DE2504860A1

DE2504860A1 - Mikrowellenofen

Info

Publication number: DE2504860A1
Application number: DE19752504860
Authority: DE
Inventors: Noboru Kurata; Shigeru Kusonoki; Teruhisa Takano
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-02-08
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1975-08-21
Also published as: AU496728B2; AU7799075A; FR2260918A1; CA1050121A; FR2260918B1; US4019009A; DE2504860C3; DE2504860B2; GB1501973A; JPS50110137A

Description

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO. LTD. 1006 Oaza Kadoraa, Kadoma-shi, Osaka, Japan

Mikrowellenofen

Die Erfindung beschäftigt sich 'mi^jr- einem Mikrowellenofen, der insbesondere mit der Oberflächehausbreitung der Mikrowellen arbeitet.

Ein Mikrowellenofen, der mit der Oberflächen-Ausbreitung von Mikrowellen arbeitet, hat bekanntermaßen verschiedene Merkmale, weil die hochfrequente elektromagnetische Energie (Mikrowellenenergie), die in einem HF-Generator oder einem Magnetron erzeugt wird, dazu neigt, auf der Oberfläche einer Übertragungsleitung für Oberflächenwellen konzentriert zu werden. Einige dieser Merkmale, die bemerkt werden, wenn ein aufzuheizendes dielektrisches Material, wie beispielsweise Nahrungsmittel oder Gewebe aus Stoff, durch Einbringen auf oder neben die Oberfläche eine Überleitungsleitung für Oberflächenwellen den HF-elektromagnetischen Oberflächenwellen ausgesetzt werden, bestehen darin, daß das dielektrische Material in einfacher Weise auf relativ wirksame Weise aufgeheizt werden kann, daß das dielektrische Material, zumindest bei Nahrungsmitteln, gebräunt und mit einer Kruste versehen werden kann, was durch einen bekannten

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Mikrowellenofen nicht erreichbar ist, daß eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der HF-elektromagnetischen Wellen erhalten werden kann, und daß das Gerät mit seinem Zubehörteilen, die ein Austreten von Mikrowellen verhindern sollen und in einen Mikrowellenofen der genannten Art eingebaut werden müssen, recht einfach gestaltet werden können.

Die Oberflächenleitung ist als eine Ausbreitungsart hochfrequenter elektromagnetischer Energie bekannt und wird in verschiedenen Gebieten der Mikrowellentechnik in großem Umfang benutzt, und zwar insbesondere in Form eines Wellenleiters oder einer Übertragungsleitung. Die Mikrowellen-Oberflächenübertragung besitzt die folgenden Eigenschaften:

Erstens die Intensität der Oberflächenwellen, die von einem HF-Generator für elektromagnetische Wellen erzeugt werden, nimmt beim Verlassen der Oberfläche' des Übertragungssystem senkrecht zur Richtung der Übertragung der Wellen exponential ab, so daß keinerlei elektromagnetische Leistung in dieser Richtung abgeleitet oder abgestrahlt wird.

Zweitens laufen die Oberflächenwellen mit einer Phasengeschwindigkeit, die kleiner als Lichtgeschwindigkeit ist. fi

Es ist bekannt, daß ein dielektrisches, ebenflächiges Gebilde oder eine geriffelte, elektrisch leitfähige Platte als Schaltkreis für die Oberflächenübertragung von Mikrowellen benutzbar ist. Verschiedene Vorschläge sind gemacht worden,, Gebilde, längs deren Oberfläche Mikrowellen laufen, für eine Heizvorrichtung oder einen Ofen nutzbar zu machen (US-Patentschrift 3 478 187). Dabei ergab sich, daß sämtliche derartigen Versuche darauf gerichtet waren, die erstgenannte Eigenschaft auszunutzen, und .wobei sich weiter ergab, daß diese Versuche erfolgreich

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in die Praxis umgesetzt werden'können, soweit ein kontinuierliches Trocknen eines blatt- oder bahnförmigen Materials, wie etwa einem Film oder Stoff, getroffen ist. Jedoch besitzt das konventionelle Heizverfahren dielektrische Materialien durch Verwendung der Oberflächenausbreitung von Mikrowellen die folgenden Nachteile, wobei etwa Fig. 1 als Erläuterung dienen möge für eine typische Anordnung einer Oberflächenwellen-Übertragungsschaltung, wobei die Anordnung schematisch im Schnitt dargestellt ist, in welcher eine gerippte Metalloberfläche zu erkennen ist.

Die gerippte Metallfläche, die die Flächenübertragungs-Schaltung bildet, ist mit C bezeichnet und an eine Quelle für HF-Wellen B über eine Kopplungsschaltung G angeschlossen. Wenn die Quelle für HF-Wellen B, die etwa ein Magnetron sein kann, arbeitet, werden die von ihr erzeugten Mikrowellen längs der gerippten Oberfläche laufen. Während des Betriebs des Magnetrons B sind die Rippen auf der Metallfläche C elektromagnetisch miteinander gekoppelt durch jeweils einen Stab A an einem Abschnitt in der Nähe des Halses oder des oberen Endes der Rippen, wobei jeder Stab A durch ein Paar benachbarter Rippenelemente gebildet wird.

In der Heizvorrichtung vom genannten Typ, die mit gerippten Metalloberflächen arbeitet, schwanken die Bedingungen, unter denen die Rippen miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind erheblich und schwanken mit dem Material D, das geheizt werden soll, weil das Material D auf die korr-ugierte Metalloberfläche aufgesetzt wird, und dabei einige oder alle Stäbe A überbrückt. Im einzelnen neigt die hochfrequente elektromagnetische Energie, die aus den längs der Oberfläche und über die Stäbe laufende elektromagnetischen Welle abgeleitet wird, dazu, bei der Darstellung nach Fig. 1 links zugeführt zu werden und sich danach über die einzelnen Balken A auszubreiten. Jedoch bewirkt das Vorhandensein des aufzuheizenden'Materials D auf der korrogierten Oberfläche einen im wesentlichen vollständigen Verlust der

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hochfrequenten elektromagnetischen Energie an einer Stelle hinter dem aufzuheizenden Material D bezüglich der Übertragungsrichtung der laufenden HF-Wellen. Das bedeutet, daß das Material D in solcher Weise wärmebehandelt wird, daß der dem Magnetron B zugekehrte Teil des Materials D dazu neigt, außerordentlich stark aufgeheizt zu werden, während der gegenüberliegende Teil des gleichen Materials D, der entfernt zu dem Magnetron B liegt, dazu neigt, weniger als gewünscht aufgeheizt zu werden und daß die Schwingung der Oberflächenwellen dazu neigt, speziell an einer Stelle gestört zu werden, die von dem Material D besetzt ist sowie an einer Stelle, die hinter dem Material D entfernt vom Magnetron B ist.

Aus Experimenten, die von den Erfindern ausgeführt wurden, hat sich ergeben, daß in dem Fall, daß das aufzuwärmende Material Wasser ist, die Oberflächenwellen an einer Stelle hinter einer Glastasse mit Wasser gestört wird, wobei die an jener Stelle verfügbare elektromagnetische HF-Energie auf 1/5 des Wertes reduziert ist, der an einer Stelle auf der anderen Seite der wassergefüllten Tasse in der Nähe des Magnetrons zur Verfügung steht. Demzufolge können in dem Fall, wenn zwei oder mehrere einzelne Stoffportionen gleichzeitig geheizt werden sollen und eine hinter der anderen in eine Richtung parallel zur Ausbreitungsrichtung der Wellenfront angeordnet werden, diese Stoffportiönchen nicht gleichförmige aufgeheizt werden.

Infolgedessen kann die oben erwähnte Heizvorrichtung nicht als Haushaltswert verwendet werden, weil er nicht die erforderliche Leistungsfähigkeit besitzt und zwar weil Form und Art der einzelnen zu heizenden Stoffe nicht festliegen.

Aus den genannten Gründen besitzt eine Übertragungsschaltung für Oberflächenwellen in der Form gerippter oder korrogierter Metal'loberflachen von der in Figure 1 darge-

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stellten Konstruktion die folgenden Nachteile:

1. Wegen der komplizierten Form kann die korrugierte Oberfläche nicht in einfacher Weise und ohne erhebliche Schwierigkeiten hergestellt werden;

2. da der Raum, in welchem sich die Oberflächenwellen ausbreiten und der Raum, in welchem sich das zu heizende Material befindet, der gleiche ist, kann das Gerät nicht an Veränderungen an Form und Art des zu heizenden Materials angepaßt werden;

3. das Gerät kann nur zum kontinuierlichen Trocknen von Stoff o.dgl. blatt- oder bahnförmigem Material verwendet werden. Wenn mit anderen Worten ein Material aufgeheizt, werden soll, das eine relativ große Stärke hat, wird es nur vermöge der Oberflächenwellen aufgewärmt, weil die Oberflächenwelle in ihrer Intensität exponentiell abfällt mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des Übertragungssystems, worauf oben hingewiesen wurde, so daß der genügende und erforderliche Hochfrequenz-Energiebetrag nicht tief in das zu heizende Material eindringen kann. Es ergibt sich also der Nachteil, daß nur ein Teil des Materials, und zwar der außenliegende bzw. der auf die Oberfläche zuweisen, aufgewärmt wird, so daß das Gerät zu keinem anderen Zwecke verwendet werden kann als zum kontinuierlichen Trocknen von bahnförmigem, dünnem Material.

Es ist eine weitere Art an Mikrowellen-Heizgeräten bekannt, die die Oberflächenwellen-Ausbreitung in der Form eines Wellenleiters ausnutzt. Wie Fig. 4 im einzelnen zeigt, besitzt der Wellenleiter WG eine Wand E, die mit mehreren gleichverteilten Schlitzen S versehen ist und daher allgemein als eine Übertragungsleitung für Oberflächenwellen, nach Art einer Leiter bezeichnet wird. In dieser Vorrichtung kann der zweite erwähnte Nachteil im wesentlichen ausgeschaltet werden, weil ein bahnförmiges Material, z.B. ein Film, der aufgewärmt werden soll, kontinuierlich längs

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der Außenseite der Wand E in solcher Weise zugeführt wird, daß er die gleichverteilten Schlitze S bedeckt, während Hochfrequenz-Energie, die die Oberflächenwellen zum Schwingen bringt, im Inneren F des Wellenleiters WG geführt wird. In diesem Wellenleiter von der Bauart nach Fig. 4 sind jedoch keine Vorkehrungen getroffen, die Bedienungsperson vor der Bestrahlung durch Hochfrequenz-Energie zu schützen, die nach außen abgestrahlt wird, zumal die Wahrscheinlichkeit groß . ist, daß die Bedienungsperson in die Nähe des Wellenleiters kommt. Im übrigen ist ein den Wellenleiter verwendendes Gerät mit dem oben an dritter Stelle erwähnten Nachteil behaftet.

Demzufolge ist es ein Hauptanliegen der Erfindung, die oben erwähnten, verschiedenartigen Nachteile im wesentlichen vollständig zu beseitigen, so daß ein Mikrowellen-Heizer geschaffen werden soll, in welchem sowohl die Oberflächenwellen wie auch die konventionellen'Mikrowellen zu Heizzwecken ausgenutzt werden. Weiter liegt der Erfindung daran, einen Mikrowellenheizer zu schaffen, der einen, relativ hohen Heiz-Wirkungsgrad hat und imstande ist, Stoffe relativ großer Stärke im ausreichenden Maße aufzuheizen. Schließlich soll der Benutzer des erfindungsgemäßen Mikrowellenofens zuverlässig vor Mikrowellen-Bestrahlung geschützt werden.

Die Lösung gelingt erstmals durch die Erfindung, von der Ausfuhrungsbeispiele in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Im einzelnen wird nachfolgend die Erfindung anhand der in den ebenfalls beigefügten Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine

Übertragungsschaltung bekannter Art für eine Oberflächenwelle, die bislang als Heizquelle benutzt wurde;

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Pig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Heizers, von dem einige Teile weggebrochen sind;

Fig. 3 einen von der Seite gesehenen Querschnitt durch die Vorrichtung aus Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines leiterartigen Wellenleiters;

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Übertragungsschaltung für eine Oberflächenwelle;

Fig. 6-12 Abwandlungen der Übertragungsschaltung für eine Oberflächenwelle, die mit Vorteil im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 13 eine schematische perspektivische Darstellung eines Heizers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 eine seitliche Ansicht eines Querschnittes eines Heizers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15 eine Querschnittsdarstellung eines Heizers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; . .

Fig. 16 eine schematische Seitenquerschnittsdarstellung eines Heizers, der eine weitere Ausführungsform der Erfindung verkörpert;

Fig. 17 eine perspektivische' Darstellung mit weggebrochenen Teilen eines Heizers gemäß .einer weiteren Ausführungsform der Erfindung!

Fig, 18 eine verkleinerte Darstellung eines seitlichen Schnittes durch den Heizer gemäß Fig. 17;

Fig. 19 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Heizer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 20 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation der Übertragungsschaltung für eine Oberflächenwelle; und

Fig. 21 eine seitliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Heizers gemäß der Erfindung.

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In den Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen . Bezugszeichen versehen sind, zeigen die Fig. 2 und 3 einen Mikrowellenheizer gemäß der Erfindung, der in einem kubischem Gehäuse 2 mit sechs Seitenwänden einschließlich des Deckels 2a und des Bodens 2b, einer Rückwand 2c, zweier Seitenwände 2d und 2e sowie einer Vorderseite untergebracht ist, wobei an der Vorderseite eine Zugangstür 1 an einer Kante des Gehäuses aufgehängt ist· Ein zu heizender Gegenstand 5 in einem nicht metallischen Gefäß 5^r kann durch die Öffnung 0 bei geöffneter Tür 1 in eine Heizkammer 4 eingeführt und dort auf einer Metallplatte 7 abgesetzt werden· Die Platte 7 besitzt wenigstens eine Gruppe aus mehreren Bereichen 8 von im wesentlichen hoher Impedanz, wobei jeder Bereich die Form eines Schlitzes besitzt und die Bereiche oder Schlitze 8 in gleichem Abstand zueinander in einer vorbestimmten Neigung gemäß Fig. 2 angeordnet sind, so daß sich eine Übertragungsleitung 14 für Oberflächen-Mikrowellen ergibt.

Die Platte 7 besitzt Abstand zu einer Bodenplatte 10 der Heizkammer 4 und durch den dadurch gebildeten Zwischenraum 6 können Mikrowellen hindurchlaufen. In einem Raum zwischen der Bodenplatte 10 der Kammer 4 und der Bodenwand 2b des Gehäuses 2 ist ein Magnetrongerät 3 in einer Position in der Nähe der Rückwand 2c angeordnet, das Mikrowellen erzeugt - die natürlich auch durch eine andere geeignete Hochfrequenz-Quelle für elektromagnetische Wellen erzeugt werden können - welche über eine Antenne abgestrahlt werden, die in gewissem Umfang in den Raum 6 hineinragt.

Die Übertragungsleitung 14 für die Oberflächenwelle bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 ist eine Art von Leiter-Netzwerk, das durch die Gruppe von mehreren Schlitzen S gebildet wird, die ungefähr gleich weit auseinanderliegen und an einer Seitenwand E eines Wellenleiters WG mit dem Zwischenraum F angeordnet sind. Es ist bekannt,

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daß die Oberflächenwelle sich über eine Metallplatte ausbreiten kann, auf welcher Impedanzelemente, etwa in der Form von Schlitzen, für die elektrischen Wellen in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind.

Die Beziehung zwischen den Fig. 2 und 3 sowie mit Fig. ist derart, daß der Zwischenraum F des Wellenleiters WG dem Raum entspricht, während die Seitenwand E und die Schlitze S aus Fig.4 der Platte 7 und den Schlitzen 8 aus Fig. 2 und 3 entsprechen. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die von der Antenne 9 des Magnetrongerätes abgestrahlten Mikrowellen durch den Raum oder Wellenkanal 6 geführt, wobei die Oberflächenwelle sich über die Gruppe von Schlitzen 8 ausbreitet, die gleich weit voneinander abstehen, wobei dann die sich in dieser Weise ausbreitende Oberflächenwelle den Gegenstand 5 aufwärmt, der auf der Metallplatte 7 abgesetzt wurde. In diesem Fall ist entsprechend der erst erwähnten Eigenschaft der Oberflächenwellenausbreitung die Mikrowellenenergie in einer exponentiellen Funktion verteilt, wobei der Ab- : stand von der Übertragungsleitung 14 für die Oberflächenwelle sich nach oben erstreckt und deshalb die Mikrowellenenergie sich auf dem zu heizenden Objekt konzentriert, das auf der Übertragungsleitung 14 für die Oberflächenwelle abgesetzt wurde.

In dem erfindungsgemäßen Mikrowellenheizer ist anders als in den üblichen elektronischen Öfen, bei denen elektrische Wellen in den gesamten Raum der Heizkammer abgestrahlt werden, die Energiedichte in der Umgebung des zu heizenden Gegenstandes 5 wesentlich erhöht, woraus sich ein Anstieg der Heizwirkung im Ganzen ergibt. Da weiter in dem erfindungsgemäßen Gerät das Ausmaß der Energiekonzentration vorteilhafterweise dadurch geändert werden kann, daß die Größe der Schlitze 8 und der zwischen ihnen verbleibenden Stege in geeigneter Weise eingestellt werden

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kann, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in weitem Umfang an die zu heizenden Gegenstände anpassbar; diese Anpassbarkeit kann in einfacher Weise dadurch gewährleistet werden, daß Übertragungsleitungen für Oberflächenwellen mit verschiedenartigen Anordnungen der Impedanzelemente (Schlitze) als Austauschsätze bereitgehalten werden, so daß je nach der Art des zu beheizenden Gegenstandes die geeignete Leitung in den erfindungsgemäßen Ofen eingesetzt wird. Ferner ist es häufig im praktischen Betrieb erwünscht, daß ein dielektrisches Material 11, beispielsweise Kunststoffmaterial, auf die Platte 7 aufgebracht wird, welches dann die Schlitze 8 gemäß Fig.5 überdeckt.

Man entnimmt der vorstehenden Beschreibung, daß in dem erfindungsgemäßen Heizgerät die Mikrowellen zur Ausbreitung der Oberflächenwellen durch den Kanal 6 unter der Übertragungsleitung 14 für die Oberflächenwelle zugeführt werden kann, so daß der oben unter 2) genannte Nachteil bekannter Vorrichtungen vermieden wird. Ein weiterer vorteilhafter Umstand, der sich aus dem Kanal 6 beim erfindungsgemäßen Gerät ergibt, besteht darin, daß mehrere Arten elektromagnetischer Wellen in dem Kanal 6 durch geeignete Wahl der Breite, Höhe und Länge des Kanals 6 vorhanden sein können, wodurch verschiedene Energiedichten auf der Oberflächenwellen-Übertragungsleitung erhalten werden können, da die Oberflächenwellen, die entsprechenden verschiedenen Arten der HF-Wellen sich ausbreiten, sich in ihren Zuständen voneinander unterscheiden. Im extremen Fall wird die Welle in den Raum der Heizkammer 4 als von der Oberflächenwelle unterschiedene elektrische Wellen durch die Schlitze 8 oder andere Ritze in der Vorrichtung abgestrahlt, wobei die Ausnutzung dieses Phänomens es ermöglicht, Gegenstände größerer Dicke als üblich voll aufzuwärmen. In diesem Fall wird ebenso ein Teil der ausgebreiteten Energie in die Oberflächenwelle

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umgewandelt, so daß es sich in der Umgebung des aufzuheizenden Objekts konzentriert, was weiter zu einer Verbesserung der Heizwirkung führt. .

Weiter können je nach spezieller Auslegung und Beschaffenheit der Geräteteile einzelne Teile der Wände der Heizkammer 4, beispielsweise der Deckel 2a, aus Material gefertigt sein, das für Elektrowellen durchlässig ist, beispielsweise Kunststoff. Die Lage des Magnetron'geräts, das oben als in der Nähe der Rückwand 2c im unteren Teil des Gehäuses 2 installiert beschrieben wurde, kann auch in einem mittleren Teil des Geräts ohne wesentliche Veränderung der Funktionsweise des Geräts untergebracht werden. In ähnlicher Weise kann die elektrische Versorgung für das Gerät durch einen Wellenleiter als Modifikation der Erfindung betrachtet werden, wobei kleinere Änderungen in der Konstruktion möglich sind.

Es wird jetzt auf die Fig. 6-12 Bezug genommen, in welchen bemerkenswerte Modifikationen der Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle gegenüber der in den Fig. 2 und dargestellten Ausfuhrungsform zu erkennen sind.

In jeder der in den Fig. 6-8 dargestellten Modifikationen besteht der gestrichelte Abschnitt 7 aus einem metallischen, elektrisch leitfähigen Material mit Gruppen aus mehreren Schlitzen 8, die darin in gleichen Abständen ausgebildet sind. Selbstverständlich kann ein ähnlicher Effekt erwartet werden, selbst dann, wenn der Abschnitt 8 entsprechend den Schlitzen aus metallischem Materialien besteht, wobei dann der gestrichelte Abschnitt 7 aus dielektrischem Material besteht. Weiter können beispielsweise Glas, Kunststoff, etc. in geeigneter Weise auf die Platte 7 zum Überdecken der Schlitze 8 in bekannter Weise aufgebracht sein, beispielweise im Wege der Verarbeitung von Metallblech, Ätzen von gedruckter Karten, Elektroplatieren

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auf harzförmige Stoffe etc.

Die Fig. 9a bis 12 zeigen weitere Abwandlungen der Übertragungsplatten 14 für die Oberflächenwelle gegenüber der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform. In der Ausführungsform der Fig. 9a und 9b ist die Metallplatte 7 mit einer Gruppe aus mehreren Schlitzen 8 versehen, wobei jeder Schlitz S durch Ausstanzen der Platte und Abbiegen einer Längskante des ausgestanzten Abschnittes der Platte 7 nach außen um einen Winkel zur Oberfläche der Platte 7 gebildet sind, so daß sich vorstehende Abschnitte 13 (Fig.9b) ergeben, um die Bündelung der Oberflächenwelle zu verbessern, während die Ausgestaltung gemäß Fig. 10a und 10b eine Metallplatte 7 zeigt, die mit einer Gruppe aus mehreren Platten oder Zähnen t versehen ist, wobei jeder Zahn sich nach außen rechtwinklig zur Oberfläche der Platte 7 in einer Richtung parallel zu einer Seite der Platte 7 erstreckt und wobei die Zähne t gleichen Abstand voneinander haben; zwei Schlitze 8 sind in der Platte 7 senkrecht zur Richtung der Zähne t ausgebildet, so daß sich Öffnungen für die Oberflächenwellen-Ausbreitung ergeben und die Schlitze 8 in geeigneter Weise Abstand voneinander aufweisen.

In der Ausführungsform nach Fig. 11 werden vier Gruppen gebogene'r Schlitze 8 vorgesehen, wobei die Gruppen radial gleichen Abstand voneinander haben und konzentrisch in der Metallplatte 7 angeordnet sind; selbstverständlich können auch in dieser Ausführung die Metallplatte 7 durch ein dielektrisches Material und die Schlitze 8 durch entsprechende Metallstücke ersetzt werden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 12 sind mehrere kurze Stäbe b mit gleichen Abständen in einem Paar langer, dünner Platten 7 senkrecht zur Achse jeder Platte 7 angeordnet, wobei sich der Eindruck einer UKW-Antenne für den Fern-

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sehempfang ergibt; bei dieser Ausbildung der Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle ergibt sich ebenfalls eine verbesserte Oberflächenwellen-Ausbreitung.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung und ihrer Modifikationen dürfte deutlich geworden sein, daß die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann, an sich jede beliebige, mögliche Konfiguration haben kann, solange die Metallteile dieser Leitung in regulären Intervallen angeordnet sind, wobei die Anordnung dieser Teile nicht auf die gleiche Ebene beschränkt ist, sondern auch kubische Konstruktionen umfassen kann, die im wesentli- . chen die gleichen Effekte bringen. Man bemerke weiter, daß eine einfache dielektrische Platte auch ohne eine der oben beschriebenen periodischen Strukturen für die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle verwendet werden kann.

Die Fig. 13-14 zeigen weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Geräts. Gemäß Fig. 13 sind in der Metallplatte 7 drei Gruppen aus mehreren gleich verteilten Schlitzen 8 ausgebildet. Die Metallplatte 7 kann natürlich durch·.ein dielektrisches Material, beispielsweise aus Kunststoff, ersetzt werden, wobei dann die Schlitze 8' _φ _ in ähnlicher Weise durch Metallstücke ersetzt werden müssen, Die Modifikation gemäß Fig. 13 kennzeichnet sich dadurch, daß mehrere metallische Trennplatten 15 sich rechtwinklig nach unten von der Unterfläche der Platte 7 erstrecken und in dem Kanal 6 unter der Platte 7 parallel zur Achse der Reihe der Schlitze 8 angeordnet sind. Die Trennplatten 15 sind mit geeignetem Abstand zueinander angeordnet, und steuern die Verteilung der elektrischen Wellen in dem Kanal 6, wodurch auch der Zustand der sich ausbreitenden Oberflächenwelle gesteuert werden kann, so daß die Energie-

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• ft.

verteilung in dem Heizraum 4 demzufolge auf bequeme Werte einstellbar ist. Diese Reguliereinrichtung muß nicht notwendigerweise von der ebenen Konstruktion wie in Fig.13 dargestellt sein, sondern kann auch aus geformtem Leisten bestehen, indem beispielsweise rechtwinklige leitfähige Bleche beliebiger Konfiguration, bestehend aus nadeiförmigen Metallstücken, oder dielektrische Bauteile angeordnet werden, die die Verteilung der Energie in dem Kanal 6 beeinflussen. Wenn notwendig, können solche Steuerelemente beweglich angeordnet werden, um eine Gleichförmigkeit der Energieverteilung zu gewinnen.

Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 2, der Mikrowellengenerator 3 mit der Antenne 9, die in die Heizkammer vorsteht, ähnlich den entsprechenden Teilen aus Fig. 3; abweichend ist jedoch eine Trennwand 4a mit Abstand von der Rückwand 2c angeordnet und am unteren Ende auf die Rückwand 2c zu abgebogen in der Heizkammer 4 installiert, so daß sich eine schmale Kammer 4b zwischen der Bodenplatte 10 und dem unteren abgebogenen Abschnitt der Teilplatte ergibt. In diese kleine Kammer 4b ragt die Antenne des Mikrowellengenerators hinein. Die Kammer 4c steht mit der Heizkammer 4 in Verbindung. Die Platte 7 in dieser Ausführungsform erstreckt sich an einer Kante in die kleine Kammer 4b bis zu einer Stelle in der Nähe der Antenne 9 und definiert somit zwei Kanäle 17 und 18 in der Kammer 4b. Eine Deckplatte 11 aus für elektrische Wellen durchlässigem Material, beispielsweise Kunststoff, ist auf die Platte 7 an deren in der Heizkammer 4 angeordneten Teil aufgebracht, so daß die Schlitze 8 der Platte 7 bedeckt sind. Eine Dämpfungsplatte 16 aus Metall ist an einer Kante schwenkbar an dem Abschnitt der Trennwand 4a angelenkt, an welchem letztere zur Rückwand 2c hin abgewinkelt is't, um eine Verschwenkbarkeit der Platte

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16 in dem Kanal 18 zu ermöglichen. In bestimmten Fällen kann natürlich auch auf die Dämpferplatte 16 verzichtet werden. -Das in Fig. 14 dargestellte erfindungsgemäße Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß die von der Antenne abgestrahlte Mikrowelle in zwei Teile in den Kanälen 17 und 18 aufgeteilt wird, d.h. ein Teil führt in den Wellenkanal 6 durch den Kanal 17 zur Ausbreitung der Oberflächenwelle, während der andere Teil direkt in die Heizkammer durch den Kanal 18 abgestrahlt wird. Man bemerke, daß der durch den Kanal 18 laufende Teil der Mikrowellen längs der Transmissionsleitung der Oberflächenwelle 14 läuft und auf dieser eine Oberflächenwelle ausbildet. Demzufolge können dem Gerät gemäß Fig. 14 Gegenstände, die zur ausschließlichen Beheizung durch die Oberflächenwelle zu ; dick oder zu stark wären, voll aufgeheizt werden. Weiter kann durch die Einstellung der Öffnungsgröße für die metallische Dämpferplatte 16 das Verhältnis der erwähnten Wellenteile sehr leicht dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt war den. Selbstverständlich kann die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle gemäß der Fig. 14 auch durch eine der oben erwähnten anderen Modifikationen für eine Übertragungsleitung 14 ersetzt werden.

Fig. 21 schließlich zeigt eine Modifikation des Geräts aus Fig. 14. Bei dieser Abwandlung ist die Dämpferplatte 16 als Mikrowellen-Schalteinrichtung ersetzt durch eine elektrische Einrichtung, die mit einer Glimmröhre 30 mit der Antenne 9 des Mikrowellengerätes 3 arbeitet, welche gegen die Rückwand 2c zu gerichtet ist,(obgleich auch andere Konstruktionen denkbar sind, die derjenigen aus Fig. 14 ähnlich sind). Die Glimmröhre 30 ist auf dem abgebogenen Teil der Trennplatte 4a in der Nähe der Kante der letzteren befestigt, die an der Rückwand 2c festliegt, wobei eine Spannungsquelle 31 für die Röhre 30 an der Rückwand 2c in einem Raum befestigt ist, der von der Trennwand 4a und der Rückwand 2c umgeben ist. Auf diese Weise

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kann die Glimmröhre 30 aus der Spannungsquelle 31 mit Spannung versorgt werden und dann zünden. Beim Starten der Zündung schließt elektrischer Strom in diesen Teil des Gerätes, wodurch dieser Teil so funktioniert, als wäre in ihm ein Leiter vorhanden. Folglich kann die elektrische Welle in dem Kanal 18 nicht in die Heizkammer 4 eintreten, und zwar aufgrund der Entladung in der Glimmröhre 30. Wenn andererseits keine Spannung der Röhre' 30 von der Spannungsquelle 31 zugeführt wird, dann wird die Mikrowellenenergie nicht von dem Kanal 18 abgeschirmt und kann folglich in die Heizkammer 4 sich ausbreiten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist deutlich geworden, daß bei dem erfindungsgemäßen Heizer eine Veränderung des Verhältnisses der Oberflächenwellenenergie für Energie der anderen elektrischen Wellen entweder rein mechanisch oder elektrisch erreicht werden kann.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgerätes. In dieser Ausführungsform ist eine Platte 10 mit Abstand von dem Deckel 2a in dem Gehäuse 2 angeordnet, und der Mikrowellengenerator 3 ist in dem Raum angeordnet, der von der Platte 10 und dem Deckel 2a umschlossen wird. Der in einem mittleren Abschnitt der Platte 10 angeordnete Mikrowellengenerator ist so aufgestellt, daß seine Antenne nach unten in das Innere des Gehäuses 2 weist. Eine Zwischenplatte 19 von L-förmigem Querschnitt besitzt eine Öffnung 19a am oberen Abschnitt, hält Abstand von der Platte 10 und der Rückwand 2c und bestimmt die Heizkammer 4 auf die Übertragungsleitung 14 für die Oberflächenwelle, so daß sich auf diese Weise einen Wellenkanal 6a zur Führung der elektrischen Wellen ergibt, die von der Antenne 9 auf die Oberfläche des Wellenleiters 14 um die Kammer herum abgestrahlt wer den. Dieser Kanal 6a steht mit dem Kanal 6 zwischen der

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Übertragungsleitung 14 und dem Boden 2b des Gehäuses 2 in Verbindung. Die Übertragungsleitung 14 für die Oberflächenwelle ist dielektrisch und somit geeignet, als Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle zu wirken, indem ihre Stärke geeignet gewählt wird. Bei der in Fig. 15 dargestellten Vorrichtung werden die von der Antenne 9 abgestrahlten Mikrowellen in zwei Wellen aufgeteilt, d.h. diejenigen Anteile, die durch das Symbol P bezeichnet sind, werden direkt von der Antenne 9 abgestrahlt, und diejenigen Anteile, die mit dem Symbol Q bezeichnet sind, sorgen für eine Ausbreitung der Oberflächenwelle über die Übertragungsleitung, so daß sich insgesamt ein ähnlicher Effekt wie derjenige ergibt, der im Zusammenhang mit der Ausführungsform aus Fig. 14 "beschrieben wurde.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform des Geräts aus Fig. 15. Hierbei ist die Zwischenplatte 19 eingespart. Eine Platte 20 aus einem für die elektrischen Wellen durchlässigen Material, beispielsweise Kunststoff, ist unterhalb der Platte 10 mit Abstand lediglich zum Zwecke des Abdeckens angeordnet. Hierbei setzen sich die erzeugten elektrischen Wellen zusammen aus den Wellen R, die zur Ausbreitung der Oberflächenwelle beitragen und den Wellen V, die direkt von der Antenne 9 abgestrahlt werden.

In den Fig. 17 und 18 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist die Platte 7' für die Übertragungsleitung 14' der Oberflächenwelle zylindrisch ausgebildet und in dem mittleren Abschnitt des Bodens 2b¹ des Gehäuses 2¹ aufgestellt, wobei der Boden 2b^r auch als Platte 10 wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 dient. Eine Türplatte 1' ist an einer Seitenkante an der oberen Kante der Wand 2c¹ schwenkbar aufgehängt, so daß

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sich eine verschiebbare Öffnung O im oberen Abschnitt des Gehäuses 2¹ ergibt, die im übrigen an den Seitenwänden des Gehäuses 2' begrenzt wird. Der Mikrowellengenerator 3 ist in dieser Ausführungsform an die Unterseite des Bodens 2b¹ an einer Stelle angesetzt, die in der Nähe der Rückwand 2c¹ des Gehäuses 2¹ liegt, wobei die Antenne 9 in den Wellenkanal 6 vorsteht, der zwischen den Seitenwänden des Gehäuses 2¹ und der äußeren Peripherie der Zylinderplatte 7' gebildet wird. Die Platte 7' besitzt mehrere Schlitze 8. Die zylindrische Platte 7¹ für die Übertragungsleitung 14 für die Oberflächenwelle ist somit in einer Stellung angeordnet, bei der eine erhöhte Heizwirkung besonders erwünscht ist. Bei dieser Ausführungsform ist der bei konventionellen elektronischen Ofen anzutreffende Nachteil glücklicherweise überwunden, der darin besteht, daß bei Gegenständen beträchtlicher Höhe, beispielsweise einer Milchflasche oder eine japanischen Weinflasche ("sake") nur der Teil in der Nähe des Flaschenhalses rasch aufgewärmt wird. Die Beseitigung dieses Nachteiles gelingt bei der Erfindung dadurch, daß die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle den unteren Teil der Flasche umgibt, um an dieser Stelle die Wärmeleistung zu erhöhen. Man sieht aus dieser Ausführungsform, daß die Heizleistung an einem bestimmten Teil des aufzuheizenden Gegenstandes zur Anpassung an den jeweiligen Zweck dadurch variiert werden kann, daß die Übertragungsleitung 14 für die Oberflächenwelle eine entsprechende Konfiguration erhält, wobei der Wellenkanal 6 hinter der Übertragungsleitung 14 gebildet ist.

Fig. 19 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizers, bei dem der Wellenkanal 6 ersetzt ist durch eine Platte 21 aus dielektrischem Material, beispielsweise Kunststoff, Glas oder Keramik, die unter der Oberfläche der Übertragungsleitung 14 auf der Platte 10 von U-förmigem Querschnitt angeordnet ist,

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welche die Heizkammer 4 in dem Gehäuse 2 derart definiert, daß ein gewisser Zwischenraum zwischen der Platte 10 und den Wänden 2a,2c und 2b verbleibt. Der Wellenkanal 6, der bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen als Raum ausgebildet war, ist hier also durch die Platte ersetzt. Der Mikrowellengenerator ist in dem Raum angeordnet, der sich zwischen· dem unteren Abschnitt der Platte 10 unter der Übertragungsleitung 14 und dem Boden 2b des Gehäuses 2 befindet,und zwar an einer Stelle, in der Nahe der Rückwand 2c, wobei die Antenne 9 der Anordnung 3 -in die Heizkammer 4 in der Nähe einer Kante der dielektrischen Platte 21 vorsteht. Die dielektrische Platte 21 dient in dieser Ausführungsform als Wellenkanal 6 unter der Übertragungsleitung 14.

Bei Fig. 20 ist zu erkennen, daß die in dem Gerät nachFig. 19 verwirklichte Konzeption auf die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle aus Fig. 10 angewandt wird. In Fig. 20 ist eine Gruppe aus mehreren Metallstücken t¹ an einem Trägerelement 7" aus dielektrischen Material so befestigt, daß die Metallstücke gleichen Abstand voneinander haben. Wie oben beschrieben, ist es möglich, eine Oberflächenwellenheizung durch bloßes Anordnen einer Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle in der Heizkammer zu erreichen, wenn eine Oberflächenübertragungsleitung aus einer Kombination aus einem Übertragungsleitungsabschnitt für eine elektrische Welle und einer metallischen Struktur von periodischer Natur gebildet wird.

Bei allen Ausführungsformen der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Geräte wird ein kastenförmiges Gehäuse verwendet, das an einer Seitenwand eine Öffnung aufweist, durch die der zu heizende Gegenstand in das Gerät eingebracht werden kann, wobei eine Heizkammer in "dem Gehäuse ausgebildet ist und eine Tür zum Öffnen und Schließen der Öffnung vorgesehen ist. Diese Anordnung basiert auf der

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Überlegung, die Hände etc. der Bedienungsperson von der fehlerhaften Annäherung an den Raum zu schützen, in welchem die elektrischen Wellen abgestrahlt werden, wobei insbesondere die notwendige Sicherheit für die Familienmitglieder sichergestellt sein soll, die solche Heizgeräte verwenden. Selbstverständlich hängt es von der Auslegung des G rates ab, in welcher Weise die Seitenwände und die Tür ausgeführt werden; sie brauchen beispielsweise nicht notwendigerweise sämtlich und vollständig aus Metall zu bestehen, können vielmehr teilweise aus dielektrischem Material wie etwa Kunststoff, gefertigt sein, vorausgesetzt, daß die verwendeten elektrischen Wellen insgesamt Oberflächenwellen sind, in welchem Fall selbst mindestens eine Seitenwand des Gehäuses aus Sicherheitsgründen aus Metall bestehen sollte.

Weiter kann es im Hinblick auf erhöhte Sicherheit notwendig sein, bekannte Abschirmvorrichtungen für die elektrischen Wellen in der Umgebung der Tür zu schaffen und Sicherheitsschalter vorzusehen, deren Funktion mit dem Öffnen und Schließen der Tür gekoppelt ist.

Weiter können in Fällen, in denen sowohl die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle wie auch die Seitenwände der Heizkammer aus Metall bestehen, gewisse Unbequemlichkeiten aufgrund von Funkenentladungen an den Teilen auftreten, an denen die Oberflächenübertragungsleitung und die Seitenwände zu nahe aneinander angeordnet sind oder einander berühren. Zur Vermeidung dieser Unbequemlichkeiten kann es sich als notwendig erweisen, harzförmiges Material auf die Kanten der Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle aufzutragen, dielektrische Stoffe zwischen die Übertragungsleitung und die Seitenwände einzufügen oder entweder beide zu verschweißen oder die Übertragungsleitung mit den Seitenwänden durch Befestigungsschrauben festzulegen. Diese Gegenmaßnahmen sind dem Fachmann jedoch

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für sich bekannt.

Insgesamt wurde ein Mikrowellenheizer beschrieben, der eine Quelle für hochfrequente elektromagnetische Energie enthält, welche Mikrowellen vorbestimmter Arbeits-Wellenlänge erzeugt. Ein auf Mikrowellen abgestimmtes Gebilde ist mit der HF-Energiequelle verbunden und weist eine Übertragungsleitung für eine Oberflächenwelle auf, längs der hochfrequente elektromagnetische Wellen laufen. Das Aufheizen eines zu beheizenden Materials findet statt, wenn die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen auf das Material auftreffen und in es eindringen.

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Claims

Ansprüche

1. Mikrowellenheizer mit einer Quelle, die Mikrowellen erzeugt, und einer Heizkammer, in die aufzuheizende Stoffe eingebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hohlraumstruktur (6) zur Übertragung der erzeugten Mikrowellen sowie eine Übertragungsleitung für eine Oberflächenwelle vorgesehen sind, wobei die übertragungsleitung (7) zwischen der Heizkammer (4) und dem Hohlraum (6) angeordnet ist; und daß wenigstens ein Teil der von der Quelle (3) abgegebenen Mikrowellenleistung in den Hohlraum (6) gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle eine elektrisch leitfähige Platte aufweist, die mehrere unabhängige Impedanzelemente (8) von hoher Impedanz trägt, wobei die Impedanzelemente gleichen Abstand voneinander haben und der Abstand nicht größer als ein Viertel der Hohlraum-Arbeitswellenlänge der Mikrowellen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle eine dielektrische Platte aufweist, die mehrere unabhängige elektrisch leitfähige Elemente enthält, wobei die Elemente gleichen Abstand voneinander haben und der Abstand nicht größer als ein Viertel der freien Hohlraum-Arbeitswellenlänge der Mikrowellen ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Impedanzelement ein Schlitz (8) .ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung für die Oberflächenwelle mehrere metallische, elektrischleitfähige Stangen umfaßt, die in gleicher Ebene mit Abstand zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mit dielektrischem Material angefüllt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum metallische, elektrisch leitfähige Elemente zur Regulierung der Ausbreitung der Mikrowellen in einer im wesentlichen zick-zackförmigen Weise im Verhältnis zur normalen Ausbreitungsrichtung angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (16) vorgesehen ist, mit der die jeweiligen Beträge der Mikrowellenenergie steuerbar sind, die der Heizkammer (4) und dem Hohlraum (6) zuführbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein angelenktes elektrisch leitfähiges Bauteil ist. />·

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, ^dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Element mit variabler Impedanz ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das variable Impedanzelement eine Entladungsröhre (30) ist.

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