EP0284958B1

EP0284958B1 - Vorrichtung zum Einkoppeln eines Mikrowellenfeldes an einem Mikrowellenherd

Info

Publication number: EP0284958B1
Application number: EP19880104551
Authority: EP
Inventors: Jakob Heierli; Edwin Schär
Original assignee: GIGATHERM AG
Current assignee: GIGATHERM AG
Priority date: 1987-03-24
Filing date: 1988-03-22
Publication date: 1992-06-03
Anticipated expiration: 2008-03-22
Also published as: EP0284958A1; CH674563A5; DE3871587D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einkoppelung eines Mikrowellenfeldes in einen Mikrowellenherd, bei welcher das von mindestens einem Mikrowellensender erzeugte Mikrowellenfeld über mindestens einen Hohlleiter zum Garraum des Herds gelangt, und bei welcher zwischen dem Garraum und dem Hohlleiter ein metallisch geschlossener Resonatorraum vorgesehen ist, an den der Hohlleiter angeschlossen ist und der über Koppelöffnungen mit dem Garraum verbunden ist. Eine solche Vorrichtung ist aus der Publikation DE-A-3028009 bekannt. Wichtig ist bei solchen Vorrichtungen insbesondere der Uebergang vom Hohlleiter in den Garraum. Dieser Uebergang bestimmt weitgehend die optimale Feldverteilung im Garraum. Dabei möchte man möglichst erreichen, dass im Garraum an jedem Punkt genau dieselbe Erwärmung stattfindet. Diese Ankopplung des Garraumes geschieht bekannterweise mittels Durchbrüchen zwischen Resonatorraum und Garraum. Ein Feldverteiler (Propeller oder Drehantenne), der zusätzlich eingebaut ist, sorgt dafür, dass das ganze Mikrowellenfeld in Bewegung ist, d.h. dass die zwangsmässig durch die physikalische Ausbreitung der Mikrowelle im Garraum entstehenden heissen und kalten Punkte gegeneinander verschoben werden und somit an jeder Stelle gleich starke Erwärmung stattfindet.
Bekannt sind auch Einrichtungen, bei welchen der Hohlleiter frontal direkt an den Garraum angeschlossen ist. Somit geschieht die Einkopplung direkt vom Hohlleiter in den Garraum. Die ganze Feldverteilung im Garraum kann dann nur durch den Feldverteiler optimiert werden.
Es sind ferner Lösungen bekannt, bei denen eine Kiste auf den Garraum aufgebaut ist, die durch eine Keramikabdeckung, eventuell durch eine Glas- oder Plastikabdeckung, vom Garraum getrennt ist. Der Hohlleiter ist jeweils frontal an die Kiste angeblockt und der Feldverteiler ist üblicherweise in dieser Kiste angebracht, welche im Hinblick auf das Mikrowellenfeld ein Teil des Garraums darstellt.
Bei all diesen Lösungen besteht neben dem Problem der schlechten Entkopplung des Senders vom Garraum das Problem, dass der resultierende Spannungsvektor des Mikrowellenfeldes ausgehend von der Vektorrichtung im Hohlleiter gewisse Vorzugsrichtungen besitzt. Die erwähnten Feldverteler bewirken zwar in beschränktem Mass, dass sich dieser Spannungsvektor auch in die andern beiden Dimensionen ausbreitet. Dies ist jedoch oft ungenügend, indem weiterhin der Spannungsvektor in der eingekoppelten Richtung überwiegt, womit die Erwärmung nicht optimal erfolgt.
Es stellt sich damit die Aufgabe, die eingangs erwähnte Einkopplungsvorrichtung so auszugestalten, dass einerseits die Entkopplung von Sender und Garraum. verbessert wird und gleichzeitig im Garraum keine bevorzugten Feldrichtungen auftreten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Resonatorraum stationäre Kopplungsgelmente angeordnet sind, um den Spannungsvektor aus der Einkoppelrichtung (E_z) auch in die zwei übrigen Dimensionen (E_x, E_y) zu koppeln.
Damit kann bereits im Resonatorraum selbst die gewünschte, isotrope Feldverteilung erzielt werden.
Vorzugsweise ist der Resonatoraum durch eine metallische Trennwand vom Garraum getrennt, welche Einkopplungsöffnungen aufweist, deren Abmessungen kleiner sind, als diejenigen der Trennwand und die derart geformt sind, dass die resultierenden Spannungsvektoren des Mikrowellenfeldes gleichmässig in den Garraum eingekoppelt werden.
Um das Mikrowellenfeld im Garraum zu bewegen, ist zusätzlich mit Vorteil ein beweglicher Feldverteiler im geschlossenen Resonatorraum angeordnet.
Der vorgesehene Resonatorraum entkoppelt den Garraum vom Mikrowellensender, welcher damit von der jeweiligen Last im Garraum unbeeinflusst bleibt und damit bei optimalem Wirkungsgrad betrieben werden kann, wobei im Garraum eine gleichmässige Ausrichtung der resultierenden Spannungsvektoren des Mikrowellenfelds und damit eine gleichmässige Erwärmung erzielt wird.
Nachfolgend wird anhand der beiliegenden Ausführungsbeispiele die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Gesamtansicht einer ersten Ausführung der Vorrichtung, wobei die Kopplungselemente darin nicht eingezeichnet sind,
Fig. 2: eine schematische Darstellung der Ausrichtung des Spannungsvektors im Hohlleiter;
Fig. 3: eine Detailansicht des Resonatorraums mit den Kopplungselementen, und
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht einer Ausführung mit zwei Sendern, wobei die Kopplungselemente ebenfalls nicht eingezeichnet sind.

In Fig. 1 ist ein Mikrowellensender 1 mit einem Magnetron 4 ersichtlich, das in einen Rechteck-Hohlleiter 2 hineinragt. Das Magnetron 4 erzeugt in bekannter Weise ein Mikrowellenfeld, das über den Hohlleiter 2 einem Garraum 3 zugeführt wird, der zur Aufnahme des Kochguts ausgestaltet ist. Der Rechteckhohlleiter 2 ist so dimensioniert, dass der resultierende Spannungsvektor E_z des Mikrowellenfelds im Hohlleiter senkrecht zu dessen Breitseite steht, wie in Fig. 2 angedeutet.
Wird z.B. ein dünner, langer, elektrisch schlecht leitender Stab parallel zum obigen Spannungsvektor in den Hohlleiter gehalten, nimmt er Energie auf, d.h. er erwärmt sich. Wird er senkrecht zum Spannungsvektor in den Hohlleiter gehalten, so nimmt er keine Energie auf, weil die Ausdehnung des Stabes in die Richtung des Spannungsvektors zu klein ist.
Sind in einem Hohlraum Spannungsvektoren in alle drei Richtungen (Dimensionen) vorhanden, so wird der Stab immer aufgeheizt, unabhängig in welcher Richtung er im Hohlraum steht. Dieses illustriert, auf das Kochgut übertragen, die Bedeutung der Spannungsvektoren-Ausrichtung im Garraum 3. Der Garraum 3 bildet einen Hohlraum, in welchem bei herkömmlichen Anordnungen ein Spannungsvektor in der Richtung, in welcher er eingekoppelt wird, vorherrscht.
Der Hohlleiter 2 ist gemäss Fig. 1 an einen Resonatorraum 5 angeschlossen, der kastenförmig ausgestaltet ist. Dieser ist metallisch abgeschlossen und durch Koppelöffnungen 6 mit dem Garraum 3 verbunden. Die Koppelöffnungen sind in einer Trennwand 8 angeordnet, die dem Resonatorraum 5 und dem Garraum 3 gemeinsam ist. Die Koppelöffnungen 6, welche in ihren Abmessungen kleiner sind als die Trennwand 8 dienen dazu, die Ausrichtung des Mikrowellenfeldes in mehrere Richtungen zu bewirken. Dies kann auf verschiedene Arten erfolgen. Gemäss Fig. 1 wird durch die schlitzförmige Ausgestaltung der Koppelöffnungen 6 bewirkt, dass Spannungsvektoren E_x und E_y eingekoppelt werden, welche je senkrecht zur Schlitzausdehnung verlaufen.
Die Koppelöffnungen 6 können aber auch andere Formen (rund, quadratisch) aufweisen und z.B. quer im Raum 5 angeordnet sein, um das Feld so zu beeinflussen, dass im Garraum 3 eine möglichst gleichmässige Verteilung der Mikrowellenenergie in allen drei Dimensionen erreicht wird.
Erfindungsgemäss sind nun in diesem Resonatorraum 5 besondere Koppelelemente 9 in Form von Koppelstiften angeordnet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Mit diesen Koppelstiften kann erreicht werden, dass der Spannungsvektor E_z bereits im Resonatorraum 5 aus der Einkoppelrichtung auch in die übrigen zwei Richtungen E_x und E_Y gekoppelt wird. Solche Koppelelemente, welche als hohle oder volle Metallstifte ausgebildet sind, können mit unterschiedlichen Koppelöffnungen 6 kombiniert werden wie vorstehend erwähnt. In Fig. 3 ist eine kreisförmige Koppelöffnung 11 gezeigt.
Wie sich aus Fig. 3 ergibt sind die Koppelstifte 9 an den Kanten der oberen Deckfläche des Resonatorraums 5 befestigt und ragen in der gezeigten Weise in den Resonatorraum. Die Koppelstifte 9 sind dabei so angeordnet, dass sie etwa in einem Winkel α = 45° zur Einkopplungsrichtung z verlaufen. Jeder Koppelstift 9 definiert mit dieser Einkopplungsrichtung z eine Ebene, welche eine x-(bzw. y-) Achse festlegt, in welcher eine Spannungsvektorkomponente E_X (bzw.E_X) erzeugt wird.
Damit wird bereits im Resonatorraum die angestrebte Gleichverteilung der Mikrowellenenergie in den drei Dimensionen erzeugt, welche durch die Koppelöffnungen 6 in den Garraum übertragen wird.
Während die bisher beschriebenen Massnahmen also die statische Gleichverteilung der Mikrowellenenergie in den drei Dimensionen anstreben, ist ferner auch erwünscht, das Mikrowellenfeld im Garraum 3 zu bewegen, um die im Garraum entstehenden heissen und kalten Punkte gegeneinanander zu verschieben und an Jeder Stelle eine gleichmassige Erwärmung des Kochguts zu ermöglichen. Hierfür ist gemäss Fig. 1 ein beweglicher Feldverteiler 7 (Propeller oder Drehantenne) im Resonatorraum 5 angeordnet. Das in der beschriebenen Weise ausgestaltete, mehrdimensional verteilte Mikrowellenfeld wird auf diese Weise zusätzlich bewegt. Der Feldverteiler 7 kann dazu auch im Garraum 3 selbst angeordnet sein.
Schliesslich ist in Fig. 4 eine entsprechend ausgebildete Einkoppelungsvorrichtung gezeigt, bei welcher zwei Sender 1,1ʹ mittels je einem Hohlleiter 2,2ʹ an einen gemeinsamen Resonatorraum 5 angeschlossen sind, der seinerseits über Koppelöffnungen 11,11ʹ an den Garraum 3 gekoppelt ist. Die übrigen Teile, wie Koppelelemente und Feldverteiler, sind zur Vereinfachung in der Zeichnung nicht dargestellt.
Der beschriebene Einkopplungsresonator kann wahlweise an der Deck- oder Grundfläche des Garraums oder an einer seiner Seitenflächen angesetzt sein. Der Hohlleiter 2 mündet dabei jeweils an einer Seite 10 des kastenförmigen Resonatorraums 5, welche an die Trennwand 8 zum Garraum anstösst.
Mit der beschriebenen Vorrichtung wird ein Einkoppelsystem beschrieben, mit dem nebst der besseren Entkopplung von Sender und Garraum auch verschiedene Möglichkeiten gegeben sind, das Mikrowellenfeld vor und während der Einkopplung in den Garraum in allen drei Dimensionen auszurichten. Der Feldverteiler bewegt zusätzlich das Mikrowellenfeld in allen drei Dimensionen. Daraus erfolgt eine optimale Wärmeverteilung im Garraum.

Claims

Vorrichtung zur Einkoppelung eines Mikrowellenfeldes in einen Mikrowellenherd, bei welcher das von mindestens einem Mikrowellensender (1) erzeugte Mikrowellenfeld über mindestens einen Hohlleiter (2) zum Garraum (3) des Herds gelangt, und bei welcher zwischen dem Garraum (3) und dem Hohlleiter (2) ein metallisch geschlossener Resonatorraum (5) vorgesehen ist, an den der Hohlleiter angeschlossen ist und der über Koppelöffnungen (6) mit dem Garraum (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Resonatorraum (5) stationäre Kopplungselemente (9) angeordnet sind, um den Spannungsvektor aus der Einkoppelrichtung (E_z) auch in die zwei übrigen Dimensionen (E_x, E_y ) zu koppeln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kopplungselemente (9) zwei Koppelstifte (9) vorgesehen sind, die etwa unter einem Winkel von 45° zur Einkopplungsrichtung verlaufen und mit dieser je eine Ebene definieren, welche etwa senkrecht zueinander stehen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorraum durch eine metallische Trennwand (8) vom Garraum (3) getrennt ist, welche mindestens eine Einkoppelungsöffnung (6) aufweist, deren Abmessungen kleiner sind als diejenigen der Trennwand.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelungsöffnungen (6) derart geformt sind, dass die resultierenden Spannungsvektoren des Mikrowellenfeldes im Garraum gleichmässig in den Garraum eingekoppelt werden.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorraum (5) im wesentlichen kastenförmig ausgestaltet ist, wobei der Hohlleiter an einer Wand (10) mündet, die an die Trennwand (8) anstösst und wobei die Koppelstifte (9) im Bereich der der Trennwand gegenüberliegenden Deckwand befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstifte etwa in der Mitte zweier aneinanderstossender Seiten der Deckwand befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im abgeschlossenen Resonatorraum (5) ein beweglicher Feldverteiler (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Garraum ein Feldverteiler vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mikrowellensender (1,1ʹ) vorgesehen sind, die über Hohlleiter (2,2ʹ) an den Resonatorraum (5) angeschlossen sind.