DE3120900A1

DE3120900A1 - Mikrowellen-arbeitsraum

Info

Publication number: DE3120900A1
Application number: DE19813120900
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. 7800 Freiburg Fritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-26
Filing date: 1981-05-26
Publication date: 1983-06-16

Description

Deutsches Patentamt München 23-5.81

Anmeldung zum Patent hilfsweise QBM Mikrowellen-Arbeiteraum Zusatz zu 29 IO 961 *

In heutigen Mikrowellenarbeitsräumen werden die HF-Felder durch besondere Mittel so beeinflusst, daß an der Stelle des Objekte im Zeitmittsl eine homogene Energieverteilung erzielt wird.

Dies ist für relativ kleine und nicht stark absorbierende Objekte ausreichend, versagt aber, wenn die Dicke der Objekte in die Größe von Ά und mehr kommt bei den üblichen Absorptionswerten. Denn wegen der unvermeidlichen Schwächung der ursprünglich homogenen Strahlung beim Durchgang durch die Randteile bleibt für die Kitte weniger Energie übrig, die Temperatur dee Objektinneren bleibt zurück gegenüber der Bandteile. . ' Bekannte Beispiele:

Ein tiefgefrorenes Hähnchen kann bei raschem Aufwärmen außen bereits verkohlen, während in der Mitte noch Tleffrast herrscht.

Eine tiefgekühlte Sahnetorte läuft In den heutigen Herden außen flüssig zusammen über einen inneren Eiskern.

Bei normalen Ausgangsteaperaturen sind die Verhältnisse ähnlich, nur weniger auffalend.

Die heutige Methode, die Zeiten zu dehnen oder in Impulsen zu tasten, 1st keine Lösung des Problems. .

Vielmehr 1st'es erforderlich, die Energie auf die Mitte des Objekts in bestimmtem Masse su konzentrieren. ^ In Anlehnung as die Hauptanmeldung und Weiterbildung der dortigen Vorstellungen wird dies la folgenden möglich:

Konzentration bedeutet elektrisch die überlagerung von mindestens 2 Wellenzügen an dem gewünschten Ort. Linse und Hohlspiegel fallen aus Dimensierungsgründen aus. Es zeigt sich, daß mit 2 oder mehr getrennten Strahlungsquellen einwandfrei ausreichende Wirkungen erzielt werden können.

Die Skizze zeigt einen Arbeltsraum mit 2 Strahlungequallen, hier einander gegenüberstehend. Die Quellen sind Fenster oder äquivalente Antennenkonstruktionen an den Enden von Energiezuleitungen

-—" Temperaturverteilung l.zyl.Obj· bisher:falsch neu:richtig

2> . 1—«<f ρ-«—«—^r-- r

quelle

Die beiden Wellenzüge stammen von verschiedenen Senäeröhren ohne Ijrequenzbeziehung zueinander, die !Frequenzen gehören zum gleichen Frequenzbereich, sind aber nicht identisch. Damit die Senceröhren sich gegenseitig nicht stören, sind in den Zuleitungen Richtleitorgane angebracht bei gleicher Polarisation oder die Polarisationen stehen senkrecht aufeinander. Die Energie der Primär strahlung fällt, ehe Wandreflektionen wirksam werden, mit i/'r^ oier höheren Potenzen (weeien der llah— feider) ab; s. Kurven 1 der Skizze.

Die Summe beider Einstrahlungen erreicht in der ICitte durch skalare Addition im Maximum fast den doppelten V.er"c vie im benachbarten Minimum; s. Kurve 2.

Diese Konzentration 2:1 ist für viele Anwendungsbeispiele bereit! ausreichend. Wird ein Objekt in die Kitte gebracht, dessen Rande: ungefähr in die Minima fallen, so verringert sich das ΚΑΣ/ΚΙΪΤ-Verhältnis von 2:1 im Idealfall auf 1:1, d.h. das Objekt wird' in der Mitte elektrisch genauso hoch "belastet wie am Rand, es .' wird also homogen erwärmt.

2. Fall:

Die beiden Wellenzüge stammen von derselben Senderöhre bzw, von Röhren auf gleicher Frequenz gesteuert. Die Quellen sollen in !frequenz, Phase, Amplitude und Polarisation gleich sein.Dann * -treten bekanntlich im Zwischenraum stehende Wellen auf mit einem Verhältnis 1:°° zwischen Max. und Kin^lm Abstand von ^/2 der · Minima Kurvej3 der Skizze. Der Abfall nach Kurve-2 addiert sich, naturgemäß dominiert Kurve 3 den Verlauf in der Kitte. Hechts das Ergebnis bei einem zylindrischen Objekt. Bei Dämpfung durch ein Objekt werden wieder die liax. erniedrigt, wegen der Energieabgabe, die Min. aber stärker erhöht wegen der Energienachlieferung für die Kax. Die Anwendungsmöglichkeiten sind umfassender-Im folgenden handelt es sich um die praktische Ausführung der genannten Vorstellungen.

.Als Zuleitungen haben sich elektrisch wie mechanisch unerwarteter Weise ertrem flache Hohlleiter und Bandleitungen, also mit geringem Wellenwiderstand, bewährt. Sie lassen siö.h sehr gut anpassen, beanspruchen wenig Raum und können leicht zu Bestandteilen der Wände gemacht werden.

BAD ORSOfNAL

b.'. stellt nit 1 den Arbeitsraum dar, 2 ist die Zuleitung; voc näer (3), 4- aas !Fenster ζ us Verteilunrsleiter 5 πι it den beiden rahlungsquellen 6. Die Quellenaufsicht von oben und von unten ; igt 8 und B^ je nach Objektgröße von normaler Breite oder dcnp- j lter Breite. Im letzten lall erhält das Fenster in der Kitte B. eine metallische Brücke passender Induktivität, um den i ;rahlungsf scher · zu verbreitern und störende Vi ellenf ormen zu j iterbinden. Der Wirkungsbereich wird verbreitert durch Anv:en- <

mg eines Drehtellers 7- Das Objekt wird ggf. durch passende nterlage in die geeignete !Raumhöhe ε-ebracht, wie in Abb. 2 arch das gestrichelte Objekt angedeutet.

η den Drehteller oder sonstige mechanische Verschiebungen arch elektrische Anordnungen zu ersetzen, zeigt Abb.2 eine sjti- j etrische Wiederholung des Verteilungswellenleiters, gespeist on gleichen Sendear ohr 9· Die Koppelfenster 4 und 4'müssen geenphasig sein,, also einen Abstand von ungeraden'*^v'^/2 haben, ainit die Quellen 6 gleichphasig bleiben. Tür ein mehr rechtckiges Objekt werden die Fenster der Quellen wie 1C ausgebil-.et, für ein rundes, z.B. Torten, wie 10', Zur Leistungssteuerung kann eine 2* Sende/rÖhre eingesetzt werden durch Auftei-.ung des Hohlleiters 2 und symmetrische -Ankopplung von beiden leiten* ..."... . - .

irnisin« gegenseitige Überkopplung aus "benachbarten Fenstern 6 5U vermeiden, wird <Lann eine Reflektionssperre 11 von e^rpericentell zu "bestimmender Höhe in ?orm einer Metallplatte oder | Iquiv. eingesetzt. · i

rtährend die Abb,-1 nnd 2 sich vorwiegend auf Eins at seien be- ·! ziehen, gilt Abb. 3 für Durchlauf öfen, insbesondere' zum trockne:: dünner Schichten. ι

Die Strahlungsrichtung steht insier senkrecht auf der !Fenster- _t ebene. Daher sind die Strahlungsquellen 6 schräg nach vorne eingestellt, wenn die Pfeilrichtung die Objektsbewerung anzeigt, der Höhenabstand des Raumes 1 betraft ungefehr 3/^-λ. Dann wiederholt sich nach Passieren der Primärstrahls durch das Objekt und fiandreflektion der Zentrierungsvorgang in der Kitte, wo die 1 Polarisation um die Ebene des Objekts pendelt. Vie die rechte Skizze zeigt, sind wegen des flachen Objekts benachbarte !Fenster 6 phasengleich. Die üahl richtet sich nach dem Objekt.

l^!as Lrrebnis stellt: eine außergewöhnlich rute ho~o~ere ■verseilung der Leistung auf dem flachen Otjekt dar-, die jleder modernen Anforderung gerecht wird, z.B. beim !Trocknen von Folien und Perben.

Abb.A-, Ansicht von vorn, und iVbt.5, Ansicht von oben, zeigen einen Durchlaufofen in Zylinderforn, bevorzugt für Flüssigkeiten oder Schüttgut, das gtff. in eiueiE zusätzlichen Isolierrohr geführt wird. Die Anordnung Ιεζ- baus te inartig zusammengesetzt. 1 ist der Arbeitsraum, die Pleilrichtung seine Achse, 5 öLer Verteilerhohlleiter, 6 die ,jtrahlunrsfenster, 12 die K ont acreplatt en für die Senderöhren, 13 das Einkor^eiioch. ■ Ie vorliegenden £eispielBfall vird also ebenfalls die reoiaetrische Addition, ar.rewendet, gegenüberliegende Srrahlungsquellen haben gleiche rola- . risation, Phase und Amplitude, dadurch wird die Konzentration auf die (Tbjektmitte nach früheren Ausführungen scaärfer und da~ Eit die Entkopplung zwischen zwei in der Achsenrichtung aufeinanderfolgende lenster 6 fast total, in der gezeichneten Anordnungjenergetisch gemessen kleiner als 1/1000. Ist .der Durchmesser von 1 großer als ^₃, können Y>ellenformen der Art E_nr. entstehen, die etwas stärker überkoppeln. Dann bringt man zwei aufeinanderfolgende Bausteine durch Drehung jam die Achse in einem Winkel zueinander an, bo, daß das eine lenster im Strahlungsminimum des anderen liegt, die bekanntlich zyklisch aufeinander folgen. Mehrere !Leiter 5 können wieder über einen gemeinsamen Xeiter gespeist werden. Im Beispiel ist der Hohlleiter 5 über die kurze Seite gekrümmt, prinzipiell ist die Krümmung über die lange ' ..- ... .gleichwertig, sie gestattet Eöhrenorientierung parallel der Achse, falls erforderlich.

r:ee:en der außergewöhnlich guten Entkopplung der Bausteine können hiermit öfen beliebiger Leistung auf kleinem Raum zusammengebaut werden.

In allen geschilderten Fallen, kann man durch Steuerung von Amplitude und insbesondere der Phase, letztere z.E. durch Verschieben der Stellen 4·, die Lage der i-.ariine in der geometrischen Eöhe verändern.

8AD OFTfGfIMAL

Leerseite

Claims

Ansprüche: *

Mikrowellenarbeitsraum mit mindestens 2 EinstraLlungsguellen in cLen Wänden, dadurch gekennzeichnet.,

>iJ daß diese Quellen so angeordnet "und betrieben werden, da" sich die Strahlungen vor etwaiger Keflektion an den Vander· an cer Ob^ektstelle überlagern und dort in Vergleich zur unmittelbaren Umgebung des Ob.jekts eine erhöhte Lnergiedichte erzeugen.

2„ wie i., dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Nichtkohcrenz (An ^ABi) der Strahlungsquellen zur Vermeidung nerenseitis-er Strahlungsaufnahmer|lie Polarisationsrichtunren us QC-^c ^e-er— einander gedreht werden oder in den Zuleitungen Riehtleiterelemente eingebaut sind.

3. wie Ι., dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Kohärenz (Tv_n =λπ) die 3trahlunp"squellen außer gleicher Irequenz auch gleiche Polarisation, Phase und Amplitude erhalten.

*i. V7ie oben, dad. gekenn ζ., daß die Strahlungsquellen die angepaßten Enden von extrem ilachen Wellenleitern, z.B. Eohl- oder Bandleitern, ggf. mit-dielektrischer Einlage, sind.

5» »wie 4·., dad. gekennz., daß die Strahlungsquellen innen oder außen dicht auf der Eaumwand aufliegen, sodaß sie ggf. Teile dieser Wände darstellen.

■6. wie oben, dad. gekennz., daß die Senderohren über zwischecgeschaltete Leiter höheren ftellenwiderstands auf die Plachleiter gekoppelt werden.

7» *?i® oben, flad, gekennz., daß die Form und Anordnung der Strahlungsquellen nach der beabsichtigten Eaumνerteilung ausgerichtet wird, wobei bei extrem breiten lenstern'durch r.usrtze v;ie insbesondere metallische Querbügel bestimmten Induktionswiderstands die erwünschte Strahlungsverteilung erzwungen wird.

So wie 7.ί dad. gekennz., daß zur Erzeugung von Rechteck- oder Sotationssymmetrie der Strahlungsverteilunr im Objekt dieses in bekannter V.eise verschober oder gedreht v:ird.

9» in Abänderung von 6., dad.gekennz., daß durch die Anordnung ■von mehreren lenstern in Rechteck- oder lireissymmetrie und passender Einspeisung die gevmnschte Gymmetrie reir elek-

: frisch ohne Objektbeweguxig; erzielt wird.

iwie 7-9» dad. gekennz», daß bei Verwendung von nicht überall kohärenter Strahlung die überkopplung swischen bensch-

bart en !"enstern durch metallische Trennwände, definierter Sähe und ggf. besonderer· Konturen verhindert wird.

11.wie oben, dad. gekenns., daß die beschriebenen Strahlungs— quellen α it ihren v'erbindungsleitungen. als selbständige^ mechanische 3Ionstruktion3teile aufgebaut? werden, sodaB sie· z.3» über Älemmkontakte die Energie aufnehmen können und nach;- Be— darf in Arbeitsräume üblicher Konstruktion wahlweise vom Verbraucher eingesetzt werden können-»

12.Durchlauföfen mit oben gekennzeichneten Mitteln, wobei insbesondere für flache Objekte (Jollen u.ä») die P.aumhöae· ca 3/4-?V beträgt und die Einstrahlung- schräg nach vorn gerichtet und symmetrisch, istr,. sodaß die Hauptkomponentedea elektrischen .Feldes- int wesentlichen .izr die. JDbjektefaene fällir». C ure hl auf öfen mit oben gekennzeichneten. Kitteln, insbesonderefür flüssigkeiten oder Gchüttgüter·».. wobei der Irbeitsrauct 2.3. rohrförmig mit quadratischem odeir-rundent Quer schnitt: sich beliebig lang§__ erstreckt und d±& zusammengehörigen; Strahlungsquelle]! niit ihren Aggregaten in Bausteinmanieir.. dicht übereinander angeordnet werden au beliebigen Gesamt— leisüuncren. .

copy¹

bad