DE3818491A1 - Kapazitive hochfrequenz-auftauvorrichtung fuer ein haushaltgeraet - Google Patents
Kapazitive hochfrequenz-auftauvorrichtung fuer ein haushaltgeraetInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung für
ein Haushaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Anordnung ist durch EP 00 66 632 bekannt.
Ein dem Gefriergerät entnommenes Gefriergut liegt in seiner Kerntemperatur zwischen
-10°C bis -20°C, d. h., es ist hart gefroren. Das Auftauen bei Raumtemperatur
stellt einen Langzeitprozeß dar, der durch eine erhöhte Wärmezufuhr von außen
beschleunigt werden kann, die Auftauergebnisse sind jedoch durch Ungleichmäßigkeit
gekennzeichnet. Schnelles, gleichmäßiges Auftauen wird erreicht, wenn die von außen
zugeführte Energie möglichst tief in das Gefriergut eindringt. Ein Auftauen mit Mikrowellenenergie
ergibt nur bedingt gleichmäßige Erwärmung, da die Eindringtiefe
für eine Frequenz von 2450 MHz bei maximal 3 cm liegt.
Bei der gattungsgemäßen Anordnung nach der EP 00 66 632 ist eine zusätzliche
Auftaubox in einem Mikrowellengerät angeordnet. Das Auftauen geschieht kapazitiv
bei Frequenzen von 10-20 MHz. Als Hochfrequenz-Generator finden sowohl Röhren
als auch Transistoren Anwendung. Spezielle Elektrodenausbildung und Auftauautomatiken
sind nicht vorhanden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung
für ein Haushaltgerät zu schaffen, die es ermöglicht, ein gleichmäßiges
Auftauen von Gefriergut zu erreichen und durch vorteilhafte Ausbildung der kapazitiven
Anordnung zeit- und energiesparend zu arbeiten.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Merkmale
des Kennzeichnungsteils von Patentanspruch 1 gegeben.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein schnelles, gleichmäßiges Auftauen
erreicht, da für Frequenzen zwischen 13,56 MHz und 915,00 MHz die dem Gefriergut
zugeführte Energie eine ausreichende Eindringtiefe besitzt. Das Gefriergut bildet
das verlustbehaftete Dielektrikum einer Kondensatoranordnung, wobei mindestens eine
Kondensatorplatte so bewegt werden kann, daß das Auftaugut möglichst dicht
anliegt. Im Verlauf des Auftauvorganges nimmt die Temperatur des Auftaugutes
ständig zu, gleichzeitig erhöht sich die dem Gefriergut zugeführte Hochfrequenz-Leistung
und erreicht bei einer Gefriergut-Kerntemperatur von -3°C bis =°C ein Maximum.
Eine Steuerschaltung erkennt dieses Leistungsmaximum, wertet die Daten
aus und beendet den Auftauvorgang. Das Auftauende wird optisch oder akustisch
signalisiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung
näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine prinzipielle kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer gesteuerten, kapazitiven Hochfrequenz-Auftauvorrichtung,
Fig. 3 ein Gefrier- und Auftaufach im Haushaltgerät,
Fig. 4 ein Gefrier- und Auftaufach in Einzeldarstellung,
Fig. 5 eine kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung mit einer flexiblen
Elektrode,
Fig. 5b eine kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung mit zwei flexiblen
Elektroden.
Gemäß Fig. 1 besteht die kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung aus einem
Hochfrequenz-Generator 1, der ein Kondensatorfeld, bestehend aus einer Elektrode
2.1, einem durch ein Auftaugut 3 gebildeten, verlustbehafteten Dielektrikum und einer
Elektrode 4.1, speist. Die an das Auftaugut 3 abgegebene Hochfrequenzenergie
führt zu einer kapazitiven Erwärmung. Im homogenen elektrischen Hochfrequenzfeld
kann in jeder Volumeneinheit die gleiche Wärme erzeugt werden. Verbunden mit einer
hohen Eindringtiefe läuft der Auftauvorgang sehr gleichmäßig ab. Es werden
Frequenzen benutzt, die international als Ausnahmefrequenzen (ISM-Frequenzen) freigegeben
sind. Es sind dies die Frequenzen 13,56 MHz, 27,12 MHz, 40,68 MHz, 433,92
MHz und 915,00 MHz. Vorzugsweise wird die Frequenz 40,68 MHz verwendet. Die
Leistung des Hochfrequenz-Generators wird fest eingestellt und liegt im Bereich von
100-1000 W, je nach Größe der Auftaufläche. Die pro Volumeneinheit umgesetzte
Leistung ergibt sich zu:
P = 0,556 · F · E² · E r · tan δ (W/cm³)
mit:
F - in MHz
E - in V/m
E r - Dielektrizitätskonstante
tan δ - Verlustfaktor.
F - in MHz
E - in V/m
E r - Dielektrizitätskonstante
tan δ - Verlustfaktor.
In dieser zugeschnittenen Größengleichung sind die Eigenschaften des Auftaugutes 3
mit E r, tan δ enthalten. Eine Steuerung der für den Auftauvorgang notwendigen
Energie über die Auswertung der Größe E r · tan δ ist daher vorteilhaft.
Gemäß Blockschaltbild nach Fig. 2 ist der Hochfrequenz-Generator 1, der das Kondensatorfeld,
bestehend aus der beweglichen Elektrode 2.2, dem Auftaugut 3 und der
Festelektrode 4.2, speist durch eine von einem Meßkoppler 5 gespeiste Steuerung 6
beaufschlagt. Ein Netzteil 7 liefert die notwendigen Betriebsspannungen.
Die bewegliche Elektrode 2.2 wird dicht an das Auftaugut 3 angelegt. Die dem Auftaugut 3
zugeführte Hochfrequenzleistung steigt mit der Gefriergut-Kerntemperatur
an. Dies ist durch den Meßkoppler 5, der den Hochfrequenzstrom zwischen den Elektroden
erfaßt, meßbar. Erreicht die Gefriergut-Kerntemperatur die 0°C-Grenze,
durchläuft der Hochfrequenzstrom ein Maximum.
Das ist durch den Phasenwechsel von Eis nach Wasser mit dem zugehörigen Anstieg
des E r-Wertes bedingt. Die Steuerung 6, die eine Mikroprozessorsteuerung sein kann,
wertet das Hochfrequenzstrom-Maximum aus und beendet den Auftauvorgang. Die
bewegliche Elektrode 2.2 wird vom Auftaugut 3 wieder abgehoben und das Auftauende
optisch oder akustisch signalisiert.
Gemäß Fig. 3 ist die kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung in einem Gefrier-
und Auftaufach 8 eines Standard-Kühlgerätes integriert.
Gemäß Fig. 4 besteht das Gefrier- und Auftaufach 8 aus dem Hochfrequenz-Generator
1, der beweglichen Elektrode 2.4, dem Auftaugut 3, der Festelektrode 4.4, dem
Meßkoppler 5, der Steuerung 6, dem Netzteil 7, einem Gummibalgpaar 9, einem Federnpaar
10, einem Verdampfer 11, einer Luftpumpe 12 und einem Isolierbelag 13.
Die Elektrode 4.4 ist im Gefrierfachboden angeordnet. Falls im Gefrierfachboden eine
metallische Verdampferplatte vorhanden ist, kann diese gleichzeitig als Elektrode 4.4
benutzt werden. Die bewegliche Elektrode 2.4 befindet sich im Ruhezustand an der
Decke des Gefrier- und Auftaufachs 8 und wird durch das Federnpaar 10 in dieser
Stellung gehalten. Das Gummibalgpaar 9 ist an den Kanten der Elektrode 2.4 angeordnet
und an der Decke des Gefrier- und Auftaufaches sowie an der Elektrode 2.4
befestigt, womit ein abgeschlossener Raum entsteht, der durch die Decke des Gefrier-
und Auftaufaches 8, durch das Gummibalgpaar 9 und die Elektrode 2.4 gebildet
wird. Dieser Raum wird mit "Auftaustart" durch die Luftpumpe 12 so weit mit
Überdruck beaufschlagt, daß sich die Elektrode 2.4 absenkt und auf der Oberfläche
des Auftaugutes 3 anliegt.
Nach Beendigung des Auftauvorganges wird die Luftpumpe 12 abgeschaltet und die
Elektrode 2.4 wird durch das Federnpaar 10 an die Decke des Gefrier- und Auftaufaches 8
zurückgeführt.
Eine mechanische Absenkung der Elektrode 2.4 auf das Auftaugut 3 ist gleichermaßen
realisierbar.
Gemäß Fig. 5a ist eine weitere Ausbildung der Elektroden der kapazitiven Hochfrequenz-
Auftauvorrichtung in einem Auftaufach angegeben.
Für unregelmäßig gestaltetes Gefriergut, beispielsweise Geflügel, ist es von Vorteil,
wenn mindestens eine Elektrode formschlüssig angelegt werden kann. Um dies zu erreichen,
ist eine Elektrode flexibel als aufblasbare Folie ausgeführt. Dabei ist eine
Seite der Folie, die vom Auftaugut abgewandte, mit einer metallischen Oberfläche
ausgestattet und bildet die flexible Elektrode 2.5. Die dem Gargut zugewandte Folienseite
13 stellt die Isolationshaut dar. Auch als Beutel oder Sack ausgebildete
Kunststoff- oder Gummimembranen sind als flexible Elektroden geeignet. Im Ruhezustand
wird die flexible Elektrode 2.5 durch Unterdruck an die Decke des Auftaufaches
angelegt, beim Auftauvorgang durch Überdruck an das Gefriergut angepaßt.
Gemäß Fig. 5b sind beide Elektroden flexibel gestaltet. Das Auftauprogramm verläuft
analog.
Das Anlegen der Elektroden 2.5 und 4.5 b an das Auftaugut 3 kann auch elektromechanisch
oder elektromagnetisch erfolgen. Die Elektroden 2.5 und 4.5 b sind durch
dünne Isolierschichten 13 abgedeckt, damit Kurzschlüsse zwischen den Elektroden und
Hochfrequenz-Lichtbögen ausgeschlossen werden können.
Claims (8)
1. Kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung für ein Haushaltgerät, wobei durch
einen Hochfrequenz-Generator, bestehend aus einem quarzstabilisierten, selbstschwingenden
Oszillator, einem Hochfrequenz-Verstärker und einer Anpaßstufe,
die Hochfrequenz-Energie einer kapazitiven Anordnung zugeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die in einem für den Auftauprozeß geeigneten
Zusatzgerät oder in einem Auftaufach eines Gefriergerätes untergebrachte
kapazitive Anordnung mindestens eine einstellbare Elektrode besitzt, wobei
die Elektrodenform beispielsweise einem Auftaugut (3) formschlüssig angepaßt
ist und daß der die kapazitive Anordnung speisende Hochfrequenz-Generator
(1) auf einer zwischen 13,56 und 915,00 MHz liegenden Frequenz sendet, wobei
eine von einem Meßkoppler (5) angesteuerte Steuereinheit (6), die mit dem
Hochfrequenz-Generator (1) verbunden ist, eine an das Auftaugut abgegebene
maximale Energiemenge erkennt und danach, verbunden mit einer Signalgebung,
den Auftauvorgang beendet.
2. Kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Elektrode (2.4) an der Decke des Haushaltgerätes federnd
befestigt ist und durch von einer Luftpumpe erzeugten Überdruck auf das aufzutauende
Gefriergut abgesenkt wird.
3. Kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Elektrode (4.3, 4.4) als feste Gegenelektrode am Boden
des Haushaltgerätes angeordnet ist und ggf. mit der Verdampfer-Metallplatte
des Kühlgerätes identisch ist.
4. Kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Elektrode (2.5) als aufblasbare, mit metallischer Oberfläche
versehene Folie ausgeführt ist.
5. Kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß beide Elektroden (2.5, 4.5 b) als aufblasbare Folien ausgebildet
sind und die dem Auftaugut (3) zugewandten Flächen der Elektroden (2.5, 4.5 b)
durch dünne Isolierschichten (13) abgedeckt sind.
6. Kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochfrequenz-Generator (1) vorzugsweise auf einer Frequenz
von 40,68 MHz arbeitet.
7. Kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich von minus drei Grad Celsius bis null Grad Gefriergut-
Kerntemperatur der Hochfrequenz-Generator (1) die maximale Leistung
an das Auftaugut (3) abgibt und danach die Steuerung (6) den Auftauvorgang
beendet.
8. Kapazitive Hochfrequenz-Auftauvorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende des Auftauvorganges akustisch und/oder optisch angezeigt
wird.
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DE3818491A1 true DE3818491A1 (de) | 1989-12-07 |
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