DE3010088C3 - Speiseanordnung für Mikrowellenöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung in Mikrowellenofen zum Zuführen von Energie von einer Mikrowellenquelle in das Innere eines durch leitende Wände begrenzten Ofenraumes, welche Speiseanordnung ein nahezu symmetrisches, strahlendes, flaches Leitungssystem vom Mikrostreifenleitungstyp enthält, das sich in dem Ofenraum in der Nähe einer leitenden Erdfläche, vorzugsweise der Bodenwand des Raumes,

60 befindet und das an einem zentralen Speisepunkt mit der Mikrowellenquelle gekoppelt ist

Es wurde bereits eine derartige Anordnung vorgeschlagen, in der das strahlende Leitersystem einen in einer Ebene liegenden doppelten Spiralleiter enthält der sich aus dem zentralen Speisepunkt erstreckt von woraus dem System Energie von der Mikrowellenquelle zugeführt wird. Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, das Leitersystem in Form einer Anzahl ringförmiger Leiter auszubilden, die um den zentralen Speisepunkt konzentrisch angeordnet und mittels einer Anzahl radialer Leiter mit diesem Punkt verbunden sind.

Spezifisch für eine derartige Speiseanordnung mit einem flachen strahlenden Leitersystem vom Mikrostreifenleitertyp, das sich in der Nähe einer Erdfläche befindet ist daß die Strahlung stark gerichtet ist und zwar nahezu senkrecht zu der leitenden Erdfläche, d. h. vertikal nach oben, wenn die Bodenplatte des Ofenraumes als Erdfläche benutzt wird. Außerdem tritt eine starke Konzentration der Strahlungsenergie in dem zentralen Teil des Leitersystems auf und die Ausstrahlung von Energie nimmt in radialer Richtung zu den Randteilen des Systems schnell ab. Wenn die erhitzende Ware gegenüber dem Leitersystem zentral und in der unmittelbaren Nähe desselben aufgestellt wird, geht die Strahlung aus den zentralen Teilen unmittelbar in die zu erhitzende Ware und wird dort absorbiert Der zentrale Teil des Systems kann daher als mit direkter Strahlung wirkend betrachtet werden und der genannte Teil wird deswegen tls »unmittelbare Strahlungszone« oder »Nahfeldzone« bezeichnet Die äußeren Teile des Systems regen den Ofenraum selbst auf übliche Weise an, mit dem Ergebnis, daß die Energie in eine unmittelbare Strahlung und eine Raumwellenstrahlung aufgeteilt wird.

Es hat sich jedoch herausgestellt daß bei der bereits vorgeschlagenen Form des strahlenden Leitersystems eine übermäßige Erhitzung in einem beschränkten Gebiet gegenüber der Mitte des Leitersystems, d.h. gegenüber dem Speisepunkt, auftreten kann. Beim Backen kann eine derartige örtliche Erhitzung nachteilig wirken, da die Temperatur nachdem der Ofen während einiger Zeit im Betrieb gewesen ist, derart hoch ansteigen kann, daß die Eigenschaften der Hefe in dem stark erhitzten Gebiet ausgeschaltet werden.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine andere Form des Leitersystems in einer derartigen Speiseanordnung zu schaffen, damit unter Beibehaltung des Hauptprinzips der Anordnung, d. h. die Verteilung der Energie in eine unmittelbare Welle und eine Raumwelle, einerseits eine bessere Energieverteilung innerhalb der zentralen unmittelbaren Strahlungszone selbst und andererseits ein besseres Gleichgewicht zwischen der unmittelbaren Wellenenergie und der Raumwellenenergie zu schaffen.

Nach der Erfindung ist eine derartige Anordnung dadurch gekennzeichnet daß der zentrale Speisepunkt, wo Mikrowellenenergie in das Leitersystem geführt wird, allseitig von einer leitenden Platte umgeben ist, die in der Ebene des Leitersystems liegt und die sich am Umfang in eine Anzahl sich radial erstreckender leitender Platten fortsetzt, zwischen denen sich Zwischenräume oder öffnungen befinden, die sich nach Außen hin verbreiten und dadurch, daß die radialen Platten von mindestens einem ringförmigen geschlossenen Leiter umgeben sind, der von den radialen Platten Energie erhält.

Eine derartige Konstruktion, in der ein großer Teil des zentralen Teiles der Nahfeldzone durch eine

leitende Platte abgedeckt wird, bewirkt, daß das elektromagnetische Feld, das zwischen dem flachen Leitersystem und der Erdfläche, vorzugsweise der Bodenwand des Ofenraums entsteht in der Nahfeldzoiie nur über die öffnungen zwischen den leitenden radialen Platten zu der Strahlung in Richtung des Inneren des Raumes beitragen kann. Ein großer Teil der Energie wird dadurch in Auswärtsrichtung zu dem Umfang gezwungen und wird dort zu de: Raumwellenstrahlung beitragen. Eine sehr niedrige Strahlung wird genau gegenüber dem zentralen Speisepunkt erhalten, wo die zentrale leitende Platte den Raum über dem Leitersystem von dem Raum zwischen dem Leitersystem und der Bodenwand völlig abschirmt, und Versuche haben gezeigt, daß in der Mitte ein ausgeprägter »kalter« Punkt erhalten wird. Eine derartige Bemessung des Leitersystems, so daß in der Mitte ein »kalter« Punkt erhalten wird, ergab sich als vorteilhaft, da der »kalte« Punkt durch die umgebenden Teile auf ausreichende Weise durch Wärmeausgleich erhitzt wird. Durch die beschriebene Form des Leitersystems ist der überhitzte Punkt in der Mitte der früher vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele in einen »kalten« Punkt umgewandelt und der Umfang und die Temperatur des Punktes kann durch Änderung der Außenabmessungen der zentralen Platte auf einfache Weise eingestellt werden. Die Energieverteilung innerhalb der Nahfeldzone und das Verhältnis zwischen der Nahfeldstrahlung und der Raumwellenstrahlung kann auf einfache Weise dadurch eingestellt werden, daß die Abmessungen der genannten radialen Platten und das Verhältnis zwischen diesen Platten und den Zwischenräumen geändert wird.

Eine gute Feldverteilung innerhalb der Nahfeldzone selbst wird erhalten, wenn die radialen Platten mittels eines oder mehrerer Leiter, die in der Ebene des Leitersystems liegen, miteinander verbunden werden.

Aus dem Gesichtspunkt der Symmetrie und einer einfachen Herstellung ist es vorteilhaft, wenn die zentrale Platte sowie die ringförmigen Leiter kreisförmig sind, in welchem Fall die radialen Platten (und die Räume zwischen denselben) durch Kreissektoren gebildet werden, die durch kreisbogenförmige Leiter miteinander verbunden sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform, in der die Anzahl radialer Platten vier beträgt, weist das Kennzeichen auf, daß das Leitersystem derart in einem vierwinkligen bzw. quadratischen Raum angeordnet ist, das die Platten nahezu auf die Ecken des Raumes gerichtet sind.

Es hat sich herausgestellt, daß eine derartige Anordnung die beste Feldverteilung in der Nahfeldzone ergibt, was möglicherweise dadurch verursacht wird, daß sich die Platten dann im maximalen Abstand von den leitenden Wänden des Ofenraumes befinden, wodurch die Gefahr störender Stehwellenmuster auf ein Minimum zurückgeführt ist.

Eine Ausführungsform, in der die radialen Platten und ihre Zwischenräume gleichmäßig über den Umfang verteilt und nahezu gleich groß sind, d. h. daß jede einen Winkel von nahezu 45° beansprucht, hat sich als geeignetes Ausführungsbeispiel des Leitersystems bewährt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Ofenraumes mit einem Leitersystem, das in eine Speiseanordnung nach der Erfindung aufgenommen ist,

Fig.2 einen vertikalen Schnitt durch den Mikrowellenofen mit der Speiseanordnung nach der Erfindung,

Fig.3 einen horizontalen Schnitt gemäß, der Linie M-III in F i g. 2 mit einer bevorzugten Ausführungsform der Übertragungsleitung in treuem Maßstab.

Das Bezugszeichen 10 in den Fig. 1 und 2 bezeichnet einen Ofenraum in einem Mikrowellenofen, welcher Raum durch eine Bodenplatte 11, eine obere Platte 12, eine Vorderwand 13, eine Rückwand 14 und zwei Seitenwände 15,16 begrenzt wird. Die Vorderwand hat eine nicht dargestellte öffnung, durch die das Innere des Ofenraumes erreichbar ist und die mit einer Tür abgeschlossen werden kann. Wie Fig. 2 zeigt, ist eine Trägerplatte 17 für zu erhitzende Nahrungsmittel im Ofenraum angeordnet und unterhalb dieser Platte 17 befindet sich ein Leitersystem 18 in Form einer Übertragungsleitung vom Mikrostreifenleitertyp mit einem. Metallstift 19. Der Stift 19 erstreckt sich durch eine Öffnung 20 in der Bodenplatte 11 bis in und durch einen Wellenleiter 21, der auf der Unterseite der Bodenplatte 11 angeordnet ist. Auf dem gegenüberliegenden Ende des Wellenleiters befindet sich ein Magnetron 22 mit einer Antenne 23, die sich ebenlalls bis in den Wellenleiter erstreckt.

Um eine optimale Kopplung zwischen dem Stift 19 und dem Wellenleiter 21 zu erzielen ist die untere Begrenzungswand des Wellenleiters kegel- oder kuppeiförmig, wie in Fig.2 dargestellt, so daß der Wellenleiter 21 an der Stelle der Kopplung zwischen dem Stift 19 und dem Wellenleiter 2! eine minimale Höhe hat und es nimmt die Höhe des Wellenleiters 21 je nachdem der Abstand von der Kopplungsstelle zunimmt, allmählich zu, während das Stiftende 24, das durch die Unterseite des Wellenleiters 21 hindurchragt, mit der Wand dieses Wellenleiters mittels eines Kurzschlußringes 25 und eines metallenen Flansches 26 kurzgeschlossen wird. Bei der Hindurchführung 27 durch die untere Wand des Wellenleiters 21 ist der Stift 19 auf der Außenseite mit einer isolierenden Teflonschicht bedeckt

Die Wirkungsweise ist nun wie folgt: Wenn das Magnetron 22 erregt wird, wird über die Antenne 23 in den Wellenleiter 21 Mikrowellenenergie geführt, durch diesen Wellenleiter fortgepflanzt und von dem Stift 19 empfangen. Dieser Stift 19 führt die Mikrowellenenergie zu dem zentralen Punkt in dem Leitersystem 18, von woraus diese Energie in dem Leitersystem 18 radial in Auswärtsrichtung unter Abgabe von Energie an die Nahrungsmittel, die sich auf der Trägerplatte 17 in der Mitte des Ofenraumes befinden, übertragen wird. Ein Teil dieser Energie geht unmittelbar in die Nahrungsmittel und ein anderer Teil regt den Ofenraum an, wobei ein Stehwellenmuster in diesem Raum entsteht. Das Leitersystem 18 ist gegenüber dem Stift 19, der den Speisepunkt darstellt, drehsymmetrisch und konzentrisch.

Fig.3 zeigt deutlich, daß das Leitersystem 18 eine zentral angeordnete, kreisrunde metallene Platte 28 enthält mit dem Metallstift 19 in der Mitte und mit einem Vorsprung in vier Metallplatten 29,30,31,32 am Umfang, welche Platten die Form eines Kreissektors haben. Diese sektorförmigen Platten 29—32 definieren Zwischenräume bzw. öffnungen 33, 34, 35, 36, die auch die Form von Kreissektoren aufweisen. In dem dargestellten Beispiel sind die sektorförmigen Platten und d:^ Zwischenräume gleichmäßig über den Umfang verteilt und sie sind von gleicher Größe, d. h. sie beanspruchen je einen Winkel von 45° von dem

gemeinsamen zentralen Punkt O aus gesehen. Die sektorförmigen Metallplatten 29 — 32 werden durch zwei ringförmige Streifenleiter 37 und 38 eingeschlossen, die in dem dargestellten Beispiel auch kreisförmig und in bezug auf den zentralen Punkt O konzentrisch angeordnet sind. Die rngförmigen Leiter 37,38 sind mit den sektorförmigen Metallplatten 29 — 32 durch vier radiale geradlinige Streifenleiter 39, 40, 41, 42 verbunden, die sich von der Mitte der jeweiligen sektorförmigen Metallplatten erstrecken und die mit dem Leiter 37 sowie dem Leiter 38 verbunden sind. Außerdem gibt es kreisbogenförmige Streifenleiter 43, 44, 45, 46, die die sektorförmigen Metallplatten 29-32 an ihrem Umfang miteinander verbinden und ähnliche kreisbogenförmige Streifenleiter 47, 48, 49, 50, die die sektorförmigen Metallplatten 29, 30, 31, 32 etwa in der Mitte dieser Sektoren miteinander verbinden. Die kreisbogenförmigen Streifenleiter 43 — 46 und 47 — 50 bilden zusammen mit dem Material der Metaliplatten 29-32 gleichsam zwei innere, ringförmige Streifenleiter. In dem dargestellten Beispiel liegen all diese ringförmigen Leiter gegenüber dem zentralen Punkt O konzentrisch.

Nach F i g. 3 ist das beschriebene kreissymmetrische Leitersystem 18 derart gegenüber den Wänden des Ofenraumes ausgerichtet, daß die Mittellinie jedes sektorförmigen Raumes 33-36 senkrecht zu einer Ofenraumwand steht. Die sektorförmigen Metaliplatten 29 — 32 sind auf diese Weise nahezu auf jede Ecke des Ofenraumes gerichtet.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: Mikrowellenenergie, die dem Metailstift 19 zugeführt wird, pflanzt sich radial auswärts über das symmetrische Leitersystem fort und gleichzeitig strahlt Energie nach oben, so daß die Energie über das Leitersystem von der Mitte zu dem Umfang ständig abnimmt. Die aufwärts gerichtete Strahlung erfolgt hauptsächlich in den öffnungen zwischen den Platten 29—32, während diese Platten ebenso wie die leitende kreisrunde Platte 28 in der Mitte die Strahlung »abschirmen« und gleichzeitig die Energie nach außen fortpflanzen. Infolge der dargestellten Form des Leitersystems mit einer relativ großen leitenden Platte in der Mitte und leitenden Platten, die nach außen hin breiter werden und Strahlungsöffnungen zwischen denselben bestimmen, die auch in der Auswärtsrichtung breiter werden, wird in diesem Bereich eine Zone mit einer einheitlichen aufwärts gerichteten Strahlung ohne ausgeprägte »kalte« oder »warme« Punkte erhalten (ein »kalter« Punkt genau in der Mitte außer Betracht gelassen). Da die Nahrungsmittel meistens gegenüber dieser Zone und sehr nahe bei dem leitenden System

ίο aufgestellt werden, dringt die Strahlung aus dieser Zone unmittelbar in die Nahrungsmittel und die genannte Zone bindet die sogenannte unmittelbare Strahlungszone oder Nahfeldzone. Die übrige Energie pflanzt sich in Richtung der ringförmigen Außenleiter 37, 38 fort und

is erregt den Ofenraum. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Leitersystems wird auch zwischen der Menge Energie, die in der Nahfeldzone gestrahlt wird und der Menge, die in die Raumfeldzone gestrahlt wird, ein befriedigendes Gleichgewicht erhalten.

Das Leitersystem kann auf geeignete Weise aus nur einem Teil bestehen und aus einer Metallplatte gestanzt werden. Das Leitersystem kann auch aus einer Metallfolie bestehen, die unmittelbar auf der Unterseite der Trägerplatte 17 befestigt wird, beispielsweise durch Verkleben, oder aus einem metallisierten Muster, das auf der Unterseite der Trägerplatte 17 angeordnet wird.

Das strahlende Leitersystem vom Mikrostreifenlei-

tertyp kann im Rahmen der Erfindung verschiedenartig modifiziert werden, dies unter Beibehaltung der gewünschten Eigenschaften der Speiseanordnung. Es ist daher nicht notwendig, daß alle ringförmigen Leiter und metallenen Plattensektoren genau kreisförmig sind, sie dürften aber auch beispielsweise elliptischer Form sein, so daß sie an einen rechtwinkligen Ofenraum besser angepaßt sind. Die Grundform der »Ringe« kann auch rechtwinklig oder quadratisch sein, in welchem Fall die zentrale Platte ebenso wie die Metallsektoren rechtwinklig bzw. quadratisch sein dürften. Um den »kalten« Punkt in der Mitte zu verringern, kann die zentrale Platte 28, gewünschtenfalls mit kleinen Schlitzen versehen sein, was auch für die sektorförmigen Metallplatten gilt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung in Mikrowellenofen zum Zuführen von Energie aus einer Mikrowellenquelle in das Innere eines durch leitende Wände begrenzten Ofenraumes, weiche Speiseanordnung ein nahezu symmetrisches, strahlendes flaches Leitersystem vom Mikrostreifenleitertyp enthält, das sich in dem Ofenraum in der Nähe einer leitenden Erdfläche, vorzugsweise der Bodenwand, des Raumes befindet, und das an einem zentralen Speisepunkt mit der Mikrowellenquelle gekoppelt ist dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Speisepunkt (19), wo Mikrowellenenergie in das Leitersystem (18) geführt wird, auf allen Seiten von einer leitenden Platte (28) umgeben ist, die in der Ebene des Leitersystems liegt und sich am Umfang in einer Anzahl sich radial erstreckender leitender Platten (29—32) fortsetzt, zwischen denen sich Zwischenräume oder Öffnungen (33—36) befinden, die sich nach außen hin verbreiten und daß diese radialen Platten von mindestens einem ringförmigen geschlossenen Leiter (37, 38) umgeben sind, der von den radialen Platten (29 - 32) Energie erhält (Fig. 3).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere Leiter (43—50) enthält, die die radialen Platten (29-32) miteinander verbinden (F i g. 3).

3. Anordnung nach Anspruch 2, in der die zentrale Platte ebenso wie die ringförmigen Leiter kreisförmig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Platten (29-32) und die Zwischenräume (33-36) die Form von Kreissektoren haben, die durch kreisbogenförmige Leiter (43—50) miteinander verbunden sind (F i g. 3).

4. Anordnung nach Anspruch 1—3, in der die Anzahl radialer Platten vier beträgt und der Ofenraum rechtwinklig oder quadratisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitersystem (18) derart angeordnet ist, daß die radialen Platten (29-32) nahezu auf die Ecken des Ofenraumes (IC) gerichtet sind (F i g. 3).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Platten (29-32) und die Zwischenräume (33-36) gleichmäßig über den Umfang verteilt und nahezu gleich groß sind, d. h. daß jeder von ihnen einen Winkel von etwa 45° beansprucht (F i g. 3).

6. Anordnung nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich radial erstreckenden Platten (29-32) eine radiale Verlängerung haben, die größer ist als die halbe radiale Abmessung des äußeren ringförmigen Leiters (37), vorzugsweise etwa entsprechend dem 0,65fachen der genannten radialen Abmessung (F i g. 3).