DE4431475C2 - Bräunungseinrichtung - Google Patents
BräunungseinrichtungInfo
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
- H05B6/6408—Supports or covers specially adapted for use in microwave heating apparatus
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bräunungseinrichtung, die zum Einsatz in den Garraum
eines mit üblicher Frequenz betriebenen Mikrowellenherdes geeignet ist und aus
einer Schüssel oder Platte besteht. Diese auch allgemein als "Bräunungsschüssel"
bezeichnete Einrichtung stellt ein Zubehör für einen konventionellen Mikrowellen
herd dar, mit dem sich ohne diese Einrichtung Bräunungseffekte nicht erzielen
lassen. Die Schüssel oder Platte weist ein vorzugsweise kreisförmiges Metall
bodenteil auf, das eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und dessen Unterseite mit
einer vorzugsweise kreisförmigen Schicht aus einem Werkstoff versehen ist, der
Hochfrequenzwellen absorbiert. Die Bräunungseinrichtung ist so in den Garraum
des Mikrowellenherdes plazierbar, daß zwischen der Unterseite der Schicht auf
dem Metallbodenteil und einer Oberseite eines Bodens des Garraumes ein Parallel
abstand einhaltbar ist.
Derartige Bräunungseinrichtungen, deren Wirkungsweise auf der Absorption von
Mikrowellenenergie und deren Umwandlung in Wärme beruht, sind allgemein
bekannt.
Aus der DE 31 50 619 C2 ist ein Gerät zum Erhitzen von Bratgut mittels Mikrowel
lenenergie bekannt, wobei das Gerät ein Behälterunterteil mit metallischen Wand
teilen aufweist. Ein schwenkbar an das Behälterunterteil angesetztes Behälterober
teil weist gleichfalls metallische Wandteile auf. Auf der Behälteraußenseite der
oberen Wand des sich am Bratgut abstützenden Behälteroberteils ist ein ferrithalti
ger Körper vorgesehen, der bei Mikrowellenstrahlung Wärme freisetzt. Um im
Bereich der Oberseite des Bratgutes die von den mikrowellenabsorbierendem
Material freigesetzte Wärme optimal für die Erhitzung des Bratgutes zu nutzen,
wird vorgeschlagen, die Metallbehälterteile mit Umfangsrändern zu versehen und
die dem Bratgut zugekehrte Fläche der oberen Wand des oberen Metallbehälterteils
mit Unebenheiten auszustatten.
Es sind aber auch schon Bräunungseinrichtungen erhältlich, die aus keramischem
Material bestehen und deren Wirkungsweise rein auf dielektrischen Verlusten
beruht. Dazu ist im hitzebeständigen dielektrischen Trägermaterial eine sehr stark
verlustbehaftete Schicht eingebettet. Diese Bräunungseinrichtungen sind jedoch
nicht nur sehr aufwendig in der Herstellung, sondern auch nur zeitlich begrenzt
wirkungsvoll.
Die eingangs beschriebene Bräunungseinrichtung hat verschiedene Vorteile: Die
Beschichtung der Unterseite des Metallbodenteils mit Werkstoff, der Hochfre
quenzwellen absorbiert, ist einfacher durchzuführen als die Einbettung einer ver
lustbehafteten Schicht in keramischem Material. Als Werkstoff für die Beschich
tung bietet sich ein Gemisch aus einem Ferritpulver und einem Bindemittel an. Im
Mikrowellenofen bewirkt der Einsatz von Ferrit eine intrinsische Temperaturbegren
zung durch das Schwinden der magnetischen Eigenschaften beim Erreichen der
Curie-Temperatur. Die Ferritbeschichtung auf der Unterseite des Metallbodenteils
verhindert einen Kontakt des Gargutes mit dem Ferritmaterial und schließt somit
auch eine mit gesundheitlichen Risiken behaftete Beeinflussung des Gargutes aus.
Um jedoch einen ausreichenden Bräunungseffekt des Gargutes zu erreichen, ist
eine Konzentration der Mikrowellenenergie unterhalb der Bräunungseinrichtung
erforderlich. Um diese Konzentration zu bewerkstelligen, sind im wesentlichen zwei
Lösungen gebräuchlich, wobei entweder der Mikrowellenherd so speziell zu kon
zipieren ist, daß wenigstens ein seitlich in den Garraum mündender Mikrowellen
einlaß auf einer Ebene unterhalb der Bräunungseinrichtung angeordnet ist, wobei
in der Regel für eine anderweitige Verwendung des Mikrowellenherdes ein weiterer
Mikrowelleneinlaß erforderlich ist, oder aber wobei die Bräunungseinrichtung mit
zusätzlichen Hilfseinrichtungen auszustatten ist, um innerhalb des Garraumes auf
ein bestimmtes Niveau plaziert zu werden, das eine Konzentration der Mikrowellen
energie unterhalb der Bräunungseinrichtung gewährleistet. Je nach dem erforderli
chen Niveau für die Anordnung der Bräunungsschüssel wird der nutzbare Garraum
erheblich verkleinert.
Aus der DE 32 15 174 C2 ist eine Vorrichtung zum Bereiten von Pizza und ähn
lichen Speisen in einem Mikrowellenofen bekannt. Dieser Ofen ist ausgestattet mit
einer mikrowellenleitenden Platte, die an der Basis abgestützt ist, mit einer an der
Unterseite der Platte befestigten mikrowellenabsorbierenden Materialschicht, die
sich beim Auftreffen von Mikrowellen erhitzt, und mit einem mikrowellenleitenden
Deckel, welcher an der Basis abgestützt ist. Zur Vergleichmäßigung der Tempera
turverteilung auf das Gargut und zum Schutz vor Übertemperaturen im Bereich der
Gargutabstützung, soll die Basis nach abwärtsragende Stützfüße aufweisen, die
den Boden der Platte im Abstand von der Bodenwand des Mikrowellenofens
halten. Weiterhin soll die Basis einen zentrischen, sich in Vertikalrichtung öff
nenden Durchbruch aufweisen und die Platte aufragende Seitenwände besitzen.
Diese sollen sich mit einem nach abwärtsgerichteten Rand des Deckels von diesem
elektrisch isoliert teilweise überlappen. Dadurch soll eine bestimmte Menge von
Mikrowellenenergie aus dem Innenraum des Mikrowellenofens in den von der
Platte und dem Deckel umschlossenen Raum eingeleitet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bräunungseinrichtung der eingangs
beschriebenen Art so auszubilden, daß sich die Bräunungseinrichtung in den
Garraum eines beliebig ausgebildeten, mit üblicher Frequenz betriebenen Mikrowel
lenherdes einsetzen läßt, und einen guten Bräunungseffekt gewährleistet. Dabei
soll insbesondere sowohl auf eine komplizierte Höhenverstellung der Bräunungsein
richtung im Garraum als auch auf einen zusätzlichen und/oder auf ein bestimmtes
Niveau gegenüber dem Boden des Garraumes vorzusehender Mikrowelleneinlaß
verzichtet werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Bräunungseinrichtung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art ausgegangen und erfindungsgemäß vorgeschla
gen, daß
- - der Parallelabstand "P" zwischen der Unterseite der Schicht (6) des Metallbodenteils (4) und der Oberseite des Garraumbodens (8) bis zu 6 mm beträgt,
- - der Durchmesser "D" der Fläche des Metallbodenteils (4) der Boden fläche des Garraumes (8) angepaßt ist und der Durchmesser "d" der Fläche der Schicht (6) maximal 20 mm kleiner als der Durchmesser "D" ist und
- - die Dicke "H" der Schicht (6) 0,5 bis 3 mm beträgt und der Werk stoffes der Schicht (6) aus Ferritpulver und einem Bindemittel be steht, wobei der Ferritpulveranteil mindestens 40 Vol.-%, vorzugs weise mindestens 60 Vol.-% beträgt.
Die optimale Wirkungsweise der Bräunungseinrichtung wird erfindungsgemäß
ausschließlich durch deren Parallelabstand P, den Durchmessern D und d und der
Dicke H sowie den Materialeigenschaften der Schicht bestimmt. Allein durch diese
Parameter läßt sich die E-Feldverteilung so beeinflussen, daß innerhalb kurzer
Garzeiten gute Bräunungsergebnisse erzielbar sind. Insbesondere kann durch eine
große Permittivität und Permeabilität des Beschichtungswerkstoffes die Aufteilung
der Mikrowellenenergie im Garraum unterhalb der Bräunungseinrichtung positiv
beeinflußt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bräunungs
einrichtung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben:
Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Bräunungseinrichtung aus einer kreisrunden Schüssel
1, die gemäß Fig. 1a in einem schematisch dargestellten, quaderförmigen Mikro
wellenherd 2 eingesetzt ist, der mit einem seitlichen Mikrowelleneinlaß 3 versehen
ist.
Die Schüssel 1 ist einstückig aus einem kreisförmigen Metallbodenteil 4 mit einem
sich nach oben konisch erweiternden Metallmantelteil 5 gebildet. Auf seiner
Unterseite ist das Metallbodenteil 4 mit einer Schicht 6 versehen, die aus Ferritpul
ver und einem Bindemittel besteht. Weiterhin ist die Schüssel 1 mit drei Standfü
ßen 7 versehen, worauf die Bräunungseinrichtung standfest auf dem Boden 8 des
durch den Mikrowellenherd 2 definierten Garraumes 9 positioniert ist.
Der Garraum 9 stellt einen Hohlraumresonator dar, der durch den als Hohlleiter
ausgebildeten Mikrowelleneinlaß 3 mit Mikrowellenenergie gespeist wird. Es bildet
sich eine Hohlraumresonanz in Form einer E-110-Welle aus, wobei der E-Feldvektor
senkrecht zum Boden 8 des Garraumes 9 steht.
Um diese Anordnung bei kreisförmiger Schüssel 1 rechnerisch genau zu erfassen,
wird der quaderförmige Hohlraumresonator in einen zylindrischen Hohlraumresona
tor, wie er in Fig. 2 veranschaulicht ist, umgewandelt. Dadurch entsteht ebenfalls
ein Hohlraumresonator mit einem E-Feldvektor senkrecht zum Boden des Hohl
raumresonators, da der Hohlraum ebenso, wie gemäß Fig. 1, durch einen seitlich
angeordneten, als Mikrowelleneinlaß 3 ausgebildeten Hohlleiter mit Mikrowellen
energie gespeist wird.
Bei einer Position der Schüssel 1 in Höhe des Mikrowelleneinlasses 3 ist vorstell
bar, daß sich entlang der Schüssel 1 in Ebene der Achse "r" eine Welle fortpflanzt.
In dieser Modellposition bildet die Schüssel 1 ein Element einer sogenannten
Resonanzleitung, die am Anfang und am Ende durch die Wandung des Hohlraumre
sonators kurzgeschlossen ist.
Zur Ermittlung der für die Schüssel 1 relevanten Abmessungen wird wie folgt
vorgegangen:
Zunächst werden die Abmessungen des zylindrischen Hohlraumresonators gemäß Fig. 2 entsprechend den Abmessungen des Bodens des vorgegebenen quaderför migen Hohlraumresonators gemäß Fig. 1 bestimmt. Der Radius "rHR" des zylin drischen Hohlraumes gemäß Fig. 2 wird so gewählt, daß bei beiden Formen des Hohlraumresonators die Bodenfläche gleich groß ist.
Zunächst werden die Abmessungen des zylindrischen Hohlraumresonators gemäß Fig. 2 entsprechend den Abmessungen des Bodens des vorgegebenen quaderför migen Hohlraumresonators gemäß Fig. 1 bestimmt. Der Radius "rHR" des zylin drischen Hohlraumes gemäß Fig. 2 wird so gewählt, daß bei beiden Formen des Hohlraumresonators die Bodenfläche gleich groß ist.
Die Fortpflanzung einer Welle entlang der Schüssel 1 läßt sich in Form einer
sogenannten Resonanzleitung behandeln. Diese besteht aus einem in Fig. 3 als
Schnitt durch die Ebene "r" der Fig. 2 veranschaulichten Kreisring, der durch den
Rand der Schüssel 1 und der Wandung des zylindrischen Hohlraumresonators
begrenzt wird, und durch die Schüssel 1 selbst.
Das entsprechende Ersatzschaltbild gemäß Fig. 4 verdeutlicht, daß die Leitungs
enden der Impedanz "zI" beidseitig die Impedanz "zBS" der Schüssel 1 abschließen.
Die Impedanz des Kreisringes wird durch einen Kurzschluß abgeschlossen, der die
Wand des zylindrischen Hohlraumresonators darstellt.
Die Impedanzen können in bekannter Weise durch Bestimmungen der Induktivitä
ten und der Kapazitäten der Anordnung berechnet werden, da die jeweiligen
Abmessungen "rBS", "rHR" und die Dicke "H" der Schicht und deren Werkstoff
eigenschaften bei der Arbeitsfrequenz des Mikrowellenherdes bekannt sind.
Aus dem in Fig. 4 dargestellten Ersatzschaltbild kann die relative E-Feldverteilung
entlang der Schüssel 1 berechnet und dabei die Feldverteilung entlang der
Resonanzleitung optimiert werden, indem der Durchmesser "D" der Schüssel 1
und/oder die Dicke "H" und/oder die Werkstoffeigenschaften der Schicht verändert
werden.
Der nächste Schritt dient der Bestimmung der absoluten E-Feldverteilung im
Garraum des Mikrowellenherdes.
Die Schüssel 1 mit der Schicht 6 auf dem Metallbodenteil 4 stellt einen Plattenkon
densator dar, der die Spannungs- bzw. E-Feldverteilung entlang der vertikalen
Achse des Hohlraumes festlegt.
Aus der berechenbaren und in Fig. 5 grafisch dargestellten E-Feldverteilung läßt
sich auch die Energieverteilung bestimmen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die
Dicke "H" der Schicht 6 durch die große Permittivität und Permeabilität des Be
schichtungswerkstoffes die Aufteilung der Mikrowellenenergie im Raum unterhalb
der Schüssel 1 wesentlich beeinflußt. Diese Aufteilung wird aber auch durch den
zwischen der Schicht 6 des Metallbodenteils 4 und dem Boden 8 des Garraumes
9 eingehaltenen Abstand beeinflußt, der durch die Höhe der Standfüße 7 bestimmt
ist.
Als Werkstoff für die Schicht 6 auf der Unterseite des Metallbodenteils 4 werden
vorzugsweise Mischungen aus Ferritpulver und Kunststoffen verwendet, wobei die
Granulometrie des Ferritpulvers ein Oberkorn von 200-250 µm aufweisen sollte.
Um einen hohen Füllgrad der Mischung zu erreichen, ist eine Kornverteilung mit
einem ausreichenden Anteil feiner Körner anzustreben. Es können Mn-Zn-Ferrite
verwendet werden, die gegebenenfalls mit Ni-Zn-Ferrite gemischt werden, um bei
der Betriebsfrequenz des Mikrowellenherdes eine optimale Permeabilität und
Permittivität der Mischung zu erreichen. Je nach der Zusammensetzung der Mi
schung wird auch die Curie-Temperatur beeinflußt, d. h. die Temperaturgrenze,
über die hinaus bekanntlich die Permeabilität von magnetischen Werkstoffen stark
abfällt und die magnetischen Verluste in der Mischung vernachlässigbar klein
werden.
Zur Einbindung des Ferritpulvers eignen sich Bindemittel auf organischer oder
anorganischer Basis, sofern sie einer Dauergebrauchstemperatur standhalten, die
höher liegt als die Curie-Temperatur des verwendeten elektromagnetischen Pul
vers.
Als Bindemittel auf organischer Basis kommen Kunststoffe in Betracht, die neben
einer entsprechenden Temperaturbeständigkeit einen hohen Anteil der HF-ab
sorbierenden elektromagnetischen Substanz binden können. Dies sind zum Bei
spiel: PAN, PPO, PSU, PI, PC, PS, PTFE, PVDF, PA, SIR sowie stabilisierte EP- und
PUR-Harze.
Als anorganische Bindemittel kommen insbesondere Keramikwerkstoffe und
Zemente in Betracht.
Der Einfluß des Füllgrades mit Ferritpulver auf die elektromagnetischen Eigen
schaften, d. h. die Permittivität und die Permeabilität, ist in den Fig. 6 und 7
dargestellt.
Fig. 6 zeigt den Verlauf der komplexen Permittivität "ε" und der komplexen Per
meabilität "µ" einer Mn-Zn Ferritpulvermischung mit einem Ferritpulver-Volumen
füllgrad von 50%.
Bei 2500 MHz ergeben sich folgende Werte:
Re ε: 28; Im ε: 12
Re µ: 1,8; Im µ: 1,4.
Re µ: 1,8; Im µ: 1,4.
Dies ergibt ein Produkt von Re = 90,6.
Fig. 7 zeigt die Werte einer Mn-Zn Ferritpulvermischung mit einem Volumenfüllgrad
von 73%.
Bei 2500 MHz ergeben sich folgende Werte:
Re ε: 48; Im ε: 22
Re µ: 2,2; Im µ: 2,2.
Re µ: 2,2; Im µ: 2,2.
Dies ergibt ein Produkt von Re = 217,8.
In dem o.a. Berechnungsverfahren treten die Werkstoffeigenschaften ε und µ
sowie die angeführte Größe "Re in der Bestimmung der Impedanz des
Leitungsstückes, das die Schüssel 1 darstellt, auf. Die Wirkungsweise der Schüs
sel 1 ist also besonders von den Werkstoffeigenschaften der Schicht 6 abhängig;
eine relativ dünne Schicht 6 mit einer guten Wärmeleitung zum Metallbodenteil 4
der Schüssel 1 kann nur mit einem hohen Produkt Re [ε × µ] erreicht werden.
Als weitere Beschichtungswerkstoffe stehen neuartige, sogenannte "künstliche"
Dielektrika zur Verfügung, die große dielektrische Verluste und eine große Tempe
raturstabilität aufweisen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Keramikwerk
stoffe, die mittels gut dispergiertem TiC-Pulver einer Korngröße im nm-Bereich
hohe Permittivitäten und Verluste bei hohen Frequenzen bewirken.
Durch Versuche mit einer in einem konventionellen Mikrowellenherd eingesetzten
erfindungsgemäßen Bräunungseinrichtung mit folgenden Merkmalen:
- - Durchmesser "D" des Metallbodenteils 4 der Schüssel 1: 250 mm
- - Durchmesser "d" der Schicht 6: 230 mm
- - Dicke "H" der Schicht 6: 1,8 mm
- - Parallelabstand "P" zwischen der Schicht 6 und dem Boden 8 des Garraumes 9: 6 mm
- - Werkstoff der Schicht 6: Mn-Zn-Ferritpulver mit einem Volumenfüll grad von 60%
konnte nachgewiesen werden, daß sich beispielsweise eine der Schüssel 1 ange
paßte Pizza üblicher Dicke innerhalb von 7 Minuten zubereiten läßt und dabei eine
optimale Bräunung erhält.
Claims (1)
- Zum Einsatz in den Garraum eines mit üblicher Frequenz betriebenen Mikrowellenherdes mit seitlicher Mikrowelleneinspeisung geeignete Bräunungseinrichtung, bestehend aus einer Schüssel oder Platte mit einem vorzugsweise kreisförmigen Metallbodenteil, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und dessen Unterseite mit einer vorzugsweise kreisförmigen Schicht aus einem Werkstoff versehen ist, der Hochfrequenzwellen absorbiert, wobei die Bräunungseinrichtung so in den Garraum plazierbar ist, daß zwischen der Unterseite der Schicht auf dem Metallbodenteil und einer Oberseite eines Bodens des Garraumes ein Parallelabstand einhaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Parallelabstand "P" zwischen der Unterseite der Schicht (6) des Metall bodenteils (4) und der Oberseite des Garraumbodens (8) bis zu 6 mm be trägt,
- - der Durchmesser "D" der Fläche des Metallbodenteils (4) der Bodenfläche des Garraumes (8) angepaßt ist und der Durchmesser "d" der Fläche der Schicht (6) maximal 20 mm kleiner als der Durchmesser "D" ist und
- - die Dicke "H" der Schicht (6) 0,5 bis 3 mm beträgt und der Werkstoff der Schicht (6) aus Ferritpulver und einem Bindemittel besteht, wobei der Ferritpulveranteil mindestens 40 Vol.-%, vorzugsweise mindestens 60 Vol.-% beträgt.
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DE19944431475 DE4431475C2 (de) | 1994-09-03 | 1994-09-03 | Bräunungseinrichtung |
GB9516700A GB2292873A (en) | 1994-09-03 | 1995-08-15 | Browning device for microwave oven |
FR9510125A FR2724101B3 (fr) | 1994-09-03 | 1995-08-28 | Accessoire de brunissement pour four a micro-ondes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944431475 DE4431475C2 (de) | 1994-09-03 | 1994-09-03 | Bräunungseinrichtung |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4431475A1 DE4431475A1 (de) | 1996-03-07 |
DE4431475C2 true DE4431475C2 (de) | 1996-07-11 |
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ID=6527383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944431475 Expired - Lifetime DE4431475C2 (de) | 1994-09-03 | 1994-09-03 | Bräunungseinrichtung |
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FR (1) | FR2724101B3 (de) |
GB (1) | GB2292873A (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4450334A (en) * | 1981-04-24 | 1984-05-22 | Raytheon Company | Microwave pizza maker |
US4496815A (en) * | 1983-01-14 | 1985-01-29 | Northland Aluminum Products, Inc. | Microwave browning utensil |
US4865858A (en) * | 1987-08-26 | 1989-09-12 | Petcavich Robert J | Method and container for producing batter-based baked goods |
-
1994
- 1994-09-03 DE DE19944431475 patent/DE4431475C2/de not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-08-15 GB GB9516700A patent/GB2292873A/en not_active Withdrawn
- 1995-08-28 FR FR9510125A patent/FR2724101B3/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4431475A1 (de) | 1996-03-07 |
FR2724101A1 (fr) | 1996-03-08 |
FR2724101B3 (fr) | 1996-09-27 |
GB2292873A (en) | 1996-03-06 |
GB9516700D0 (en) | 1995-10-18 |
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