DE3010088B2 - Speiseanordnung für Mikrowellenofen - Google Patents
Speiseanordnung für MikrowellenofenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung in Mikrowellenofen zum Zuführen von Energie von einer
Mikrowellenquelle in das Innere eines durch leitende Wände begrenzten Ofenraumes, welche Speiseanordnung
ein nahezu symmetrisches, strahlendes, flaches Leitungssystem vom Mikrostreifenleitungstyp enthält,
das sich in dem Ofenraum in der Nähe einer leitenden Erdfläche, vorzugsweise der Bodenwand des Raumes,
befindet und das an einem zentralen Speisepunkt mit der Mikrowellenquelle gekoppelt ist
Es wurde bereits eine derartige Anordnung vorgeschlagen, in der das strahlende Leitersystem einen in
einer Ebene liegenden doppelten Spiralleiter enthält, der sich aus dem zentralen Speisepunkt erstreckt, von
woraus dem System Energie von der Mikrowellenquelle zugeführt wird. Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen,
das Lestersystem in Form einer Anzahl ringförmiger
ίο Leiter auszubilden, die um den zentralen Speisepunkt
konzentrisch angeordnet und mittels einer Anzahl radialer Leiter mit diesem Punkt verbunden sind.
Spezifisch für eine derartige Speiseanordnung mit einem flachen strahlenden Leitersystem vom Mikro-Streifenleitertyp,
das sich in der Nähe einer Erdfläche befindet, ist, daß die Strahlung stark gerichtet ist und
zwar nahezu senkrecht zu der leitenden Erdfläche, d. h.
vertikal nach oben, wenn die Bodenplatte des Ofenraumes als Erdfläche benutzt wird Außerdem tritt
eine starke Konzentration der Strahlungsenergie in dem zentralen Teil des Leitersystems auf und die Ausstrahlung
von Energie nimmt in radialer Richtung zu den Randteilen des Systems schnell ab. Wenn die erhitzende
Ware gegenüber dem Leitersystem zentral und in der unmittelbaren Nähe desselben aufgestellt wird, geht die
Strahlung aus den zentralen Teilen unmittelbar in die zu erhitzende Ware und wird dort absorbiert. Der zentrale
Teil deb Systems kann daher als mit direkter Strahlung wirkend betrachtet werden und der genannte Teil wird
jo deswegen als »unmittelbare Strahlungszone« oder »Nahfeldzone« bezeichnet Die äußeren Teile des
Systems regen den Ofenraum selbst auf übliche Weise an, mit dem Ergebnis, daß die Energie in eine
unmittelbare Strahlung und eine Raumwellenstrahlung aufgeteilt wird.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei der bereits vorgeschlagenen Form des strahlenden Leitersystems
eine übermäßige Erhitzung in einem beschränkten Gebiet gegenüber der Mitte des Leitersystems, d. h.
gegenüber dem Speisepunkt, auftreten kann. Beim Backen kann eine derartige örtliche Erhitzung nachteilig
wirken, da die Temperatur nachdem der Ofen während einiger Zeit im Betrieb gewesen ist, derart
hoch ansteigen kann, daß die Eigenschaften der Hefe in dem stark erhitzten Gebiet ausgeschaltet werden.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine andere Form des Leitersystems in einer derartigen Speiseanordnung
zu schaffen, damit, unter Beibehaltung des Hauptprinzips der Anordnung, d. h. die Verteilung der Energie in
eine unmittelbare Welle und eine Raumwelle, einerseits eine bessere Energieverteilung innerhalb der zentralen
unmittelbaren Strahlungszone selbst und andererseits ein besseres Gleichgewicht zwischen der unmittelbaren
Wellenenergie und der Raumwellenenergie zu schaffen.
π Nach der Erfindung ist eine derartige Anordnung
dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Speisepunkt, wo Mikrowellenenergie in das Leitersystem geführt
wird, allseitig von einer leitenden Platte umgeben ist, die in der Ebene des Leitersyctems liegt und die sich am
Umfang in eine Anzahl sich radial erstreckender leitender Platten fortsetzt, zwischen denen sich
Zwischenräume oder öffnungen befinden, die sich nach Außen hin verbreiten und dadurch, daß die radialen
Platten von mindestens einem ringförmigen geschlossenen Leiter umgeben sind, der von den radialen Platten
Energie erhält.
Eine derartige Konstruktion, in der ein großer Teil des zentralen Teiles der Nahfeldzone durch eine
leitende Platte abgedeckt wird, bewirkt, daß das
elektromagnetische Feld, das zwischen dem flachen Leitersystem und der Erdfläche, vorzugsweise der
Bodenwand des Ofenraums entsteht, in der Nahfeldzone nur über die öffnungen zwischen den leitenden
radialen Platten zu der Strahlung I". Richtung des Inneren des Raumes beitragen kann. Ein großer Teil der
Energie wird dadurch in Auswärtsrichtung zu dem Umfang gezwungen und wird dort zu der Raumwellenstrahlung
beitragen. Eine sehr niedrige Strahlung wird genau gegeuSber dem zentralen Speisepunkt erhalten,
wo die zentrale leitende Platte den Raum über dem Leitersystem von dem Raum zwischen dem Leitersystem
und der Bodenwand völlig abschirmt, und Versuche haben gezeigt, daß in der Mitte ein is
ausgeprägter »kalter« Punkt erhalten wird. Eine derartige Bemessung des Leitersystems, so daß in der
Mitte ein »kalter« Punkt erhalten wird, ergab sich als
vorteilhaft, da der »kalte« Punkt durch die umgebenden
Teile auf ausreichende Weise durch Wärmeausgleich erhitzt wird. Durch die beschriebene Form des
Leitersystems ist der überhitzte Punkt in der Mitte der früher vorgeschlagenen Ausfuhrungsbeispiele in einen
»kalten« Punkt umgewandelt und der Umfang und die Temperatur des Punktes kann durch Änderung der
Außenabmessungen der zentralen Platte auf einfache Weise eingestellt werden. Die Energieverteilung innerhalb
der Nahfeldzone und das Verhältnis zwischen der Nahfeldstrahlung und der Raumwellenstrahlung kann
auf einfache Weise dadurch eingestellt werden, daß die Abmessungen der genannten radialen Platten und das
Verhältnis zwischen diesen Platten und den Zwischenräumen geändert wird.
Eine gute Feldverteilung innerhalb der Nahfeldzone selbst wird erhalten, wenn die radialen Platten mittels js
eines oder mehrerer Leiter, die in der Ebene des
Leitersystems liegen, miteinander verbunden werden.
Aus dem Gesichtspunkt der Symmetrie und einer einfachen Herstellung ist es vorteilhaft, wenn die
zentrale Platte sowie die ringförmigen Leiter kreisförmig sind, in welchem Fall die radialen Platten (und die
Räume zwischen denselben) durch Kreissektoren gebildet werden, die durch kreisbogenförmige Leiter
miteinander verbunden sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform, in der die Anzahl radialer Platten vier beträgt, weist das Kennzeichen auf,
daß das Leitersystem derart in einem vierwinkligen bzw. quadratischen Raum angeordnet ist, das c!ie Platten
nahezu auf die Ecken des Raumes gerichtet sind.
Es hat sich herausgestellt, daß eine derartige Anordnung die beste Feldverteilung in der Nahfeldzone
ergibt, was möglicherweise dadurch verursacht wird, daß sich die Platten dann im maximalen Abstand von
den leitenden Wänden des Ofenrauines befinden, wodurch die Gefahr störender Stehwellenmuster auf ein
Minimum zurückgeführt ist.
Eine Ausführungsform, in der die radialen Platten und
ihre Zwischenräume gleichmäßig über den Umfang verteilt und nahezu gleich groß sind, d. h. daß jede einen
Winkel von nahezu 45° beansprucht, hat sich als geeignetes Ausführungsbeispiel des Leitersystems bewährt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt fa5
F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Ofenraumes mit ein<im Leitersystem, das in eine Speiseanordnung
nach der Erfindung aufgenommen ist,
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt du cdi den Mikrowellenofen
mit der Speiseanordnung nach der Erfindung,
F i g. 3 einen horizontalen Schnitt gemäß der Linie HI-III in F i g. 2 mit einer bevorzugten Ausführungsform
der Übertragungsleitung in treuem Maßstab.
Das Bezugszeichen 10 in den F i g. 1 und 2 bezeichnet einen Ofenraum in einem Mikrowellenofen, welcher
Raum durch eine Bodenplatte It, eine obere Platte 12,
eine Vordsrwand 13, eine Rückwand t4 und zwei Seitenwände 15,16 begrenzt wird Die Vorderwand hat
eine nicht dargestellte öffnung, durch die das Innere des Ofenraumes erreichbar ist und die mit einer Tür
abgeschlossen werden kann. Wie F i g. 2 zeigt, ist eine Trägerplatte 17 für zu erhitzende Nahrungsmittel im
Ofenraum angeordnet und unterhalb dieser Platte 17 befindet sich ein Leitersystem 18 in Form einer
Übertragungsleitung vom Mikrostreifenleitertyp mit einem Metallstift 19. Der Stift 19 erstreckt sich durch
eine Öffnung 20 in der Bodenplatte 11 bis in und durch einen Wellenleiter 21, der auf der Unterseite der
Bodenplatte 11 angeordnet ist Auf dem gegenüberliegenden Ende des Wellenleiters befindet sich ein
Magnetron 22 mit einer Antenne 23, die sich ebenfalls bis in den Wellenleiter erstreckt
Um eine optimale Kopplung zwischen dem Stift 19 und dem Wellenleiter 21 zu erzielen ist die untere
Begrenzungswand des Wellenleiters kegel- oder kuppeiförmig, wie in Fig.2 dargestellt, so daß der
Wellenleiter 21 an der Stelle der Kopplung zwischen dem Stift 19 und dem Wellenleiter 21 eine minimale
Höhe hat und es nimmt die Höhe des Wellenleiters 21 je nachdem der Abstand von der Kopplungsstelle
zunimmt, allmählich zu, während das Stiftende 24, das durch die Unterseite des Wellenleiters 21 hindurchragt,
mit der Wand dieses Wellenleiters mittels eines Kurzschlußringes 25 und eines metallenen Flansches 26
kurzgeschlossen wird. Bei der Hindurchführung 27 durch die untere Wand des Weilenleiters 21 ist der Stift
19 auf der Außenseite mit einer isolierenden Teilonschicht bedeckt.
Die Wirkungsweise ist nun wie folgt: Wenn das Magnetron 22 erregt wird, wird über die Antenne 23 in
den Wellenleiter 21 Mikrowellenenergie geführt, durch diesen Wellenleiter fortgepflanzt und von dem Stift 19
empfangen. Dieser Stift 19 führi die Mikrowellenenergie zu dem zentralen Punkt in dem Leitersystem 18, von
woraus diese Energie in dem Leitersystem 18 radial in Auswärtsrichtung unter Abgabe von Energie an die
Nahrungsmittel, die sich auf der Trägerplatte 17 in der Mitte des Ofenraumes befinden, übertragen wird. Ein
Teil dieser Energie geht unmittelbar in die Nahrungsmittel und ein anderer Teil regt den Ofenraum an, wobei
ein Stehwellenmuster in diesem Raum entsteht. Das Leitersystem 18 ist gegenüber dem Stift 19, der den
Speisepunkt darstellt, drehsymmetrisch und konzentrisch.
F i g. 3 zeigt deutlich, daß das Leitersystem 18 eine zentral angeordnete, kreisrunde metallene Platte 28
enthält mit dem Metallstift 19 in der Mitte und mit einem Vorsprung in vier Metallpiatten 29,30,31,32 am
Umfang, welche Platten die Form eines Kreissektors haben. Diese sektorförmigen Platten 29-32 definieren
Zwischenräume bzw. öffnungen 33,34,35,36, die auch
die Form von Kreissektoren aufweisen. In dem dargestellten Beispiel sind die sektorförmigen Platten
und die Zwischenräume gleichmäßig über den Umfang verteilt und sie sind von gleicher Größe, d. h. sie
beanspruchen je einen Winkel von 45° von dem
gemeinsamen zentralen Punkt O aus gesehen. Die
sektorförmigen Metallplatten 29-32 werden durch zwei ringförmige Streifenleiter 37 und 38 eingeschlossen,
die in dem dargestellten Beispiel auch kreisförmig und in bezug auf den zentralen Punkt O konzentrisch
angeordnet sind. Die ringförmigen Leiter 37,38 sind mit
den sektorförmigen Metallplatten 29 — 32 durch vier radiale geradlinige Streifenleiter 39, 40, 41, 42
verbunden, die sich von der N'itte der jeweiligen sektorförmigen Metallplatten erstrecken und die mit
dem Leiter 37 sowie dem Leiter 38 verbunden sind. Außerdem gibt es kreisbogenförmige Streifenleiter 43,
44, 45,46, die die sektorförmigen Metaliplatten 29-32 an ihrem Umfang miteinander verbinden und ähnliche
kreisbogenförmige Streifenleiter 47, 48, 49, 50, die die sektorförmigen Metallplatten 29, 30, 31, 32 etwa in der
Mitte dieser Sektoren miteinander verbinden. Die kreisbogenförmigen Streifenleiter 43—46 und 47 — 50
bilden zusammen mit dem Material der Metallplatten 29 — 32 gleichsam zwei innere, ringförmige Streifenleiter.
In dem dargestellten Beispiel liegen all diese ringförmigen Leiter gegenüber dem zentralen Punkt O
konzentrisch.
Nach F i g. 3 ist das beschriebene kreissymmetrische Leitersystem 18 derart gegenüber den Wänden des
Ofenraumes ausgerichtet, daß die Mittellinie jedes sektorförmigen Raumes 33—36 senkrecht zu einer
Ofenraumwand steht. Die sektorförmigen Metallplatten 29 — 32 sind auf diese Weise nahezu auf jede F.cke des
Ofenraumes gerichtet.
Die Wirkungsweise ist wie folgt: Mikrowellenenergie, die dem Metallstift 19 zugeführt wird, pflanzt sich radial
auswärts über das symmetrische Leitersystem fort und gleichzeitig strahlt Energie nach oben, so daß die
Energie über das Leitersystem von der Mitte zu dem Umfang ständig abnimmt. Die aufwärts gerichtete
Strahlung erfolgt hauptsächlich in den Öffnungen zwischen den Platten 29 — 32, während diese Platten
ebenso wie die leitende kreisrunde Platte 28 in der Mitte die Strahlung »abschirmen« und gleichzeitig die Energie
nach außen fortpflanzen. Infolge der dargestellten Form des Leitersystems mit einer relativ großen leitenden
Platte in der Mitte und leitenden Platten, die nach außen hin breiter werden und Strahlungsöffnungen zwischen
denselben bestimmen, die auch in der Auswärtsrichtung breiter werden, wird in diesem Bereich eine Zone mit
einer einheitlichen aufwärts gerichteten Strahlung ohne ausgeprägte »kalte« oder »warme« Punkte erhalten (ein
»kalter« Punkt genau in der Mitte außer Betracht gelassen). Da die Nahrungsmittel meistens gegenüber
dieser Zone und sehr nahe bei dem leitenden System
ίο aufgestellt werden, dringt die Strahlung aus dieser Zone
unmittelbar in die Nahrungsmittel und die genannte Zone bindet die sogenannte unmittelbare Strahlungszone
oder Nahfeldzone. Die übrige Energie pflanzt sich in Richtung der ringförmigen Außenleiter 37, 38 fort und
erregt den Ofenraum. In dem dargesteiiten Ausführungsbeispiel
des Leitersystems wird auch zwischen der Menge Energie, die in der Nahfeldzone gestrahlt wird
und der Menge, die in die Raumfeldzone gestrahlt wird, ein befriedigendes Gleichgewicht erhalten.
Das Leitersystem kann auf geeignete Weise aus nur einem Teil bestehen und aus einer Metallplatte gestanzt
werden. Das Leitersystem kann auch aus einer Metallfolie bestehen, die unmittelbar auf der Unterseite
der Trägerplatte 17 befestigt wird, beispielsweise durch Verkleben, oder aus einem metallisierten Muster, das
auf der Unterseite der Trägerplatte 17 angeordnet wird.
Das strahlende Leitersystem vom Mikrostreifenlei-
tertyp kann im Rahmen der Erfindung verschiedenartig modifiziert werden, dies unter Beibehaltung der
gewünschten Eigenschaften der Speiseanordnung. Es ist daher nicht notwendig, daß alle ringförmigen Leiter und
metallenen Plattensektoren genau kreisförmig sind, sie dürften aber auch beispielsweise elliptischer Form sein
so daß sie an einen rechtwinkligen Ofenraum besser
γ, angepaßt sind. Die Grundform der »Ringe« kann auch
rechtwinklig oder quadratisch sein, in welchem Fall die zentrale Platte ebenso wie die Metallsektoren rechtwinklig
bzw. quadratisch sein dürften. Um den »kalten« Punkt in der Mitte zu verringern, kann die zentrale
4n Platte 28, gewünschtenfalls mit kleinen Schlitzen
versehen sein, was auch für die sektorförmiger Metallplatten gilt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Anordnung in Mikrowellenöfen zum Zuführen von Energie aus einer Mikrowellenquelle in das
Innere eines durch leitende Wände begrenzten Ofenraumes, welche Speiseanordnung ein nahezu
symmetrisches, strahlendes flaches Leitersystem vom Mikrostreifenleitertyp enthält, das sich in dem
Ofenraum in der Nähe einer leitenden Erdfläche, vorzugsweise der Bodenwand, des Raumes befindet,
und das an einem zentralen Speisepunkt mit der Mikrowellenquelle gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der zentrale Speisepunkt (19), wo Mikrowellenenergie in das Leitersystem (18)
geführt wird, auf allen Seiten von einer leitenden Platte (28) umgeben ist, die in der Ebene des
Leitersystems liegt und sich am Umfang in einer Anzahl sich radial erstreckender leitender Platten
(29—32) fortsetzt, zwischen denen sich Zwischenräume
oder öffnungen (33-36) befinden, die sich nach außen hin verbreiten und daß diese radialen
Platten von mindestens einem ringförmigen geschlossenen Leiter (37, 38) umgeben sind, der von
den radialen Platten (29 - 32) Energie erhält (Fig. 3).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere Leiter (43—50)
enthält, die die radialen Platten (29—32) miteinander verbinden (Fig. 3).
3. Anordnung nach Anspruch 2, in der die zentrale Platte ebenso wie die ringförmigen Leiter kreisförmig
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Platten (29-32) und die Zwischenräume (33-36)
die Form von Kreissektoren haben, die durch kreisbogenförmige Leiter (43 — 50) miteinander
verbunden sind (F i g. 3).
4. Anordnung nach Anspruch 1—3, in der die Anzahl radialer Platten vier beträgt und der
Ofenraum rechtwinklig oder quadratisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitersystem (18) derart
angeordnet ist, daß die radialen Platten (29—32) nahezu auf die Ecken des Ofenraumes (10) gerichtet
sind (F i g. 3).
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Platten (29—32) und die
Zwischenräume (33-36) gleichmäßig über den Umfang verteilt und nahezu gleich groß sind, d. h.
daß jeder von ihnen einen Winkel von etwa 45° bsansprucht (F i g.'3).
6. Anordnung nach Anspruch 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich radial erstreckenden
Platten (29—32) eine radiale Verlängerung haben, die größer ist als die halbe radiale Abmessung des
äußeren ringförmigen Leiters (37), vorzugsweise etwa entsprechend dem 0,65fachen der genannten
radialen Abmessung (Fig. 3).
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