DE1046219B - Hochfrequenzofen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Öfen, bei denen sich das zu erwärmende oder aus anderen Gründen mit Hochfrequenzenergie zu behandelnde Gut in einem von metallenen Wänden begrenzten Hohlraum befindet, in welchen Energie in Form von hochfrequenter elektrischer Strahlung eingeführt wird. Zu dieser Gattung von Einrichtungen gehören also z. B. die sogenannten Mikrowellenofen, welche zur Erwärmung von Speisen verwendet werden.

Solche Einrichtungen weisen den Nachteil auf, daß sich im Hohlraum ausgeprägte stehende Wellen ausbilden. Daher ist die Energieaufnahme des Gutes stark von seiner Lage im Hohlraum abhängig, und es ist zudem eine befriedigende elektrische Anpassung des Hohlraumes an den Hochfrequenzgenerator namentlich bei geringer Belastung nur schwer zu erzielen.

Es ist bekannt, diesen Nachteil dadurch zu mildern, daß im Hohlraum ein ständig bewegter, z. B. rotierender Körper angeordnet wird, der etwa die Gestalt eines Ventilators annehmen kann. Dieser bewegte Körper beeinflußt die elektromagnetischen Eigenresonanzen des Hohlraumes und bewirkt eine im Mittel gleichmäßigere Verteilung der Hochfrequenzenergie; seine Anwendung stellt jedoch eine Komplikation bei Bau und Betrieb des Ofens dar.

Es ist ebenfalls bekannt, dem Ofen die Hochfrequenzleistung örtlich verteilt zuzuführen und durch passende Gestaltung der JEinfüfarungsschlitze eine bestimmte Polarisation der eingeführten Schwingungen zu erzwingen. Ein Teil der im Ofen reflektierten Leistung gelangt naturgemäß auch hierbei durch die Schlitze zum Generator zurück. Dieser Nachteil kann durch die Anordnung eines Dämpfungswiderstandes zwar gemildert, aber trotz großem Aufwand (Kü'hlung!) nicht beseitigt werden; diese Maßnahme bringt außerdem eine Verkleinerung des Wirkungsgrades mit sich.

Der mehrfach genannte Nachteil mit seinen die Handhabung des Ofens erschwerenden Folgen kann nun auf einfachste Weise dadurch beseitigt werden, daß im Hohlraum Mittel zur Veränderung der Polarisationsrichtung der hochfrequenten Strahlung angeordnet werden, und zwar so, daß die im Hohlraum reflektierten Schwingungen nicht mehr durch die Einführungsstelle entweichen können. Ein Mikrowellenofen gemäß der Erfindung ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Hohlraumes bei mindestens einer seiner Wände ein Polarisationsgitter angeordnet ist, das parallel zur Wand steht und die Polarisationsrichtung der an dieser Wand reflektierten Strahlung gegenüber der Polarisationsrichtung der auf die Wand auftreffenden Strahlung um wenigstens angenähert 90° verändert.

Hochfrequenzofen

Anmelder:

»Patelhold«

Patentverwertungs- & Elektr ο-Holding
A.-G., Glarus (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr, 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 16. April 1957

Dipl.-Ing. Gustav Guanella, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ofens sei an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert. Die Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel den durch rechteckige metallische Wände B, D, W begrenzten Hohlraum, in welchen durch den Wellenleiter L Hochfrequenzenergie eingeführt wird. Die Polarisationsrichtung E₀ der eingeführten Strahlung liegt parallel zur Zeichnungsebene. Nahe der dem Wellenleiter L gegenüberliegenden Wand B des Hohlraumes ist ein Polarisationsgitter G_x angeordnet. Aufbau und Wirkungsweise derartiger Gitter sind an sich wohlbekannt; es sei daher hier lediglich der Vollständigkeit halber daran erinnert, daß sie aus parallel zueinander verlaufenden Leitern bestehen, und daß sie Schwingungen, deren Polarisationsrichtung mit der Leiterrichtung zusammenfällt, reflektieren, während Schwingungen mit senkrecht dazu verlaufender Polarisationsrichtung durchgelassen werden. Im vorliegenden Fall ist die Leiterrichtung gegenüber der Polarisationsrichtung E₀ der eingeführten Strahlung um 45° verdreht, und es ist der Abstand des Gitters G_x von der Wand B gleich einem Viertel der Wellenlänge λ der eingeführten Strahlung oder gleich einem ungeradzahligen Vielfachen dieses AVertes. Am Gitter wird also (s. Fig. 2) die in Leiterrichtung liegende Komponente E₀' der eingeführten Schwingung E₀ reflektiert (-E₀), während die senkrecht dazu liegende Komponente E₀" durchgelassen wird. Diese Komponente erreicht die Wand B, an der sie reflektiert wird (-E₀"). Sie durchsetzt sodann erneut das Gitter G₁. Da sie in-

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zwischen einen um λ/2 (oder ein ungeradzahliges Viel- ^! faches dieses Wertes) längeren Weg zurückgelegt hat als die Komponente E₀, tritt sie oberhalb des Gitters G₁ mit einer Phasenverschiebung von 180° als + E₀" in Erscheinung und vereinigt sich mit der Komponente — Ti₀' zu einer Schwingung E₁, deren Polarisationsrichtung um 90° gegenüber derjenigen der eingeführten Schwingung E₀ verdreht ist.

Es ist nun sehr leicht, diese reflektierte Schwingung vom Hochfrequenzgenerator fernzuhalten. Dazu kann beispielsweise in der Mündung des Wellenleiters L ein Polarisationsgitter G₀ angeordnet sein, welches die eingeführte Schwingung E₀ durchläßt und die um 90^D verdrehte Schwingung E₁ in den Hohlraum zurückreflektiert. Die Leiterrichtung des Gitters G₀ muß also senkrecht zur Polarisationsrichtung E₀ der eingeführten Strahlung stehen. Wird die Hochfrequenzenergie nicht über einen Wellenleiter, sondern etwa über eine Kopplungsschleife oder über einen Dipol eingeführt, so sind besondere Maßnahmen gar nicht ao notwendig, da solche Elemente ohnehin als Empfänger für Schwingungen unempfindlich sind, deren Polarisationsrichtung um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung der abgestrahlten Schwingungen verdreht ist.

Eine wesentliche Verbesserung gegenüber der bisher besprochenen Anordnung läßt sich erzielen, wenn nahe der den Wellenleiter L enthaltenden Wand D, welche zur Wand B parallel liegt, ein weiteres Polarisationsgitter G₂ vorgesehen wird. Seine Leiterrichtung ist um 45~^O gegenüber der Polarisationsrichtung der eingeführten Strahlung verdreht; sie steht also parallel oder senkrecht zu derjenigen des Gitters G₁. Das Gitter G₂ läßt den für die Einführung der Strahlung erforderlichen Querschnitt frei; es ist im übrigen nach den für das Gitter G₁ erläuterten Gesichtspunkten aufgebaut und angeordnet. Es ist leicht einzusehen, daß die auf das Gitter G₁ auftreffende Schwingung E₁ eine erneute Drehung ihrer Polarisationsrichtung um 90° erfährt. Der Schwingungsvorgang im Hohlraum setzt sich dann aus zwei in entgegengesetzter Richtung fortlaufenden Wellen zusammen, deren Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen. Die in Fig. 1 von oben nach unten laufende Welle ist also parallel zur Zeichnungsebene (E₀), die von unten nach oben laufende Welle.senkrecht dazu polarisiert (.E₁). Diese beiden Wellen können sich also nicht zu einer stehenden Welle vereinigen. Es fehlen daher im Hohlraum Stellen mit extrem großen oder extrem kleinen Energiedichten, wodurch die Einwirkung der Hodhfrequenzenergie auf das Gut praktisch nicht mehr von dessen Lage im Hohlraum abhängt. Die Rückwirkung der Vorgänge im Hohlraum auf den Hochfrequenzgenerator und damit die eingangs erwähnten Anpassungsschwierigkeiten sind ebenfalls weitgehend beseitigt. Bei gewissen Gütern mit besonderer Beschaffenheit oder Gestalt wirkt sich zudem noch die Tatsache vorteilhaft aus, daß gleichzeitig Wellen mit verschiedenen Polarisationsrichtungen auf sie einwirken.

Es kann aus konstruktiven Gründen von Vorteil sein, wenn die Leiterrichtungen der Gitter G₁ und G₂ parallel zu den Seitenwänden W des Hohlraumes verlaufen. Dann ist die Polarisationsrichtung des die Energie einführenden Elementes (Wellenleiter, Koppelschleife oder Dipol) um 45° aus der in Fig. 1 gezeigten Lage zu verdrehen. Der Grundriß des Hohlraumes kann quadratisch oder, wie in Fig. 1 gezeigt, rechteckig sein. Die Erfindung ist aber natürlich keineswegs auf Hohlräume von viereckigem Querschnitt beschränkt, sondern sie läßt sich ebensogut beispielsweise auch in zylindrischen Hohlräumen anwenden.

Wird übrigens das Polarisationsgitter G₁ nicht im oben angegebenen Abstand von der Wand B angeordnet, sondern beispielsweise im Abstand 2/8, so ist die nach oben laufende reflektierte Welle zirkulär polarisiert. Bei entsprechender Anordnung des Polarisationsgitters G₂ entsteht wiederum eine nach unten laufende linear polarisierte Welle. Wenn auch die oben angeführten Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahme bei einer derartigen Anordnung nicht mehr in vollem Umfang eintreten, so kann diese Anordnung doch unter bestimmten Umständen, etwa bei beschränktem Platz, zweckmäßig sein.

Sehr nützlich kann in gewissen Fällen auch eine Anordnung sein, in welcher der Abstand wenigstens eines Polarisationsgitters von der zugeordneten Wand veränderbar ist. Es ist dann möglich, die optimalen Bedingungen, etwa im Hinblick auf ein Minimum der auf den Hochfrequenzgenerator zurückwirkenden Energie, im Betrieb einzustellen.

An Stelle der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Polarisationsgitter aus parallelen Leitern können natürlich auch andere Mittel zur Veränderung der Polarisationsrichtung vorgesehen werden, so beispielsweise parallel zueinander verlaufende Streifen aus Material mit hoher Dielektrizitätskonstante. In jedem Falle kann ein Gitter als Träger für das Gut ausgebildet sein.

Der Erfindungsgedanke kann auch dann mit Vorteil Anwendung finden, wenn Energie aus einem oder auch-aus mehreren Hochfrequenzgeneratoren an mehreren Stellen in den Hohlraum eingeführt wird. In einer Einrichtung nach Fig. 1 wäre dazu· z. B. ein zweiter Wellenleiter vorzusehen, der in der Wand B mündet und der eine Schwingung einführt, deren Polarisationsrichtung senkrecht zur Zeichnungsebene (d. h. senkrecht zu E₀ und daher parallel zu E₁) steht. Auch in diesem Falle setzt sich der Schwingungsvorgang im Hohlraum aus zwei in entgegengesetzter Richtung fortlaufenden Wellen zusammen, deren Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen. Bei Speisung durch zwei voneinander unabhängige Hochfrequenzgeneratoren ist jede dieser Wellen aus zwei Komponenten zusammengesetzt, deren Frequenzen im allgemeinen etwas voneinander verschieden sein werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzofen, bei dem sich das zu behandelnde Gut in einem von metallenen Wänden begrenzten Hohlraum befindet, in welchen Energie in Form von hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Hohlraumes bei mindestens einer seiner Wände ein Polarisationsgitter angeordnet ist, das parallel zur Wand steht und die Polarisationsrichtung der an dieser Wand reflektierten Strahlung gegenüber der Polarisasationsrichtung der auf die Wand auftreffenden Strahlung um wenigstens angenähert 90° verändert.

2. Hochfrequenzofen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der der Einführungsstelle der Hochfrequenzleistung gegenüberliegenden Wand und im Abstand von wenigstens angenähert (2n— 1)·Λ/4 von dieser Wand ein aus zueinander parallel liegenden

Leitern bestehendes Polarisationsgitter angeordnet ist, dessen Leiterrichtung um 45° gegenüber der Polarisationsrichtung der eingeführten Strahlung verdreht ist (λ=Wellenlänge der Strahlung, η=ganze Zahl).

3. Hochfrequenzofen nach Anspruch 2, bei dem die Energieeinführung über einen Wellenleiter erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß auch in der Mündung des Wellenleiters ein Polarisationsgitter angeordnet ist, dessen Leiterrichtung senkrecht zur Polarisationsrichtung der eingeführten Strahlung steht.

4. Hochfrequenzofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch parallel zu der die Einführungsstelle der Hochfrequenzenergie enthaltenden Wand und im Abstand (2n— 1) · A/4 von dieser Wand ein Polarisationsgitter angeordnet ist, dessen Leiterrichtung um 45° gegenüber der Polarisationsrichtung der eingeführten Strahlung verdreht ist.

5. Hochfrequenzofen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Polarisationsgitters von der Wand veränderbar ist.

6. Hochfrequenzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hochfrequenzenergie an zwei Stellen eingeführt wird, die in zwei zueinander parallelen Wänden des Hohlraumes liegen, wobei die Polarisationsrichtungen der eingeführten Schwingungen aufeinander senkrecht stehen und daß parallel zu jeder dieser Wände ein Polarisationsgitter angeordnet ist, dessen Leiterrichtungen um 45° gegenüber den Richtungen der eingeführten Schwingungen verdreht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-PatentBch.rift Nr. 2 704 802.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen