DE2363045A1

DE2363045A1 - Mikrowellenherd mit wellentyperreger

Info

Publication number: DE2363045A1
Application number: DE2363045A
Authority: DE
Inventors: Louis Howard Fitzmayer; Donald James Simon
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1974-07-04
Also published as: US3798404A; CA957732A; FR2211834A1; JPS49101945A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenherd und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Schaffung einer im wesentlichen gleichförmigen zeitlich gemittelten Verteilung des elektrischen Feldes in dein Herdraum, um eine gleichförmige Erhitzung des in dem herd angeordneten Materials zu erleichtern.

Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektronischen bzw. Mikrowellenherd zu schaffen, der bei einer Frequenz von. etwa 915 Mti ζ arbeitet und neue drehbare Wellentyp-Erregungselemente aufv/ei..^, um vorbestimmte sekundäre Wellen-

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typen zu erregen, die zu eier;; primären V/elientyp komplementär sind.

Gemäß der vorliegenaen lirfinaung wird eine elektronische iieizeinrichtung geschaffen, die eine Umhüllung, die zwei gegenüüer-Iie2en.de parallele Wände aufweist und einen i;eizraus zur Aufnahme eines zu erhitzenden Körpers bildet, eine Antenne, die neben der einen der gegenüberliegenden Wände angeordnet ist und entlang einer Achse in den I-ierdraum hineinragt, die im wesentlichen senkrecht zu der einen Wand verläuft, v/ob ei die Antenne mit . iner zugehörigen Quelle elektromagnetischer Energie einer vorbestimmten uitrahohen frequenz koppelbar ist zum Übertragen der Energie in aen Herdraum, um darin einen vorbestimmten primären elektromagnetischen Feldtyp zu erregen, einen geerdeten leitenden "eil, der in dem uerdraum neben der anderen der sich gegenüberliegenden . -^e angeordnet ist, und Antriebsmittel umfaßt, die mit dem leitenden Teil gekoppelt .sind, um eine Rota- , tion dieses Teils um die Achse der Antenne nerbeizuführen, damit in dem rierdraum ein vorbestimmter sekundärer Wellentyp erregt v/ird, der zu dem primären Weilentyp komplementär ist. Dadurch wird in dem rierdraum eine im wesentlichen gleichförmige, über der Zeit gemittelte Peldverteiiung erreicht, wodurch eine gleichförmige Erhitzung des zu erhitzenden Körpers erleichtert wird.

Gemäß einem v/eiteren Ausführungsoeispiel der Erfindung umfaßt die Antriebseinrichtung eine in Drehrichtung angetriebene, geeraete leitende 'welle, die in den Kerdraum hineinragt, wobei ihre Längsachse im wesentlichen parallel zu der elektrischen Feldkcnponente des primären Weiientyps angeordnet ist. Das leitende Teil ist im allgemeinen L-förmig und weist zwei miteinander verbundene Schenkeiteile auf, die in dem nerdraum in einer gemeinsamen E'oene angeordnet sind, die zur Achse der Welle im wesentlichen senkrecht verläuft. Die Welle ist mit dem leitenden Teil an dem freien Ende von einem der Schenkelteile verbunden, um eine Rotation um die Achse der welle nerbeizuführen.

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BAD ORIGINAL

Ger-äii clr.cc. anderen Ausführungsbeispiel ist der leitende Teil Irr. allGe:;:ei::e:: .v-förmig und weist zv;ei miteinander verbundene, identisch auf^eaaute L-fürr.:ige Abschnitte auf, die alle in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind- die zur Achse der Welle im wesentlichen senkrecht verlauft. Der leitende Teil spricht auf eine Kontinuierliche liotation durch die Antriebseinrichtung an, um perioaiscri die Phasenrelationen zwischen den Feldkomponenten der primären und sekundären Weiientypen umzukehren.

Vorteilhcifterweise besitzt der leitende Teil eine im allgemeinen rechtwinklige Form una umfaßt vier miteinander verbundene gerade Segmente, die alle in dem rierdraum in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die zur Achse aer Welle im wesentlichen senkrecht verläuft.

Die Erfindung wird nun mit weitere*. Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Pigur 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht von einem Mikrowellenherd mit einer erfindungsgeraäß aufgebauten elektronischen Heizeinrichtung.

Figur 2 ist eine vergrößerte Teilansicht von der Grilleinheit und dem wellentyprührer nach einem Schnitt entlang der Linie 2-2 in Pigur 1.

Figur 3 ist eine verkleinerte perspektivische.Vorderansicht der Herdumhüllung und zeigt den Verlauf des elektrischen Feldes bei dem primären V/ellentyp, der durch die Mikrowellenantenne in dem Herdraum erregt ist.

Figur 4 ist eine ähnliche Ansicht vrie Figur 3 und zeigt den Wellentyprührer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und stellt den Verlauf des elektrischen Feldes bei einem der sekundären Wellentypen dar, die von dem Rührer erregt werden.

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Is^ eine ähnliche Änsicnt wie Figur 4 und zeigt den überlagerten Feldverlauf des primären VJellentyps gemäß Figur 3 und einen weiteren der sekundären tfellentypen, der durch den weilentypenrührer gemäß Figur 4 erregt ist.

Figur 6 ist eine Darstellung des relativen zusammengesetzten Verlaufs der elektrischen Feldstärke, der durch den Rührer gemäß Figur 4 in dem iierdraum ausgebildet ist, wenn man von oben auf den Herdraum blickt.

Figur 7 ist eine schematische Voraeransicht des zusammengesetzten Feldverlaufs> der durch den Rührer gemäß Figur H in dem Herdraum ausgebildet ist.

Figur δ ist eine schematische Darstellung von oben auf einen Welientypenrührer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und stellt die Phasenorientierung von einem der sekundären Wellentypen in Bezug auf den primären Wellentyp dar.

Figur 9 ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 8 und zeigt den V/ellentypenrührer in einer Position, die gegenüber der in Figur 8 gezeigten Position um 160° gedreht ist.

Figur 10 ist eine schematische Darstellung des relativen zusammengesetzten Verlaufs der Feldstärke in dem Herdraum von oben aus betrachtet, wenn der V/ellentypenrührer gemäß Figur 8 in den in den Figuren 8 und 9 dargestellten Stellungen angeordnet ist.

Figur· 11 ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 8 und zeigt den tfellentypenrührer in einer Stellung, die gegenüber der in Figur 8 gezeigten Stellung um 90° in Uhrzeigerrichtung gedreht ist.

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Figur 12 ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 8 und zeigt den

V.Ollentypenrührer in einer Stellung, die gegenüber der in Figur 8 gezeigten Stellung um 270° gedreht ist.

Figur 13 ist eine schematische Darstellung ähnlich xvie Figur 10 und zeigt den relativen zusammengesetzten Verlauf der Feldstärke, wenn der Wellentypenrührer gemäß Figur 8 sich in den in den- Figuren 11 und 12 dargestellten Stellungen befindet.

Figur lh ist eine schematische Ansicht von oben auf einen viellentypenrührer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und zeigt eine Stellung, die den in Figur 10 dargestellten Verlauf der elektrischen Feldstärke erzeugt.

Figur 15 ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 14 und zeigt den Wellentypenrührer in einer anderen Stellung, die den Feldstärkenverlauf gemäß Figur 10 erzeugt.

Figur l6 ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 14 und zeigt den Wellentypenrührer xn exner Stellung, die den Feldstärkenverlauf gemäß Figur 13 erzeugt.

Figur 17 ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 14 und zeigt den Wellentypenrührer in einer weiteren Stellung, die den Feldstärkenverlauf gemäß Figur 13 erzeugt.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Elektroherd dargestellt, der insgesamt mit der Bezugs zahl 50 versehen ist. Der genaue Aufbau des Elektroherdes 50 ist in der deutschen Patentanmeldung P 23 25 5O6.3 beschrieben. Demzufolge wird an dieser Stelle der Aufbau des Herdes 50 nur so weit beschrieben, wie es für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.

Der iierd 50 besitzt eine im allgemeinen kastenartige Form und weist.eine Oberwand 51» eine Bodenwand 52, eine aufrechtstehende Rückwand 53» eine Frontwand 55 und zwei sich gegenüberliegende

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aufrechtsteilende Seitenwände 5^ auf. Auf der Deckwand 51 des ner-des 5^ sino. zahlreiche übliche v.'iderstandsheizeinheiten angebracht, die zusammen mit der anderen Heizeinrichtung des herdes 50 durch Steuerungen gesteuert; v/erden, die von einer Steuerpaneele 56 getragen werden, die ihrerseits an der Deckwand 51 an deren Rückseite befestigt ist. Die Frontwand 55 weist eine relativ große rechtwinklige obere öffnung 53 und eine relativ kleine rechtwinklige untere üffnung 59 auf, um für einen Zugang zum Innenraum des iierdes 50 zu sorgen. Mit der Frontwand. 55 sind zwei Winkelbefestigungsflansche 63 verbunden, die von den oberen und unteren Rändern der öffnung 58 nach innen ragen und mit ähnlichen, nicht gezeigten Planschen an den Seiten der öffnung 53 zusammenarbeiten, um einen Türgang zu umgrenzen.

Eine Tür oü ist an der Frontwand 55 angebracht, um zwischen einer nicht gezeigten offenen Stellung, die für einen Zugang zum Innenraum des iierdes 50 sorgt, und einer geschlossenen Stellung nin- und herbewegt zu v/erden, die in Figur i dargestellt ist, damit die öffnung 53 verschlossen ist. In ähnlicher Weise ist eine Tür 62 auf der Frontwand 55 neben der öffnung 59 angebracnt, um zwischen 'einer nicht gezeigten offenen Stellung,die für einen Zugang zu dem Innenraum des Iierdes 50 sorgt, und einer geschlossenen Stellung hin- und herbewegt zu werden, die in Figur 1 dargestellt ist, damit die üffnung 59 verschlossen werden kann. Mit dem oberen befestigungsflansch 63 ist eine rechtwinklige Trennwand 65 verbunden und führt von dem Befestigungsflanscn 63 im wesentlichen senkrecht zur Frontwand 55 nach hinten, um den Innenraum des iierdes 50 in eine obere Maschinenkammer 66 und eine untere offene Kammer 67 zu unterteilen. In der oberen Maschinenhammer 66 ist auf der Trennwand 65 eine Verriegelungseinrichtung 68 angebracht, um die Fronttür 60 in ihrer geschlossenen Stellung zu verriegeln.

In der unteren Herdkammer 57 ist ein kurzes Stück unterhalb der Trennwand 65 eine im allgemeinen kastenähnliche metallische Kerdumhüiiung angebracht, die insgesamt mit der Bezugs zahl JO versehen Lzz. Dieser Merdmantel hat im wesentlichen die Form eines

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rechtwinkligen Parallelpipedons und weist eine Oberwand 71, eine üodenv/and 72, eine aufrechtstehende Rückwand 73 und zwei gegen- uberliejGr.de ₃ aufrechtstehende Seitenwände 74 auf, wobei das Vorderende des lierdmantels 70 offen ist und mit einer öffnung üer Fr on tv: and 55 des iIerdes~50 in Verbindung steht. Die Deck- und Bodenwänae 71 und 72 und die Seitenwände 74 des Mantels 70 sind an ihren Vorderrändern mit den Befestigungsflanschen 63 und 64 verbunden, um den Ofenmantel 70 in der Kammer 67 zu haltern und anzuordnen. ·

Vorzugsweise sind die Seitenwände 74 des Ofenmantels 70 auf ihren Innenflächen mit nicht gezeigten Befestigungsmitteln versehen, um ein Gestell 75 su tragen, das zahlreiche seitlich beabstandete parallele Stäbe 77 aufweist, die zu der Seitenwand 74 parallel verlaufen und an ihren Vorder- und Hinterenden durch Endstäbe miteinander verbunden sind, die im wesentlichen parallel zur Rückwand 73 (siehe Figuren 3 und 4) angeordnet-sind. Innerhalb des üfenr.-.antels 70 ist dicht neben der Oberwand 71 und im wesentlichen parallel dazu eine Grilleinheit 79 angeordnet, die durch uefestigungsklemrnen 71a an. der Deckwand 71 befestigt ist. Die Grilleinheit 79 ist vorzugsweise ein V/iderstands-Heizelement, das in der in Figur 2 dargestellten Schlangenkonfiguration angeordnet ist.

Die Bodenwand 72 des Herdmantels 70 ist in einem vorbestimmten Abstand über der Bodenwand 52 des Herdes 50 angeordnet und arbeitet mit dieser zusammen, um dazwischen eine untere Gerätekammer 88 zu bilden, zu der ein Zugang durch die Vorderöffnung gebildet wird. In der unteren Gerätekammer 88 ist auf der Bodenwand 52 eine Trageeinrichtung 81 angebracht, auf der ein Magnetron 80 zur Erzeugung elektromagnetischer Energie einer vorbestimmten ultrahohen Frequenz montiert ist, die. vorzugsweise 915 MHz beträgt. Das Magnetron 80 wird von einer Leistungseinheit 82 gespeist, die ebenfalls auf der Trageeinrichtung 8l montiert ist. Das Magnetron 80 und die Versorgungseinheit 82 können einen bekannten Aufbau besitzen.

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BAD ORiOINAL

In der unteren Gerätekammer 8& ist ferner ein Gebläse 83 angebracht, um einen Kühlluftstrom über das Magnetron 80 und die Energieversorgung 82 zu leiten, damit diese in bekannter V/eise gekühlt werden. Mit den Kochfrequenz-Ausgangsklemmen des Magnetrons 80 ist ein Wellenleiter 84 gekoppelt, dessen oberes Ende in einer komplementären öffnung aufgenommen ist, die in der Mitte der Bodenwand 72 der rierdumhüllung 7ü angeordnet und mit einer Antenne gekoppelt ist, die insgesamt mit der Bezugs zahl versehen ist. Diese Antenne strahlt Mikrowellenenergie in den durch die Umhüllung 70 und die geschlossene Fronttür 60 gebildeten Raum ab. uie Antenne 85 weist vorzugsweise einen zylinderförmigen Metallständer 86 auf, der vertikal nach oben in den Herdraum und im wesentlichen senkrecht zur Bodenwand 72 verläuft und an seinem oberen Ende koaxial mit einem kreisförmigen, leicht konkaven,scheibenähnlichen kapazitiven Teil 87 verbunden ist. Vorzugsweise besitzt der Ständer 86 eine elektrische Länge von etwa 1/8 der Wellenlänge Λ-der Mikrowellenenergie, die durch das Magnetron 80 erzeugt wird. Die elektrische Gesamtlänge der Antenne 85 beträgt etwa XM.

In der oberen Gerätekarnmer 66 ist ein elektrischer Antriebsmotor 90 montiert, der eine geerdete leitende Ausgangswelle 95 aufweist, die vertikal nach unten durch eine komplementäre Öffnung hindurchführt, die in der Mitte der Oberwand 71 derHerdumhüllung 70 angeordnet ist.-Die Ausgangswelle 95 ist vorzugsweise im wesentlichen koaxial mit dem Ständer 86 der Antenne 85 angeordnet und ragt ein vorbestimmtes Stück in den Herdraum hinein. Vorzugsweise hat die welle 95 eine elektrische Länge von etwa λ/8.

Mit der Welle 95 ist an ihrem unteren Ende ein Wellentypenrührer oder -erreger gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung verbunden, die mit einer der Bezugs zahlen 100, 200 oder 300 bezeichnet sind. In den Figuren 1 und 2 ist das Ausführungsbeispiel 200 dargestellt. Um jedoch die Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Wellentypenrührer zu erleichtern, werden die Wellentypenrührer 100, 200 und 300 in numerischer Reihenfolge beschrieben.

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In Figur ^l\ ist der Wellentypenerreger 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Wellentypenerreger 100 ist im allgemeinen L-förmig und ist vorzugsweise einstückig aus einem einzigen Stück leitfähigen Materials, wie beispielsweise Metall, ausgebildet. Der Wellentypenerreger 100 weist einen relativ lan_gen Schenkel 101 und einen relativ kurzen Schenkel 105 auf. Der Schenkel 105 ist im wesentlichen senkrecht zum Schenkel 101 angeordnet. Vorzugsweise ist der Wellentypen- bzw. Moduserreger 100 aus einem relativ dünnen flachen Metallstück ausgebildet, das eine ausreichende Breite und Dicke besitzt, um für eine entsprechende mechanische Festigkeit und geeignete Stromführungskapazität zu sorgen. Die Breite sollte jedoch vorzugsweise kleiner als oder gleich λ/8 sein. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Moduserreger 100 in einer Ebene angeordnet, die parallel zur Oberwand 71 der Herdummantelung 70 verläuft, und er ist an dem freien Ende des Schenkels 101 mit dem unteren Ende der Welle 95 verbunden, um mit dieser durch den Antriebsmotor 90 gedreht zu werden. Der Schenkel 101 hat vorzugsweise eine elektrische Länge von etwa 3 λ./8, während der kurze Schenkel 105 vorzugsitfeise eine elektrische Länge von etwa Λ/4 besitzt, so daß die elektrische Gesamtlänge der Welle 95 und des Moduserregers 100 etwa gleich 3 λ/4 ist.

Die Länge, Breite und Höhe des Heizraumes, der durch die Herdumhüllung 70 umschlossen wird, sind alle vorzugsweise größer als Λ. Somit sind im Betrieb die Abmessungen des Heizraumes und die Abmessungen der Antenne 75 so, daß bei einer Abstrahlung von Mikrowellenenergie durch die Antenne 75 in den Herdraum der Heizraum als ein Hohlraumresonator wirkt und in diesem der Wellentyp TE₁ , _Λ (Η-Typ) bei etwa 920 MHz gebildet wird, dessen FeIdkomponente schematisch in a-usgezogenen Linien in den Figuren 3 und 5 dargestellt und insgesamt mit der Bezugszahl 110 versehen ist. Die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen ist in den Figuren 3 bis 5 durch Pfeile mit zwei Pfeilspitzen angegeben. Es ist ersichtlich, daß die Feldkomponente 110 des Wellentyps TE₁ , ₁ (Η-Typ) in der Mitte des Heizraumes ein Maximum und J- j j i J-

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-lüan seinen Vorder¹- und Hinterenden ein Minimum besitzt, wobei die Richtung des Feldes 100 im wesentlichen parallel zur Achse der geerdeten 'welle 95 verläuft.

^a der Moduserreger 100 durch das elektrische Feld 110 gedreht ■wird, wird der Moduserreger 100 selbst durch das elektrische Feld 110 erregt und erregt seinerseits sekundäre Wellentypen in dem iieizraum. Wenn, genauer gesagt, der kurze Schenkel 105 des Moduserregers 100 in zur Rückwand 73 parallelen Stellungen angeordnet ist, erregt er in dem Heizraum des Herdes den Wellentyp TE_{1 o o}

1 yd y d

bei etwa 93^ XHz, dessen Feldkonponente schematisch in Figur k dargestellt und insgesamt mit der Bezugszahl 115 bezeichnet ist. Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß das elektrische Feld 115 ein Maximum neben den vorderen und hinteren Enden des Hohlraumes und an dessen Mitte ein Minimum hat. Wenn in ähnlicher Weise der lange Schenkel 101 des Moduserregers 100 in zur Rückwand 73 im wesentlichen parallelen Stellungen angeordnet ist, erregt er in dem Hohlraum den Wellentyp TE_{0 o 1} bei etwa 960 MHz, dessen FeId-

d yd y ~

komponente in Figur ο in gestrichelten Linien schematisch dargestellt und insgesamt mit der Bezugs zahl 130 bezeichnet ist. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, hat das elektrische Feld 130 wie das elektrische Feld 110 ein Maximum in der Mitte des Heizraumes und ein Minimum neben den vorderen und hinteren Enden des Heizraumes.

Wie aus den Figuren 4 und 5 hervorgeht, sind sowohl die Wellentypen TS_{1 0 0} als auch TE_{0 o 1} komplementär zu dem primären WeI-

1 yd yd d yd y X.

lentyp TE₁ _ und arbeiten mit diesem zusammen, um den Verlauf des elektrischen Feldes in dem Heizraum auszugleichen. Insbesondere wird deutlich, daß, wenn die sekundären V/ellentypen TE₁ ₀ _o

1 yd yd

und TE_{0 o} , periodisch erregt v/erden durch die Drehung des Modus-

d. yd. y X.

erregers 100 in dem Heizraum, sich die elektrischen Felder der verschiedenen Wellentypen addieren, so daß aie resultierende, über der Zeit genittelte Verteilung des elektrischen Feldes in dem Ofenraum ausgeglichen ist, wodurch eine gleichmäßigere Erhitzung der in dem Herdraum zum Kochen angeordneten Nahrungsmittel erleichtert wird.

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Es wird deutlich, daß bei einer Rotation des langen Schenkels des Moduoerregers 100 die Phasenorientierung des dadurch erregten 'Wellentyps TE« _{0 Λ} in Bezug auf den primären Wellentyp TE₁ , ₁ automatisch kontinuierlich verändert wird, um für einen optimalen Aasgleich des dabei entstehenden elektrischen Feldverlaufes zu sorgen. Jedoch nält der Wellentyp TE. _{o oi} der durch den kurzen Schenkel 105 erregt wird,, die gleiche Phasenorientierüng in Bezug auf den primären Wellentyp TE. „ _Λ aufrecht, wenn der Modus-

-^L> j > J-

erreger 100 gedreht wird. Somit besteht eine Verzerrung des resultierenden Feldes der Wellentypen TE₁ ^ _Λ und TE«. _{0 0)} was aus den Figuren 6 und 7 deutlicher wird. Wenn der Wellentyp TE. „ _o

1 _td yd.

erregt wird, kann der dabei entstehende Feldverlauf aus der Sicht von vorn auf die xierdumhüllung 70 schematisch in der Weise dargestellt werden, wie es in Figur 7 geschehen ist. Diese Darstellung zeigt, daß das Vorderende des Feldes in der linken Vordernälfte des Hohlraumes stark ist, wo sich die elektrischen Felder 110 und 115 addieren, und daß es in.der rechten Vorderhälfte des Hohlraumes schwach ist, wo sich die elektrischen Felder 110 und 115 subtrahieren. In dem hinteren Abschnitt des Hohlraumes ist diese Beziehung jedoch umgekehrt, so daß das Feld in der linken Hälfte des Hohlraumes schwach und in der rechten Hälfte des Hohlraumes stark ist, wie es schematisch in Figur 6 dargestellt ist. um diese Verzerrung im resultierenden Feld der überlagerten Wellentypen TE₁ ^. . und TE₁ _{0 0} zu eliminieren, muß eine periodische Pnasenumkehr der Wellentypenorientierung des elektrischen Feldes des Wellentyps TE₁ _o „ in Bezug auf das elektrische Feld des

■^L»^t- j <-Wellentyps TE₁ _x ₁ herbeigeführt werden.

In den Figuren 8 bis IJ, ist ein zweites Ausführungsbdspiel des erfindungsgemäßen Modusrührers, der insgesamt mit der Bezugs zahl 200 versehen ist, zur Herbeiführung dieser Phasenumkehr dargestellt. Der Moduserreger 200 ist im allgemeinen W-förmig und umfaßt zwei identisch aufgebaute L-förmige Abschnitte, die jeweils im wesentlichen identisch mit dem Moduserreger 100 sind. Genauer gesagt weist der Moduserreger 200 einen ersten langen Schenkelteil 201 auf, der an seinem einen Ende mit einem ersten kurzen

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Schenkelteil 205 einstückig ausgebildet ist, der im wesentlichen senkrecht dazu angeordnet ist. Mit dem ersten langen Schenkelteil 201 ist an dessen anderem Ende das eine Ende eines zweiten langen Schenkelteiles 202 verbunden, das im wesentlichen senkrecht von dem ersten Schenkelteil 201 ausgeht.und in einer entgegengesetzten Richtung zum kurzen Schenkelteil 205 gerichtet ist. Mit dem zweiten langen Schenkelteil 202 ist an dessen anderem Ende ein zweites kurzes Schenkelteil 206 einstückig ausgebildet und verläuft von diesem im wesentlichen senkrecht in einer Richtung, die zur Richtung des ersten langen Schenkelteiles 201 entgegengesetzt ist. Vorzugsweise sind die Schenkelteile 201, 202, 205 und 206 des Modusrührers 200 alle in einer gemeinsamen Ebene. angeordnet, die zur Oberwand 71 der Herdumhüllung 70 im wesentlichen parallel verläuft. Der Moduserreger 200 ist an einem Punkt 207 an der Verbindungsstelle der langen Schenkelteile 201 und 202 mit dem unteren Ende der Welle 95 verbunden, um mit dieser durch den Motor 90 gedreht zu werden.

Im Betrieb arbeitet der Moduserreger 200 in der gleichen Weise wie zwei L-förmige Moduserreger 100. Genauer gesagt erregen die kurzen Schenkelteile 205 und 206 den sekundären Modus TE₁ ~ ~, wenn sie im wesentlichen parallel zu den Vorder- und Rückwänden des Herdraumes angeordnet sind, während der sekundäre Modus bzw. Typ TEp „ _Λ erregt wird, wenn die langen Schenkelteile 201 und 202 parallel zu den Vorder- und Rückwänden angeordnet sind. Die 'Wechselwirkung zwischen diesen zwei Typen bewirkt eine periodische Phasenumkehr der Orientierung des Typs TE. _{0 o} in Bezug auf den Typ TE. , ., wodurch die diagonale Verzerrung des Feldes ausgeglichen wird, die in Figur 6 dargestellt ist.

Die Polarität des Moduserregers 200 wird durch das elektrische Feld TE₁ _{x Λ} bestimmt, wie es durch die "+"-Zeichen in den Figuren 8, 9, 11 und 12 angegeben ist. Wenn der Moduserreger 200 in den in den Figuren 8 und 9 dargestellten Stellungen angeordnet ist, die um l80° gegeneinander versetzt sind, erregt er den Typ TE₁ 2 2 mit dem gezeigten elektrischen Feld E. Der Feldstärken-

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verlauf des dabei entstehenden elektrischen Feldes in dem Herdraum ist der schematisch in Figur 10 gezeigte, wobei die starken Feldbereiche sich an den linken vorderen und den rechten hinteren Teilen des üerdraumes befinden. Wenn andererseits der Moduserreger 200 in den in den Figuren 11 und 12 dargestellten Positionen angeordnet ist, ist der Feldstärkenverlauf des dabei entstehenden elektrischen Feldes in dem Herdraum der in Figur 13 gezeigte, d. h. die starken Feldbereiche befinden sich an den linken vorderen und den rechten hinteren Abschnitten des Herdraumes. Demzufolge wird deutlich, daß, wenn der Moduserreger 200 durch das elektrische Feld 110 gedreht"wird, die Phasenrelation zwischen den elektrischen Feldern der Typen TE₁ „ _o und TE₁ , _Λ kontinuierlich umgekehrt wird, wodurch der Ausgleich der über der Zeit gemittelten Feldverteilung in dem Heizraum möglichst groß gemacht wird und die Feldverzerrung beseitigt wird, die bei dem Moduserreger 100 entsteht.

In den Figuren lh bis 17 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Moduserregers dargestellt, der insgesamt mit der Bezugszahl 300 versehen ist. Der Moduserreger 300 bietet einen alternativen Aufbau zur periodischen Umkehr der Phasenbeziehung zwischen den elektrischen Feldern der Typen TE. _{o o} und TE₁ , _Λ. Der Moduserreger 300 besitzt im allgemeinen eine rechtwinklige,Form und weist vier miteinander verbundene gerade Segmente 301, 302, 305 und 3O0 auf. Der Moduserreger 300 ist zwar mit einer im wesentlichen quadratischen Konfiguration dargestellt, selbstverständlich könnten aber auch andere rechtwinklige Konfigurationen verwendet werden. Vorzugsweise sind die Segmente JOl, 302, 205 und 306 alle in einer gemeinsamen Ebene im wesentlichen parallel zur Oberwand 71 der Herdumhüllung 70 angeordnet, wobei der Moduserreger 300 an seiner einen Ecke 307 mit dem unteren Ende der Welle 95 verbunden ist, um mit dieser gedreht zu werden.

Vorzugsweise ist die elektrische Gesamtlänge der Segmente 301 und 305 etwa gleich 5 λ/8, so daß die elektrische Gesamtlänge der Segmente 302 und 306 ebenfalls etwa gleich 5 λ/8 ist. Somit ist

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aie gesamte elektrische Länge der Welle 95 plus der Strecke entlang dem Moduserreger 300 von dem Punkt 307 zu der gegenüberliegenden Ecke etwa gleich 3 λ/4. Der Moduserreger 300 arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise wie der Moduserreger 200, wobei die Segmente 301 und 305 im wesentlichen in der gleichen //eise wirken wie der eine der L-förmigen Moduserreger 100 zur Erregung der Typen TE₁ _{o 0} und TE.. _{0 Λ}» wobei die Segmente 302 und 306 als weitere L-förmige Moduserreger 100 arbeiten. Wenn der Moduserreger 3OO sich in den Stellungen befindet, die in den Figuren 14 und 15 dargestellt sind, ist der Feldstärkenverlauf des resultierenden elektrischen Feldes der Typen TE_{1 9} ~ und TE₁ ., _Λ so, wie es schematisch in Figur 10 gezeigt ist, während, ttfenn der Moduserreger 300 in den in den Figuren l6 und 17 dargestellten Positionen angeordnet ist, der Feldstärkenverlauf des resultierenden Feldes der Typen TE₀ _o ₁ und TE₁ -. ₁ der in Figur

C_xC_xI L_x^_xI

13 schematisch gezeigte ist. Somit wird deutlich, daß eine periodische Umkehr der Phasenorientierung des elektrischen Feldes des

Typs TE₁ „ _o in Bezug auf das elektrische Feld des Typs TE₁ -, ₁ I_xC_xC I_x^_xI

herbeigeführt wird, wenn der Moduserreger 300 in dem Kerdraum gedreht wird. Dadurch wird der über der Zeit gemittelte Ausgleich der resultierenden Feldverteilung möglichst groß gemacht.

Im Falle einer schnellen Rotation (60 - 300 U/min) des W-förmigen Moduserregers 200 kann es erforderlich sein, den Moduserreger mechanisch auszugleichen bzw. auszuwuchten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein gerader Ausgleichsschenkel 210 vorgesehen wird, der von dem Verbindungspunkt 207 der Schenkel 201 und 202 ausgeht und den dazwischen gebildeten Winkel im wesentlichen halbiert, wie es in Figur 2 gestrichelt dargestellt ist. Der Ausgleichsschenkel 210 hat eine effektive elektrische Länge von etwa λ/2, wodurch der Moduserreger 200 nicht elektrisch beeinflußt wird, da der λ/2-Schenkel eine hohe Impedanz an der Verbindungsstelle 207 darstellt.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Stäbe 77 des Gestells 75 so orien-

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. tiert, daß das Gestell 75 nicht die Erregung der verschiedenen Wellentypen in dem Heizraum und die Ausbreitung der Wellen des elektrischen Feldes stört. Da insbesondere die Stäbe 77 im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung angeordnet sind, . wie es durch den Pfeil 99 angedeutet ist, beeinträchtigt das Gestell 75 nicht den primären Typ TE. , _Λ oder die Erregung der

■L » J j -L

sekundären Wellentypen TE_{1 o} _o und TE₀ _{o Λ} .

X_teZ _tcL d. ₃<Ly λ.

B'alls es erwünscht ist, nur den- primären Wellentyp TE₁ , ₁ und

¹ j->» ^λ den sekundären Wellentyp TE₅ _{o Λ} zu erregen, würde nur ein einzelner'gerader Moduserreger erforderlich sein, der eine einzige Länge entsprechend dem langen Schenkelfeil 101 des Moduserregers 100 aufweist. Dieser einzige gerade Teil würde vorzugsweise eine elektrische Länge zwischen λ/k und 3 λ/8 aufweisen. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß zwar in dem bevorzugten Ausführungsbeispielen eine getrennte Antenne und Modusrührer vorgesehen sind, die an gegenüberliegenden Enden des Herdraumes angeordnet sind, die Erregung der primären und sekundären Wellentypen jedoch auch durch Verwendung nur einer rotierenden Antenne in der Form von einem der Moduserreger 100, 200 oder 300 erreicht werden könnte. Bei einer derartigen Konfiguration würde ein getrennter Moduserreger nicht notwendig sein. Darüber hinaus kann die geerdete Leiterwelle 95 mit einer äquivalenten elektrischen Erdung versehen sein, wie beispielsweise einer Drosselverbindung anstelle der tatsächlichen beschriebenen Erdung.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß eine neue und .verbesserte elektronische Heizeinrichtung und insbesondere ein verbesserter Wellentypenerreger dafür geschaffen ist, um vorbestimmte sekundäre Wellentypen des elektrischen Feldes in der Heizkammer zu erregen.

Insbesondere wird ein rotierender Modusrührer angegeben, der an dem einen Ende der Heizkammer und im wesentlichen koaxial zu einer abstrahlenden Antenne angeordnet ist, die sich am gegenüberliegenden Ende des Hohlraumes befindet.

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Zusätzlich sind drei bevorzugte Ausführungsbeispiele des Modusrührers angegeben, um in dem Kerdraum zwei vorbestimmte sekundäre Wellentypen zu erregen, wobei zwei dieser Ausführungsbeispiele auch für eine periodische Umkehr der Phasenbeziehung zwischen dem primären Wellentyp des elektrischen Feldes und dem sekundären Wellentyp des elektrischen Feldes sorgen, um den Feldausgleich in dem Heizraum zu optimieren.

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Claims

Ansnrüche

1.) Mikrowellen-Heizeinrichtung mit einer Umhüllung, die zwei gegenüberliegende parallele Wände aufweist und einen Heizraum zur Aufnahme eines zu erhitzenden Körpers bildet, gekennzeichnet durch eine Antenne (85), die neben der einen der gegenüberliegenden Wände (71, 72) angeordnet ist und auf einer Achse im wesentlichen senkrecht zu der einen Wand (72) in den Herdraum hineinragt, wobei die Antenne (85) mit einer zugehörigen Quelle elektromagnetischer Energie einer vorbestimmten ultrahohen Frequenz koppelbar ist zum übertragen der Energie in den Herdraum, so daß darin ein vorbestimmter primärer Wellentyp eines elektromagnetischen Feldes erregbar ist, ein geerdetes Leiterteil (200), das in dem Herdraum neben der anderen der sich gegenüberliegenden Wände (71, 72) angeordnet ist, und eine Antriebsvorrichtung (90), die mit dem Leiterteil (200) zur Herbeiführung einer Rotation um die Achse der Antenne (85) verbunden ist zur Erregung eines vorbestimmten sekundären Wellentyps in dem Hohlraum, der zu dem primären Wellentyp komplementär ist, derart, daß in dem Herdraum eine im wesentlichen gleichförmige, über der Zeit gemittelte Feldverteilung erzielbar ist.

2. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspru chi, dadurch gekennzeichnet , daß die Umhüllung sechs Wände aufweist, die zur Bildung eines rechtwinkligen Parallelepipeds angeordnet sind, und die Antenne (85) in der Mitte" der Bodenwand (72) der Umhüllung (70) und das Leiterteil (200) in der Mitte der Oberwand (71) der Umhüllung (70) angeordnet ist. .

3. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Antenne (85) einen zylinderförmigen Ständer (86), dessen Längsachse im wesentlichen senkrecht zur Bodenwand (72) angeordnet ist, und einen kapazitiven scheibenähnlichen Teil (87) umfaßt, der mit dem Ständer (86) an dessen Innenende im wesentlichen

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- 18 koaxial dazu verbünden ist.

Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebsvorrichtung (90) eine geerdete Welle (95) aufweist, die innen von der Oberwand (91) im wesentliehen koaxial zum Antennenständer (86) verläuft, und die Welle (95) mit dem Leiter (100, 200, 300) verbunden ist, so daß das Leiterteil drehbar ist.

Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dein Herdraum ein Gestell (75) zum Tragen des zu erhitzenden Körpers vorgesehen ist, das zahlreiche im Abstand angeordnete parallele Stäbe (77) aufweist, die an ihren gegenüberliegenden Enden miteinander verbunden sind und die bei Gebrauch im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung der■elektromagnetischen Energie der primären und sekundären Weilentypen angeordnet sind.

Mikrowellen-Heizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (95) der Antriebsvorrichtung (90) mit ihrer. Längsachse im wesentlichen parallel zu der elektrischen Feldkomponente des primären Wellentyps in den Herdraum hineinführt und ein im allgemeinen L-förmiges Leiterteil (100) mit zwei miteinander verbundenen Schenkelteilen (101, 105) vorgesehen ist, die in dem Herdraum in einer gemeinsamen Ebene im wesentlichen senkrecht zur.Achse der Welle (95) angeordnet sind, die mit dem Leiterteil (100) an dem freien Ende von einem der Schenkelteile (101, IO5) zur Drehung derselben um die Achse der Welle (95) verbunden ist, wobei das Leiterteil (100) auf eine kontinuierliche Rotation durch die Antriebsvorrichtung (90) für eine Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld des primären Wellentyps anspricht und periodisch in dem Herdraum die vorbestimmten sekundären Wellentypen erregt, die zu dem primären Wellentyp komplementär sind.

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7. Mikrowellen-HeizeinrichtunE nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz der elektromagnetischen Energie in dem Heizraum etwa 915 MHz beträgt.

8. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenabmessungen des
rechtwinkligen Parallelepipeds größer sind als die vorbestimmte Wellenlänge und die Quelle für die elektromagnetische Energie neben der Bodenwand der Umhüllung und das Leiterteil neben der Oberwand der Umhüllung angeordnet sind.

9. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Summen der elektrischen Längen der Welle (95) und der Schenkelteile (101, 105) des Leiterteils (100) etwa gleich 3M der vorbestimmten Wellenlänge ist.

10. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Welle (95) eine
elektrische Länge von etwa 1/8 der vorbestimmten Wellenlänge aufweist, der eine Schenkelteil (101) des Leiterteils (100)
eine elektrische Länge von etwa 3/8 der vorbestimmten Wellenlänge aufweist und der andere Schenkelteil (105) des Leiterteils (100) eine elektrische Länge von etwa l/h der vorbestimmten Wellenlänge besitzt.

11. Mikrowellen-Heizeinriehtung nach Anspruch 6, dadurch ■gekennzeichnet , daß das Leiterteil (100) auf die Rotation anspricht und in dem Herdraum zwei sekundäre
Wellentypen des elektromagnetischen Feldes erregt.

12. Mikrowellen-Heizeinriehtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterteil (200) zwei miteinander verbundene, im allgemeinen L-förmige Abschnitte aufweist, die in
einer gemeinsamen Ebene im wesentlichen senkrecht zur Achse

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der Welle (95) angeordnet sind und die jeweils erste und zweite miteinander verbundene Schenkelteile (201, 205, 202, 206) aufweisen, wobei die ersten Schenkelteile der Abschnitte an ihren freien Enden miteinander verbunden sind und der erste Schenkelteil von jedem Abschnitt in einer von dem zweiten Schenkelteil des anderen Abschnittes weg gerichteten Richtung führt, die Welle (95) mit dem Leiterteil (200) an der Verbindungsstelle.der ersten Schenkelteile (201, 202) verbunden ist und für eine Rotation um die Achse der Welle (95) sorgt, wobei das Leiterteil (200) auf eine kontinuierliche Rotation durch die Antriebsvorrichtung (90) anspricht für eine Wechselwirkung mit dem primären Wellentyp, um in dem Herdraum vorbestimmte sekundäre Wellentypen zu erregen, die zu den primären Wellentypen komplementär sind, und das Leiterteil (200) ferner anspricht zur periodischen Umkehr der Phasenbeziehungen der elektrischen Peldkomponenten der primären und sekundären Wellentypen.

13. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Summe der elektrischen Längen der Welle (95) plus einem der L-förmigen Abschnitte etwa gleich 3/4 der vorbestimmten Wellenlänge ist.

14. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein im allgemeinen rechtwinkliges Leiterteil (300) vorgesehen ist, das vier miteinander verbundene gerade Segmente (301, 302, 305, 306) aufweist, die in dem Herdraum alle in einer gleichen Ebene im wesentlichen senkrecht zur Achse der Welle (95) angeordnet sind, die mit dem Leiterteil (300) an seiner einen Ecke (307) verbunden· ist, derart, daß das Leiterteil (300) um die Achse der Welle (95) drehbar ist.

15. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe

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der elektrischen Längen der Welle (95) plus irgendwelchen zwei benachbarten Segmenten des Leiterteils (300)» die von der einen Ecke zur gegenüberliegenden Ecke führen, etwa gleich 3M der vorbestimmten Wellenlänge ist.

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