DE4207459C2

DE4207459C2 - Mikrowellenherd mit einer Vorrichtung zur Sensierung des Beladungszustandes

Info

Publication number: DE4207459C2
Application number: DE19924207459
Authority: DE
Inventors: Christian Hopf; Wenzel Meierfrankenfeld; Guenther Willenborg
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2012-03-11
Also published as: DE4207459A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenherd mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

In den im Haushalt verwendeten Mikrowellenherden wird die von einem Magnetron erzeugte Energie über einen Hohlleiter in den Garraum eingespeist. Dabei dringt ein Teil der Mikrowellen in das Gargut ein und erwärmt es. Der nicht vom Gargut absorbierte Anteil breitet sich im Garraum aus. Dieser Anteil ist von der Anpassung der eingestrahlten Energiemenge an die Größe und Beschaffenheit der Beladung abhängig.

Diese Gegebenheit wird zur automatischen Regelung der Mikrowellenenergie ge nutzt. Dabei mißt man die Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes außer halb des Garguts und wertet dieses Signal als Steuerkriterium aus, beispielsweise für ein automatisches Gar- oder Auftauprogramm oder eine Sicherheits- Abschaltung bei fehlender Beladung.

Das im Garraum meßbare Signal besitzt eine Frequenz von 2,45 GHz. Weitere überlagerte Schwingungen entstehen im niederfrequenten Bereich durch die das Magnetron speisende Netzfrequenz von 50 Hz und, falls vorhanden, durch die Drehung eines Feldrührers oder einer Rotorantenne mit der Frequenz von ca. 1-5 Hz. Um das Signal in einer Regelschaltung auswerten zu können, muß es zuerst in ein beladungsabhängiges Gleichsignal umgewandelt werden.

Aus der DE-OS 26 50 856 ist ein Mikrowellenherd bekannt, der eine Vorrichtung zur Kontrolle des Beladungszustandes des Garraums beinhaltet, welche die Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes innerhalb des Garraums durch einen Meßkopf außerhalb des Gargutes erfaßt. Dieses hochfrequente Signal wird über einen aktiven Tiefpaß geglättet und verstärkt und anschließend in einer Regelschaltung zur Dosierung der Mikrowellenenergie ausgewertet.

Der Nachteil von aktiven Baugruppen liegt neben einem relativ hohen Preis in der Tatsache, daß die für ihren Aufbau verwendeten Operationsverstärker eine eigene Spannungsversorgung benötigen. Daneben besteht die Gefahr, daß sie bei hohen Signalspannungen, etwa durch ungünstige Beladungen, überlastet und zerstört werden können. Zudem besitzen Operationsverstärker eine wesentlich geringere Temperaturbelastungsgrenze als passive Bauteile.

Ein weiterer Nachteil der Schaltung gemäß DE-OS 26 50 856 ist dadurch gegeben, daß der im Tiefpaß verwendete Kondensator sehr groß sein muß, um die von der Netzspannung des Mikrowellengerätes verursachten Schwingungen im 50 Hz-Bereich auszufiltern. Hierfür kommt nur ein sehr großer und deshalb teurer Elektrolytkondensator in Frage. Bei zusätzlichen Frequenzanteilen durch einen Feldrührer oder eine Rotorantenne müßte sogar ein um den Faktor 10-50 größerer Kondensator eingesetzt werden, was die Schaltung weiter verteuern würde.

Aus EP 467 224 ist ebenfalls ein Mikrowellenherd bekannt, der zur Kontrolle des Beladungszustandes des Garraums eine Vorrichtung beinhaltet, welche die Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes innerhalb des Garraums durch einen Sensor erfaßt. Dieses Signal wird geglättet, verstärkt und anschließend in einer Regelschaltung zur Dosierung der Mikrowellenenergie ausgewertet.

Die japanischen Patentanmeldungen JP 3-95315 und JP 3-95313 zeigen je eine Anordnung zur Erfassung der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes, wobei zur Wahrnehmung eines Signals eine Antenne im Garraum angeordnet ist. Das Signal wird auf einen Abstimmkreis geleitet und von dort an eine Regelschaltung weitergegeben, die die Zufuhr der Mikrowellenenergie in Abhängigkeit der sensierten Signale steuert.

Es sind bei den genannten Anmeldungen keinerlei Ausführungen zum Aufbau der Antenne und zur Verbindung derselben mit den elektrischen Bauelementen getätigt worden, so daß eine konkrete konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung nicht entnehmbar ist.

In der europäischen Patentanmeldung EP 459 305 ist eine Antenne außerhalb des Garraumes an einer Öffnung in der Garraumwand angeordnet, wobei diese zum Garraum hin durch eine dielektrische Platte abgedeckt ist. Von der Antenne gelangt ein Signal über Detektor und Kontrollkreis zum Magnetron. Das Magnetron kann damit bei Auftreten von Störungen, die von der Antenne sensiert werden, abgeschaltet werden. Als nachteilig muß hier angesehen werden, daß sich die Antenne außerhalb des Garraumes befindet und somit wichtige Informationen aus dem Garrauminneren verloren gehen können.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Mikrowellenherd mit einer einfachen Ausfertigung der Vorrichtung zur Sensierung der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes außerhalb des Gargutes zu schaffen, und eine Unterbringung aller Vorrichtungsbestandteile auf kleinstem Raum erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.

Ein mit der erfindungsgemäßen Ausbildung erreichbarer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Anforderungen an die Mikrowellenantenne sehr gering sind. Die verwendeten Bauelemente können die aus dem Garraum ausgekoppelte Leistung so gering halten, daß sich eine Abschirmung der Antenne oder des Sensors erübrigt. Ein besonderer Vorteil liegt in der Tatsache, daß als Mikrowellenantenne ein Hohlniet verwendet wird, der in der Garraumwand endet. Dort wird über seine metallische Oberfläche die Mikrowellenenergie aus dem Garraum ausgekoppelt, die unterhalb der zulässigen Leckstrahlung für Mikrowellenherde liegt.

Der Hohlniet ist in eine, durch ein an die Befestigungsplatte der Vorrichtung angeformtes Rohrelement gebildete, Antennenhülse eingesetzt, die neben einem Distanzrohr die Verbindung zwischen der Befestigungsplatte und einer Platine herstellt. Hierbei ist die Befestigungsvorrichtung insbesondere zur Befestigung der Sensierungsvorrichtung in der Garraumwand vorgesehen, während die Platine der Aufnahme der zu dieser Vorrichtung gehörenden elektrischen Bauteile dient.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird durch das Distanzrohr eine Sicherungsschraube geführt, die gleichzeitig als Befestigungselement und Masseverbindung dient. Es wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Sensiervorrichtung eine Möglichkeit der Unterbringung der Bestandteile auf kleinstem Raum gegeben und mehrere Teile der Vorrichtung erfüllen verschiedene Funktionen.

Die vom Sensor erzeugte Gleichspannung mit niederer Signalfrequenz wird in einer Mikroprozessorsteuerung des Mikrowellenherdes in ein beladungsabhängiges Gleichsignal umgewandelt, wobei die Demodulation des Signals durch Abtastung und anschließende Mittelwertbildung erfolgt. Ein Teil der Signalanpassung wird somit in einem Bauteil vollzogen, welches ohnehin im Mikrowellenherd vorhanden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mikrowellenherdes;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Sensor zur Messung der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes;

Fig. 3 die Frontansicht des Sensors;

Fig. 4 ein Schaltbild des Sensors;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der gesamten Vorrichtung zur Überwachung des Beladungszustandes;

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mikrowellen herdes (1). Dieser besitzt einen Garraum (2), in welchen über einen Hohlleiter (3) die von einem Magnetron (4) erzeugte Mikrowellenenergie eingespeist wird. Zur gleichmäßigen Verteilung der Energie dient ein vor der Einkoppelöffnung (6) ange ordneter Feldrührer (6). Eine zusätzliche Verteilung der Energie erfolgt durch einen Drehteller (7) im Bodenbereich des Garraums (2). Auf dem Drehteller (7) wird das Gargut (8) plaziert. Im oberen Bereich einer der Garraumwände (9) befindet sich eine Antenne (10) als Teil eines Sensors (11) zur Messung der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes. Die Antenne (10) koppelt einen kleinen Anteil der Mikrowellenenergie aus dem Garraum (2) aus, der unterhalb der zulässigen Leck strahlung für Mikrowellenherde liegt.

Der Sensor (11) ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Er besteht aus einer Befestigungsplatte (12), einer Antenne (10) und einer Platine (13). Die Be festigungsplatte (12) ist aus nichtleitendem Material, beispielsweise Kunststoff hergestellt. Sie besitzt zwei angeformte Rohrelemente, von denen das eine als Distanzrohr (14) und das andere als Antennenhülse (15) ausgebildet ist und zwei ebenfalls angeformte Befestigungshaken (16). Das Distanzrohr (14) erstreckt sich zwischen Platte (12) und Platine (13), während die Antennenhülse (15) auch auf der der Platine (13) gegenüberliegenden Seite als röhrenförmiger Ansatz (17) zum Hineinragen in den Garraum weitergeführt ist.

Die Befestigungshaken (16) werden in Öffnungen in der Garraumwand (9) einge hängt. Zusätzlich wird der Sensor (11) mit einer durch das Distanzrohr (14) ge führten Sicherungsschraube (19), die gleichzeitig all Masseverbindung dient, an der Garraumwand (9) befestigt. Der Ansatz (17) der Antennenhülse (15) ragt durch eine Bohrung in die Garraumwand (9). In die Antennenhülse (15) ist ein Hohlniet (18) eingesetzt, der die Platine (13) mit der Befestigungsplatte (12) ver bindet und als Mikrowellenantenne (10) wirkt.

Fig. 4 zeigt den Schaltplan der Platine (13). Die Platine dient der Aufnahme der zur Sensiervorrichtung gehörenden elektrischen Bauelemente. Der Fußpunkt der Antenne (10), der durch das mit der Platine (13) verbundene Ende des Hohlniets (18) gebildet wird, ist über eine Impedanz in Form einer Strei fenleitung (Z) an Masse gelegt. Über die Sicherungsschraube (19) wird die Masseverbindung zwischen Platine (13) und Garraumwand (9) hergestellt. Die über der Streifenleitung (Z) abfallende Spannung (U_hf) wird über einen Zweiweggleichrichter (G) in eine Gleichspannung umgewandelt und verdoppelt. Dabei werden die hochfrequenten Signalanteile durch einen aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C2 gebildeten Tiefpaß (T) ausgefiltert. Bei entspre chender Dimensionierung dieses Kondensators und des vorgeschalteten Widerstandes R1, beispielsweise 100 nF und 1 KΩ, werden auch die Schwingungen im Bereich um 50 Hz gedämpft, aber nicht vollkommen unterdrückt. Das auf diese Weise entstehende Gleichspannungssignal (U_nf) mit niederfrequenten Schwingungen wird an die Mikroprozessorsteuerung (µC) des Mikrowellenherdes (1) weitergegeben.

Die Wirkungsweise der Beladungskontrolle ist im Blockschaltbild in Fig. 5 darge stellt.

Durch den in den Garraum (2) ragenden Ansatz (17) der Antennenhülse (15) wird über die metallische Oberfläche des Hohlniets (18) Mikrowellenenergie ausgekop pelt, welche am Fußpunkt desselben ein Wechselspannungssignal (U_hf) mit der Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz erzeugt. Dieses Signal (U_hf) wird mit Hilfe der Streifenleitung (Z) auf einen für die nachfolgende Gleichrichterschaltung (G) günstigen Wert transformiert.

Nach Durchlaufen der Gleichrichterschaltung (G) liegt am Eingang der Mikroprozessorsteuerung (µC) eine Gleichspannung (U_nf) mit Frequenzanteilen bei 50 Hz und bei 1-5 Hz an.

In der Mikroprozessorsteuerung (µC) wird das Signal (U_nf) jeweils zu Zeitabschnit ten t_A abgetastet. Die hierdurch gewonnenen Abtastwerte U_A werden über einen Zeitraum t_M arithmetisch gemittelt und als Mittelwert U_M an die Regelschal tung (R) weitergegeben.

Durch Auswertung der Spannungswerte U_A und U_M können in der Regelschaltung folgende Funktionen überwacht werden:

Das Auftreten eines Leerlaufbetriebs wird erkannt, wenn U_M einen Schwellwert U_S überschreitet. Ein Mikrowellenaustritt aus dem Garraum inneren in der Umge bung des Sensors (11) würde ebenfalls zu einer Überschreitung von U_S führen. In beiden Fällen erfolgt die Abschaltung des Magnetrons (4).

Die durch die Drehung eines Feldrührers (6) auftretenden Spannungsschwingun gen führen zu einer Differenz zwischen den Maximalwerten von U_A und dem Mit telwert U_M. Wenn diese Differenz einen festgelegten Prozentsatz, beispielsweise 50% unterschreitet, wird ein Stillstand des Feldrührers (6) erkannt und das Ma gnetron (4) ebenfalls abgeschaltet.

Sind beide Werte U_M und U_A über einen größeren Zeitraum gleich null, kann auf einen Defekt des Sensors (11) geschlossen werden. Dies führt zu einer Fehlermel dung.

Bei einer Anzeige von U_M über eine Auswahlschaltung (A) in einer Anzeigevorrich tung (20) kann so in einem Kundendienstprogramm oder einer Endkontrolle die Funktion des Sensors (11) überwacht werden.

Claims

1. Mikrowellenherd mit einer Vorrichtung (11) zur Sensierung der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes außerhalb des Garguts (8), die sich aus einer Antenne (10), einer Anpaßschaltung (Z) und einer Gleichrichterschaltung (G) mit Filtermitteln (T) zusammensetzt und mit einer Regelschaltung (R) die das Ausgangssignal der Vorrichtung (11) zur Dosierung der Energieabgabe des Magnetrons (4) auswertet und die Energieabgabe bei Erkennen eines Leerlaufbetriebs verringert oder abschaltet, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Vorrichtung zur Sensierung (11) eine Befestigungsplatte (12) und eine Platine (13) zur Aufnahme der elektrischen Bauteile beinhaltet,
- daß die Befestigungsplatte (12) aus nichtleitendem Material besteht und zwei angeformte Rohrelemente besitzt, von denen ein Rohrelement als Distanzrohr (14) zur Platine (13) und das andere als Antennenhülse (15) mit einem in den Garraum ragenden Ansatz (17) ausgebildet sind,
- daß in die Antennenhülse (15) ein Hohlniet (18) eingesetzt ist, der in der Garraumwand (9) endet und dort die Mikrowellenantenne (10) bildet.

2. Mikrowellenherd nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Distanzrohr (14) eine Sicherungsschraube (19) geführt ist, die Befestigungselement und gleichzeitig Masseverbindung in der Garraumwand (9) ist.

3. Mikrowellenherd nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpaßschaltung (Z) als impedanztransformierende Streifenleitung (Z) ausgebildet ist, deren Impedanz einen Übergang zwischen der Antennenimpedanz und der Eingangsimpedanz der Gleichrichterschaltung (G) bildet.

4. Mikrowellenherd nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (G) als Zweiwege-Gleichrichter mit Spitzenwertverdopplung ausgebildet ist.