DE1615509A1

DE1615509A1 - Microwave heating device

Info

Publication number: DE1615509A1
Application number: DE19681615509
Authority: DE
Inventors: Black Rexford Edward
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1967-03-20
Filing date: 1968-03-16
Publication date: 1970-05-21
Also published as: GB1194434A; FR1557372A; US3526737A

Description

DIPL-INCt. IL MARSCH 4düsseidorf, 15.3.1968DIPL-INCt. IL MARSCH 4düsseidorf, March 15, 1968 PATENTANWALT I.INDBMANN8TRASSB 81PATENT Attorney I.INDBMANN8TRASSB 81

TELEFON 67 29 46TELEPHONE 67 29 46

Beschreibung zum Patentgesuchdescription to the patent application

der Varian Associates, 6ll Hansen Way, Palo Alto, California/USAof Varian Associates, 6ll Hansen Way, Palo Alto, California / USA

betreffend:
"Mikrowellenheizeinrichtung"concerning:
"Microwave heating device"

Die Erfindung betrifft eine Mikrowelle'nheizeinriehtung, und zwar insbesondere eine solche/ bei der zwecks gleichmäßigerer Verteilung der elektromagnetischen Felder im Arbeitsbereich der Modus des Feldes geändert wird.The invention relates to a microwave heating unit, and in particular one such / for the purpose of more uniform Distribution of electromagnetic fields in the working area of the Mode of the field is changed.

Beim Erhitzen von Material mittels Mikrowellenenergie ist es üblich, das Werkstück einem' elektromagnetischen Feld auszusetzen, das sich in einem angeregten Resonanzgehäuse ausbildet. Um eine gleichmäßige Erhitzung des Werkstücks zu erzielen, besonders bei, solchen, die Abmessungen in der Größenordnung der freien Wellenlänge der Anregungsenergie aufweisen, wird das Resonanzgehäuse so aufgebaut, daß eine Vielzahl von Feldintensität sverteilungen - oder Modus - angeregt werden können. Eine solche Ausbildung wird gewöhnlich als MuItimodus-Resonanzgehäuse oder Multimodus-Mikrowellenresqnator bezeichnet. Infolge einer periodischen Änderung der Feldintensitätsverteilung, d.h. durch Wandeln des Modus, wird die gesamte allen Bereichen des Resonators zugeführte Heizenergie gleichmäßiger verteilt, so daß sich auch eine gleichmäßigere Erhitzung des Werkstücks ergibt. · "When material is heated by means of microwave energy it is common practice to expose the workpiece to an 'electromagnetic field, which is formed in an excited resonance housing. To achieve even heating of the workpiece, especially in those that have dimensions in the order of magnitude of the free wavelength of the excitation energy the resonance housing constructed to accommodate a variety of field intensities distributions - or mode - can be excited. Such a design is usually called a multi-mode resonance enclosure or multimode microwave resonator. As a result a periodic change in the field intensity distribution, i.e. by changing the mode, the whole is all areas The heating energy supplied to the resonator is distributed more evenly, so that the workpiece is also heated more evenly results. · "

Verschiedene mechanische und elektronische Methoden wurden angewandt, um die periodische Änderung der Feldverteilung zu bewirken. Elektronische Moduswandlungsverfahren umfassen entweder die Modulation der Anregungsfrequenz aus der Mikrowellenquelle oder die Verwendung mehrerer Eingänge in den Resonator. DadurchVarious mechanical and electronic methods have been used to effect the periodic change in the field distribution. Electronic mode conversion methods include either modulating the excitation frequency from the microwave source or the use of multiple inputs into the resonator. Through this

s - 2 -s - 2 -

009*21/0.9*3009 * 21 / 0.9 * 3

wird entweder die Quelle kompliziert,oder es ergeben sich Schwierigkeiten bei der Anordnung der Eingangswellenleitung relativ zum Resonator.Either the source becomes complicated or difficulties arise in arranging the input waveguide relative to the resonator.

Bezüglich der mechanischen Moduswandler kann man grundsätzlich von zwei Typen sprechen: Der erste Typ weist eine bewegliche Antenneneinspeisung auf, während bei dem anderen Typ die Geometrie des Resonators, wie sie sich dem elektromagnetischen Feld darbietet, geändert wird. Der erste Typ hat sich als recht ungünstig erwiesen, da der Einspeisungswellenleiter in Verbindung mit der beweglichen Antenne eine außerordentlich aufwendige Konstruktion besitzen muß um zu verhindern, daß reflektierte Mikrowellenenergie in zerstörerischem Maße die Mikrowellenenergiequelle erreicht.With regard to the mechanical mode converter, one can basically speak of two types: The first type has a movable antenna feed, while the other type changes the geometry of the resonator as it is presented to the electromagnetic field. The first type has proven to be quite inconvenient because the feed waveguide in conjunction with the movable antenna must have an extremely complex construction to prevent reflected microwave energy from reaching the microwave energy source in a destructive manner.

Die Änderung der Resonafcor-geometrie ist auf einer Anzahl von verschiedenen Wegen vorgenommen worden. Es sind beispielsweise Resonatoren gebaut worden mit deformierbaren Wandungen, deren Bewegung eine Änderung der Geometrie bewirkte. Diese Anordnungen besitzen den Nachteil, daß sie komplizierte Primärantriebe für die Bewegung der Wandungen benötigen, mit denen eine schnelle Feldänderung nicht erzielbar ist, wobei zusätzlich Reflektionen auftreten, wie sich aus der Ablesung am Ausgangsleistungsmesser ergibt, der solche Reflektionen als Änderungen der Ausgangsleistung der Quelle anzeigt.The change in Resonafcor geometry is on a number has been undertaken in various ways. For example, resonators have been built with deformable walls, whose movement caused a change in geometry. These arrangements have the disadvantage that they are complicated primary drives need for the movement of the walls with which a rapid field change is not achievable, with additional Reflections occur, as can be seen from the reading on the output power meter indicating such reflections as changes in the output power of the source.

Es sind auch hin- und hergehende oder umlaufende elektrisch leitende Bauteile innerhalb des Resonators angeordnet worden, um eine Änderung der Feldgeometrie zu bewirken. Beide besitzen Vorteile gegenüber den Anordnungen mit verformbaren Wandungen. Die umlaufenden Moduswandler können dabei eine schnellere Feldänderung bewirken als die hin- und hergehenden; sie sind ihnen deshalb überlegen, auch weil sie weniger komplizierte Primärantriebe erfordern. Leider besitzen jedoch die bekannten Typen umlaufender Moduswandler unerwünschte Eigenschaften, die, wenn man sie vermeiden könnte, ihren Wert erheblich zu steigern vermöchten.There are also reciprocating or rotating electrical conductive components have been arranged within the resonator to to cause a change in the field geometry. Both have advantages compared to the arrangements with deformable walls. The rotating mode converter can change the field more quickly effect than those who go back and forth; they are superior to them also because they are less complicated primary drives require. Unfortunately, however, the known types of orbiting mode converters have undesirable properties that when used could avoid increasing their value significantly.

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Sie weisen nämlich vor allem gewöhnlich eine Mehrzahl von heraUsragenden Teilen auf j wie zum Beispiel Flügel. Sie sind deshalb bei der Anwendung gefährlich,'da sie beim Umlauf bei Berührung die Bedienungspersonen verletzen können. .Weiterhin sind sie viel schwieriger zu reinigen als die durchgehenden Oberflächen von beispielsweise hin- und hergehenden Typen von Moduswandlern. Außerdem bewirken sie häufig beim Umlauf Luftströmungen' innerhalb .des Resonators. Solche Luftströmungen sind in vielen Fällen unerwünscht z.B. dann wenn das Gewicht der Werkstücke innerhalb des Resonators während der Erhitzung laufend genau kontrolliert wird,Above all, they usually have a large number of outstanding ones Divide on j such as wings. You are therefore Dangerous in use, as they are touched when rotating could injure operators. They are still much more difficult to clean than the continuous surfaces of, for example, reciprocating types of mode converters. In addition, they often cause air currents to circulate within . of the resonator. Such air currents are undesirable in many cases E.g. if the weight of the workpieces is within the The resonator is continuously and precisely controlled during heating,

Es 1st die Aufgabe der Erfindung, eine Mikrowellenheizeinrlchtuhg zu schaffen, In der das eingebrachte Werkstück gleichmäßig beheizt wird, Indem die FeldgeOmetrie mechanisch geändert ;1 wird mit einem umlaufenden Moduswandler in einem MuItimodus-Resonator. Dabei soll die Berührurigsgefahr verringertwerden, und der Moduswandler soll zugleich leicht zu reinigen sein. Der umlaufende Moduswandler kann - gemäß einer Weiterbildung der Erfindung - so ausgebildet sein, daß er statisch und dynamisch ausgewuchtet und stabil 1st. Mit der Mikrowellenhelζeinrichtung gemäß der Erfindung können Werkstueke beheizt werden, deren Abmessungen In der Größenordnung vonK , der freien Wellenlänge der Anregungsenergie liegen.The object of the invention is to create a microwave heating device in which the introduced workpiece is heated uniformly by mechanically changing the field geometry; 1 is provided with a rotating mode converter in a multi-mode resonator. The risk of contact should be reduced and the mode converter should be easy to clean at the same time. According to a further development of the invention, the rotating mode converter can be designed in such a way that it is statically and dynamically balanced and stable. With the Microwave Helζeinrichtung according to the invention, workpieces can be heated, the dimensions of which are in the order of magnitude of K , the free wavelength of the excitation energy.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Mikrowellenheizelnrichtung vorgeschlagen, bei der die oben geschilderten Nachteile vermieden sind. Ausgehend von einer Mikrowellenheizeinrichtung mit einem eine Kammer bildenden Multimodüs-Resonanzgehäuse für die Beheizung eingebrachter Werkstücke mittels Anregung durch eine Mikrowellenenergiequelle, ist der Gegarstand der Erfindung gekennzeichnet durch ein innerhalb der Kammer drehbar angeordnetes Blechteil als Mpduswandler aus einem elektromagnetische Felder reflektierenden Material mit einer umlaufenden Oberfläche, von welchem Blechteil mindestens ein Abschnitt unter einem Winkel gegen eine der Gehäusewandungen geneigt angeordnet ist und welches Blechteil mittig drehbar gelagert ist.To solve this problem is according to the invention a Microwave heating proposed in which the above Disadvantages are avoided. Starting from a microwave heating device with a chamber forming Multi-mode resonance housing for heating introduced Workpieces by means of excitation by a microwave energy source, the Gegarstand of the invention is characterized by a Sheet metal part rotatably arranged within the chamber as an Mpdus converter from an electromagnetic field reflecting Material with a circumferential surface, of which sheet metal part at least one section at an angle against one of the housing walls is arranged inclined and which sheet metal part is rotatably mounted in the center.

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Die Vorteile des umlaufenden Moduswandlers bleiben dabei erhalten. Da er aber gemäß der Erfindung eine durchgehende Oberfläche aufweist, kann er leicht gereinigt werden. Dies Ist wichtig insbesondere in solchen Fällen, wenn das zu erhitzende/ Werkstück beim Erhitzen Material abspaltet, z,B. bei öfen für die Erwärmung von Speisen. Der Moduswandler, der gemäß den Lehren der Erfindung ausgebildet ist, bietet dabei auch bei seinem Umlauf im wesentlichen eine glatte Oberfläche dar, so daß die Gefahr bei Berührung weltgehend eingeschränkt ist.The advantages of the rotating mode converter remain obtain. But since he has a continuous surface according to the invention it can be cleaned easily. This is particularly important in cases where the material to be heated / Workpiece splits off material when heated, e.g. at ovens for the heating of food. The mode converter, which is designed according to the teachings of the invention, also offers its circulation is essentially a smooth surface, so that the risk of contact is limited worldwide.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.The invention is described in detail below with reference to the accompanying drawings.

W PIg. 1 ist die Vorderansicht einer Mikrowellenheizein- W PIg. 1 is the front view of a microwave heating unit

richtung"gemäß der Erfindung;direction "according to the invention;

PIg. 2 zeigt einen Schnitt parallel zur Vorderansicht nach Pig. I;PIg. 2 shows a section parallel to the front view after Pig. I;

Fig. 3 stellt einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch den Moduswandler dar, et^wa gemäß Linie 3-3 in PIg. 2;Fig. 3 shows a longitudinal section on an enlarged scale by the mode converter, e.g. according to line 3-3 in PIg. 2;

Pig. k zeigt einen ähnlichen Schnitt wie Pig. 3 durch einen abgewandelten Moduswandler undPig. k shows a section similar to Pig. 3 by a modified mode converter and

Pig. 5 ist ein Schnitt ähnlich dem nach Fig. 3 durch eine weitere Ausführungsform des Moduswandlers für die Mlkrowellenheizeinrichtung nach der Erfindung.Pig. 5 is a section similar to that of FIG. 3 through another embodiment of the mode converter for the microwave heating device according to the Invention.

Die Mikrowellenhelzelnrichtung nach den Pig, 1 bis 3 umfaßt ein Multimodus-Mikrowellen-Resonanzgehäuse 11 aus Aluminium öder einem anderen leitenden Material, Das Resonanzgehäuse 11 bildet eine Kammer 12 für die Aufnahme eines mittels Mikrowellerienergle zu erwärmenden Werkstücks. Die Größe und Konfiguration der Kammer 12 werden so gewählt, daß eine große Anzahl unterschiedlicher elektromagnetischer FeldverteilungenThe microwave direction according to Pig, 1 to 3 comprises a multi-mode microwave resonance housing 11 from Aluminum or some other conductive material, the resonance housing 11 forms a chamber 12 for receiving a means Microwave gel to be heated workpiece. The size and Configuration of the chamber 12 are chosen so that a large Number of different electromagnetic field distributions

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BADORlGiNAI.BADORlGiNAI.

darin ausgebildet werden können. Pur die Behitezung des Werkstücks . wird das Resonanzgehäuse 11 mit seiner Eingangswellenleitung'13 über einen Wellenleiter l6 an einen Mikrowellengenerator 14 angekoppelt. Dieser erzeugt eine geeignete Hochfrequenz, wie z.B. 2450 MHz, für die Erregung des Resonanzgehäuses 11.can be trained therein. Pure heating of the workpiece . becomes the resonance housing 11 with its input shaft line'13 coupled to a microwave generator 14 via a waveguide 16. This generates a suitable high frequency, such as 2450 MHz, for the excitation of the resonance housing 11.

Um die elektromagnetische Feldverteilung innerhalb der Kammer 12 zu verändern und dadurch eine gleichmäßigere Aufheizung des Werkstücks zu bewirken, ist in der Kammer 12 ein Moduswandler 17 drehbar angeordnet. Gemäß der Erfindung besteht er aus einem Blechteil aus einem Material, das elektromagnetische Felder zu reflektieren vermag, beispielsweise aus Aluminium, und weist eine durchgehende Oberfläche 18 auf. Für die Drehung ist der Modus- | wandler so angeordnet, daß mindestens ein Abschnitt 19 seiner durchlaufenden Oberfläche 18 gegen die Wandung 21 des Resonanzgehäuses 11 während mindestens eines Teils seines Umlaufs geneigt ist. Das Blechteil kann um eine Achse 22 rotieren derart, daß die Orientierung des von der Projektion des Blechteils auf die Wandung definierten Volumens innerhalb der Kammer während des Umlaufs sich ändert. Wenn der Moduswandler umläuft, um die Orientierung des so definierten Volumens relativ zu der Kammer zu ändern, wirkt dies auf das in der Kammer ausgebildete elektromagnetische Feld als eine Änderung der Geometrie, der Kammer 12. Demzufolge ändert sich auch die Feldverteilung innerhalb der Kammer und nimmt verschiedsie Modus an. Durch die Sndeang des Modus erzielt man eine gleichmäßigere Verteilung der elektromagnetischen Energie innerhalb . t der Kammer 12. Je gleichmäßiger die Energieverteilung ist, desto gleichmäßiger ist auch die Erwärmung des Werkstücks. Eine sehr gleichmäßige elektromagnetische Energieverteilung läßt sich durch eine große Anzahl von Moduswechseln ermöglichen. Aus · diesem Grund sollte der Moduswandler 17 so aufgebaut sein, daß die Abmessungen des Abschnit.ts 19 der durchgehenden Oberfläche 18 mindestens Λ//2 betragen.To the electromagnetic field distribution within the Changing chamber 12 and thereby causing more uniform heating of the workpiece is a mode converter in chamber 12 17 rotatably arranged. According to the invention, it consists of a sheet metal part made of a material that has electromagnetic fields capable of reflecting, for example made of aluminum, and has a continuous surface 18. The mode for rotation is | transducer arranged so that at least a portion 19 of its continuous surface 18 inclined against the wall 21 of the resonance housing 11 during at least part of its revolution is. The sheet metal part can rotate about an axis 22 such that the Orientation of the volume defined by the projection of the sheet metal part on the wall within the chamber during the rotation changes. When the mode converter revolves to change the orientation of the volume so defined relative to the chamber, it does so on the electromagnetic field formed in the chamber as a change in the geometry of the chamber 12. As a result, the field distribution within the chamber also changes and takes it differently Mode on. The sander of the mode achieves a more uniform one Distribution of electromagnetic energy within. t the chamber 12. The more even the energy distribution, the more The heating of the workpiece is also more even. A very uniform electromagnetic energy distribution can be through a large number of mode changes. For this reason, the mode converter 17 should be constructed so that the dimensions of section 19 of continuous surface 18 be at least Λ // 2.

Obwohl gemäß den Lehren der Erfindung der Moduswandler 17 die verschiedensten Formen besitzen kann, hat sich doch dieAlthough the mode converter 17 can have the most varied of forms, but the

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Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 als besonders vorteilhaft in der Praxis erwiesen. Der Moduswandler 17 in den Pig. 2 und 3 besteht aus einem festen runden scheibenförmigen Körper aus etwa 1.1/2 mm dickem Aluminiumblech lit einem Mittelabschnitt 23 und mindestens zwei Segmenten 24,26. Um den Umlauf des scheibenförmigen Moduswandlers 17 unter den Bedingungen der dynamischen Stabilität zu erleichtern, ist er so konstruiert, daß er aus mindestens zwei identischen Sektoren besteht, die jeweils eines der Segmente 24,26 enthalten. In der Zwei-Sektor-Ausbildung nach Pig. 2 und 3 liegen die Segmente 24 und 26 einander diametral gegenüber. Die Segmente 24 und 26 sind bei 27 bzw. 28 gegen die Wandung 21 des Mikrowellenresonanzgehäuses 11 abgewinkelt, so daß die so definierten Oberflächen 19 nahe der Wandung 21 mit dieser jeweils einen Winkel θ einschließen.Embodiment according to FIGS. 2 and 3 as particularly advantageous in the Proven in practice. The mode converter 17 in the Pig. 2 and 3 consists of a solid round disc-shaped body of about 1.1 / 2 mm thick aluminum sheet with a central section 23 and at least two segments 24,26. Around the circumference of the disk-shaped mode converter To facilitate 17 under the conditions of dynamic stability, it is constructed in such a way that it consists of at least consists of two identical sectors, each containing one of the segments 24, 26. In the two-sector training after Pig. 2 and 3, the segments 24 and 26 are diametrically opposite one another. Segments 24 and 26 are opposed at 27 and 28, respectively the wall 21 of the microwave resonance housing 11 is angled so that the surfaces 19 thus defined close to the wall 21 with these each enclose an angle θ.

Vorzugsweise ist der Moduswandler drehbar so angeordnet, daß sein Zentrum mit der Drehachse 22 zusammenfällt und sein Mittelabschnitt 23 sich in einer Ebene senkrecht zu dieser erstreckt. Auf diese Welse wird der Moduswandler 17 dynamisch stabil, was die Drehanordnung erheblich vereinfacht.Preferably, the mode converter is rotatably arranged so that that its center coincides with the axis of rotation 22 and its central portion 23 is in a plane perpendicular to this extends. In this way, the mode converter 17 becomes dynamically stable, which considerably simplifies the rotary arrangement.

Der Moduswandler 17 wird durch einen Antriebsmotor 19 in Umdrehung versetzt, der außerhalb des Mikrowellenresonanzgehäuses 11 angeordnet ist. Die Drehbewegung wird von dem Motor 29 zum Moduswandler 17 Über eine Zwischenwelle 31 über- w tragen, die sich durch eine öffnung 32 der Wandung 21 erstreckt. Ein T-förmiges Nabenteil 33 ist mittels Schrauben 34 am Mittelabschnitt 23 des scheibenförmigen Moduswandlers 17 so befestigt, daß die Schrauben durch den Mittelabschnitt 23 in den Nabenteil eingeschraubt sind. Der Portsatz 36 des Nabenteils 33 bildet eine Hülse 37 für die Aufnahme der Zwischenwelle 31; diese ist in der Hülse 37 mittels einer Madenschraube 38 gesichert. Als Unterstützung für die lange Zwischenwelle 31 ist ein Lagergehäuse 39 vorgesehen, das in axialem Abstand Drehlager 4l enthält. Das Lagergehäuse 39 iefc wird mittels Schrauben 42 an seinem Platz gehalten, die in eine beispielsweise mittels Lichtbogenschweißung an der Wandung 21 befestigte tragplatte 43 eingeschraubt sind.The mode converter 17 is set in rotation by a drive motor 19 which is arranged outside the microwave resonance housing 11. The rotational movement is exceeded, an intermediate shaft 31 by the motor 29 to the mode converter 17 About w wear, which extends through an opening 32 of the wall 21st A T-shaped hub part 33 is fastened by means of screws 34 to the central section 23 of the disk-shaped mode converter 17 in such a way that the screws are screwed through the central section 23 into the hub part. The port set 36 of the hub part 33 forms a sleeve 37 for receiving the intermediate shaft 31; this is secured in the sleeve 37 by means of a grub screw 38. To support the long intermediate shaft 31, a bearing housing 39 is provided, which contains pivot bearings 4l at an axial distance. The bearing housing 39 iefc is held in place by means of screws 42 which are screwed into a support plate 43 fastened to the wall 21, for example by means of arc welding.

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Da die öffnung 32 in der Wandung 21 so angeordnet ist, daß die Zwischenwelle 31 sich nach außerhalb von dem Resonanzgehäuse erstrecken kann, könnte elektromagnetische Energie aus ' dem Resonanzgehäuse entweichen und an die Umgebung verlorengehen. Bei Durchführen der Erwärmung mit erheblichen Leistungen ist solche entweichende Energie oftmals gefährlich. Um das Entweichen der Energie zu verhindern_s ist ein Kurz-schlußstumpf 44 mit der Länge einer Viertelwellenlänge vorgesehen. Der Kurzschlußstumpf 44 umfaßt im einzelnen ein T-förmiges leitendes Teil mit einem Längsabschnitt 46 und einem Rohrabschnitt 47. Der £ängsabschnitt 46 ist an der Innenseite der Wandung 21 mit Schrauben 48, die in die Tragplatte 43 durch die Wandung 21 hindurch eingeschraubt sind, befestigt. Der Rohrabschnitt 47 erstreckt sich vom Längsabschnitt '46 ins Innere des Resonanzgehäuses 11 und bildet zusammen mit dem Längsabschnitt 46 einen Durchlaß 49 für die Zwischenwelle 31· Die Länge des Rohrabschnitt s 47 wird zu Λ//4 der verwendeten Wellenlänge gewählt, so daß die Ausbreitung elektromagnetischer Energie durch den Durchlaß 49 und damit durch die öffnung 32 nach außerhalb von dem Resonanzgehäuse verhindert wird.Since the opening 32 is arranged in the wall 21 such that the intermediate shaft 31 can extend outside of the resonance housing, electromagnetic energy could escape from the resonance housing and be lost to the environment. If the heating is carried out with considerable power, such escaping energy is often dangerous. To prevent the escape of the energy _S is a short-circuit butt 44 is provided with the length of a quarter wavelength. The short-circuit stump 44 comprises in detail a T-shaped conductive part with a longitudinal section 46 and a pipe section 47. The longitudinal section 46 is attached to the inside of the wall 21 with screws 48 which are screwed into the support plate 43 through the wall 21 . The pipe section 47 extends from the longitudinal section 46 into the interior of the resonance housing 11 and, together with the longitudinal section 46, forms a passage 49 for the intermediate shaft 31. The length of the pipe section 47 is chosen to be Λ // 4 of the wavelength used, so that the propagation electromagnetic energy through the passage 49 and thus through the opening 32 to the outside of the resonance housing is prevented.

Wenn der Moduswandler 17 vom Motor 29 in Umdrehung versetzt wird, durchläuft die elektromagnetische Feldverteilung eine Folge unterschiedlicher Modus. Die Anzahl der Zyklen der Modusfolge pro Umlauf des Moduswandlers 17 ist gleich der Anzahl sich wiederholender kongruenter Orientierungen bezüglich der Wandung 21, die der Moduswandler 17 während eines Umlaufs einnimmt. Bei einem aus einer Mehrzahl einander identischer Sektoren aufgebauten Moduswandler, etwa bei dem Moduswandler mit den beiden I80°-Sektoren in der Ausführungsform nach Flg. 2 und 3, ist die Anzahl der Zyklen der Modusfolge pro Umlauf gleich der Anzahl einander identischer Sektoren, aus denen der Moduswandler aufgebaut ist. Danach ist die Geschwindigkeit, mit der sich die elektromagnetische Feldverteilung ändert, beeinflußt sowohl durch die Drehzahl des Moduswandlers 17 als auch durch die Anzahl der Wiederholungen kongruenter Orientierungen, die der Moduswandler während einer einzigen UmdrehungWhen the mode converter 17 is set by the motor 29 in rotation the electromagnetic field distribution goes through a sequence of different modes. The number of cycles of the mode sequence per revolution of the mode converter 17 is equal to the number of repetitive congruent orientations with respect to the wall 21, which the mode converter 17 assumes during one revolution. In the case of one composed of a plurality of identical sectors Mode converter, for example the mode converter with the two I80 ° sectors in the embodiment according to Flg. 2 and 3, is the number of cycles the mode sequence per cycle is equal to the number of identical sectors from which the mode converter is constructed. After that is the Speed with which the electromagnetic field distribution changes, influenced both by the speed of the mode converter 17 and by the number of repetitions of congruent orientations, that of the mode converter during a single revolution

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tinnimmt. Um Jedoch sicherzustellen, daß eine große Anzahl iron Moduswechseln stattfindet und damit eine Im wesentlichen gleichförmige elektromagnetische Energieverteilung Innerhalb [ der Kamer 12, müssen die Abmessungen der Sektoren innerhalb Λ./2 ι der Anregungsenergie betragen. Deshalb müßte, um eine gleichmäßige elektromagnetische Energieverteilung zu verwirklichen, ein Moduswandler mit einer größeren Anzahl identischer Sektoren wahrscheinlich größer und damit auch massiver sein als einer, der aus wenigen identischen Sektoren gleicher Konfiguration besteht.is tinned. However, to ensure that a large number iron mode switching takes place and thus an essentially Uniform electromagnetic energy distribution Within [the camera 12, the dimensions of the sectors must be within Λ. / 2 ι the excitation energy. Therefore, in order to achieve a uniform electromagnetic energy distribution, a mode converter with a larger number of identical sectors is likely to be larger and therefore more massive than one, which consists of a few identical sectors with the same configuration.

Wie bereits bemerkt, kann der Moduswandler 17 in den ver- , schledensten Konfigurationen ausgeführt werden. Die Flg. 4 undAs already noted, the mode converter 17 can be The most difficult configurations are carried out. The Flg. 4 and

* Illustrieren beispielshalber 'abgewandelte Aus führ ungs formen des Moduswandlers 17» wobei gleiche Bezugszeichen für entsprechende Teile verwendet worden sind. Fig. 4 zeigt einen festen,flachen, scheibenförmigen Moduswandler 17 aus z.B. Aluminium. Er 1st in der Mitte 51 mittels des Nabenteils 33 an der Zwischenwelle ■ befestigt. In Abweichung hiervon kann ein fester, flacher, scheibenförmiger Moduswandler 17 auch exzentrisch bei 52 befestigt sein, wie Fig. 5 zeigt. Im gegensatz zu dem dynamisch stabilen Moduswandler nach Fig. 2 und 3 sind jedoch die Ausführungsformen nach Fig. 4 und 5 dynamisch unstabil, und zwar die Ausführungsform nach Flg. 5 noch mehr als die nach Flg. Wie oben bereits bemerkt, ergeben sich, bei solchen Ausführungs* Illustrate modified embodiments of the Mode converter 17 »where the same reference numerals have been used for corresponding parts. Fig. 4 shows a solid, flat, disk-shaped mode converter 17 made, for example, of aluminum. It is in the middle 51 by means of the hub part 33 on the intermediate shaft ■ attached. As a departure from this, a solid, flat, disk-shaped mode converter 17 can also be attached eccentrically at 52, as FIG. 5 shows. In contrast to the dynamic stable mode converter according to FIGS. 2 and 3, however, the embodiments according to FIGS. 4 and 5 are dynamically unstable, namely the embodiment according to Flg. 5 even more than that according to Flg. As noted above, with such an embodiment formen Komplikationen für den Drehantrieb.form complications for the rotary actuator.

Aus der vorangehenden Beschreibung läßt sich entnehmen, daßftnfolge der durchgehenden Oberfläche die Anordnungen erheblich leichter zu reinigen sind als bekannte Moduswandler mit umlaufenden Teilen. Bezüglich der Sicherheitseigenschaften der umlaufenden Moduswandler gemäß der Erfindung zeigt es sich, daß ein in den Bereich des Moduswandlers gelangender Gegenstand auf eine durchlaufende Oberfläche stößt anstatt auf eine sich quer zu dem Gegenstand bewegende Kante, wie beispielsweise bei den bekannten propellerähnlichen Moduswandlern. Obwohl der exzentrisch befestigte Moduswandler nach Flg. 5 beim umlauf eineFrom the preceding description it can be seen that that the arrangements are significant due to the continuous surface are easier to clean than known mode converters with rotating Share. With regard to the safety properties of the rotating mode converter according to the invention, it is found that a in the The object reaching the area of the mode converter hits a continuous surface instead of a cross edge moving towards the object, as for example in the known propeller-like mode shifters. Although the eccentrically attached mode converter according to Flg. 5 when circulating one

009821/0982 _BADORlelNAL -₉-009821/0982 _BADORlelNAL - ₉ -

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solche Kante darbietet, 1st er doch noch wesentlich ungefährlicher als die bekannten propellerähnlichen Moduswandler mit vielen . Flügeln nach dem Stand der TechnikΓpresents such an edge, it is still much safer than the well-known propeller-like mode converter with many. State-of-the-art wingsΓ

Neben den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Moduswandler sind noch andere Ausführungsformen nach der Erfindung denkbar. Es können angewandt werden beispielsweise Ellipsoide, elliptische Paraboloide, exzentrisch angeordnete Kegelabschnitte, reguläre Paraboloide und Teile von Sphäroiden, Kellformen, polygonale Körper und unrunde Flachteile.In addition to the illustrated and described embodiments of the mode converter, there are also other embodiments according to the invention conceivable. It can be used, for example, ellipsoids, elliptical paraboloids, eccentrically arranged Sections of cones, regular paraboloids and parts of spheroids, kell shapes, polygonal bodies and non-circular flat parts.

In den Fig. 1 bis 3 1st der Moduswandler 17 InnerhalbIn Figs. 1 to 3, the mode converter 17 is inside

eines vollkommen geschlossenen Multimodus-Resonanzgehäuses mit * aufeinander senkrecht stehenden Wandungen angeordnet, das für die schubweise Erwärmung von darin eingebrachten Werkstücken gedacht ist. Das Resonanzgehäuse 11 könnte jedoch auch für den kontinuierlichen Durchlauf von Werkstücken für deren Erwärmung angepaßt werden, indem man geeignete Einlaß- und Auslaßöffnungen für den Transport der Werkstücke durch das Resonanzgehäuse 11 ! hindurch vorsieht. In Abwandlung hiervon könnte das Multimodusresonanzgehäuse auch für die Erregung einer anderen Resonanzanordnung verwendet werden, in der die Werkstücke erwärmt werden. Weiterhin können auch Resonanzgehäuse mit Wandungen, die nicht rechtwinklig aufeinander stehen, mit dem Moduswandler 17 kombiniert werden, um von den Vorteilen der erfindungsgemäßen Ausbildung zu profitieren. ' ( a completely closed multimode resonance housing with * walls standing perpendicular to one another, which is intended for the batch heating of workpieces inserted therein. The resonance housing 11 could, however, also be adapted for the continuous passage of workpieces for their heating by providing suitable inlet and outlet openings for the transport of the workpieces through the resonance housing 11! provides through. As a modification of this, the multimode resonance housing could also be used for the excitation of another resonance arrangement in which the workpieces are heated. Furthermore, resonance housings with walls that are not at right angles to one another can also be combined with the mode converter 17 in order to benefit from the advantages of the design according to the invention. '(

Die Resonanzgehäuseanordnung in den Figuren ist ein Ofen für die Erwärmung von Werkstücken. Wie gezeigt, ist das Resonanzgehäuse 11 von rechteckiger Form mit einer sich nach vorn öffnenden -_s Tür 53, die bei 5^ angelenkt ist. Wenn es geschlossen ist, sitzt die Tür 53 dicht in der Öffnung zur Kammer 12. Die Tür wird durch eine drehbar gelagerte Stange 56, die mit einer Falle 57 zusammenwirkt, geschlossen gehalten. Um den Einfluß der Plazierung deö Moduswandlers 17 auf die Anzahl der durch den Umlauf-desselben hervorgerufenen Modus minimal zu halten, wird das Resonanzgehäuse 11 symmetrisch belastet, indem die Eingangswellenleitung 13 in der Mitte der Deckwandung 58 des ResonanzgehäusesThe resonance housing arrangement in the figures is an oven for heating workpieces. As shown, the resonant housing 11 is rectangular in shape with a forwardly opening - which is hinged at 5 ^ _s door 53rd When it is closed, the door 53 sits tightly in the opening to the chamber 12. The door is held closed by a rotatably mounted rod 56 which cooperates with a latch 57. In order to minimize the influence of the placement of the mode converter 17 on the number of modes caused by the circulation of the same, the resonance housing 11 is symmetrically loaded by placing the input waveguide 13 in the middle of the top wall 58 of the resonance housing

^; 00982170982 ' ί ^; 00982170982 'ί

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angeordnet wird. Der Einblick ins.Innere der Kamee r "wird durch eine Sichtöffnung 59, die aus der TQr 53 herausgeschnitten 1st, ermöglicht. TJm das Entweichen elektromagnetischer Energie durch die Sichtöffnung 59 zu unterbinden, wird diese durch ein leitendes Haschengitter 6l abgedeckt. Die Querschnittsabmessungen der Offnungen 62 der einzelnen Haschen sind so gewählt, daß sie unterhalb der Abreißwellenlänge X*_e der verwendeten elektromagnetischen Energie liegen.is arranged. The view into the interior of the camera "is made possible by a viewing opening 59 cut out of the TQr 53. To prevent the escape of electromagnetic energy through the viewing opening 59, this is covered by a conductive mesh screen 61. The cross-sectional dimensions of the openings 62 of the individual hooks are chosen so that they are below the tear-off wavelength X * _{e of} the electromagnetic energy used.

Eine Mikrowellenheizeinrichtung gemäß vorliegender Erfindung in konstruktiver Ausbildung nach Flg. 1 bis 3 für den Betrieb mit einer Frequenz von 2450 HHz wies folgende Abmessungen auf: Die Kammer 12 war 60 cm breit, 60 cm tief und 45cm hoch. Der scheibenförmige Moduswandler 17 hatte einen Durchmesser von 22,5 cm Im unabgebogenen Zustand; danach war sein Mittelabschnitt 4,5 cm breit. Die Segmente 24 und 26 waren so abgebogen worden, daß sie einen Winkel θ von 30° bildeten. Bei einer Eingangsleistung von 2500 W und einer Drehzahl des Moduswandlers von 600 Upm wurden in der Mikrowellenheizeinrichtung Zementblöcke mit einem Volumen von 274 cnr und einem Wassergehalt von 5Jt getrocknet. Der Wassergehalt wurde innerhalb von 125 Minuten auf 1,7? herabgesetzt. Diese Aushärtungszelt 1st wesentlich kürzer als bei konventionellen Heißluft-Konvektionsöfen, nämlicfPeinem normalen 24-Stunden-Tag bei 93°C.A microwave heating device according to the present invention in a structural design according to FIG. 1 to 3 for operation at a frequency of 2450 HHz had the following dimensions: The chamber 12 was 60 cm wide, 60 cm deep and 45 cm high. The disk-shaped mode converter 17 had a diameter of 22.5 cm in the undeflected state; thereafter, its central section was 4.5 cm wide. The segments 24 and 26 had been bent so that they formed an angle θ of 30 °. With an input power of 2500 W and a speed of the mode converter of 600 rpm, cement blocks with a volume of 274 cnr and a water content of 5Jt were dried in the microwave heating device. The water content was 1.7? Within 125 minutes. degraded. This curing tent is significantly shorter than with conventional hot air convection ovens, namely a normal 24-hour day at 93 ° C.

Patentansprüche :Patent claims:

BADBATH

009821/0982009821/0982

Claims

-"■« - 16155OS- "■" - 16155OS

PatentansprücheClaims

1) Mikrowellenheizeinrichtung !hit einen eine Kammer bildenden Multiraodus-Resonanzgehäuse für die Beheizung eingebrachter Werkstücke mittels Anregung durch eine Mikrowellenenergiequelle, gekennzeichnet durch ein innerhalb der Kammer (12) drehbar angeordnetes Blechteil (17) als Moduswandler aus einem elektromagnetische Felder reflektierenden Material mit einer tunlaufenden Oberfläche (18), von welchem Blechteil mindestens ein Abschnitt* (19) unter einem Winkel (0) gegen eine der Gehäusewandungen (21) geneigt angeordnet ist und welches Blechteil mittig drehbar gelagert ist. ·1) Microwave heating device! Hit a chamber forming a chamber Multiraodus resonance housing for heating brought in Workpieces by means of excitation by a microwave energy source, characterized by being rotatable within the chamber (12) arranged sheet metal part (17) as a mode converter made of a material reflecting electromagnetic fields with a tunnel running Surface (18), of which sheet metal part at least a section * (19) is arranged inclined at an angle (0) against one of the housing walls (21) and which sheet metal part is rotatably mounted in the center. ·

2) Mikrowellenheizeinrichtung· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Abschnitts (19) mindestens λ? /2 betragen mit λ* als freie Wellenlänge der von der Quelle gelieferten Mikrowellenenergie.2) microwave heating device · according to claim 1, characterized in that the dimensions of the section (19) at least λ? / 2 with λ * as the free wavelength of the microwave energy supplied by the source.

3) Mikrowellenheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen- und Breitenabmessungen des Blechteils mindestens A?/2 betragen.3) microwave heating device according to claim 1, characterized in that the length and width dimensions of the Sheet metal part must be at least A? / 2.

k) Mikrowellenheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechteil eben und scheibenförmig ist. k) microwave heating device according to claim 1, characterized in that the sheet metal part is flat and disc-shaped.

5) Mikrowellenheizeinrichtung nach Anspruch 5 > dadurch gekennzeichnet,'daß das scheibenförmige Blechteil einen Mittelabschnitt (23) und mindestens zwei sich unter einem Winkel von dem Mittelabschnitt wegerstreckende Segmente (24,26) aufweist.5) microwave heating device according to claim 5> characterized in that the disc-shaped sheet metal part has a central section (23) and at least two extend at an angle of having segments (24,26) extending away from the central portion.

6) Mikrowellenheizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialabmessung der Segmente (24,26) mindestens Xr/2 beträgt.6) microwave heating device according to claim 5, characterized in that the radial dimension of the segments (24,26) is at least Xr / 2 .

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?) Mikrowellenheizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Blechteil Paare identischer, sich unter einem Winkel von dem Mittelabschnitt an einander diametral gegenüberliegenden Stellen wegerstreckender Segmente' aufweist, .?) Microwave heating device according to claim 5, characterized in that the disc-shaped sheet metal part pairs of identical, segments extending at an angle from the central section at diametrically opposite locations' having, .

8) Mikrowellenheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanzgehäuse (11) einen Eingangswellenleiter (13) aufweist, der in der Mitte einer seiner Wandungen für die Einkopplung der Mikrowellenenergie und die Anregung des Gehäuses angeordnet 1st.8) microwave heating device according to claim 1, characterized in that the resonance housing (11) has an input waveguide (13) which is in the middle of one of its walls for the coupling of the microwave energy and the excitation of the housing 1st.

• r • r

fc 9) Mikrowellenhelzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanzgehäuse mindestens eine Wandung (21) mit einer ebenen Oberfläche aufweist, gegen die mindestens ein Abschnitt des Blechteils geneigt ist.fc 9) Microwave heating device according to claim 1, characterized in that the resonance housing has at least one wall (21) having a flat surface against which at least a portion of the sheet metal part is inclined.

10) Mikrowellenheizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Moduswandler scheibenförmig ausgebildet ist mit einem Mittelabschnitt (23), der parallel zu der ebenen Oberfläche angeordnet 1st und von dem sich zwei Segmente (24,26) an einander diametral gegenüberliegenden Stellen unter identischen Winkeln (Θ) gegen die Oberfläche geneigt wegerstrecken, und daß die Radialerstreckung der Segmente mindestens gleich ^//2 ist.10) microwave heating device according to claim 9, characterized in that the mode converter is disc-shaped is with a middle section (23) which is arranged parallel to the flat surface and from which two segments (24,26) at diametrically opposite points at identical angles (Θ) extend inclined towards the surface, and that the radial extent of the segments is at least equal to ^ // 2.

P 11) Mikrowellenheizeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Antriebsmotor (29) für den Moduswandler (17), der außerhalb des Resonanzgehäuses (11) angeordnet ist, durch eine Zwischenwelle (31) als Antriebsverbindung zwischen dem Motor und dem Moduswandler, die durch eine öffnung (32) einer Wandung (21) in das Innere des Gehäuses ragt, durch ein Nabenteil (33) für die Verbindung zwischen der Zwischenwelle (31) und dem Moduswandler und durch ein rohrförmiges, die Zwischenwelle im Abstand umschließendes und mit der öffnung fluchtendes Bauteil (¹I¹I), das sich von der Wandung (21) um eine Länge von X, 12 weg ins Innere des Gehäuses erstreckt. ·,P 11) microwave heating device according to claim 1, characterized by a drive motor (29) for the mode converter (17), which is arranged outside the resonance housing (11), by an intermediate shaft (31) as a drive connection between the motor and the mode converter, which is through a Opening (32) of a wall (21) protrudes into the interior of the housing, through a hub part (33) for the connection between the intermediate shaft (31) and the mode converter and through a tubular component that surrounds the intermediate shaft at a distance and is flush with the opening ( ¹ I ¹ I), which extends from the wall (21) by a length of X, 12 away into the interior of the housing. ·,

009821/0982009821/0982

12) Mikrowellenheizelnrlchtung.nachAnspruch--Iy dadurch gekennzeichnet,, daß das Resonanzgehäuse. (11) eine -Mehrzahl von,-/-._- .-.-Wandungen aufweist., die eine rechteckige Ofenkammer bilden,, von ■ denen eine als Tür (53) .ausgebildet und an der Ofenkainmer anger- U; lenkt ist, daß der Moduswandler drehbar durch einen außerhalb, ,>-_f! der Ofenkammer angeordneten Motor an einer festen Wandung derselben angeordnet ist und daß eine Eingangswellenleitung an,einer ; anderen festen Wandung zentral angeordnet ist für die Einkopplung von elektromagnetischer Energie in, die Ofenkammer und- die Anregung der-_: selben. . . . - , .,-■ . ■ -,-.=.,.- . ;_: ^; 12) Microwave heating device.nachAnspruch - Iy characterized, that the resonance housing. (11) has a -multiple of, - / -._-.-.- walls, which form a rectangular furnace chamber, one of which is designed as a door (53) and adjoins the furnace chamber. steers is that the mode converter can be rotated by an outside,,> - _f! the furnace chamber arranged motor is arranged on a fixed wall thereof and that an input shaft line to, one; other solid wall is centrally arranged DER for the coupling of electromagnetic energy into the oven chamber _{and-excitation:} same. . . . -, ., - ■ . ■ -, -. =., .-. ; _: ^;

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