DE2443173A1

DE2443173A1 - Mikrowellengeraet

Info

Publication number: DE2443173A1
Application number: DE2443173A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Whiting Dudley; George Harvey Macmaster
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-09-10
Filing date: 1974-09-10
Publication date: 1975-03-13
Also published as: ZA745189B; AU7236974A; SE392199B; CH576107A5; FR2243575B1; JPS5055946A; GB1464293A; US3857009A; IT1019173B; FR2243575A1; CA980871A; BE819467A; SE7411368L; NL7411396A; JPS5318740B2

Description

Patentanwälte München, den 6. September 1974

λ j. dorner Anwalt saktenz.: 27 - Pat.

8M0NCHEN15

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. (08 II) 55 57 19

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Massachusetts 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Mikrowellengerät

Die Erfindung betrifft ein Mikrowellengerät mit einer.Kammer und mit einem Generator, der elektromagnetische Mikrowellenenergie in diese Kammer einstrahlt sowie mit einer Anordnung zum Abstützen des in dieser Kammer zu behandelnden (bratenden·) Gegenstandes.

Die Erwärmung von Gegenständen mit Mikrowellenenergie hat im In- und Ausland in den vergangenen Jahren wegen der kurzen Behandlungszeiten, die sich auf Grund des sogenannten dielektrischen Erwärmungs-Phänomens ergeben, eine weit verbreitete Anwendung gefunden. Derartige Mikrowellengeräte besitzen üblicherweise eine Energiequelle, wie ein Magnetron, von dem aus die Mikrowellenenergie mittels einer Wellenleiter-Übertragungseinrichtung in die von leitenden Wänden gebildete Ofenkammer eingespeist wird. Die elektromagnetischen Wellen werden in den freien Raum der Ofenkammer abgestrahlt und reflektiert und durch besondere

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Einrichtungen, wie Flügelräder, verteilt, damit sie den zu erwärmenden Gegenstand gleichmäßig umgeben und von diesem absorbiert werden, wodurch infolge hochfrequenter Molekülschwingungen die Erwärmung durch Molekularreibung erfolgt. Die von solchen Mikrowellengeräten aufgenommenen Frequenzen werden behördlich zugeteilt und betragen 915 + 13 MHz und 2450 + 50 MHz. Der Begriff " Mikrowelle" bedeutet in der folgenden Beschreibung eine elektromagnetische Energiestrahlung mit Wellenlängen im Bereich von 1 m bis 1 mm und mit Frequenzen in der Größenordnung von 300 MHz bis 300 GHz.

Sämtliche Materialien, die einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt sind, weisen unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten und Verlustwinkel auf und dementsprechend ist auch der Grad ihrer Erhitzung unterschiedlich. Entsprechend der unterschiedlichen Absorption der ausgestrahlten Energie ist auch die Sindringtiefe und die Oberfläclienfäfbung der zu behandelnden Gegen- stände verschieden. Falls eine gebräunte Oberfläche wie beim Braten erwünscht ist, so läßt sich dies ohne lange Behandlungszeiten nur mit Schwierigkeiten erreichen. Lange Behandlungszeiten bedingen jedoch ein zu starkes Garwerden der Innenbereiche des zu behandelnden Gegenstandes, weil eine Mikrowellenofenkammer im Vergleich mit elektrisch oder mit Gas beheizten Geräten weniger heiß wird, so daß die äußeren Begrenzungsflächen des zu behandelnden Gegenstandes nicht so heiß werden,wie dessen Innenbereiche. Hinzukommt ein Wärmeverlust infolge der Verdampfung von Feuchtigkeit. Die äußeren Begrenzungsflächen von mit Mikrowellen erhitzten Gegenständen müssen daher etwas anders behandelt werden, um die erwünschte Farbtönung zu erreichen.

Bekannte Verfahren zur besseren Oberflächenbräunung bedienen sich zusätzlicher elektrischer oder mit Gas betriebener Bratelemente

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fur den Mikrowellenofen. Nach einem anderen Verfahren werden die äußeren Begrenzungsflächen des Bratgutes mit einem Nahrungsmittelzusatz mit stärker energieabsorbierenden Eigenschaften überzogen, der zu einer schnelleren Erhitzung der äußeren Begrenzungsflächen führt, während der übrige Teil des--"Bratgutes ι den erwünschten Grad des Garwerdens erhält. Nach einem weiteren ! bekannten Verfahren wird die Anwendung verlustbehafteter Ofen-Zusatzeinrichtungen oder Gerätschaften vorgeschlagen, die durch , die Verwendung leitender Materialien eine selektiv auswählbare ι Aufheizbarkeit aufweisen. Solche leitenden Materialien können. ! in ein Tablett oder Brett aus dielektrischem Material eingelä-

gert werden, das den zu behandelnden Gegenstand trägt oder sie können Strahlungsmittel enthalten, die eine Vielzahl von Stäben

; mit vorbestimmtem Abstand aufweisen, um eine rasche Absorption der Mikrowellenenergie durch diese Stäbe zu erhalten, wie in der US-PS 3 591 751 beschrieben ist. In der US-PS 2 830 162 wird eine Gerätschaft aus ferromagnetischem Material vorgeschlagen, welche, auf die sie treffende Energie bis zur Curie-Temperatur anspricht. Im Anschluß daran wird die Gerätschaft im wesentlichen unempfind-* lieh und für die elektromagnetische Energie durchlässig. Ferro- ^:

J magnetische Materialien unterstützen die elektrischen und magnetischen Wechselfelder und besitzen bei Temperaturen unter dem Curie-Punkt hohe Energieverluste. Zu diesen Materialien gehören Legierungen aus Mangan, Zinn und Kupfer oder aus Mangan, Aluminium und Kupfer sowie Legierungen aus Eisen und Schwefel, wie ; Magnetopyrit (Magnetkies), dessen Kristalle die Gestalt von : hexagonalen Prismen besitzen. Beispiele für diese Materialien '

J sind Zirkonate von Blei und Barium und die Titanate von Blei, ;-j Barium und Strontium.

j ■ ' ■ -

! Andere Beispiele für bekannte Verfahren finden sich in der US-PS 3 219 460. Dort sind Behälter aus dielektrischem Material be- ; schrieben, die elektrisch leitende Abschirmungen, wie aus

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Aluminium, aufweisen, die vollständig um die Seiten- und Grundflächen gelegt sind. Andere geometrische Muster lassen sich mit Aluminiumfolie erzielen. Die US-PS 3 302 632 bezieht sich auf eine Kunststoffverpackung mit für Mikrowellen unterschiedlich durchlässigen Eigenschaften. Solche Behälter sind vorzugsweise für die Aufbereitung gefrorener Nahrungsmittel, wie T.V.-Fertiggerichte, verwendbar.

Trotz der bisherigen Verwendung von Heizstrahlern, besonderen Heizpackungen und stark verlustbehafteten Gerätschaften besteht nach wie vor ein Bedürfnis nach einem einfachen, wenig kostspieligen Gerät, das nicht zum Bruch neigt, das keine zusätzlichen Aufwendungen für eine Reinigung erfordert und das den für die Heizung erforderlichen Energiebedarf verringert.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Mikrowellengerät so auszubilden, daß die äußeren Begrenzungsflächen des zu behandelnden Gegenstandes (Bratgut) in der für das Garwerden von dessen Innenbereichen notwendigen, bekanntermaßen kurzen Behandlungszeit eine ausreichende Bräunung erhalten, ohne daß zusätzliche Maßnahmen der vorstehend beschriebenen Art notwendig sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Mikrowellengerät der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung vorgesehen ist, die die Frei- j raum-Energiewellen in ein vorbestimmtes elektrisches Streifen- ι feldmuster in unmittelbarer Nähe der äußeren Begrenzungsflächen ; des zu bratenden Gegenstandes umwandelt und daß diese Kopplungsund Umwandlungseinrichtung Bereiche unterschiedlicher dielek- ! trischer Verluste aufweist. - J

ι !

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Um intensive elektrische Wechselfelder in unmittelbarer Nähe des Bratgutes zu schaffen, wobei die Intensität dieser Felder schon in geringer Entfernung von den äußeren Begrenzungsflächen des Bratgutes abnimmt, können in Weiterbildung der Erfindung plattenförmige, tellerförmige, brettförmige oder beliebige andere Stützeinrichtungen für das Bratgut mit im wesentlichen parallelen, abwechselnden Bereichen mit unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften vorgesehen sein. Die pi-Schwingungs-· art oder elektrische Felder mit 180°-Phasenverschiebung stellen ein bevorzugtes elektrisches Feldmuster für das Bräunen der Außenflächen des Bratgutes dar. Die elektromagnetischen Freiraumwellen innerhalb der Ofenkammer werden durch nicht—frequenzempfindliche und nicht-resonante Mittel, welche die dielektrischen Glieder umfassen, von der normalen, glatten Wellenform in die gewünschten abwechselnden elektrischen Streifenfeldmu— ster umgewandelt. Die abwechselnden dielektrischen Glieder aus Materialien mit hohen dielektrischen Verlusten erzeugen eine Phasenumkehrung oder Phasennacheilung in bezug auf die dazwischenliegenden Glieder, die niedrige dielektrische Verluste aufweisen oder mit Luft gefüllt sind, wodurch die unterschiedlichen Ausbreitungseigenschaften hervorgerufen werden. Für das Mikrowellengerät gemäß der Erfindung gelten keine Größenbegrenzungen, außer die durch die Abmessungen der Ofenkammer bedingten und es ist auch keine Frequenzabhängigkeit vorhanden, so daß die Erfindung außer bei Platten oder anderen Gerätschaften auch ohne Weiteres bei Förderbandsystemen oder bei ganzen Schränken benutzt werden kann, um die gewünschten Streif e.nfeldmuster zu erzeugen. - .

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung können streifenförmige Mikrowellen-Übertragungsleitungen verwendet werden, um ' einen Kondensatoreffekt zwischen leitenden Streifen auf einander gegenüberliegenden Seiten des dielektrischen Trägerkörpers zu erzeugen. Eine am Boden der Mikrowellen-Kopplungs- und Um- · ·

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j Wandlungseinrichtung eintretende ebene Welle lädt sämtliche i leitenden Streifen auf, wodurch die ebenen Wellen in das gewünschte Schwingungsmuster umgewandelt werden. Als Alternative ' können sämtliche Ausführungsformen der Erfindung mit parallelen ■ Platten oder mit leitenden Streifen, die jeweils unterschied-, liehe Ausbreitungseigenschaften besitzen, auch an beiden Seiten des Bratgutes angeordnet werden, um die Bratzeit zu ver-

ringern.

Für Ausführungsbeispiele sind keramische Materialien mit hohen i dielektrischen Verlusten, nämlich mit einer relativen Dielek- ; trizitätskonstante von 25 - 50 verwendet worden. Als Faust- ! regel für die Auswahl der Materialien mit hohen dielektrischen . Verlusten, die die Energie- Kopplungs- und Umwandlungseinrichj tung bilden, um die gewünschte Phasenumkehrung zu erhalten, ί kann angegeben werden, daß ein Material mit einer Dielektri- ! zitätskonstanten verwendet werden sollte, die annähernd gleich \ ist der Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstanten des zu er- : hitzenden Materials.
ι

', Für alle Ausführungsformen der Erfindung gilt, daß in Anbe-. tracht der rasch abfallenden Feldstärken schon in kurzem Abi stand von dem zu behandelnden Gegenstand nur eine vergleichs-' weise geringe Hitze aufgrund von Streufeldern längs der Ofenwände erzeugt wird. Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäß verwende- ^: ten Materialien leicht gereinigt werden können und dauerhafter

sind als die aus ferromagnetischen Materialien bestehenden, ; verlustbehafteten Geräte, die sehr brüchig werden und bei ! den auftretenden Ofentemperaturen leicht ausbrechen. Die Erfindung läßt sich bei beliebigen Schwingüngs-Feldmustern

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anwenden, beispielsweise "bei der TM₀₁-Schwingungsart, die mit Vorteil für das Braten von Kartoffeln angewendet werden kann. Auch, eine drehbare Grilleinrichtung kann verwendet werden und es können Hornstrahler für die Einspeisung der Mikrowellenenergie in die Öfenkammer vorgesehen sein, wobei die Hornstrahler quer polarisiert sein können. Die Mikrowellen-Kopplungs- und Umwandlungseinrichtungen können für die Weiterleitung der Energie aus den Einspeisegeräten auch in Kombination miteinander verwendet werden, um die Vorteile des Mikrowellenbratens noch günstiger zu gestalten.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 einen vertikalen Schnitt durch ein

Mikrowellengerät gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine schaubildliche Darstellung zur weiteren Erläuterung der Erfindung,

7 -

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-f-

Figur 3 eine schaubildliche Darstellung

einer Ausführungsform einer Bratplatte gemäß der Erfindung, in der die abwechselnde elektrische Streifenfeldverteilung längs der Platten oberfläche dargestellt ist,

Figur 4A e'ine Draufsicht auf einen Teil eines

erfindungsgemäß ausgebildeten Förderbandes,

Figur 4B eine schaubildliche Darstellung der abwechselnden elektrischen· Streifenfelder, wie sie in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Anordnung gemäß Figur 4A verlaufen,

Figur 5 eine Draufsicht auf eine weitere

führungsform einer Bratplatte, auf der sich ein zu bratender Gegenstand befindet,

Figur 6 eine Seitenansicht der Bratplatte gemäß Figur 5,

Figur 7 eine Unteransicht einer streifenfö'rmigen Mikrow.ellen-Übertragungsleitung gemäß der Erfindung,

Figur 8 einen Querschnitt längs der Schnittlinie 8 - 8 in Figur 7,

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■ s.

Figur 9 einen Querschnitt durch eine als Auflagebrett

in einem Mikrowellengerät dienende Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Figur 10 eine perspektivische Ansicht eines Mikrowellengerätes, das für ein drehbares Grillgerät geeignet ist und das durch Hornstrahler mit quer polarisierten Feldern gespeist wird und

Figur 11 eine perspektivische Ansicht des Grillgerätes gemäß Figur 10 in Verbindung mit einer die Mikrowellen koppelnden und umwandelnden Brateinrichtung gemäß der Erfindung.

In Figur 1 ist ein bekannter Mikrowellenofen 10 dargestellt. Die auf Resonanz abgestimmte Ofenkammer 16, die vorbestimmte Abmessungen aufweist, um bei der Betriebsfrequenz eine Vielzahl von Freiraum-Wellenlängen führen zu können, wird von leitenden Decken- und Bodenwänden 12 sowie von Seitenwänden 14 begrenzt. Mindestens eine der Seitenwände 14 ist mit einer Eingangsöffnung versehen, die eine seitlich oder am Boden angelenkte Türe aufweist und eine Drosselanordnung besitzt, wie sie bei derartigen Geräten üblich ist. Ein Gehäuse 18 umgibt die Ofenkammer 16 und ist mit einer Frontplatte 20 für Zeitschalter 22 und 24 sowie Betätigungsknöpfe 26, 28 und 30, nämlich zum Einschalten, zum Ausschalten und für Lichts.tromkreise, versehen-.

Hinter der Frontplatte 20 befindet sich ein Magnetron 32, wie es in dem Aufsatz "Microwave Magnetrons", Radiation Laboratory Series, Vol. 6 von G. B. Oollins, McGraw-Hill Book-Company, Inc., 1948 beschrieben ist. Solche Generatoren werden mit gleichgerichteten Netzspannungen von annähernd 3 000 bis 6 000 V Gleichstrom betrieben. Die elektrische Schaltung sowie Einzelheiten dieser Generatoren sind bewußt nicht näher beschrieben worden, weil sie hinlänglich bekannt sind. Die erzeugte Mikrowellen-

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energie wird in die auf Resonanz abgestimmte Ofenkammer 16 mittels einer Antenne 34 weitergeleitet, die sich in einem dielektrischen Dom 36 befindet, der sich in den rechteckigen Abgabe-Wellenleiter 33 erstreckt. Um einen optimalen Abgabewirkungsgrad zu erzielen, ist eine Abschlußwand 40 an einem

; Ende des Wellenleiters 38 in einem Abstand von annähernd einer viertel Wellenlänge von der Antenne 34 angeordnet." Das gegenüberliegende Ende des Wellenlei.ters 38 ist an der Stelle 42 offen, um die Energieeinstrahlung in die Ofenkammer 16 zu ermöglichen. Die durch die ebenen Wellen 44 dargestellte abge-

; gebene Energie wirct in einer sich zyklisch ändernden Weise durch geeignete Mittel, etwa ein Flügelrad 46 mit einer Vielzahl von Flügeln 48, das von einem Motor 50 angetrieben wird, verteilt. Die Energiewellen werden von den leitenden Wänden an der Decke, an den Seiten- und Rückwänden sowie am Boden der

Ofenkammer 16 reflektiert. Der zu erwärmende und zu bratende Gegenstand 52, beispielsweise ein Steak oder ein Braten, wird von einer Energie-Kopplungs- und -Umwandlungseinrichtung 54 ' gemäß der Erfindung getragen, die die ebenen Wellen 44 in das ; gewünschte elektrische Streifenfeldmuster mit rasch abnehmen-' der Intensität in unmittelbarer Nahe der äußeren Begrenzungs- ^: flächen des zu bratenden Gegenstandes 52 umwandelt.

Die Bratplatte 54 besteht aus einer Anordnung paralleler Platten ' mit unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften. Die Teile . besitzen eine hohe Dielektrizitätskonstante, während die dazwischenliegenden Räume 58 mit einem dielektrischen Material ; mit niedrigen Verlusten versehen und lufterfüllt sein können. Die Zwischenräume 58 sind mit leitendem Material 60, wie ; Kupfer oder einem Metallband, ausgekleidet, um eine kapazi-, tive Wirkung zu erzielen. Falls erwünscht, kann die als Brat- ! platte 54 ausgebildete Energie-Kopplungs- und - Umwandlungsi

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!einrichtung von einem Abstandshalter 62 aus für Mikrowellen !durchlässigem Material getragen werden, der eine Dicke aufweist, um einen Einlaß für die ebenen, von dem Boden 12 reflektierten ι Wellen zu bilden. Die Erfindung kann auch dadurch verwirklicht werden, daß eine weitere, die Mikrowellenenergie koppelnde und umwandelnde Bratplatte 64 an der dem zu bratenden Gegenstand gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, um gleichzeitig beide Seiten zu braten.

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip wird unter Bezugnahme auf die Figur 2 erläutert. Die in der Ofenkammer 16 verteilten ebenen Wellen 44 weisen keine besondere Feldorientierung auf und besitzen eine Wellenlänge von annähernd 12,2 cm bei 2 450 MHz. Von dem freien Raum 66 aus gelangen die ebenen Wellen 44 in einen Schwingungs-Umwandlungsbereich 68, um die elektrischen

Streifenfelder 70 in der Nähe des Steaks 52 auszubilden. Es sei ι
|darauf verwiesen, daß die Umwandlung der Wellen aus dem freien !Raum in ein elektrisches Streifenfeldmuster durch eine integrierende Anordnung erfolgen oder daß der Schwingungs—Umwandlungs— bereich durch eine überlagerte Deckplatte getrennt sein kann.

:Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird im wesentlichen die gej

j samte in den Umwandlungsbereich 68 eintretende Energie in ein gei_ ■ ■ ■

wünschtes Erwärmungsmuster umgewandelt, beispielsweise in den pi-Schwingungszustand, bei dem die elektrischen Felder jeweils um 180 phasenverschoben sind, wie dies schaubildlich in Figur 3 ■ dargestellt ist. Die Anordnung in dieser Darstellung enthält eine Vielzahl paralleler, zu einem Feld aufgeschichteter Platten, wobei jeweils einander abwechselnde Platten eine große Dielektri- ■ jzitätskonstante aufweisen, um den erwünschten Grad der Phasenumkehr oder Phasennacheilung für das daraus resultierende Muster !zu erzielen. Um diese streifenförmige Feldgestaltung zu erreichen¹, 'treten die mit den Vektoren 74 dargestellten ebenen Wellen am Boden der Bratplatte 72 ein. In den niedrige Verluste aufweisenden oder:

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luftgefüllten Bereichen 76 erhält man eine Feldorientierung und einen E-Feldvektor 78, der sich senkrecht zur Ausbreitung der ebenen Wellen erstreckt. Die sich mit den Platten 76 abwechselnden parallelen Platten 80 bestehen aus einem Material mit großer Dielektrizitätskonstante, wie z. B. dem sogenannten K- 50 oder einem unter dem Handelsnamen Stycast vertriebenen Material, wobei die Feldorientierung nun umgekehrt ist, wie durch die Vektoren 78 dargestellt. Im Umlenkungsbereich der ebenen Wellen erstreckt sich der H- oder magnetische Feldvektor in einer dazu rechtwinkligen Richtung, parallel zu der Längsachse der Platte 72, wie durch den Vektor 82 angedeutet ist. Die sich abwechselnden elektrischen Streifenfelder sind mit den Pfeilen 84 bezeichnet. Diese Streifenfeldmuster besitzen in unmittelbarer Nähe der Deckfläche der Platte 72 eine hohe Intensität, die in einer zur Platte 72 senkrechten Richtung schnell abklingt. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht also ein schnelles Bräunen und Braten der Begrenzungsflächen des zu bratenden Gegenstandes.

Anhand der Figuren 4A und 4B wird eine andere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Ein Förderband 90 aus dielektrischem Material mit für Mikrowellen guten Durchlaßeigenschaften ist in abwechselnden Intervallen mit einer Vielzahl von Streifen oder Überzügen aus einem Material mit hohen dielektrischen Verlusten versehen, wobei sich die Streifen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Förderbandes 90 erstrecken, wie mit dem Pfeil 94 angezeigt ist. Die Erfindung ist nicht auf eine senkrechte Anordnung der sich abwechselnden Streifen aus dielektrischem Material beschränkt. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß sich die Streifen parallel zur Bewegungsrichtung des Förderbandes 90 erstrecken. Die Figur 4B zeigt mittels der Pfeile 96 die Anordnung der elektrischen Streifenfelder im Bereich des der Strahlung ausgesetzten dielektrischen Materials des Förderbandes, während die Pfeile 98 die von den

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] Bereichen 92 hoher dielektrischer Verluste hervorgerufene Phasenumkehrung darstellen. Es ist bei Förderbandsystemen üblich, daß die Energie je nach Wunsch von einer Stelle über ι oder unter dem Förderband aus verteilt wird. In jedem dieser I beiden Fälle lassen sich mit der Erfindung elektrische Strei-

■ fenfelder in unmittelbarer Nähe der Förderbandoberflächen erzeugen.

In Figur 5 ist eine den zu bratenden Gegenstand 102 tragende [ Mikrowellen-Bratplatte 100 dargestellt, die auf einfacheWeise

■ in die Ofenkammer eingesetzt und von dort wieder entfernt v/er-

¹ den kann. Die parallelen Platten 104 begrenzen die Bereiche mit !dielektrischem Material niedriger Verluste, die gut durchläs-¹ sig für Mikrowellenenergie sind und die parallelen Platten : enthalten dielektrisches Material mit hohen Verlusten. V/ie sich j aus Figur 6 ergibt, weisen die Platten 106 aus dielektrischem • Material mit hohen Verlusten leicht abgeschrägte Seitenflächen , 106a und 106b auf. Die von den E-Vektoren 108 dargestellten

■ Wellen treten durch den Bodenteil der Platte 106 ein und v/erden dann eingekoppelt und in die Streifenfelder umtransformiert, wo-

:bei diese von der Deckflache der Bratplatte 100 ausgehen, wie mit den Pfeilen 110 bezeichnet ist. Die dem zu bratenden Gegen-

■ stand 102 benachbarten elektrischen Streifenfelder erstrecken j sich ein geringes Stück von der Plattendeckfläche nach außen,

so daß man den erwünschten Brateffekt an den äußeren Begren-

zungsflächen des zu bratenden Gegenstandes 102 ohne weiteres erhält.

Die Figuren 7 und 8 zeigen eine streifenförmige Mikrowellen-, Übertragungsleitung gemäß der Erfindung. Ein aus dielektrischem 'Material bestehender Substratkörper 112 besitzt an seiner Bodenfläche parallele Streifen 114 aus gut leitendem Material, wie Kupfer. Die gegenüberliegende Fläche des Substratkörpers

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weist doppelt.so viele leitende Streifen 116 auf. Dazwischenliegende leitende Streifen 116a sind mit den Streifen 114 an der Bodenfläche mittels Drähten 118 verbunden, so daß man ein elektrisches Wechselfeld erhält, wie durch die Plus- und Minuszeichen an den miteinander abwechselnden oberen Streifen 116, 116a deutlich gemacht ist. Die nicht miteinander verbundenen Streifen bilden Kondensatoren mit den leitenden Streifen 114 an der Bodenfläche. In die Bodenfläche eingespeiste ebene Wellen, wie sie mit den E-Vektoren 120 dargestellt sind, bringen sämtliche der leitenden Streifen 114 an der Bodenfläche auf das gleiche Potential. Die nicht miteinander verbundenen Streifen 116 an der Deckfläche, die durch Zwischenräume 122 voneinander getrennt sind, ergeben ein phasenverschobenes elektrisches Streifenfeld, das sich über die Deckfläche in einer abwechselnden pi-Schwingungsart erstreckt. Diese Ausführungsform der Erfindung stellt ein billiges Verfahren dar, um eine außer Resonanz befindliche Anordnung zu schaffen, mit der sich Mikrowellenenergie koppeln und in ein gewünschtes elektrisches Streifenfeldmuster umformen läßt.

! Die Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

' die aus einem brettförmigen Teil 124 mit abwechselnden paralle-

; len Plattenabschnitten 126 und 128 aus dielektrischem Material

; besteht. Ein solches Brett 124 wird auf Träger aufgelegt, die

: an den Seitenwänden 14 der Ofenkammer 16 befestigt sind, um

' das Brett 124 in einer gewünschten Höhe über der Bodenwand 12

; zu halten. Die parallelen Plattenabschnitte 126 enthalten ein

' Material mit niedrigen dielektrischen Verlusten, während die

; dazwischenliegenden Abschnitte 128 ein Material mit hoher Di-

elektrizitätskonstante aufweisen. Die von einer derartigen An-

j Ordnung erzeugten elektrischen Streifenfelder sind mit den

, Pfeilen 130 bezeichnet.

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! Die Figuren 10 und 11 zeigen eine weitere Ausführungsform eines I Mikrowellenofens, bei dem die Mikrowellenenergie, von einem !Generator 132 durch die Bodenwand 134 mittels Hornstrahler 135, i 136 eingespeist wird. Der zu bratende Gegenstand 138, im vor-. i liegenden Fall ein Hähnchen, wird von einer drehbaren Grillein- ^! richtung getragen, die einen Stab 140 aufweist, der sich an den j Seitenwänden 142 abstützt und von einem Motor, der nicht dargestellt ist, angetrieben wird. Die von dem Hornstrahler 135 ab- ;gestrahlte Energie enthält strahlenförmige Wellen 144, deren I Energie in einer Richtung polarisiert ist, um den E-Vektor 146 ' und den H-Vektor 148 zu erzeugen. Diese Vektoren stellen die • rechtwinkligen Komponenten der mit dem Vektor 150 bezeichneten

ι ebenen Welle dar. Der benachbarte Hornstrahler 136 ist ebenfalls \ für die Ausstrahlung einer polarisierten Welle in der Richtung

!vorgesehen, die mit dem Vektor 150 bezeichnet ist. Dieser Strahler ist jedoch so ausgebildet, daß er eine unterschiedliche Po-Ilarisation der abgestrahlten Energie erzeugt, so daß der E-Vekj tor 152 und der H-Vektor 154 um annähernd 90° phasenverschoben I mit der Orthogonalverteilung der Strahlung des Strahlers 135 i ist.

Bei dieser Ausführungsform kann die Ofenkammer 156 größer sein als dies bei bisher bekannten Mikrowellenöfen der Fall ist, weil I die Energie unmittelbar von den Strahlern 135 und 136 abgestrahlt

;und die Energieverteilung durch den Strahlungswinkel wirksam geisteuert wird. Die von den Außenflächen des zu bratenden Gegenstandes 138 reflektierte Energie wird beim Drehen dieses Gegenstandes wegen der Reflektionseigenschaft der Ofenkammerwände in, das Fleisch zurückgestrahlt. In Figur 11 ist eine Mikrowellen-Bratplatte 158 ähnlich der in Figur 9 beschriebenen dargestellt, ■ die abwechselnde Abschnitte 160 und 162 aus dielektrisch verlustbehaftetem Material aufweist und von Trägern 164 getragen ' wird. Die parallelen Plattenbereiche 160 stellen das Material mit hohen dielektrischen Verlusten und die dazwischenliegenden I

\ Plattenbereiche 162 das Material mit niedrigen dielektrischen !Verlusten dar.

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; Dem Fachmann bietet sich im Rahmen der Erfindung eine Anzahl von ιWeiterbildungs- und Abwandlungsmöglichkeiten, ohne daß der Er-.findungsgedanke hierdurch verlassen wird. Beispielsweise kann ;eine energiekoppelnde und -umwandelnde Bratplatte mit einem '-■ TM„ _Λ Schwingungs-Feldmuster vorgesehen werden. Ein solches j Muster wäre beispielsweise für das Braten von Kartoffeln ge-I eignet.

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Claims

Patentansprüche

Mikrowellengerät mit einer Kammer und mit einem Generator, . der elektromagnetische Mikrowellenenergie in diese Kammer ein-

■ strahlt sowie mit einer Anordnung zum Abstützen des in dieser Kammer zu behandelnden (bratenden) Gegenstandes, dadurch ge-

; kennzeichnet, daß eine Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung

■ (54, 72) vorgesehen ist, die die Freiraum-Energiewellen in ein j vorbestimmtes elektrisches Streifenfeldmuster in unmittelbarer ; Nähe der äußeren Begrenzungsflächen des zu bratenden Gegenstan-I des (52) umwandelt und daß diese Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung (54, 72) Bereiche (56, 58, 76, 80) unterschiedlicher ' dielektrischer Verluste aufweist (Figuren 1 und 3).

i ■ ■ _

: 2. Mikrowellengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, i daß die Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung (54) eine Anord- : nung dielektrischer Platten (56, 58) mit unterschiedlicher ' Durchlässigkeit für Mikrowellenenergie aufweist (Figur 1).

! 3. Mikrowellengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung (54) eine Anordnung paralleler Platten (56) aus einem Material mit hohen dielektrischen Verlusten und sich damit abwechselnden Zwischen-

_t räumen (58) aufweist, v/obei die Wände dieser dielektrischen ¹ Platten, welche an die Zwischenräume (58) angrenzen, mit IeI-. tendem Material (60) überzogen sind (Figur 1).

' 4. Mikrowellengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ; daß die Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung (100) eine Anordnung paralleler Platten (106) aus einem Material mit hohen di-

elektrischen Verlusten und sich damit abwechselnden Zwischen-

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■ räumen (104) aufweist, wobei die Wände dieser dielektrischen

i Platten (106), welche an die Zwischenräume (104) angrenzen, in einer Richtung abgeschrägt sind, um größere Zwischenraumbereiche in den dem zu bratenden Gegenstand (102) näherliegenden Bereichen vorzusehen (Figuren 5 und 6).

5. Mikrowellengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß , die Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung einen dielektrischen 'Trägerkörper (112) auf v/eist, der auf gegenüberliegenden Seiten

■ im Abstand voneinander angeordnete leitende Streifen (114, 116, ¹ 116a) besitzt, wobei sich auf der einen der beiden Seiten eine ■größere Anzahl von leitenden Streifen (116, 116a) befindet und ■wobei ferner Verbindungsteile (118) vorgesehen sind, um jeweils ; abwechselnde Streifen (116a) auf der einen Seite mit den Strei- ; fen (114) auf der anderen Seite zu verbinden (Figuren 7 und 8).

!6. Mikrowellengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .daß das Stützmittel für den zu bratenden Gegenstand (52) ein !Förderband (90) aus einem Material mit geringen dielektrischen •Verlusten enthält, das davon getrennte Bereiche (92) aus einem

!Material mit hohen dielektrischen Verlusten besitzt (Figur 4A).

; 7. Mikrowellengerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, ι daß die Bereiche (92) mit hohen dielektrischen Verlusten in einer Richtung quer zur Transportrichtung (94) des Förderbandes (90) angeordnet sind (Figur 4A).

j 8. Mikrowellengerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, ι daß die Bereiche (92) mit hohen dielektrischen Verlusten in j einer Richtung parallel zur Transportrichtung (94) des Förderbandes (90) angeordnet sind (Figur 4A).

j 9. Mikrowellengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, i daß die Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung (54, 72) zur Abstützung des zu erhitzenden Gutes oder Gegenstandes (52) dient

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I und Bereiche (56, 58, 76, 80) abwechselnd hoher und geringer dielektrischer Verluste aufweist (Figuren 1 und 3).

10. Mikrowellengerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, :daß die Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung (54, 72)· eine 'Vielzahl paralleler, aneinander angrenzender dielektrischer Beireiche von plattenförmiger Gestalt (56, 58, 76, 80) enthält ¹(Figuren 1 und 3).

I ■

^:11. Mikrowellengerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, idaß diese dielektrischen Platten (54, 64) gleichzeitig gegen- ; überliegende Begrenzungsflächen des zu bratenden Gegenstandes !(52) kontaktieren (Figur 1).

■12. Mikrowellengerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, ■daß das Stützmittel für den zu bratenden Gegenstand (52) ein Band (90) aus einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten enthält, .um den zu bratenden Gegenstand (52) durch die Kammer (16) zu befördern und daß das Förderband (90) voneinan- !der getrennte Streifen (92) aus'einem Material mit hohen dielektrischen Verlusten besitzt, die an der den zu bratenden Geigenstand (52) tragenden Oberfläche angeordnet sind (Figur 4A).

13. Mikrowellengerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung eine Vielzahl dielektrischer Teile mit abwechselnd hohen und geringen dielek.tri- ^!schen Verlusten enthält, und daß diese Teile ein Brett (124) ,innerhalb der Kammer (16) bilden (Figur 9).

ι ■

j 14. Mikrowellengerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Generator für die Mikrowellenenergie Hornstrahler,(135, ί136) vorgesehen sind, die Energien mit zueinander rechtwinkligen Vektorausrichtungen aussenden (Figuren 10 und 11).

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15. Mikrowellengerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, j daß das Stützmittel für den zu bratenden Gegenstand (102) ei- i nen dielektrischen Substratkörpe'r (112) enthält, der auf ge-

• ι genüberliegenden Seiten im Abstand voneinander angeordnete· ; Leiterstreifen (114, 116, 116a) besitzt, wobei die Zahl der ^! Streifen (116, 116a) auf der einen Seite wesentlich größer ist und wobei ferner Verbindungsteile (118) zum Verbinden dieser Streifen vorgesehen sind, um ein vorbestimmtes elektrisches Streifenfeldmuster herzustellen (Figur 8).

16. Mikrowellengerät nach Anspruch 9 und 14, dadurch gekenn-

zeichnet, daß das Stützmittel (140) für den zu bratenden Gegenstand (138) drehbar ist und daß die Kopplungs- und Umwandlungseinrichtung eine Platte (158) mit aneinandergrenzenden, parallelen dielektrischen Bereichen (160, 162) aus Materialien mit ab- : wechselnd hohen und niedrigen dielektrischen Verlusten enthält und daß diese Platte (158) in dem Strahlungsweg der Hornstrah- ' ler (135, 136) angeordnet ist (Figuren 10 und 11).

17. Mikrowellengerät für Mikrowellenerhitzung, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Basiskörper (54, 72) mit einer Vielzahl dielektrischer Bereiche (56, 58, 76, 80) von abwechselnd hohen und niedrigen dielektrischen Verlusten zum Erzeugen eines vorbestimmten elektrischen Streifenfeldmusters, das zumindest einer Oberfläche des zu bratenden Gegenstandes (52) benachbart ist, wenn die Grundplatte (54, 72) der Strahlung elektromagnetischer Freiraum-Energiewellen ausgesetzt ist (Figuren 1 und 3).

Iß. Mikrowellengerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, j

daß der Basiskörper (72) eine Anordnung aneinander angrenzen- ■

der dielektrischer Materialien (76, 80) mit abwechselnd hohen j

und niedrigen dielektrischen Verlusten umfaßt (Figur 3).

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• At ·

19. Mikrowellengerät nach Anspruch 17,.dadurch gekennzeichnet, daß der Basiskörper (54) eine Anordnung (56, 58) von Körpern aus Materialien hoher dielektrischer Verluste mit jeweils abwechselnden Zwischenräumen (58) umfaßt (Figur 1).

20. Mikrowellengerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,' daß der Basiskörper einen dielektrischen Träger (112) mit von-

j einander getrennten leitenden Streifen (114, 116, 116a) auf ;gegenüberliegenden Seiten enthält, die miteinander verbunden j sind, um ein vorbestimmtes elektrisches Streifenfeldmuster vorzusehen (Figur 8). ;

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