-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Steuerung eines Mikrowellenofens und auf eine
dieses Verfahren anwendenden Mikrowellenofen.
-
Ein Mikrowellenofen dient üblicherweise zur Erwärmung
von verschiedenen Gütern unterschiedlicher Art. In einer
Anwendung dient der Ofen zum Auftauen, Erwärmen und Kochen von
Speisen und Getränken. Ein Mikrowellenofen enthält im
allgemeinen ein System zur Erzeugung von Mikrowellen und eine
Ofenraum, der den Mikrowellen ausgesetzt ist und als
Resonanzkasten sowie Behandlungskammer für die Speisen und Getränke
dient. Ein System zur Erzeugung von Mikrowellen in einem
Mikrowellenofen enthält meist ein Magnetron, das Mikrowellen
liefert, und elektrische und/oder elektronische Hilfsorgane
zur Speisung oder Steuerung des Magnetrons und zur Kühlung des
Systems zur Erzeugung von Mikrowellen. Die Hilfsorgane zur
Speisung und Steuerung des Magnetrons sind beispielsweise
Transformatoren, Schalter, Kondensatoren, Dioden,
Antriebsmotoren, und die Hilfsorgane zum Kühlen des Systems sind meist
elektrische Ventilatoren. Beim Betrieb des Ofens treten die
Bauelemente und Hilfsorgane, die das System zur Erzeugung von
Mikrowellen bilden, in Aktion und erwärmen sich sowohl alleine
als auch unter dem Einfluß einer Wärmeleitung oder
Wärmekonvektion. In Hinblick auf eine hohe Lebensdauer und einen
sicheren Betrieb müssen diese Bauelemente und Hilfsorgane bei
Temperaturen arbeiten, die jeweils Grenzwerte nicht
überschreiten. Im Hinblick auf eine Verbesserung der Leistungen
des Ofens durch Erhöhung der Leistung des Magnetrons bestehen
bekannte Lösungen darin, die Hilfsorgane zur Speisung und
Steuerung zu überdimensionieren und sie stärker zu kühlen,
beispielsweise unter Verwendung einer größeren Zahl von
Ventilatoren. Diese bekannten Lösungen erhöhen nicht nur den Preis
des Ofens, sondern auch den Raumbedarf für diese Komponenten
und Hilfsorgane im Ofen zu Lasten des Raums zur Behandlung der
Speisen und Getränke bei einer gegebenen Abmessung des Ofens.
-
Außerdem beschreibt die europäische Patentanmeldung
EP-A-0 301 805 eine andere Lösung, um die Leistungen und
Kosten eines Mikrowellenofens zu optimieren, indem das Magnetron
zu Beginn einer Heizoperation auf einer höheren Leistungsstufe
als die normale Betriebsleistung betrieben wird, und zwar
während einer Zeitdauer, in der die Temperatur der
verschiedenen Bauelemente eine Grenztemperatur noch nicht überschreitet.
Hierzu verwendet der beschriebene Mikrowellenofen ein
Halbleiterelement zur elektrischen Leistungswandlung, dessen Betrieb
von einem Kontrollorgan gesteuert wird.
-
Außerdem beschreibt die europäische Patentanmeldung
EP-A-0 192 771 einen Mikrowellenofen mit einer Vorrichtung zum
automatischen Wiegen der Elemente, die eine Schaltung zur
Steuerung der Ausgangsleistung eines Magnetrons steuert.
Genauer gesagt steuert die automatische Wägevorrichtung einen
Schalter, der eine elektrische Serienverbindung zwischen dem
Magnetron und der Sekundärseite eines Transformators über
einen oder zwei parallelgeschaltete Kondensatoren herstellt,
so daß das Magnetron eine erste oder eine zweite Leistung
abgibt, deren Wert durch die kapazitiven Werte der verwendeten
Kondensatoren bestimmt ist.
-
Die vorliegende Erfindung, die die erwähnten Nachteile
zu beseitigen sucht, schlägt ein wirkungsvolles und
wirtschaftliches Steuerverfahren für eine Mikrowellenofen vor, um
die Betriebsleistungen dieses Ofens zu verbessern. Dieses
Verfahren besteht darin
-
- zu Beginn eines Zyklus der Erwärmung einer Speise
oder eines Getränks die Mikrowellenröhre auf maximaler
Leistung Pn während einer Zeitdauer betreiben, die höchstens
gleich der Aufheizzeit der Mikrowellenröhre oder eines oder
mehrerer Hilfsorgane wie z.B. eines Speisetransformators für
die Röhre als Bezugsgröße gewählt ist, d.h. einer Zeitdauer,
die beim Temperaturanstieg von der Ruhetemperatur auf die
vorbestimmte Grenzbetriebstemperatur verstreicht,
-
- und während des verbleibenden Betriebszyklus die
Mikrowellenröhre auf einer vorgegebenen Leistungsstufe des
Normalbetriebs zu betreiben, die unter der Maximalleistung Pn
liegt.
-
Gegenstand der Erfindung ist also ein Mikrowellenofen
gemäß den Definitionen in den Ansprüchen 1 bis 3.
-
Zur besseren Erläuterung wird nun ein
Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben.
-
Figur 1 zeigt von vorne und teilweise in schematischer
Darstellung einen erfindungsgemäßen Mikrowellenofen.
-
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung und
teilweise eine elektrische Schaltung eines Systems zur
Mikrowellenerzeugung und zur Steuerung des Ofens aus Figur 1.
-
Figur 3 zeigt schematisch und teilweise eine
elektrische Schaltung eines Systems zur Erzeugung von Mikrowellen und
zur Steuerung eines bekannten Mikrowellenofens.
-
Ein Mikrowellenofen 1, der schematisch und teilweise
in Figur 1 und 2 gezeigt ist, enthält ein Gehäuse 2, in dem
ein Abteil 3 für ein System 5 zur Erzeugung von Mikrowellen
und zur Steuerung des Mikrowellenofens 1 und ein Fach 6
ausgebildet sind, das als Resonanzkasten und Behandlungsraum für
die Speisen und Getränke dient. Das Fach 6 wird von einer Tür
7 verschlossen.
-
Im Betrieb des Ofens 1 werden die Speisen oder
Getränke, die in das Fach 6 gelegt werden und einer Auftau-,
Erwärmungs- oder Kochbehandlung unterworfen werden, in einen
Mikrowellenfluß eingetaucht, der von dem System zur
Mikrowellenerzeugung und zur Steuerung 5 erzeugt wird und in das Fach 6
durch einen nicht dargestellten, an sich bekannten
Wellenleiter eingespeist wird.
-
Das System 5 zur Erzeugung von Mikrowellen und zur
Steuerung, das teilweise und schematisch in Figur 2 gezeigt
ist, enthält ein Magnetron 10 einer vorbestimmten
Leistungsgröße Pn im Bereich zwischen etwa 600 und 1500 Watt für
Haushalts-Mikrowellenöfen.
-
In einem bekannten Mikrowellenofen 12, dessen
elektrische Schaltung schematisch und teilweise in Figur 3 gezeigt
ist, wird das Magnetron 14 mit einem elektrischen Strom über
einen Transformator 15 und ein Programmierglied 17 von einer
Wechselstromquelle 18 gespeist. In dieser elektrischen
Schaltung ist das Magnetron 14 über einen Kondensator 19 in Reihe
an die Sekundärwicklung des Transformators 15 angeschlossen
und enthält eine Gleichrichterdiode 20, die parallelgeschaltet
ist, derart, daß die Kathode der Diode 20 an die Anode dieses
Magnetrons 14 angeschlossen ist, die an Masse liegt, während
die Anode der Diode 20 an die Kathode des Magnetrons 14
angeschlossen ist.
-
Während einer ersten negativen Halbwelle der Spannung
an der Sekundärwicklung des Transformators 15 leitet die Diode
20 und lädt den Kondensator 19 auf. Während einer
nachfolgenden positiven Halbwelle der Spannung an der Sekundärwicklung
dieses Transformators 15 sperrt die Diode 20, und das
Magnetron 14 wird in entgegengesetzter Richtung leitend und entlädt
zumindest teilweise den Kondensator 19.
-
Die Leistung des Magnetrons 14 wird gemäß einer
bekannten Regelung abwechselnd während eines gegebenen
Zeitintervalls ausgesendet und während eines anschließenden weiteren
gegebenen Zeitintervalls im Verlauf eines Betriebszyklus
unterbrochen. In einem Betriebszyklus ergibt das Verhältnis der
gesamten Betriebszeitintervalle zur Summe der
Ruhezeitintervalle und der Betriebszeitintervalle den mittleren
Betriebswert des Ofens, der in die Bestimmung der Behandlungszeit
eingeht.
-
Jede Behandlung des Auftauens, Erwärmens oder Kochens
erfordert eine besondere und bestimmte Behandlungszeit für
Jede der verschiedenen Speisen oder Getränke oder Gruppen
hiervon.
-
Im bekannten Mikrowellenofen 12 wird das
Programmierglied 17 vorprogrammiert und erlaubt sowohl eine Regelung des
Betriebsgrads oder eine Regelung der Leistung, die an die
Auftau-, Erwärmungs- oder Kochbehandlung angepaßt ist, als
auch eine Regelung der Behandlungszeit für jede Art der
verschiedenen Speisen und Getränke oder Gruppen hiervon.
-
Im bekannten Mikrowellenofen 12, der ein Magnetron 14
einer gegebenen Nennleistung Pn besitzt, werden die
Hilfsorgane zur Speisung und Steuerung, wie z.B. der Transformator 15,
der Kondensator 19, die Diode 20, das Programmierglied 17 und
die Hilfsorgane zur Kühlung wie z.B. ein nicht dargestellten
Ventilator, üblicherweise in ihren Kennwerten gemäß einem
Kompromiß ausgewählt, der zu einem preiswerten und kompakten
Ofen führt, dessen Betriebsweise und Wirkungsgrad sowie
Lebensdauer vernünftige Werte haben.
-
Wegen der Erwärmung im Betrieb werden die Hilfsorgane
zum Speisen, zur Steuerung und zur Kühlung des Magnetrons 14
gemäß ihren zulässigen Grenztemperaturen ausgewählt, die im
Dauerbetrieb gelten. Aufgrund dieses Kompromisses kommt es oft
vor, daß das Magnetron 14 während des Betriebs des Ofens 12
niemals bei seiner Maximalleistung PN betrieben wird. Das
Magnetron 14 arbeitet nur auf einer niedrigeren
Leistungsstufe, die der vorgegebenen Leistung im Normalbetrieb entspricht.
Dies bildet einen Aspekt der Verschwendung und einen
Schwachpunkt im Betrieb des bekannten Ofens 12.
-
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile.
-
Erfindungsgemäß besteht ein Verfahren zur Steuerung
eines Mikrowellenofens mit einer Mikrowellenröhre wie z.B.
einem Magnetron zu Beginn eines Behandlungszyklus für eine
Speise oder ein Getränk darin, die Mikrowellenröhre bei ihrer
maximalen Leistung Pn während einer Zeit höchstens gleich der
Dauer der Aufheizung der Mikrowellenröhre oder eines der
Hilfsorgane zur Speisung und Kühlung dieser Mikrowellenröhre
als Bezugswert, wie z.B. eines Transformators zu betreiben,
d.h. während des Temperaturanstiegs vom Ruhezustand auf die
vorbestimmte Betriebs-Grenztemperatur, während in der
verbleibenden Zeit des Betriebszyklus die Mikrowellenröhre auf einer
unter der Maximalleistung Pn liegenden vorgegebenen
Normalleistung
betrieben wird.
-
In dem Verfahren zur Steuerung eines Mikrowellenofens
mit einer Mikrowellenröhre wie z.B. einem Magnetron ist die
Zeit des Betriebs der Mikrowellenröhre bei maximaler Leistung
Pn zu Beginn eines Behandlungszyklus einer Speise oder eines
Getränks vorzugsweise kürzer als eine Minute.
-
In einem Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 und
2 gezeigt ist, enthält ein Mikrowellenofen 1 in seinem Abteil
3 ein System 5 zur Erzeugung von Mikrowellen und zur Steuerung
mit einem Magnetron 10 als Mikrowellenröhre.
-
In diesem System 5 zur Erzeugung von Mikrowellen und
zur Steuerung wird das Magnetron 10 über einen Transformator
25 und eine Steuervorrichtung 28 von einer Wechselstromquelle
30 gespeist.
-
Gemäß der Erfindung enthält in dem System 5 zur
Erzeugung von Mikrowellen und zur Steuerung des Mikrowellenofens 1
das Magnetron 10, das an seinen Klemmen eine
Gleichrichterdiode 33 aufweist, einerseits eine Anode 35, die an die Kathode
dieser Gleichrichterdiode 33 und an ein erstes Ende 36 einer
Sekundärwicklung des Transformators 25 zuerst über einen von
zwei parallelgeschalteten Kondensatoren 38, 39
unterschiedlicher Werte, nämlich einen Kondensator eines kleineren Werts 38
für einen Betrieb des Magnetrons 10 auf einem vorgegebenen
Dauerleistungspegel unterhalb der Maximalleistung Pn und einen
Kondensator 39 größerer Kapazität für einen Betrieb des
Magnetrons 10 bei Maximalleistung Pn, und weiter über einen
Schalter 41 angeschlossen ist, der eine elektrische Verbindung des
einen oder des anderen dieser beiden Kondensatoren 38 und 39
mit der Sekundärwicklung des Transformators 25 herstellt, und
andererseits eine Kathode 37, die an die Anode dieser
Gleichrichterdiode 33 und an ein zweites Ende 40 der
Sekundärwicklung dieses Transformators 25 angeschlossen ist.
-
Der Schalter 41 ist entweder ein elektronischer oder
ein elektromechanischer Schalter bekannter Art. Der Schalter
41 enthält drei Anschlüsse 44, 45 und 46. Der Anschluß 44 ist
mit dem Ende 36 der Sekundärwicklung des Transformators 25
verbunden, während die Anschlüsse 45 und 46 mit je einem der
Kondensatoren 38 zum Betrieb des Magnetrons 10 bei seiner
Dauerleistung bzw. mit dem Kondensator 39 zum Betrieb des
Magnetrons 10 bei seiner Maximalleistung Pn angeschlossen ist.
-
Der Schalter 41 enthält einen Betätigungsknopf 50,
eine Zeitschaltung 51 und eine Verriegelungsvorrichtung 52,
die von einer Temperatursonde 53 gesteuert ist, so daß
entweder eine manuelle Abschaltung einer normalen elektrischen
Verbindung 44-45 und eine manuelle Anschaltung einer
elektrischen Verbindung mit vorgegebener Zeit 44-46 möglich ist, d.h.
eine Abtrennung des Magnetrons 10 von seiner elektrischen
Verbindung, die den Dauerbetrieb erlaubt, und eine Anschaltung
des Magnetrons 10 an eine elektrische Verbindung, die einen
Betrieb vorgegebener Zeitdauer bei Maximalleistung Pn erlaubt,
wenn die Temperatur des Magnetrons 10 oder seiner als
Bezugsgröße genommenen und von der Temperatursonde 53 überwachten
Hilfsorgane zur Speisung und Kühlung unter der
Grenzbetriebstemperatur liegt, oder eine Sperrung des Betätigungsknopfes 50
möglich ist, d.h. eine Aufrechterhaltung der elektrischen
Normalverbindung 44-45 durch die Verriegelungsvorrichtung 52,
wenn die als Bezugswert genommene und von der Temperatursonde
53 erfaßte Temperatur des Magnetrons 10 oder seiner
Hilfsorgane zur Speisung und Kühlung mindestens gleich der
Grenzbetriebstemperatur ist. Nach einem Betrieb des Magnetrons 10
während der vorgegebenen Zeitdauer bei maximaler Leistung Pn
über die elektrische Verbindung 44-46 fällt der Schalter 41
automatisch in die elektrische Normalverbindung 44-45 zurück.
-
Die Steuervorrichtung 28 des Systems 5 zur Erzeugung
von Mikrowellen und zur Steuerung des Ofens 1 enthält neben
dem oben beschriebenen Schalter 41 ein elektronisches oder
elektromechanisches Programmierglied 55 bekannter Art. Dieses
Programmierglied 55 ist vorprogrammiert und bewirkt über einen
Betätigungsknopf 57 eine Ein- oder Ausschaltung einer
Primärwicklung des Transformators 25, über einen Betätigungsknopf 58
eine Auswahl einer Auftau-, Erwärmungs- oder Kochbehandlung,
dergemäß ein im vorhergehenden Abschnitt definierter mittlerer
Betriebsgrad des Magnetrons eingestellt wird, über einen
Betätigungsknopf 59 eine Auswahl einer Behandlungszeit und über
eine elektronische Schaltung 60 bekannter Art eine
Synchronisierung des Betriebs zwischen dem Programmierglied 55 und dem
Schalter 41 bei einer Umschaltung der Betriebsleistung des
Magnetrons 10.
-
Bei der Behandlung einer Speise oder eines Getränks,
beispielsweise beim Schnellkochen eines Gerichts oder beim
schnellen Aufwärmen einer Tasse Tee, wird der Teller oder die
Tasse in das Fach 6 des Mikrowellenofens 1 gestellt, worauf
der Knopf 58 in seine Stellung "Kochen" oder "Erwärmen"
gebracht wird. Zugleich wird der Knopf 59 bis an eine Stelle
entsprechend der gewünschten Behandlungszeit gedreht, worauf
der Knopf 50 in seine Betriebsstellung maximaler Leistung Pn
des Magnetrons gedrückt wird. Schließlich wird der Knopf 57
zum Einschalten des Ofens 1 betätigt. Wenn das Magnetron 10
auf Ruhetemperatur liegt, sendet es mit maximaler Leistung Pn
Mikrowellen aus, was den Kochvorgang des Gerichts oder die
Erwärmung der Tasse Tee beschleunigt. Dabei erwärmt sich das
Magnetron 10 zunehmend. Dieser langsame Anstieg der Temperatur
des Magnetrons beruht auf der thermischen Trägheit seiner
Masse.
-
Nach einer vorgegebenen Zeit, in der die als
Bezugswert genommene Temperatur des Magnetrons oder eines seiner
Hilfsorgane zur Speisung und Kühlung ebenfalls die
Grenzbetriebstemperatur erreicht, schaltet der Schalter 41, der
synchron mit dem Programmierglied 55 arbeitet, automatisch die
Betriebsleistung des Magnetrons 10 um, indem der Kondensator
39 für den Betrieb bei maximaler Leistung Pn abgetrennt und
sofort der Kondensator 38 zum Betrieb des Magnetrons 10 mit
dem Dauerleistungspegel eingeschaltet wird, und hält diesen
Pegel des Magnetrons bis zum Ende des Behandlungszyklus, d.h.
bis zum Ende des Kochvorgangs des Gerichts oder der Erwärmung
der Tasse Tee.
-
Wenn die Zeitdauer der Behandlung kürzer als die Zeit
der Erwärmung des Magnetrons oder eines seiner als Bezugsgröße
genommenen Hilfsorgane auf die Grenz-Betriebstemperatur ist,
dann beendet das Programmierglied 55 ganz normal den
Kochvorgang zu dem gewählten Endzeitpunkt, und gleichzeitig gelangt
der Schalter 41 automatisch in die elektrische
Normalverbindung 44-45 zurück, d.h. in die Verbindung mit dem Kondensator
38 für den Betrieb des Magnetrons 10 bei Dauerbetriebspegel.
In diesem Fall arbeitet das Magnetron während der ganzen
gewählten Schnellbehandlungszeit auf seinem maximalen
Leistungspegel Pn.
-
Durch die Erfindung wird die Zeit zur Behandlung der
Speisen oder Getränke im Mikrowellenofen 1 verkürzt, ohne daß
das Magnetron 10 oder seine Hilfsorgane zur Speisung und
Kühlung oberhalb ihrer Grenzarbeitstemperatur betrieben würden,
d.h. ohne daß ihre Lebensdauer verkürzt oder die Güte der
Behandlung infragegestellt würde.