DE3743919C2 - - 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 Garraum ausgekoppelt wird.

Eine solche Anordnung ist z. B. aus der DE- 26 50 856 A1 bekannt.

Im Haushalt sind Mikrowellenöfen oder Mikrowellenherde mit oder ohne zusätzlichen thermischen Heizquellen in Verweindung, in die mittels einem Mikrowellen-Generator, nämlich einem Magnetron, über Hohlleiter, die Mikrowellenenergie in einem 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 eingekoppelen 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 Maximaleistung 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 garkein Gar­ gut enthalten ist, das in der Lage ist, die 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.

Durch die DE 26 50 856 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwa­ chen des Temperaturanstiegs in einem Material in einem Mikrowellenherd geoffen­ bart, wobei die restliche Feldstärke des elektromagnetischen Feldes im Herd durch einen Feldstärkesensor erfaßt werden soll. Unter anderem, abhängig von dem gemes­ senen Wert, wird die Mikrowelleneinspeisung gesteuert. Problematisch dabei ist, daß bei dieser Meßmethode auf eine Feldstärke zurückgegriffen wird, die sich im Herd­ raum nach schwer zu beherrschenden Begleitumständen in unterschiedlichsten Vertei­ lungsmustern darstellt. Darüber hinaus wirken sich Änderungen in den Stromversor­ gungsspannungen mittelbar und unbeherrschbar auf das Meßergebnis aus. Ein Verfah­ ren und eine Einrichtung zur Trocknung kontaminierter Flüssigkeiten und Lösungen mittels Mikrowellenenergie wird nach der DE 35 44 270 die in den Hohlleiter zu­ rückgelangende Energie durch einen Zirkulator erfaßt und in Form von Wärmeenergie durch Kühlwasser abgeleitet. Eine Steuerung der Mikrowellenenergie in Abhängigkeit dieses erfaßten Ergebnisses ist nicht vorgesehen. Eine Anordnung gemäß US 46 16 120 weist für einen Mikrowellen-Hohlleiter einen Richtkoppler auf, der eine Anzei­ geeinrichtung ansteuert, wobei das Anzeigeergebnis dazu herangezogen wird, den Hohlleiter mikrowellentechnisch abzugleichen.

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 Mikrowellen-Richtkoppler ange­ ordnet ist, der die Anstrengung des Mikrowellen-Generators über eine Auswerte­ schaltung beeinflußt und dieser Meßwerte liefert, die der zum bzw. vom Garraum fließenden Mikrowellenleistung entsprechen.

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 wellengenerator erzeugten Mikrowelle zurückgekoppelt. Mit Hilfe der erfindungsge­ mäßen Anordnung kann diese Relation der eingekoppelten und zurückgekoppelten Mi­ krowellenenergie steuertechnisch dazu benutzt 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 auswer­ tet. 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-Feld­ stärkenbelegung im Garraum repräsentativen Meßergebnisse des Mikrowellen-Richt­ kopplers als Prozeßablauf-Steuerwerte zur Ansteuerung der durch den Mikrowellen- Generator abzugebenden Mikrowellenenergie auswertet. So können beispielsweise durch den im Bereich des Hohlleiters angeordneten Richtkoppler Mikrowellen-Feld­ stärken-Belegungsunterschiede erfaßt werden, die repräsentativ sind für Zustandsän­ derungen des Garguts. Während der Beaufschlagung des Garguts mit Mikrowellen­ energie wird diese im Gargut im Wärmeenergie umgesetzt. Die Folge davon wird Veränderungen in der Aufnahmefähigkeit des Garguts für Mikrowellenenergie. Beson­ ders 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 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 Mikrowellenerfassung 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung 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 Ausgangsleistung 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 eingekoppelen 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 einer Auswerteschaltung AS zugeführt, welche eine Relation zwischen den beiden er­ faßten und zugeführten Meßwerten durchführt und daraus ein Kriterium an die An­ steuerlogik 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 bei­ spielsweise aufgrund des sehr hohen, vom Mikrowellen-Richtkoppler RK erfaßten Mi­ krowellenenergie-Rücklaufs zu vermuten sein, daß sich kein Gargut oder Gargut nur mit sehr geringer Masse im Garraum GR befindet, so schaltet die Ansteuerlogik AL die Leistungssteuerung LS nach kurzer Einschaltzeit ab. Geringe Mengen von Gargut sind in dieser Zeitspanne erfahrungsgemäß genügend wärmetechnisch behandelt; an­ dererseits ist die Mikrowellen-Einstrahlung in den ohne Gargut bestückten Garraum GR praktisch nicht sehr problematisch. Die Ansteuerlogik AL kann für die Durch­ führung von Standard-Garungsprozessen fest eingegebene Werte gespeichert enthal­ ten. Durch die Überlagerung der vom Mikrowellen-Richtkopler RK erfaßten Werte, die den Garzustad des Gargutes aktuell repräsentieren, kann der Fortgang der ein­ zelnen Prozeßschritte gesteuert und können Modifizierungen dieser Schritte vorge­ nommen werden.

Die Anordnung des Mikrowellen-Richtkopplers RK ist auch dazu dienlich, die Posi­ tion 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 Display des An­ zeige-/Bedien-Tableaus AE geleitet. Die Position des Magnetrons MG und der Dreh­ antenne MA zum Hohleiter HL kann dann so weit verändert werden, bis optimale Ergebnisse signalisiert werden. Dazu sind beispielsweise jeweils zwei ineinander an­ geordnete Exzenterlagerungen verwendbar.

Claims (4)

1. Anordnung zur wärmetechnischen Behandlung von Lebensmitteln durch Beauf­ schlagung mit Mikrowellenenergie in einem Haushaltsofen unter Verwendung eines Mikrowellen-Hohlleiters (HL), in den Mikrowellenergie von einem Mikrowellengenerator (MG) eingekoppelt und aus dem Mikrowellenenergie in einen Garraum (GR) ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich des Hohlleiters (HL) ein Mikrowellen-Richtkoppler (RK) angeordnet ist, der die Ansteuerung des Mikrowellengenerators (M) über eine Auswerteschaltung (AS) beeinflußt und diese Meßwerte liefert, die der zum bzw. vom Garraum (GR) fließenden Mikrowellenleistung entsprechen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschal­ tung die für den Mikrowellen-Feldstärkenbelegung im Garraum (GR) repräsen­ tativen Meßergebnisse des Mikrowellen-Richtkopplers (RK) als Mikrowellen- Bedarfskriterien in Abhängigkeit von der Menge und der Art der wärmetech­ nisch zu behandelnden Lebensmittel (GG) für die Ansteuerung der vom Mi­ krowellengenerator (MG) abzugebenden Mikrowellenenergie auswertet.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung die für die Mikrowellen-Feldstärkenbelegung im Gar­ raum (GR) repräsentativen Meßergebnisse des Mikrowellen-Richtkopplers (RK) als Prozeßablauf-Steuerwerte zur Ansteuerung der durch den Mikrowellengene­ rator (MG) abzugebenden Mikrowellenenergie auswertet.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 anderen Ausgängen mit einem refle­ xionsfreien Abschluß ausgestattet sind, antiparallel angeordnet sind.