d, wodurch eine Beschickungsöffnung 8 an der Frontseite des
Ofens M definiert afird. Im Inneren des Garraumes 9, und zwar in einer Position
unterhalb und benachbart der horizontalen oberen Wand 2c lösbar und paralist lel
zur oberen Wand 2c ein elektrisches Reizelement 100 angeordnet, das Bestandteil
einer nachstehend noch näher erläuterten,erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung
ist. Das IIeizelement 100 wird gehalten durch einen Träger 103 (Fig.2), der innerhalb
des Garraumes 9 unterhalb dieses Heizelementes 100 angeordnet ist und an entgegengesetzten
Enden des IIeizelementes in geeigneter Weise an den vertilcalen Seitenwänden 2b
der Innenwände 2 befestigt ist und als Fiihrull;sschienen für das in den Mikrowellenofen
M einsetzbare und herausnehmbare Heizelement 100 dient. Die Außenflächen der Wände
2a, 2b, 2c und 2d sind von den korrespondierenden W Wänden des Außengehauses 1 beabstandet,
so daß dazwischen Spalte oder Hohlräume entstehen. Das Außengehäuse 1 besitzt ferner
eine außenliegende
Front fläche 1a, die unmittelbar über der Öffnung
8 liegt. An dieser Frontfläche ia ist eine Schalterblende 7 befestigt, mit Schalt
organen für die Steuerung eines Hochfrequenz-Oszillators und der elektrischen Heizeinrichtung,
wofür die Schalterblende 7 z.B. eine drehbare Walze D trägt, auf deren Umfangsfläche
Angaben über die Kochzeiten verschiedener Menüs aufgebracht sind.
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Ferner besitzt die Sehalterblende Einstellmarkierunge Da für die Walze
D, einen Einstellring Db für die Walze, ein Bedienungsorgan k für einen Zeitschalter,
eine Anzeigelampe 1 und ein Einschaltorgan C für den Heizbetrieb mittels Hochfrequenzenergie
und/oder elektrischer Heizenergie.
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Ferner besitzt der Mikrowellenofen M eine Tür 4 mit einem Handgriff
6, der in der Nähe derjenigen Türbegrenzungskante angeordnet ist, welche der unteren,
ein Scharnier autweisenden Türbegrenzungskante gegenüber-liegt, wobei das Scharnier
an dieser unteren Begrenzungskante sowie an der unteren Frontseite des Gehäuses
1 so angeordnet ist, daß die Tür um das Scharnier zum Öffnen und Schließen der Öffnung
8 nach oben und unten schwenkbar ist. Die Tür, für deren Halterung ein Paar im Gehäuse
i verschiebbare Tiirarme 10 vorgesehen sind, besitzt ferner ein in die Tür eingelassenes
rechteckiges Fenster 5, durch welches hindurch das im Garraum liegende Gargut beobachtet
werden kann und welches verhindert, daß während dem Betrieb des Mikrowellenofens
M Hochfrequenzenergle aus dem Garraum 9 nach außen aus tritt.
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In dem durch die Rückwand 2d der Innenwand 2 und er korrespondierenden
Rückwand des Außengehäuses 1 begrenzten Zwischenraum ist ein Magnetron oder Hochfrequenz-Oszillator
11 angeordnet, von dem Hochfrequenzenergie ausgeht und über einen Wellenleiter 13
in den Garraum 9 eingestrahlt wird, welcher Wellenleiter in bekannter Weise an den
Hochfrequenz-Oszillator 11 angekoppelt ist. Ferner ist in diesem Zwischenraum
ein
Gebläsemotor 12 benachbart zum Hochfrequenz-Oszillator 11 angeordnet, der für die
Kühlung des Hochfrequenz-Oszillators vorgesehen ist. Weiterhin befindet sich in
dem Zwischenraum eine Schutzeinrichtung iO19 die den Austritt von Hochfrequenzwellen
verhindert, welche Schutzeinrichtung an der Rückwand 2d befestigt und mit einem
Behälter U verbunden ist, zur Bildung einer Anschlußeinrichtung P für das lösbare
Heizelement 100. Ferner ist eine Stromzuführungseinrichtung 111 für das Heizelement
100 vorgesehen, das nach stehend beschrieben ist. In dem Zwischenraum ztirischen
der Bodenplatte 2a der Innemsand 2 und der korrespondierenden Bodenplatte des Außengehäuses
i ist benachbart zum Oszillator 11 ein Transformator 14 angeordnet, welcher den
Hochfrequenz-Oszillator 11 mit Hochspannung versorgt.
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Wie in den Figuren 3 bis 8 gezeigt, besitzt das Heizelement 100 im
wesentlichen einen Heiztmgsteil 106 rechtwinkeliger Konfiguration sowie die Stromzuführungseinrichtung
111, mit welcher entgegengesetzte Enden 106a und 106b des Heizungsteiles 106 verbunden
ist (Fig. 5). Wie in Fig. 7 ersichtlich, besitzt der Heizungsteil 106 ferner eine
Heizwicklung 104 aus Chrom-Nickel-Draht oder dergleichen, welche Heizwicklung in
einem Isoliermaterial 105, bestehend z.B. aus Aluminium- oder Magnesiumgranulat,
eingebettet ist und von einem äußeren metallischen Rohr oder einer Hülle 106c vorzugsweise
aus nicht-rostendem Stahl oder dergleichen mit kleiner magnetischer Permeabilität
umgeben ist. In den zusammengehörenden Enden 106a und 106b der Hülle 106c sind innerhalb
Isolatoren 109 aus Glas, Keramik oder dergleichen erste Elektroden 107a und 107b
angeordnet, die mit ihren einen Enden an die Heizwicklung 104 und mit ihren anderen
Enden an zugehörige Enden von zweiten Elektroden 108a und 108b angeschlossen sind,
die, wie ersichtlich, um ein gewisses Maß über die Enden 106a und iO6b der Hülle
106c hinausragen. Es sei bemerkt, daß die
einzige metallische Hülle
106c mit ihrer Heizwicklung 104, die in dem Isoliermaterial 105 eingebettet ist,
aufgeteilt sein kann in eine Vielzahl von Selçtionen für den nachträg lichen Anschluß.
Die Stromzuführungseinrichtung 111 des Heizelementes 100 besitzt eine metallische,
gehäuseartige Abdeckung 111a, innerhalb welcher die gegenüberliegenden Enden 106a
und iO6b des Heizungsteiles 106 an die zweiten Elektroden 108a und 108b innerhalb
einer geeigneten Isolierung 112 (Fig. 5) angeschlossen sind, so daß die zweiten
Elektroden 108a und 108b um ein gewisses Maß über eine Seite der Stromzuführung
5 einrichtung lli hinausragen, während eine andere Elektrode 110 für den Massenanschluß
gleichfalls in dem Isolator 112 eingebettet ist in einer Position zwischen den zweiten
Elektroden 108a und 108b, wobei ein Ende der Elektrode 110 in Verbindung steht mit
der Abdeckung 111a, während das andere herausragende Ende die Enden der zweiten
Elektroden 108a und 108b leicht überragt und zwar von der Begrenzung des Teiles
111 ausgehend in einer z den zweiten Elektroden 108a und 103b parallelen Richtung.
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Es sei erwähnt, daß bei der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
die Einzelne oder die Mehrzahl der metallischen Hiillen 606c zusammen mit der Abdeckung
lila ein gemeinsames Potential haben. Zu diesem Zweck sind die entgegengesetzten
Enden 106a und 106b der Hüllen 106c fest verbunden mit der Abdekkung 111a durch
mechanisches Verstemmen von Ansätzen oder durch Silberlötung oder dergleichen, während
die Masseelektrode 110 in ähnlicher Weise mit dem einen Ende fest verbunden ist
mit der metallischen Abdeckung 111a, wie dies vorstehend erläutert wurde. Ferner
wird ein mechanisches Verschieben der Elektroden 108a, 110 und 108b in vorteilhafter
Weise verhindert durch die innerhalb der Stromzuführungseinrichtung iii eingebettete
Isolation 112. Zusätzlich wird das Einschieben des Heizelementes 100 bzw. seiner
Stromzuführungseinrichtun 111 in den Behälter U dadurch erleichtert, daß die Masseelektrode
110
weiter über die Begrenzungsseite der Stromzuführungseinrichtung 111 hinausragt als
die zweiten Elektroden 108a und 108b.
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Es ist weiter zu erwähnen, daß die metallische Abdeckung llla in Abweichung
von der rechteckigen Behälterform gemäß dem Ausführungsbeispiel auch in anderer
Form, z.B. mit einem elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt ausgeführt sein
kann.
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Wie anhand der Fig. 9 erläutert, enthält die Schutzeinrichtung 101,
die mit dem Behälter U verbunden ist, zur Bildung der Anschlußeinrichtung P für
das Heizelement 100 sowie zur Verhinderung von Hochfrequenz-Leckstellen, ein erstes
Schutzelement 101a mit einer Einstecköffnung 101c für die Aufnahme der Stromzuführungseinrichtung
111 des Heizelementes 100, das mit einer Begrenzungsseite in direktem Kontakt mit
der äußeren Fläche der Rückwand 2d steht, welche hierzu einc Öffnung 2d o besitzt,
die mit der Einstecköffnung 101c fluchtet. Weiterhin besitzt die Schutzeinrichtung
101 ein zweites Schutzelement lOlb, das mit der Begrenzungsseite mit der äußeren
Begrenzungsseite des ersten Schutzelementes 101a verbunden ist, zur Bildung einer
Schutzaussparung 101c zwischen dem ersten und dem zweiten Schutzelement 101a und
101b, während der Behälter U nach außen führende Anschlußdrähte Ua, Uc und Ub besitzt,
die an die zweiten Elektroden 108a und iOSb und an die Masseelektrode 110 des Heizelementes
100 anschließbar sind ebenso wie an einen an die andere Begrenzungsseite des zweiten
Schutzelementes 101b anschließbaren Versorgungsstromkreis, wobei der Behälter U
mit der Rückwand 2d des Garraumes 9 durch Schrauben 103 und über einen Abstandhalter
10 aus Isoliermaterial befestigt ist.
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Hierbei dicnt der Abstandhalter 102 aus Isoliermaterial dazu, die
metallische Abdeckung 111a des Teiles 111 in einer Lage zu halten, in welcher sie
mit Abstand oberhalb der J3odenfläche der Einstecköffnung 101c liegt, wobei der
Abstandhalter
eine Öffnung 102o aufweist, deren lichte Weite kleiner
ist als die lichte Weite der Öffnung 2d o der Rückwand 2d und die lichte Weite der
Einstecköffnung 101c des ersten Schutzelementes 101a,um zu verhindern, daß eine
elektrische Durchbruchsentladung erfolgt als Folge einer Berührung zwischen der
metallischen Abdeckung 111a mit der Rückwand 2d des Garraumes 9, wenn der Teil 111
des Heizelementes 100 durch die Öffnung lOlo der Schutzeinrichtung 101 in den Behälter
U eingesteckt ist zur Verbindung der Elektroden 108a, 110 und 108b des Teiles itl
mit den korrespondierenden Anschlüssen Ua, Uc und Ub des Behälters U. Um etwaige,
durch den Spalt zwischen der metallischen Abdeckung 111a und der Schutzeinrichtung
iOi hindurch gehende Hochfrequenzwellen zu reduzierens ist die Tiefe der Schutzaussparung
lOlc so bemessen, daß sie dicht bei 1/4 der Wellenlänge der Hochfrequenzwellen liegt.
Zusätzlich können bedarfsweise in der Zeichnung nicht-dargestellte Mittel zur Prüfung
der Anwesenheit des Teiles 111 des Heizelementes 100 in der Schutzeinrichtung 101
vorgesehen sein, durch welche verhindert wird, daß der Mikrowellenofen betrieben
wird, ohne daß das Heizelement iOO eingesetzt ist, oder es können Mittel vorgesehen
sein zum mechanischen Verschließen der Öffnung 101c der Schutzeinrichtung 101 bei
Abwesenheit des Heizelementes 100.
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Schließlich kann das Austreten von Hochfrequenzwellen aus dem Mikrowellenofen
fiir den Fall des Ofenbetriebes, ohne daß das Heizelement 100 eingesteckt ist, in
vorteilhafter Weise dadurch reduziert werden, daß die Weite oder Breite der Öffnung
101c geringer ist als die halbe Wellenlänge cter Hochfrequenzwellen.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, werden durch die
erfindungsgemäße Ausbildung im wesentlichen folgende vorteilhafte Wirkungen erzielt:
a)
Da das Heizelement in sehr einfacher Weise und ohne Spezialwerkzeug in den Mikrowellenofen
eingesetzt bzw. entfernt werden kann, ist eine Oindliche Reinigung der Innenflächen
des Garraumes in sehr einfacher Weise möglich.
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b) Durch den Umstand, daß die äußeren Hüllen des Heizelementes oder
der Vielzahl der Heizelemente zusammen mit der metallischen Abdeckung ein gemeinsames
elektrisches Potential besitzen,lrird nicht nur ermöglicht, daß eine wirksame Abdichtung
der Hochfrequenzwellen durch eine einzige Schutzeinrichtung bei einfacher Bauweise
erreicht wird, sondern es wird durch das Vorhandensein der Masseelektrode die aus
einem elektrischen Nebenschluß erwachs ende Gefahr vermieden, ins b esondere für
den Fall, daß die Isolation zwischen der Heizwicklung und der Hülle infolge extrem
hoher Reiztemperaturen oder infolge durch Feuchtung der Endbereiche des Heizelementes
schadhaft wird.
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c) Nachdem die Schutzeinrichtung außerhalb des Garraumes angeordnet
ist, werden die Untersuchungen vereinfacht, die die Verteilung des elektrischen
Feldes zu homogenisieren vom entwurfstechnischen Standpunkt betreffen.
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d) Durch die Anordnung des Abstandhalters an der Riickseite des Garraumes
sowie an der Einlaßöffnung der Schutze inrichtung wird ein Kontakt zwischen der
metallischen Abdeckung des IIeizelemcntes und dem Schutzelement der Schutzeinrichtung
verhindert, mit der Folge, daß unerwünschte Über schläge und eine Reduktion der
Dichtungseigenschaften nicht erfolgen können.