DE3308732A1

DE3308732A1 - Hochfrequnezheizgeraet mit einer rotierenden antenne

Info

Publication number: DE3308732A1
Application number: DE19833308732
Authority: DE
Inventors: Nobuo Nara Ikeda; Hirofumi Yoshimura
Original assignee: Bosch Siemens Hausgerate GmbH; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1983-09-22
Also published as: AU1215083A; US4508946A; GB2161050B; CA1193326A; GB2161050A; AU559648B2; GB8511716D0

Description

BOSCH-SIEMENS HAJJSGEbXtE. GMBII' ■ '-β? München 80, den 10.03.83 Stuttgart Hochstraße 17

MiTSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL Japan, 1006 Oaza Kadoma Co.LTD., Kadoma~shi, Osaka-fu

TZP 83/805 Kes/si

Titel; Hochfrequenzheizgerät mit einer rotierenden Antenne

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenzheizgerät insbesondere in Form eines Hochfrequenzherdes mit einem Heizraum, zur Aufnahme eines zu erhitzenden Gutes.

Um ein zu erwärmendes Gut, beispielsweise ein zu garendes Gut in einem Hochfrequenzheizgerät gleichmäßig der Hochfrequenzenergie auszusetzen, sind an sich 3 verschiedene Maßnahmen bekannt geworden. Eine Maßnahme besteht im sog. "Umrühren" der elektromagnetischen Hochfrequenzwellen, wodurch eine mehr oder weniger gleichmäßige Verteilung der Hochfrequenzenergie im Heizraum erreicht wird.

Eine andere Maßnahme besteht in der Verwendung eines Drehtellers, auf den das zu erhitzende Gut gelegt und mit diesem gedreht wird, und damit der von einer starren Antenne abgestrahlten Hochfrequenzenergie über die Zeit gesehen gleichmäßig ausgesetzt wird.

Die dritte Maßnahme zur gleichmäßigen Bestrahlung eines zu erhitzenden Gutes besteht in der Verwendung einer Drehantenne.

der
Diese letzte Maßnahme/Verwendung einer sich drehenden Antenne wird vorwiegend in Hochfrequenzhaushaltherden verwendet, da von allen Konstruktionen die rotierende Antenne den geringsten Platzbedarf innerhalb des Heizraumes benötigt. Dabei hat die rotierende Antenne im wesentlich eine L - Form, wie beispielsweise in der US-PS 4 316 069 offenbart. Mit einer solchen Antenne wird der Heizraum im wesentlichen von einem vertikalen elektrischen Feld ausgehend vom Mittelpunkt der Drehbewegung aus sowie einem umlaufenden horizontalen elektrischen Feld durchsetzt. Dabei trägt das horizontale elektrische Feld, das mit der rotierenden Antenne umläuft, zu einer einheitlichen Energieverteilung bei. Das horizontale elektrische Feld ist aber

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hinsichtlich der Energieabgabe stark abhängig von den Abmessungen des zu erhitzenden Gutes, so daß sich die Energieaufnahme um einen großen Betrag bei Änderungen der Abmessungen in der horizontalen Ebene des zu erhitzenden Gutes ändert.

Bei einer anderen Ausführung mit einer sich drehenden Antenne, wie sie beispielsweise in dem US-PS 4 028 521 beschrieben ist, wird eine Abstrahlung von Hochfrequenzenergie von dem rotierenden Schaft unterdrückt, und das horizontale elektrische Feld wird von der sich drehenden horizontal verlaufenden Antenne abgestrahlt mit dem Ergebnis, daß der Grad der Energieabgabe des elektrischen Feldes ebenfalls sich stark ändert mit Änderungen in der Form des zu erhitzenden Gutes in der horizontalen Ebene.

Bei einer Ausführungsform, wie sie in der JA-OS N° 15 594/1971 (Tokkai-Sho-56-15 594) offenbart ist, wird die Energieabgabe aus der Mitte der Drehbewegung eingestellt durch Justieren der Länge des horizontalen Antennenabschnittes an dem Antriebsteil, um von diesem Bereich eine Abstrahlung zu verhindern. Da aber auch bei dieser Anordnung die Richtung des abgestrahlten elektrischen Feldes horizontal ist, hat dieses System die selben Nachteile wie die anderen bekannten Ausführungsformen, daß nämlich die abgegebene Leistung mit der Form des zu erhitzenden Gutes variiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenanordnung anzugeben mit einer verbesserten Feldabstrahlung der Hochfrequenzwellen unter stabiler und konstanter Energieabgabe und Feldverteilung unabhängig von Änderungen in den Abmessungen des zu erwär-menden Gutes.

Weiter ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die zur Lösung des vorgenannten Problems gebildete Antennenanordnung in einer

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verbesserten Abdeck- und Durchführkonstruktion zu halten und zu führen, um einen scharfen Impedanzübergang in unmittelbarer Nähe der Antenne zu verhindern und gleichzeitig einen stabilen Wirkungsgrad ohne Gefahr des Auftretens von Lichtbogenentladungen selbst bei Hochfrequenzeinspeisung ohne Belastung durch ein zu erwärmendes Gut zu garantieren.

Die vorgenannte Aufgabe wird bei einem Hochfrequenzheizgerät mit einer Antennenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der im Hochfrequenzheizgerät nach der Erfindung vorzusehenden Antenne wird diese an dem senkrechten Schaft dipolartig mit zwei sich im rechten Winkel zu diesem Antriebsschaft erstrekkenden Abschnitten ausgebildet, von denen der eine Abschnitt kürzer als der andere Abschnitt ist. Der längere Abschnitt trägt an seinem Ende einen rechtwinklig in den Heizraum ragenden Abschnitt mit einer Länge, die einem Viertel der Wellenlänge der eingesetzten elektromagnetischen Wellen entspricht.

Diese Antenne, bei der der aus der Durchführung ragende Antriebsschaft nur noch ein Achtel der Wellenlänge betragen soll, wird dann gemäß dem weiteren Merkmal nach der Erfindung in der Abdeckplatte aus dielektrischem Material in einem dort sich in den Wellenleiter erstreckenden Führungsstutzen geführt, wobei der Führungsstutzen gemäß einer vorteilhaften Ausbildungsform kegelstumpfartig ausgebildet ist.

Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen erläutert.

In diesen Zeichnungen zeigen:

E'ig. 1 in einer perspektivischen Ansicht das Äußere eines Mikrowellenheizgerätes zur Realisierung der Vorschläge dieser Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt des Gerätes nach Fig. 1»

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Darstellung nach Fig. 2, in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 einen entsprechenden Ausschnitt in einem vergrößerten Maßstab für eine andere Ausführungsform dieser Erfindung und

Fig. 5 eine entsprechende Schnittdarstellung einer rotierenden Antenne nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Haushaltmikrowellenofen 1, der zusätzlich mit Heizplatten 2 ausgerüstet ist. Diese Heizplatten 2 sind an der Oberseite angeordnet und dienen beispielsweise zum Kochen. Die Stromversorgung zu den Heizplatten 2 wird über Steuerknöpfe 3 am Ofen 1 gesteuert. Die Widerstandserhitzung und Hochfrequenzerhitzung innerhalb eines Heizraumes 4 wird über die Steuerknöpfe 5 ein- und ausgeschaltet. Eine Zugangstüre zum Einsetzen des zu erwärmenden Gutes ist an der Vorderseite des Heizraumes 4 vorgesehen.

Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Heizplatten 2 an der Oberseite des Ofenkörpers 1 aus einem hitzebeständigen dielektrischen Material gebildet sind, so daß sie mit Hilfe von Plattenheizkörpern7 erhitzt werden können. Zur Aufheizung und Erzeugung von Strahlungserwärmung sind Heizraumheizstäbe 8 und 9 im Inneren des Heizraumes an der Oberseite und im unteren Bereich

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vorgesehen. An der Außenseite des Heizraumes bzw. den Wandungenjist eine hitzebeständige Wärmeisolation 11 vorgesehen, um eine Wärmeabstrahlung vom Heizraum 10 zu verhindern.

Zusätzlich Wird in den Heizraum 4 Hochfrequenzenergie von einem Hochfrequenzgenerator, z.B. einem Magnetron 12, abgestrahlt. Die Hochfrequenzenergie wird über einen sich verjüngenden Wellenleiter 13 und eine rotierenden Antenne 16 in den Heizraum eingespeist, wobei die Antenne durch einen Motor 14 über einen Bandantrieb 15 angetrieben wird.

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau der rotierenden Antenne zur Abstrahlung der Hochfrequenzenergie. Wenn der Abstand &.» der rotierenden Antenne von an der Heizraumwand, welche den Antriebsschaft aufnimmt, zu groß in Bezug zur Größe des Heizraumes 4 ist, dann werden die elektromagnetischen Wellen nicht effektiv bis zu den Enden der Antenne geführt. Darüberhinaus, wenn der Antennenabschnitt 17 und der Antennenabschnitt 18 eine hohe Ausbreitungsimpedanz haben, wird die Energie vorzeitig in den Heizraum 14 abgestrahlt, so daß die elektromagnetischen Wellen nicht an die Enden des Antennenabschnittes 17 gelangen. Um die Abstrahlenergie zu reduzieren, wird deshalb die Breite des Antennenabschnittes 17 und 18 größer gemacht als d , also dem Abstand zwischen der Wand des Heizraumes 4 und den Antennenabschnitten 17 und 18, so daß die Abstrahlung der Energie in den Heizraum 4 minimisiert wird. Jedoch wird ein gewisser Wert der elektromagnetischen Wellen trotzdem in den Heizraum 4 abgestrahlt. Da aber die elektrischen Felder der Antennenabschnitte 17 und 18 in Richtung der Pfeile 19 und 20 entgegengesetzt gerichtet sind, heben sie sich gegenseitig auf, so daß im wesentlichen keine Energieabstrahlung in den Heizraum 4 erfolgt.

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Die Größe der Abstrahlung in den Heizraum 4 hängt allein von der Längendifferenz zwischen den Antennenabschnitten 17 und 18 ab. Darüberhinaus, da der Antennenabschnitt 17 am Ende im rechten Winkel abgebogen ist, werden elektromagnetische Wellen in dem Heizraum 4 durch ein vertikales elektrisches Feld E₃ 21 abgegeben. Die Anregung des Heizraumes 4 durch das vertikale elektrische Feld E₃21 verursacht eine vertikale elektrische Feldverteilung in dem Heizraum 4. Dieses vertikale elektrische Feld wird nur unwesentlich durch die Belastung (z.B. Lebensmittel) beeinflußt, da es eine Ausbreitung senkrecht zu seiner Richtung hat mit dem Ergebnis, daß flaches Gut ebenso erhitzt werden kann. Das vertikale elektrische Feld wird beeinflußt durch Belastungen in Tassen oder ähnlichen Behältern (Belastungen die sich erstrecken in einer großen Verteilung in derselben Richtung wie das vertikale elektrische Feld), aber im allgemeinen ist eine gleichmäßige Erhitzung bei solchen Belastungen nicht so wichtig, wie bei flachem Gut.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die dann von Vorteil ist, wenn im Heizraum 4 metallische Vorsprünge 23 zum Befestigen einer Abdeckplatte 22 oder Schrauben 24 zum Halten des Wellenleiters 20 an der Wand des Heizraumes 4 vorhanden sind, die die obere Wand des Heizraumes im wesentlichen nach unten ausweiten.

Um trotzdem eine genügende Verteilung der elektromagnetischen Wellen in den Antennenabschnitten 17 und 18 zu garantieren, muß für einen konstanten Abstand(^. gesorgt werden und die Antennenabschnitte 17 und 18 sind entsprechend gebogen mit einem optimalen Radius der Kurvenform.

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Die Abdeckplatte 22 führt die rotierende Antenne, die sich in den Wellenleiter 13 erstreckt in ihrem vertikalen Abschnitt 16 in einem im wesentlichen kegelstumpfförmigen Führungsstutzen 22 a, welcher sich in den Wellenleiter hinein verjüngt und im Durchmesser in Richtung der Einspeisöffnung anwächst. Dadurch wird die Impedanzänderung an der Verbindung zwischen Luft und der Abdeckplatte 22 stetig, so daß jede Wellenreflektion in der Nachbarschaft auf ein Minimum reduziert wird. Diese Anordnung verhindert somit eine übermäßige örtliche Konzentration des elektrischen Feldes, so daß auch bei geringer Belastung oder ganz ohne Belastung keinerlei Lichtbögen oder andere Abnormalitäten auftreten.

Ferner muß bei üblichen Abdeckplatten 22, wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt, wo die Führung des vertikalen Abschnittes 16 einer Antenne schmal ist, die Antenne 16 noch zusätzlich von einer öffnung in der Abdeckwand des Wellenleiters 13 drehbar geführt werden mit dem Ergebnis, daß, wenn die relative Lage von der Öffnung im Wellenleiter 13 und die Öffnung in der Abdeckplatte versetzt sind, die Antenne gekippt wird oder sich nicht gleichmäßig dreht. Der Führungsstutzen an der Abdeckplatte, entsprechend der vorliegenden Erfindung, ergibt einen ausreichenden Kontaktbereich mit dem vertikalen Abschnitt der Antenne 16 und dadurch ist die Antenne ausreichend rotierbar geführt ohne zusätzliche Trägermittel, wodurch Störungen wie Kippen oder erhöhter Widerstand beim Drehen der Antenne vermieden werden.

Durch die Abwendung der vorliegenden Erfindung werden somit die folgenden Vorteile realisiert:

1) Da die elektromagnetischen Wellen an die Enden der Antenne ohne Reflexionen übertragen werden, wird die Energieleistung der sich drehenden Antenne wesentlich verbessert.

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2) Da die Energieabstrahlung im wesentlichen nur über ein rotierendes vertikales elektrisches Feld erfolgt, ergeben sich auch bei Änderung der Belastung nur geringe Änderungen.

3) Da das horizontale elektrische Feld gegenseitig gelöscht wird»existiert praktisch kein horizontales elektrisches Feld, das die Verteilung entgegengesetzt beeinflußen würde.

4) Da keine größeren Änderungen in der charakteristischen Impedanz an der rotierenden Antenne, d.h. an der Verbindung zwischen dem Wellenleiter und dem Heizraum ebenso wie an den horizontalen Antennenabschnitten existieren, ist die Reflexion der elektromagnetischen Wellen in diesen Bereichen gering.

5) Da die entgegengerichteten Antennenabschnitte aus flachen Streifen gefertigt sind, sind die Herstellkosten gering.

6) Da die Abstrahlung vom Abschnitt des rotierenden Antennen— abschnittes gering gehalten ist, ist der Wirkungsgrad der rotierenden Antenne verbessert.

7) Es ist mittels eines einfachen Aufbaus möglich, scharfe Impedanzänderungen in der Nachbarschaft der Antenne zu vermeiden und damit das Auftreten von Lichtbögen zu verhindern, auch wenn nur eine geringe Belastung oder keine Last vorhanden ist und gleichzeitig ein stabiles Hochfrequenzheizgerät zu schaffen mit. einer stabilen Führung der Antenne ohne Störungen wie Kippen und Drehwiderstandserhöhungen der Antenne.

Claims

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Paten t a η s ρ r ü c h e

Hochfrequenzheizgerät mit einem Heizraum zur Aufnahme eines zu erhitzenden Gutes, einem Hochfrequenzoszillator zur Erzeugung von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen, einem Wellenleiter zur Übertragung der Hochfrequenzwellen und einer rotierenden Antenne zur Abstrahlung der. Hochfrequenzwellen in den Heizraum_r dadurch gekennzeichnet, daß die sich drehende Hochfrequenzantenne dipolartig jedoch elektrisch durchgehend verbunden mit zwei sich im rechten Winkel vom Antennenantriebsschaft (16) erstreckenden Abschnitten (17 und 19) ausgebildet ist, von denen der eine Abschnitt (18) um etwa ein Viertel der Wellenlänge der angewendeten elektrischen Hochfrequenzenergie kürzer als der andere Abschnitt (17) ausgebildet ist und der längere Abschnitt (17) am Ende um etwa 90° in den Heizraum hinein in einer Länge von etwa ein Viertel der Wellenlänge abgewinkelt ist.

Hochfrequenzheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Heizraum (4) ragende Länge des Abschnittes der rotierenden Antenne, die als Antriebsschaft dient, nicht größer ist als etwa ein Achtel der Wellenlänge der angewendeten elektromagnetischen Wellen.

Hochfrequenzheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der waagrecht verlaufenden Antennenabschnitte (17 und 18) größer als der Abstand (C_-1) zwischen der oberen Wandung des Heizraumes und den Antennenabschnitten ist.

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4. Hochfrequenzheizgerät mit einem Heizraum, einem Hochfrequenzoszillator, einem Wellenleiter und einer rotierenden Antenne, die in den Wellenleiter ragt zur Ankopplung der Hochfrequenzenergie und Abstrahlung in den Heizraum, wobei die Hochfrequenzantenne mit einem Antriebsschaft durch eine Abdeckplatte in der Wandung des Heizraumes geführt ist und mit Antriebsgliedern zum Antrieb der Antenne verbunden ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte aus dielektrischem Material einen Frührungsstutzen (22a) mit nach innen in den Wellenleiter sich verjüngenden Querschnitt aufweist, um eine abrupte Impedanzänderung im Wellenleiter zu verhindern.

5. Hochfrequenzheizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wellenleiter (13) ragende Führungsstutzen (22a) kegelstumpfartig ausgebildet ist.