DE3743919A1 - Anordnung zur waermetechnischen behandlung von lebensmitteln - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur wärmetechnischen Behandlung von Lebensmitteln durch Beaufschlagung von Mikrowellenenergie in einem Haushaltsofen unter Verwendung eines Mikrowellen-Hohlleiters, in dem Mikrowellen­ energie von einem Mikrowellengenerator eingekoppelt und aus dem Mikrowellenener­ gie in einen Lebensmittel-Behandlungsbereich ausgekoppelt wird.

Im Haushalt sind Mikrowellenöfen oder Mikrowellenherde mit oder ohne zusätzlichen thermischen Heizquellen in Verwendung, in die mittels einem Mikrowellen-Generator, nämlich einem Magnetron, über Hohlleiter, die Mikrowellenenergie in einen mikro­ wellendicht abgeschlossenen Garraum eingespeist wird. Dabei wird eine zugelasse­ ne Mikrowellen-Frequenz von 2,45 GHz verwendet. Die eingekoppelte Mikrowellen­ energie beträgt üblicherweise 600 bis 700 Watt. Die in den Garraum eingekoppelten Mikrowellen dringen je nach Art und Beschaffenheit des Gargutes mehr oder weni­ ger tief und intensiv in dieses Gargut ein und die Mikrowellenenergie wird dort in Wärmeenergie umgesetzt und dient zur Durchführung von Garungsprozessen oder zum Auftauen von Gargut. Je nach gewünschter Behandlungsweise und Art des Gargutes können bei bekannten Herden bis zu dieser maximalen Leistung unterschiedliche Lei­ stungsstufen eingestellt werden. Dafür bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. So ist es möglich, die Mikrowellenleistung beispielsweise durch Zu- und Abschalten von Kapazitäten im Magnetron-Schaltkreis zu verändern. Eine weitere verbreitet ange­ wendete Maßnahme zur Reduzierung der Maximalleistung ist dadurch gegeben, daß die Maximalleistung getaktet erzeugt wird, d.h., daß in relativ kurzen Abständen die Mikrowellenaussendung für vorgegebene Pausenzeiten unterbrochen wird. Die Einstel­ lung der geeigneten Mikrowellenleistung für den jeweiligen Garungsvorgang obliegt bei bekannten Haushaltsgeräten ausschließlich der Bedienungsperson. Somit muß die Bedienungsperson hohe Sorgfalt aufwenden, um unzweckmäßige, ungünstige oder gar schädliche Einstellungen der Mikrowellenenergie zu vermeiden. So kann prinzipiell je­ de zur Verfügung stehende Mikrowellenleistung bis hin zur Maximalleistung einge­ stellt werden und diese Leistung wird vom Mikrowellen-Generator auch erzeugt und in den Garraum eingekoppelt, auch wenn in diesem relativ wenig oder gar kein Gar­ gut enthalten ist, das in der Lage ist, die Mikrowellenenergie durch Absorption in Wärmeenergie überzuführen. Die erzeugte Mikrowellenenergie, deren Existenz außer­ halb des Herdes nicht oder kaum zu erkennen ist, wird in derartigen Fällen inner­ halb des Herdes in unerwünschter Weise abgebaut und teilweise zum Mikrowellen- Generator zurückgekoppelt. Bei länger anhaltender derartiger Fehlbedienung können Beeinträchtigungen und Schädigungen innerhalb der Einheit nicht ausbleiben.

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur wärmetechnischen Behandlung von Lebensmitteln durch Beaufschlagung mit Mikrowellenenergie in Haushaltsöfen bereitzustellen, bei der möglichst ausge­ schlossen wird, daß unzweckmäßige, insbesondere unzweckmäßig hohe Mikrowellen- Leistungen für die Beaufschlagung des Mikrowellenraumes erzeugt werden.

Eine Anordnung, die diesen Anforderungen gerecht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Hohlleiters ein die Anstellung des Mikrowel­ len-Generators über eine Auswerteschaltung beeinflussender und/oder eine Anzeige­ einrichtung ansteuernder Mikrowellen-Richtkoppler angeordnet ist.

Die Verwendung eines derartigen Richtkopplers im Bereich des Hohlleiters eröffnet die Möglichkeit zu erfassen, solche Mikrowellenleistung in Relation zu der vom Mi­ krowellen-Generator erzeugten Mikrowellenleistung, die in Richtung zum Garraum den Hohlleiter durchläuft, in Gegenrichtung verlaufend vorliegt. Je weniger Mikro­ wellen-Leistung innerhalb des Garraums im Gargut in Wärmeenergie umgesetzt wird, desto mehr Mikrowellenenergie wird im Hohlleiter in Relation zur durch den Mikro­ wellen-Generator erzeugten Mikrowelle zurückgekoppelt. Mit Hilfe der erfindungsge­ mäßen Anordnung kann diese Relation der eingekoppelten und zurückgekoppelten Mi­ krowellenenergie steuertechnisch dazu genutzt werden, eine Mikrowellenerzeugung gemäß den tatsächlichen Verhältnissen innerhalb des Garraums zu optimieren.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung, die für den Mikrowellen-Feldstärkenbe­ wegung im Lebensmittel-Behandlungsbereich repräsentativen Meßergebnisse des Mi­ krowellen-Richtkopplers als Mikrowellen-Bedarfskriterien in Abhängigkeit von der Menge und der Art der wärmetechnisch zu behandelnden Lebensmittel für die An­ steuerung der vom Mikrowellen-Generator abzugebenden Mikrowellenenergie auswert­ et. Somit wird erreicht, daß je nach Situation im Garraum eine entsprechende und/­ oder maximale Mikrowellenleistung ansteuertechnisch verarbeitet wird. Nach einer anderen weitergebildeten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung, die für die Mikrowellen-Feldstärkenbele­ gung im Lebensmittel-Behandlungsbereich repräsentativen Meßergebnisse des Mikrowel­ len-Richtkopplers als Prozeßablauf-Steuerwerte zur Ansteuerung der durch den Mi­ krowellen-Generator abzugebenden Mikrowellenenergie auswertet. So können bei­ spielsweise durch den im Bereich des Hohlleiters angeordneten Richtkoppler Mikro­ wellen-Feldstärken-Belegungsunterschiede erfaßt werden, die repräsentativ sind für Zustandsänderungen des Garguts. Während der Beaufschlagung des Garguts mit Mi­ krowellenenergie wird diese im Gargut in Wärmeenergie umgesetzt. Die Folge da­ von sind Veränderungen in der Aufnahmefähigkeit des Garguts für Mikrowellenener­ gie. Besonders groß sind diese Unterschiede und damit besonders günstig zu erfassen, wenn das Gargut zum gefrorenen Zustand in den aufgetauten Zustand übergeführt ist oder wenn der Siedezustand erreicht wird. Gerade bei diesen Zustandsänderungen des Garguts ist es zweckmäßig, Änderungen in der Zufuhr und Bemessung der Mikrowel­ lenleistung vorzunehmen.

Nach einer anderen bevorzugten Maßnahme ist die erfindungsgemäße Anordnung da­ durch gekennzeichnet, daß die von der Auswerteschaltung über den Mikrowellen- Richtkoppler erfaßten Meßergebnisse zum Abgleich des Mikrowellen-Hohlleiters ein­ schließlich der Mikrowellen-Ein- und Auskoppelorgane bereitgestellt sind. Mit Hilfe der erfindungsgemäß gegebenenfalls angeordneten Anzeigeeinrichtung kann somit das einzelne Gerät bezüglich der Leitung der Mikrowellenenergie, ausgehend vom Mikro­ wellen-Generator über den Hohlleiter in den Garraum erfaßt werden und die Geo­ metrie vo verstellbaren Einkoppelorganen in den Hohlleiter und Auskoppelorganen aus dem Hohlleiter so verändert werden, daß jeweils ein möglichst optimaler, reflexions­ armer Mikrowellenübergang ableiten läßt.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Mikrowellen-Hohlleiters zur Erfassung der vom Mikrowellen-Generator abgestrahlten Energie und für die gegenläufigen Energiekom­ ponenten je einer von zwei Richtkopplern, an deren einen Ausgänge die Meßeinrich­ tung angeschlossen sind und deren andere Ausgänge mit einem reflexionsfreien Ab­ schluß ausgestattet sind, antiparallel angeordnet sind. Es ist zwar theoretisch und in manchen Fällen auch praktisch möglich, brauchbare Mikrowellenerfassungen mittels eines an den Mikrowellen-Hohlleiter angekoppelten Richtkoppler für Mikrowellen­ energie-Transporte in beiden Richtungen zu halten, es ist aber meßtechnisch, insbe­ sondere dann, wenn bereits geringfügige Mikrowellenenergie-Verläufe erfaßt werden sollen, für jede mögliche Mikrowellen-Laufrichtung einen Richtkoppler anzuordnen, der an einem Ausgang einen praktisch reflexionsfreien Abschluß aufweist, so daß aus diesem Bereich keine das Meßergebnis verfälschende Einflüsse zu erwarten und zu berücksichtigen sind.

Ein nach Merkmalen der Erfindung ausgestattetes Ausführungsbeispiel ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben.

Die Figur zeigt eine schematisierte Darstellung der prinzipiellen Baueinheiten eines Mikrowellenherdes.

In einen Garraum GR des Mikrowellenherdes, innerhalb welchem in einem Gefäß wärmetechnisch zu behandelndes Gargut GG eingebracht ist, wird Mikrowellenenergie über eine Drehantenne MA eingekoppelt. Diese Drehantenne MA übernimmt die Mi­ krowellenenergie aus einem Hohlleiter HL, welcher seinerseits die Mikrowellenener­ gie von einem Mikrowellen-Generator MG, einem Magnetron, übernimmt. Zur An­ steuerung dieses Magnetrons ist eine Leistungssteuerungs-Einheit LS angeordnet, welche in bekannter Weise einen Hochspannungstransformator sowie Gleichrichter- und Kondensator-Einheiten enthält. Diese und für den gesicherten Mikrowellenbetrieb erforderlichen Schaltelemente brauchen vorliegend nicht näher betrachtet werden.

Über ein Anzeige-/Bedien-Tableau AE sind die Einstellwerte bezüglich der in den Garraum GR einzustrahlenden Mikrowellen-Leistung und der Zeitdauer dieser Ein­ strahlung in eine Ansteuerlogik AL eingegeben, die diese Eingabewerte für die Ansteuerung der Leistungssteuerung-Einheit umsetzt. Die eingestellten Werte können im Anzeige-/Bedien-Tableau AE angezeigt werden.

An den Hohlleiter HL ist ein Mikrowellen-Richtkoppler RK angekoppelt, dessen eine Ausgangsleitung A 1 Meßwerte erfassen, welche der vom Mikrowellen-Generator MG in Richtung zum Garraum GR durch den Hohlleiter HL wandernden Mikrowellenener­ gie entsprechen und dessen zweiter Ausgang A 2 Meßwerte für gegenläufige Mikro­ wellenenergie erfaßt. Die Relation dieser Mikrowellenenergie-Wanderungen und damit die Relation der durch die Ausgänge A 1 und A 2 des Richtkopplers RK erfaßten Meßgrößen gibt eine gute Aussage darüber, aus welchem Grund auch immer beein­ trächtigt, die vom Mikrowellen-Generator MG abgestrahlte Mikrowellen-Leistung im Garraum GR auch tatsächlich absorbiert wird, und zwar im wesentlichen durch das eingebrachte Gargut GG. Ist beispielsweise kein Gargut im Garraum GR angeordnet, so wird im Garraum GR auch keine wesentliche Energie verbraucht und die durch den Mikrowellen-Richtkoppler RK erfaßte rückläufige Mikrowellenenergie wird auf ein sehr hohes Maß in Relation zur eingekoppelten Mikrowellenenergie anwachsen. Auch eine Veränderung des Zustandes des Gargutes, beispielsweise vom gefrorenen zum aufgetauten Zustand wird ein meßtechnisch am Mikrowellen-Richtkoppler RK erfaßbares Ergebnis herbeiführen, da sich das Aufnahmevermögen des Garguts GG für Mikrowellenenergie in Abhängigkeit des Garungszustandes ändert. Auch unter­ schiedliche Gargutarten haben unterschiedliche Mikrowellen-Aufnahmeeigenschaften.

Die Ausgänge A 1 und A 2 des Richtkopplers RK sind einer Vergleichsschaltung VS zugeführt, welche eine Relation zwischen den beiden erfaßten und zugeführten Meß­ werten durchführt und daraus ein Kriterium an die Ansteuerlogik AL weiterleitet. In Abhängigkeit davon wird die Leistungssteuerung LS für den Mikrowellen-Generator MG beeinflußt und entsprechend dem Energiebedarf innerhalb des Garraums GR und den eingegebenen Werten nachgeregelt. Wird beispielsweise aufgrund des sehr hohen, vom Mikrowellen-Richtkoppler RK erfaßten Mikrowellenenergie-Rücklaufs zu vermu­ ten sein, daß sich kein Gargut oder Gargut nur mit sehr geringer Masse im Gar­ raum GR befindet, so schaltet die Ansteuerlogik AL die Leistungssteuerung LS nach kurzer Einschaltzeit ab. Geringe Mengen von Gargut sind in dieser Zeitspanne erfah­ rungsgemäß genügend wärmetechnisch behandelt; andererseits ist die Mikrowellen- Einstrahlung in den ohne Gargut bestückten Garraum GR praktisch nicht sehr pro­ blematisch. Die Ansteuerlogik AL kann für die Durchführung von Standard-Garungs­ prozessen fest eingegebene Werte gespeichert enthalten. Durch die Überlagerung der vom Mikrowellen-Richtkoppler RK erfaßten Werte, die den Garzustand des Gargutes aktuell repräsentieren, kann der Fortgang der einzelnen Prozeßschritte gesteuert und können Modifizierungen dieser Schritte vorgenommen werden.

Die Anordnung des Mikrowellen-Richtkopplers RK ist auch dazu dienlich, die Posi­ tionen der Ein- und Auskoppelelemente des Hohlleiters optimal und individuell für jede Anordnung einzustellen. Dazu wird ein, wie an den Ausgängen A 1 und A 2 des Mikrowellen-Richtkopplers RK erfaßten Meßwerte verarbeitet an das Diplay des An­ zeige-/Bedien-Tableaus AE geleitet. Die Position des Magnetrons MG und der Dreh­ antenne MA zum Hohlleiter HL kann dann so weit verändert werden, bis optimale Ergebnisse signalisiert werden. Dazu sind beispielsweise jeweils zwei ineinander an­ geordnete Exzenterlagerungen verwendbar.

Claims (5)

1. Anordnung zur wärmetechnischen Behandlung von Lebensmitteln durch Beauf­ schlagung mit Mikrowellenenergie in einem Haushaltsofen unter Verwendung eines Mikrowellen-Hohlleiters, in den Mikrowellenenergie von einem Mikrowel­ lengenerator eingekoppelt und aus dem Mikrowellenenergie in einen Lebensmit­ tel-Behandlungsbereich ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich des Hohlleiters (HL) ein die Ansteuerung des Mikro­ wellengenerators (M) über eine Auswerteschaltung (AS) beeinflussender und/­ oder eine Anzeigeeinrichtung (EA) ansteuernder Mikrowellen-Richtkoppler (RK) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschal­ tung die für den Mikrowellen-Feldstärkenbelegung im Lebensmittel-Behand­ lungsbereich repräsentativen Meßergebnisse des Mikrowellen-Richtkopplers (RK) als Mikrowellen-Bedarfskriterien in Abhängigkeit von der Menge und der Art der wärmetechnisch zu behandelnden Lebensmittel (GG) für die Ansteuerung der vom Mikrowellengenerator (MG) abzugebenden Mikrowellenenergie auswert­ et.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung die für die Mikrowellen-Feldstärkenbelegung im Le­ bensmittel-Behandlungsbereich (GR) repräsentativen Meßergebnisse des Mikro­ wellen-Richtkopplers (RK) als Prozeßablauf-Steuerwerte zur Ansteuerung der durch den Mikrowellengenerator (MG) abzugebenden Mikrowellenenergie aus­ wertet.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Auswerteschaltung über den Mikrowellen-Richtkoppler (RK) erfaß­ ten Meßergebnisse zum Abgleich des Mikrowellen-Hohlleiters (HL) einschließ­ lich der Mikrowellen-Ein- und Auskoppelorgane bereitgestellt sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Mikrowellen-Hohlleiters (HL) zur Erfassung der vom Mikrowellen­ generator abgestrahlten Energie und für die gegenläufigen Energiekomponenten je einer von zwei Richtkopplern (RK), an deren einen Ausgängen die Meßein­ richtungen angeschlossen sind und deren andere Ausgänge mit einem reflexions­ freien Abschluß ausgestattet sind, antiparallel angeordnet sind.