DE3138027C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenofen der im Gattungs­ begriff des Patentanspruchs beschriebenen Art.

Das Kochprinzip, nach welchem Mikrowellenöfen arbeiten, unter­ scheidet sich bekanntlich von den herkömmlichen Gas- oder Elektroöfen. In einem Ofenraum, der von einem von elektrisch leitfähigen Wandungen begrenzten Hohlraum gebildet wird, wird ein Mikrowellenfeld erzeugt, das von dem in den Ofenraum ein­ gebrachten Kochgut absorbiert wird und im gesamten Inneren des Kochguts Wärme erzeugt. Wegen der unterschiedlichen Kochprin­ zipien sind traditionelle Zubereitungstechnik und Rezepte, die bestimmte Kochtemperaturen und -zeiten angeben, bei Mikrowel­ lenöfen nicht anwendbar.

Es wurden Versuche und Entwicklungen durchgeführt, deren Auf­ gabe es war, neue Wege zu finden, um den Benutzer die Bestim­ mung der Einwirkungszeit der Mikrowellenenergie auf das Koch­ gut zu erleichtern. Eine der in Betracht gezogenen Möglich­ keiten bestand darin, das Gewicht des Kochguts zur Bestimmung der Erhitzungszeit in dem Mikrowellenofen mit heranzuziehen.

Aus der französischen Offenlegungsschrift 24 50 024 ist es be­ kannt, bei einem Mikrowellenofen der eingangs erwähnten, gat­ tungsgemäßen Art eine Wägeeinrichtung für das Gargut in einer unter dem Ofenraum gelegenen Kammer unterzubringen und über Öffnungen in der Bodenwandung des Ofenraumes mittels Stiften mit einer das Gargut abstützenden Platte mechanisch zu kop­ peln, wobei die Bodenwandöffnungen und die Stifte sich etwa im mittleren Bereich der Bodenwand des Ofenraumes befinden und auch die Wägeeinrichtung etwa im mittleren Bereich unter­ halb der Bodenwand des Ofenraumes angeordnet ist.

Aufgrund dieser bekannten Konstruktion nimmt die Kammer zur Unterbringung der Wägeeinrichtung einen nicht unwesentlichen Anteil des insgesamt von dem Mikrowellenofen eingenommenen Raumes ein und beschränkt dadurch das nutzbare Volumen des Ofenraumes. Außerdem ergeben sich bei der bekannten Konstruk­ tion Beschränkungen bezüglich der Einführung der Mikrowellen­ energie in den Ofenraum.

Ausgehend von diesem Stande der Technik soll durch die Erfin­ dung die Aufgabe gelöst werden, einen Mikrowellenofen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches so auszuge­ stalten, daß das Verhältnis zwischen dem innerhalb des Mikro­ wellenofens vom Ofenraum eingenommenen Volumen zu dem von der Wägeeinrichtung eingenommenen Volumen vergrößert wird und Be­ schränkungen bezüglich der Zuführung der Mikrowellenenergie zum Ofenraum beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Ein Mikrowellenofen der hier angegebenen Art kann mit einer Mikrowelleneinspeisung gegebenenfalls auch von unten versehen sein. Die zur Aufnahme der Wägeeinrichtung vorgesehene Kammer des Mikrowellenofens hat eine minimale Bauhöhe und nimmt in­ nerhalb der Umrisse des Mikrowellenofens Beeiche unterhalb des Ofenraumes ein, die im wesentlichen ohnedies nicht nutzbar sind.

Im folgenden seien Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Frontansicht eines Mikrowellenofens in teil­ weise geschnittener Darstellung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Mikrowellenofens entsprech­ end der Linie 2-2 von Fig. 1,

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

Fig. 4 eine Einzelheit der in den Mikrowellenofen inkor­ portierten Waage, nämlich das Federglied, die Licht­ quelle und den optischen Empfänger, in einer von der Ausführung gemäß Fig. 1, 2 und 3 abweichenden Aus­ führungsform und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Mikrowellenofens.

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 ver­ schließbar ist. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sollen bekannte Komponenten wie beispielsweise die Dichtungskonstruk­ tion der Tür nicht näher erläutert werden. Die Mikrowellen­ energie, die vorzugsweise eine Frequenz von 2450 MHz hat, wird von einem üblichen Magnetron 14 erzeugt, das über einen Wel­ lenleiter 15 an einen rotierbaren Primärstrahler 16 angekop­ pelt ist. Dieser erzeugt ein Strahlungsmuster, das dadurch ge­ kennzeichnet 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 ange­ ordnet sind. Die einzelnen Antennenelemente 16a werden an ei­ nem Ende eingespeist und bilden jeweils einen Halbwellenreso­ nator. Sie sind jeweils an einem als Trägerteil dienenden Lei­ tungsstück 16b angebracht, das senkrecht zu ihrer Längsausdeh­ nung und zur oberen Wandung des Ofenraums 10 verläuft. Pa­ rallel zueinander verlaufende flache Mikrostreifenleiter 16c verbinden die einzelnen Leiterstücke 16b mit einem zentralen Punkt 16d, der sich auf der Rotationsachse befindet. An diesem Verbindungspunkt 16d ist eine zylindrische Antennensonde 9 an die Strahlerstruktur 16 angeschlossen. Die Antennensonde 9 be­ sitzt eine kapazitive Kappe 7 und ist in einem in dem Wellen­ leiter 15 gelegenen Kunststofflager 17 gelagert. In diesem La­ ger 17 sind die Antennensonde 9 und damit der Strahler 16 drehbar gelagert, wobei die Rotationsachse der Achse der An­ tennensonde 9 entspricht. Die durch die Ausgangssonde 13 des Magnetrons 14 in den Wellenleiter 15 eingespeiste Mikrowellen­ energie 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 10 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 bil­ den, so daß der Strahler 16 nach Art eines Windrades rotiert. Die Flügel 23 sind aus verlustarmen Kunststoffmaterial herge­ stellt. Es können 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 Strahlers 16 vorgesehen sein. Ein für Mikro­ wellenenergie durchlässiger Fettschirm 25 dient als Spritz­ schutz, der den Mikrowellenstrahler von dem übrigen Ofenraum trennt.

Ein Bedienungsfeld 13 besitzt ein Tastenfeld zur Eingabe von Eingabegrößen für einen Mikroprozessor 32 (Fig. 5) sowie An­ zeigeelemente, über welche der Mikroprozessor den jeweiligen Betriebszustand anzeigt. Als Tastenschalter und Anzeigeele­ mente 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 digi­ taler Form anzeigen. Die spezifischen Funktionen des Bedie­ nungsfeldes 30 werden weiter unten im einzelnen beschrieben.

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 re­ flektiert. Dadurch kann die Mikrowellenenergie von allen Seiten in das Kochgut eindringen. Die Platte 26 bietet außer­ dem einen Schutz für das Magnetron, wenn der Mikrowellenofen versehentlich eingeschaltet wird, ohne daß sich in dem Ofen­ raum ein Kochgut befindet. Die Platte 26 läßt sich zu Reini­ gungszwecken zwar aus dem Ofenraum herausnehmen, sie sollte sich jedoch während des Betriebs immer in dem Ofenraum be­ finden. Das Gewicht der Platte 26, des Kochguts 12 und ge­ gebenenfalls in dem Ofenraum vorhandener Teller oder Behälter wird über die Tragstifte 22 auf die Waage 20 übertragen.

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 zuge­ ordneten Öffnung 24 erfährt, so gering wie möglich ist. Zu diesem Zweck sollen die Toleranzen so gewählt sein, daß die Stifte genau konzentrisch in den zugeordneten Öffnungen posi­ tioniert sind. Außerdem soll Material mit niedrigem Reibungs­ koeffizienten verwendet werden. Die Stifte sollen vorzugsweise aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material, beispiels­ weise 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 Vertikalbe­ wegung 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 ent­ sprechenden Hebelarme sind durch eine senkrecht zu ihnen ver­ laufende Querstange 43 mit V-förmigem Profil starr miteinander verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Hebelarme 36 etwa 18 cm, während die Querstangen 43 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 Öff­ nungen 24 an geeigneten Stellen in den Ofenraum 10 hineinragen. Im Bereich eines der die Hebelarme miteinander verbindenden La­ gerzapfens 41 befindet sich ein elastisches Glied 44, das der Abwärtsbewegung der Hebelarme entgegenwirkt. Es besteht aus einem flexiblen Metallstreifen, der 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 Gegen­ stände wird über die Tragstifte 22, die durch die in dem Bo­ den 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 Bügel 52 sind im Nachbarbereich der betreffenden Hebelarme 36 an inneren Bo­ denpunkten der V-förmigen Querstangen 43 starr befestigt. Die nach unten wirkende Kraft 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 elas­ tischen Glieds 44 ist nach unten abgewinkelt und bildet ein Abschattungselement 57, 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 Glie­ des 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 lichtem­ pfindliche Einrichtung 56 besteht vorzugsweise aus einem Fototransistor, der eine analoge Spannung liefert, die eine Funktion des einfallenden Lichts ist. Die Quelle 58 des Licht­ strahls 54 kann entweder eine Glühbirne sein oder - wie in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante - 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 inner­ halb des Bereiches.

In Fig. 4 ist eine Variante des elastischen Gliedes 44 und der zugeordneten Bauteile dargestellt. Die vorzugsweise von einer Leuchtdiode gebildete Lichtquelle 58 ist an dem freien Ende des elastischen Gliedes 44 angebracht, das selbst freitragend an dem Block 56 befestigt ist. Der von der Lichtquelle 58 abgegebene Lichtstrahl 54 ist auf die wirksame Oberfläche der lichtempfind­ lichen Einrichtung 56 gerichtet. Zwischen der Lichtquelle 58 und der lichtempfindlichen Einrichtung 56 befindet sich ein Abschat­ tungselement 57a. Wenn der Stab 48 über die Scheibe 50 eine nach unten gerichtete Kraft auf das elastische Element 44 aus­ übt, wird ein wachsender Teil des Lichtstrahls 54 von dem Ele­ ment 57a abgeschattet. Dementsprechend verringert sich die am Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung 56 auftretende ana­ loge 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 Ein­ richtung 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 lichtem­ pfindliche 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 Ein­ gangsgröße 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 käuflichen 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 cm 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 Waage, 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 befin­ den, kann sie auch bei solchen Mikrowellenöfen verwendet werden, bei denen die Mikrowellenenergie am Boden des Ofenraumes eingespeist wird.

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 befind­ lichen Kochguts kennzeichnend ist. Unter Verwendung der Ge­ wichtsangabe 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 abge­ gebene analoge Spannung wird einem Multiplexer 60 zugeführt, der unter dem Steuereinfluß des Mikroprozessors 32 steht. Der Multiplexer 60 stellt für den Mikroprozessor 32 eine Wählein­ richtung 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 ana­ loge Eingangsgröße ist das von einem herkömmlichen Mikrowellen- Temperaturfühler gelieferte Temperatursignal.

Ein Taktgenerator 64 liefert den Bezugstakt für den Mikropro­ zessor 32. Der Taktgenerator 64 beinhaltet ein Filter, das mit dem Wechselstromnetz verbunden ist, sowie einen Nulldurchgangs­ detektor, dessen Ausgangssignal dem Mikroprozessor zugeführt wird. Ferner sind ein Tastfeld 63 sowie Anzeigevorrichtungen 65 vorgesehen.

Claims (2)

1. Mikrowellenofen

• - mit einem äußeren Gehäuse,
• - mit einem in diesem gebildeten Ofenraum, dessen Wandungen aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, sowie mit einem an den Ofenraum angekoppelten Magnetron zur Erzeugung eines Mikrowellenfeldes innerhalb des Ofenraums, ferner
• - mit einer Wägeeinrichtung (20), die sich in einer in dem Gehäuse unter dem Ofenraum (10) liegenden Kammer (28) befindet und deren Ausgangssignal zur Steuerung des Magnetrons verwendet wird,
• - mit einer Mehrzahl von in der Bodenwandung (18) des Ofenraums (10) angebrachten Öffnungen (24), über welche der Ofenraum (10) mit der genannten Kammer (28) in Verbindung steht,
• - mit von der Wägeeinrichtung (20) getragenen vertikalen Stiften (22) aus nichtleitendem Material, die mit geringem Spiel durch die Öffnungen (24) der Bodenwandung (18) in den Ofenraum (10) hineinragen und
• - mit einer in dem Ofenraum (10) vorgesehenen Platte (26), die auf den Stiften (22) ruht, derart, daß das Gewicht von auf der Platte (26) liegendem Gargut (12) über die Stifte (22) auf die Wägeeinrichtung (20) übertragen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wägeeinrichtung (20) zur Erzeugung eines gewichtsabhängigen Signals zur Eingabe an einen Mikroprozessor (32) dient und zwei Paare jeweils an einem Ende miteinander schwenkbar verbundener Hebelarme (36) und ein der Abwärtsbewegung der Hebelarme (36) entgegenwirkendes, elastisches Glied (44) enthält, deren andere Enden an Schneidenlagern (40) abgestützt sind, wobei ein Hebel eines Hebelpaares mit einem entsprechenden Hebelarm des anderen Hebelpaares je über eine Querstange (43) verbunden ist und an den Querstangen (43) die Stifte (22) derart befestigt sind, daß sie in der Nähe der Ecken der rechteckig ausgebildeten Bodenwandung (18) in den Ofenraum ragen.