DE2921266A1

DE2921266A1 - Mikrowellen-koch- oder -backgeraet

Info

Publication number: DE2921266A1
Application number: DE19792921266
Authority: DE
Inventors: Raymond Lindell Dills
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1979-12-06
Also published as: US4188520A; JPS554891A; BR7903333A; CA1119258A; FR2427554A1; GB2022342A

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY, 1 River Road, Schenectady

New York 12305 CUSA)

Mikrowellen-Koch- oder -Backgerät

Die Erfindung betrifft ein Mikrowellen-Koch- oder -Backgerät, bei dem das Koch- oder Backgut sowohl durch eine Mikrowellenenergie erzeugende Anordnung als auch durch ein elektrisches Widerstandsheizelement erwärmbar ist.

Koch- oder Backgeräte, bei denen Mikrowellenenergie verwendet wird, um ein schnelles Kochen zu ermöglichen, haben sich in den letzten Jahren weit verbreitet. Während das Mikrowellenkochen allgemein den Vorteil hat, daß es schneller vor sich geht als das übliche Kochen, war man lange der Auffassung, daß das übliche Kochen in mancher Hinsicht vorzuziehen sei. Insbesondere für einige Arten von Kochgut wird das Mikrowellenkochen von vielen Leuten als unbefriedigend angesehen, weil auf der Oberfläche des Kochgutes nur ein schwacher Bräunungseffekt erzielbar ist, insbesondere bei eiier verhältnismäßig kurzen Kochzeit. Außerdem sind Nahrungsmittel wie Steaks, Koteletts od.dgl., von verhältnismäßig kleiner Dicke oft besser auf einer ausreichend erhitzten Platte zubereitet, um ein Rosten herbeizuführen. Ebenso werden Nahrungsmittel in einem verhältnismäßig flachen Metallkochgeschirr, wie gefrorene Mahlzeiten, vorteilhafter gekocht, wenn das Metallkochgeschirr selbst erhitzt wird.

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Um sich die Vorteile beider Verfahren nutzbar zu machen, ist eine Anzahl von kombinierten Koch- oder Backgeräten, bei denen man sowohl mit Mikrowellenenergie als auch auf übliche Weise kochen bzw. backen kann, bekannt geworden. Diese Koch- oder Backgeräte vereinigen in einer einzigen Koch- oder Backkammer die Möglichkeit des Kochens oder Backens mit Mikrowellenenergie oder mit Hilfe eines elektrischen Widerstandsheizelementes. Die Mikrowellen-Kochkapazität kommt durch einen Mikrowellenenergieerzeuger, z.B. ein Magnetron, zustande, das die Mikrowellen erzeugt, wenn ihm von einer geeigneten Hochspannungs-Gleichstromquelle Energie zugeführt wird. Die das übliche Kochen bewirkenden Widerstandsheizelemente können auf die verschiedenartigste Weise ausgebildet sein. Sie können aus den allgemein in Backöfen verwendeten ummantelten Widerstandsheizelementen bestehen und an der Oberwand und am Boden in der Kochkammer angebracht sein. Sie können jedoch auch an den Platten befestigt sein, auf welche das Kochgeschirr aufgestellt wirdι und sie können schließlich auch mit einem Gebläse kombiniert sein, das die Luft . dem Heizelement und sodann dem Kochgut zuführt.

Verschiedene der oben genannten bekannten Koch- oder Backgeräte haben sich in der Prxis als durchaus befriedigend und wirtschaftlich erfolgreich erwiesen. Es handelt sich um die typischen kombinierten Koch- oder Backgeräte von voller Größe, die mit einer 240 V-Stromquelle betrieben werden, wobei die Möglichkeit der Strombelastung praktisch unbegrenzt ist. Daher können einfache Schaltungen verwendet werden, um entweder dem Mikrowellenkochteil oder dem Teil für das übliche Kochen oder beiden Teilen gleichzeitig Energie zuzuführen. Hierbei sind viele tausend Watt Energie aus der Stromquelle entnehmbar,und das reicht aus, um ein für Haushaltszwecke bemessenes

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Koch- oder Backgerät auf irgendeine gewünschte Weise zu betreiben.

Kürzlich sind sogenannte "countertop"-Mikrowellen-Kochoder -Backgeräte eingeführt worden. Diese Geräte haben typischerweise eine etwa kleinere Koch- oder Backkammer im Vergleich zu einem üblichen Gerät voller Größe und sind für einen Betrieb durch ein 115 V, 15 A-Haushaltsnetz ausgelegt. Um die Vorschriften der zuständigen Stellen zu erfüllen, muß ein durch ein solches Haushaltsnetz betriebenes Gerät höchstens 13,5 A verbrauchen. Das entspricht etwa 1550 W. Wie im folgenden erläutert werden wird, bringt eine solche begrenzte Energiekapazität einige besondere Probleme mit sich.

Eine typische Mikrowellenenergie erzeugende Anordnung für ein "countertop"-Mikrowellen- Koch- oder -Backgerät erfordert den größten Teil der vorgenannten zur Verfügung stehenden Energie. Eine solche Anordnung enthält ein Magnetron, das eine Ausgangsleistung zwischen 500 und 6OO W bei einer Frequenz von 2450 MHz erzeugt und erforderlich demgemäß eine entsprechende Energiezufuhr für das Magnetron.Eine typische Anordnung zur Erzeugung von Mikrowellen hat bei der Energieumwandlung einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 50%. Zusätzlich zu der die Mikrowellenenergie erzeugenden Anordnung enthält ein Mikrowellen-Koch- oder-Backgerät eine Anzahl mit Niederspannung betriebener Einrichtungen, wie Lampen, Motoren und Steuerstromkreise. Im ganzen entnimmt ein einzelnes handelsübliches "countertop"-Mikrowellen-Koch- oder -Backgerät einem 115 V Netz für das Mikrowellen-Kochen oder -Backen allein einen Effektivstrom von 11,2 A. Das entspricht ungefähr 1300 W.

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Außerdem sollten zusätzliche elektrische Heizwiderstandseinheiten mit ungefähr 1200 bis 14Ό0 W betrieben werden können. Das ist insbesondere für das Infrarot-Bräunen der Außenfläche des Kochgutes erforderlich. Für ein wirksames und verhältnismäßig schnelles Bräunen sollte die Wattdichte in dem Bereich,der durch ein zusätzliches elektrisches Widerstandsheizelement erfaßt wird, etwa 3,1 cm betragen. Mit 1200 W zur Verfügung stehender Leistung zum Bräunen können unge-

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fähr 387 cm durch Abstrahlung von einem derartigen zum Bräunen dienenden Heizelement erfaßt werden, jedoch

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sind selbst 387 cm ein ziemlich kleiner Bereich,und jede Verringerung der zum Bräunen zur Verfügung stehenden Energie würde den erfaßbaren Bereich sogar weiter verkleinern. Demgemäß sollte, wo eine Bräuneinheit vorgesehen ist, die gesamte beschränkt zur Verfügung stehende Energie der Bräuneinheit zugeführt werden.

Für ein Koch- oder Backgerät, das für einen Betrieb mit 115 V und 15 A des Haushaltsstromnetzes ausgelegt ist, verbietet die nur beschränkt zur Verfügung stehende Energie praktisch das gleichzeitige Zuführen von Energie zu der die Mikrowellen erzeugenden Anordnung und zu dem zusätzlichen elektrischen Widerstandsheizeinheiten für die jeweilige volle Nennleistung.

Als Reaktion auf diese praktische Begrenzung der zur Verfügung stehenden Energie sind "countertop"-Mikrowellenkochgeräte entstanden, die zum Betrieb mit einer Stromquelle geeignet sind, die nicht ausreicht, um sowohl die Mikrowellenerzeugung als auch die elektrische Widerstandsheizung gleichzeitig mit voller Leistung zu fahren, bei denen der Kochvorgang sich in zwei Schritten abspielt, wobei das Kochen mit Mikrowellenenergie zuerst

durchgeführt wird, und das zum Bräunen verwendete elektrische Widerstandsheizelement ohne Energiezufuhr bleibt. Sodann wird die Stromquelle für die Mikrowellenerzeugung abgeschaltet und das zum Bräunen dienende Widerstandsheizelement wird für den Rest des Kochzyklus unter Strom gesetzt.

Als Alternative zu einem besonderen elektrischen Widerstandsheizelement zum Bräunen od.dgl. ist verschiedenes spezielles Zubehör vorgeschlagen und verwendet worden, um das Bräunen in einem Mikrowellenkochgerät zu bewirken. Dieses Zubehör besteht z.B. aus einem Element, wie einem auf die Unterseite eines Geschirrs aufgebrachten dünnen Widerstandsfilm, das die Eigenschaft hat, einen Teil der Mikrowellenenergie in der Kochkammer zu absorbieren und diese in Wärme umzusetzen. Die Temperatur des Geschirrs wird hierdurch ausreichend erhöht, um ein Bräunen oder Rösten des Kochguts zu bewirken. Mit dem gleichen Ziel sind Einrichtungen vorgeschlagen worden, durch welche die elektromagnetische Energie in der Kochkammer derart umgewandelt wird, daß eine dielektrische Nahfelderwärmung zustande kommt, durch die eine verbesserte Oberflächenbräunung erreicht wird. Während jedoch derartiges Zubehör für ein gewisses Kochgut vorteilhaft ist, ist die Mikrowellenenergie, die von ihm absorbiert wird, für die unmittelbare Erwärmung des Kochguts verloren. Zudem sind diese Hilfsmittel nicht so wirksam wie eine unmittelbare elektrische Widerstandserwärmung, weil der weniger als 100% betragende Wirkungsgrad der Energieumwandlung der die Mikrowellen erzeugenden Anordnung in Rechnung gestellt werden muß.

Obwohl dies nicht unmittelbar mit dem Bräunen zusammenhängt, besteht ein wichtiges Merkmal vieler bekannter

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Mikrowellen-Kochgeräte darin, daß die Leistung des Mikrowellenerzeugers einstellbar ist. Eine solche veränderliche Leistung bringt eine Flexibilität beim Kochen verschiedener Arten von Speisen einschließlich des Auftauens gefrorener Nahrungsmittel bei verringerter Leistung mit sich. Eine besondere Art einer entsprechenden Steuerung der Leistung in Mikrowellen-Kochgeräten ist die Bindung an einen Arbeitszyklus, durch den der Mikrowellenenergieerzeuger wiederholt von der vollen Einschaltstellung in die volle Ausschaltstellung umgepolt wird, wobei der Arbeitszyklus von dem Benutzer des Kochgeräts eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann das auf die Zeit gemittelte Maß der Erwärmung wirksam bestimmt werden. Die Wiederholungsperiode kann von größenordnungsmäßig einer Sekunde bei voll elektronischen, den Arbeitszyklus und die Größe der Leistung steuernden Einrichtungen bis zu größenordnungsmäßig dreißig Sekunden bei elektromechanischen kurvenbetätigten Steuereinrichtungen schwanken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikrowellen-Koch- oder -Backgerät der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß ungeachtet einer durch das Haushaltungsstromnetz bedingten Energiequelle zu kleiner Leistung,um den Mikrowellenerzeuger und das Widerstandsheizelement mit voller Nennleistung zu betreiben, ein wirkungsvoller Betrieb mit beiden Einrichtungen möglich ist, ohne die zulässige Belastung des Stromnetzes zu überschreiten, jedoch hierbei zu einem Kochen oder Backen zu kommen, das zu besseren Ergebnissen führt als das bekannte Kochen und Bräunen in zwei getrennten aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten.

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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist ein Mikrowellen-Koch- oder -Backgerät der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet daß der die Mikrowellenenergie erzeugenden Anordnung und dem elektrischen Widerstandsheizelement durch einen gemäß einem Arbeitszyklus gesteuerten Zeitschalter mehrere Male während jedes Koch- oder Backvorganges abwechselnd elektrische Energie zuführbar ist. Zweckmäßig ist der Arbeitszyklus des Steuerschalters einstellbar veränderlich.

Bei einem Mikrowellen-Koch- oder -Backgerät der erfrndungsgemäßen Art bleibt die erforderliche Energie stets innerhalb der Leistungsfähigkeit der Energiequelle. Kochversuche haben gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Gerät bessere Ergebnisse erzielt werden als bei dem bekannten Zweischritt-Kochverfahren. Einer der Gründe für diese besseren Ergebnisse besteht darin, daß während der Perioden, während welcher der Mikrowellenenergieerzeuger abgeschaltet und das elektrische Widerstandsheizelement eingeschaltet ist, die Temperatur im Körper des Kochgutes die Möglichkeit hat, sich auszugleichen. Bekanntlich wird bei vielen Mikrowellen-Kochgeräten die Mikrowellenenergie in der Kochkammer nicht völlig gleichmäßig verteilt, so daß in dem Kochgut heiße und kalte Stellen zustande kommen. Eine allgemein übliche Mikrowellen-Kochtechnik besteht darin, eine Warte- oder Ausgleichszeit vorzusehen, während welcher die Wärme in dem Kochgut von wärmeren zu kälteren Bereichen strömt. Bei dem erfindungsgemäßen Koch- und Backgerät geschieht der allmähliche Ausgleich eine große Zahl von Malen während des Koch- oder Backzyklus. Für den endgültigen Ausgleich beim Abschluß des Koch- oder Backvorganges ist weniger Zeit erforderlich und, was noch wichtiger ist, kurzfristige Temperaturunterschiede in dem Kochgut entstehen in ge-

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xingerera Maße, so daß auch kaum noch etwas überkochte Bereiche in dem Kochgut zustande koirmen.

Wenn das elektrische Widerstandsheizelement ein Infrarotstrahler zum Bräunen der Kochgutoberfläche ist, kommt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kochgerätes zustande, wenn der Benutzer das Kochgut während der Behandlung beobachtet. Während des üblichen Kochens bräunt das Kochgut allmählich während des Kochvorgangs. Bei dem bekannten Zweischritt-Kochverfahren kommt es jedoch erst am Ende des Vorgangs zum Bräunen- Bei dem erfindungsgemäßen Kochgerät ähnelt das allmähliche Bräunen weitgehend demjenigen, das während des üblichen Kochens stattfindet /Und das Ergebnis ist sichtbar wesentlich gefälliger als bei dem Zweischritt-Verfahren.

Wenn verhältnismäßig kurze Arbeitszyklen benutzt werden, ist es vorteilhaft, daß das elektrische Widerstandsheizelement eine verhältnismäßig kleine thermische Masse aufweist. In dieser Hinsicht haben sich Dünnschichtheizwiderstände und Infrarot-Quarzlampen als zweckmäßig erwiesen. Im Falle eines Dünnschichtheizwiderstandes kann dieser auf die PLatte aufgebracht werden, die zum Aufstellen des Kochgeschirrs dient, um die Platte unmittelbar zu beheizen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Mikrowellen"countertop"-Kochgerät mit offener Tür und einem serpentinenförmigen ummantelten elektrischen Widerstandsheizelement oben in der Kochkainmer in einer perspektivischen Vorderansicht,

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Fig. 2 eine Kochkammer eines Mikrowellen-Kochgeräts gemäß der Erfindung, bei der sich, längs der Kanten zwischen den Seitenwänden und der überwand je eine längliche röhrenförmige. Infrarot-Quarzlampe erstreckt, in einer Vorderansicht,

Fig. 3 ein Mikrowellen-Kachgerät gemäß der Erfindung mit einer Platte z-um Aufstellen des Kochgeschirrs _t bei dem auf die Platte ein Dünnschichtheizwiderstand aufgebracht ist, in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild, das in allgemeiner Form die Schaltmittel wiedergibt, um wechselweise einem Magnetron zur Erzeugung der Mikrowellenenkochenergie und einem elektrischen Widerstandsheizelement Strom zuzuführen und

Fig. 5 ein Schaltbild, das einen Stromkreis der vorgenannten Art mit genaueren Einzelheiten wiedergibt.

In Fig. 1 ist ein sogenanntes "countertop"-Mikrowellenkochgerät 10 dargestellt, das eine Kochkammer- 12 enthält, die durch eine Zugangstür Ϊ4 verschließbar ist. Nahe dem Boden der Kochkammer 12 ist eine Platte 16 aus Isoliermaterial angeordnet, die zur Aufnahme des Kochguts oder von Geschirr dient.

Zum Einkoppeln der Mikrowe]lenenergie in die Kochkammer T2 enthält die Oberwand 18 der Kochkammer 12 zwei Öffnungen 20 und 22, welche die von einem nicht dargestellten Magnetron gelieferte Mikrowellenenergie unter Zuführung durch ein nicht dargestelltes Wellenleitersystem in die Kochkammer 12 einbringen. Anstatt der beiden Öffnungen 20 und 2 2 könnte auch eine einzige größere zentral angeordnete öffnung vorgesehen sein, die durch eine nicht, dargestellte hitzebeständige Platte abgedeckt ist, die für Mikrowellenenergie durchlässig ist.

Zum Bräunen der Oberfläche den Kochguter- ist in der Kochkammer 12 nin e.le] ti .laches Widerstandsheizelement 24 angeordnet, das die Bräunung durch Abstrahlung der Wärme bewirkt. Das u'nmantelte Widerstandshejze!ement 24 in Gestalt einer Serpentine ist in der Mähe, jedoch im Abstand von der Oberwand 18 der Kochkammer 12 angeordnet- Die Enden 26 und 28 des elektrischen Widerstandsheizelementes 24 sind in geeigneter Weise an der Oberwand 18 angebracht, während die von ihnen ausgehenden nicht dargestellten elektrischen Leitungen mit der Verdrahtung (Fig. 4 und 5) eines Raumes für die elektrischen Schaltelemente verbunden sind, der rechts von der Kochkammer 12 angeordnet ist.

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Eine rechts von der Kochkaramer 12 vorgesehene Bedie— nungstafel 32, welche die Vorderseite des vorgenannten Raumes für die Schaltelemente abschließt _f enthält einen oberen Steuerknopf 33 _Λ mit dessen /Hilfe der Benutzer des Kochgerätes <lie Gesamtdauer des Kochvorganges einstellen kann. Die Dauer eines Kochvorganges kann mit Hilfe des Steuerknopfes 33 derart eingestellt werden, daß sie so wenig wie eine Minute oder weniger beträgt bis herauf jzu einer „Stunde oder mehr, was von dem jeweils zu behandelnden Kochgut abhängt. -Andererseits braucht die Dauer eines Kochvorganges nicht genau als eine Funktion der Zeit bestimmt zu werden, sondern si-e kann wahlweise auch beendet werden, wenn die Innentemperatur des Kochgutes eine vorbestimmte Größe erreicht iaat_r die einen gewünschten Grad von Garheit-darstellt. Das Tcann -z.B. durch Verwendung eines Temperaturfühlers und einer entsprechenden Schaltung erreicht werden.

Die BedieRungstafel 32 enthält weiterhin einen Verteilungssteuerknopf 34^ der von 3em Benutzer dazu verwendet werden kann, um die zur Verfügung stellende "Energie zwischen der die Hikrowellenenergie erzeugenden Anordnung und der die Oberfläche des Kochgutes brirunenden Anordnung aufzuteilen. Im einzelnen wird die Verteilung hierbei derart vorgenommen, daß das Verhältnis der Zeiten eingestellt wird, während welcher die Mikrowellen— energiequelle und das zum Bräunen dienende Widerstandsheizelement 24 mit Energie gespeist werden.

Bei dem Mikrowellenkochgerät nach Fig. 2 enthält die Kochkammer 36 eine andere Art von elektrischem Widerstandsheizelement. Im einzelnen sind zwei röhrenförmige Infrarot-Quarzlampen 38 und 4O vorgesehen, die sich

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längs der Kanten zwischen der linken und der rechten Seitenwand 42 -bzw. 44 und der Oberwand 46 erstrecken. Um die Mikrowellenenergie von den Wänden der Kochkammer 36 weg und zur Mitte der Kochkammer 36 hin abzulenken, sind zwei kurvenförmige Reflektoren 48 und 50 Jhinter den Quarzlampen 3B und 40 angeordnet, und zwar zwischen den Lampen und den Kanten der Kochkammer. Eine Isolierplatte 52 entsprechend der Platte 16 der Fig. 1 nimmt ein Kochgut 54 auf, das gebräunt und gekocht werden soll.

Zur Ermöglichung des Mikrowellenkochens ist das Ausgangselement 58 eines Magnetrons 5€ mit einem Wellenleiter .60 gekoppelt, über den ein-einen Wellenrührer ("mode stirrer") enthaltender Hohlraum 62 gespeist wird. Um eine gleichmäßigere Verteilung der Mikrowellenenergie herbeizuführen, ist ein langsam umlaufender gebläseähnlicher Wellenrührer 64 in dem ^Hohlraum 62 angeordnet und durch einen Motor 56 angetrieben^ Die Mikroweüenenergie wird in die Kochkammer 36 über eine Öffnung 68 eingekoppelt, die zum Schutz durch eine Platte 7O aus für Mikrowell-enenergie durchlässigem Material abgedeckt ist.

Zur Klarheit der Darstellung sind in Fig. 2 verschiedene andere übliche Bestandteile eines Mikrowellenkochgerätes weggelassen, z.B. die Energiequelle für das Magnetron 56 und andere notwendige elektrische Verbindungen.

In Fig. 3 ist eine Kochkammer 72 dargestellt, die mit Hilfe von Mikrowellenenergie wirksam zu machen ist und noch eine andere Art von Widerstandsheizelement enthält. Diejenigen Bestandteile-der Kochvorrichtung gemäß Fig. 3, die das Mikrowellenkochen ermöglichen, sind mit

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denjenigen identisch, die oben- mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben worden sind. Diese Bestandteile sind daher mit entsprechenden Bezugszeichen mit einem Hochstrich (*)-versehen und werden nicht nochmals näher beschrieben^

In der Kochkammer 72 der Fig. 3 ist eine Platte 74 zum Aufstellen von Kochgeschirr angeordnet, und zwar nahe dem Boden der Kochkammer 72. Das besondere elektrische Widerstandsheizelement gemäß Fig. 3 bestellt aus einem Heizwiderstandsfilm 76, der auf die Unterseite der Platte 74- aufgebracht ist, um diese unmittelbar zu beheizen. Es sind viele derartige Heizwiderstandsfilm bekannt,und sie können entweder aus einem Edelmetall- oder einem Zinnoxid-Film bestehen. Heizwiderstands filme können entweder gebildet werden, indem sie in ausgewählten Bereichen angebracht werden oder indem ausgewählte Teile des Filmes,der zunächst die gesamte eine Seite der Platte 64 bedeckt,weggeätzt werden. Wie im Fa]Ie der Infrarot-Quarzlampen 38 und 40 der Fig. 2 hat der Heizwiderstandsfilm 76 der Fig. 3 eine verhältnismäßig kleine thermische Masse und heizt sich daher ziemlich schnell auf.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist besonders geeignet, wenn gefrorene Hauptmahlzeiten od.dgl. gekocht werden sollen, die in ziemlich flachen Äluminiumkochgeschirren enthalten sind, wobei das Mikrowellenheizen von oben und das elektrische Widerstandsheizen von unten auf das Kochgeschirr selbst ausgeführt wird.

In Fig. 4 ist ein elektrisches Blockdiagramm einer Schal tung dargestellt für den Betrieb jedes der Kochgeräte nach den Fig. 1, 2 oder 3, wobei eine Mikrowellen- und eine elektrische Widerstandsheizung gleichzeitig durch-

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geführt wird, ohne daß die Belastbarkeit der Stromquelle überschritten wird. Der Stromkreis 78 der Fig. 4 enthält die Phasen- und die Nulleitung 80 bzw. 82 von der Stromquelle, die an einem üblichen Stecker 83 für 115 V und 15 A enden, der in einem Haushaltsstromkreis verwendet werden soll, der nicht ausreicht, um sowohl die durch die Mikrowellenheizung als auch die durch die elektrische Widerstandsheizung erforderten Leistungen in ihrer vollen Größe gleichzeitig zu erbringen.

In der Leitung 80 liegt ein Schalter 82 in Reihe, der stellvertretend für mehrere Schalter und Relaiskontakte ist, die üblicherweise in Mikrowellenkochgeräten verwendet werden. Typischei-weise ist hier z.B. ein Hauptschalter oder -relais vorgesehen und auch verschiedene Sicherheitssperrschalter, die z.B. dazu dienen, den Betrieb zu verhindern, wenn die Tür 14 nicht geschlossen ist.

Um die Gesamtzeitdauer eines Kochvorganges festlegen zu können, ist ein Kochzeitgeber 84 vorgesehen, der in Fig. 4 durch eine schematische Darstellung wiedergegeben ist. Er enthält einen durch einen umlaufenden Nocken 88 über ein Verbindungsstück 90 zu betätigenden Schalter 86. Der umlaufende Nocken 88 wird durch einen zeitgebenden Motor 92 angetrieben. Der Schalter 86 liegt in der Leitung 80 in Reihe mit dem Schalter 82, um eine Leitung 94 unter Strom zu setzen, wenn er, wie gezeichnet, geschlossen ist. Die Leitungen 96 und 98 zu dem zeitgebenden Motor 92 sind mit der Leitung 94 bzw. der Leitung 82 verbunden. Mit Hilfe einer nicht gezeichneten geeigneten Verbindung zu dem Steuerknopf 33 (Fig. 1} ist die durch den Zeitgeber 84 bestimmte Zeitdauer von dem Benutzer einstellbar, je nach der Art des zu behandelnden

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Kochgutes. Sie kann von weniger als eine Minute bis zu mehr als einer Stunde betragen,

Anstatt des schematisch dargestellten Zeitgebers 84 kann jede andere Art von Kochzeitgebern verwendet werden einschließlich voll elektronischer Zeitgeber. Wie schon oben erwähnt worden ist, kann die Gesamtzeitdauer eines Kochvorganges von dem Benutzer der Kochvorrichtung nicht nur als Funktion der Zeit bestimmt werden, sondern sie könnte auch durch einen Temperaturfühler in Verbindung mit einer geeigneten Schaltung festgelegt werden in Abhängigkeit von der Innentemperatur des Kochgutes und eines gewünschten Maßes von Garheit.

Beim Betrieb des Zeitgebers 84 verbringt der Steuerknopf 33 den Nocken 88 in eine erwünschte Anfangsstellung, wobei diese von der Größe der erforderlichen Kochdauer abhängt. Der Nocken 88 läuft dann um, bis der Vorsprung 100 das Verbindungsstück 90 berührt und den Schalter 86 öffnet. Hierdurch wird die Stromzuführung zu der Leitung 94 unterbrochen und der Kochvorgang beendet.

Das zum Mikrowellenkochen benötigte Magnetron 56 und dfe Magnetronstromquelle 102 sind als Blockdiagrainme dargestellt. Wenn die Magnetronstromquelle 102 mit 115 V Wechselspannung bei etwa 12 A gespeist wird, erzeugt sie eine ausreichend hohe Gleichspannung, um das Magnetron 56 zu erregen. Die Stromquelle 102 und das Magnetron stellen demgemäß zusammen eine Mikrowellenenergie erzeugende Anordnung dar. Zusätzlich ist ein elektrisches Widerstandsheizelement 104 von etwa 1200 bis 1400 W₇ das auf 115 V dimensioniert ist, vorgesehen. Das elektrische Widerstandsheizelement 104 ist stellvertretend für

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das ummantelte elektrische Widerstandsheizelement 24 der Fig. 1, die röhrenförmigen Infrarot-Quarzlampen 38 und 40 der Fig. 2 und den Dünnschichtheizwiderstand 76 der Fig. 3.

Darüberhinaus ist ein einpoliger Umschalter 108 mit zwei Schalteleelementen schematisch dargestellt,der durch einefzeitverhältnissteuervorrichtung 110 betätigt wird, wobei die mechanische Kupplung durch die gestrichelte Linie 112 angedeutet ist. Der Umschalter 108 und die Zeitverhältnissteuervorrichtung 11O stellen zusammen einen Arbeitszyklus-Steuerschalter dar, um wechselweise die Magnetronstromquelle 102 und damit das Magnetron 56 oder das elektrische Widerstandsheizelement 104 mehrere Male während jedes Kochvorganges wirksam zu machen. Im einzelnen haben sowohl die Magnetronstromquelle 102 als auch das Widerstandsheizelement 104 jeweils eine neutrale Rückleitung zu der zu der Hauptstromquelle führenden Leitung 82. Die stromversorgende Leitung 94 ist mit einer gemeinsamen Schalteranschlußstelle 114 verbunden. Eine Schalteranschlußstelle 116 ist mit der Magnetronstr mquelle 1O2 und die andere Schalteranschlußstelle 118 mit der anderen Anschlußstelle des Widerstandsheizelementes 104 verbunden.

Im Betrieb verbindet der Umschalter 108 gemäß der Steuerung durch die Zeitverhältnissteuervorrichtung 110 die

Stromversorgungsleitung 80 wechselweise mit der Magnetronstromquelle 102 und dem Widerstandsheizelement 104.

Wie ersichtlich, enthält die Vorderseite der Zeitverhältnissteuervorrichtung 11O den Verteilungssteuerknopf 34 und geeignete Marken, welche die Verteilung zwischen

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der Mikrowellenenergie und der Heizwiderstandenergie auf der Basis einer durchschnittlichen Zeitdauer anzeigen.

Die Zeitverhältnissteuervorrichtung 110 weist eine derartige Charakteristik auf, daß das die Mikrowellenenergie erzeugende System und das Widerstandsheizelement 104 mehrere Male während jedes Kochvorganges Energiezufuhr erhalten. In Abhängigkeit von der genauen Einstellung kann hierbei die Wiederholungsperiode eine Dauer von weniger als eine Minute bis zu mehreren Minuten haben. Die Zeitverhältnissteuervorrichtung 110 ist wohlgemerkt in Fig. 4 in äußerst allgemeiner Form dargestellt worden. Sie kann an sich eine sehr verschiedene Gestaltung aufweisen. Eine besondere Ausbildung wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Ein weiteres Beispiel für die Ausbildung der Zeitverhältnissteuervorrichtung besteht in der Verwendung eines sogenannten Unendlich-Wärmeschalters ("infinite heat switch"), wie er allgemein zur Steuerung des Arbeitszyklus von elektrischen Herdplatten verwendet wird. Ein solcher Schalter könnte derart abgewandelt werden, daß er den erforderlichen doppelten Ausgang aufweist, oder er könnte zur Erregung eines Relais mit doppelten Schaltkontakten verwendet werden.

Die Steuervorrichtung 110 für das Zeitverhältnis und der gesteuerte Umschalter 108 können auch als eine Steuervorrichtung für die zuzuführende elektrische Energie mit veränderlichem Tastverhältnis angesehen werden, die periodisch die Magnetronstromquelle 102 und damit das Magnetron 56 von der mit den Leitungen 80 bzw. verbundenen Stromquelle her mit Energie versorgt. Diese Energiezuführung für die Magnetronstromquelle 102 und das Magnetron 56 wird über die gemeinsame Anschlußstelle

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114 und die Schalteranschlußstelle 116 bewirkt. Die andere Schalteranschlußstelle 118, die mit dem Widerstandsheizelement 104 verbunden ist, dient dazu, um dieses Widerstandsheizelement während derjenigen Perioden mit Strom zu versorgen, während welcher dem Mikrowellenenergie erzeugenden System, das aus der Magnetronstromquelle 102 und dem Magnetron 56 besteht, kein Strom zugeführt wird.

In Fig. 5 ist das Schaltschema eines besonderen Ausführungsbeispiels der Steuervorrichtung 110 für das Zeitverhältnis und den gesteuerten Umschalter 108 der Fig. 4 dargestellt.

In Fig. 5 sind das Widerstandsheizelement 104 und eine Mikrowellen erzeugende Anordnung 120 jeweils über einzelne Steuerschalter in Gestalt von Triacs 122 bzw. 124 zwischen die Leitung 94 und die Leitung 82 geschaltet. Wenn der entsprechende Triac 122 oder 124 gezündet wird, wird entweder das Widerstandsheizelement 104 oder das Mikrowellen erzeugende System 120 unter Strom gesetzt. Für jeden der Triacs 122 und 124 ist eine Schutzschaltung vorgesehen, die zwischen den Hauptelektroden des Triacs über einen Kondensator 126 bzw. 128 und einen mit diesem in Reihe liegenden Widerstand 130 bzw. 132 eine Verbindung herstellt.

Das Mikrowellen erzeugende System weist vorzugsweise eine übliche Zusammensetzung auf, indem es aus einem Permanentmagnet-Magnetron besteht, das von einer Halbwellenverdoppler- Stromquelle gespeist wird, die einen ferroresonanten Transformator als Eingangselement enthält.

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Die Steuerschaltung, die den Triacs 122 und 124 geeignete Triggerimpulse zuführt, um wechselweise das Widerstandsheizelement 104 und das mikrowellenerzeugende System 120 mit Strom zu versorgen, enthält einen Rechteckgenerator mit einem festen Periodenzyklus und einstellbarem Tastverhältnis, wobei der Rechteckgenerator einen astabilen Multivibrator aufweist, der als Kern einen integrierter Schaltungstechnik ausgeführten Timer "555" enthält. Die bei dem Timer 126 gezeigte Stiftbenennung ist die für ein achtpoliges DIP-Gehäuse (dual inline package). Eine gebräuchliche, jedoch nicht dargestellte Stromversorgung speist 5 V Gleichspannung bezogen auf einen Schaltungsmassepunkt 130 in einen Stromversorgungsanschluß 128 ein, wobei auch der Massepunkt 130 mit der Leitung 82 verbunden ist. Die elektrische Energie für die Stromversorgung kann mit Hilfe geeigneter, nicht dargestellter Anschlüsse an den Leitein 94 und 82 entnommen werden.

Der positive Stromversorgungsanschluß 8 (Pin 8) des Timers 126 ist mit dem Stromversorgungsanschluß 128 verbunden, während der Masseanschluß 1 (Pin 1) an den Schaltungsmassepunkt 130 angeschlossen ist. Der Rücksetzanschluß 4 (reset) ist nicht verwendet und demzufolge an den positiven Stromversorgungsanschluß 128 angeschlossen. Der Anschluß 3 ist der Ausgang des Timers 126. Ein durch den Benutzer verstellbares Potentiometer 134, das zum Betrieb durch den Verteilungssteuerknopf 34 mit diesem mechanisch verbunden ist, sowie ein zeitbestimmender Kondensator 136 sind in Serie geschaltet und bestimmen zusammen die Periodendauer und das Tastverhältnis des Timers 126. Der obere Anschluß des Potentiometers 134 ist mit dem Stromversorgungsanschluß 128 verbunden, während der untere

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Anschluß 138 des Potentiometers 134 zusammen mit dem Kondensator 136 an die Steueranschlüsse 6 und 2 des Timers 126 angeschlossen ist. Der untere Kondensatoranschluß 142 ist mit der Schaltungsmasse 130 verbunden. Die Timerschaltung wird vervollständigt, indem der Schleifer des Potentiometers 144 an den Entladeanschluß 7 des Timers 126 angeschlossen wird.

Um das Verständnis der Betriebsweise des Timers zu erleichtern, wird der Widerstands teil des Potentiometers 134, der sich oberhalb des Schleifers 144 befindet mit R bezeichnet. Der Widerstands teil des Potentiometers 134,der sich jedoch unterhalb des Schleifers 144 befindet, sei mit R bezeichnet. Der Kapazitätswert des zeitbestimmenden Kondensators 136 ist mit C bezeichnet.

Beim Betrieb mißt der Timer 126 vom Typ "555" über die Steueranschlüsse 2 und 6 die Spannung an dem zeitbestimmenden Kondensator 136. Abhängig von der so gemessenen Spannung schaltet der Timer "555" den Entladeanschluß 7 entweder ab oder erdet ihn. Wenn der Entladeanschluß 7 abgeschaltet ist, wird der Kondensator 136 über die Widerstände R und R in Richtung auf das positive Potential an dem Stromversorgungsanschluß 128 aufgeladen. Wenn, wie durch den Steueranschluß 6 festgestellt, die Spannung an dem Kondensator 136 2/3 der Stromversorgungsspannung erreicht, wird der Entladeanschluß 7 geerdet und der Kondensator 136 über den Widerstand R^ entladen. Wenn nunmehr, wie über den Steueranschluß 2 gemessen, die Spannung an dem Kondensator 136 auf 1/3 der Stromversorgungsspannung abgesunken ist, wird der Ent-

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ladeanschluß 7 wieder abgeschaltet, um den Schwingungszyklus fortzusetzen.

Um zu derselben Zeit ein Ausgangssignal zu erzeugen, ist die innere Anordnung des Timers 126 derart getroffen, daß der Ausgangsanschluß 3 eine hohe Ausgangsspannung aufweist, wenn der Entladeanschluß 7 abgeschaltet ist und der Kondensator 136 geladen wird und daß der Ausgangsanschluß 3 eine niedrige Spannung annimmt, wenn der Entladeanschluß 7 geerdet ist und der Kondensator 136 entladen wird. Die Zeitkonstante (R + bestimmt als ein Ergebnis die Länge des Zeitintervalls, während dem der Ausgangsanschluß 3 die hohe Spannung aufweist, während die Zeitkonstante R_ßC das Zeitintervall bestimmt, während dem der Ausgangsanschluß 3 auf niedriger Spannung liegt.

Durch Veränderung der Stellung des Schleifers 144 durch Betätigung der Verteilungssteuerung 34 verändert der Benutzer des Koch- oder Backgerätes das Verhältnis der Zeitintervalle,zu denen der Ausgangsanschluß 3 die hohe bzw. die niedrige Spannung aufweist, wodurch letztlich über weitere, unten beschriebene Anschlüsse das Tastverhältnis des Heizelementes 104 und des raikrowellenerzeugenden Systems 120 verändert wird.

Der Ausgangsanschluß 3 des Timers 126 vom Typ "555" ist an zwei Pufferverstärker in Form der TTL-Inverter 148 und 150 angeschlossen. Um einen genügenden Ausgangsstrom zu erzeugen, kann jeder der Inverter 148 und 150 jeweils mehrere parallelgeschaltete TTL-Inverter enthalten. Zwei sog. pull-up Widerstände und 154 verbinden die Ausgänge der Inverter 148 und

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150 mit dem Gtromversorgungsanschluß 128 für die positive Gleichspannung.

Um schließlich das mikrowellenerzeugende System 120 mit Strom zu versorgen, wenn der Ausgangsanschluß 3 auf niedriger Spannung liegt, ist der Ausgang des ersten Inverters 148 mit dem Gate-Anschluß 158 des Triacs verbunden. Um hingegen das elektrische Heizelement mit Strom zu versorgen, wenn der Ausgangsanschluß die hohe Ausgangsspannung aufweist, ist der Ausgang des zweiten Inverters 150 an dem Gate-Anschluß des Triacs 122 angeschlossen.

In der folgenden Tabelle sind die Bauteilewerte aufgelistet, die für die hier beschriebene Schaltung geeignet erscheinen. Es ist ersichtlich, daß die Bauelementewerte, ebenso wie die Schaltung selber, nur beispielhaft sind und dazu dienen, die Erfindung mit einem Minimum an Versuchen nachzuvollziehen.

TABELLE

Widerstände
104

130 132 134 152 154

1200 W, elektrisches Heizelement mit 11 -Q

150 Π 150 .α

1 M Γι, Potentiometer 120 Λ 120 A

Kondensatoren

125 128 136

0,1
0,1 /lF 200 /IF

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-

2921268

Halbleiterbauelemente

122 Triac SC16ODX4, General Elektric

124 Triac SC16ODX4, General Elektric

126 integrierter Timer, Signetics

NE555, Motorola MC1555 oder ein Äquivalent

148 drei parallelgeschaltete TTI,

Inverter SN74O4, Texas Instruments

150 drei parallelgeschaltete TTL

Inverter SN74O4, Texas Instruments

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung eine Möglichkeit schafft, um im wesentlichen parallellaufend Wärme durch Mikrowellen und Wärme durch ein elektrisches Widerstandselement zu erzeugen, ohne die Leistungsfähigkeit einer Stromversorgungsquelle zu übersteigen, die nicht ausreicht, um sowohl das mikrowellenerzeugende System als auch das Widerstandsheizelement mit der jeweiligen vollen Leistung zu versorgen.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ιης. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Roger 7300 Esslingen (Neckar), Webergasse 3, Postfach 21. Mai 1979 Telefon PA 159 naeh Stuttgart (0711) 356539 Telex 07 256610 smru Telegramme Patentschutz Essüngenneckar Patentansprüche

1. Mikrowellen-Koch- oder-Backgerät, bei dem das Kochoder Backgut sowohl durch eine Mikrowellenenergie erzeugende Anordnung als auch durch ein elektrisches Widerstandsheizelement erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Mikrowellenenergie erzeugenden Anordnung (56; 120) und dem elektrischen Widerstandsheizelement (104) durch einen gemäß einen Arbeitszyklus gesteuerten Zeitschalter (108, 110? 122, 124, 126) mehrere Male während jedes Koch- oder Backvorganges abwechselnd elektrische Energie zuführbar ist.

2. Koch- oder Backgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszyklus des Zeitschalters (108, 110; 122, 124, 126) einstellbar veränderlich ist.

3. Koch- oder Backgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsheizelement (24; 38, 40; 76) eine verhältnismäßig kleine thermische Masse aufweist.

4. Koch- oder Backgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsheizelement aus einem Dünnschichtheizwiderstand (76) besteht.

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5. Koch- oder Backgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Platte (74) zum Aufstellen von Kochgeschirr enthält, auf welche der Dünnschichtheizwiderstand (78) aufgebracht ist.

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