DE69634455T2

DE69634455T2 - Mikrowellengeeigneter Behälter

Info

Publication number: DE69634455T2
Application number: DE69634455T
Authority: DE
Inventors: Laurence Lai; Neilson Zeng
Original assignee: Graphic Packaging International LLC
Current assignee: Graphic Packaging International LLC
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: ATE290502T1; WO1997011010A1; EP1040054B1; ES2239335T3; DE69634455D1; US5698127A; EP1040054A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verpackungen für Lebensmittel und insbesondere auf einen mikrowellengeeigneten Behälter und ein aktives Mikrowellenenergie-Heizelement dafür.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mikrowellenöfen sind zu einer grundsätzlichen Form für das Kochen von Nahrung auf schnelle und effektive Weise geworden, und die Anzahl der für die Zubereitung in einem Mikrowellenofen verfügbaren Nahrungsprodukte wächst beständig. Da der Markt für mikrowellengeeignete Nahrungsprodukte gewachsen ist, hat auch die von solchen Nahrungsprodukten verlangte Verfeinerung zugenommen. Es gibt daher eine andauernde Forderung, die Qualität von in einem Mikrowellenofen zubereiteter Nahrung zu verbessern und sicherzustellen, dass, wenn sie dem Konsumenten präsentiert wird, das Nahrungsprodukt attraktiv ist und die normalerweise mit solcher Nahrung verbundenen Standards eingehalten werden.
Nahrungen, die speziell zum Kochen in einem Mikrowellenofen präpariert sind, werden dem Konsumenten in Behältern geliefert, die zur Erleichterung der Zubereitung direkt in dem Mikrowellenofen verwendet werden können. Diese Behälter müssen daher nicht allein dazu geeignet sein, das Nahrungsmittel während des Transports auf effektive Weise zu enthalten, sondern müssen auch dazu geeignet sein, zum Kochen des Nahrungsmittels in dem Mikrowellenofen und zu der nachfolgenden Präsentation des Nahrungsmittels beizutragen.
Da die Forderung nach stärker verfeinerten Nahrungsmitteln zunimmt, nimmt die Forderung nach Effekten, insbesondere dem Aussehen, das normalerweise mit der Nahrungszubereitung verbunden wird, ebenfalls zu. Zum Beispiel ist für ein Nahrungsprodukt, das eine Teighülle oder -deckel enthält, wünschenswert, dass es ein gebräuntes Aussehen hat, so dass es gebacken erscheint. Während diese Effekte isoliert erzeugt werden können, wird es schwieriger, einen solchen Effekt in Kombination mit einem Behälter zu erzeugen, der das Nahrungsmittel auch einheitlich innerhalb einer Zeit erwärmen kann, die Vorteile gegenüber konventionellen Kochtechniken bietet.
Typischerweise sind die Bereiche, in welchen Bräunung oder Knusprigmachung verlangt werden, solche auf den äußeren Oberflächen des Nahrungsmittels. Solche Bereiche empfangen typischerweise den höchsten Anteil der einfallenden Mikrowellenstrahlung und kochen oder erwärmen sich daher am schnellsten. Auf der anderen Seite gibt es Bereiche des Nahrungsmittels, die von der einfallenden Mikrowellenstrahlung relativ abgeschirmt sind oder in einer Region eines minimalen RF-Feldes existieren und welche daher längere Kochperioden benötigen. Wenn allerdings eine längere Kochperiode vorgesehen wird, neigen die äußeren Oberflächen des Nahrungsmittels zum Verschmoren und Verbrennen, was zu einem nicht akzeptablen Nahrungsprodukt führt.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Versuche unternommen, Behälter bereitzustellen, die normalerweise mit gekochter Nahrung verbundene Effekte liefern. Beispielsweise schlägt das US-Patent No. 5,322,984 von Habeger, Jr. et al., übertragen auf Die James River Corporation, einen Behälter vor, der eine Erwärmungsvorrichtung auf der Bodenwand und möglich auf der oberen Wand des Behälters aufweist. Die Erwärmungsvorrichtungen beinhalten mittels Übertragungsleitungen überbrückte Antennen. Die Antennen und Übertragungsleitungen sind aus hoch leitfähigem Material hergestellt, um signifikante Widerstandsverluste zu vermeiden, welche in einer nicht ordnungsgemäßen Funktion des Behälters resultieren. Die Erwärmungsvorrichtungen sind zur Schaffung eines normalerweise mit Bratrostzubereitung verbundenen Schmoreffektes durch Zufuhr von Energie, die normalerweise nicht auf das Nahrungsmittel einfällt, in spezifische Regionen gestaltet. Dies erweckt den Anschein eines örtlichen Schmorens des Nahrungsmittels. Ingesamt sind jedoch solche Behälter nicht erfolgreich gewesen. Der auf dem Nahrungsmittel bewirkte Schmoreffekt kann auf die hohen Feldintensitäten und damit verbundenen induzierten Ströme, die aus der Konzentration von Energie an bestimmten Orten resultieren, zurückgeführt werden. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass diese induzierten Ströme auch ein Verschmoren und Verbrennen des Behälters selbst verursachen können.
Es hat sich außerdem herausgestellt, dass der Behälter, um die verlangten Ergebnisse für die Zubereitung von Nahrungsmitteln zu erreichen, zur Steuerung der Energieverteilung über das Nahrungsmittel hinweg geeignet sein muss, um die Energie auf die effektivste Weise zu nutzen und gleichzeitig sicherzustellen, dass das Nahrungsmittel und der Behälter ein angenehmes und akzeptables Endprodukt liefern. Außerdem müssen die Behälter dazu in der Lage sein, das Nahrungsmittel sicher aufzunehmen, um Beschädigung des Nahrungsmittels während des Transports zu verhindern. Es hat sich herausgestellt, dass im Fall von Pizzabehältern herkömmliche Gestaltungen nicht geeignet hinsichtlich einer resultierenden Separierung zwischen der Pizzakruste und den Oberseiten während des Transportes waren.
Es ist daher ein Anliegen der vorliegenden Erfindung, eine neue Nahrungsmittelpackung und ein aktives Mikrowellenenergie-Heizelement für selbige bereitzustellen, was zumindest einen der obigen Nachteile vermeidet oder mindert. Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in den anhängenden Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel gibt es ein aktives Mikrowellenenergie-Heizelement zur Aufnahme in einen mikrowellengeeigneten Behälter, wie in Anspruch 1 definiert.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein mikrowellengeeigneter Behälter, wie in Anspruch 8 definiert, bereitgestellt.
Gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel wird eine ein Nahrungsmittel enthaltene Schale, wie in Anspruch 28 definiert, bereitgestellt.
Gemäß einem noch weiteren anderen Ausführungsbeispiel wird eine ein Nahrungsmittel enthaltene Schale, wie in Anspruch 35 definiert, bereitgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht eines mikrowellengeeigneten Behälters gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Draufsicht eines zur Herstellung einer Schachtel des mikrowellengeeigneten Behälters von 1 verwendeten Zuschnittes ist;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Bereiches aus 2 ist;
4 ein Schnitt entlang der Linie IV-IV von 3 ist;
5 eine Draufsicht auf eine Schale des mikrowellengeeigneten Behälters nach 1 ist;
6 eine vergrößerte Ansicht eines Bereiches von 5 ist;
7 eine zu 2 ähnliche Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des zur Herstellung einer Schachtel des mikrowellengeeigneten Behälters verwendeten Zuschnittes ist;
8 eine zu 2 ähnliche Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels eines zur Herstellung einer Schachtel eines mikrowellengeeigneten Behälters verwendeten Zuschnittes ist;
9 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schale eines mikrowellengeeigneten Behälters von 1 ist;
10 eine Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Schale des mikrowellengeeigneten Behälters von 1 ist;
11 eine Draufsicht auf ein noch weiteres Ausführungsbeispiel einer Schale des mikrowellengeeigneten Behälters von 1 ist und
12 eine obere Draufsicht auf ein noch anderes Ausführungsbeispiel einer Schale des mikrowellengeeigneten Behälters von 1 ist.
BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug dazu auf 1 beinhaltet ein mikrowellengeeigneter Behälter 10 eine äußere Schachtel 12 und eine innere, zum Transport eines Nahrungsproduktes 16 vorgesehene Schale 14. Die Schachtel 12 ist aus einem in 2 gezeigten Pappe-Zuschnitt 18 gefaltet, welcher ein oberes Hauptfeld 20 und ein unteres Hauptfeld 22, miteinander verbunden durch ein Seitenfeld 24, aufweist. Seitenklappen 26 erstrecken sich über die Ränder der Hauptfelder 20, 22 zu den oberen und unteren Rändern des Seitenfeldes 24, so dass beim Falten des Zuschnitts 18 eine umschlossene rechtwinklige Schachtel mit überlappenden Klappen 26 geschaffen werden kann, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Die genauen Details des Zuschnittes 18 variieren gemäß den Produktabmessungen und den erforderlichen Eigenschaften der Schachtel und sind nur zu Veranschaulichungszwecken angegeben.
Mit Bezug auf 3 wird das obere Hauptfeld 20 zum Tragen eines aktiven Mikrowellenenergie-Heizelementes 28 verwendet, welches an der einwärts gerichteten Fläche des Feldes 20 angebunden oder angehaftet ist. Das aktive Mikrowellenenergie-Heizelement 28 beinhaltet ein Substrat 30, gebildet aus geeignetem Material, wie bspw. einem polymeren Film, Papier oder Pappe. Gemeinhin mit 32 bezeichnete Schleifenstrukturen, die aus einem mikrowellenenergieinteraktiven Material hergestellt sind, sind aufgebracht und verteilt auf dem Substrat 30. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schleifenstrukturen 32 in zwei Arrays (regelmäßigen Anordnungen), einem inneren Array 38 und einem äußeren Array 40 verschieden geformter Strukturen, angeordnet. Das innere Array 38 wird durch eine Gruppierung dreieckiger Schleifenstrukturen 39 gebildet, von denen jede aus einer dreieckigen Halbinsel 41 besteht, die allgemein durch einen Kanal 43 umrandet und von einer dreieckigen Schleife 35 beabstandet wird. Die dreieckige Halbinsel 41 ist an die dreieckige Schleife 35 mittels einer Brücke 46 auf der Seite der dreieckigen Halbinsel 41 gegenüber ihres Scheitels angeschlossen. Die Scheitel der dreieckigen Schleifenstrukturen 39 sind zu einem zentralen Ort orientiert, um ein kreisförmiges inneres Array 38 zu bilden. Das äußere Array 40 ist aus einer Gruppierung von runden Schleifenstrukturen 37 gebildet, gebildet aus einer inneren runden Insel 34, geschachtelt innerhalb eines äußeren runden Ringes 36, wobei die runde Insel 34 von dem runden Ring 36 mittels eines ringförmigen Zwischenraums 33 abgetrennt ist. Die runden Schleifenstrukturen des äußeren Array 40 sind in Sets von zunehmendem Durchmesser um das innere Array 38 angeordnet.
Inseln 42 von variierenden Größen sind unter und zwischen die Schleifenstrukturen 32 eingestreut. Die Inseln 42 sind runde Scheiben aus mikrowellenenergieinteraktivem Material und sind von den Schleifenstrukturen 32 genügend beabstandet, um von ihnen entkoppelt zu sein.
Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 ist ein Suszeptor 44, der zumindest eine Schicht aus Suszeptormaterial beinhaltet, zwischen dem aktiven Mikrowellenenergie-Heizelement 28 und dem Nahrungsprodukt 16 positioniert und erzeugt bei Erregung einen Heizeffekt, wie bekannt. Der Suzeptor 44 kann in Form einer gedruckten Farbe oder alternativ einer gesputterten oder bedampften Beschichtung auf dem aktiven Mikrowellenenergie-Heizelement 28 vorliegen. Alternativ kann der Suszeptor 44 nicht genutzt werden, oder zusätzliche Schichten aus Suzeptormaterial können abhängig von dem gewünschten Heizeffekt vorgesehen sein. Wenn der Suszeptor nicht verwendet wird, wird an dessen Stelle typischerweise ein flacher polymerer Film verwendet.
Das mikrowellenenergieinteraktive Material, welches die Schleifenstrukturen 32 und Inseln 42 bildet, kann elektrisch leitendes oder halbleitendes Material, wie Metallfolie, vakuum-abgeschiedenes Metall oder metallische Farbe sein. Das elektrisch leitfähige Material ist vorzugsweise Aluminium, obwohl andere Metalle, wie Kupfer, eingesetzt werden können. Zusätzlich kann das elektrisch leitfähige Material durch ein geeignetes elektrisch leitfähiges, halb-leitfähiges oder nicht-leitfähiges künstliches Dielektrikum oder Ferroelektrikum ersetzt sein. Künstliche Dielektrikums umfassen leitfähiges unterteiltes Material in einer polymeren oder anderen geeigneten Matrix oder Bindemittel und können Flocken aus elektrisch leitfähigem Material, wie Aluminium, enthalten. Alternativ kann das die Schleifen und Scheiben bildende mikrowellenenergieinteraktive Material in Form eines gemusterten Suszeptors vorliegen, der eine oder mehrere Schichten aus Suszeptormaterial enthält.
Die Inseln 42 und Schleifenstrukturen 32 wirken zusammen zur Steuerung der Übertragung und des Auftreffens von Mikrowellenenergie auf die obere Oberfläche des Nahrungsmittels 16. Als eine prinzipielle Form der Steuerung sind die Schleifenstrukturen 32 und Inseln 42 mit der einfallenden Mikrowellenenergie reaktiv, so dass deren Natur und die Ausdehnung ihrer Abdeckung auf dem oberen Hauptfeld 22 das Ausmaß und die Verteilung der auf die obere Oberfläche des Nahrungsmittels 16 übertragenen Energie bestimmt.
Weitere Steuerung kann durch die Größenbemessung der Schleifenstrukturen 32 erreicht werden. Die Schleifenstrukturen 32 sind als abgestimmte Strukturen geschaffen, wobei die Feldstärke eine Funktion der Pfadlänge, d.h. des Umfanges, der Schleifenstrukturen 32 ist. Wenn die Feldstärke genügend groß ist, kann es zum Schmoren des Substrats und/oder Verbrennen des Nahrungsmittels kommen. Demgemäss können die Durchmesser der Schleifenstrukturen 32 so gewählt werden, um solches Schmoren zu vermeiden. Zugleich beeinflussen die durch die Schleifenstrukturen 32 erzeugten Feldstärken die Anregung des Suszeptors 44, und demgemäss kann die Verteilung der Schleifenstrukturen 32 über das aktive Mikrowellenenergie-Heizelement 28 auch den Heizeffekt des Suszeptors 44 steuern und die einfallende Energie auf gewünschte Weise verteilen.
Grundsätzlich ist eine gleichmäßige Wirkung bei jeder Schleifenstruktur 32 wünschenswert, und daher sollten die Schleifenstrukturen 32 im äußeren Array 40 radial von einem Zentrum des Nahrungsmittels 16 durch eine Distanz beabstandet sein, die zur Optimierung der Erwärmung und Bräunung des Nahrungsmittels 16 ausgewählt ist. In einer bevorzugten Form ist der radiale Abstand gleich ë/4, gewählt, wobei ë die effektive Wellenlänge der auf die Oberfläche des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelementes 28 projizierten Mikrowellenenergie ist. Wie ein Fachmann verstehen wird, kann die effektive Wellenlänge bei verschiedenen Mikrowellenöfen variieren.
Die Inseln 42 verhindern prinzipiell Übertragung von Energie, aber sie liefern auch eine lokale Erregung an ihren äußeren Rändern. Die Inseln 42 ergänzen daher auch die Wirkung der Schleifenstrukturen 32 auf den Suszeptor 44, um dessen Wirkung zu steigern. Demgemäss kann die Kombination von Inseln 42 und Schleifenstrukturen 32 zur Steuerung der Übertragung und Verteilung von Energie an das Nahrungsmittel verwendet werden.
Die Verteilungswirkung der Schleifenstrukturen 32 in dem aktiven Mikrowellenenergie-Heizelement 28 kann auch mittels verschiedener Formen von Schleifenstrukturen 32 angepasst werden. Wie oben angesprochen, ist das innere Array 38 aus dreieckigen Schleifenstrukturen 39 gestaltet. Wie oben angesprochen und in den 2 und 3 gezeigt, ist die dreieckige Halbinsel mit der dreieckigen Schleife 35 mittels einer Brücke 46 verbunden. Das Vorsehen der Brücke 46 verteilt Energie innerhalb der dreieckigen Schleifenstrukturen 39 um, so dass eine maximale Feldintensität an dem Scheitel der dreieckigen Schleifenstruktur 39 gegenüber der Brücke 46 erreicht wird. Demgemäss kann bei der in den 2 und 3 gezeigten Anordnung ein örtliches Hochintensitätsfeld im Zentrum des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelementes 28 erzeugt werden, aber die Größe der Schleifenstrukturen 32 kann zur Steuerung der Feldstärke unterhalb derjenigen, die Verschmoren verhindert, verwendet werden.
Wie am deutlichsten in den 1, 5 und 6 gezeigt, werden ähnliche Techniken mit der Schale 14 genutzt, um die Energieverteilung innerhalb des Nahrungsmittels 16, das in der Schale 14 aufgenommen ist, zu steuern. Die Schale hat in diesem speziellen Beispiel eine runde Basis 115 und eine aufrechte Seitenwand 117 um die Peripherie der Basis. Eine auswärts gedrehte Lippe 119 ist um die Peripherie der Seitenwand gebildet. Die Schale 14 ist vorzugsweise aus Papier oder Pappe gebildet. Obwohl die Schale von runder Natur gezeigt ist, versteht ein Fachmann, dass andere geometrische Formen gewählt werden können.
Mit Bezug sodann auf die 5 und 6 ist auf der Schale 14 ein aktives Mikrowellenenergie-Heizelement 130 vorgesehen. Das aktive Mikrowellenenergie-Heizelement 130 beinhaltet Schleifenstrukturen 132, die aus mikrowellenenergieinteraktivem Material wie dem vorangehend beschriebenen gebildet sind. Die Schleifenstrukturen 132 sind über die Basis 115 und Seitenwände 117 der Schale 14 in einem inneren Array 138 und einem äußeren Array 140 angeordnet und würden bei Gebrauch durch das Nahrungsmittel 16 abgedeckt. Ein Suszeptor, der zumindest eine Schicht aus Suszeptormaterial beinhaltet, kann auch auf der Schale eingeschlossen sein unter Überlappung des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelements 130, um einen örtlichen Heizeffekt zu erzeugen. Das äußere Array 140 ist aus runden Schleifenstrukturen aus mikrowelleninteraktivem Material 137 mit Inseln 142 aus mikrowelleninteraktivem Material, eingestreut zwischen die benachbarten kreisförmigen Schleifenstrukturen 137, gestaltet.
Das äußere Array 140 wird daher die Energieübertragung in die Seitenwände des Nahrungsmittels 16 steuern und lokale Streueffekte erzeugen.
Das innere Array 138 ist aus ineinandergeschachtelten, energiesammelnden, dreieckigen Schleifenstrukturen 139 aus mikrowelleninteraktivem Material gebildet, von denen jede eine innere längliche Insel 134, umrandet durch eine dreieckige Schleife 136, aufweist. Brückenelemente 148 erstrecken sich zwischen den äußeren dreieckigen Schliefen 136 von benachbarten Schleifenstrukturen 139. Die Brückenelemente 148 verringern die Feldintensität in einer Region, be nachbart zu der Verbindung der Seitenwand 117 und der Basis 115 der Schale 14, bei der sich herausgestellt hat, das sie zu einer Über-Erregung neigt. Die Wirkung der Brückenelemente 148 besteht daher darin, die Energie in den Scheiteln der Schleifenstrukturen 139 in Richtung auf das Zentrum des Nahrungsmittels umzuverteilen, um die Energieabsorption im Zentrum eher als im Rand der Schale 14 zu unterstützen.
Bei der in den 5 und 6 gezeigten Anordnung umgibt eine zentrale kreisförmige Schleife 141 aus mikrowelleninteraktivem Material, welche eine weitere Verteilung der Feldintensitäten über die Basis des Nahrungsmittels 16 erbringt, einen im wesentlichen nicht-leitfähigen Bereich 143 des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelements 130. Ein sternartiger, im wesentlichen nicht-leitfähiger Bereich 144 ist zwischen der zentralen Schleife 141 und den Scheiteln der dreieckigen Schleifenstrukturen 139 gebildet. Alternativ können diese Gebiete aus Suszeptormaterial sein, wenn eine Suszeptorschicht auf das aktive Mikrowellenergie-Heizelement 130 aufgetragen ist.
Die Verteilung von kreisförmigen Schleifenstrukturen 137 oder dreieckigen Schleifenstrukturen 139 innerhalb der Arrays 138, 140 kann zum Steuern der Übertragung von Mikrowellenergie in die Seitenwände und der Energieübertragung innerhalb der Basis des Nahrungsmittels 16 angepasst sein.
Das aktive Mikrowellenenergie-Heizelement 28 kann auch zum Steuern der Übertragung von Energie an die Schale 14 mittels selektiver Auslassung des mikrowellenenergieinteraktiven Materials in vorgewählten Bereichen des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelementes 28 verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung ist in 7 gezeigt, wobei gleiche Elemente zu den in den 2 und 3 beschriebenen Elementen mit gleichen Bezugszeichen, mit dem Suffix „a" zur Klarheit hinzugefügt, bezeichnet sind.
In dem Ausführungsbeispiel von 7 wird deutlich, dass die Schleifenstrukturen 32a und Inseln 42a in den Ecken des aktiven Mikrowellenergie-Heizelements 28a ausgelassen wurden. Die auf die Ecken einfallende Energie wird somit in die Schachtel 12 übertragen, wo sie für eine Übertragung durch die Seitenwand 117 der Schale 14 verfügbar ist. Außerdem beinhalten die dreieckigen Schleifenstrukturen 39a keine Brücke zwischen der inneren Insel und äußeren Schleife. Zugleich bleibt aber das Nahrungsmittel 16 innerhalb der Verteilung aus runden Schleifenstrukturen 37a, dreieckigen Strukturen 39a und Inseln 42a, so dass die Energieverteilung über die obere Oberfläche des Nahrungsmittels 16 in dem gewünschten Muster ist. Durch selektives Auslassen von Gebieten aus kreisförmigen Schleifenstrukturen 37a und Inseln 42a kann die Gesamteffizienz der Schachtel 12 verbessert werden.
Auf eine ähnliche Weise kann, wenn es notwendig ist, Energieübertragung in bestimmten Bereichen auszuschließen, eine durchgehende reflektierende Schicht auf der Schachtel 12 in solchen Bereichen vorgesehen werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen werden Schleifenstrukturen, die runde oder dreieckige Konfigurationen aufweisen, eingesetzt, aber es ist klar, dass alternative Formen verwendet werden können. Zum Beispiel wie in 8 gezeigt, wo zu den in 7 beschriebenen Elementen ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen mit dem zur Klarheit ergänzten Suffix „b" gekennzeichnet sind, sind Schleifenstrukturen 32b aus hexagonalen Ringen 36b, die hexagonale Inseln 34b umgeben, gebildet, die eine größere Pfadlänge und daher eine größere Energie für einen gegebenen Bereich bieten. Die Schleifenstrukturen 32b sind vermischt mit Inseln 42b, wobei in jeder Ecke, wo ein Hexagon nicht aufgenommen werden könnte, größere Inseln wie eine Viereck-Konfiguration angeordnet sind. Wie gezeigt, sind hexagonale Schleifenstrukturen 32b in runden Arrays um eine zentrale hexagonale Schleifenstruktur angeordnet, wobei der radiale Abstand zwischen den hexagonalen Schleifenstrukturen 32b zur Optimierung der Erwärmung des Nahrungsmittels gewählt ist. Die Inseln 42b sind eingemischt in die Lücken zwischen hexagonalen Schleifenstrukturen 32b mit genügend Abstand, um die Kopplung zwischen den Schleifenstrukturen 32b und Inseln 42b passend zu machen, aber gleichzeitig die verlangte Effektivität des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelements 28b zu liefern.
Auf diese Weise wird die Energieverteilung für das spezielle Nahrungsprodukt 16 und den mikrowellengeeigneten Container 10 passend gemacht.
Wie oben diskutiert wurde, kann der Grad der Effektivität des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelements 287 durch Auswahl von Größe und Verteilung der Schleifenstrukturen 32 und Inseln 42 eingestellt werden. In dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das mikrowellenenergieinteraktive Material über näherungsweiseweise 57% des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelements 28. Die Inseln 42 besitzen drei verschiedene Durchmesser, nämlich 3,5mm, 5,0mm und 7mm, und die runden Schleifenstrukturen haben einen äußeren und inneren Durchmesser des äußeren runden Ringes 36 von 12mm bzw. 8mm, und einen Durchmesser der inneren runden Insel 34 von 6,5mm. Das Array 138 aus dreieckigen Schleifenstrukturen 39 ist aus 10 dreieckigen Schleifenstrukturen 39 gebildet, von denen jede eine äußere periphere Länge von 35mm hat.
In der in 7 gezeigten Anordnung bedeckt das mikrowellenenergieinteraktive Material näherungsweise 59% des aktiven Mikrowellenenergie-Heizelements ab, wobei die Inseln 42 aus drei verschiedenen Durchmessern, nämlich 5mm, 7mm und 10mm, gebildet sind. Die runden Schleifenstrukturen 37a haben jeweils einen äußeren und inneren Durchmesser des äußeren runden Ringes 36a von 7,2mm und 11,2mm, und einen Durchmesser der runden Schleife 34a von 9,2mm. Die dreieckigen Strukturen 39a haben eine Seitenlänge der dreieckigen Schleife 35a von 21,2mm und eine Breite von 3,0mm. Die Pfadlänge des inneren dreieckigen Elements 41a ist 5,7mm.
Offensichtlich können Varianten dieser Dimensionen eingesetzt werden, und diese sind exemplarisch durch die Beschaffenheit der Arrays, die auf effektive Weise verwendet werden können, angegeben.
In den obigen Beispielen wird die Energieverteilung innerhalb der Schale 14 lokal mittels Bereitstellung von Schleifenstrukturen 32 und Inseln 40 gesteuert. Es hat sich bei bestimmten Nahrungsmitteln gezeigt, dass ein Energietransfer in der Schale 14 dafür nützlich sein kann, um eine gleichmäßige Erwärmung des Nahrungsmittels 16 zu erreichen. Beispiele solcher Anordnungen zur Verwendung mit Schalen sind in den 9, 10 und 11 gezeigt, wobei zu 1 ähnliche Komponenten mit ähnlichen Bezugszeichen, denen zur Klarheit ein Suffix „c" hinzugefügt ist, gekennzeichnet sind.
Mit Bezug dazu auf 9 weist die Schale 14 anstelle der Arrays 13, 140 eine Mehrzahl von Übertragungselementen 150 auf. Jedes Übertragungselement beinhaltet ein Paar aus Schleifen 152, die miteinander mittels eines Paares aus Übertragungsleitungen 154 verbunden sind. Die Schleifen 152 sind an der Seitenwand 117c der Schale 14c lokalisiert, und die Übertragungsleitungen 154 erstrecken sich über die Basis 115c.
Die Schleifen 152 sind abgestimmt, um Energie von der Region der Seitenwand 117c zu sammeln und weisen einen Umfang auf, der nahe einem ganzzahligen Vielfachen der effektiven Wellenlänge der Mikrowellenenergie ist, die auf das in der Schale 14c enthaltene Nahrungsmittel einfällt. Die Übertragungsleitungen 154 sind zur Schaffung einer zunehmenden Verlustleistung von jeder der abgestimmten Schleifen 152 gewählt und sind von solcher Länge, dass die Leistung am Mittelpunkt zwischen den Schleifen 152 in Richtung Null abfällt. Dies wird durch Abstimmung der Energiespeisung mittels der Schleifen 152 auf die Übertragungsleitungscharakteristika erreicht. Optimalerweise sind die Längen der Übertragungsleitungen 154 so gewählt, um zu den gewünschten Heizanforderungen zu passen. Für kurze Längen sind die Umfangslängen der Übertragungselemente 150 näherungsweise gleich zu ganzzahligen Vielfachen der effektiven Wellenlänge gewählt. Jedoch können die Längen zur Verstimmung der Übertragungselemente 150 abgestimmt werden, wenn dies zum Erreichen der gewünschten Erwärmung notwendig ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Breite jeder Übertragungsleitung 154 2mm, und der Abstand zwischen den Übertragungsleitungen 154 beträgt 5,7mm. Zu diesen Dimensionen wurde gefunden, dass sie eine geeignete Verlustleistung liefern bei Kontakt mit Teig. Durch Abstimmung der Position der Schleife 152 auf der Seitenwand 117c, des Umfanges der Schleifen 152 und der Länge der Übertragungsleitungen 154 wird eine geeignete Leistungsverteilung erreicht.
Im Ausführungsbeispiel von 9 sind die Schleifen 152 allgemein rund. Wie in 10 gezeigt, kann das Erstreckungsverhältnis der Schleifen 152 angepasst sein, um zu den Dimensionen der Schale 14c und der Länge der Übertragungsleitungen 154 zu passen. In 10 sind die Schleifen 152 in der Umfangsrichtung der Schale 14c langgestreckt und benachbart zu dem oberen Rand der Seitenwand 117c angeordnet. Alternativ, wie in 11 gezeigt, wo die Extremitäten der Schleifen 152 zu dicht sind, um die geforderte Kopplung der Schleifen 152 zu erlauben, können die Schleifen 152 zueinander relativ in der Höhe der Seitenwand 117c versetzt sein. Die Länge der Übertragungsleitungen 154 wird zwischen jedem Übertragungselement 150 gleichgehalten, indem sich jede Übertragungsleitung 154 zwischen einer oberen Schleife 152 und einer unteren Schleife 152 an der Seitenwand 117c erstreckt.
Mit Bezug nun auf 12 wird ein noch anderes Ausführungsbeispiel der Schale 14d, ähnlich zu dem in 9 veranschaulichten, gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel von 12 werden ähnliche Bezugszeichen mit dem zur Klarheit hinzugefügten Suffix „d" zur Kennzeichnung zu dem Ausführungsbeispiel von 9 ähnlicher Komponenten verwendet. Wie zu erkennen ist, sind die Übertragungselemente 150d mehr gestreckt. Ein Ring aus in Umfangsrichtung beabstandeten dreieckigen Schleifen 160 umgibt das Zentrum der Schale 14d. Die dreieckigen Schleifen alternieren zwischen einer Position, die zwischen benachbarten Übertragungselementen 150d liegt, und einer Position, die zwischen Übertragungsleitungen 154d eines Übertragungselements 150d liegt. Die dreieckigen Schleifen 160 sind so orientiert, dass ihre Scheitel zu dem Zentrum der Schale weisen. Ein äußerer Ring 162 aus mikrowellenenergieinteraktivem Material ist auf der Seitenwand 117d der Schale 14d vorgesehen und weist einen gewellten inneren Peripherierand 164 auf.
Die Wirkung der Übertragungselemente 150 ist, Energie von den Seitenwänden 117d in die Basis 115d zu übertragen und sie zunehmend zu dissipieren, um einen einheitlichen Heizeffekt zu liefern.
Es wird festgestellt, dass in jedem der Ausführungsbeispiele der 9 bis 12 die Übertragungsleitungen 154 in Richtung auf das Zentrum der Basis 115d konzentriert sind, so dass die maximale Heizwirkung in diesem Gebiet erreicht wird. Gleichzeitig sind aber die mit den Übertragungsleitungen 154 verbundenen Feldintensitäten nicht ausreichend, um ein Verschmoren des Nahrungsmittels 16 oder der Schachtel 12 zu verursachen aufgrund des zunehmenden Abfalls der Leistung.
Daher kann in Kombination mit dem aktiven Mikrowellenenergie-Heizelement 28 auf dem oberen Feld 20 der Schachtel 12 gleichmäßige Erwärmung ohne Verschmoren der Schachtel und/oder des Nahrungsmittels erreicht werden. In jedem der in den 9 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiele ist die Schale 14 so konfiguriert, dass sie eine Seitenwand 117c oder 117d aufweist und die Energiesammelschleifen 152, 152d auf einer einwärts gerichteten Oberfläche der Seitenwand 117c, 117d der Schale in enger Nähe zu der Nahrung 16 angeordnet sind. Auf diese Weise können die Schleifen 152, 152d zur Steuerung der Energieverteilung in der Schale 14 angeordnet werden und gebrauchen sie in ihrer besten Wirkung.
In verschiedenen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhaltet der mikrowellengeeignete Behälter 10 ein aktives Mikrowellenenergie-Heizelement 28 auf dem oberen Feld 20 der Schachtel 12 und eine Schale 14, welche ebenfalls ein aktives Mikrowellenenergie-Heizelement 130 enthält. Für Fachleute ist erkennbar, dass das aktive Mikrowellenenergie-Heizelement 28 auf dem oberen Feld frei-schwimmend und in die Schachtel 12 eingesetzt sein kann und auf der Schale 14 über dem Nahrungsmittel 16 ruhen kann. Es versteht sich außerdem, dass das aktive Mikrowellenenergie-Heizelement 28 zum Aufliegen auf einer Schale 14 verwendet werden kann, welche vollständig hergestellt aus oder vollständig überzogen mit Metallfolie ist oder welche nur einen Suszeptor enthält, der die Basis und deren Seitenwände abdeckt. In ähnlicher Weise kann die Schale 14 mit einem polymeren Film, einem Metallfoliendeckel oder einem Suszeptor abgedeckt sein.
Obwohl die Schalen 14c der 9 bis 11 so gezeigt wurden, dass sie eine Seitenwand 117c und eine Basis 115c aufweisen, versteht es sich, dass die Schalen 14c plan sein können mit über der Oberfläche angeordneten Schleifen, um die Energieverteilung innerhalb des Nahrungsmittels 16 zu steuern. Eine solche Struktur kann zum Beispiel bei einer für Pizza gestalteten Schale nützlich sein, wo Energie von der Peripherie zum Zentrum der Pizza übertragen werden kann. Wenn benötigt, kann mit einer solchen Schale ein Suszeptor verwendet werden und kann entweder eine separate Komponente sein oder in die Schale selbst integriert sein.
Obwohl besondere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wird ein Fachmann erkennen, dass andere Variationen und/oder Modifikationen ohne Abweichung von deren durch die beigefügten Ansprüche definierten Rahmen gemacht werden können.

Claims

Mikrowellen-Heizelement (28) zum Einbau in einen mikrowellengeeigneten Behälter (10), aufweisend ein Substrat (30), wobei das Heizelement (28) mehrere an einer Fläche des Substrats (30) verteilte Energiesammel-Schleifenstrukturen (32, 37 oder 39) zur Aufnahme von einfallender Mikrowellenenergie umfasst, wobei jede der Schleifenstrukturen (32, 37 oder 39) ein Paar ineinander geschachtelter, geschlossener Leiter (34, 36 oder 35, 41) umfasst, die mindestens teilweise durch einen im Wesentlichen nicht-leitfähigen Zwischenraum (33 oder 34) getrennt sind, wobei das Mikrowellen-Heizelement (28) mehrere in Abstand von den Schleifenstrukturen (32, 37 oder 39) angeordnete Inseln (42) aus mikrowellenenergieinteraktivem Material aufweist, wobei die Strukturen (32, 37 oder 39) und die Inseln (42) miteinander zusammenwirken zur Steuerung der Übertragung von Mikrowellenenergie innerhalb des Substrats (30), und wobei die Inseln (42) einen Umfang haben, der ausreicht, um darin induzierte Ströme unterhalb eines vorgegebenen Pegels zu begrenzen, bei dem ein Verschmoren des Substrats (30) auftreten kann.
Mikrowellenenergie-Heizelement (28) nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen Schleifenstrukturen (32, 37 oder 39) in zumindest einer gekrümmten und/oder polygonen Form ausgebildet sind.
Mikrowellenenergie-Heizelement (28) nach Anspruch 2, wobei die jeweiligen Schleifenstrukturen (37) in einer runden Form ausgebildet sind.
Mikrowellenenergie-Heizelement (28) nach Anspruch 2, wobei die jeweiligen Schleifenstrukturen (39) in dreieckiger Form ausgebildet sind.
Mikrowellenenergie-Heizelement (28) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei das ineinander geschachtelte Paar aus Leitern (35, 41) mittels einer Leiterbrücke (46) miteinander verbunden ist.
Mikrowellenenergie-Heizelement (28) nach Anspruch 1, wobei ausgewählte Bereiche des Mikrowellenenergie-Heizelements (28) keine Schleifenstrukturen (32, 37 oder 39) und Inseln (42) aufweisen.
Mikrowellenenergie-Heizelement (28) nach Anspruch 1, ferner aufweisend mindestens eine Schicht aus Suszeptor-Material (44), verbunden mit einer Oberfläche des Mikrowellenenergie-Heizelementes (28).
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) aufweisend eine äußere Umkleidung (12), eine Schale (14) innerhalb der Umkleidung (12) und ein Mikrowellenenergie-Heizelement (28) innerhalb der Umkleidung (12) und gegenüber der Schale (14) angeordnet, wobei das aktive Mikrowellenenergie-Heizelement (28) ein Substrat (30), mehrere an einer Fläche des Substrats (30) verteilte Energiesammel-Schleifenstrukturen (32, 32a, 32b, 37 oder 39) zur Aufnahme von einfallender Mikrowellenenergie, wobei jede der Schleifenstrukturen (32, 32a, 32b, 37 oder 39) ein Paar ineinander geschachtelter, geschlossener Leiter (34, 36; 34a, 34b, 36b; 35, 41; oder 35a, 41a) aufweist, die zumindest teilweise durch einen im Wesentlichen nicht-leitfähigen Zwischenraum (33, 34) getrennt sind, sowie mehrere Inseln (42, 42a, 42b) aus strukturen (32, 32a, 32b, 37 oder 39) zur Verhinderung von Kopplung zwischen den Schleifenstrukturen (32, 32a, 32b, 37 oder 39) und den Inseln (42, 42a, 42b) aufweist, wobei die Inseln (42, 42a, 42b) eine Fläche haben, die ausreicht, um Streuströme darin unterhalb eines vorgegebenen Pegels zu begrenzen, bei dem ein Verschmoren des Substrats (30) auftreten kann.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 8, wobei eine Aufnahmefläche der Schale (14), die den auf der Schale (14) anzuordnenden Nahrungsmitteln (16) zugewandt ist, mehrere Energieverteilstrukturen (150) aufweist, die darauf zur Verteilung der Energie innerhalb der Schale (14) gebildet sind.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 8, wobei zwischen dem Mikrowellenenergie-Heizelement (28) und der Schale (14) mindestens eine Schicht aus Suszeptor-Material (44) angeordnet ist.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 8, wobei ausgewählte Bereiche des Mikrowellenenergie-Heizelements (28) keine Schleifenstrukturen (32, 37 oder 39) und Inseln (42) aufweisen, um eine ungehinderte Übertragung von Energie durch die ausgewählten Bereiche zu ermöglichen.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 11, wobei die Umkleidung (12) einen Kasten mit Ecken aufweist und die ausgewählten Bereiche benachbart den Ecken einer Fläche der Umkleidung (12) angeordnet sind.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 9, wobei die Energieverteilstrukturen (150) mehrere über die Aufnahmefläche verteilte Energiesammel-Schleifenstrukturen (139 oder 152) aufweisen.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 13, wobei mindestens eine der Energiesammel-Schleifenstrukturen (139 oder 152) sich über eine Grenze einer Seitenwand (117) und einer Basis (115) der Schale (14) erstreckt.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 13 oder 14, wobei jede der Energiesammel-Schleifenstrukturen (139) ein dreieckförmiges Band (136) aufweist, das einen im Wesentlichen nicht-leitfähigen Bereich umgibt.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 15, wobei jede der Energiesammel-Schleifenstrukturen ferner eine Insel (134) innerhalb des von dem dreieckförmigen Band (136) umgebenen, im Wesentlichen nicht-leitfähigen Bereichs aufweist.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 15 oder 16, wobei benachbarte dreieckförmige Bänder (139) mittels Brücken (148) zwischen den benachbarten dreieckförmigen Bändern (139) miteinander verbunden sind.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 13, wobei die ausgewählten Schleifenstrukturen (37) rund sind und ein Paar ineinander geschachtelter geschlossener Leiter (34, 36) aufweisen, die mittels des im Wesentlichen nicht-leitfähigen Zwischenraumes (33) vollständig voneinander getrennt sind.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 8, wobei die Energieverteilstrukturen (150) mehrere Übertragungselemente aufweisen, deren jedes ein Paar Resonanzschleifen (152) enthält, die mittels parallel beabstandeter Übertragungsleitungen (154) miteinander verbunden sind.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 19, wobei die Resonanzschleifen (152) an einer Seitenwand (117) der Schale (14) in Abstand von benachbarten Resonanzschleifen (152) angeordnet sind und sich die Übertragungsleitungen (154) über eine Basis (115) der Schale (14) erstrecken.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 19, wobei die Übertragungsleitungen (154) Übertragungseigenschaften haben, die einen zunehmenden Leistungsverlust zwischen den Resonanzschleifen (152) ergeben.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Resonanzschleifen (152d) rund sind.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Resonanzschleifen (152) länglich sind.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 23, wobei die Resonanzschleifen (152) längs einer Peripherie einer Seitenwand (117) der Schale (14) angeordnet sind.
Mikrowellengeeigneter Behälter (10) nach Anspruch 24, wobei mindestens zwei der Resonanzschleifen (152) von den mehreren Energie verteilstrukturen (150) in mindestens zwei verschiedenen Höhen an der Seitenwand angeordnet sind.
Schale (14) für einen mikrowellengeeigneten Behälter (10) und zur Aufnahme eines Nahrungsmittels, wobei die Schale (14) ein Substrat (30), eine Nahrungs-Kontaktoberfläche zur Auflage und Aufnahme des Nahrungsmittels (16) und mehrere Energieverteilstrukturen (150) aufweist, die mehrere über die Nahrungs-Kontaktfläche verteilte Energiesammelschleifen (152) beinhalten, wobei Paare der Energiesammelschleifen (152) mittels Übertragungsleitungen (154) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiesammelschleifen (152) benachbart dem Nahrungsmittel (16) liegen und die Übertragungsleitungen (154) Übertragungseigenschaften haben, die einen zunehmenden Leistungsverlust zwischen den Paaren der Energiesammelschleifen (152) ergeben.
Schale (14) nach Anspruch 26, zusätzlich aufweisend zwischen die Energiesammelschleifen (152) eingefügte Inseln (42) aus reflektierendem Material.
Schale (14) nach Anspruch 26, zusätzlich aufweisend mehrere an einer Fläche des Substrats (30) verteilte Energiesammel-Schleifenstrukturen (32, 37, 39) zur Aufnahme einfallender Mikrowellenenergie, wobei jede der Schleifenstrukturen ein Paar ineinander geschachtelter geschlossener Leiter (34, 36 oder 35, 41) umfasst, die mittels eines im Wesentlichen nicht-leitfähigen Zwischenraums (33, 43) zumindest teilweise getrennt sind.
Schale nach Anspruch 28, wobei die ineinander geschachtelten geschlossenen Leiter (35, 41) mittels einer Leiterbrücke (46) miteinander verbunden sind.
Schale nach Anspruch 28, wobei die ineinander geschachtelten geschlossenen Leiter (34, 36) rund sind.
Schale nach Anspruch 26, wobei die Energiesammelschleifen (52d) rund sind.
Schale nach Anspruch 26, wobei die Energiesammelschleifen (52) und die Übertragungsleitungen (54) jeweils eine Pfadlänge haben, die im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches der effektiven Wellenlänge der einfallenden Mikrowellenenergie ist.
Schale (14) für einen mikrowellengeeigneten Behälter (10) und zur Aufnahme eines Nahrungsmittels, wobei die Schale (14) ein Substrat (30) zur Ablage des Nahrungsmittels und mehrere über eine Fläche des Substrats hinweg angeordnete Energiesammelstrukturen (150) umfasst, wobei die Energiesammelstrukturen (150) Schleifen (152) enthalten, wobei Paare der Schleifen (152) mittels Übertragungsleitungen (154) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schleifen (152) dem Nahrungsmittel benachbart ist und mit der einfallenden Mikrowellenenergie in Resonanz steht, wobei jede der Energiesammelstrukturen (150) einen Umfang hat, der ausreicht, um darin induzierte Ströme unter einem vorgegebenen Pegel zu begrenzen, wodurch beim Auftreffen durch einfallende Mikrowellenenergie die Energiesammelstrukturen (150) Energie über die Fläche des Substrats (30) verteilen und dadurch ein Verschmoren des Substrats (30) verhindern, und wobei die Übertragungsleitungen (154) Übertragungseigenschaften haben, die einen zunehmenden Leistungsverlust zwischen den Resonanzschleifen (152) ergeben.
Schale nach Anspruch 33, wobei der Umfang jeder der Resonanzschleifen (152) und die Länge jeder der Übertragungsleitungen (154) ein ganzzahliges Vielfaches der effektiven Wellenlänge von einfallender Mikrowellenenergie ist.
Mikrowellenenergie-Heizelement (28) nach Anspruch 1, wobei die Schleifenstrukturen (32, 37 oder 39) in mindestens einem Array (38, 40) angeordnet sind.
Mikrowellenenergie-Heizelement (28) nach Anspruch 1, wobei das ineinander geschachtelte Paar von Leitern (34, 36) mittels des im Wesentlichen nicht-leitfähigen Zwischenraumes (33) vollständig getrennt ist.