DE3138026A1

DE3138026A1 - Mikrowellenofen und verfahren zu seiner steuerung

Info

Publication number: DE3138026A1
Application number: DE19813138026
Authority: DE
Inventors: Wesley W Teich
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1980-09-24
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1982-05-06
Also published as: CA1183907A; GB2083924A; GB2083924B; DE3138026C2; JPS5784590A

Description

Raytheon Company, 1^1 Spring Street, Lexington, MA 02173> Vereinigte Staaten von Amerika

Mikrowellenofen und Verfahren zu seiner Steuerung

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen. Sie befaßt sich insbesondere mit dem Problem der Bestimmung der für einen gewünschten Kochvorgang erforderlichen Wärmezufuhr in Abhängigkeit von dem Gewicht des Kochguts .

Das Kochen mit herkömmlichen Gas- oder Elektroöfen ist relativ unkompliziert, wenn man es mit dem Kochvorgang in einem Mikrowellenofen vergleicht. Im allgemeinen müssen nur die Temperatur und Zeit als Parameter berücksichtigt werden. Der Ofen wird normalerweise auf eine bestimmte Temperatur vorgeheizt. Anschließend wird das Kochgut während einer vorbestimmten Zeitspanne in den Ofen verbracht, wobei die Zeitspanne eine Funktion des Gewichts des Kochguts sein kann. Ein Truthahn wird beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 180° C gekocht, wobei die Kochzeit etwa 20 Minuten pro Pfund beträgt, Die Wärme wandert in einem herkömmlichen Bratoder Backofen von der Oberfläche des Kochguts allmählich durch Wärmeleitung nach innen, wodurch die Innentemperatur ansteigt und die physikalischen Änderungen hervorgerufen werden, die Bestandteil des Kochprozesses sind. Es ist ein typisches Merkmal eines solchen Koch-

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Vorgangs, daß die Kochzeit um so länger ist, je größer das Kochgut ist und^p mehr es wiegt. Ein Blick in die meisten Koch- und Rezeptbücher zeigt, daß die Kochzeit eine von dem Gewicht des Kochguts linear abhängige P'unktion ist.

Bekanntlich arbeiten Mikrowellenofen nach einem anderen Prinzip. Das in dem Ofenraum wirksame Mikrowellenfeld, daß keine Erhöhung der Lufttemperatur bewirkt, wird von dielektrischen Materialien absorbiert und bewirkt eine innere Erwärmung dieser Materialien. Aufgrund des für Mikrowellenofen geltenden anderen Kochprinzips ist die Bestimmung der Kochzeit als eine von dem Gewicht linear abhängige Funktion nicht praktikabel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellenofen zu schaffen, der unter Berücksichtigung der sich aus den vorangehend geschilderten Problemen entstehenden Schwierigkeiten eine genaue Bestimmung der für ein gegebenes Kochgut erforderlichen Kochzeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Mikrowellenofen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Mikrowellenofens gemäß der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Die Erfindung offenbart einen Mikrowellenofen mit einem Ofenraum, dessen Wandungen aus leitfähigem Material bestehen, mit einem Magnetron zur Einkopplung von Mikrowellenenergie in den Ofenraum, mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Einwirkungszelt der Mikrowellenenergie in Abhängigkeit von einem Signal, das dem Gewicht des

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in dem Ofenraum befindlichen Gegenstands entspricht und zur Steuerung des Magnetrons in Übereinstimmung mit dieser Zeitspanne, wobei diese Zeitspanne als nichtlineare Funktion des Gewichts bestimmt wird. Die genannte nichtlineare Funktion entspricht dem Gewicht geteilt durch die Summe aus dem Gewicht und einer Konstanten. Die Einheit dieser Konstanten ist die Gewichtseinheit. Sie hat vorzugsweise den Wert 0,05 kg. Die Vorrichtung zur Steuerung des Magnetrons und zur Bestimmung der Kochzeit ist vorzugsweise ein Mikroprozessor.

Der Mikrowellenofen gemäß der Erfindung besitzt vorzugsweise ein im wesentlichen rechteckförmiges Gehäuse, in welchem sich der Ofenraum befindet, sowie eine Waage, die ein Signal erzeugt, das für das Gewicht des vn dem Ofenraum befindlichen Gegenstands kennzeichnend ist.

Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Magnetrons für einen Mikrowellenofen anzugeben.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist Gegenstand eines Unteranspruchs, auf den hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Das Verfahren beinhaltet folgende Verfahrensschritte: Das in dem Ofenraum befindliche Kochgut wird abgewogen; es wird ein aus dem Gewicht abgeleitetes Signal erzeugt und einem Mikroprozessor eingegeben; die Einschaltzeit des Magnetrons wird als nichtlineare Funktion des Eingangssignals bestimmt; es wird ein dieser Einschaltzeit entsprechendes Steuersignal für das Magnetron erzeugt .

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Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnursgen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt die Frontansicht eines Mikrowellenofens gemäß der Erfindung in teilweise geschnittener Darstellung,

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Mikrowellenofens entsprechend der Linie 2-2 von Fig. .1, . .

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht des Mikrowellenofens entsprechend der Linie 3-3 von Fig. 1, ·

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit der in den Mikrowellenofen inkorporierten Waage, nämlich das Federglied, die Lichtquelle und den optischen Empfänger, in einer von der Ausführung gemäß Fig. 1, 2 und 3 abweichenden Ausführungsform,

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Mikrowellenofens gemäß der Erfindung,

Fig. 6 zeigt eine Darstellung des Bedienungsfeldes des Mikrowellenofens in einer gegenüber Fig. 1 vergrößerten Darstellung,

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm des Programms für den Mikrowellenofen gemäß der Erfindung,

Fig. 8 zeigt ein Operationsdiagramm des" Mikrowellenofens unter Verwendung des Flußdiagramms von Fig. 7,

Fig. 9 zeigt das in Verbindung mit dem Flußdiagramm von Fig. 7 verwendete Interruptschema.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des in

Fig. 5 verwendeten Mikroprozessors und der zugeordneten Hardware,

Fig. 11 zeigt eine Seitenansicht der Waage bei einem Mikrowellenofen mit bodenseitiger Energieeinspeisung,

Fig. 12 zeigt eine der Linie 12-12 von Fig. 11 entsprechende Draufsicht des Mikrowellenofens gemäß Fig. 11.

Der in Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung gezeigte Mikrowellenofen besitzt einen Ofenraum 10, in dem sich ein mit 12 bezeichnetes Kochgut befindet. Der Ofenraum 10 besitzt eine Zugangsöffnung, die mittels einer nicht dargestellten Tür verschließbar ist. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sollen bekannte Komponenten wie beispielsweise die Dichtungskonstruktion der Tür nicht näher erläutert werden. Die Mikrowellenenergie, die vorzugsweise eine Frequenz von 2450 MHz hat, wird von einem üblichen Magnetron 14 erzeugt, das über einen Wellenleiter 15 an einen rotierbaren Primärstrahler 16 angekoppelt ist. Dieser erzeugt ein Strahlungsmuster, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein wesentlicher Teil der abgestrahlten Energie von dem Kochgut 12 absorbiert wird, bevor sie von den Wänden des Ofenraumes reflektiert wird. Der Primärstrahler 16 besitzt Antennenelemente 16a, die in zwei Doppelfeldern angeordnet sind. Die einzelnen Antennenelemente 16a werden an einem Ende eingespeist und bilden jeweils einen Halbwellenresonator, Sie sind jeweils an einem als Trägerteil dienenden Leitungsstück 16b angebracht, das senkrecht zu ihrer Längsausdehnung und zur oberen Wandung des Ofenraums 10 verläuft. Parallel zueinander verlaufende flache Mikrostreifenleiter 16c verbinden die einzelnen Leiterstücke 16b mit einem zentralen Punkt 15d, der sich auf der Rotationsachse befindet. An diesem Verbindungspunkt I6d ist eine zylindrische Antennensonde

an die Strahlerstruktur 16 angeschlossen. Die Antennensonde 9 besitzt eine kapazitive Kappe 7 und ist in einem in dem Wellenleiter 15 gelegenen Kunststofflager 17 gelagert. In diesem Lager 17 sind die Antennensonde 9 und damit der Strahler 16 drehbar gelagert, wobei die Rotationsachse der Achse der Antennensonde 9 entspricht. Die durch die Ausgangssonde 13 des Magnetrons 14 in den Wellenleiter 15 eingespeiste Mikrowellenenergie regt die Antennensonde 9 an. Über Letztere gelangt die Mikrowellenenergie durch eine Öffnung 19 in der oberen Wandung des Ofenraums, wobei die Antennensonde 9 als Koaxialleiter wirkt. Die obere Wandung des Ofenraums IO ist in der Weise ausgeformt, daß sie eine Art Gewölbe 27 mit flachem konischem Querschnitt bildet, das sich von der Hauptebene der oberen Wandung nach außen wölbt und somit eine zumindest annähernd kreisförmige Vertiefung bildet, die den rotierenden Strahler zumindest teilweise umgibt und eine möglichst gleichförmige Energieverteilung in dem zu erhitzenden Kochgut 12 bewirkt. Das genannte Gewölbe strahlt die von dem Kochgut reflektierte Mikrowellenenergie in einen kreisförmigen Bereich in der Mitte des Ofenraums zurück. Ein von einem zur Kühlung des Magnetrons 14 dienenden (nicht dargestellten) Gebläse erzeugter Luftstrom wird vorzugsweise so 'gelenkt,- daß er durch den Ofenraum 10 zirkuliert, um Kochdünste abzuführen. Dieser Luftstrom wird in den Wellenleiter 15 gelenkt, tritt durch Öffnungen 21 in der Wandung des Gewölbes aus und bewirkt die Drehbewegung des Strahlers 16. Zu diesem Zweck sind an dem Strahler 16 Flügel 23 angebracht, die eine Angriffsfläche für den Luftstrom bilden, so daß der Strahler 16 nach Art eines Windrades rotiert. Die Flügel 23 sind aus .verlustarmen Kunststoffmaterial hergestellt. Es kpnnen auch andere Wege zur Lenkung des Luftstroms auf die Flügel 23 vorgesehen sein. Ausserdem kann anstelle des Luftantriebs ein (nicht dargestellter) Elektromotor für die Drehbewegung des Strah-

lers 16 vorgesehen sein. Ein für Mikrowellenenergie durchlässiger Fettschirm 25 dient als Spritzschutz, der den Mikrowellenstrahler von dem übrigen Ofenraum trennt.

Ein in Fig. 6 näher dargestelltes Bedienungsfeld 13 "besitzt ein Tastenfeld zur Eingabe von Eingabegrößen für einen Mikroprozessor 32 (Fig. 5) sowie Anzeigeelemente, über welche der Mikroprozessor den jeweiligen Betriebszustand anzeigt. Als Tastenschalter und Anzeigeelemente eignen sich herkömmliche Bauteile. Als Tastenschalter werden vorzugsweise kapazitive Berührungsschalter verwendet. Als Anzeigeelemente werden vorzugsweise digitale Displays verwendet,- die die Parameter, wie beispielsweise die Zeit, sowie die über die Tastenschalter eingewählten Werte in digitaler Form anzeigen. Die spezifischen Funktionen des Bedienungsfeldes 30 werden weiter unten im einzelnen beschrieben.

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Unter dem Boden 18 des Ofenraums 10 befindet sich eine Waage 20. Diese besitzt vier vertikale Tragstifte 22, die durch in dem Boden des Ofenraums 10 im Bereich der Ecken angebrachte Öffnungen 24 hindurchragen. Die Tragstifte 22 tragen eine Platte 26, die in den Ecken des Ofenraums 10 etwa 2,5 cm über dem Boden 18 liegt. Die Platte 26 ist vorzugsweise aus einem für Mikrowellen durchlässigen Pyrexglas hergestellt. Die Mikrowellen dringen durch das Glas, treffen auf den Boden des Ofenraums auf und werden von unten in das Kochgut 12 reflektiert. Dadurch kann die Mikrowellenenergie von allen Seiten in das Kochgut eindringen. Die Platte 26 bietet ausserdem einen Schutz für das Magnetron, wenn der Mikrowellenofen versehentlich eingeschaltet wird, ohne daß sich in dem Ofenraum ein Kochgut befindet. Die Platte 26 läßt sich zu Reinigungszwecken zwar aus dem Ofenraum herausnehmen, sie sollte sich jedoch während des Betriebs immer in dem Ofenraum befinden. Das Gewicht

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der Platte 26, des Kochguts 12 und gegebenenfalls in dem Ofenraum vorhandener Teller oder Behälter wird über die Tragstifte 22 auf die Waage 20 übertragen.

Es soll möglichst wenig Mikrowellenenergie durch die vier Öffnungen 24 in die unter dem Ofenraum liegende Kammer 28 dringen, in»der sich die Waage 20 befindet. Deshalb ist der Durchmesser der vorzugsweise kreisförmigen Öffnungen 24 kleiner als eine halbe Wellenlänge. Die Öffnungen 24 sind nur wenig größer als die Stifte 22, die z.B. einen Durchmesser von etwa 5 mm besitzen. Im Interesse einer möglichst genauen Wägung ist es geboten, daß die Reibung, die ein Stift bei der Auf- und Abwärtsbewegung in der zugeordneten Öffnung erfährt, so gering wie möglich ist. Zu diesem Zweck sollen die Toleranzen so gewählt sein, daß die Stifte genau konzentrisch in den zugeordneten Öffnungen positioniert sind. Ausserdem soll Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten verwendet werden. Die Stifte sollen vorzugsweise aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff bestehen, so daß die Öffnungen eine Mikrowellendrossel bilden. Wenn· die Stifte aus Metall bestünden, besäße die Konstruktion die Eigenschaften einer Koaxialleitung, wobei die Oberfläche der Öffnung den Außenleiter und der Stift den Innenleiter bilden. Auf diese Weise würde Mikrowellenenergie durch die Öffnung geleitet, obwohl die Größe des Außenleiters geringer ist als es der Grenzlängenwelle entspricht.

Die Waage 20 umfaßt vier starre Hebelarme 36. An einem Ende jedes dieser Hebelarme befindet sich ein Bügel 37 in Form eines umgekehrten V, mit dem der Hebelarm in einem Schneidenlager 40 gelagert ist. An dem anderen Ende ist jeder Hebelarm über einen halbkreisförmigen Lagerzapfen 41 an einem zweiten Arm befestigt, so daß an

dem Verbindungspunkt der beiden Arme eine Vertikalbewegung zwischen den an den entgegengesetzten Enden liegenden Lagerstellen möglich ist. Die paarweise vorgesehenen Hebelarme 36 liegen zueinander parallel, so daß jedem Hebelarm eines Paares ein Arm in dem anderen Paar entspricht. Die einander entsprechenden Hebelarme sind durch eine senkrecht zu ihnen verlaufende Querstange 43 mit V-förmigem Profil starr miteinander verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Hebelarme 36 etwa 18 cm, während die Querstangen43 eine Länge von ,etwa 36 cm besitzen und im Abstand von etwa 2,5 cm von den Lagerstellen an den Hebelarmen 36 befestigt sind. Diese Abmessungen sind so gewählt, daß sich die Waage 20 in der Kammer 28 unterbringen läßt und die Tragstifte 22 durch die Öffnungen 24 an geeigneten Stellen in den Ofenraum 10 hineinragen. Im Bereich eines der die Hebelarme miteinander verbindenden Lagerzapfens 41 befindet sich ein elastisch es Glied 44, das der Abwärtsbewegung der Hebelarme entgegenwirkt. Es besteht aus einem flexiblen Metallstreifen, das freitragend an einem Block 46 befestigt ist. An einem der Hebelarme ist in der Nähe der Lagerzapfenverbindung ein senkrecht zu seiner Längsrichtung verlaufender Stab 48 starr befestigt. Am Ende dieses Stabes befindet sich eine Scheibe 50, die auf dem elastischen Glied 44 ruht.

Das Gewicht der Platte 56 und der auf ihr liegenden Gegenstände wird über die Tragstifte 22, die durch die in dem Boden 18 angebrachten Öffnungen 24 in den Ofenraum ragen, auf die Waage 20 übertragen. Die Stifte 22 sind an rechteckigen Bügeln 52 befestigt, die die Aufwärtsbewegung der Stifte in den Öffnungen 24 begrenzen. Die rechteckigen Bügeln 52 sind im Nachbarbereich der betreffenden Hebelarme 36 an inneren Bodenpunkten der V-förmigen Querstangen 43 starr befestigt. Die nach unten

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wirkende Krait wird unabhängig von ihrer Verteilung auf die vier Tragstifte 52 in etwa gleichem Verhältnis über die Querstangen und die Hebelarme auf das elastische Glied 44 der Waage.20-übertragen. Die Stange 48 kuppelt die Kraft von den Hebelarmen über die Scheibe 50"auf das elastische Glied 44. Wenn das Gewicht und die entsprechende nach unten gerichtete Kraft anwachsen, wird das elastische Glied 44 stärker gebogen. Das elastische Glied 44 entspricht einer Feder. Die vertikale Position seines freien Endes ist daher eine Funktion des auf die Tragstifte 22 wirkenden Gewichts. Das freie Ende des. elastischen Glieds 44 ist nach unten abgewinkelt und bildet ein Abschattungselement 47, das den Querschnitt des Lichtstrahls, der auf eine lichtempfindliche Einrichtung 56 gerichtet ist, steuernd beeinflußt. Wenn das auf der Platte 26 befindliche Gewicht größer wird und das freie Ende des elastischen Gliedes 44 dementsprechend weiter nach unten gebogen wird, wird ein größerer Teil des Lichtstrahls abgeschattet, so daß die durchschnittliche Helligkeit auf der wirksamen Oberfläche der lichtempfindlichen Einrichtung 56 geringer wird. Die lichtempfindliche Einrichtung 56 besteht vorzugsweise aus einem Fototransistor, der eine analoge Spannung liefert, die eine Funktion des einfallenden Lichts ist. Die Quelle 58 des Lichtstrahls 54 kann entweder eine Glühbirne sein oder - wie in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvarianten - eine Leuchtdiode. Zwischen der Lichtquelle und der lichtempfindlichen Einrichtung kann eine Linse angeordnet sein, mittels derer der Lichtstrahl auf einen vergleichsweise kleinen Bereich fokussiert wird. Dementsprechend ändert sich weniger die Größe der Fläche, auf welche das Licht auftrifft, als vielmehr die Intensität innerhalb des Bereichs.

In Fig. 4 ist eine Variante des elastischen Gliedes 44 und der zugeordneten Bauteile dargestellt. Die Vorzugs-

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weise von einer Leuchtdiode gebildete Lichtquelle 58 ist an dem freien Ende des elastischen Gliedes 44 angebracht_s das selbst freitragend an dem Block 56 befestigt ist. Der von der Lichtquelle 58 abgegebene Lichtstrahl 54 ist auf die wirksame Oberfläche der lichtempfindlichen Einrichtung 56 gerichtet. Zwischen der Lichtquelle 58 und der lichtempfindlichen Einrichtung 56 befindet sich ein Abschattungselement 57a. Wenn der Stab 48 über die Scheibe 50 eine nach unten gerichtete Kraft auf das elastische Element 44 ausübt, wird ein wachsender Teil des Lichtstrahls 54 von dem Element 57a abgeschattet. Dementsprechend verringert sich die am Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung 56 auftretende analoge Spannung, wenn das auf die Tragstifte 22 wirkende Gewicht größer wird. Es kann auch ein Abschattungselement verwendet werden, das den oberen Teil des auf die lichtempfindliche Einrichtung gerichteten Lichtstrahls abschattet. In diesem Fall wird der Lichtstrahl um so weiter nach unten gerichtet, je größer das auf der Waage lastende Gewicht ist. Dementsprechend vergrößert sich bei wachsendem Gewicht die auf die lichtempfindliche Einrichtung auftreffende Lichtmenge, da der Strahl zunehmend aus dem Abschattungsbereich des Abschattungselements heraustritt. Das hat zur Folge, daß die Ausgangsspannung der lichtempfindlichen Einrichtung größer wird, wenn das auf der Waage lastende Gewicht größer wird.

Die Waage 20 bildet eine Einrichtung zur Erzeugung einer Eingangsgröße für den Mikroprozessor 32, die für das Gewicht der in dem Ofenraum 10 vorhandenen Gegenstände kennzeichnend ist. Ein wesentlicher Vorteil der vorangehend beschriebenen Waage 20 besteht darin, daß sie sich ohne wesentliche Änderungen in käufliche Mikrowellenöfen installieren läßt. Bei dem speziellen Mikrowellenofen, in welchem die Waage eingebaut wurde, besaß die Kammer 28 im mittleren Bereich eine Höhe von etwa 1 ein

und im Bereich der Ecken und Kanten eine Höhe von etwa 4 cm. Fig. 1 und 2 sind insoweit nicht maßstabsgerecht gezeichnet. Die Ecken und Kanten des Bodens 18 des Ofenraums 10 sind immer erhöht angeordnet, so daß ein auf der Platte 26 liegendes Kochgut gegenüber der leitenden Oberfläche des Bodens angehoben ist und die dielektrischen Verluste sehr gering sind. Die ¥aage, deren Höhe etwa 2,5 cm beträgt, besitzt eine im wesentlichen rechteckförmige Struktur, wobei sich im mittleren Bereich keine Bauteile befinden, so daß sie im wesentlichen den Randbereich der Kammer 28 ausfüllt, dessen Höhe etwa 4 cm beträgt; da sich im mittleren Bereich der Waage keine Konstruktionsteile befinden, kann sie auch bei solchen Mikrowellenofen verwendet werden, bei denen die Mikrowellenenergie am Boden des Ofenraums eingespeist wird. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel wird weiter unten in Verbindung mit Fig. 11 und 12 näher beschrieben.

Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild für einen Mikrowellenofen gemäß der Erfindung. Die Waage 20 liefert an den Mikroprozessor 32 ein Eingangssignal, das für das Gewicht des in dem Ofenraum befindlichen Kochguts kennzeichnend ist. Unter Verwendung der Gewichtsangabe des Kochguts erarbeitet der Mikroprozessor zusammen mit anderen Eingangsparametern das "Zeitprofil" der Leistung des Magnetrons und steuert seinen Betrieb.

Die von der lichtempfindlichen Einrichtung der Waage 20 abgegebene analoge Spannung wird einem Multiplexer 60 zugeführt, der unter dem Steuereiniluß des Mikroprozessors 32 steht. Der Multiplexer 60 stellt für den Mikroprozessor '32 eine Wähleinrichtung dar, mit deren Hilfe jeweils eine aus einer Mehrzahl von analogen Eingangsgrößen ausgewählt wird, die einem Analog-Digitalwandler 62 zuzuführen ist. In Letzterem wird die Eingangsgröße in ein von dem Mikroprozessor 32 verarbeitbares digitales Signal

umgewandelt. Ein Beispiel für eine andere analoge Eingangsgröße ist das von einem Jaerkömmlichen Mikrowellen-Temperaturfühler gelieferte Temperatursignal.

Ein Taktgenerator 64 liefert den Bezugstakt für den Mikroprozessor 32. Der Taktgenerator 64 beinhaltet ein Wechselstromfilter, das mit dem Wechselstromnetz verbunden ist, sowie einen Nulldurchgangsdetektor, dessen Ausgangssignal dem Mikroprozessor zugeführt wird.

Ferner sind ein Tastenfeld 63 sowie Anzeigevorrichtungen 65 vorgesehen.

Fig. 6 zeigt das Bedienungsfeld 30 von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung. Dieses Bedienungsfeld beinhaltet Tasten und Anzeigeelemente. Die Tasten sind - wie bereits erwähnt - vorzugsweise als kapazitive Berührungsschalter bekannter Art ausgebildet. Zwischen dem Tastenfeld und dem Mikroprozessor befindet sich eine Schnittstellenschaltung üblicher Art, die im folgenden auch als Interface bezeichnet wird. Derartige Interface-Schaltungen sind durch handelsübliche Mikrowellenofen bekannt. Es ist ferner ein Interface vorgesehen, das den Mikroprozessor 32 an die Anzeigevorrichtungen des Bedienungsfeldes 30 anpaßt. Das Tastenfeld umfaßt Berührungsschalter 69, die mit Zahlen 0 bis 9 beschriftet sind, sowie weitere Tastschalter, die mit Bezeichnungen versehen sind, welche ihre Funktion kennzeichnen: UHR, ZEITVORWAHL, BEHÄLTERGEWICHT, AUFTAUEN, WÄRMEN, ERHITZEN, KOCHPROGRAMM, WENDEZEIT, TEILLEISTUNG, ZEITGEBER. Ferner sind Tastenschalter 67 vorgesehen, die mit den Bezeichnungen START, STOP/RÜCKSTELLEN und LICHT versehen sind. Die Anzeigevorrichtung beinhaltet Digitalanzeigen 66, E^triebsanzeigelampen 68, die den entsprechend beschrifteten Berührungsschaltern zugeordnet sind, sowie eine Digitalanzeige 70, die dem

Tastenschalter mit der Funktion KOCHPROGRAMM zugeordnet ist.

Die mit den Ziffern O bis 9 versehenen Berührungstasten können in herkömmlicher Weise zur Eingabe von Daten in den Mikroprozessor verwendet werden. Wenn der Mikrowellenofen beispielsweise nicht in Gebrauch ist, zeigt die Digitalanzeige 66 die Tageszeit an. Zur Änderung der Zeitanzeige betätigt der Benutzer die Nummerntasten entsprechend der gewünschten Zeit. Diese Zeit wird in der Digitalanzeige 66 angezeigt. Wenn der Benutzer anschließend die Taste UHR betätigt, wird die angezeigte Zeit in den Mikroprozessor eingegeben und damit zur neuen Grundlage für die angezeigte Tageszeit. Ein anderes Beispiel für die Verwendung der Nummerntasten ist die Anzeige der Kochzeit. Bei der Betätigung der Taste START zählt die angezeigte Zeit rückwärts bis zum Ausschalten des Ofens. Durch Betätigen der der Funktion AUFTAUEN zugeordneten Taste steuert der. Mikroprozessor das Magnetron in der Weise, daß tiefgefrorene Lebensmittel von etwa minus 1S C auf bei- · spielsweise 4 C erwärmt und damit aufgetaut werden. Durch Betätigen der Taste mit der Funktion WÄRMEN steuert der Mikroprozessor das Magnetron in der Weise, daß Lebensmittel von beispielsweise 4 C auf beispielsweise 18 ' C erwärmt werden. Der Tastenschalter mit der Funktion ERHITZEN aktiviert den Mikroprozessor in der Weise, daß das Magnetron eine im Mikrowellenofen befindliche Speise von beispielsweise 18° C erhitzt. Bei Betätigung des Tastenschalters für die Funktion KOCHPROGRAMM steuert der Mikroprozessor das Magnetron in der Weise, daß das im Ofenraum befindliche Kochgut während des Kochprozesses die gewünschte Temperatur von beispielsweise 70° C beibehält oder auch auf eine höhere Temperatur erhitzt wird. Mit anderen Worten die den Funktionen ABTAUEN, WÄRMEN, ERHITZEN und KOCHPROGRAMM entsprechenden Eingangsgrößen sind für die Anfangstemperatur der

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Speisen kennzeichnend. Vor Kochbeginn kann ein für die spezielle Speise geeignetes Kochprogramm gewählt v/erden, indem eine Nummerntaste mit der entsprechenden Zahl gedrückt und sodann die Taste KOCHPROGRAMM betätigt wird. Das ausgewählte Programm wird in der Digitalanzeige 70 angezeigt. Bei der weiter unten beschriebenen Betriebsart "gewichtsabhängiges Kochen" kann die Taste mit der Funktion TEILLEISTUNG gedrückt werden, wobei die Funktion "Temperatur halten" aktiviert wird, bei der der Leistungszyklus des Magnetrons verringert wird. Die Anzeigen "1/2", "1/4" und "1/8" werden durch wiederholte Betätigung der Taste TEILLEISTUNG während des herkömmlichen Zeitkochbetriebs aktiviert. Die Taste ZEITVORWAHL dient dazu, den Mikrowellenofen für eine spätere Zeit zu programmieren. Die Funktion WENDEZEIT liefert ein akustisches Signal und schaltet den Ofen aus, wenn das Kochgut gewendet werden muß oder ein anderweitiger Eingriff im Ofen vorzunehmen ist. Die Funktion ZEITGEBER dient als rückwärtslaufende Uhr und veranlaßt Signalgabe am Ende der vorgewählten Zeit. Der Tastknopf mit der Bezeichnung START veranlaßt die Ausführung eines besonderen ausgewählten Unterprogramms, durch welches das Magnetron eingeschaltet wird. Der Knopf mit der Bezeichnung STOP/RÜCKSTELLEN schaltet das Magnetron aus. Durch Betätigung des Knopfes mit der Bezeichnung LICHT wird eine (nicht dargestellte) Lampe zur Erleuchtung des Ofenraums ein- und ausgeschaltet.

Die Verwendung von Mikroprozessoren zur Steuerung von Mikrowellenofen hat sich im vergangenen Jahrzehnt durchgesetzt. Alle führenden Herstellerfirmen bieten mikroprozessorgesteuerte Mikrowellenofen an. Der Mikroprozessor erhält seine Eingangsinformationen von einem Tastenfeld sowie von Sensoren und liefert Ausgangssignale zur Steuerung des Magnetrons und der Anzeigevorrichtung. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Blockschaltbild ist als

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neuer Sensor eine Waage hinzugefügt, mittels derer das Gewicht der in den Ofenraum eingebrachten Gegenstände abgewogen wird. Die Auswahl eines geeigneten Mikroprozessors' und seine Programmierung zur Ausführung entsprechender Funktionen ist dem einschlägigen Fachmann ohne weiteres möglich. Die ersten mikroprozessorgesteuerten öfen benutzten handelsübliche Standardprozessoren in integrierter Schaltung. Das Anwenderprogramm war in einem Lesespeicher niedergelegt. Diese Systeme benötigten im allgemeinen zahlreiche Eingabe-/ Ausgabekomponenten, die die Schnittstellen zwischen dem Mikroprozessor und dem übrigen System bildeten. Diese Schnittstellenkomponenten sind dem einschlägigen Fachmann vertraut. In der jüngeren Vergangenheit ist bei den Herstellern von Mikrowellenofen zunehmend der Trend zur Verwendung von kundenorientierten integrierten Schaltungen zur Steuerung der Mikrowellenofen zu beobachten. Das große Liefervolumen dieser spezialisierten integrierten Schaltungen versetzt die Bauelementehersteller in die Lage, die bei der Umwandlung der Benutzerforderungen in konkrete Schaltungen auftretenden Entwicklungskosten auf eine große Zahl von integrierten Schaltungen zu verteilen und damit die Kosten der einzelnen Einheiten zu verringern. Ausserdem besteht ein zunehmender Trend zur Integration von immer mehr Funktionen in einer einzigen integrierten Schaltung auf Siliziumbasis, so daß immer mehr diskrete Bauelemente und Interfaceschaltungen, wie z.B. Treiberschaltungen für die Segmente -der Ziffernanzeigen, Analog-Digitalwandler, Multiplexer, Nulldurchgangsdetektoren, Wechselstromfilter und Tastenfeld-Schnittstellenschaltungen, entfallen. Auf dem Hintergrund der vorangehenden Ausführungen sei noch einmal Fig. 5 betrachtet: Der Mikroprozessor 32 ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine kundenspezifische integrierte Schaltung, wie sie von einer Vielzahl von Herstellern elektronischer Bauelemente entwickelt

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und in den Handel gebracht wurde. Die integrierte Schaltung besitzt integrierte Interface-Funktionen. Auch der Multiplexer 60 und der Analog-Digitalwandler 62 können in die integrierte Schaltung des Mikroprozessors einbezogen sein, so daß Analogsignale unmittelbar dem betreffenden Halbleiterelement zugeführt werden können. Ein abweichendes Ausführungsbeispiel des Mikroprozessors 32 wird weiter unten beschrieben.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 5 empfängt der Mikroprozessor 32 Eingangssignale von der Waage 20 und der Tastatur 63 des Bedienungsfeldes 30. Zusätzlich zu den herkömmlichen Funktionen wie beispielsweise Kochen während einer voreingestellten Zeit, Kochen mit vorgewählter Leistung, Überwachung der Temperatur, Überwachung und Anzeige der Zeit für einen notwendigen Eingriff, führt der Mikroprozessor 32 eine neue Funktion aus, die die Bedienung weiter erleichtert. Diese neue<^ Funktion besteht darin, daß der Mikroprozessor das Ge-^k-ⁱ wicht des in den Kochraum eingebrachten Kochguts mit der Anfangstemperatur des Kochguts verknüpft und daraus die Kochzeit bestimmt.

In Fig. 7j 8 und 9 sind Flußdiagramme für eine entsprechende Programmierung des Mikroprozessors 32 dargestellt. Viele der herkömmlichen Funktionen, wie beispielsweise Überwachung eines notwendigen Eingriffs, sind in die folgendenBetrachtungen nicht einbezogen. Ihre Berücksichtigung in dem Flußdiagramm und die Programmierung von Mikroprozessoren aus Flußdiagrammen allgemein ist jedoch dem einschlägigen Fachmann bekannt. Zunächst sei Fig. 7 betrachtet: Nach dem EINSCHALTEN der Stromversorgung findet ein RÜCKSTELLEN des Mikroprozessors in einem definierten Anfangszustand statt. Hierzu gehören verschiedene Löschprozeduren wie beispielsweise eine Vorbereitung der Ausgangskanäle. Zum

BERECHNEN der Erhitzungszeiten dient folgende Gleichung:

- (HüS)(FW»(Dtf>(SHD))

- (_0P£)(_PLs)(CF)

Darin bedeuten HUS die Zahl der Wärmeeinheiten, FW das Gewicht des Kochguts, DW das Gewicht des Tellers oder Behälters, SHD die spezifische Wärme des Tellers oder Behälters,· OPL den Leistungspegel des Ofens, PLS die Wahl des Leistungspegels und CF einen Kopplungsfaktor.

Der erste Ausdruck in der Gleichung für die Erhitzungszeit, nämlich die Vorwahl der Wärmeeinheiten, ist beispielsweise in Joule pro kg des Kochguts ausgedrückt. Es hat sich herausgestellt, daß die pro Gewichtseinheit des Kochguts erforderliche Anzahl von Wärmeeinheiten teilweise eine Funktion des Temperaturbereichs ist, über den das Kochgut erhitzt werden soll und in welchem chemische und/oder physikalische Änderungen in dem Kochgut stattfinden. Dieser Ausdruck der Gleichung wird durch eine stark vereinfachte Eingabe des Benutzers über das Tastenfeld bestimmt. Hierzu sei noch einmal auf Fig. 6 Bezug genommen: Der Benutzer gibt die Anfangstemperatur ein, indem er eine der folgenden Tasten betätigt: Die Taste AUFTAUEN für tiefgekühlte Lebensmittel mit einer Temperatur von beispielsweise minus 18° C, die Taste WÄRMEN für Lebensmittel mit einer Temperatur von etwa 4° C, die im Innenraum eines normalen Kühlschranks herrscht, die Taste ERHITZEN für Lebensmittel mit Raumtemperatur (18°C). Durch Betätigen von mehr als einer dieser Tasten wird für jede Funktion ein getrennter Zyklus in Gang gesetzt und es findet eine getrennte Berechnung nach der oben angegebenen Erhitzungszeitgleichung für jeden Zyklus statt. Für den Zyklus AUFTAUEN werden beispielsweise 50 Kcal/kg in die Gleichung eingegeben, für den Zyklus WÄRMEN 15 Kcal/kg, für den Zyklus ERHITZEN 50 Kcal/kg und für den Zyklus

KOCHEN ir. Abhängigkeit von dem durch die Tastenscral-t-.-r vorgewählten und in dem Tastenschalter KOCHPROGRAMM angezeigten Programm 12 bis 125 Kcal/kg. Obwohl die für KOCHEN in die Gleichung eingegebene Zahl der Wärmeeinheiten die Erhitzungszeit für maximalen Leistungspegel bestimmt, vergrößert sich diese Zeit um einen spezifischen Faktor, wenn eine TEILLEISTUNG gewählt wird. Mit anderen Worten, es wird die gleiche Anzahl von Wärmeeinheiten für die jeweilige Kochaufgabe geliefert, diese jedoch über eine größere Zeitspanne verteilt, um ein zarteres Kochen oder Sieden zu erzielen.

Der zweite Ausdruck in der Gleichung für die Erhitzungszeit ist die Summe aus dem Gewichx des Kochguts und dem Gewicht des Tellers oder Behälters, wobei letzteres mit seinem spezifischen Wärmewert multipliziert ist.Die Berücksichtigung des Gewichts des Kochguts in der Gleichung versteht sich von selbst; die Multiplikation der Gewichtseinheiten (kg) mit den gewählten Wärmeeinheiten (Kcal/kg) liefert im Zähler der Gleichung die Anzahl der Wärmeeinheiten, die nach Division durch die Einheiten (z.B. Kcal/min) des Zählers einen Quotient liefert, dessen Einheit und die gewünschte Zeiteinheit, z.B. Minute ist. Die Einbeziehung des Gewichts und der spezifischen Wärme des Tellers oder Behälters dient zur Kompensierung einet gewissen Wärmeanteils, der durch Wärmeleitung von den Kochgut auf den Teller oder Behälter übertragen wird. Dem Kochgut muß mit anderen Worten mehr Wärme mitgeteilt werden, als für sein eigenes Garen erforderlich wäre, da ein Teil der Wärme durch Wärmeleitung an den Teller oder Behälter verlorengeht. Zur Vereinfachung für den Benutzer ist bei der Berechnung der Gleichung für die Erhitzungdzeit angenommen, daß die spezifische Wärme des Tellers oder Behälters für die Zyklen WÄRMEN und ERHITZEN, bei denen die Temperatur des Tellers oder Behälters wegen der Wärmeleitung ansteigt, wenn sich die

-VL-

Temperatur des Kochguts erhöht, den Wert 0,2 habe. Für die Zyklen AUFTAUEN und KOCHEN ist die spezifische Wärme des Tellers oder Behälters zu Null angenommen, so daß das Produkt (DW)(SHD) in der Gleichung verschwindet. Bei dem Zyklus AUFTAUEN sind die Wärmeeinheiten, die für die Temperaturerhöhung des Tellers oder Behälters aufgewendet werden gegenüber den für das Auftauen erforderlichen Wärmeeinheiten vernachlässigbar. Bei dem Zyklus KOCHEN, der bei etwa 70° C beginnt, findet keine merkliche Temperaturerhöhung statt. Obwohl ein exakterer Ausdruck für den Wärmeverlust des Kochguts (und dementsprechend für die dazu erforderliche zusätzlich aufzubringende Wärme) auch die spezifische Wärme des Kochguts und die Temperatur der Gase in dem Ofenraum berücksichtigen sollte, haben Versuche ergeben, daß die Annahmen bei der Benutzung der Gleichung für die Erhitzungszeit für einwandfreien Betrieb des Ofens ausreichen- Wenn die Leuchtanzeige auf dem Tastenknopf für das TELLERGEWICHT während des Betriebs eingeschaltet ist, ist dies ein Zeichen dafür, daß das Tellergewicht in dem Mikroprozessor gespeichert ist. Daher wird bei Beginn eines neuen Kochprozesses mit einem neuen Teller oder Behälter der Tastenknopf TELLERGEWICHT betätigt, so daß die Leuchtanzeige erlischt. Dadurch wird das vorher eingegebene Tellergewicht in dem Speicher des Mikroprozessors gelöscht und die Waage auf den Wert Null kalibriert. Das Tellergewicht kann anschließend wieder in dem Mikroprozessor eingegeben werden, indem entweder die entsprechenden Zahlentasten gedrückt werden, (falls das Gewicht bekannt ist), oder indem der Teller oder Behälter ohne Kochgut in den Ofen eingeführt wird, wo er auf die Waage einwirkt. Durch eine zweite Betätigung der Taste TELLERGEWICHT wird die darauf befindliche Leuchtanzeige eingeschaltet und zeigt an, daß das neue Tellergewicht in den Mikroprozessor eingegeben ist.

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Zwischen dem auf die Waage 20 einwirkenden Gewicht und der Analogspannung am Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung 56 besteht vorzugsweise ein linearer Zusammenhang. In diesem Fall kann ein linearer Analog-Digitalwandler mit geeigneter "Skaleneinteilung¹¹ verwendet werden, so daß der Mikroprozessor die Gewichtsinformation unmittelbar z.B. in Kilogramm erhält. Falls die Analogspannung nicht linear mit dem Gewicht zusammenhängt,, beispielsweise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. dem Gewicht umgekehrt proportional ist, kann dies in dem Mikroprozessor auf irgendeine bekannte Weise, beispielsweise durch Nachschlagetabellen kompensiert werden. Für eine möglichst genaue Wägung kann es angebracht sein,, daß der Mikroprozessor während einer Wägezeitspanne eine Mehrzahl von Signa.lproben aufnimmt, die hohen und niedrigen Werte ausscheidet und einen Mittelwert der verbleibenden Gewichtswerte bildet. Das Gewicht des Kochguts wird von dem Mikroprozessor errechnet, indem er von dem unmittelbar vor der Betätigung des Tastenknopfes START ermittelten Gewicht das Gewicht des Tellers oder Behälters nach 'Nullabgleich abzieht.

Der erste Ausdruck im Nenner der Gleichung für die Erhitzungszeit ist der Leistungspegel des Ofens. In der Berechnung des Mikroprozessors ist angenommen, daß dieser Wert eine Konstante von 725 W oder 10,k Kcal/min ist. Für den tatsächlichen Betrieb liegt im allgemeinen ein Fehler in dieser Annahme, Sogar bei Öfen des gleichen Modells und Herstellers ändert sich dieser Wert über einen Bereich von etwa 100 W von Exemplar zu Exemplar. Es ist diese Ungleichmäßigkeit der Ausgangsleistung, die die Hersteller von Fertiggerichten veranlaßt hat, in den auf den Verpackungen angegebenen Kochanweisungen für Mikrowellenofen ^arauf hinzuweisen, daß. die Bearbeitungszeiten sich ändern können. Dies stimmt auch dann, wenn die Eigenschaften der Lebensmittelprodukte

wohldefiniert sind und empirisch leicht bestimmt werden können. Ausserdem kann sich die Ausgangsleistung in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung ändern. Der Fehler bei der Annahme von 725-V als Ausgangsleistung kann durch die Bemühungen, die Öfen auf diesen Wert zu normalisieren, verringert" werden.

Der zweite Ausdruck in dem Nenner der Gleichung für die Erhitzungszeit ist der Wert des Leistungspegels. Wenn der Tastenknopf für TEILLEISTUNG bei der Wahl TEMPERATURHALTEN nicht betätigt wurde, wird für den Ausdruck PLS in der Gleichung für die Erhitzungszeit der Wert 1 verwendet. Wenn bei der Wahl TEMPERATURHALTEN der Knopf für TEILLEISTUNG betätigt wurde, wird in die Gleichung der Wert 0,3 zuzüglich 0,04 pro Pfund des Kochguts eingegeben. Wenn das Kochgut beispielsweise 1 Pfund wiegt, arbeitet das Magnetron mit 34 % seiner vollen Leistung. Wenn das Kochgut ein Gewicht von 2 Pfund hat, beträgt die Ausgangsleistung 38 % der vollen Leistung. Dies wird durch Absenken des Lastzyklus des Magnetrons erreicht. In der Vergangenheit hat man im allgemeinen angenommen, daß so,wie gewisse Speisen konventionell besser bei niedrigen als bei hohen Temperaturen gekocht werden, so auch beim Garen mit Mikrowellen gewisse Speisen besser mit niedrigerem Mikrowellenenergiepegel gegart werden. Dementsprechend bieten die meisten Mikrowellenofen viele Wahlstellungen für den Leistungspegel. Als Teil der Entwicklung des gewichtsabhängigen Kochprozesses wurde herausgefunden, daß es ausserordentlich wichtig ist, die Gesamtzahl der für ein bestimmtes Kochgut erforderlichen Wärmeeinheiten zu bestimmen und sie ihm sodann zuzuführen. Die Geschwindigkeit, mit der die Mikrowellenenergie an das Kochgut abgegeben wird, ist nicht so kritisch. Das Merkmal TEMPERATURHALTEN sieht tatsächlich nur eine Einstellung mit reduziertem Leistungspegel vor und dieser ist eine Funktion des Kochgutgewichts. Im all-

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gemeinen "wird die reduzierte Leistung der Einstellung TEMPERATURHALTEN vorteilhaft bei Teilen verwendet, die ein großes Volumen "besitzen und bei denen das Eindringen der Mikrowellenenergie bis zur Mitte des Teils dementsprechend behindert ist. Dabei kann eine zusätzliche Kochzeit erwünscht sein, die es erlaubt, daß die Wärme im äusseren Bereich des Teils zur Mitte geleitet wird und damit ein gleichmässigeres Erhitzen und Garen bewirkt. Es wurde herausgefunden, daß die am besten geeignete Teilleistungseinstellung diejenige ist, die das Kochgut auf einer Temperatur hält, die bei Teilen geringen Gewichts etwa 30 % der vollen Leistung entspricht. Die zusätzlichen 4 % pro Pfund in der obengenannten PLS-Formel dient zur Kompensation bei größeren Kochgutteilen, die eine größere Oberfläche und damit größere Wärmeverluste haben, die zur Aufrechterhaltung der Temperatur ausgeglichen werden müssen. Die Annahme, daß die Oberfläche und die Größe eines Kochguts allgemein mit dem Gewicht in Beziehung stehen, wurde empirisch nachgeprüft.

Der letzte Ausdruck in der Gleichung für die Erhitzungszeit ist der Kopplungsfaktor. Nicht alle Mikrowellenenergie, die von dem Magnetron ausgeht, gelangt in das Kochgut, Ein Teil der Energie geht in dem System, beispielsweise in den Wandungen, dem Wellenleiter und der Platte der Waage verloren. Der Prozentteil der Gesamtleistung (von beispielsweise 725 W), der in dem Kochgut in Wärme verwandelt wird, ist teilweise eine Funktion der Oberflächengröße des Kochguts und der Absorptionsfähigkeit. Wenn beispielsweise eine Kartoffel eine Kochzeit von 4 Minuten hat, ist die Kochzeit von zwei Kartoffeln im allgemeinen weniger als das Doppelte, z.B. 8 Minuten. JJies liegt daran, daß ein um so größerer Prozentsatz der Gesamtleistung von dem Kochgut absorbiert wird, je größer die in den Ofenraum eingebrachte Beladung ist. Es wurde herausgefunden, daß die Energiever-

teilung in dem Kochgut unter Berücksichtigung der Verluste näherungsweise durch folgende Formel ausgedrückt werden kann:

v~ -, „^.f^v+^ Gewicht des Kochguts Kopplungsfaktor = ochguts + K '

Die Konstante K kann als der in Gewicht ausgedrückte Ofenverlust betrachtet werden. Es wurde ihr der Wert 0,1 Pfund zugeteilt. Wenn ein Kochgut also 0,1 Pfund wiegt, hat der Kopplungsfaktor die Größe 0,5, d.h. daß die Erhitzungszeit um den Paktor 2 verlängert werden muß. Wenn das Kochgut hingegen 1,0 Pfund wiegt, wird die Erhitzungszeit nur um den Faktor 1,1 verlängert. In Fig. 5 ist in dem Blocksymbol 32 für den Mikroprozessor ein Diagramm eingetragen, aus dem hervorgeht, daß die Erhitzungszeit pro Gewichtseinheit mit zunehmendem Gewicht abnimmt, weil die Mikrowellenenergie in die größere Masse besser eingekoppelt wird.

Die vorangehende Diskussion der Formel für die Erhitzungszeit ist von der Annahme ausgegangen, daß dem Mikroprozessor bestimmte über das Tastenfeld eingegebene Werte, beispielsweise über die Anfangstemperatur des Kochguts, sowie von den Sensoren stammende Eingaben, beispielsweise das Gewicht des Kochguts, zur Verfugung stehen. Die erforderliche Information, die vor dem Beginn der Berechnung benötigt und anschließend periodisch aktualisiert wird, wird'in der in Fig. 9 dargestellten Weise durch Programmunterbrechungen (Interrupts) gewonnen. Bei den Durchgängen der 50 Hz-Versorgungsspannung und in den in der Mitte zwischen zwei Nulldurchgängen liegenden Zeitpunkten, die durch eine Zeitverzögerung von 10,0 με angedeutet sind, wird das Programm des Mikroprozessors jeweils unterbrochen. In diesen Zeitpunkten veranlaßt der Mikroprozessor die "Anzeige der Parameter, die Aktivierung der Leuchtanzeigen,

· ο » β

. - .. .. „ .:. 3 Ί 38

die Abfrage des Tastenfeldes land die Auswahl des Analog-Digitalkanals. Ferner werden^ in diesen Zeitpunkten die vorhandenen Tastenfelddaten und die von der Waage erzeugten Daten in dem Speicher des Mikroprozessors aktualisiert.

Es sei nochmal das in Fig. 7 dargestellte Flußdiagramm betrachtet: Nach der Berechnung der Gleichung für die Erhitzungszeit für die spezifischen Betriebsparameter findet eine mit AKTIVZUSTAND? bezeichnete Programmverzweigung statt. Der Aktivzustand ist in Fig. 8 definiert, die die Beziehung zwischen den. Ofenzuständen darstellt. Nach dem Einschalten der Stromversorgung geht der Mikroprozessor automatisch in einen RESET-Zustand, der weiter oben anhand von Fig. 7 beschrieben wurde. Anschließend geht der Mikroprozessor automatisch in den Ruhezustand, in welchem die Gleichung für die Erhitzungszeit kontinuierlich berechnet wird. Der Mikroprozessor verbleibt in diesem Zustand, bis auf dem Bedienungsfeld 30 der Knopf START gedrückt wird. Daraufhin geht der Mikroprozessor in einen Aktivzustand über, in welchem er solange verbleibt, bis entweder der Knopf STOP gedrückt wird oder die Kochfunktion beendet ist. Falls der Knopf STOP gedrückt wird, geht der Mikroprozessor in einen Haltezustand, aus welchem er durch Betätigung des Knopfes START in den Aktivzustand zurückgeführt wird oder er kehrt in den RESET-Zustand zurück, wenn der Knopf STOP zum zweiten Mal betätigt wird. Falls der AKTIVZUSTAND nicht gegeben ist, wird die Berechnung der Erhitzungszeit fortgesetzt. Falls hingegen der AKTIVZUSTAND gegeben ist, wird zur nächsten Programmverzweigung GEWICHTSABHÄNGIGE KOCHFUNKTIONEN? übergegangen. Diese Funktionen, die bei der Beschreibung des Bedienungsfeldes 30 erläutert wurden, sind AUFTAUEN, WÄRMEN, ERHITZEN und KOCHEN. Falls keine dieser Funktionen gewählt wurde, der Prozessor aber noch aktiv ist, ist dies

ein Kennzeichen dafür, daß die Funktion ZEITABHÄNGIGES KOCHEN ausgeführt werden soll. Wenn eine oder mehrere der "gewichtsabhängigen" Funktionen gewählt wurden, prüft das Programm zunächst, ob die Funktion AUFTAUEN? markiert ist. Ist dies der Fall, steuert der Mikroprozessor das Magnetron in der Weise, daß es zyklisch ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Zykluslastzeit eine Funktion des Kochgutgewichts ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, erfordert die Funktion AUFTAUEI¹J eine Einschaltzeit des Magnetrons derart, daß 50 Kcal des Kochguts geliefert werden. Der Leistungspegel beträgt immer 100 %. Falls das Kochgut weniger als 1,5 kg wiegt, werden 50 Kcal pro kg geliefert, wobei vor der nächstfolgenden Funktion eine äquivalente Ausschaltzeit eingeschoben ist. Falls das Kochgut mehr als 1,5 jedoch weniger als 5 kg wiegt, werden wiederum 50 Kcal pro kg geliefert, wobei jedoch jeweils eine Vergrößerung um 12 Kcal pro kg stattfindet und die zwischenliegenden Zeitintervalle der Zeit entsprechen, die für die Erzeugung von 25 Kcal pro kg erforderlich sind. Falls das Kochgut 5 kg oder mehr wiegt, wird in gleicher Weise verfahren, wobei jedoch die Ausschaltzeitintervalle der Zeit entsprechen, die zur Erzeugung von etwa 36 Kcal pro kg erforderlich sind. Ausserdem ist die Leuchtanzeige für die Funktion AUFTAUEN auf dem Bedienungsfeld 30 eingeschaltet. Wie anhand von Fig. 9 erläutert wurde, finden die jeweiligen Programmunterbrechungen (Interrupts) bei den 50 Hz Nulldurchgängen,und den in der Mitte zwischen ihnen liegenden Zeitpunkten statt. Die Auftauzeit wird rückwärts gezählt. Am Ende des Auftauzyklus oder falls der Auftauzyklus nicht gewählt war, findet die nächste Programmverzweigung WÄRMEN IiARKIERT? statt. Wenn dies der Fall ist,schaltet der Mikroprozessor das Magnetron ein, läßt die betreffende Leuchtanzeige aufleuchten und zählt bis zum Ende des Erwärmungszyklus rückwärts. Am Ende des Erwärmungszyklus oder falls der

Erwärmungszyklus nicht markiert wurde, fragt der Mikroprozessor ab, ob die Funktion ERHITZEN markiert ist. Wenn dies der Fall ist, schaltet er das Magnetron und die Leuchtanzeige für den Erhitzungszyklus ein und zählt rückwärts bis zum Ende des Erhitzungszyklus. Am Ende des Erhitzungszyklus oder falls dieser nicht gewählt wurde, erfragt der Mikroprozessor, ob die Funktion KOCHEIT markiert ist. Wenn dies der Fall ist, schaltet der Mikroprozessor das Magnetron sowie die Leuchtanzeige für "den Kochzyklus ein und zählt bis zum Ende des Kochzyklus rückwärts. Nach Beendigung des Kochzyklus oder falls der Kochzyklus nicht eingestellt ist, kehrt das Programm zu dem Ruckstell-Unterprogramm zurück.

Wie aus Fig. 5 erkennbar ist, steuert der Mikroprozessor die Stromversorgung 71 für das Magnetron 14. Nach Beendigung der Kochzeit steuert der Mikroprozessor die Stromversorgung 71 in der Weise, daß das Magnetron 14 ausgeschaltet wird. Falls der Kochvorgang mit reduzierter Leistung stattfindet, regelt der Mikroprozessor den Lastzyklus des Magnetrons. Gleichzeitig liefert er auf dem Display 65 eine visuelle Anzeige der Einschaltzeit des Magnetrons und der gewählten Funktionen.

Die Erfindung stellt einen beträchtlichen Fortschritt für das Kochen mit Mikrowellenenergie dar, da sie einen bedeutenden Schritt in Richtung auf eine vereinfachte "Einknopfbedienung" bildet. Viele Probleme, die mit der Bestimmung der Kochparameter durch den Benutzer zusammenhängen, sind damit aus dem Weg geräumt. Das Gewicht des Kochguts, das durch die in dem Ofen vorhandene Waage automatisch bestimmt wird, wird dem Mikroprozessor zugeführt, der so programmiert ist, daß er die geeignete Kochzeit errechnet, das Magnetron entsprechend steuert und dem Benutzer den Betriebszustand durch entsprechende Anzeigen zur Kenntnis bringt.

In Fig. 10 ist ein von der Schaltung gemäß Fig. 5 abweichendes Ausführungsbeispiel dargestellt. ¥ie bereits früher beschrieben wurde, ist es für kommerzielle Anwendungen wünschenswert, die Mikroprozessorsteuerung durch eine kundenspezifische integrierte Schaltung zu realisieren, die einen Großteil der erforderlichen Schnittstellenfunktioneri beinhaltet. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 zeigt einen für allgemeine Zwecke bestimmten Mikroprozessor.mit Hilfsschaltmitteln und Schnittstelleneinrichtungen, über die er mit dem Bedienungsfeld des Mikrowellenofens, Sensoren und der Magnetronsteuerung verbunden ist. Als Mikroprozessor 100 kann beispielsweise die Type MOS Technology, Inc. MCS 6502 verwendet werden. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist der Mikroprozessor 100 mit einem Datenbus 102 verbunden, der acht Leitungen umfaßt, die mit den Pins 26 bis 33 des MCS 6502 verbunden sind. Der Mikroprozessor 100 ist ausserdem mit einem Adressenbus 104 verbunden, der 16 Leitungen umfaßt, die mit den Pins 9 bis 25 des MCS 6502 verbunden sind. Eine herkömmliche mit INIT bezeichnete Startschaltung 1Ό6, die mit den Eingangs -Pins 60 und 40 des MCS 6502 verbunden ist, wird lediglich beim Einschalten der Stromversorgung verwendet. Ein mit einem Quarz versehener Taktgenerator 108 ist an die Pins 37 und 39 des Mikroprozessors angeschlossen. Die Leitung 110 dient zur Übertragung des Generatortakts an die peripheren Schnittstelleneinrichtungen und 114, den Programmspeicher- 116 und den Datenspeicher 118. Der Mikroprozessor 100 führt die gleichen Funktionen aus wie der in Verbindung mit Fig. 5 beschriebene Mikroprozessor. Der Programmspeicher 116. der.vorzugsweise als Lesespeicher ausgebildet ist, speichert das Betriebsprogramm. Das Einschreiben des Programms aufgrund der anhand von Fig. 7, 8 und 9 beschriebenen Anforderungen ist dem einschlägigen Fachmann geläufig..Der Mikroprozessor 100 liefert Adressen an den Adressen -bus 104,

* 4 * · β C

« * β β α β

uiB aus dem Programmspeicher 116 und aus dem als Speicher mit wahlfreiem Zugriff ausgebildeten Datenspeicher 118 Daten abzurufen. Der Mikroprozessor 100 liefert über einen Steuerbus 120 Schreibfreigabe- und andere Steuerimpulse an den Datenspeicher 118 bzw. die peripheren Schnittstelleneinrichtungen 112 und 114.

Die peripheren Schnittstelleneinrichtungen 112 und 114 erlauben es dem Mikroprozessor 100, die Daten aus dem Tastenfeld 63 auszulesen, den Zustand der Sensoren und Schalter zu testen, die Ergebnisse interner Operationen anzuzeigen und das Magnetron zu steuern. Ein Beispiel für die peripheren Schnittstelleneinrichtungen 112 und 114 ist die integrierte Schaltung MCS 6512, deren Pins 21 bis 40 mit der Steuerleitung, der Taktleitung, der Interruptleitung, dem Datenbus bzw. dem Adressenbus verbunden sind. Die periphere Schnittstellenschaltung 112 bildet die Schnittstelle zu dem Bedienungsfeld 30 mit dem Tastenfeld 63 und den Anzeigeeinrichtungen 65. Die für den Mikroprozessor bestimmten Eingabegrößen des Tastenfelds 63 werden mit Hilfe einer herkömmlichen Matrix-Abtasttechnik abgetastet. Zu diesem Zweck besitzt das Tastenfeld 63 eine Matrix von Schaltern, die als Kontakte oder kapazitive Berührungsschalter ausgebildet sind. Für das in Fig. 6 dargestellte Bedienungsfeld 30 genügt beispielsweise eine 4x6-Matrix. Es wird jedoch eine größere Matrix beschrieben werden, wobei angenommen wird, daß sie zusätzliche Funktionen enthält, die hier nicht näher diskutiert sind. Die Ausgabesignale werden sequentiell den Spalten der Matrix zugeführt, die Zeilen werden abgetastet und dekodiert. Die Pins 10 bis 17 der Schnittstelleneinrichtung 112 sind mit acht Leitungen 124 verbunden, die zu einer Hochstrom-i-rusgabepufferschaltung 126 und Segment-Ausgabeports 128 führen. An den Ausgang der Hochs'trom-Ausgabepufferschal tung 126, die beispielsweise eine integrierte Schal-

r-m* β »α ν

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tung 74LS374 ist, sind acht Leitungen 130 bis 138 angeschlossen, die über acht Verstärker 139 zu dem Tastenfeld 63 führen. Über die Leitungen 130 bis 138 werden die aufeinanderfolgenden Spaltenabtastimpulse geliefert. Die Zeilen der Schaltermatrix des Tastenfeldes werden über Leitungen 140 abgetastet, die mit den Pins 1 bis der peripheren Schnittstellenschaltung 112 verbunden sind. Durch Dekodierung der abgetasteten Daten ermittelt der Mikroprozessor, welche Schalter der Matrix des Tastenfeldes 63 geschlossen sind.

Die digitale Anzeigevorrichtung 75 wird mit Hilfe einer Einrichtung in der Weise abgetastet, daß jede Ziffer für eine kurze Zeitspanne, beispielsweise zwei Millisekunden, sequentiell angesteuert wird. Die gesamte Anzeigevorrichtung wird mit einer solchen Geschwindigkeit abgetastet, daß das Auge keine störenden Flimmererscheinungen wahrnimmt. In die Leitungen 130 bis 138 sind Treiberschaltungen eingefügt, von denen in Fig. 10 zwei Exemplare stellvertretend dargestellt sind. Diese Treiberschaltungen bestehen aus einem Transistor Q, Widerständen R1 und R2 von beispielsweise 1,5 Kiloohm bzw. 1,0 Kiloohm, und sind an eine Versorgun-gs spannung Vcc von beispielsweise +5 V angeschlossen. Diese aufeinanderfolgend wirksamwerdenden Treiberschaltungen bestimmen, welche Ziffer der digitalen Anzeige 65 aktiviert wird. Die Segment-Ausgabetorschaltung 128 bestimmt, welche Segmente einer speziellen Ziffer eingeschaltet werden. Die Torschaltung 128 ist über Leitungen 142 bis 150, in die Widerstände R3 eingefügt sind, mit der Anzeigevorrichtung 65 verbunden. Als Segment-Ausgabetorschaltung 128 kann beispielsweise die integrierte Schaltung MC3482 verwendet werden." Die periphere Schnittstelleneinrichtung 114 liefert an ihren Pins 3 bzw. 4 über (nicht dargestellte) Leitungen Daten und Abtastimpulse für den time-sharing-Betrieb der Leitungen 124

* β ft* O O *

O ·> * Λ i
9 4

und die Freigabesteuerung der Torschaltung 128 und der Pufferschaltung 126.

Der Mikroprozessor 100 steuert die Ausgangsleistung des Magnetrons 73 über die periphere Schnittstelleneinrichtung 114. Diese liefert über die Leitung 160 Ausgangssignale zu einer Hochstrom-Ausgangspufferschaltung 162, die beispielsweise durch eine integrierte Schaltung 74 LS374 realisiert ist. Zwei Ausgänge der Pufferschaltung 162 sind mit Optokopplern 164 bzw, 166 verbunden, die beispielsweise durch die integrierten Schaltungen MOC 3010s verkörpert sind. Ein einer logischen 0 entsprechendes Signal mit niedrigem Spannungspegel am Eingang eines Optokopplers bewirkt, daß der Innenwiderstand an seinem Ausgang einem Kurzschluß entspricht. Der Ausgang des Optokopplers 164 ist mit einem Triac 169 verbunden. Dieses wird durch ein Steuersignal des Optokopplers 164 gezündet und schaltet einen Heiztransformator 173 für das Magnetron 73 ein. Ein weiteres Triac 169 ist an den Ausgang des Optokopplers 166 angeschlossen und wird durch ein von diesem erzeugtes Steuersignal gezündet. Dabei schaltet es eine Hochspannungs-Stromversorgungseinrichtung 171 ein. Letztere enthält vorzugsweise einen Regeltransformator. Der Heiztransformator 173 speist den Heizfaden des Magnetrons 73 während die Hochspannungs-Stromversorgungseinrichtung 171 eine Spannung von etwa 4000 V an die Anode des Magnetrons 73 anlegt.

Eine Vielzahl üblicher Schaltungsmerkmale wie beispielsweise Gebläse, Sicherungen und Unterbrecher sind in Fig. 10 nicht dargestellt. Die Leuchtdiode 117, die Bestandteil der Waage 20 ist, richtet ihren Lichtstrahl auf einen Fotodetektor 182. Die analoge Ausgangsspannung des Fotodetektors 182 ist vorzugsweise dem Gewicht des in den Ofenraum angebrachten Kochguts direkt proportional. Die Analogspannung wird über eine Leitung

einem Analog-Digitalwandler 186 zugeführt, der über die periphere Schnittstelleneinrichtung 114 und die Leitung 188 von dem Mikroprozessor 100 derart gesteuert wird, daß er einen Ausgangsimpuls abgibt, dessen Dauer durch die analoge Eingangs.spannung bestimmt ist. Die aus diesem Impuls abgeleitete Information wird über die periphere Schnittstelleneinrichtung; auf dem Datenbus 102 dem Mikroprozessor 100 zugeführt. Durch Abzählung der Impulsdauer bestimmt der Mikroprozessor 100 das auf der Waage lastende Gewicht.

Fig. 11 und 12 zeigen in Seitenansicht bzw. in Draufsicht die in einen Mikrowellenofen mit bodenseitiger Einspeisung der Mikrowellenenergie eingebaute Waage Der Ofen besitzt ein elektrisches Heizelement 20Ö, das im Bodenbereich des Ofenraums 202 angeordnet ist. Die Mikrowellenenergie wird von einem Magnetron 204 geliefert, dessen Ausgangssonde 206 unmittelbar in einen Bodenschacht 208 des Ofenraums hineinragt. Die Mikrowellenenergie wird von der Ausgangssonde 206 über einen Richtstrahler 210 mit drei Antennenelementen in den Ofenraum gekoppelt. Sie breitet sich durch eine für Mikrowellen durchlässige Abdeckung 214 aus. Eine Drosselkonstruktion 216 verhindert, daß Mikrowellenenergie durch den Spalt zwischen den Seitenwänden des Bodenschachts 208 und dem Boden des Hohlraums austritt. Ein Gebläse 218 richtet einen Luftstrom auf die Kühlrippen des Magnetrons 204, der anschließend über die Leitung 220 durch Öffnungen 222 in den Bodenschacht eintritt. Der durch die Öffnungen 222 hindurchtretende Luftstrom greift an Flügeln 224 des Strahlers 210 an und versetzt diesen in Drehbewegung. Die Waage 20 ist in derselben Weise ausgebildet wie die in Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Waage. Sie ruht auf Bügeln 230, die sich von dem Boden des Ofenraums nach unten erstrecken. Da die Waage 20 im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet

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ist und im mittleren Bereich keine Konstruktionsteile aufweist, kann die Mikrowellenquelle in der Mitte des Bodens angeordnet sein. Stifte 22 ragen durch in dem
Boden angebrachte Öffnungen und tragen die Platte 26. Die Stifte 22 sind bei diesem Ausführungsbeispiel langer als bei dem eingangs geschilderten Ausführungsbeispiel₉ so daß sie das elektrische Heizelement 200 überragen. Die Stifte 22 können auch mit Tragelementen für Gitterroste versehen sein, so daß die Waage 20 eine Gewichtsanzeige von auf diesen Gittern liegenden Speisen liefert.

Claims

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Patentansprüche

.jMikrowellenofen

- mit einem Ofenraum, dessen Wandungen aus elektrisch ieitfähigem Material bestehen

- sowie ■ miit einem Magnetron zur Einspeisung von Mikrc- \ ■wellenenergie in den Ofenraum, · /

g e k e η η ze i c h η e t durch eine Vorrichtung (32) zur Bestimmung der Einwirkzeit der Mikrowellenenergie in Abhängigkeit von einem Signal, welches für das Gewicht eines in dem Ofenraum befindlichen Gegenstands kennzeichnend, ist, und zur Steuerung des Magnetrons (14) entsprechend der genannten Einwirkungszeit, wobei diese Einwirkungszeit als nichtlineare

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Funktion des genannten Gewichts bestimmt ist.

2, Mikrowellenofen nach Anspruch Ί , d a d u. r c h g e - ■ kenn ζ e i c h η e t ,. daß die genannte nicht- . '_'£- lineare Punktion der Quotient aus dem genannten Ge- ^;'| wicht und der Summe aus dem Gewicht zuzüglich einer Konstanten ist.

3. Mikrowellenofen nach Anspruch 2, d a d u r c h g e kennzeichnet , .daß die Konstante den Wert 0,05 kg hat. -.

4, Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der Einwirkzeit und zur Steuerung des Magnetrons einen Mikroprozessor (32) beinhaltet.

5. Mikrowellenofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Gehäuse, mit einem in dem Gehäuse gebildeten.Ofenraum, dessen Wandungen aus elektrisch Ieitfähigem Material t? bestehen, sowie mit einer Mikrowellenquelle, Vorzugs- \

weise in Form eines Magnetrons, dadurch gekennzeichnet,

- daß in dem genannten Gehäuse eine ¥aage (20) zur Erzeugung eines dem Gewicht eines in dem Ofenraum befindlichen Gegenstands entsprechenden Signals angeordnet ist

- und daß das von der Waage (20) gelieferte Signal der genannten Vorrichtung zur Bestimmung der Einwirkungszeit der Mikrowellenenergie und zur Steuerung der Mikrowellenquelle zugeführt wird.

Verfahren zur Steuerung eines Mangetröns für einen Mikrowellenofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: '

- das in dem Ofenraum des Mikrowellenofens eingebrachte Kochgut wird abgewogen,

- es wird ein aus dem Gewicht des Kochguts abgeleitetes Signal erzeugt und einem Mikroprozessor als Eingangssignal eingegeben,

- die Einschaltzeit des Magnetrons wird als nichtlineare Funktion des genannten Eingangssignals berechnet,

- es wird ein Steuersignal für das Magnetron erzeugt, welches der genannten Einschaltzeit entspricht.