DE3814122A1

DE3814122A1 - Verfahren zum beschichten von gefaessen fuer mikrowellenoefen

Info

Publication number: DE3814122A1
Application number: DE3814122A
Authority: DE
Inventors: Winfried Heinzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Oerlikon Friction Systems Germany GmbH
Priority date: 1988-04-02
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1989-10-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Gefäßen für Mikrowellenöfen mit einem sich im Mikrowellenfeld erwärmen den Werkstoff.

Zum Erwärmen von Nahrungsmitteln werden seit geraumer Zeit u.a. Mikrowellenöfen eingesetzt. Mikrowellenöfen weisen einen Garraum auf, der so dimensioniert ist, daß eine Mikrowelle in diesem Raum bzw. an dessen metallischen Wänden, ausbreitungs fähig ist. Die elektrischen Feldlinien des Mikrowellenfeldes durchsetzen die zu erwärmenden Nahrungsmittel und regen in den Wassermolekülen der Nahrungsmittel eine Dipolresonanz an. Bei hohen Mikrowellenleistungen in der Größenordnung von mehreren 100 Watt bewirken die Dipolresonanzen eine Erwärmung der Nahrungsmittel.

Ein bekannter Nachteil von Mikrowellenöfen ist, daß zwar die Nahrungsmittel erwärmt oder gegart werden können, es ist jedoch nicht möglich, mit dem Mikrowellenfeld eine knusprige Oberfläche der Nahrungsmittel zu erzeugen, beispielsweise beim Erwärmen von Fleisch.

Es sind daher auch Mikrowellenöfen bekannt geworden, die im Garraum zusätzlich zur Einstrahlung eines Mikrowellenfeldes eine herkömmliche Erwärmung durch eine Grillspirale oder ein Heißluftgebläse vorsehen. Auf diese Weise ist es zwar möglich, das Gargut an der Oberfläche zusätzlich zu erhitzen und damit zu bräunen, die Mikrowellenöfen verteuern sich jedoch durch diese zusätzlichen Einrichtungen beträchtlich und zwar auf das mehr als Doppelte des Preises von einfachen Mikrowellenöfen ohne besondere Bräunungseinrichtungen.

Es ist daher weiterhin vorgeschlagen worden, besondere Gefäße für Mikrowellenöfen zu entwickeln, die als "Bräunungsplatten" bezeichnet werden. Diese Gefäße sind schalenartig ausgebildet und weisen eine Oberfläche auf, auf die das Gargut aufgelegt wird. Diese Oberfläche ist mit einer Beschichtung versehen, deren Werkstoff so gewählt ist, daß er sich in einem Mikrowel lenfeld erwärmt. Bei herkömmlichen Gefäßen dieser Art verwendet man eine Mischung aus einem Eisenoxid und einer Kunststoff- oder Gummimasse, die auf den Boden des Gefäßes aufgetragen wird. Eisenoxid hat die Eigenschaft, daß es sich in einem Mikrowellenofen unter Einwirkung des Mikrowellenfeldes ebenfalls erwärmt.

Man geht bei derart ausgebildeten Gefäßen so vor, daß man das leere Gefäß in den Mikrowellenofen stellt und das Mikrowellen feld einschaltet. Nach einer Vorwärmzeit von beispielsweise 8 Minuten Dauer hat sich die Beschichtung in dem Gefäß stark erwärmt und zwar beispielsweise von der Temperatur von 200°C. Das Gefäß wird nun aus dem Mikrowellenofen herausgenommen und das Nahrungsmittel wird in das Gefäß gelegt. Das Gefäß wird nun mit dem Nahrungsmittel in den Mikrowellenofen zurückgestellt und das Mikrowellenfeld wird wiederum eingeschaltet. Das Nahrungsmittel, beispielsweise ein Stück Fleisch, wird nun mit seiner Unterseite an der erhitzten Schicht des Gefäßes angebraten, während gleichzeitig das Innere des Stückes Fleisch durch das Mikrowellenfeld erhitzt und gegart wird.

Die bekannten "Bräunungsplatten" haben damit den Vorteil, daß mit sehr einfachen Mitteln ein Anbraten bzw. eine Bräunung des Nahrungsmittels mit einem ansonsten ohne Zusätze ausge statteten Mikrowellenofen möglich ist.

Der Nachteil der bekannten Gefäße dieser Art besteht jedoch darin, daß zum einen die Beschichtung mit dem in Kunststoff oder Kautschuk eingebetteten Eisenoxid wenig widerstandsfähig ist und sich bereits nach verhältnismäßig kurzer Benutzungsdauer vom Gefäß lösen kann. Auch ist die Oberfläche dieser Beschich tung problematisch, weil Nahrungsmittel an dieser Oberfläche haften bleiben können und beim Abkratzen der Nahrungsmittel die ohnehin nicht sehr widerstandsfähige Beschichtung beschädigt werden kann. Schließlich besteht ein weiterer Nachteil der bekannten Gefäße darin, daß die Aufwärmzeit mit ca. 8 Minuten sehr lang bemessen ist, so daß die mit einem Mikrowellenofen im Vergleich zu einer Zubereitung auf einem üblichen Kochherd erzielbaren Zeitvorteile dadurch zumindest teilweise wieder aufgehoben werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß Gefäße erhalten werden, bei denen die sich erwärmende Beschichtung fest am Gefäß haftet, außerdem eine Haftung des Nahrungsmittels weitgehend vermieden wird und schließlich die Aufwärmzeit deutlich verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkstoff mit einem Trägergas zu einem Gemenge gemischt wird, daß das Gemenge in eine Brennkammer eingeblasen wird, in der ein Brenngas unter Sauerstoffzufuhr verbrannt wird, und daß das Pulver aus der Brennkammer durch eine Expansionsdüse gefördert und mit Überschallgeschwindigkeit als Schicht auf eine Oberfläche des Gefäßes aufgetragen wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil es mit dem beschriebenen Verfahren möglich ist, eine Beschichtung auf das Gefäß aufzubringen, die selbst extremen mechanischen Belastungen standhält. Infolge der hohen Geschwindigkeit des Pulverstrahles und infolge der hohen Temperaturen in der Brennkammer wird nämlich das Pulver in teigiger Konsistenz mit der genannten Überschallgeschwindig keit auf die Oberfläche aufgeschossen und bildet dort eine extrem dichte und an der Oberfläche des Gefäßes extrem gut haftende Schicht. Die Oberfläche der Schicht ist mechanisch beständig, so daß auch im Langzeitgebrauch weder ein Ablösen der Schicht vom Gefäß noch eine Haftung der Nahrungsmittel an der Schicht befürchtet werden muß. Da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Pulver ohne Trägermaterial (Kunststoff oder Kautschauk) auf das Gefäß aufgetragen wird, entsteht auch eine beträchtliche Dichte des Werkstoffes, die wiederum zu einer schnellen und starken Erhitzung der Schicht im Mikrowel lenfeld mit großer Wärmekapazität und damit zu einer Verminde rung der Aufwärmzeit führt.

Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird das Pulver auf einen inneren oberen Boden eines schalenartigen Gefäßes aufgetragen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die erhitzte Schicht in unmittelbare Berührung mit den Nahrungsmitteln kommt und damit ein schnelles und intensives Anbraten der Nahrungsmittel möglich ist.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Pulver hingegen auf einen äußeren unteren Boden des Gefäßes aufgetra gen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Schicht nicht unmittel bar mit den Nahrungsmitteln in Berührung kommt, so daß die Auflagefläche der Nahrungsmittel auf dem Gefäß nach sonstigen Geschichtspunkten, insbesondere unter Optimierung der Antihaft eigenschaften ausgestaltet werden kann.

Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform der Erfin dung, bei der das Pulver so auf den inneren oberen Boden wie auch auf den äußeren unteren Boden aufgetragen wird, weil auf diese Weise eine große effektive Schichtdicke entsteht, die zur Verkürzung der Vorwärmzeit beiträgt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Pulver auf eine ebene Platte aufgetragen und die Platte in das Gefäß eingesetzt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten eine Optimierung vorgenommen werden kann, auch im Hinblick auf die Materialauswahl des Gefäßes. So kann bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Vorteil ein keramisches Gefäß verwendet werden, in das dann eine metallische Platte eingesetzt wird, um auf diese Weise die Ausbreitung des Mikrowellenfeldes im Garraum des Mikrowellenofens möglichst wenig zu beeinflussen. Auch können sich herstellungstechnische Vorteile ergeben, wenn lediglich ebene Platten mit Pulver beschichtet werden müssen und die beschichteten Platten dann in einem separaten Arbeitsgang in das Gefäß eingesetzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Schicht eine Dicke zwischen 5 µm und 300 µm auf.

Diese Dimensionierung der Schichtdicke hat sich in praktischen Versuchen als optimal erwiesen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkstoff Fe₃O₄ oder Fe₂O₃.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Fe₃O₄ und Fe₂O₃ sich optimal im Mikrowellenfeld erwärmen, Fe₃O₄ ist darüberhinaus von schwar zer Farbe, so daß auch die Wärmeabstrahlung der heißen Schicht optimiert wird.

Schließlich ist noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bevorzugt, bei dem die Schicht mit einer Antihaftschicht versiegelt wird.

Diese Maßnahme hat den an sich bekannten Vorteil, daß die Auflagefläche des Nahrungsmittels optimaler Antihafteigenschaf ten aufweist, z.B. indem die Schicht mit einem Lack auf PTFE- Basis getränkt und der Lack dann eingebrannt wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, durch einen üblichen Mikrowellenofen;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gefäßes;

Fig. 3 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2;

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Beschichtungsein richtung, wie sie zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens verwendet wird;

Fig. 6 eine äußerst schematisierte Darstellung zur Er läuterung der Verfahrensschritte bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt einen Mikrowellenofen üblicher Bauart. Der Mikrowellenofen 10 weist ein quaderförmiges Gehäuse 11 auf, das an seiner Vorderseite mit einer Beschickungstür 12 versehen ist. Im oberen Teil des Mikrowellenofens 10 befindet sich ein Raum 13, der eine Mikrowellenröhre 14 aufnimmt. Die Mikrowellenröhre 14 ist über eine Koppeleinrichtung 15 mit einem Garraum 16 des Mikrowellenofens 10 verbunden. Der Garraum 16 wird unten durch einen Boden 17 abgeschlossen, auf dem ein Gefäß 18 steht. In dem Gefäß 18 befindet sich ein Gargut 19, beispielsweise ein Stück Fleisch.

Beim Einschalten der Mikrowellenröhre 14 wird über die Kop peleinrichtung 15 ein Mikrowellenfeld in den Garraum 16 ein gekoppelt, das in Fig. 1 durch äußerst schematisierte Feldlinien 20 angedeutet ist. Die Feldlinien 20 erzeugen Resonanzen der Wassermoleküle des Gargutes 19 und erwärmen dieses über das gesamte Volumen des Gargutes 19 hinweg. Da die Erwärmung des Gargutes 19 über die Erwärmung des im Gargut 19 gebundenen Wassers erfolgt, kann die Erwärmungstemperatur unter normalen Bedingungen 100°C nicht überschreiten. Diese Temperatur reicht jedoch nicht aus, um dem Gargut 19 eine gebräunte Oberfläche zu verleihen, so wie dies beispielsweise bei Fleisch gewünscht wird. Zum Bräunen einer Oberfläche von Fleisch werden nämlich Temperaturen von etwa 200°C und darüber nötig.

Um eine Bräunung des Gargutes 19 auch bei einem Mikrowellenofen 10 ohne spezielle Zusatzeinrichtungen (Grillschlange oder Heißluftgebläse) zu ermöglichen, kann ein Gefäß 30 verwendet werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Das Gefäß 30 weist einen vorzugsweise schalenförmigen Basis körper 31 aus Aluminium, Keramik oder dgl. auf. Der Basiskörper 31 ist auf einer ersten Oberfläche 34 des inneren oberen Bodens mit einer ersten Schicht 32 aus einem Werkstoff versehen, der sich in einem Mikrowellenfeld erwärmt. Ein derartiger Werkstoff ist beispielsweise Eisenoxid Fe₃O₄ oder Fe₂O₃. Die erste Schicht 32 des Gefäßes 30 in Fig. 2 ist noch mit einer zweiten Schicht 33 überdeckt, die aus einem Antihaftmaterial, beispielsweise PTFE besteht. Das Gefäß 30 weist somit eine zweite Oberfläche 35 auf, auf die das Gargut aufgelegt werden kann.

Wird das Gefäß 30 in leerem Zustand in den Mikrowellenofen 10 gemäß Fig. 1 eingesetzt und wird das Mikrowellenfeld 20 einge schaltet, so erwärmt sich die erste Schicht 32 im Mikrowellen feld 20 auf eine Temperatur von beispielsweise 200°C. Besteht die erste Schicht 32 aus Fe₃O₄, so ist die Wärmeabgabe dieser ersten Schicht 32 besonders intensiv, weil Fe₃O₄ eine tief schwarze Farbe aufweist.

Das Gefäß 30 wird nun aus dem Mikrowellenofen 10 entnommen und es wird das Gargut 19 aufgelegt, um dann das Gefäß 30 mit dem Gargut 19 wieder in den Mikrowellenofen 10 zurückzustellen. Nach erneutem Einschalten des Mikrowellenfeldes 20 wird nun das Gargut 19 zum einen von innen her infolge des einwirkenden Mikrowellenfeldes 20 gegart und zum anderen von der Unterseite her durch die erhitzte erste Schicht 32 angebraten. Ein Haften des Gargutes 19 auf der zweiten Oberfläche 35 wird durch die zweite Schicht 33 aus Antihaftmaterial vermieden.

Bei einem modifizierten Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Gefäß 30 a mit einem Basiskörper 31 a ebenfalls an seiner Oberfläche 34 a mit einer ersten Schicht 32 a aus beispielsweise Fe₃O₄ oder Fe₂O₃ versehen und die erste Schicht 32 a ist wiederum mit einer zweiten Schicht 33 a über deckt, die aus Antihaftmaterial besteht und eine Oberfläche 35 a aufweist.

Zusätzlich hierzu ist noch an einer äußeren unteren Oberfläche 34 a′ des Basiskörpers 31 a eine weitere Schicht 32 a′ aufgebracht, die in ihrer Zusammensetzung der ersten Schicht 32 a entspricht. Die weitere Schicht 32 a′ erhitzt sich ebenfalls im Mikrowellen feld, so daß die gewünschten 200°C schneller erreicht werden können und außerdem die gespeicherte Wärme größer ist, so daß das Gargut 19 noch intensiver angebraten werden kann.

Fig. 4 zeigt noch eine weitere Variante, bei der ein Basiskörper 31 b eines Gefäßes 30 b mit einer z.B. kreisscheibenförmigen Vertiefung 36 versehen ist, in die eine Platte 37 formschlüssig einsetzbar ist.

Die Platte 37, die aus Metall oder Keramik bestehen kann, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung zuvor mit einer ersten Schicht 32 b versehen worden, z.B. aus Fe₃O₄ bestehen kann. Die beschichtete Platte 37 ist dann in die Vertiefung 36 eingesetzt und beispielsweise eingeklebt worden. Auf den Verbund von Basiskörper 31 b und beschichteter Platte 37 b kann nun eine zweite Schicht 33 b aus Antihaftmaterial aufgebracht werden, wenn diese nicht schon zuvor auf die erste Schicht 32 b im separierten Zustand der Platte 37 aufgebracht wurde.

Fig. 5 zeigt eine Beschichtungseinrichtung 40, wie sie zum Auftragen der ersten Schicht 32 bzw. 32 a bzw. 32 b verwendet werden kann.

Die Beschichtungseinrichtung 40 umfaßt einen Metallblock 41, der allseits von einem Kühlmantel 42 umgeben ist. Der Kühlmantel 42 ist mit einem Einlaß 43 versehen, der an einer Einlaßleitung 44 für ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, angeschlossen ist. An einer beabstandeten Position des Kühlmantels 42 ist ein Auslaß 45 angeordnet, der an eine Auslaßleitung 46 für das Kühlmittel angeschlossen ist.

Der Metallblock 41 weist einen ersten Stutzen 50 auf, der an eine Gasleitung 51 angeschlossen ist. Die Gasleitung 51 führt ein Brenngas, beispielsweise Propan.

Ein zweiter Stutzen 52 des Metallblocks 41 ist an eine Sauer stoffleitung 53 angeschlossen.

Die Stutzen 50, 52 führen über Kanäle 54, 55 zu einem Mischraum 56, in dem das Brenngas mit dem Sauerstoff vermischt und vorzugsweise auch gezündet wird. Die vermischten und vorzugs weise auch gezündeten Gase gelangen vom Mischraum 56 in einen Ringraum 57, von dem axiale Kanäle 58 zu einem Brennraum 59 führen. Im Brennraum 59 findet die Verbrennung des Brenngases mit Unterstützung des Sauerstoffs statt.

Ein dritter Stutzen 60 des Metallblocks 41 befindet sich in der Nähe des Ringraumes 57 und ist an eine Leitung angeschlos sen, die ein Gemenge aus einem Beschichtungspulver und einem Trägergas, beispielsweise Stickstoff, führt. Das Pulver wird über eine Pulverleitung 61 und das Trägergas wird über eine Trägergasleitung 62 zugeführt. Das Gemenge aus Pulver und Trägergas wird über einen in der Achse des Ringraumes 57 verlaufenden weiteren Kanal 63 ebenfalls dem Brennraum 59 zugeführt.

Der Brennraum 59 verjüngt sich zu einer langgestreckten Expan sionsdüse 70, die am rechten vorderen Ende der Beschichtungs einrichtung 40 ins Freie mündet.

Die beschriebene Anordnung hat zur Folge, daß das Beschich tungspulver im Brennraum 59 stark erhitzt und infolge der Formgebung des Brennraumes 59 und der Expansionsdüse 70 als Materialstrahl 71 mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit aus der Beschichtungseinrichtung 40 herausgeschossen wird. Im Materialstrahl 71 kann dabei typischerweise eine 9fache Schall geschwindigkeit gemessen werden, was bei dem genannten Gas gemisch und der sich daraus ergebenden Verbrennungstemperatur sowie dem Überdruck im Materialstrahl 71 etwa einer Gasgeschwin digkeit von 1500 m/s entspricht. Diese hohen Geschwindigkeiten entstehen im wesentlichen infolge der nach Art eines Raketen triebwerks gestalteten Brennerstrecke zwischen Brennraum 59 und Expansionsdüse 70.

Mit der Beschichtungseinrichtung 40 gemäß Fig. 5 lassen sich Fe₃O₄ oder Fe₂O₃-Schichten mit einer Schichtdicke von vorzugs weise zwischen 50 µ und 300 µ auf Oberflächen von Gefäßen oder Platten auftragen.

Fig. 6 zeigt zur Veranschaulichung einen Gesamtprozeß zur Herstellung von Gefäßen der vorstehend beschriebenen Art.

Die Gefäße 30 werden zunächst bei 80 sandgestrahlt, um eine saubere und aufgerauhte erste Oberfläche 34 zu erhalten. In Richtung eines Pfeiles 81 werden die Gefäße 30 dann der Be schichtungseinrichtung 40 zugeführt und dort mit der ersten Schicht 32 aus Fe₃O₄ oder Fe₂O₃ versehen.

Mit weiteren Pfeilen 82 ist angedeutet, daß die Gefäße 30 dann noch gewendet werden können, um die weiter oben anhand der Fig. 3 erläuterte weitere Schicht 32 a′ aus Fe₃O₄ auf die Unterseite der Gefäße 30 aufzubringen. Nach erneutem Drehen und Fördern, wie mit Pfeilen 83 angedeutet, gelangen die Gefäße 30 nun zu einer Beschichtungsstation, wo sie bei 84 mit PTFE als zweiter Schicht 33 versehen werden.

In Richtung eines Pfeiles 85 gelangen die so beschichteten Gefäße 30 nun zu einer Heizstation 86, wo die PTFE-Schicht ausgehärtet wird.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten von Gefäßen (30) für Mikro wellenöfen (10) mit einem sich im Mikrowellenfeld (20) erwärmenden Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff mit einem Trägergas zu einem Gemenge gemischt wird, daß das Gemenge in eine Brennkammer (70) ein geblasen wird, in der ein Brenngas unter Sauerstoffzufuhr verbrannt wird, und daß das Pulver aus der Brennkammer (70) durch eine Expansionsdüse (70) gefördert und mit Überschallgeschwindigkeit als Schicht (32) auf eine Oberfläche (34) des Gefäßes (30) aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver auf einen inneren oberen Boden eines schalen artigen Gefäßes (30) aufgetragen wird.

3. Verfahren nach einem oder beiden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver auf einen äußeren unteren Boden eines schalenartigen Gefäßes (30 a) auf getragen wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver auf eine ebene Platte (37) aufgetragen und die Platte (37) in das Gefäß (30 b) eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (32) eine Dicke zwischen 50 µm und 300 µm aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff Fe₃O₄ oder Fe₂O₃ ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (32) mit einer Antihaftschicht (33) versiegelt wird.