DE3785215T2

DE3785215T2 - Lebensmittelbehaelter und herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE3785215T2
Application number: DE8787907488T
Authority: DE
Inventors: J Wendt
Original assignee: Pillsbury Co
Current assignee: Pillsbury Co
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2007-10-23
Also published as: US4851631A; ES2005416A6; ATE87789T1; NO882776L; DK341388D0; JPH02500970A; CA1296678C; DE3785215D1; EP0327586A1; DK341388A; KR890700301A; NO882776D0; AU8232587A; WO1988003352A1; JP2608082B2; EP0327586B1

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Lebensmittelbehälter und ein Verfahren zur Herstellung des Lebensmittelbehälters gerichtet. Der Lebensmittelbehälter ist für den Gebrauch in einem Mikrowellenofen gedacht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Komplettgerät bzw. eine Gesamtverpackung zum Aufwärmen einer Vielzahl von Lebensmittelmaterialien in einer Mikrowellenumgebung. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung für Fälle gedacht, wo zwei oder mehr verschiedene Lebensmittelmaterialien in einem Mikrowellenofen simultan aufgewärmt werden sollen, jedoch ein Lebensmittelmaterial mehr Wärme als das andere benötigt. Der Vorgang des Aufwärmens eines Lebensmittelmaterials stärker als das andere wird als "differenziertes Aufwärmen" bezeichnet. Differenziertes Aufwärmen könnte durch Anwenden eines leitenden Schildes verwirklicht werden, wenn gewisse Probleme irgendwie vermieden werden könnten. In der Vergangenheit, wenn Versuche gemacht wurden, Matall in einer Lebensmittelpackung zum Gebrauch in einem Mikrowellenofen zu benutzen, traten Funken- und Knackgeräusche auf, wenn der Mikrowellenofen angeschaltet wurde. Das wird gemeinhin als "Überschalagen" bezeichnet und ist für viele Jahre ein Problem gewesen - das gewöhnlich durch Vermeiden des Gebrauches von Metall in einem Mikrowellenlebensmittelpaket umgangen wurde. Starkes Überschlagen könnte ein Brennen des Paketes verursachen.
Einige andere mit dem Gebrauch eines Metalls oder eines leitenden Schildes verbundene Probleme schließen zusätzllch zum Überschlagen Versengen des Produktes oder der Packung bzw. des Paketes, Schmelzen der Packung, resonante Rückübertragung, Rückübertragung an den Kanten des Schildes, Verbrennen der Packung, örtliche Überhitzung, stehende Wellen und scheinbares Entweichen der Mikrowellen in die Packung ein. Der Anmelder fand heraus, daß diese Probleme alle mit Resonanzen in dem leitenden Schild verbunden zu sein scheinen. Die vorliegende Erfindung eliminiert im wesentlichen Überschlagen und andere Probleme, die mit Resonanzen in einem Lebensmittelbehälter fur eine Mikrowellenumgebung verbunden sind, wo der Lebensmittelbehäiter Metallbauteile oder einen leitenden Schild verwendet.
Das Problem des Überschlagens hat die Fachwelt über viele Jahre beschäftigt, wo Versuche gemacht worden sind, metallische Schilde zu verwenden, um differenziertes Aufwärmen von Lebensmittelsubstanzen mittels Mikrowellenenergie zu verwirklichen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Erkenntnis, daß Überschlagen im wesentlichen eliminiert werden kann durch Auswählen einer geeigneten Geometrie für die metallischen Komponenten der Lebensmittelpackung. Diese Erkenntnis erlaubt es, daß Metallschilde zweckmäßig benutzt werden können, um differenziertes Aufwärmen des Lebensmittelmaterials ohne Überschlagen und ohne Beschädigen des Mikrowellenofens zu verwirklichen.
Seit langem hat das Bedürfnis nach einer zufriedenstellenden Anordnung existiert, die erlauben würde, eine Vielzahl von Lebensmittelsubstanzen gleichzeitig in einem Mikrowellenofen aufzuwärmen. Jedoch verschiedene Lebensmittelsubstanzen zeigen signifikante Probleme im Packungsentwurf, um richtiges Aufwärmen der jeweiligen Lebensmittelsubstanzen zu erreichen. Während Zweckmäßigkeit und Verpackungskonzepte ein Bedürfnis anzeigen, daß verschiedene Lebensmittel zusammen in einem einzigen Behälter verpackt werden, wird das oftmals als ein praktisches Problem als unmöglich angesehen, weil eine Lebensmittelsubstanz typischerweise mehr oder weniger Mikrowellenaufheizen benötigt, verglichen mit einer anderen. Zum Beispiel hat ein Bedürfnis nach einer Anordnung existiert, die es erlauben würde, eine Kombination von Lebensmitteln, wie z.B. Eiscreme und Soße, den Aufwärmeffekten eines Mikrowellenofens in einer Art ausgesetzt zu sein, daß die Soße warm werden würde, während die Eiscreme im wesentlichen gefroren bleibt. Erdbeertörtchen mit Schlagsahne oder Tortelett und Eis sind andere Beispiele. Brokkoli und Käsesoße ist noch ein anderes Beispiel einer Lebensmittelkombination, die vorteilhafterweise von einer geeigneten Verpackung profitieren würde, die differenziertes Aufwärmen ermöglichen würde. Andere Beispiele des Bedürfnisses nach differenziertem Aufwärmen von Lebensmittelsubstanzen werden für die Fachleute leicht erkennbar sein.
In der Vergangenheit ist es allgemeine Überzeugung gewesen, daß Metallbehälter nicht benutzt werden sollten, um Lebensmittel im Mikrowellenofen aufzuwärmen und zu kochen. Diese allgemeine Überzeugung wurde kürzlich in der US-PS-4,558,198 erneuert, die an Levendusky et al am 10. Dezember 1985 erteilt wurde. Levenduskys et al kürzliche Offenbarung schloß die folgende Diskussion ein:
"Es ist die allgemeine Überzeugung gewesen, daß Metallbehälter nicht benutzt werden sollten, um Lebensmittel in Mikrowellenöfen aufzuwärmen und zu kochen. Reine Metallbehälter können die elektromagnetische Energie in Richtung des Magnetrons (das die Energie an den Ofenhohlraum liefert) reflektieren und denselben dabei beschädigen. Zusätzlich tritt Überschlagen zwischen dem Behälter und den Ofenwänden auf, wenn reines Metall in unmittelbarer Nähe zu den Metallwänden eines Mikrowellenofens ausgesetzt ist. Aus diesen Gründen hat die Industrie im allgemeinen den Gebrauch von Kunststoff- oder Pappbehältern befürwortet, um Beladungen, wie z.B. Lebensmittel im Mikrowellenofen, aufzuwärmen."
Viele andere haben das Problem des Überschlagens in einem Mikrowellenofen erkannt. Zum Beispiel das an Falk erteilte US-Patent 4,122,324, das leichte Imperfektionen in einem metallischen abschirmenden Film an einer Mikrowellenlebensmittelpackung manchmal Überschlagen verursachen kann. Falk sagt, daß Überschlagen "nicht ungewöhnlich" ist und von einem Kratzer oder sogar einer kleinen Delle in dem metallischen abschirmenden Film resultieren kann. Falk offenbart auch, daß andere Unregelmäßigkeiten in der Form oder Kanten des abschirmenden Materials denselben Effekt haben können, weil solche Unregelmäßigkeiten gemäß Falk dazu neigen, die Intensität des Mikrowellenfeldes in jenen Gebieten zu konzentrieren. Falk offenbart, daß Überschlagen eine Feuergefahr darstellt, weil die in dem Bereich des Übergangsbogens erzeugten Temperaturen bei weitem den Flammpunkt des brennbaren Materials übersteigen, das verwendet wird, um den Behälter oder die Lebensmittelpackung herzustellen, die typischerweise aus dünner Pappe, Papier oder ähnlichem hergestellt ist.
Während Falk das Problem des Überschlagens erkennt, versucht Falk, das Problem durch Beschichten der Packung anzugehen, um das Pakkungsmaterial von Luft abzudichten und dabei die Tendenz des Behälters zu brennen zu minimieren.
Das an Peleg erteilte US-Patent 4,439,656 erkennt das Überschlagen als ein Problem. Peleg geht das Problem an durch Vorschlagen eines Aluminiumtabletts, das in einem transparenten Mikrowellenhalter mit einem Abstand zwischen dem Tablett und dem Behälter angeordnet ist, der mit Wasser gefüllt ist.
Das an Moore et al erteilte US-Patent 3,854,021 offenbart einen Metallschild, der sich über einen Teil des Tabletts absenkt, wenn das Tablett in den Mikrowellenofen eingeführt wird. Moore et al erkennt, daß der Schild das Mikrowellenfeld in dem Ofen verzerrt und daß Überschlagen resultieren kann, wenn der Schild scharfe Kanten hat oder nahe der leitenden Wand des Ofens ist. Moore et al schlägt den Gebrauch von Teflonband an der unteren Kante des Schildes vor, um Überschlagen zu vermeiden. Das System von Moore et al zum Abschirmen ist für existierende konventionelle Mikrowellenöfen unpraktisch, weil es eine beträchtliche Modifikation eines existierenden Ofens erfordern würde.
Das an Levendusky et al erteilte US-Patent 4,558,198 erkennt das signifikante Problem des Überschlagens. Jedoch sagt Levendusky et al, daß eine Kombination von vier Strukturen notwendig sei, um Überschlagen zu vermeiden: (1) Überziehen aller Oberflächen des Tabletts mit einem organischen Überzug mit einem sehr hohen Filmgewicht; (2) Vorsehen von glatt gekrümmten faltenfreien Wänden für das Tablett; (3) Vorsehen einer solchen runden oder ovalen Form in der Draufsicht, daß es keine Ecken des Tabletts gibt, die nicht mit großzügigen Radien gekrümmt oder abgerundet sind; und (4) Vorsehen eines wärmebeständigen Kunststoffes, einer mikrowellentransparenten Haube oder eines Deckels, der die Kanten des Tabletts so abdeckt, daß die Kanten immer physisch getrennt und elektrisch von den Metallwänden des Mikrowellenofens isoliert sind. Diese Literaturquelle entfernt sich tatsächlich von der vorliegenden Erfindung in dem Maße, daß Levendusky et al anweist, daß alle vier Strukturen benötigt werden, um Überschlagen zu vermeiden.
Das an Mattisson et al erteilte US-Patent 4,351,997 erkennt das Problem des Überschlagens. Mattisson et al offenbart, daß ein traditionelles metallisches Tablett undurchlässig für Mikrowellenstrahlung ist und nicht für den Gebrauch in Mikrowellenöfen geeignet ist, die keinen Schutz für das Magnetron haben, weil Überschlagen im Innern des Ofenhohlraumes auftreten kann, das das Magnetron beschädigen kann. Mattisson et al offenbart ein Tablett mit Aluminiumfolie, das um die Seitenwände des Tabletts laminiert ist.
Das an Sumi et al erteilte US-Patent 3,941,967 erkennt an, daß Aluminiumfolie eine "Funkenentladung" innerhalb eines Mikrowellenofens hervorrufen kann. Sumi et al offenbart den Gebrauch eines isolierenden Körpers, um das Auftreten einer Funkenentladung im Ergebnis von Kontakt zwischen den Aufwärmelementen und der inneren Wand des Ofens zu verhindern.
Andere Vorschläge zum Gebrauch von metallischen Abschirmungen, um differenziertes Aufwärmen von Lebensmittelsubstanzen zu verwirklichen, sind vorgeschlagen worden. Viele ältere Vorschläge haben jedoch nicht eimnal das Problem des Überschlagens genannt, geschweige denn das Problem gelöst, und haben gemäß der Kenntnisse des Anmelders keine signifikante kommerzielle Anwendung gefunden. Verwiesen sei z.B. auf die an Moffett, Jr. erteilte US-PS 2,600,566 und die an Welch erteilte US-PS 2,714,070. Verwiesen sei auch auf die an Goltsos erteilte US-PS 4,081,646. Die Schwierigkeiten, die im differenzierten Aufwärmen verschiedener Lebensmittelsubstanzen in einer einzigen Packung eingeschlossen sind, führten zu der Offenbarung in dem US-Patent 4,233,325, das an Slangan et al erteilt wurde, eines Komplettgerätes, das Lebensmittelsubstanzen in separaten voneinander abgedichteten Abteilungen anordnete. Die Wände zwischen den Abteilungen sind durch einen Dosenöffner oder ähnliches durchstochen, um die Lebensmittelsubstanzen zu mischen, nachdem die Lebensmittel in einem Mikrowellenofen aufgewärmt und aus dem Ofen entfernt worden sind. Slangan et al ignorierte in ähnlicher Weise das Problem des Überschlagens und konnte keine Lösung dieses Problems lehren oder vorschlagen.
Keine der oben diskutierten Literaturstellen erkennt das Problem der Resonanz und der anderen damit verbundenen schädlichen Effekte wie z.B. örtliches Überhitzen, Versengen des Lebensmittelmaterials oder der Packung, Schmelzen oder Verbrennen der Packung, Kantenüberhitzung, Rückübertragung, sichtbares Entweichen der Mikrowellen in die Packung, stehende Wellen usw. Indem Resonanz als ein Problem nicht erkannt wird, sind diese Literaturstellen bei weitem nicht ausreichend für das Herausstellen der Probleme, die durch den Anmelder gelöst wurden, und sind bei weitem nicht ausreichend für das offensichtliche Vorschlagen der Lösungen, die durch den Anmelder herausgefunden wurden, die hier offenbart sind.
Wegen des Problems von Resonanz und verbundenen Problemen und Effekten, die Überschlagen und andere Probleme, die oben aufgezählt wurden, einschließen, hat Metallabschirmung in kommerziellen Anwendungen wenig Gebrauch gefunden. Das meiste Mikrowellenaufwärmen wird noch in Behältern vorgenommen, die im wesentlichen für Mikrowellenstrahlung durchlässig sind und die keine Metallabschirmung enthalten.
Überraschenderweise ist herausgefunden worden, daß die mit Resonanz verbundenen Probleme, einschließlich Überschlagen im wesentlichen eliminiert und vermieden werden können durch Benutzen eines Metallschildes, um differenziertes Aufwämen von Lebensmittelmaterial zu verwirklichen, wenn die Geometrie des Schildes vernünftig entworfen ist. Der Anmelder fand heraus, daß die Beziehung zwischen der Wellenlänge der Mikrowellenenergie in dem Mikrowellenofen und den Abmessungen des Schildes vernünftig gesteuert werden konnte, um Überschlagen, örtliches Überhitzen, rückübertragene Felder und andere Probleme, die mit Resonanz verbunden sind, zu vermeiden und zu eliminieren. Der Anmelder hat herausgefunden, daß ein metallischer Schild effektiv benutzt werden kann, um differenziertes Aufwärmen von verschiedenen Lebensmittelsubstanzen zu verwirklichen, wenn die Abmessungen des Schildes absichtlich gewählt sind gemäß der hier dargestellten Lehre des Anmelders. Induzierte Felder und Fremdströme, die in einem metallischen Schild auftreten können, können gesteuert werden, wenn der Lehre dieser Offenbarung gefolgt wird.
Der Anmelder fand auch heraus, daß Überschlagen und andere Probleme eliminiert werden können durch Überlappen der Enden eines Metallschildes gemäß der hier dargestellten Lehre, eine elektrische Dämpfungsanordnung effektiv zu bilden. Ein praktischer Schild kann typischerweise durch Wickeln des Metallschildes um einen Behälter so gebildet werden, daß die Enden des Schildes überlappen. Von einer solchen Überlappung glaubt man, in der Wirkung eine Kapazitanz zu schaffen, die dazu neigt, Spannungen zu dämpfen, die ansonsten zu Überschlagen führen würden. Überlappen neigt dazu, Probleme des Überschlagens für Halbwellenlängen-Resonanzen oder deren ungerade Vielfache zu eliminieren. Das ist besonders wichtig, weil ungerade Vielfache von Halbwellenlängen-Resonanzen das größte Potential für Überschlagen liefern. Überlappen ist deshalb eine besonders effektive Technik zum Eliminieren des Überschlagens. Die Schleife, die durch Wickeln des Schildes um den Behälter gebildet ist, schafft im Effekt eine gewisse Induktanz. Ein abgestimmter Schaltkreis kann effektiv aus dieser Kombination von Induktanz und Kapazitanz gebildet werden, um Resonanzen in dem Metallschild zu steuern.
Die Schildgeometrie sollte so entworfen sein, daß sie nichtresonante Abmessungen hat. Es ist herausgefunden worden, daß unter Umständen, wo der Schild resonant wird, d.h. wo die Höhe, Länge, der Umfang usw. des Schildes ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge ist, Resonanzspannungen an den Kanten des Schildes eine Hauptursache für Überschlagen sein können. Das Herausfinden der Beziehung zwischen Wellenlängen-Resonanz dvon Verpackungsmaterial und Überschlagen hat es erlaubt, daß Metallabschirmungen effektiv für Verpackungsmaterial zum Eliminieren des Überschlagens verwendet werden. Durch Eliminieren des Problems des Überschlagens und anderer mit Resonanz verbundener Probleme können metallische Schilde nun verwendet werden, daß eine erste Lebensmittelsubstanz durch Mikrowellen aufgewärmt wird, während im wesentlichen das Aussetzen einer zweiten Lebensmittelsubstanz den Aufwärmeffekten der Mikrowellen reduziert wird. Differenziertes Aufwärmen von zwei unterschiedlichen Lebensmittelsubtanzen kann dadurch mit relativer Leichtigkeit ermöglicht werden, ohne daß wesentliche Modifikationen an existierenden konventionellen Mikrowellenöfen nötig sind.
Die Erfindung liegt in einem Verfahren und einer Lebensmittelpackung, wie in den Ansprüchen definiert. Die Erfindung ist vorzugsweise in einem Komplettgerät ausgeführt, das einen Behälter einschließt, der ein erstes durch Mikrowellen aufzuheizendes Lebensmittelmaterial und ein zweites von der Mikrowellenstrahlung abzuschirmendes Lebensmittelmaterial enthält. Ein leitender Schild ist vorzugsweise um einen Bereich des Behälters in unmittelbarer Nähe der Anordnung des zweiten Nahrungsmittelmaterials gewickelt. Der Behälter hat vorzugsweise ein leitendes Oberteil, das ein Ende des Behälters in der Nähe des zweiten abzuschirmenden Lebensmittelmaterials abdeckt.
Im Fall eines allgemein zylindrischen Behälters ist der leitende Schild so um den Behälter gewickelt, daß der Schild allgemein zylindrisch in Form ist, wenn er an den Behälter angebracht ist. Die Geometrie des Schildes ist so ausgewählt, daß: ist im wesentlichen nicht gleich
wobei "λs" die resonante Wellenlänge der Mikrowellen in dem Schild ist, "h" die Höhe des Schildes ist, "C" der Umfang des Schildes ist, und "N" und "M" jeweils ganzzahlige Werte sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4, usw. Wie nachfolgend vollständiger erklärt werden wird, ist die in den hier in den Gleichungen verwendete Wellenlänge "λs" die tatsächliche resonante Wellenlänge des Schildes. Die Wellenlänge "λs" wird typischerweise von der Wellenlänge "λ&sub0;" der Mikrowellen im freien Raum unterschiedlich sein. Die tatsächliche Wellenlänge "λs" kann empirisch gemessen werden, oder sie könnte mathematisch bestimmt werden, wenn die tatsächliche Lichtgeschwindigkeit in dem Schildmaterial bekannt ist und Faktoren wie z.B. End-Effekte usw. berücksichtigt werden.
Ein Verfahren zum Herstellen eines nicht-überschlagenden abgeschirmten Behälters zum differenzierten Aufwärmen von Lebensmittelmaterial mit Mikrowellenstrahlung schließt die Schritte ein, einen Behälter für Nahrungsmittel, der ein erstes durch Mikrowellenstrahlung aufzuwärmendes Lebensmittelmaterial und ein zweites von den Aufwärmeffekten der Mikrowellenstrahlung abzuschirmendes Lebensmittelmaterial hat, ein. Das Verfahren schließt den Schritt ein, einen leitenden Schild auszuwählen, so daß der Schild eine Höhe hat, die im wesentlichen nicht gleich irgendeinem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist, und daß der Schild einen Umfang hat, der im wesentlichen nicht gleich einem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist, wobei dadurch Resonanz des Schildes bei der Frequenz der Mikrowellenstrahlung vermieden wird, um Überschlagen zu minimieren. Der Umfang und die Höhe des Schildes sind so gewählt, daß, wenn man den Umfang und die Höhe vektoriell addiert, der resultierende Vektor nicht gleich einem halben Wellenlängen-Vielfachen der Wellenlänge "λs" der Mikrowellen ist. Das ist so, weil Resonanz diagonal in dem Schild möglich ist und vermieden werden sollte. Das Verfahren schließt auch ein, einen Schild um den Behälter in der Nähe des zweiten abzuschirmenden Lebensmittelmaterials bereitzustellen, um den Aufwärmeffekt der Mikrowellenstrahlung durch wesentliches Abschirmen des zweiten Lebensmittelmaterials zu reduzieren und differenziertes Aufwärmen des Lebensmittelmaterials in dem Behälter zu erlauben.
Im Fall eines rechtwinkligen Schildes ist die Geometrie des Schildes so gewählt, daß: ist im wesentlichen nicht gleich
wobei "λs" die Wellenlänge der Mikrowellen ist, "h" die Höhe des Schildes ist, "w" die Breite des Schildes ist und "N" und "M" jeweils ganzzahlige Werte sind, z. B. 0, 1, 2, 3, 4 usw.
Alternativ kann ein rechteckiger Behälter so aufgebaut sein, daß: ist im wesentlichen nicht gleich
wobei "λs" die Wellenlänge der Mikrowellen ist, "h" die Höhe des Schildes ist, "p" die äußere Begrenzung des Schildes ist und "N" und "M" jeweils ganzzahlige Werte sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw.
Die Erfindung kann auch als ein allgemein zylindrischer Lebensmittelbehälter ausgeführt sein, der zwei unterschiedliche Lebensmittelmaterialien hat, eine, die durch Mikrowellenstrahlung aufzuheizen ist, und die andere, die mindestens teilweise von Mikrowellenstrahlung abzuschirmen ist. Ein leitender Schild kann um wenigstens einen Bereich des Lebensmittelbehälters mit überlappenden Enden des Schildes gewickelt sein, wo die Enden des Schildes, die überlappen, durch ein dielektrisches Material getrennt sind. Die Größe der Überlappung wird so gewählt, daß potentielle Überschlagströme gedämpft werden, wobei das relative Potential des Überschlagens definlert ist durch: relatives Potential des Überschlagens
wobei "D" der Durchmesser des zylindrisch geformten Schildes ist, "h" die Höhe des Schildes ist, "L" der Abstand ist, mit der das erste Ende des Schildes das zweite Ende des Schildes überlappt, "K" die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Schildes ist, "d" der Abstand ist, um die das erste Ende von dem zweiten Ende des Schildes beabstandet ist, und "λ&sub0;" die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist. Das relative Potential des Überschlagens wird minimiert durch das Auswählen von Abmessungen für den Schild, die den Wert des relativen Potentials des Überschlagens auf einen Wert reduzieren, bei dem Überschlagen im wesentlichen vermieden wird.
Die Ausführungsform der Erfindung, die einen allgemein zylindrischen Lebensmittelbehälter benutzt, der einen leitenden Schild mit überlappenden Enden hat, kann auch mit einem Schild versehen werden, dessen Geometrie so gewählt ist, daß: im wesentlichen nicht gleich
ist, wobei "λs" die Wellenlänge der Mikrowellen ist, "h" die Höhe des Schildes ist, "D" der Durchmesser des Schildes ist und "N" und "M" jeweils ganzzahlige Werte sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw.
Die Erfindung kann auch als ein Komplettgerät für differenziertes Aufwärmen von Lebensmittelmaterial in einer Mikrowellenumgebung ausgeführt sein, das einen kegelstumpfartigen Behälter einschließt, der zwei Lebensmittelmaterialien hat, eins, das durch Mikrowellen aulzuheizen ist, und ein zweites, das von Mikrowellen abzuschirmen ist. Das Komplettgerät schließt auch einen leitenden Schild ein, der um einen Bereich des kegelstumpfartigen Behälters so gewickelt ist, daß der Schild auch kegelstumpfförmig ist. Der Schild hat einen solchen mittleren Umfang und eine solche Höhe, daß: ist im wesentlichen nicht gleich
wobei "λs" die Wellenlänge der Mikrowellen ist, "h" die Höhe des Schildes ist, "C" der mittlere Umfang des Schildes ist und "N" und "M" jeweils ganzzahlige Werte sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw. Ein kegelstumpfförmiger Schild wird normalerweise einen Umfangsbereich haben von einem maximalen Umfang zu einem minimalen Umfang. Vorzugsweise sollte die obige Beziehung für alle Umfänge innerhalb jenes Bereiches gelten und nicht nur für den mittleren Umfang. Die Resonanz des Schildes und resonante Spannungen an den Kanten des Schildes werden vermieden, um Überschlagen zu minimieren, wenn das Komplettgerät Mikrowellenstrahlung ausgesetzt ist. Ein leitendes Oberteil, das den kegelstumpfartigen Behälter nahe dem zweiten abzuschirmenden Lebensmittelbehälter abdeckt, ist vorzugsweise auch vorgesehen.
In ähnlicher Weise kann ein kegelstumpfartiger Lebensmittelbehälter; der einen leitenden Schild ohne überlappende Enden hat, verwendet werden. Die Geometrie des Schildes ist so ausgewählt, um potentielle Überschlagströme zu dämpfen, wobei das relative Potential des Überschlagens definiert ist durch: relatives Potential des Überschlagens
wobei "D" der mittlere Durchmesser des kegelstumpfförmigen Schildes ist, "h" die Höhe des Schildes ist, "L" der Abstand ist, um die das erste Ende des Schildes das zweite Ende des Schildes überlappt, "K" die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Schildes ist, "d" der Abstand ist, um die das erste Ende von dem zweiten Ende des Schildes beabstandet ist, und "λ&sub0;" die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist. Das relative Potential des Überschlagens wird reduziert oder minimiert durch Auswählen von Abmessungen für den Schild, die den Wert des relativen Potentials des Überschlagens auf ein Niveau reduzieren, bei dem kein Überschlagen auftritt. Vorzugsweise wird das relative Potential des Überschlagens für alle Werte des Bereiches der Durchmesser in einem kegelstumpfförmigen Schild minimiert.
Ein kegelstumpfartiger Behälter mit einem überlappenden Schild kann auch vorgesehen werden, bei dem: im wesentlichen nicht gleich
wobei "λs" "h", "D", "N" und "M" die Mikrowellenlänge, die Schildhöhe, den mittleren Durchmesser bzw. ganzzahlige Werte darstellen, wie oben beschrieben.
Ein überlappender Schild kann benutzt werden für irgendeinen geformten Behälter, der gewünscht wird. Die überlappten Enden des Schildes, wenn sie elektrisch getrennt sind (typischerweise durch ein dielektrisches Material), gewährleisten eine Kapazitanz, die ausgenutzt werden kann, um Überschlagen und andere Probleme zu steuern. Vorzugsweise wird der überlappende Schild so konfiguriert sein, daß auch eine gewisse Induktanz gewährleistet ist, so daß der Schild im Effekt "abgestimmt" werden kann, um Resonanz und damit verbundene Probleme zu steuern. Für komplexe Formen kann es notwendig sein, die exakte Konfiguration zu bestimmen, indem ein gewisses Experimentieren angewendet wird. Wenn die Induktanz und die Kapazitanz meßbar sind, z.B. mit einem Netzwerkanalysator, dann kann die Größe der Überlappung variiert werden, um das relative Potential zu minimieren: relatives Potential des Überschlagens
wobei "w" die Frequenz der Mikrowellen ist, "l" die Induktanz des Schildes ist und "c" die Kapazitanz des Schildes ist. Zum Beispiel steigt die Kapazitanz "c" im allgemeinen an, wenn die Größe der Überlappung verringert wird.
Obwohl der Gebrauch von 915 MHz in Nord- und Südamerika durch behördliche Regulationen zugelassen ist, sowie auch andere Frequenzen, ist die meiste kommerziell vorhandene Mikrowellenlebensmittelverarbeitungs-Ausrüstung für den Betrieb bei 2450 MHz ausgelegt. Praktisch arbeiten alle Haushaltsmikrowellenöfen bei einer Frequenz von 2450 MHz. Die nicht resonanten Abmessungen für einen Schild können gemäß der hier dargestellten Lehre für eine gegebene Mikrowellenfrequenz bestimmt werden. Wenn jedoch andere Mikrowellen benutzt werden, werden sich die nicht resonanten Abmessungen für einen effektiven Schild normalerweise dementsprechend ändern.
Wo die Wellenlänge "λs" der Mikrowellen hier benutzt wird, ist sie als die tatsächliche resonante Wellenlänge für den Schild definiert. Normalerweise wird die Wellenlänge "λs" für den Schild von der Wellenlänge "λ&sub0;" der Mikrowellen im freien Raum verschieden sein. Das ist so infolge der Unterschiede in der Lichtgeschwindigkeit durch verschiedene Medien, End-Effekte, Widerstandsfähigkeit, Streukapazitanzen, dielektrische Eigenschaften usw. Die tatsächliche Wellenlänge "λs" kann empirisch bestimmt werden, wie hier nachfolgend vollständiger erklärt wird.
Die vorliegende Erfindung gewährleistet das Merkmal der Ausführbarkeit einer zweckmäßigen und effektiven Metallabschirmung, um differenziertes Aufwärmen von verschiedenen Lebensmittelmaterialien in einem Mikrowellenofen zu verwirklichen, wobei gleichzeitig das Problem des Überschlagens gelöst wird, das die Fachleute seit vielen Jahren beschäftigt hat. Die vorliegende Erfindung löst das Problem der Resonanz und deren unerwünschte Effekte. Die Probleme von Resonanz und rückübertragenen Feldern sind noch nicht einmal durch die oben zitierten Literaturstellen erkannt worden; und es kann nicht gesagt werden, daß die Literaturstellen des Standes der Technik offensichtlich eine Lösung zu einem Problem vorschlagen, welches sie noch nicht einmal erkennen.
Fig. 1 ist eine Ausschnittsseitenansicht eines bevorzugten Komplettgerätes, das einen Behälter und drei unterschiedliche Lebensmittelsubstanzen einschließt.
Fig. 2 ist eine Perspektivansicht eines leeren Behälters mit einem überlappenden Schild.
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht eines überlappenden leitenden Schildes, wobei der Behälter weggelassen ist, um die Geometrie des Schildes zu zeigen.
Fig. 3A zeigt eine vergrößerte Ausschnittsdraufsicht des überlappenden Bereiches des Schildes, der in Fig. 3 gezeigt ist.
Fig. 4 ist eine Perspektivansicht eines alternativen nicht überlappenden leitenden Schildes, wobei der Behälter weggelassen ist, um die Geometrie des Schildes zu zeigen.
Fig. 5 ist ein Graph, der die Kombinationen von resonanten Geometrien für einen nicht überlappten Schild darstellt, die vermieden werden sollen.
Fig. 6 ist ein Graph, der die Kombinationen der resonanten Geometrien für einen überlappten Schild darstellt, die vermieden werden sollen.
Fig. 7 ist ein Graph, der die Stärke des Überschlagens bei verschiedenen Behälterhöhen illustriert.
Fig. 8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem relativen Potential des Überschlagens und der Größe der Überlappung der Enden eines Schildes darstellt.
Fig. 9 ist ein Graph, der die relative Aufwärmung eines überlappten Schildes als eine Funktion des Umfanges zeigt.
Fig. 10 ist ein Graph, der die Feldstärke für einen zylindrischen Schild als eine Funktion der Geometrie des Schildes illustriert.
Fig. 11 ist ein Graph, der die Feldstärke für einen zylindrischen Schild als eine Funktion der Geometrie des Schildes illustriert.
Fig. 12 ist eine Ausschnittsseitenansicht einer alternativen Ausführungsform, die einen kegelstumpfartigen Behälter verwendet, der drei unterschiedliche Lebensmittelsubstanzen einschließt.
Fig. 13 ist eine Seitenansicht eines leeren kegelstumpfartigen Behälters, bei dem das Oberteil weggenommen wurde.
Fig. 14 ist eine Draufsicht des in Fig. 13 gezeigten Behälters.
Fig. 15 ist eine Seitenansicht des Behälterdeckels für den in Fig. 13 und 14 illustrierten Behälter
Fig. 16 ist eine Draufsicht des Behälterdeckels, der in Fig. 15 illustriert ist.
Fig. 17 illustriert die Abmessungen für einen leitenden Schild, der um den in Fig. 13 dargestellten kegelstumpfartigen Behälter gewikkelt ist.
Fig. 18 ist ein computergenerierter Graph, der das elektrische Feld um einen abgeschirmten Behälter darstellt, in dem verschiedene Lebensmittelsubstanzen sind und in dem kein Spalt zwischen dem Behälter und der Lebensmittelsubstanz an dem Boden des Behälters existiert.
Fig. 19 ist ein computergenerierter Graph, der eine vergrößerte Ansicht des unteren Bereiches des Graphes von Fig. 18 zeigt.
Fig. 20 ist ein computergenerierter Graph, der das elektrische Feld um einen abgeschirmten Behälter illustriert, der einen 0,159 cm (1/16 Inch) großen Spalt zwischen dem Behälter und der Lebensmittelsubstanz an dem Boden des Behälters hat.
Fig. 21 ist ein computergenerierter Graph, der eine Vergrößerungsansicht des unteren Bereiches des Graphen von Fig. 20 illustriert.
Fig. 22 ist ein computergenerierter Graph, der das elektrische Feld um einen abgeschirmten Behälter darstellt, wo ein 0,318 cm (1/8 Inch) großer Spalt zwischen dem Behälter und der Lebensmittelsubstanz an dem Boden des Behälters vorgesehen ist.
Fig. 23 ist ein computergenerierter Graph, der eine Vergrößerungsansicht des unteren Bereiches des Graphen von Fig. 22 zeigt.
Fig. 24 ist eine quergeschnittene Ausschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines kegelstumpfartigen Behälters, der eine Luftspalteinrichtung an der Bodeneinfassung des Behälters hat.
Fig. 25 ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen Wellenlänge und Spannungspolaritäten an den Enden eines Metallschildes illustriert.
Fig. 26 ist ein Graph, der die Stärke des Überschlagens eines nicht überlappenden abgeschirmten Behälters als eine Funktion des Umfanges zeigt.
Fig. 27 ist ein Graph, der das relative Aufwärmen eines nicht überlappten Schildes als eine Funktion des Umfanges zeigt.
Fig. 28 ist ein Graph, der die Stärke des Überschlagens eines überlappenden abgeschirmten Behälters als eine Funktion des Umfanges zeigt.
Fig. 1 zeigt eine Ausschnittsansicht eines gegenwärtig bevorzugten Komplettgerätes 21, das einen allgemein zylindrischen Behälter 3 für differenziertes Aufwärmen von Lebensmittelmaterial einschließt.
Im Inneren des Behälters 3 ist ein erstes Lebensmittelmaterial 1, ein zweites Lebensmittelmaterial 2 und vorzugsweise ein drittes Lebensmittelmaterial 6 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das erste Lebensmittelmaterial ein Schokoladengebäck 1 oder anderes Gebäck sein. Das zweite Lebensmittelmaterial 2 kann Eiscreme 2 oder ein anderes gefrorenes Nahrungsmittel sein.
Wenn der Behälter 3 in einem Mikrowellenofen angeordnet ist, ist es wünschenswert, das Schokoladengebäck 1 aufzuwärmen ohne die Eiscreme 2 aufzuwärmen (so daß die Eiscreme 2 in einem gefrorenen Zustand bleiben kann, während die Verpackung der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt ist). Dieses differenzierte Aufwärmen wird vorzugsweise durch einen leitenden Schild 4 um den Behälter 3 verwirklicht. Der Behälter 3 sollte im wesentlichen für Mikrowellenstrahlung durchlässig sein. Der leitende Schild 4 ist vorzugsweise aus Aluminiumfolie 4 gebildet, die um den Behälter 3 gewickelt ist. Der Schild 4 verhindert, daß Mikrowellen in den Bereich des Behälters 3 eintreten, wo das zweite Lebensmittelmaterial 2, d.h. Eiscreme 2, enthalten ist. Mit anderen Worten, eine abgeschirmte Zone 2 wird innerhalb des Behälters 3 durch den Schild 4 geschaffen.
Der Mikrowellenstrahlung wird erlaubt, in den Boden 22 des Behälters 3 einzutreten, wenn das Komplettgerät 21 in einem Mikrowellenofen zum Aufwärmen angeordnet ist. Der Mikrowellenstrahlung wird gestattet, das Schokoladengebäck 1 aufzuwärmen, das nicht vollständig durch die Aluminiumfolie 4 abgeschirmt ist. In anderen Worten, der Behälter hat eine Bestrahlungszone 1, die Mikrowellenstrahlung ausgesetzt ist.
Das Komplettgerät schließt auch vorzugsweise ein Oberteil oder eine Abdeckung 5 ein, die fest über der Öffnung in dem Behälter 3 angepaßt ist, und kann in einer Art wärmeabgedichtet sein, die im Stand der Technik bekannt ist. Das Oberteil 5 schließt vorzugsweise eine leitende Abschirmung ein, um die Eiscreme 2 weiter von Mikrowellenstrahlung abzuschirmen. Die Abdeckung 5 ist vorzugsweise aus Folienmaterial hergestellt, wobei Serlyn auf ihm laminiert ist. Die Abdeckung 5 könnte aus Folienmaterial hergestellt sein, wobei Papier auf ihm laminiert ist.
Das Oberteil 5 ist vorzugsweise in dem Behälter 3, wie in Fig. 1 gezeigt, versenkt. Das Oberteil 5 hat vorzugsweise ein leitendes horizontales Zentrum 31, das durch eine vertikale Wand 32 umgeben ist, die sich in einen Flansch 33 krümmt. Der Flansch 33 kann mit einer Abdeckung 34 auf dem Behälter 3 zusammenpassen. Das Oberteil 5 kann abgedichtet oder an dem Behälter 3 in einer geeigneten Art, wie sie in dem Stand der Technik bekannt ist, befestigt sein. Das Oberteil 5 kann wärmeabgedichtet an dem Flansch 33 sein.
Ein drittes Lebensmittelmaterial 6 kann zwischen dem Schokoladengebäck 1 und der Eiscreme 2 angeordnet sein. Zum Beispiel kann das dritte Lebensmittelmaterial 6 eine Soße 6 sein. Die Soße 6 kann Vorteile bieten, die das Temperaturdifferential zwischen Eiscreme 2 und dem Schokoladengebäck 1 erhöhen. Zum Beispiel wird nachfolgend vollständiger erklärt werden, daß die Soße 6 ausgewählt werden kann, so daß sie stark reflektierend für Mikrowellenenergie ist, um dadurch weiter das differenzierte Aufwärmen zwischen dem Schokoladengebäck 1 und der Eiscreme 2 zu verbessern. Mit anderen Worten, im Inneren des Behälters 3 kann zwischen der abgeschirmten Zone 2 und der Bestrahlungszone 1 eine eßbare reflektierende Zone 6 gebildet sein.
Der in Fig. 1 illustrierte Behälter oder Becher 3 ist allgemein zylindrisch in Form und hat eine Höhe "Hc" und einen Außendurchmesser "D".
Das in Fig. 1 dargestellte Komplettgerät 21 würde normalerweise nicht für den Gebrauch in einem konventionellen Mikrowellenofen infolge des Problems des Überschlagens geeignet sein, wenn nicht die Geometrie des Schildes 4 sorgfältig gemäß der Lehre dieser Erfindung entworfen wird. Resonanz des Schildes 4 bei Mikrowellenfrequenzen muß im allgemeinen vermieden werden, um Überschlagen zu minimieren und andere Probleme zu vermeiden wie z.B. Schmelzen, örtliches Überhitzen usw. Der Anmelder hat herausgefunden, daß das Problem des Überschlagens gesteuert werden und eliminiert werden kann durch sorgfältiges Entwerfen der Schildgeometrie.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2, die eine bevorzugte Ausführungsform eines Schildes 4 illustriert, kann die Schildgeometrie besser erklärt werden. Der Schild 4 kann durch Umwickeln von Aluminiumfolie 4 um den Behälter 3 gebildet werden. Für einen allgemein zylindrischen Behälter 3 ist der Schild 4 vorzugsweise aus einem rechteckigen Stück Aluminiumfolie gebildet, das eine Länge hat, die größer als der Umfang des Behälters 3 ist. Wenn der Schild 4 um den Behälter 3 gewickelt ist, nimmt der Schild 4 eine allgemein zylindrische Form an und hat eine Höhe "h" und einen Durchmesser "D". Der Schild 4 hat auch einen Umfang "C", der gleich π multipliziert mit dem Durchmesser "D" ist. Da der Schild 4 vorzugsweise aus einem Stück einer Aluminiumfolie gebildet ist, das größer ist als der Umfang des Behälters 3, werden die Enden 23 des Schildes 4 überlappen. Dies ist ein wichtiges Merkmal für das Erreichen nicht-überschlagenden Betriebes des Schildes 4 und wird nachfolgend vollständiger erklärt werden.
Die Höhe "h" des Schildes 4 wird vorzugsweise kleiner sein als die Höhe "Hc" des Behälters 3. Das läßt eine freigelegte untere Wand 24 des Behälters 3 frei, der für Mikrowellenstrahlung durchlässig ist. Somit wird der Mikrowellenstrahlung erlaubt, in den unteren Bereich des Behälters 3 einzudringen, der das Schokoladengebäck 1 enthält. Eine detailliertere Darstellung des überlappenden Schildes 4 ist in Fig. 3 gezeigt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, hat der Schild 4 eine Höhe "h". Die Höhe "h" wird in einer Richtung gemessen, die parallel zu der Oberfläche des Schildes 4 ist. In der illustrierten Ausführungsform, die in Fig. 2 gezeigt ist, würde die Höhe "h" parallel zu den Wänden des Behälters 3 gemessen werden.
Der in Fig. 2 dargestellte Behälter 3 hat einen kreisförmigen Querschnitt. Bezugnehmend auf die Fig. 3 hat somit der Schild 4 einen Durchmesser "D" und einen Umfang "C" (gleich π mal D). Wenn der Schild 4 um den Behälter 3 gewickelt ist, gleicht sich der Schild 4 der Form des Behälters 3 an und hat deshalb einen kreisförmigen Querschnitt.
Der Schild 4 hat vorzugsweise eine allgemein zylindrische Form, die sich der allgemein zylindrischen Form des bevorzugten Behälters 3 angleicht. Für einen zylindrisch geformten Schild 4 wird der Umfang "C" und der Durchmesser "D" des Schildes 4 im wesentlichen gleichmäßig.
Gemäß Fig. 3 hat der Schild 4 vorzugsweise überlappende Enden 23, die um eine Entfernung "L" überlappen. Die überlappenden Enden 23 sind durch eine Entfernung "d" getrennt. Dies ist detaillierter in Fig. 3A dargestellt. Die Enden 23 des Schildes 4 können durch ein dielektrisches Material 25 getrennt sein. Das dielektrische Material 25 hat eine Dielektrizitätskonstante "K".
Der Anmelder hat herausgefunden, daß ein nicht überschlagendes abgeschirmtes Komplettgerät 21 für differenziertes Aufwärmen von Lebensmittelmaterialien 1 und 2 mit Mikrowellenstrahlung zufriedenstellend hergestellt werden kann, wobei der Schild 4 eine Geometrie hat, die ausgewählt wurde, um Überschlagen zu vermeiden. Der Schild 4 ist so ausgewählt, daß der Schild 4 eine Höhe "h" hat, die im wesentlichen nicht gleich einem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist. Der Schild 4 ist weiterhin so ausgewählt, daß der Schild 4 einen Umfang "C" hat, der im wesentlichen nicht gleich irgendeinem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist. Das vermeidet Resonanz des Schildes 4 bei der Frequenz der Mikrowellenstrahlung, um Überschlagen zu vermeiden, und andere mit Resonanz verbundene Probleme.
Zum Zwecke der Erklärung soll ein weniger bevorzugter nicht überlappender Schild 4' berücksichtigt werden, der in Fig. 4 gezeigt ist. Der Schild 4' ist allgemein zylindrisch in Form und kann durch Umwickeln von Aluminiumfolie um einen allgemein zylindrischen Behälter 3 gebildet werden. Die Länge der Folie ist im wesentlichen gleich dem Umfang "C" des Behälters 3.
Der Anmelder hat herausgefunden, daß Resonanz am wahrscheinlichsten in einem zylindrischen nicht überlappenden Schild 4 auftritt, bei dem ist gleich
In dieser Beziehung ist "h" die Höhe des Schildes 4, "C" der Umfang des Schildes 4', "λs" die Wellenlänge der Mikrowellen, und "N" und "M" sind jeweils ganzzahlige Werte (z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw.).
Überschlagen ist am wahrscheinlichsten mit ungeraden Vielfachen von "M", z.B. M = 1, 3, 5, 7 usw. Das kann unter Bezug auf Fig. 25 erklärt werden. Bei einer resonanten Halbwellenlänge haben die Spannungen an den Enden 35 des leitenden Streifens 36 sich gegenüberstehende Polaritäten. In ähnlicher Weise werden die Spannungen an den Enden 35 eines Streifens 38, der drei Halbwellenlängen ist, sich gegenüberstehende Polaritäten haben. Die Spannungen an den Enden 35 eines Streifens 40, der fünf Halbwellenlängen ist, werden auch von sich gegenüberliegenden Polaritäten sein. Somit existiert die größte elektrische Potentialdifferenz zwischen den Enden 35 eines leitenden Streifens 36, 38 oder 40, wenn der Streifen 36, 38 oder 40 ein ungerades Vielfache einer halben Wellenlänge ist. Wenn z.B. die drei Halbwellenlängenstreifen 38 um einen Behälter 3 gewickelt sind, um einen Schild 4' zu bilden, wie in Fig. 4 gezeigt, dann werden die Enden 23 des Schildes 4' sich gegenüberstehende Polaritätsspannungen haben, die darin induziert wurden, und Überschlagen wird wahrscheinlich ein signifikantes Problem sein.
Wenn ein leitender Streifen 37 bei einer vollen Wellenlänge in Resonanz ist, wie in Fig. 25 gezeigt, werden die Enden 35 des Streifens 37 Spannungen der gleichen Polarität haben. In ähnlicher Weise werden die Spannungen der gleichen Polarität, wenn ein leitender Streifen 39 ein gerades Vielfaches einer halben Wellenlänge ist, an den Enden 35 des Streifens 39 induziert werden. Wenn der leitende Streifen 39 um einen Behälter 3 gewickelt ist, um ein Schild 4' zu bilden, wie in Fig. 4 gezeigt, werden die Spannungen an den Enden 23 des Schildes 4' die gleiche Polarität haben. Weil gleiche Ladungen sich abstoßen, ist Überschlagen in diesem Beispiel nicht so wahrscheinlich. Jedoch andere, mit Resonanz verbundene Probleme wie z.B. örtliches Überhitzen, Schmelzen, Versengen usw. können auftreten und sind wahrscheinlich schwerwiegend.
Ein nicht-überschlagender, nicht-resonanter abgeschirmter Behälter 3 kann zufriedenstellend hergestellt werden, wenn der Schild 4' so ausgewählt ist, daß: im wesentlichen nicht gleich
Darüber hinaus wird das leitende Oberteil 5 so ausgewählt, daß der Durchmesser des Oberteils im wesentlichen nicht gleich irgendeinem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge der Mikrowellen ist.
Eine Art des Ausdrückens der wesentlichen Ungleichheit der oben angegebenen Gleichung ist, daß: ist nicht gleich ± 10% von
für alle ganzzahligen Werte von N und M. Ein bevorzugterer Bereich ist gegeben, wenn: ist nicht gleich ± 20% von
Ein noch bevorzugterer Bereich ist vorhanden, wo: ist nicht gleich ± 30% von
Ein besonders bevorzugter Bereich ist gegeben, wo: ist nicht gleich ± 40% von
Fig. 5 illustriert Resonanzgeometrien des nicht überlappenden Schildes 4', die vermieden werden sollten. Für den Ausdruck:
illustriert der Graph von Fig. 5 Geometrien eines allgemein zylindrischen nicht-überlappenden Schildes 4', die für Überschlagen zugänglich sind. Der Graph nimmt eine Mikrowellenfrequenz von 2450 MHz an. Alle Einheiten auf dem Graph sind in Vielfachen von 2,54 cm (Inches) ausgedrückt.
Die auf dem Graph von Fig. 5 gezeichneten Linien illustrieren eine Reihe von Punkten, wo:
ist.
Um Überschlagen zu vermeiden, sollten Kombinationen der Höhe "h" und des Durchmessers "D" des Schildes 4', die mit irgendeiner Linie, die im Graph von Fig. 5 gezeigt ist, zusammenfallen, vermieden werden. Die in dem Graph von Fig. 5 gezeigten Linien stellen Kombinationen der Höhe "h" und des Durchmessers "D" des Schildes 4' dar, die resonant bei einer typischen Mikrowellenfrequenz von 2450 MHz sind. Punkte, die auf diese Linien fallen, sollen vermieden werden, weil jene Punkte Fälle repräsentieren, wo Resonanzen in dem Schild 4' auftreten können. Der Schild 4' könnte z.B. in Resonanz sein in der Richtung seiner Höhe "h" und auch in der Richtung seines Umfangen "C" (gleich π mal D), wenn die Geometrie des Schildes 4' so ausgewählt ist, daß die Höhe "h" und der Durchmesser "D" mit einer der gekrümmten Linien in Fig. 5 zusammenfallen.
Der Graph von Fig. 5 kann für End-Effekte usw. angepaßt werden, die sich auf die tatsächliche resonante Wellenlänge λs für den Schild 4' auswirken. Die tatsächliche resonante Wellenlänge λs des für den Schild 4' verwendeten besonderen Materiales kann empirisch bestimmt werden, wie nachfolgend vollständiger beschrieben werden wird. Wenn z.B. die resonante Halbwellenlänge für das für den Schild 4' tatsächlich verwendete Material 5,0 cm ist (2,0 Inches) anstelle von 5,3 cm (2,1 Inches), würde die erste horizontale Linie auf dem Graph von Fig. 5 leicht nach unten verschoben werden. In ähnlicher Weise könnte die tatsächliche resonante Wellenlänge λs die vertikalen Linien nach links verschieben (oder nach rechts). Die Form des Graphes sollte jedoch grundsätzlich gleich bleiben.
Der Graph von Fig. 26 liefert weitere experimentelle Daten für das Auswählen eines bevorzugten Umfanges "C" eines nicht überlappten Schildes 4'. Dieser Graph zeigt experimentelle Ergebnisse für 1,2 cm (1/2 Inch) breite Folienstreifen und stellt die Stärke des Überschlagens als eine Funktion des Umfanges eines Schildes dar. Begrifflich kann man sich Fig. 26 als ein Experiment denken, das der gepunkteten Linie 41, die in Fig. 5 gezeigt ist, für eine Schildhöhe "h" gleich 1,2 cm (1/2 Inch) entspricht. Das stärkste Überschlagen tritt bei ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge auf. Das entspricht Punkten, bei denen die gepunktete Linie 41 von Fig. 5 die durchgezogenen vertikalen Linien kreuzt. Die in Fig. 26 dargestellten Ergebnisse zeigen auch, daß Überschlagen ziemlich stark sein kann, wenn Resonanz angenähert wird.
Fig. 27 ist ein Graph, der die Effekte des Aufwärmens an einem nicht überlappten Schild 4' zeigt, der eine konstante Höhe "h" von 1,2 cm (1/2 Inch) hat, als eine Funktion des Umfanges "C" des Schildes 4'. Obwohl Überschlagen bei geraden Vielfachen einer halben Wellenlänge nicht auftreten kann (wie durch Fig. 26 gezeigt), zeigen die experimentellen Daten, die in Fig. 27 dargestellt sind, daß Aufwärmen bei geraden Vielfachen einer halben Wellenlänge auftreten wird.
Das in Fig. 27 dargestellte Experiment benutzte verschiedene Streifen Metallfolie, die verschiedene Längen haben, die in Schleifen ausgeformt waren, die verschiedene Umfänge haben. Die Metallstreifen waren an einem Streifen verlustbehafteten Materials wie z.B. Pappe haftend angebracht. Ein Streifen temperaturanzeigendes Material wurde so befestigt, daß er die Länge des Metallstreifens überragte. Geeignetes temperaturanzeigendes Material schließt Zelluloseazetat ein, das ein klares kunststoffartiges Material ist, das dunkel wird, wenn seine Temperatur 143º C (290º F) übersteigt. Der Graph von Fig. 27 stellt den Prozentanteil des temperaturanzeigenden Streifens dar, der 143º C (290º F) überstieg und deshalb dunkel wurde.
Fig. 27 zeigt, daß wesentliches Aufwärmen sowohl bei gerade als auch bei ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge auftrat. Solches Aufwärmen ist nicht wünschenswert und kann Schmelzen der Packung, Versengen der Packung oder des Lebensmittelproduktes, örtliches Überhitzen des Lebensmittelproduktes und andere unerwünschte Effekte hervorrufen. Die Peaks auf dem Graph von Fig. 27 entsprechen allgemein den Punkten, bei denen die gepunktete Linie 41 auf Fig. 5 die durchgezogenen vertikalen Linien kreuzen (obwohl Fig. 27 den Umfang und Fig. 5 den Durchmesser darstellt). Die Geometrie des Schildes 4' sollte ausgewählt werden, um diese Peaks des Aufwärmens zu vermeiden.
Kehrt man nun zu einer Diskussion der bevorzugten Ausführungsform des Schildes 4, dargestellt in Fig. 3, zurück, so erkennt man deutliche Vorteile durch ein Überlappen der Enden 23 des Schildes 4. Der Überlappungsabsclmitt 26 der Enden 23 des Schildes 4 bildet effektiv parallele leitende Platten 26, die durch ein dielektrisches Material 25 getrennt sind. Wie detaillierter in Fig. 3A gezeigt, bilden die Enden 23 des Schildes 4 in ihrer Wirkung einen Kondensator mit dielektrischem Material 25. Es wird angenommen, daß diese Kapazitariz dazu tendiert, gewisse resonante Spannungen elektrisch zu dämpfen, die andernfalls dazu tendieren, Überschlagen hervorzurufen. Der Schild 4 bildet eine Schleife, wie in Fig. 3 gezeigt, die eine gewisse Induktanz hat. Somit kann ein "abgestimmter Schaltkreis" mit dem Schild 4 durch sorgfältiges Auswählen der Schildgeometrie gebildet werden. Durch Anpassen der Geometrie des Schildes 4 kann der "abgestimmte Schaltkreis", der effektiv durch den überlappenden Schild 4 gebildet wird, abgestimmt werden, um die Tendenz von Mikrowellen einer bestimmten Frequenz, Überschlagen durch induzierende Spannungen in dem Schild 4 hervorzurufen, zu steuern. Der effektiv gebildete "abgestimmte Schaltkreis" kann auch abgestimmt werden, um andere unerwünschte Effekte von Resonanz zu steuern.
Der in Fig. 3 dargestellte überlappende Schild 4 tendiert dazu, Überschlagen zu eliminieren, das bei ungeraden Vielfachen der halben Wellenlängen der Mikrowellenstrahlung auftritt. Die an den überlappenden Enden 23 des Schildes 4 induzierten Spannungen werden von unterschiedlicher Polarität sein. Die überlappenden Enden 23 bilden jedoch effektiv einen Kondensator. Solange wie die Feldstärke über den Kondensator nicht die Überschlagsspannung des Kondensators übersteigt, wird der durch die überlappenden Enden 23 des Schildes 4 gebildete Kondensator Überschlagen nicht erlauben. Der effektiv gebildete Kondensator wird eine Ladung speichern und freigeben, die von den induzierten Strömen herrührt. Das dielektrische Material 25 und der Trennabstand "d" können gewählt werden, um eine genügend hohe Überschlagsspannung zu gewährleisten. Je größer der Abstand "d", umso größer ist die Überschlagsspannung.
Es wird angenommen, daß die Polarität der momentanen elektrischen Spannung, die an den Enden 23 des Schildes in Antwort auf die Mikrowellenstrahlung induziert werden kann, die gleiche sein wird für volle Wellenlängen-Vielfache von resonanten Abmessungen. Aufgrund der gleichen Polarität und des Phänomens, daß gleiche Ladungen sich abstoßen, wird angenommen, daß Überschlagen für volle Wellenlängen- Vielfache des Umfanges "C" des Schildes 4 vermieden werden. Das Überlappen der Enden 23 des Schildes 4 in der beschriebenen Art eliminiert effektiv das Problem des Überschlagens, das sonst bei ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge auftreten würde; (siehe z.B. Fig. 26).
Das kann detaillierter gemäß Fig. 25 erklärt werden. Bei ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge haben resonante, in einem Metallschild 4 induzierte Spannungen an den Enden des Metallstreifens unterschiedliche Polaritäten. Wenn der Metallstreifen in einer nicht überlappenden Schleife 4' gebildet ist, wie in Fig. 4 gezeigt, wird das maximale Potential für Überschlagen erzeugt. Das Überlappen der Enden 23 des Schildes 4, wie in Fig. 2 gezeigt, eliminiert das Problem des Überschlagens bei ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge. Diese Technik allein wird im wesentlichen Überschlagen eliminieren, vorausgesetzt, eine resonante Schildhöhe "h" wird vermieden. Das ist graphisch dargestellt in Fig. 28. Fig. 28 zeigt, daß kein Überschlagen auftreten wird mit einem überlappenden Schild 4. Das kann verglichen werden mit Fig. 26, die die Ergebnisse für einen nicht überlappten Schild 4' zeigt. Der überlappte Schild 4' eliminiert Überschlagen bei ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge.
Der Anmelder hat herausgefunden, daß ein nicht-überschlagendes, mit einem Schild versehenes Komplettgerät 21 zufriedenstellend aus einem allgemein zylindrischen Behälter 3 hergestellt werden kann, wo ein bevorzugter überlappender Schild 4 mit einer solchen ausgewählten Geometrie vorgesehen ist, daß: ist im wesentlichen nicht gleich
für alle ganzzahligen Werte von N und M.
Eine Art, eine wesentliche Ungleichheit der oben angegebenen Gleichung auszudrücken ist, daß: ist nicht gleich ± 10% von
für alle ganzzahligen Werte von N und M ist. Ein bevorzugterer Bereich ist vorhanden, wo: ist nicht gleich ± 20% von
Ein noch bevorzugterer Bereich ist gegeben, wo: ist nicht gleich ± 30% von
Ein besonders bevorzugter Bereich ist gegeben, wo: ist nicht gleich ± 40% von
Der Ausdruck
ist äquivalent dem Ausdruck
der auf der Beziehung beruht, daß der Umfang "C" gleich π mal dem Durchmesser "D" ist.
Fig. 6 illustriert resonante Geometrien des Schildes 4, die vermieden werden sollten. Für die Formel
illustriert der Graph von Fig. 6 Geometrien eines allgemein zylindrischen überlappenden Schildes 4, die empfindlich für Überschlagen sind. Der Graph nimmt eine Mikrowellenfrequenz von 2450 MHz an. Alle Einheiten in dem Graph sind ausgedrückt in Vielfachen von 2,54 cm (Inches).
Der Vorteil eines überlappten Schildes 4 wird weiter herausgestellt durch Vergleichen von Fig. 6 mit Fig. 5. Die für ungerade Vielfache der halben Wellenlänge in Fig. 5 repräsentativen vertikalen Linien sind von Fig. 6 eliminiert infolge des Überlappens. In ähnlicher Weise ist jede andere gekrümmte Linie in Fig. 5 von Fig. 6 eliminiert.
Die in dem Graph von Fig. 6 mit Bezugsziffer 7 identifizierte gezeichnete Linie illustriert die beispielhafte Lösung für die oben genannte Formel, bei N = 1 und M = 0 ist. Die dargestellte und durch die Bezugsziffer 8 identifizierte Linie illustriert das Beispiel, bei dem N = 2 und M = 0 ist. In ähnlicher Weise illustriert die Linie 9 die Lösung für die Gleichung, bei der N = 0 und M = 1 ist. Linie 10 illustriert die Lösung für die Gleichung, bei der N = 0 und M = 2 ist. Linie 11 stellt Punkte dar, bei denen N = 0 und M = 3 ist. Linie 12 illustriert graphisch die Fälle eines zylindrischen Schildes 4, wo N = 0 und M = 4 ist.
Die in Fig. 6 dargestellte und durch Bezugsziffer 13 identifizierte Kurve illustriert die Lösung für die Gleichung, bei der N = 1 und M = 1 ist. Kurve 14 zeigt Beispiele, bei denen N = 1 und M = 2 ist. In ähnlicher Weise zeigt Kurve 15 Beispiele eines zylindrischen Schildes 4, bei dem N = 1 und M = 3 ist.
Der Graph von Fig. 6 gilt auch für kegelstumpfförmige Schilde 4, bei denen "D" den mittleren Durchmesser des Schildes 4 darstellt. Alternativ dazu sollte der Schild 4 nicht irgendeinen Durchmesser innerhalb des Bereiches zwischen minimalen und maximalen Durchmessern haben, der auf irgendeinen Punkt auf den Linien 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 oder 15 fällt.
Um mit Resonanz verbundene Probleme zu vermeiden, sollten normalerweise Schildgeometrien mit Kombinationen von Höhen und Durchmessern, die mit irgendeinem Punkt auf den Linien 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 oder 15 korrespondieren, vermieden werden. In einem bevorzugten Komplettgerät gemäß der vorliegenden Erfindung sollten Fälle, wo die Höhe "h" und der Durchmesser "D" des Schildes 4 die Resonanzlinien 7 bis 15 annähern, im wesentlichen durch eine vorgewählte Fehlerspanne vermieden werden, wie in Fig. 6 durch die ersten schraffierten Flächen 18 dargestellt. Eine noch bevorzugtere Sicherheitspanne wird durch das Vermeiden von Kombinationen von Höhe "h" und Durchmesser "D" gewährleistet, die in die zweiten breiteren schraffierten Flächen 19 fallen.
Eine andere Art des spezifischeren Beschreibens der breiteren schraffierten Flächen 19, die eine bevorzugtere Sicherheitsspanne gewährleisten, ist, die ungefähren Werte von Höhe "h" und Durchmesser "D" zu spezifizieren, die die Fläche 19 begrenzen, wobei eine Mikrowellenfrequenz von 2450 MHz angenommen wird. In einer bevorzugteren Ausführungsform sollten Höhen "h" innerhalb des Bereiches von 3,6 bis 6,6 cm (1,4 bis 2,6 Inches) vermieden werden. In ähnlicher Weise sollten auch Höhen "h" innerhalb des Bereiches von 8,9 bis 11,9 cm (3,5 bis 4,7 Inches) vermieden werden. In einer bevorzugteren Ausführungsform sollten Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 2,3 bis 4,5 cm (0,89 bis 1,79 Inches) vermieden werden. Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 5,7 bis 8,0 cm (2,23 bis 3,13 Inches) sollten vorzugsweise vermieden werden. Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 9,1 bis 11,4 cm (3,57 bis 4,47 Inches) sollten vorzugsweise vermieden werden. Vorzugsweise sollten auch Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 12,5 bis 14,8 cm (4,91 bis 5,81 Inches) vermieden werden.
Mit anderen Worten sollte die Geometrie des Schildes 4 am bevorzugtesten so ausgewählt werden, daß sie eine Kombination von einer Höhe "h" und einem Durchmesser "D" hat, die innerhalb der unschraffierten Fläche 20 des Graphen von Fig. 6 fällt. Ein bevorzugteres nicht-überschlagendes Komplettgerät kann eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 0 bis 3,6 cm (0 bis 1,4 Inches) und einen Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 0 bis 2,3 cm (0 bis 0,9 Inches) haben. Ein bevorzugteres nicht-überschlagendes Komplettgerät kann eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 6,6 bis 8,9 cm (2,6 bis 3,5 Inches) und einen Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 0 bis 2,3 cm (0 bis 0,9 Inches) haben. Ein bevorzugteres Komplettgerät kann eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 0 bis 3,6 cm (0 bis 1,4 Inches) und einen Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 4,6 bis 5,6 cm (1,8 bis 2,2 Inches) haben. In alternativer Weise kann ein bevorzugteres Komplettgerät eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 0 bis 3,6 cm (0 bis 1,4 Inches) und einen Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 7,9 bis 9,1 cm (3,1 bis 3,6 Inches) haben. Ein anderes alternatives bevorzugteres Komplettgerät kann eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 0 bis 3,6 cm (0 bis 1,4 Inches) und einen Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 11,2 bis 12,4 cm (4,4 bis 4,9 Inches) haben.
Ein bevorzugteres nicht überschlagendes Komplettgerät mit einem überlappenden Schild 4 kann eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 6,6 bis 8,9 cm (2,6 bis 3,5 Inches) und einen Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 4,6 bis 5,6 cm (1,8 bis 2,2 Inches) haben. In diesem besonderen Beispiel sollten Kombinationen von Höhe "h" und Durchmesser "D" vermieden werden, bei denen
ist.
Alternativ dazu sollte die schraffierte Fläche 18 um die Kurve 13, wie in Fig. 6 dargestellt, vermieden werden.
In noch einer anderen bevorzugteren Ausführungsform kann das Kornplettgerät eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 6,6 bis 8,9 cm (2,6 bis 3,5 Inches) und einen Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 7,9 bis 9,1 cm (3,1 bis 3,6 Inches) haben. In solch einem Komplettgerät sollte die Kombination von der Höhe "h" und dem Durchmesser "D" so gewählt werden, daß ist nicht gleich ± 10% von
Alternativ dazu sollte die schraffierte Fläche 18, die um die in Fig. 6 gezeigte Kurve 14 dargestellt ist, vermieden werden.
Ein bevorzugtes Komplettgerät kann alternativ dazu eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 6,6 bis 8,9 cm (2,6 bis 3,5 Inches) und einen Durchmesser "D" innerhalb des Bereiches von 11,2 bis 12,4 cm (4,4 bis 4,9 Inches) haben. Kombinationen von Höhe "h" und Durchmesser "D" sollten so gewählt werden, daß ist nicht gleich irgendeinem Wert innerhalb des Bereiches von ± 10% von
und ist nicht gleich irgendeinem Wert innerhalb des Bereiches von ± 10% von
Alternativ dazu sollte die schraffierte Fläche 18 um die in Fig. 6 dargestellten Kurven 14 und 15 vorzugsweise vermieden werden.
Natürlich sind der Durchmesser "D" des Schildes und der Umfang "C" des Schildes durch die Beziehung C = πD verbunden. Somit wird klar sein, daß die Beziehung zwischen der Höhe, dem Durchmesser und der Wellenlänge und die Beziehung zwischen der Höhe, dem Umfang und der Wellenlänge äquivalent sind.
Alle oben genannten Beispiele sind unter Bezug auf einen allgemein zylindrischen Schild 4 mit einer Überlappung beschrieben worden. Die oben genannte Diskussion trifft auch auf einen allgemein kegelstumpfförmigen Schild 4' mit einer Überlappung zu, wie in Fig. 12 gezeigt, bei dem der Bereich der Durchmesser von dem kleinsten Durchmesser "d&sub1;" bis zu dem größten Durchmesser "d&sub2;" vollständig innerhalb des Bereiches ist, der für den Durchmesser "D" spezifiziert ist.
Für Höhen "h", die vermieden werden sollten, kann auch auf Fig. 7 Bezug genommen werden. Fig. 7 stellt graphisch die Stärke des Überschlagens als eine Funktion der Höhe des Schildes 4 dar. Der Graph stellt dar, daß das stärkste Überschlagen für die Höhe "h" des Schildes 4 von 5,3 cm (2,1 Inches) und 10,7 cm (4,2 Inches) auftritt. Bei einer Mikrowellenfrequenz von 2450 MHz korrespondieren 6,1 cm (2,4 Inches) und 12,2 cm (4,8 Inches) zu einer halben Wellenlänge bzw. einer vollen Wellenlänge "λ&sub0;" bei jener Frequenz im freien Raum. Die resonante Halbwellenlänge in der Höhe "h" des Schildes 4 ist etwa 5,3 cm (2,1 Inches). Die resonante Wellenlänge λs" für die Höhe "h" des Schildes 4 ist etwa 10,7 cm (4,2 Inches). Die resonante Wellenlänge "λs" für den Schild 4 ist auf die Wellenlänge "λ&sub0;" im freien Raum durch einen konstanten Faktor "K" bezogen. Die Beziehung wird nachfolgend detaillierter beschrieben werden. Es sollte hervorgehoben werden, daß die resonanten Dimensionen für einen Schild 4 nicht die gleichen wie die theoretische Wellenlänge "λ&sub0;" im freien Raum sein werden. Fig. 7 zeigt, daß im wesentlichen kein Überschlagen auftrat für Höhen "h" innerhalb des Bereiches von 6,6 bis 8,9 cm (2,6 bis 3,5 Inches).
In der bevorzugten Ausführungsform, die die z.B. in Fig. 3 dargestellte "Überlappungs"-Technik des Anmelders verwendet, hat der Anmelder herausgefunden, daß ein relatives Überschlagspotential definiert werden kann als:
wobie "D" der Durchmesser des Schildes ist, "h" die Höhe des Schildes ist, "L" der Abstand ist, um den das erste Ende des Schildes das zweite Ende des Schildes überlappt, "K" die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Schildes ist, "d" der Abstand ist, um den das erste und das zweite Ende des Schildes beabstandet ist, und "λ&sub0;" die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist. Das Überschlagspotential sollte durch Auswählen von Abmessungen für den Schild minimiert werden, die den Wert des Überschlagspotentials auf ein Niveau reduzieren, bei dem Überschlagen im wesentlichen vermieden wird. Experimente haben gezeigt, daß zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden können mit einem relativen Überschlagspotential in einem Bereich von etwa 0,8 bis etwa 0. Überschlagen trat auf für relative Überschlagspotentiale über 0,8. Abmessungen für einen überlappenden Schild 4, die ein relatives Überschlagspotential von etwa 0,7 bis etwa 0 gewährleisten, liefern gute Ergebnisse, und ein relatives Überschlagspotential im Bereich von etwa 0,6 bis etwa 0 liefert bessere Ergebnisse. Die Abmessungen für den Schild sind vorzugsweise so gewählt, daß der Wert für das Überschlagspotential in dem Bereich von etwa 0 bis etwa 0,5 ist. Ein Bereich von etwa 0 bis etwa 0,4 ist bevorzugter für das Überschlagspotential. Ein Wert für das Überschlagspotential in dem Bereich von etwa 0 bis etwa 0,3 ist noch bevorzugter. Ein Wert für das Überschlagspotential im Bereich von etwa 0 bis 0,2 ist besonders bevorzugt. Ein Wert für das Überschlagspotential in dem Bereich von etwa 0 bis etwa 0,1 ist noch mehr besonders bevorzugt.
Ein Überlappungsabstand "L" von etwa 12,7 mm ist für den überlappten Schild 4 bevorzugt. Eine Schildhöhe "h" von etwa 75 mm (oder etwa 2,95 Inches) ist bevorzugt. Ein Schilddurchmesser "D" von etwa 70 mm (oder etwa 2,75 Inches) ist bevorzugt.
Immer wenn die Wellenlänge "λs" hier genannt ist, soll verstanden werden, daß "λs" sich auf die tatsächliche Wellenlänge der Mikrowellen beziehen soll. Natürlich ist die Wellenlänge der Mikrowellen indirekt auf die Frequenz bezogen. Wenn die Frequenz ansteigt, wird die Wellenlänge kürzer werden. Aber die Wellenlänge wird auch durch die Eigenschaften des Materials beeinflußt, durch das sich die Mikrowellen ausbreiten können. Die Wellenlänge von Mikrowellen einer gegebenen Frequenz können im freien Raum verschieden sein im Vergleich z.B. zu der effektiven Wellenlänge in einem Aluminiumfolienschild. Im freien is Raum ist die Welleniänge "λ&sub0;" auf die Frequenz "f" durch die folgende Beziehung bezogen:
λ&sub0; = 11,800 ÷ f;
wobei λ&sub0; die Wellenlänge im freien Raum ist, in Inches ausgedrückt, und f die Frequenz in Megahertz ist.
Natürlich liefert die oben genannte Formel die Wellenlänge λ&sub0; im freien Raum. Die Wellenlänge in Luft kann von der Wellenlänge λ&sub0; im freien Raum verschieden sein. Für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist jene Differenz nicht signifikant. Anders ausgedrückt ist die Wellenlänge λ&sub0; für praktische Zwecke die gleiche wie die Wellenlänge in Luft.
Zum Zwecke des Vermeidens des Überschlagens aufgrund von resonanten Abmessungen in dem Schild 4 sollte der für die Wellenlänge in der oben genannten Beziehung benutzte Wert von λs für das für den Schild 4 benutzte spezifische Material bestimmt werden. Der Wert für die tatsächliche Wellenlänge λs kann ausgedrückt werden als λs = kλ&sub0;, wo λs die tatsächliche Wellenlänge für den Schild 4 ist, k ein Korrekturfaktor ist und λ&sub0; die Wellenlänge der Mikrowellen im freien Raum ist. Der Korrekturfaktor k kann empirisch bestimmt werden.
Ein geeignetes Verfahren zum Bestimmen des Korrekturfaktors k schließt ein, Streifen verschiedener Längen von für den Schild 4 benutztem Material zu nehmen. Wenn z.B. Aluminiumfolie für den Schild 4 benutzt wird, werden verschiedene Längenstücke von Aluminiumfolie in Streifen geschnitten. Vorzugsweise sollten die Aluminiumfolienstreifen in der Länge um Zunahmen von 1 mm variiert werden und sollten eine im wesentlichen gleichmäßige Breite haben. Die Breite der Streifen sollte sich nicht einem resonanten Abstand nähern; sonst werden die Ergebnisse des Verfahrens übermäßig kompliziert werden. Eine Breite von 1,27 cm (1/2 Inch) ist bevorzugt. Es ist im wesentlichen weniger als eine halbe Wellenlänge. Deshalb sind komplexe Resonanzen ohne Bedeutung.
Die Aluminiumfolienstreifen können dann mit Klebestreifen, verklebt oder anderweitig, an einem verlustbehafteten Material, z.B. Pappe, befestigt werden. Das verlustbehaftete Material wird erwärmt werden durch das rückübertragene Mikrowellenfeld, das durch Ströme in den Aluminiumfolienstreifen induziert wird, und wird beim Bestimmen der resonanten Abmessungen der Aluminiumfolienstreifen helfen. Ein Indikator für die Menge der Erwärmung wird über dem Oberteil des Aluminiumfolienstreifens angeordnet. Ein temperaturempfindliches Material oder ein Temperaturanzeiger wie z.B. Zelluloseazetat ist zu diesem Zweck mit guten Ergebnissen benutzt worden. Die Streifen verschiedener Länge werden dann Mikrowellenstrahlung für identische Zeitperioden ausgesetzt. Aussetzzeiten von 10 s haben gute Ergebnisse in der Praxis ergeben. Der Grad, bei dem die Temperaturanzeige die Farbe verändert oder in anderer Weise Erwärmen anzeigt, kann dann beobachtet werden und quantifiziert werden, um die Länge der Folie zu bestimmen, die sich am meisten erwärmt, und ist deshalb die resonante Länge der Folie. Das temperaturempfindliche Zelluloseazetatmaterial zeigt Resonanz durch Schwarzwerden in Reaktion auf Erwärmen an. Die Streifenlänge, die die maximale relative Anzeige der Erwärmung liefert, wird als die Resonanzlänge der Aluminiumfolie betrachtet. In Experimenten dieser Art ist herausgefunden worden, daß, wenn eine resonante Länge eines Aluminiumfolienstreifens getestet wird, der Zelluloseazetatanzeiger typischerweise vollständig schwarz werden wird. Die resonante Länge wird gemessen. Der Korrekturfaktor "k" wird dann durch Dividieren der tatsächlichen resonanten Länge, wie sie gemessen wurde, bestimmt, d.h. wird empirisch durch die theoretische Wellenlänge im freien Raum bestimmt.
Es wird angenommen, daß der Korrekturfaktor "k" durch die Widerstandsfähigkeit des zum Bilden des Schildes 4 benutzten Materials und durch End-Effekte beeinflußt wird. Der Korrekturfaktor "k" kann auch durch Streukapazitanzen und die dielektrischen Eigenschaften des Materials um den Schild 4 beeinflußt werden; es wird jedoch angenommen, daß diese letzteren Faktoren nicht signifikant sind. Die Dicke des Schildes 4 scheint keinen signifikanten Einfluß auf den Korrekturfaktor "k" für einen typischen Bereich der Dicken zu haben.
End-Effekte sind stärker ausgeprägt bei kleineren Vielfachen einer halben Wellenlänge, d.h. für kleine ganzzahlige Werte von "N" und "M" in den oben genannten Gleichungen. Aluminiumfolie wurde z.B. getestet, und resonante Längen wurden gemessen, und die Korrekturfaktoren "k" wurden bestimmt. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten: Wellenlänge k-Faktor
End-Effekte scheinen den größten Einfluß für eine halbe Wellenlänge zu haben, die zu einem "k"-Faktor von 0,69 führt. Der "k"-Faktor tendiert dazu, allgemein für größere Vielfache von Wellenlängen anzusteigen, wobei ein Grenzwert von 0,90 angenähert wird. Die leichte Verringerung in dem "k"-Faktor, die oben bei 3λ beobachtet wurde, liegt innerhalb des Bereiches des experimentellen Fehlers.
Der Korrekturfaktor "k" kann abhängig von dem Material variieren. Metallisierte Mylar-Suszeptoren wurden getestet auf Resonanz und erzielten einen "k"-Faktor von 0,29 für eine halbe Wellenlänge, 0,27 für eine Wellenlänge und 0,31 für ein und eine halbe Wellenlänge.
Ein anderer Aspekt der Resonanz, der kurz erwähnt werden sollte, schließt das Phänomen der "rückübertragenen Felder" ein. Während im Stand der Technik Überschlagen als ein signifikantes Problem erkannt worden ist, können in dem Schild 4 induzierte rückübertragene Felder bei Resonanz örtliche Überhitzung, Verengen, Schmelzen und andere Probleme verursachen.
Die äußere Geometrie des Schildes ist nicht das einzige Problem beim effektiven differenzierten Erwärmen beim Benutzen eines leitenden Schildes 4. Wenn die inneren Abmessungen eines mit einem Schild versehenen Behälters 3 in Resonanz bei der Mikrowellenfrequenz sind, kann ein unerwünschtes Erwärmen der Lebensmittelsubstanzen 1, 2 oder 6 auftreten. Wenn die Abmessungen in der inneren Geometrie des Schildes 4 günstig gewählt sind, kann das Schild 4 als ein Wellenausrichter funktionieren. Der Schild 4 kann, wenn er sich als ein Wellenausrichter verhält, die Richtung der Mikrowellen steuern, die in die Packung in dem Inneren des Behälters 3 eintreten, die dazu tendieren, das Lebensmittelmaterial 2 zu erwärmen. Die Wellenlänge der Mikrowellen in den Lebensmittelmaterialien 1, 2 und 6 sollen berücksichtigt werden, um die Abmessungen zu bestimmen, die in dem Inneren des Schildes dazu führen werden, daß er als ein Wellenausrichter funktioniert.
In einer bevorzugten Ausführungsform muß der effektiven Wellenlänge der Mikrowellen in den Lebensmittelsubstanzen 2, 1 und 6 Beachtung geschenkt werden, die in dem Behälter 3 vorhanden sind. Für Diskussionszwecke können wir uns auf die effektive Wellenlänge der Mikrowellen in der Lebensmittelsubstanz beziehen, die innerhalb des Behälters 3 ist, wie z.B. die Eiscreme 2 als "λ&sub1;". Die Wellenlänge λ&sub1; wird durch die Eigenschaften der Lebensmittelsubstanzen 1, 2 und 6 in dem Behälter 3 beeinflußt. Jede Lebensmittelsubstanz 1, 2 oder 6 hat eine dielektrische Eigenschaft. Je höher die Dielektrizität ist, desto kürzer wird die Wellenlänge λ&sub1; der Mikrowellen in den Lebensmittelsubstanzen 1, 2 und 6 sein. Die dielektrischen Eigenschaften der Lebensmittelmaterialien 1, 2 und 6 sollten gemessen werden. Der Durchmesser "D" und die Dicke der Lebensmittelsubstanz 2 sollten ausgewählt werden, um Resonanzen zu vermeiden, was unerwünschtes Erwärmen der Eiscreme 2 induzieren würde.
Die dielektrischen Eigenschaften einer Lebensmittelsubstanz 1 können gemessen werden, indem Techniken benutzt werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Zum Beispiel kann ein Hewlett-Packard-8753A- Mikrowellennetzwerkanalysator verwendet werden. Wenn einmal die Dielektrizität der Lebensmittelsubstanz 1 oder 2 bestimint worden ist, kann dann die Wellenlänge λ&sub1; der Mikrowellen innerhalb jener Lebensmittelsubstanz berechnet werden. Somit kann es manchmal bei Vermeiden resonanter Dimensionen, besonders in dem Durchmesser und der Dicke der Eiscreme 2, notwendig sein, die Unterschiede in der Wellenlänge λ&sub1; in der Lebensmittelsubstanz 2 unmittelbar neben dem Schild 4 in der Hinsicht zu erklären, daß die Wellenlänge λ&sub1; verschieden von der Wellenlänge der Mikrowellen im freien Raum ist. In solchen Fällen sollten die Abmessungen des Behälters 3 im Hinblick auf die tatsächliche Wellenlänge λ&sub1; in der Lebensmittelsubstanz 2 innerhalb des Behälters 3 angepaßt werden, die die resonanten Abmessungen für die Lebensmittelsubstanz 2 bestimmen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sollten die Charakteristika des Schokoladengebäcks 1 gewählt werden, um Absorption zu erhöhen, und die Charakteristika der Soße 6 sollten gewählt werden, um Reflektion zu erhöhen.
Die Soße 6 hat vorzugsweise Charakteristika, die sie als eine eßbare reflektierende Schicht funktionieren läßt. Wenn die Soße 6 eine hohe Impedanz der Eiscremeschicht 2 und eine niedrigen Impedanz der Schicht des Schokoladengebäcks 1 hat, erhöht diese Niedrigimpedanz- /Hochimpedanz-/Niedrigimpedanz-Zwischenschicht die Wirkung der Soße 6 als eine reflektierende Schicht. Wenn die Dicke der Soßenschicht 6 ausgewählt wird, etwa eine halbe Wellenlänge dick zu sein, wird eine konstruktive Interferenz zwischen Mikrowellen, die an beiden Zwischenschichten zwischen der Soße 6 und der Eiscreme 2 und zwischen der Soße 6 und dem Schokoladengebäck 1 reflektiert werden, erhöht. Eine Reflexion der Mikrowellen zurück zu dem Schokoladengebäck wird erhöht werden. Dies wird einen günstigen Einfluß auf den Temperaturunterschied zwischen dem Schokoladengebäck und der Eiscreme 2 haben. Erhöhende Reflexion wird die Menge von Mikrowellen reduzieren, die die Eiscreme 2 erreichen.
Absorption des Schokoladengebäcks 1 kann optimiert werden oder verbessert werden durch Berücksichtigen des dielektrischen Verlustfaktors (E") des Schokoladengebäcks 1. Das Reflexionsvermögen der Soßenschicht 6 kann durch Berücksichtigen des Brechungsindex erhöht werden.
Zusammenfassend kann der Temperaturunterschied zwischen dem Schokoladengebäck 1 und der Eiscreme 2 erhöht oder optimiert werden durch Berücksichtigen der Schichtdicke, des Schichtdurchmessers und der dielektrischen Eigenschaften der Schichten des Schokoladengebäcks 1, der Eiscreme 2 und der Soße 6.
Die bevorzugten dielektrischen Eigenschaften für Eiscreme 2 sind ein Wert der dielektrischen Konstante (E') = 5,96 und ein Wert des dielektrischen Verlustfaktors (E") = 2,51. Die Eiscreme 2 sollte einen Durchmesser von etwa 72 mm und eine Dicke von 48,5 mm haben. Die bevorzugten dielektrischen Eigenschaften für das Schokoladengebäck sind ein Wert von E' = 3,03 (Dielektrizitätskonstante) und ein Wert E" = 0,67 (Dielektrizitätsverlustfaktor). Das Schokoladengebäck sollte einen Durchmesser von etwa 72 mm und eine Dicke von etwa 14,5 mm haben. Die bevorzugten dielektrischen Eigenschaften für die Soße 6 sind ein Wert von E' = 8,41 (Dielektrizitätskonstante) und ein Wert von E" = 4,89 (Dielektrizitätsverlustfaktor). Die Soße 6 sollte einen Durchmesser von etwa 72 mm und eine Dicke von etwa 9 mm haben und sollte zwischen dem Schokoladengebäck 1 und der Eiscreme 2 in einem allgemein zylindrischen Behälter 3 mit einem Durchmesser von 72 mm und einer Gesamtbehälterhöhe von etwa 81,5 mm angeordnet sein.
Ein eingelassener Deckel oder ein eingelassenes Oberteil 5 ist vorzugsweise vorgesehen, das ungefähr um 9,5 mm, wie in Fig. 1 gezeigt, eingelassen ist. Das eingelassene Oberteil 5 wird von einem leitenden Material gebildet oder durch ein leitendes Material abgedeckt und verhindert effektiv so, daß Mikrowellen in das Oberteil des Behälters 3 eintreten. Der Spalt zwischen dem Oberteil 5 und dem Schild 4 ist klein genug, um Entweichen von Mikrowellen zu verhindern. Die eingelassene Konstruktion für den Deckel 5 ordnet auch die Kanten 33 des Deckels 5 an einer Position an, die von dem mit einem Schild versehenen Lebensmittelmaterial 2 entfernt ist. Wenn sich der Deckel 5 Resonanz nähert, werden Spannungsknoten oder rückübertragene Felder, die an den Kanten des Deckels 5 auftreten, von der Eiscreme 2 ferngehalten, um den Aufwärmeffekt auf der Eiscreme 2 zu minimieren oder zu reduzieren.
Das leitende Oberteil 5 ist vorzugsweise kreisförmig und hat einen Durchmesser "dT". Der Durchmesser "dT" wird so gewählt, daß: ist im wesentlichen nicht gleich
wobei "N" und "M" ganze Zahlen sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4, usw., und "λT" die tatsächliche Resonanzwellenlänge der Mikrowellen in dem leitenden Oberteil 5 ist.
Für ein rechteckiges Oberteil mit einer Länge "lT" und einer Breite "wT" sind die Abmessungen so gewählt, daß: ist im wesentlichen nicht gleich
Ein leitender Aluminiumfolienschild 4 sollte vorgesehen werden mit einer bevorzugten Höhe von etwa 75 mm. Eine freigelegte Wand 24 am Boden des Behälters 3 ist über den unteren 6,35 mm des Behälters 3 in der illustrierten Ausführungsform vorgesehen. Ein kleiner umgebogener Rand 27 an dem Oberteil des Behälters 3 von etwa 0,15 mm würde durch den Schild 4 nicht abgedeckt sein. In der Praxis wurde herausgefunden, daß ein nicht mit einem Schild abgedeckter umgebogener Rand 27 von 1,6 mm (1/16 Inch) oder größer gewöhnlich Entweichen von Mikrowellen, die in der mit einem Schild abgeschirmten Zone 2 auftreten, erlaubt.
Der Schild 4 dient vorzugsweise als ein Etikett für das Komplettgerät 21. Der Schild 4 kann mit kennzeichnenden Informationen bedruckt sein und angeklebt oder klebend an dem Komplettgerät in einer konventionellen Art befestigt sein.
Falls gewünscht, könnte der Schild 4 z.B. durch Sputter-Überziehen oder Elektroplatieren gebildet sein, so daß der Schild keinen Saum oder Spalt hat, jedoch anstelle dessen als ein kontinuierlich leitendes Blatt um den Behälter 3 ausgeformt ist. Diese Anordnung ist nicht bevorzugt, weil sie zu teuer ist.
Für einen kegelstumpfförmigen Behälter 3', wie in Fig. 12 gezeigt, ist eine Dicke der Eiscreme 2 von etwa 3,0 cm bevorzugt. Eine Dicke des Schokoladengebäcks 1 von etwa 1,8 cm ist bevorzugt. Eine Dicke der Soße 6 von etwa 0,6 cm ist ebenfalls bevorzugt.
Fig. 10 illustriert die Ergebnisse der Experimente mit einer Vielzahl von zylindrischen Behältern 3 mit Schilden 4, die um den Behälter 3 gewikkelt sind. Die Zylinder wurden auf heiße Stellen durch Überziehen der Gesamtverpackung mit Zelluloseazetat getestet. Die angewendete spezielle Zelluloseazetat-Verbindung wurde bei 143º C (290º F) schwarz. Der Graph von Fig. 10 zeigt die Menge des Geschwärzten, das über dem mit einer Aluminiumfolie mit einem Schild abgeschirmten Zylinder 3 auftrat, wie es durch die Reaktion des Azetatmaterials beim Erwärmen beobachtet wurde. Dieses Experiment lieferte weitere Informationen bezüglich der Empfindlichkeit der Gesamtverpackung für ungünstige Effekte von Resonanz, rückübertragenen Feldern und Überschlagen. Dieser Graph kann als eine Grundlage zum Auswählen einer günstigen Kombination von Abmessungen für ein Paket benutzt werden.
Fig. 11 illustriert die Menge des Überschlagens für verschiedene Höhen und Umfänge in einem zylindrischen Schild, der aus Aluminiumfolie konstruiert ist. Der Test wurde bei 2450 MHz durchgeführt. Etwa 140 unterschiedliche Zylinder wurden getestet, und die Menge des Überschlagens wurde kategorisiert oder wie folgt gezählt: 0 = überhaupt kein Überschlagen; 1 = ein einziger Funke wurde beobachtet; 2 = unterbrochene Funkenbildung; 3 = kontinuierliche Funkenbildung; und 4 = die Gesamtverpackung begann zu brennen. Dieses Experiment zeigte, daß das stärkste Überschlagen auftrat, wo die Höhe der Folie gleich etwa 5,3 cm (2,1 Inches) und etwa 10,6 cm (4,2 Inches) war.
Eine geeignete alternative Ausführungsform eines kegelstumpfförmigen Behälters, der in der Praxis zufriedenstellende Ergebnisse geliefert hat, ist in Fig. 13 und Fig. 14 gezeigt. Die angegebenen Abmessungen sind in Inches. Dieser besondere Behälter 3' hat eine 7º-Kegelform an seinen Seitenwänden, wodurch ein kegelstumpfförmiger Behälter 3' gebildet wird. Ein kegelstumpfförmiger Schild 4' würde um die Wände des Behälters 3' gebildet sein, wie in Fig. 12 illustriert. Die Schildhöhe "h" wird parallel zu der Oberfläche des Schildes 4' gemessen.
Fig. 15 und Fig. 16 illustrieren ein geeignetes Oberteil 5' für den Behälter 3'. Die Abmessungen sind in Inches.
Ein geeigneter Schild 4' ist in Fig. 17 dargestellt. Für den in Fig. 13 dargestellten kegelstumpfförmigen Behälter 3' ist der Schild 4', wie in Fig. 17 dargestellt, ausgebildet. Der Schild hat einen mittleren Umfang "C". Der Schild 4' hat einen minimalen Umfang "C&sub1;" und einen maximalen Umfang "C&sub2;", wobei "C&sub2;" der größte Wert in dem Bereich der Umfänge ist. Der Abschnitt 26 des Schildes 4', der überlappt, ist nicht in die Messung des effektiven Umfanges "C" des Schildes 4' einbezogen.
In dem Fall eines kegligen Behälters 3' oder eines kegelstumpfförmigen Behälters 3' variiert der Umfang "C" des Schildes 4' über einen Bereich, der nahe dem Oberteil 5' des Behälters 3' größer ist und nahe dem Boden des Behälters 3' kleiner ist. Der mittlere Umfang "C" des Schildes 4' kann in der Mitte des Schildes 4' in dem dargestellten Beispiel von Fig. 12 gemessen werden. Der Schild 4' wird auch einen mittleren Durchmesser "D" haben, wenn er um den Behälter 3' gewickelt ist. Der Schild 4' wird einen minimalen Durchmesser "d&sub1;" haben, der in der illustrierten, in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform an dem Boden des Schildes 4' gemessen wird. Der Schild 4' wird einen maximalen Durchmesser "d&sub2;" haben, der an dem Oberteil des Schildes 4' in der illustrierten Ausfährungsform gemessen wird.
Wenn ein kegelstumpfförmiger Schild 4' ausgewählt wird, muß ein Bereich von Durchmessern "d&sub1;" bis "d&sub2;" und ein Bereich von Umfängen "C&sub1;" bis "C&sub2;" berücksichtigt werden. Die obige Diskussion bezüglich der zylindrischen Scliilde gilt auch für einen kegelstumpfförmigen Schild 4' außer, daß ein mittlerer Umfang "C" und ein mittlerer Durchmesser "D" berücksichtigt werden sollte, und Überschlagen wird vorzugsweise für jeden Durchmesser mit dem Bereich "d&sub1;" bis "d&sub2;" und für jeden Umfang innerhalb des Bereiches "C&sub1;" bis "C&sub2;" vermieden werden.
In dieser besonderen alternativen Ausführungsform sind die Abmessungen ausgewählt worden, um die Temperaturdifferenz für die Lebensmittelmaterialien 1 und 2 zu optimieren. Die Abmessung der Höhe "h" nähert sich der Resonanz für diesen Schild 4'. Solche Resonanz jedoch, bei der die Optimierung des Temperaturunterschiedes sie benötigt, kann zu Schmelzen des Behälters 3', zum Versengen an der unteren Kante des Schildes 4' usw. führen. Diese unerwünschten Effekte der Resonanz können durch eine "Luftspalt"-Technik gesteuert werden, wie nachfolgend beschrieben.
Die "Luftspalt"-Technik ist eine andere Technik zum Vermeiden schädlicher Effekte von rückübertragenen Mikrowellenfeldern. Es schließt den Gebrauch von Luftspalten 16 nahe der Kanten des Schildes 4' ein. Das kann am besten durch Beziehen auf den Graph nach Fig. 18 verstanden werden. In diesem Beispiel, wo es keinen Spalt zwischen dem Schokoladengebäck 1 und dem Boden des Behälters 3' gibt, wird an der Kante des Schildes 4' eine maximale Spannung gleich 10.000 V angenommen, allgemein durch "MX" in Fig. 18 bezeichnet. Ein computergeneriertes elektrisches Feld ist für einen mit einem Schild abgeschirmten Behälter 3' dargestellt. In der Vergrößerung des Bereiches der maximalen Spannung "MX", gezeigt in Fig. 19, ist eine Feldlinie gleich 6.000 Gauss durch das Schokoladengebäck 1 gehend gezeigt. Somit sind hohe Feldstärken in dem Schokoladengebäck 1 vorhanden und können ein Erwärmen des Schokoladengebäcks 1 verursachen. Wenn der Erwärmungseffekt auf dem Schokoladengebäck 1 zu stark ist, kann er sowohl das Lebensmittelmaterial 1 als auch den Behälter 3' ungünstig beeinflussen. Das Lebensmittelmaterial 1 kann versengt werden, das Lebensmittelmaterial 1 kann nahe der unteren Kante des Schildes 4' überhitzt werden, der Behälter 3' kann nahe der unteren Kante des Schildes 4' geschmolzen werden und in extremen Fällen kann solches Erwärmen auch Verbrennen des Behälters 3' verursachen.
Fig. 20 stellt den Einfluß eines Luftspaltes 16 auf den computergenerierten Graph der elektrischen Feldstärke dar. Der Spalt 16 ist ein Luftspalt, der zwischen dem ersten Lebensmittelmaterial 1 (d.h. dem Schokoladengebäck 1) und der Seitenwand des Behälters 3' gebildet ist. In diesem Fall tritt der stärkste Bereich des elektrischen Feldes in dem Luftspalt 16 auf und trägt nicht zum Erwärmen des Schokoladengebäcks bei. Eine vergrößerte Ansicht dieses Graphen ist in Fig. 21 gezeigt. Die Feldlinien von 6.000 Gauss und sogar 4.000 Gauss schneiden den Luftspalt 16. Die Feldlinien von 2.000 Gauss durchdringen kaum die Oberfläche des Schokoladengebäcks. Somit wird die Tendenz des Schokoladengebäcks 1, in diesem Bereich überhitzt zu werden, stark reduziert. Anders ausgedrückt, die hohe Feldstärke, die nahe der Kante des Schildes 4' an dem Punkt der maximalen Spannung "MX" erzeugt wird, überhitzt nicht das Schokoladengebäck aufgrund des Vorhandenseins des Luftspaltes 16.
In dem in Fig. 19 illustrierten Beispiel dringen die Feldlinien von 6.000 Gauss im wesentlichen in die Tiefe des Schokoladengebäcks 1 ein und tragen im wesentlichen zum Erwärmen des Schokoladengebäcks bei. Im Vergleich dringen die Feldlinien von 6.000 Gauss in dem Beispiel, das in Fig. 21 illustriert ist, durch den Luftspalt 16 ohne irgendeinen wesentlichen Erwärmungseffekt auf das Schokoladengebäck 1.
Fig. 22 stellt einen computergenerierten Graph für die elektrische Feldstärke dar, wo der Luftspalt 16 1/8 Inch ist. Sogar mehr der elektrischen Feldstärke, die das Maximum "MX" umgeben, dringt durch den Luftspalt 16. Das ist durch die vergrößerte Darstellung von Fig. 23 gezeigt. In diesem Beispiel durchdringen sogar die Feldlinien, die einen Wert von 2.000 Gauss repräsentieren, nicht durch die Oberfläche des Schokoladengebäcks 1.
Die Luftspalt-Technik kann in Fällen genutzt werden, wo sich die Höhe "h" des Schildes 4 einer resonanten Länge nähert.
Obwohl die obige Diskussion diese Technik als die "Luftspalt-Technik" bezeichnet hat, wird dasselbe Prinzip mit jedem Niedrigverlust-, niedrigdielektrischen Material 16 unmittelbar neben der Kante des Schildes 4' funktionieren. Luft ist das bevorzugte Material und das zweckmäßigste.
Fig. 24 stellt eine alternative Ausführungsform einer Behälters 3", der die Luftspalt-Technik nutzt, um Überhitzen des Lebensmittelmaterials in dem Boden des Behälters 3" zu minimieren. Dieser Behälter 3" nutzt eine Luftspalt-Einrichtung 16', um Überhitzen des Behälters 3" zu vermeiden, wenn der Schild 4" Abmessungen hat, die sich genügend nahe der Resonanz nähern, um wesentliche Felder an der unteren Kante 30" des Schildes 4" hervorzurufen. Der Behälter 3" hat eine untere Schulter oder einen umgebogenen Rand 17, der einen Luftspalt 16' zwischen dem Boden 22" des Behälters 3" und der unteren Kante des Schildes 4" bildet. Der Boden 22" ist vorzugsweise flach in der Mitte und verjüngt sich nach oben über einen eingelassenen Bereich 28", um die Seitenwand 29" des Behälters 3" an einem Punkt 31" anzubinden, der von der unteren Kante 30" des Schildes 4" entfernt ist. Der Schild 4" ist um das Äußere der Seitenwände 29" des Behälters 3" gewickelt.
Alternativ dazu kann ein Luftspalt 16 wie in Fig. 20 durch Kochen des Schokoladengebäcks 1 in einem Behälter mit einem Kegel gebildet werden, der größer ist als der Kegel des Behälters 3'. Das ist nicht das bevorzugte Verfahren zum Nutzen der Luftspalt-Technik, weil die Soße 6 schmelzen kann und den Luftspalt 16 füllen kann und somit die Vorteile der Luftspalt-Technik zunichte macht.
Der Gebrauch eines kegelförmigen Behälters 3', wie in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigt, erlaubt den selektiven Gebrauch von resonanten Abmessungen, um den Temperaturunterschied zwischen dem ersten Lebensmittelmaterial 1 und dem zweiten Lebensmittelmaterial 2 zu verbessern. Ein kegelförmiger Behälter 3' erlaubt es der Gesamtverpackung, so entworfen zu sein, daß sie einen einzigen horizontalen Durchmesser hat, z.B. d&sub1;, der an dem Punkt in Resonanz ist, wo das erste Lebensmittelmaterial 1 erwärmt werden soll. Andere Durchmesser; d.h. die Durchmesser des Behälters 3', die der Anordnung des zweiten Lebensmittelmaterials 2 in dem Bereich von d&sub2; bis d&sub3;, gezeigt in Fig. 12, entsprechen, werden als nicht resonante Durchmesser ausgewählt. Somit unterstützt der resonante Durchmesser d&sub1; an der unteren Kante des Schildes 4', der der Lage des Schokoladengebäcks 1 entspricht, ein Erwärmen des Schokoladengebäcks 1, während die Durchmesser des Schildes 4' in dem Bereich des Behälters 3', wo die Eiscreme 2 angeordnet ist, in dem Bereich von d&sub2; bis d&sub3; nicht-resonant sind.
Ein optimales Verhalten einer mit einem Schild abgeschirmten Lebensmittelpackung kann auch, wenn es durch Mikrowellenstrahlung erwärmt wird, durch stehende Wellen innerhalb des Mikrowellenhohlraumes des Mikrowellenofens beeinflußt werden. Ein Produktverhalten kann durch Nutzen stehender Wellen, die zwischen dem Unterboden des Ofens und dem Lebensmittelmaterial 1 in dem Behälter 3 erzeugt werden, verbessert werden. Nicht nur ist der Durchmesser des Schokoladengebäcks (z.B. d&sub1;) wichtig, sondern auch die Dicke des Gebäcks ist wichtig. Wenn der Abstand zwischen dem Unterboden des Mikrowellenofens und dem das Paket enthaltene Fach ungefähr 3,05 cm (1,2 Inches) ist, wird das etwa einer viertel Wellenlänge der Mikrowellen in Luft gleich sein (was nahezu dasselbe ist wie im freien Raum). In diesem Beispiel soll das Gebäck vorzugsweise 1,8 cm (0,7 Inch) dick gemacht sein (d.h. die Höhe des Gebäcks 1 ist gleich etwa 1,8 cm (0,7 Inch)). Das ist so, weil die ein viertel Wellenlänge der fraglichen Mikrowellen in dem Material des Gebäcks 1 etwa 1,8 cm (0,7 Inch) ist aufgrund der besonderen Eigenschaften des Gebäcks 1. Dieser Aufbau ist besonders effektiv, wenn eine stark reflektierende Soße 6 zwischen dem Gebäck 1 und der Eiscreme 2 angeordnet ist. Soßenschichten 6, die in der Lage sind, 60 bis 80% der Mikrowellenenergie zurück nach unten auf das Gebäck 1 zu reflektieren sind theoretisch erreichbar.
Ein kegelförmiger Behälter 3', wie in Fig. 12 gezeigt, gewährleistet auch eine gewisse Toleranz, so daß, wenn der Schild 4' bei einem speziellen Durchmesser dn in Resonanz ist, der Schild 4' nicht über seine gesamte Länge "h" in Resonanz sein wird, wird jedoch nur in einer horizontalen Ebene in Resonanz sein. Das gewährleistet eine gewisse Toleranz für den Aufbau der Gesamtverpackung, was ein wunschenswertes Attribut für eine Gesamtverpackung ist, das für eine häusliche Anwendung gedacht ist, wo Mikrowellenöfen variieren können.
Das Gebäck 1 kann in einer Pfanne einer geeigneten Größe gebacken werden und in den Behälter 3 zum Einpacken geliefert werden. Alternativ können Kosteneinsparungen durch Brechen des Gebäcks 1 in Stücke und Backen der Stücke in dem Boden des Behälters 3 erreicht werden.
Der Schild 4 könnte vorzugsweise eine Höhe "h" innerhalb des Bereiches von 6,1 bis 9,1 cm (2,4 bis 3,6 Inches) haben. Ein Bereich von Höhen "h" für den Schild 4 zwischen 6,4 bis 8,9 cm (2,5 bis 3,5 Inches) ist bevorzugter. Ein noch bevorzugterer Bereich von Höhen "h" ist zwischen 6,6 bis 8,6 cm (2,6 bis 3,4 Inches). Eine Höhe "h" des Schildes 4 zwischen 7,1 bis 8,1 cm (2,8 bis 3,2 Inches) ist besonders bevorzugt. Es gibt scheinbar keinen signifikanten Effekt auf die bevorzugte Höhe "h" des Schildes 4, wenn der Behälter 3 ein zylindrischer Behälter ist, wie in Fig. 1 dargestellt, im Vergleich zu einem kegelstumpfförmigen Behälter 3', wie in Fig. 12 dargestellt.
Der Durchmesser "D" für den Schild 4 sollte vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 7,1 bis 9,1 cm (2,8 bis 3,6 Inches) sein. Ein noch bevorzugterer Durchmesser "d" für den Schild 4 ist in dem Bereich von 7,4 bis 8,6 cm (2,9 bis 3,4 Inches). Ein Durchmesser "D" für den Schild 4 innerhalb des Bereiches von 7,6 bis 8,1 cm (3,0 bis 3,2 Inches) ist besonders bevorzugt.
Für einen überlappenden Schild, wie in Fig. 3 dargestellt, kann ein überlappender Abstand "L" von etwa 1,2 cm (1/2 Inch) zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Ein überlapppender Abstand "L" innerhalb des Bereiches von 0,13 bis 3,8 cm (0,05 bis 1,5 Inches) ist bevorzugt. Eine Größe der Überlappung "L" von 0,25 bis 3,8 cm (0,1 bis 1,5 Inches) ist bevorzugten Eine Größe der Überlappung "L" innerhalb des Bereiches von 1,2 bis 3,8 cm (0,5 bis 1,5 Inches) ist besonders bevorzugt.
Wenn die Frequenz eines Mikrowellenofens 2450 MHz ist, wird die Wellenlänge λ&sub0; bekannt sein. In solch einem Fall kann der Ausdruck DhLK ÷ 4dλ&sub0;² auf DhLK ÷ 92,16d vereinfacht werden.
Unter Bezug auf Fig. 1 ist die Dicke der Schicht des Schokoladengebäcks 1 vorzugsweise 14,5 mm. Eine Dicke für die Schicht des Schokoladengebäcks 1 innerhalb des Bereiches von etwa 11 mm bis etwa 18 mm wird zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Eine Dicke für die Schicht der Eiscreme 2 innerhalb des Bereiches von etwa 40 mm bis etwa 57 mm ist bevorzugt. Eine Dicke für die Schicht der Eiscreme 2 innerhalb des Bereiches von etwa 43 mm bis etwa 54 mm ist bevorzugter. Eine Dicke für die Schicht der Eiscreme 2 gleich etwa 48,5 mm ist besonders bevorzugt. Die Schicht der Soße 6 kann eine Dicke zwischen etwa 8 mm und etwa 10 mm haben. Eine Dicke von etwa 9 mm für die Schicht der Soße 6 ist bevorzugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schild 4 durch Wickeln eines einzigen Stückes Aluminiumfolie um den Behälter 3 gebildet. Falls gewünscht, kann der Schild 4 jedoch aus zwei oder mehr Aluminiumfolienstücken aufgebaut sein. Jedes Stück Aluminiumfolie kann das angrenzende Stück, wie in Fig. 3 für ein einstückiges Etikett 4 dargestellt, überlappen. Die Verwendung von einer Vielzahl von Etiketten scheint äquivalente Ergebnisse zu liefern und scheint sich im wesentlichen gleich zu verhalten wie ein einstückiger Schild 4.
In einem Experiment zum Vergleichen variierender Größen der Überlappung "L" wurden die Folienstreifen in Schleifen geformt. Ein Folienstück, das eine Schleife für ein und eine halbe Wellenlänge im Umfang bildete, wurde genutzt. Diese Schleife wurde dann um einen Papierzylinder gewickelt, der als ein verlustbehaftetes Material benutzt wurde, das durch regenerierte Felder, die in der Folie induziert wurden, zu erwärmen war. Ein temperaturempfindliches transparentes Papier wurde dann über der Folie angeordnet, um den Ort der Flächen des Folienstreifens zu kennzeichnen, die 143º C (290º F) überstiegen. Als das temperaturempfindliche transparente Material wurde Zelluloseazetat verwendet. Der Streifen wurde für zehn Sekunden mit Mikrowellen bestrahlt. Die folgende Tafel faßt die Ergebnisse zusammen, in der die Spalte, die mit "% verbrannt" bezeichnet ist, den Prozentsatz des temperaturempfindlichen Materials darstellt, das dunkel wurde (als ein Ergebnis des Übersteigens von 143º C (290º F)). Überlappung Kapazitanz Relatives Überschlagspotential Überschlagen % verbrannt
Überschlagen trat auf, wo die Größe der Überlappung 0 oder 0,5 mm (0,02 Inch) war. Wo die Überlappung 1,3 mm (0,05 Inch) oder größer war, trat kein Überschlagen auf. Anders ausgedrückt, wo das relative Überschlagspotential gleich 0,86 oder weniger war, trat kein Überschlagen auf. Zusammengefaßt: ohne eine Überlappung oder mit einer leichten Überlappung führten die Teststreifen zum Überschlagen, und das transparente temperaturempfindliche Papier wurde dunkel. Mit einer großen Überlappung wurde Überschlagen eliminiert und die rückübertragenen Felder wurden reduziert.
Folienschleifen unterschiedlicher Umfänge wurden in dem oben beschrieben Verfahren getestet. Eine 1,27 cm- (1/2 Inch)-Überlappung wurde für diese Schleifen verwendet. Keine der Schleifen führte zum Überschlagen, und Resonanzen traten nur bei Vielfachen einer vollen Wellenlänge auf, wo Potentialunterschiede über den Kondensator, der durch die überlappenden Enden des Schildes gebildet wird, nicht existieren. Die Ergebnisse dieses Experimentes sind in Fig. 9 zusammengefaßt. Der Effekt der Größe der Überlappung "L" auf das relative Überschlagspotential ist in Fig. 8 zusammengefaßt.

Claims

1. Verfahren zum im wesentlichen Eliminieren des Überschlagens in einem Lebensmittelbehälter für eine Mikrowellenumgebung, wo ein Lebensmittelbehälter (3) vorgesehen ist, der ein Lebensmittelmaterial (1, 2) hat, das durch Mikrowellenstrahlung aufzuheizen ist und das mindestens teilweise von Mikrowellenstrahlung abgeschirmt ist, und ein leitender Schild (4) ist vorgesehen, der ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, das durch die Schritte gekennzeichnet ist:

Vorsehen des leitenden Schildes um einen Teil des Lebensmittelbehälters, wobei der leitende Schild in mikrowellenabschirmende Beziehung zu einem Teil des Lebensmittelmaterials angeordnet ist, wobei der leitende Schild eine Höhe und einen Umfang hat;

Überlappen des ersten Endes (23) des Schildes (4) über das zweite Ende (23) des Schildes, um einen überlappten Schild zu bilden, wo das erste und das zweite Ende des überlappten Schildes getrennt sind durch ein dielektrisches Material (25), wobei die Größe der Überlappung gewählt wird, um potentielle überschlagende Ströme zu dämpfen; und

Auswählen der Höhe (h) und des Umfanges (C) des Schildes so, daß sie nicht mit irgendeinem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung in dem Schild gleich sind, um dabei Resonanz des Schildes zu vermeiden, um Überschlagen zu minimieren.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abmessungen des Schildes gewählt sind, um das relative Potential des Überschlagens auf ein Niveau zu reduzieren, bei dem Überschlagen im wesentlichen vermieden wird, wobei das relative Potential des Überschlagens definiert ist durch: relatives Potential des Überschlagens

wobei D der Durchmesser des Schildes (4) ist,

h die Höhe des Schildes (4) ist,

L die Entfernung ist, mit der das erste Ende (23) des Schildes das zweite Ende des Schildes (23) überlappt,

K die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials (25) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Schildes ist,

d die Entfernung ist, mit der das erste und das zweite Ende (23) des Schildes voneinander beabstandet sind,

λ&sub0; die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist;

und

wobei das relative Potential des Überschlagens durch Auswählen der Abmessungen des Schildes reduziert wird, die den Wert des Reflexionspotentials des Überschlagens auf ein Niveau reduzieren, bei dem Überschlagen im wesentlichen vermieden wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Schild im allgemeinen als eine elektrische Schleife ausgebildet ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Werte D, h, L und d in Vielfachen von 2,54 cm (= 1 inch) gegeben sind und 4λ&sub0;² den Wert 92,16 annimmt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Lebensmittelbehälter (3) und der leitende Schild (4) im allgemeinen kegelstumpfförmig sind und daß der Durchmesser D der mittlere Durchmesser des kegelstumpfförmigen Schildes ist.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schritt des Reduzierens des relativen Potentials des Überschlagens ausreichend ist, einen Wert für das relative Potential des Überschlagens in einen der nachfolgenden Bereiche mit zunehmendem Vorzug zu liefern:

0 bis 0,8

0 bis 0,7

0 bis 0,6

0 bis 0,5

0 bis 0,4

0 bis 0,3

0 bis 0,2

0 bis 0,1.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das weiterhin gekennzeichnet ist durch:

Vorsehen eines leitenden Oberteils (5), um den Lebensmittelbehälter (3) abzudichten, wobei das leitende Oberteil in mikrowellenabschirmender Beziehung mit dem Schild ist, wobei das leitende Oberteil einen Durchmesser "dT" hat, wobei der Durchmesser des Oberteils so gewählt wird, daß: ist nicht gleich

für alle ganzzahligen Werte von "N" und "M", wobei "λT" die Resonanzwellenlänge der Mikrowellen in dem leitenden Oberteil ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, das weiterhin gekennzeichnet ist durch:

Versenken des leitenden Oberteils (5) in den Behälter, so daß Kanten (33) des leitenden Oberteils entfernt von dem Teil des Lebensmittelmaterials (2), das abzuschirmen ist, angeordnet sind, wobei der Aufwärmeffekt der in den Kanten des leitenden Oberteils auf dem Abschnitt des Lebensmittelmaterials induzierten Felder minimiert werden wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 5, das weiterhin gekennzeichnet ist durch:

Auswählen eines Schildes (4), das eine solche Höhe "h" und einen solchen Bereich der Durchmesser von einem maximalen Durchmesser "d&sub2;" bis zu einem minimalen Durchmesser "d&sub1;" hat, daß: ist nicht gleich

für alle Werte des Durchmessers "D" innerhalb des Bereiches zwischen "d&sub1;" und "d&sub2;" wo "N" und "M" ganze Zahlen sind, zum Beispiel 0, 1, 2, 3, 4 usw., und "λs" die tatsächliche Resonanzwellenlänge der Mikrowellen in dem Schild ist.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Höhe "h" des Schildes und des Durchmessers "D" des Schildes so gewählt sind, daß:

nicht gleich ± 5% ist, insbesondere ± 10%, genauer ± 20%, und sogar noch genauer ± 30% von:

für alle ganzzahligen Werte von "N" und "M", wobei "λs" die Resonanzwellenlänge von Mikrowellenfrequenzströmen in dem Schild ist, wobei die Resonanz der überlappten Schilde im wesentlichen vermieden wird, um Überschlagen zu minimieren.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Höhe "h" des Schildes und der Durchmesser "D" des Schildes so gewählt sind, daß:

nicht gleich irgendeiner Zahl in irgendeinem der Bereiche 0,215 bis 0,238, 0,204 bis 0,249, 0,181 bis 0,272, 0,159 bis 0,295 ist, wo "h" und "D" in Vielfachen von 2,54 cm (= 1 inch) ausgedrückt sind.

12. Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Höhe "h" des Schildes (4) so gewählt ist, daß sie in dem Bereich von 6,35 cm bis 8,9 cm (2,5 inch bis 3,5 inch) ist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 10, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

die Höhe "h" des Schildes (4) so gewählt ist, daß sie in dem Bereich von 6,1 bis 9,1 cm (2,4 inch bis 3,6 inch) ist.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der Durchmesser "D" des Schildes (4) so gewählt ist, daß er in dem Bereich von 7,1 cm bis 9,1 cm (2,8 inch bis 3,6 inch) ist.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

der Teil des Lebensmittelmaterials, der mindestens teilweise von Mikrowellenstrahlung abzuschirmen ist, so ausgewählt ist, daß er eine Dicke von etwa 43 mm bis etwa 54 mm hat, um Resonanzfelder in dem Teil zu vermeiden.

16. Verfahren zum Herstellen eines abgeschirmten Behälters für differenziertes Aulwärnien von Lebensmittelmaterial mit Mikrowellenstrahlung, wo ein Lebensmittelbehälter (3) vorgesehen ist, der ein Lebensmittelmaterial (1, 2) hat, das durch Mikrowellenstrahlung aufzuheizen und mindestens teilweise von den Aufwärmeffekten der Mikrowellenstrahlung abgeschirmt ist, das gekennzeichnet ist durch die Schritte:

Auswählen eines leitenden Schildes (4') mit einer Höhe, die nicht gleich einem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung in dem Schild ist, und einem Umfang, der nicht gleich einem Vielfachen einer halben Welleniänge der Mikrowellenstrahlung in dem Schild ist, wobei dadurch Resonanz des Schildes bei der Frequenz der Mikrowellenstrahlung vermieden wird, um Überschlagen zu minimieren; und

Vorsehen des Schildes (4') um den Behälter in mikrowellenabschirmender Beziehung zu dem Teil des Lebensmittelmaterials, das abzuschirmen ist, um den Aufwärmeffekt der Mikrowellenstrahlung durch Abschirmen des Teiles zu reduzieren und ein differenziertes Aufwärmen des Lebensmittelmaterials in dem Behälter zu erlauben.

17. Verfahren gemäß Anspruch 16, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der leitende Schild so ausgewählt ist, daß der Schild eine Höhe (h) hat, die nicht gleich irgendeinem ganzzahligen Vielfachen von ungefähr 5,4 cm bis ungefähr 6,9 cm ist, und daß der Schild einen Umfang (C) hat, der nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen von etwa 5,4 cm bis etwa 6,9 cm ist, wobei dabei Resonanz des Schildes bei der Frequenz der Mikrowellenstrahlung vermieden wird, um Überschlagen zu minimieren.

18. Verfahren gemäß Anspruch 16, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schild (4') kegelstumpfförmig ist und so ausgewählt ist, daß der Schild eine Höhe hat, die nicht gleich einem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahhmg ist, und daß der Schild einen Bereich von Umfängen hat, wobei der Schild keinen Umfang hat, der einem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung über einem Teil der Höhe des kegelstumpfförmigen Schildes ist, der dem Ort des abzuschirmenden Lebensmittelmaterials entspricht, wobei dadurch Resonanz des Schildes bei der Frequenz der Mikrowellenstrahlung an einem Ort vermieden wird, was den Teil überhitzen würde.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, das weiterhin gekennzeichnet ist durch:

Auswählen eines Resonanzdurchmessers (D) für den leitenden Schild (4') über einem Abschnitt der Höhe des kegelstumpfförmigen Schildes, der dem Ort eines zweiten Teiles von Lebensmittelmaterial entspricht, um die Erwärmung des zweiten Teiles zu verbessern.

20. Verfahren gemäß Anspruch 18, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der Schild so gewählt ist, daß der Schild keinen Umfang (C) hat, der gleich einem Vielfachen einer halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung über der gesamten Höhe (h) des Schildes ist.

21. Komplettgerät für das differenzierte Aufwärmen von Lebensmitteln mit Mikrowellenstrahlung, das einen Mikrowellenlebensmittelbehälter (3) einschließt, der ein Lebensmittelmaterial (1, 2) hat, das durch Mikrowellenstrahlung aufzuheizen ist, und das wenigstens teilweise von Mikrowellenstrahlung abzuschirmen ist, und das einen leitenden Schild (4) einschließt, der einen Teil des Lebensmittelbehälters in der Nähe des Teiles des zumindestens teilweise abgeschirinten Lebensmittelmaterials (1) abschirmt, dadurch gekennzeichnet, daß:

der Schild im allgemeinen elektrisch zu einer Schleife geschaltet ist, wobei der Schild eine gewisse Induktivität hat, und wobei der Schild ein erstes Ende (23) hat, der Schild ein zweites Ende (23) hat, das das erste Ende um eine Entfernung "L" überlappt, wobei das erste Ende und das zweite Ende voneinander um eine Entfernung "d" beabstandet sind, wobei das erste Ende und das zweite Ende durch dielektrisches Material (25) getrennt sind, das eine Dielektrizitätskonstante "K" hat, wobei der Schild eine gewisse Kapazität hat, wobei der zur Schleife geschaltete Schild einen Durchmesser von "D" und eine Höhe von "h" hat; und

der Durchmesser "D" und die Höhe "h" des Schildes, die Größe der Überlappung "L" zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Schildes, der Abstand "d" zwischen den Enden des Schildes und die Dielektrizitätskonstante "K" des dielektrischen Materials zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (23) des Schildes so ausgewählt sind, potentielle Überschlagströme zu dämpfen durch Reduzieren des relativen Potentials des Überschlagens, das definiert ist durch: relatives Potential des Überschlagens

wobei λ&sub0; die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist; und wobei der Schild (4) mit einer nichtresonanten Kombination von Kapazität und Induktivität versehen ist, um potentielle Überschlagströme zu dämpfen, wobei dadurch im wesentlichen Überschlagen vermieden wird.

22. Komplettgerät gemäß Anspruch 21, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schild als eine Schleife gebildet ist, die eine Induktivität hat, und die Wellenlänge so ist, daß 4dλ&sub0;² den Wert 92,16 annimmt.

23. Komplettgerät gemäß Anspruch 21 oder 22, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der Durchmesser "D" und die Höhe "h" des Schildes (4), die Größe der Überlappung "L" zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (23) des Schildes, der Abstand "d" zwischen den Enden des Schildes und die Dielektrizitätskonstante "K" des dielektrischen Materials zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (23) des Schildes (4) so ausgewählt sind, daß sich ein Wert für das Überschlagpotential in einem der folgenden Bereiche mit zunehmendem Vorzug ergibt:

0 bis 0,8

0 bis 0,7

0 bis 0,6

0 bis 0,5

0 bis 0,4

0 bis 0,3

0 bis 0,2

0 bis 0,1.

24. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der Durchmesser "D" des Schildes (4) zwischen 7,1 cm und 9,1 cm (2,8 inch bis 3,6 inch) ist.

25. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der Durchmesser "D" des Schildes (4) zwischen 7,4 cm und 8,6 cm (2,9 inch bis 3,4 inch) ist.

26. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der Durchmesser "D" des Schildes (4) zwischen 7,6 cm und 8,1 cm (3,0 inch bis 3,2 inch) ist.

27. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Höhe "h" des Schildes (4) zwischen 6,1 cm und 9,1 cm (2,4 inch bis 3,6 inch) ist.

28. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Höhe "h" des Schildes (4) zwischen 6,6 cm und 8,6 cm (2,6 inch bis 3,4 inch) ist.

29. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Höhe "h" des Schildes (4) zwischen 7,1 cm und 8,1 cm (2,8 inch bis 3,2 inch) ist.

30. Komplettgerät gemäß Anspruch 24, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Höhe "h" des Schildes (4) zwischen 6,1 cm und 9,1 cm (2,4 inch bis 3,6 inch) ist

31. Komplettgerät gemäß Anspruch 25, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

32. Komplettgerät gemäß Anspruch 26, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

33. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Größe der Überlappung "L" zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (23) des Schildes (4) zwischen 0,12 cm und 3,8 cm (0,05 inch u. 1,5 inch), insbesondere zwischen 0,25 cm und 3,8 cm (0,1 inch u. 1,5 inch) und noch spezifischer zwischen 1,2 cm und 3,8 cm (0,5 inch bis 1,5 inch) ist.

34. Komplettgerät gemäß Anspruch 27, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Größe der Überlappung "L" zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (23) des Schildes (4) zwischen 0,12 cm und 3,8 cm (0,05 inch u. 1,5 inch), insbesondere zwischen 0,25 cm und 3,8 cm (0,1 inch u. 1,5 inch) und noch spezifischer zwischen 1,2 cm und 3,8 cm (0,5 inch u. 1,5 inch) ist.

35. Komplettgerät gemäß Anspruch 27, daß weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

36. Komplettgerät gemäß Anspruch 32, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Größe der Überlappung "U" zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (23) des Schildes zwischen 0,12 cm und 3,8 cm (0,05 inch u. 1,5 inch) und insbesondere zwischen 0,25 cm und 3,8 cm (0,1 inch u. 1,5 inch) und spezifischer zwischen 1,2 cm und 3,8 cm (0,5 inch u. 1,5 inch) ist.

37. Lebensmittelkomplettgerät für differenziertes Aufwärmen von Lebensmittelmaterial (1, 2) in einer Mikrowellenumgebung, das einen Behälter (3), der ein Lebensmittelmaterial enthält, das durch Mikrowellen aufzuheizen ist und mindestens teilweise von Mikrowellen abgeschirmt ist, und einen leitenden Schild (4') einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schild um einen Teil des Behälters gebildet ist, und zwar nahe dort, wo der Teil des abzuschirmenden Lebensmittelmaterials (1) angeordnet ist, wobei der Schild einen Umfang (C) und eine Höhe (h) hat, wobei der Schild nichtresonante Abmessungen hat, um Überschlagen zu vermeiden, wobei die Höhe und der Umfang so gewählt sind, daß: ist nicht gleich

wobei λs die resonante Wellenlänge der Mikrowellen in dem Schild ist, h die Höhe des Schildes ist, C der Umfang des Schildes ist und N und M jeweils ganze Zahlen sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw.;

wobei Resonanz des Schildes und resonante Spannungen an den Kanten des Schildes vermieden werden, um Überschlagen zu mimmieren, wenn der Schild Mikrowellen ausgesetzt ist; und

wobei der Schild betrieben wird, um dem Lebensmittelmaterial zu erlauben, durch Mikrowellen aufgewärmt zu werden, während im wesentlichen das Aussetzen des Teiles des Lebensmittelmaterials den Aufwärmeffekten der Mikrowellen reduziert wird.

38. Komplettgerät gemäß Anspruch 37, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der Behälter (3) und der Schild eine allgemein zylindrische Form haben.

39. Komplettgerät gemäß Anspruch 37, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der Behälter (3) und der Schild (4') eine kegelstumpfartige Form haben, wobei der Schild einen minimalen und einen maximalen Umfang (C&sub2;, C&sub1;) hat, und der Schild nichtresonante Abmessungen hat, um Überschlagen zu vermeiden, wobei die Höhe (h) und der Umfang (C) so gewählt sind, daß: ist nicht gleich

für irgendeinen Umfang "C" innerhalb des Bereiches der Umfänge zwischen dem minimalen Umfang (C&sub1;) und dem maximalen Umfang (C&sub2;);

wobei der Schild (4') betrieben wird, um einem Teil des Lebensmittelmaterials (1) zu erlauben, durch Mikrowellen aufgewärmt zu werden, während das Aussetzen eines zweiten Teils des Lebensmittelmaterials (2) den Aufwärmeffekten der Mikrowellen reduziert wird.

40. Komplettgerät gemäß Anspruch 38 oder 39, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

ein leitendes Oberteil (5') den Behälter an einem Ende des Behälters nahe des Teils des Lebensmittelmaterials, das abzuschirmen ist, abdeckt.

41. Komplettgerät gemäß Anspruch 40, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß das leitende Oberteil (5') einen Durchmesser (d&sub2;) hat, wobei das Oberteil so ausgewählt ist, daß der Durchmesser des Oberteils nicht gleich irgendeinem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge der Mikrowellen ist.

42. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 37, 38 oder 39, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Höhe "h" des Schildes (4') und des Umfanges "C" des Schildes so ausgewählt sind, daß:

nicht gleich ± 10%, insbesondere ± 20%, spezifischer ± 30% von:

für alle ganzzahligen Werte von N und M, wobei Resonanz des Schildes im wesentlichen vermieden wird, um Überschlagen zu minimieren.

43. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 37 bis 42, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß λs gleich 10,7 cm (4,2 inch) ist.

44. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 37 bis 42, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

nicht gleich irgendeiner Zahl in dem Bereich 0,215 bis 0,238, insbesondere in dem Bereich 0,204 bis 0,249, spezifischer in den Bereichen 0,181 bis 0,272, noch spezifischer in dem Bereich 0,159 bis 0,295 ist, wobei "h" und "C" ausgedrückt sind in Vielfachen von 2,54 cm (= 1 inch).

45. Komplettgerät gemäß einem der Ansprüche 37 bis 42, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

ein leitendes Oberteil, das einen Durchmesser "dT" hat, vorgesehen ist, um den Behälter abzudichten, wobei der Durchmesser "dT" so ausgewählt ist, daß: ist nicht gleich

wobei "N" und M" ganze Zahlen sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw., und "λT" die tatsächliche resonante Wellenlänge der Mikrowellen im leitenden Oberteil ist.

46. Komplettgerät gemäß Anspruch 38, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schild, der nichtresonante Abmessungen hat, um Überschlagen zu vermeiden, die Höhe "h" und den Umfang "C" hat, die so gewählt sind, daß:

im wesentlichen nicht gleich irgendeiner Zahl im Bereich von etwa 0,159 bis etwa 0,295 ist, wo "h" die Höhe des Schildes in Vielfachen von 2,54 cm (= 1 inch) ist, "C" der Umfang des Schildes in Vielfachen von 2,54 cm (= 1 inch) ist und "N" und "M" jeweils ganze Zahlen sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw.

47. Komplettgerät gemäß Anspruch 46, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

ein leitendes Oberteil (5) den Behälter an einem Ende des Behälters nahe des Teiles des abzuschirmenden Lebensmittelmateriales (2) abdeckt.

48. Komplettgerät gemäß Anspruch 47, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß das leitende Oberteil (5) kreisförmig ist und einen Durchmesser (dT) hat, wobei das Oberteil so ausgewählt ist, daß der Durchmesser des Oberteiles im wesentlichen nicht gleich 5,3 cm (2,1 inch) oder 7,5 cm (2,9 inch) oder 10,7 cm (4,2 inch) oder 11,9 cm (4,7 inch) oder 15 cm (5,9 inch) oder 16 cm (6,3 inch) ist.

49. Komplettgerät gemäß Anspruch 47, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

das leitende Oberteil einen Durchmesser "dT" hat, und der Durchmesser "dT" des leitenden Oberteils so gewählt ist, daß: ist nicht gleich

wobei "N" und "M" ganze Zahlen sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw., und "λT" die tatsächliche resonante Wellenlänge der Mikrowellen in dem leitenden Oberteil ist.

50. Lebensmittelkomplettgerät gemäß Anspruch 37, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

das Komplettgerät (21) für den Gebrauch in einem Mikrowellenofen vorgesehen ist, der eine Frequenz von 2450 MHz hat;

der Behälter (3) ein allgemein zylindrischer Behälter ist, wobei der Behälter besonders transparent für die Mikrowellenstrahlung ist, wobei der Behälter eine Höhe (h) hat, der Behälter einen Boden (22) und eine Öffnung hat, die vom Boden entfernt ist, und wobei der Behälter einen Durchmesser von etwa 72 mm hat;

ein versenkter Deckel (5) vorgesehen ist, wobei der Deckel zu der Öffnung in dem Behälter paßt, um dichtend mit dem Behälter im Eingriff zu sein, wobei der Deckel eine leitende Schicht (4) hat, um Mikrowellenstrahlung zu hemmen, in den Behälter einzutreten;

wobei der leitende Schild (4) eine Höhe von etwa 75 mm hat, wobei der Schild eine untere Kante hat, die von dem Boden (22) des Behälters beabstandet (24) ist, wobei der Schild eine obere Kante (34) hat, die den versenkten Deckel (5) überlappt, um eine mikrowellenbeständige Dichtung mit dem Deckel zu bilden;

das Lebensmittelmaterial eine erste Lebensmittelsubstanz (1) einschließt, die den Boden des Behälters füllt und eine Dicke zwischen etwa 11 mm und etwa 18 mm hat, und es beabsichtigt ist, die erste Lebensmittelsubstanz durch Mikrowellenstrahlung aufzuwärmen; das Lebensmittelmaterial eine zweite Lebensmittelsubstanz (2) in dem Behälter (3) einschließt, wobei es beabsichtigt ist, die zweite Lebensmittelsubstanz im wesentlichen von der Mikrowellenstrahlung abzuschirmen, wobei der Schild (3) und der Deckel (5) im wesentlichen das Oberteil und die Seiten der zweiten Lebensmittelsubstanz (2) umgeben;

eine eßbare dritte Lebensmittelsubstanz (6) in dem Behälter zwischen der ersten Lebensmittelsubstanz (1) und der zweiten Lebensmittelsubstanz (2) vorgesehen ist, wobei die dritte Lebensmittelsubstanz (6) eine Dicke zwischen etwa 8 mm und etwa 10 mm hat;

wobei die Abmessungen und die Geometrie des Behälters, des Schildes und der Lebensmittelsubstanzen so gewählt sind, daß im wesentlichen Resonanzen vermieden werden und Überschlagen minimiert wird.

51. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 50, daß weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der leitende Schild (4) überlappende Enden (23) hat, die durch ein dielektrisches Material (25) getrennt sind, um Überschlagspannungen zu dämpfen.

52. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 51, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die zweite Lebensmittelsubstanz (2) eine Dicke zwischen etwa 40 mm und etwa 57 mm hat.

53. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 52, daß weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der Behälter (3) eine Höhe (h) von etwa 81,5 mm hat.

54. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 51, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Lebensmittelsubstanz (1) dielektrische Eigenschaften hat, die eine Dielektrizitätskonstante E' von etwa 3,03 und einen dielektrischen Verlustfaktor E" von etwa 0,67 einschließen.

55. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 51 oder 53, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die zweite Lebensmittelsubstanz (2) dielektrische Eigenschaften hat, die eine Dielektrizitätskonstante E' von etwa 5,96 und einen dielektrischen Verlustfaktor E" von etwa 2,51 einschließt.

56. Lebensmittelpaket gemäß einem der Ansprüche 51 bis 55, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die dritte Lebensmittelsubstanz (6) dielektrische Eigenschaften hat, die eine Dielektrizitätskonstante E' von etwa 8,41 und einen dielektrischen Verlustfaktor E" von etwa 4,89 einschließen, wobei die dritte Lebensmittelsubstanz im allgemeinen reflektierend für Mikrowellenstrahlung ist.

57. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 37, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

das Lebensmittelmaterial eine erste Lebensmittelsubstanz (1), die durch Mikrowellen aufzuheizen ist, und eine zweite Lebensmittelsubstanz (2), die von Mikrowellen abzuschirmen ist, beinhaltet; und der leitende Schild (4) eine elektrische Schleife hat, die eine Induktivität "1" schafft, wobei der Schild überlappende leitende Platten (26) hat, die durch ein dielektrisches Material (25) getrennt sind, was die Kapazität "C" schafft, wobei die Größe der Überlappung und der Abstand zwischen den leitenden Platten (26) so gewählt ist, daß ein relatives Potential des Überschlagens reduziert wird, um Überschlagen im wesentlichen zu eliminieren, wo:

wobei "w" die Frequenz der Mikrowellenstrahlung ist, "1" die Induktanz des Schildes ist, und "C" die Kapazität des Schildes ist.

58. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 57, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der leitende Schild (4) eine Höhe "h" hat, die im wesentlichen nicht gleich irgendeinem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge "λs" der tatsächlichen resonanten Wellenlänge der Mikrowellen in dem Schild ist.

59. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 57 oder 58, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

ein versenktes leitendes Oberteil (5) in dichtendem Eingriff mit dem Behälter (3) vorgesehen ist, wobei das Oberteil versenkt ist, wo Kanten (33) des Oberteils entfernt von der zweiten Lebensmittelsubstanz (2) angeordnet sind, so daß elektrische Felder, die in dem leitenden Oberteil (5) durch Mikrowellenstrahlung induziert werden, die zweite Lebensmittelsubstanz nicht überhitzen.

60. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin durch die Schritte gekennzeichnet ist:

Bestimmen der resonanten Längen des Schildes durch Aufbauen eines laminierten Teststreifens, der ein Stück aus leitendem abschirmenden Material, einen Streifen aus verlustbehaftetem Material und einen Streifen aus temperaturanzeigendem Material einschließt; und Bestrahlen des laminierten Teststreifens mit Mikrowellenstrahlung während einer vorbestimmten Zeitperiode, um die Aufwärmantwort des laminierten Teststreifens zu bestimmen.

61. Verfahren gemäß Anspruch 60, daß weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

eine Vielzahl von laminierten Teststreifen aufgebaut ist, die eine Vielzahl von verschiedenen Stücken aus leitendem abschirmenden Material haben, wobei jedes Stück aus leitendem abschirmenden Material mit einem Streifen aus verlustbehaftetem Material und einem Streifen aus einem temperaturempfindlichen Indikator verdrahtet ist;

alle laminierten Teststreifen mit Mikrowellen während einer vorbestimmten Zeitperiode bestrahlt werden; und

relative Temperaturanzeigen des temperaturempfindlichen Indikators der Streifen ausgewertet werden, um die Stücke aus leitendem abschirmenden Material zu bestimmen, die die maximale relative Temperaturanzeige liefern.

62. Lebensmittelpaket gemäß Anspruch 37, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

das Lebensmittelmaterial eine erste Lebensmittelsubstanz (1), die durch Mikrowellen aufgewarmt wird, und eine zweite Lebensmittelsubstanz (2) beinhaltet, die wenigstens teilweise von Mikrowellen abgeschirmt wird; und

der leitende Schild (4) in abschirmender Beziehung zu der zweiten Lebensmittelsubstanz angeordnet ist, wobei der Schild (4) eine Breite "w" hat, wobei die Geometrie des Schildes so ausgewählt wird, daß: ist nicht gleich

wobei "λs" die tatsächliche Wellenlänge der Mikrowellen in dem Schild ist, und "N" und "M" ganze Zahlen sind, z.B. 0, 1, 2, 3, 4 usw.