EP2187701B1 - Vorrichtung zur Einspeisung von Mikrowellen in ein Gargerät, Gargerät hiermit und Verfahren hierzu - Google Patents
Vorrichtung zur Einspeisung von Mikrowellen in ein Gargerät, Gargerät hiermit und Verfahren hierzu Download PDFInfo
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- EP2187701B1 EP2187701B1 EP08291075.3A EP08291075A EP2187701B1 EP 2187701 B1 EP2187701 B1 EP 2187701B1 EP 08291075 A EP08291075 A EP 08291075A EP 2187701 B1 EP2187701 B1 EP 2187701B1
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- H05B6/72—Radiators or antennas
Definitions
- the present invention relates to a device for feeding microwaves into an interior of a cooking appliance, comprising: at least one resonator chamber, at least two antennas associated with the resonator chamber, each having the radiation characteristic of a dipole antenna, in which substantially no microwave power is emitted along an antenna axis, and means for Supplying microwaves of wavelength ⁇ to the antennas, the two antennas emitting radiation substantially orthogonal to each other.
- the present invention also relates to a cooking appliance with such a device and a method for feeding microwaves into an interior of such a cooking appliance.
- a generic device for feeding microwaves into the working space of a dielectric heating device for heating foodstuffs in which a plurality of coupling systems feeding microwaves into the working space, each individually adapted to the working space, are provided With respect to each other, each system feeds the microwaves with a different polarity.
- the ceiling of the work space is z. B. provided with two coupling systems, each having on edges of openings in the ceiling patch cylindrical tubes, where pipe sockets are arranged, have. For example, coaxial lines are supplied to these pipe sockets, which are supplied by magnetron tubes Apply microwave energy to the coupling systems.
- the invention is therefore based on the object to develop the generic device such that the disadvantages of the prior art are at least partially overcome.
- a simple, unobtrusive construction should be delivered.
- each antenna is mounted on a wall of the resonator chamber for direct radiation of microwaves into the resonator chamber, and the antenna axes are aligned in directions substantially perpendicular to each other.
- each antenna is designed either as a rod antenna or slot antenna and / or represents a ⁇ / 4 antenna, wherein the two antennas are made the same or different.
- Each wall of the resonator cavity may be substantially parallel to an opposite wall of the resonator cavity.
- the resonator chamber is arranged separately from the interior of the cooking appliance, preferably in the form of a resonator box, in particular a cuboid, and a device for decoupling the microwaves from the resonator cavity is provided.
- the decoupling device comprises at least one, in particular elongated window provided in an electrically conductive wall of the resonator chamber and / or at least one antenna element, in particular at least one for each of two orthogonal polarization directions, wherein preferably the antenna elements have two slots , in particular in pairs, form, preferably in the form of a cross, in particular Maltese cross, or a T.
- the microwave supply means comprises at least one magnetron and / or at least one oscillator device which is connected via at least one waveguide to the resonator chamber or is mounted directly on the resonator chamber or are.
- each waveguide is designed as a coaxial conductor or waveguide, wherein preferably in the case of a coaxial conductor each associated antenna is formed as a rod antenna in the form of a continuation of the inner conductor of the coaxial conductor and / or in the case of a waveguide each associated antenna as Slot antenna is formed in a wall.
- the invention also provides a cooking appliance with an interior, comprising a cooking chamber, preferably with an interior and a flow guide, which divides the interior into a cooking chamber and a pressure chamber, and with at least one treatment device for food in the cooking chamber, which is characterized in that the treatment device comprises at least one device according to the invention.
- the treatment device may comprise an electric or gas-operated heating device, a heat exchange device, a cooling device, a moisture supply device, a moisture removal device, a ventilation device, a venting device, at least one sensing device and / or a control or regulating device, wherein the control or regulating device preferably with all Components of the treatment device is in operative connection.
- the invention provides a method for feeding microwaves into an interior of a cooking device, in particular with a device according to the invention, comprising: providing at least one resonator chamber and emitting microwaves via at least two antennas associated with the resonator chamber, which have the radiation characteristics of dipole antennas,
- the invention is characterized in that orthogonal polarized microwaves are radiated directly into the resonator via the respective antennas.
- the invention is based on the surprising finding that the use of at least two antennas ensures the delivery of a sufficiently large power, which is particularly important for a cooking appliance for large kitchen use.
- the supplied microwave power can also be partially controlled by turning on and off the microwave supply from one of the two antennas.
- the two antennas assigned to a resonator space have the radiation characteristics of dipole antennas according to the invention, they radiate microwaves with a linear polarization. Since the antenna axes are each aligned essentially parallel to two vertical spatial axes, one of the two antennas does not receive the microwaves emitted by the other antenna. This protects a microwave generator used for the supply or the microwave generators used for the supply, depending on the embodiment.
- the fact that the antennas are mounted on a wall of the resonator space, no adjustments to a waveguide are required to ensure a vertical orientation of the microwaves.
- each antenna is embodied either as a rod antenna or slot antenna and / or represents a ⁇ / 4 antenna, the antennas being identical or different.
- One effect of a different design of the two antennas is that the installation of the device in a cooking appliance can be simplified. For example, a slot antenna occupies less space in the interior of the cooking appliance, but requires a waveguide and thus more space outside the Resonatorraums.
- each wall of the resonator chamber runs substantially parallel to an opposite wall, this has the consequence that, with reflections in the resonator chamber, there is no change in the vertical alignment of the microwaves emitted by the respective antennas.
- the resonator space has approximately the shape of a parallelepiped, in the simplest design of a cuboid, in which, ideally, the radiated from the two antennas microwaves propagate independently.
- the resonator space is arranged separately from the interior of the cooking appliance, preferably in the form of a resonator box, in particular cuboidal, with means being provided for coupling the microwaves out of the resonator cavity, this means that no objects are present during use of the cooking appliance which reflections which would destroy the vertical orientation of the microwaves, could be placed in the resonator cavity. Also, microwave absorption can be substantially avoided.
- the resonator can be made varied by its separation from the cooking chamber and optionally pressure chamber, in particular in the way that as little energy is fed back to the two transmitting antennas, while the oven can meet other requirements. However, it is not ruled out that the microwaves coupled from the resonator chamber are coupled into a pressure chamber arranged next to the actual cooking chamber and communicating with the cooking chamber at least thermally, preferably physically.
- the decoupling means comprise elongated windows and / or antenna elements provided in an electrically conductive wall of the resonator chamber, namely at least one for each of two orthogonal polarization directions, wherein preferably the antenna elements form two slots, in particular in pairs, preferably in the form of a cross, in particular a Maltese cross , or a T, causes an antenna element, depending on its orientation, to respond only to the waves emitted by one of the two transmitting antennas.
- crossed elongate antenna elements these are also located in one and the same area, so that the same amount of power, namely the substantially maximum possible power, can be coupled out of both.
- the crossed antenna elements can For example, be arranged centrally on a wall of the resonator. If the decoupling means comprise oblong windows provided in an electrically conductive wall of the resonator chamber, it is easy to provide decoupling elements having a dipole characteristic which react only to microwaves having a specific polarization.
- the microwave supply means comprise at least one magnetron and / or an oscillator device which is connected to the resonator chamber via a waveguide or is or are attached directly to the resonator chamber.
- microwave sources are capable of delivering high power.
- the waveguide is designed as a coaxial conductor or waveguide.
- the respectively connected antenna is preferably designed as a rod antenna in the form of a continuation of the inner conductor of the coaxial conductor. If the rod antenna is designed in the form of a continuation of the inner conductor of the coaxial conductor, the number of components is reduced.
- the respectively associated antenna is preferably formed as a slot antenna in a wall. Also this version with the slot antenna in the wall is easy to make.
- the method according to the invention is characterized by simple feasibility and by the possibility of high power extraction without harmful feedback to the microwave source or sources.
- FIG. 1 Is exemplary in the FIG. 1 a cooking appliance 1 in the form of a combination of a Schuumluftofen and a microwave oven shown.
- the cooking appliance 1 has a technology room 2 and a further interior space 3.
- the interior space 3 is divided by a flow-guiding element 4 into a pressure space 5 and an actual cooking space 6. The latter is used to hold food (not shown).
- Air circulation is generated in a manner known per se by a radial fan 7, which is driven by a motor 8 arranged in the engine room 2 via a shaft.
- the radial fan 7 sucks air from the cooking chamber 6 through a central opening 9 in the flow control member 4.
- the air passes through column 10 between the flow guide 4 and the wall of the interior 3 back into the cooking chamber. 6
- microwaves are emitted from a feed device 11, which is arranged on a rear wall 12 of the inner space 3, into the pressure chamber 5.
- the microwaves pass from the pressure chamber 5 essentially through the gaps 10 into the cooking chamber 6.
- microwaves can also pass directly through the flow-directing element 4.
- a feed device 13 can be arranged in this way be that microwaves are fed directly into the cooking chamber 6, for example by attachment to a ceiling 14 of the interior.
- the homogeneity of the microwave distribution in the internal space 3 is increased by reflecting microwaves on the radial fan 7.
- microwaves fed to the feed device 11 are generated by two microwave generators 16, 17.
- Magnetrons are usually used as microwave generators 16, 17 since they can be produced inexpensively in large series and can generate high powers.
- the microwaves are guided via waveguides 18, 19 to a resonator box 20 of the feed device 11, see also FIGS Figures 2-4 , If the power of two magnetrons is not necessary or desirable, both waveguides 18, 19 can also be fed by a single magnetron. Alternatively, more than two magnetrons can be used.
- the microwave generators 16, 17 are disposed in the vicinity of the resonator box 20; However, they can also be arranged at a greater distance from the interior 3, which simplifies the cooling.
- the in the FIG. 1 feeding device 13 shown as an alternative can be fed via waveguides (not shown) from magnetrons arranged in the technology room 2.
- waveguides 18, 19 are used in the form of coaxial waveguides.
- Rod antennas 21, 22, which are arranged on respective side walls 23, 24 of the resonator box 20 and project into the resonator box 20, are supplied with microwaves by the waveguides 18, 19, so that the microwaves can be radiated via the antennas 21, 22.
- coaxial waveguides 18, 19 it makes sense to design the antennas 21, 22 as continuations of the inner conductors of the waveguides.
- waveguides it would be possible to use slot antennas on the walls.
- the rod antennas 21,22 in conjunction with the (electrically conductive) side walls 23,24 from which they protrude dipole antennas.
- the antennas 21, 22 may be formed as ⁇ / 4 antennas. That is, the antennas 21, 22 have a length approximately equal to half the wavelength of the generated microwaves, so that they resonate. The exact length required depends on the diameter of the antennas 21, 22 in a manner known per se.
- the antenna field is the field of a dipole antenna, so that substantially no energy is radiated along the longitudinal axis of the antennas 21, 22. The emitted waves are thus linearly polarized.
- a slot antenna and a rod antenna can be used, in which case the longitudinal axes lie in mutually perpendicular surfaces and would have to be aligned parallel to mutually perpendicular spatial axes, so that the antennas emit radiation polarized substantially orthogonally to one another.
- the microwaves radiated by the first rod antenna 21 reflect on a rear wall 25, on two further side walls 26, 27 and on a front wall 28 of the resonator box 20 facing the interior 3.
- the microwaves radiated by the second rod antenna 22 reflect on other side walls 23, 27, the back wall 25 and the front wall 28. Due to the cuboid shape of the Resonatorbox 20 in the plane of the coupling out of the microwaves, the waves radiated by the respective antennas 21,22 retain their orthogonal polarization in comparison to each other.
- a cross-slot antenna 29 is mounted in the front wall 28, a cross-slot antenna 29 is mounted.
- the cross-slot antenna 29 is arranged substantially centrally in the front wall 28, because there the field strengths are highest, so that a relatively large amount of energy is coupled into the interior space 3.
- further cross-slotted antennas are mounted on the front wall 28 with similar orientations.
- the cross-slot antenna 29 comprises four antenna elements 30a, 30b, 31a, 31b, of which two are arranged for coupling out polarized microwaves for each of two orthogonal directions of polarization.
- Each antenna element pair 30, 31 has an overall length of approximately half the wavelength. Depending on the width of the antenna elements 30a, 30b, 31a, 31b and mode structure, the length is slightly less than half the microwave length.
- the microwaves emitted by the first rod antenna 21 are decoupled.
- the slot 31 formed by a second pair of antenna elements 31 a and 31 b the microwaves emitted by the second rod antenna 22 are coupled out.
- the cross-slot antenna 29 has the shape of a Maltese cross. This shape increases the frequency bandwidth. As a result, the coupling is less sensitive to mechanical tolerances and different loads in the cooking chamber.
- slot antennas in the side walls 23, 24 were used instead of the rod antennas 21, 22, then they would have to be arranged substantially parallel to the slots 30, 31 on the side walls 23, 24 which are perpendicular to the front wall 28.
- microwave generators 32, 33 are arranged directly on the resonator box 34.
- the generators 32, 33 each comprise an oscillator device for generating microwaves and a Ausgroppelelement, here an antenna 35, 36, which extends into a resonator structure of the oscillator device.
- Each antenna 35,36 decouples microwaves generated in the respective oscillator device from the microwave source.
- the antennas 35, 36 guide the coupled-out microwaves through a gate in a respective wall 37, 38 of the resonator box 34 and are spatially arranged so that radiation along a direct path into the resonator box 34 is ensured by protruding into the resonator box 34.
- one microwave generator 32 has the smallest possible effect on the other microwave generator 33 and vice versa.
- This property is enhanced by the fact that the resonator box 34, from which microwaves having different polarization directions are coupled via a cross-slot antenna 39 in a front wall 40 substantially perpendicular to the walls 37, 38, independently of each other, is accommodated in the interior 3, ie no microwave-absorbing load "is empty. Reflections on objects arranged in the inner space 3, in particular the goods to be eaten, have substantially no effect on the microwave generators 32, 33.
- the walls of the resonator can be made of an electrically conductive material or provided with a conductive layer.
- a third (not shown) embodiment can be dispensed with a resonator by the interior 3, ie the pressure chamber 5 and / or the cooking chamber 6, two antennas are assigned, each having an antenna axis, along in the Essentially no power is sent out.
- Each of the two antennas is mounted on a wall of the resonator chamber formed by the cooking chamber 6 and / or pressure chamber 5, in such a way that the antenna axes are perpendicular to each other.
- one antenna is mounted on the rear wall 12 and the other antenna is mounted on the ceiling 14 or one of two side walls.
- one of the antennas is attached to the ceiling 14 and the other antenna is attached to one of the side walls.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspeisen von Mikrowellen in einen Innenraum eines Gargeräts, umfassend: mindestens einen Resonatorraum, zumindest zwei dem Resonatorraum zugeordnete Antennen mit jeweils der Strahlungscharakteristik einer Dipolantenne, bei der entlang einer Antennenachse im Wesentlichen keine Mikrowellenleistung ausgesendet wird, und Mittel zum Zuführen von Mikrowellen der Wellenlänge λ zu den Antennen, wobei die zwei Antennen im Wesentlichen orthogonal zueinander polarisierte Strahlung aussenden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Gargerät mit solch einer Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Einspeisung von Mikrowellen in einen Innenraum eines solchen Gargeräts.
- Aus der DAS 1 081 987 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Einspeisung von Mikrowellen in den Arbeitsraum einer dielektrischen Erwärmungsvorrichtung zum Erwärmen von Nahrungsmitteln bekannt, bei der mehrere in den Arbeitsraum Mikrowellen einspeisende Einkopplungssysteme, die jeweils für sich an den Arbeitsraum angepasst sind, vorgesehen und derartig in Bezug aufeinander angeordnet sind, dass jedes System die Mikrowellen mit einer anderen Polarität einspeist. Die Decke des Arbeitsraums ist dabei z. B. mit zwei Einkopplungssystemen versehen, die jeweils auf Ränder von Öffnungen der Decke aufgesetzte zylindrische Rohre, an denen Rohrstutzen angeordnet sind, aufweisen. An diese Rohrstutzen sind beispielsweise Koaxialleitungen angeschlossen, die von Magnetronrohren gelieferte Mikrowellenenergie den Einkopplungssystemen zuführen. In den Rohren werden von Antennen, welche durch die Rohrstutzen hindurch in die Rohre hineinragen und Verlängerungen der Innenleiter der Koaxialleitungen darstellen, fortschreitende Wellen angeregt, die in den Arbeitsraum eingekoppelt werden. Die Rohre der Einkopplungssysteme in der Decke sind zur Polaritätseinstellung um ihre Achsen drehbar, wobei die Achsen der Rohrstutzen einen Winkel von beispielsweise 135° einschließen. Bei der bekannten Einspeisungsvorrichtung ist in der Übergangsebene zwischen dem Rohr und dem Arbeitsraum ein Polarisationsgitter angeordnet. Ein Problem der bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, dass ihr Aufbau sehr kompliziert ist.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise überwunden werden. Insbesondere soll ein einfacher, unauffälliger Aufbau geliefert werden.
- Erfindungsgemäß wird die die Vorrichtung betreffende Aufgabe dadurch gelöst, dass jede Antenne an einer Wand des Resonatorraums zur direkten Abstrahlung von Mikrowellen in den Resonatorraum angebracht ist, und die Antennenachsen in im Wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Richtungen ausgerichtet sind.
- Es kann dabei vorgesehen sein, dass jede Antenne entweder als, Stabantenne oder Schlitzantenne ausgeführt ist und/oder eine λ/4-Antenne darstellt, wobei die zwei Antennen gleich oder unterschiedlich ausgeführt sind.
- Jede Wand des Resonatorraums kann im Wesentlichen parallel zu einer gegenüberliegenden Wand des Resonatorraums verlaufen.
- In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Resonatorraum getrennt von dem Innenraum des Gargeräts, vorzugsweise in Form einer, insbesondere quaderförmigen, Resonatorbox, angeordnet ist, und eine Einrichtung zum Auskoppeln der Mikrowellen aus dem Resonatorraum bereitgestellt ist.
- In einer Variante dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Auskoppeleinrichtung zumindest ein in einer elektrisch leitenden Wand des Resonatorraums vorgesehenes, insbesondere längliches Fenster und/oder zumindest ein Antennenelement umfasst, insbesondere mindestens eines für jede von zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen, wobei vorzugsweise die Antennenelemente zwei Schlitze, insbesondere paarweise, bilden, vorzugsweise in Form eines Kreuzes, insbesondere Malteserkreuzes, oder eines T.
- Es kann auch vorgesehen sein, dass das Mikrowellenzuführmittel zumindest ein Magnetron und/oder mindestens eine Oszillatorvorrichtung umfasst, das bzw. die über zumindest einen Wellenleiter mit dem Resonatorraum verbunden oder direkt an dem Resonatorraum angebracht ist bzw. sind.
- In einer Variante dieser Ausführungsform ist jeder Wellenleiter als Koaxialleiter oder Hohlleiter ausgeführt, wobei vorzugsweise im Falle eines Koaxialleiters die jeweils damit verbundene Antenne als Stabantenne in Form einer Fortsetzung des Innenleiters des Koaxialleiters ausgebildet ist und/oder im Falle eines Hohlleiters die jeweils damit verbundene Antenne als Schlitzantenne in einer Wand ausgebildet ist.
- Die Erfindung liefert auch ein Gargerät mit einem Innenraum, umfassend einen Garraum, vorzugsweise mit einem Innenraum und einem Strömungsleitglied, das den Innenraum in einen Garraum und einen Druckraum aufteilt, und mit zumindest einer Behandlungseinrichtung für Gargut im Garraum, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass die Behandlungseinrichtung zumindest eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
- Dabei kann die Behandlungseinrichtung eine elektrische oder gasbetriebene Heizeinrichtung, eine Wärmetauscheinrichtung, eine Kühleinrichtung, eine Feuchtigkeitszufuhreinrichtung, eine Feuchtigkeitsabfuhreinrichtung, eine Belüftungseinrichtung, eine Entlüftungseinrichtung, zumindest eine Sensiereinrichtung und/oder eine Steuer- oder Regeleinrichtung umfassen, wobei die Steuer- oder Regeleinrichtung vorzugsweise mit sämtlichen Komponenten der Behandlungseinrichtung in Wirkverbindung steht.
- Die Erfindung liefert schließlich noch ein Verfahren zur Einspeisung von Mikrowellen in einen Innenraum eines Gargeräts, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend: ein Bereitstellen zumindest eines Resonatorraums und ein Abstrahlen von Mikrowellen über zumindest zwei dem Resonatorraum zugeordnete Antennen, welche die Strahlungscharakteristiken von Dipolantennen aufweisen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass orthogonal zueinander polarisierte Mikrowellen direkt in den Resonatorraum über die jeweiligen Antennen abgestrahlt werden.
- Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass der Einsatz zumindest zweier Antennen die Abgabe einer ausreichend großen Leistung gewährleistet, was insbesondere für ein Gargerät für den Großkücheneinsatz wichtig ist. Die zugeführte Mikrowellenleistung kann auch durch An- und Abschalten der Mikrowellenversorgung von einer der beiden Antennen teilweise gesteuert werden. Dadurch, dass die zwei einem Resonatorraum zugeordneten Antennen erfindungsgmäß die Strahlungscharakteristiken von Dipolantennen aufweisen, strahlen sie Mikrowellen mit einer linearen Polarisierung ab. Dadurch, dass die Antennenachsen jeweils im Wesentlichen parallel zu zwei senkrechten Raumachsen ausgerichtet sind, empfängt eine von den zwei Antennen nicht die von der anderen Antenne ausgestrahlten Mikrowellen. Dies schützt einen zur Versorgung verwendeten Mikrowellengenerator oder die zur Versorgung verwendeten Mikrowellengeneratoren, je nach Ausführungsform. Dadurch, dass die Antennen an einer Wand des Resonatorraums angebracht sind, sind keinerlei Anpassungen an einem Wellenleiter erforderlich, um eine senkrechte Orientierung der Mikrowellen zu gewährleisten.
- Es kann vorgesehen sein, dass jede Antenne entweder als Stabantenne oder Schlitzantenne ausgeführt ist und/oder eine λ/4-Antenne darstellt, wobei die Antennen gleich oder unterschiedlich ausgeführt, sind. Ein Effekt einer unterschiedlichen Ausführung der beiden Antennen ist, dass der Einbau der Vorrichtung in ein Gargerät vereinfacht werden kann. Zum Beispiel nimmt eine Schlitzantenne weniger Platz im Innenraum des Gargeräts ein, erfordert aber einen Hohlleiter und somit mehr Bauraum außerhalb des Resonatorraums.
- Wenn jede Wand des Resonatorraums im Wesentlichen parallel zu einer gegenüberliegenden Wand verläuft, hat dies zur Folge, dass bei Reflexionen im Resonatorraum keine Änderung der senkrechten Ausrichtung der von den jeweiligen Antennen abgestrahlten Mikrowellen stattfindet. Der Resonatorraum hat in etwa die Form eines Parallelepipeds, in der einfachsten Gestaltung eines Quaders, in dem im Idealfall die von den zwei Antennen abgestrahlten Mikrowellen sich unabhängig voneinander ausbreiten.
- Wenn der Resonatorraum getrennt von dem Innenraum des Gargeräts, vorzugsweise in Form einer, insbesondere quaderförmigen, Resonatorbox, angeordnet ist, wobei Mittel zum Auskoppeln der Mikrowellen aus dem Resonatorraum bereitgestellt sind, hat dies zur Folge, dass während des Gebrauchs des Gargeräts keine Gegenstände, an denen Reflexionen auftreten könnten, die die senkrechte Orientierung der Mikrowellen zerstören würden, in den Resonatorraum platziert werden können. Auch kann eine Mikrowellenabsorption im Wesentlichen vermieden werden. Zudem kann der Resonatorraum durch seine Trennung vom Garraum und gegebenenfalls Druckraum vielfältig gestaltet werden, insbesondere in der Art, dass möglichst wenig Energie zu den zwei Sendeantennen zurückgekoppelt wird, während der Garraum anderen Anforderungen genügen kann. Allerdings wird nicht ausgeschlossen, dass die aus dem Resonatorraum gekoppelten Mikrowellen in einen neben dem eigentlichen Garraum angeordneten Druckraum, der mit dem Garraum zumindest thermisch, vorzugsweise physikalisch, in Verbindung steht, eingekoppelt werden.
- Wenn die Auskoppelmittel in einer elektrisch leitenden Wand des Resonatorraums vorgesehene längliche Fenster und/oder Antennenelemente umfassen, und zwar mindestens eines für jede von zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen, wobei vorzugsweise die Antennenelemente zwei Schlitze, insbesondere paarweise, bilden, vorzugsweise in Form eines Kreuzes, insbesondere Malteserkreuzes, oder eines T, bewirkt dies, dass ein Antennenelement je nach Orientierung nur auf die von einer der zwei Sendeantennen abgestrahlten Wellen reagiert. Bei gekreuzten länglichen Antennenelementen befinden sich diese zudem in ein und demselben Bereich, so dass von beiden gleich viel Leistung, und zwar die im Wesentlichen maximal mögliche Leistung, ausgekoppelt werden kann. Die gekreuzten Antennenelemente können z.B. mittig an einer Wand des Resonatorraums angeordnet sein. Wenn die Auskoppelmittel in einer elektrisch leitenden Wand des Resonatorraums vorgesehene längliche Fenster umfassen, werden auf einfache Weise Auskoppelelemente mit einer Dipolcharakteristik, die nur auf Mikrowellen mit einer bestimmten Polarisierung reagieren, bereitgestellt.
- Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass das Mikrowellenzuführmittel zumindest ein Magnetron und/oder eine Oszilatorvorrichtung umfasst, das bzw. die über einen Wellenleiter mit dem Resonatorraum verbunden ist bzw. sind oder direkt an dem Resönatorraum angebracht ist bzw. sind. Solche Mikrowellenquellen sind in der Lage, eine hohe Leistung abzugeben.
- Ferner kann vorgesehen sein, dass der Wellenleiter als Koaxialleiter oder Hohlleiter ausgeführt ist. Im Falle eines Koaxialleiters ist die jeweils damit verbundene Antenne vorzugsweise als Stabantenne in Form einer Fortsetzung des Innenleiters des Koaxialleiters ausgebildet. Ist die Stabantenne in Form einer Fortsetzung des Innenleiters des Koaxialleiters ausgebildet ist, reduziert sich die Komponentenzahl. Im Falle eines Hohlleiters ist die jeweils damit verbundene Antenne vorzugsweise als Schlitzantenne in einer Wand ausgebildet. Auch diese Ausführung mit der Schlitzantenne in der Wand, ist einfach herzustellen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung, durch einfache Realisierbarkeit und durch die Möglichkeit einer hohen Leistungsauskopplung ohne schädliche Rückkopplung zu der Mikrowellenquelle oder den Mikrowellenquellen gekennzeichnet.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele derselben anhand schematischer Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt:
- Figur 1
- eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Gargeräts;
- Figur 2
- eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einspeisen von Mikrowellenenergie in den Garraum eines Gargeräts nach Figur 1;
- Figur 3
- eine teilweise offene perspektivische Ansicht der Vorrichtung von
Figur 2 ; - Figur 4
- eine Draufsicht auf die zum Garraum gewandte Seite der Vorrichtung der
Figuren 2 und 3 ; und - Figur 5
- eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einspeisen von Mikrowellenenergie in den Garraum eines weiteren erfindungsgemäßen Gargeräts, bei dem Mikrowellengeneratoren direkt an einem Resonatorraum angeordnet sind.
- Beispielhaft ist in der
Figur 1 ein Gargerät 1 in Form einer Kombination aus einem Heizumluftofen und einem Mikrowellenofen dargestellt. Das Gargerät 1 hat einen Technikraum 2 und einen weiteren Innenraum 3. Der Innenraum 3 wird von einem Strömungsleitglied 4 in einen Druckraum 5 und einen eigentlichen Garraum 6 aufgeteilt. Letzterer dient zur Aufnahme von Gargut (nicht gezeigt). - Eine Luftzirkulation wird auf an sich bekannte Weise durch ein Radiallüfterrad 7, das von einem im Technikraum 2 angeordneten Motor 8 über eine Welle angetrieben wird, erzeugt. Das Radiallüfterrad 7 saugt Luft aus dem Garraum 6 durch eine zentrale Öffnung 9 im Strömungsleitglied 4 an. Die Luft gelangt durch Spalte 10 zwischen dem Strömungsleitglied 4 und der Wandung des Innenraums 3 wieder in den Garraum 6.
- In dem dargestellten Beispiel werden Mikrowellen von einer Einspeisevorrichtung 11, die an einer Rückwand 12 des Innenraums 3 angeordnet ist, in den Druckraum 5 abgestrahlt. Die Mikrowellen gelangen vom Druckraum 5 im Wesentlichen durch die Spalte 10 in den Garraum 6. Ist das Strömungsleitglied 4 ganz oder teilweise für Mikrowellenstrahlung durchlässig ausgeführt, so können Mikrowellen auch durch das Strömungsleitglied 4 direkt hindurchtreten. Alternativ oder ergänzend kann eine Einspeisevorrichtung 13 so angeordnet sein, dass Mikrowellen direkt in den Garraum 6 eingespeist werden, beispielsweise durch Anbringung an einer Decke 14 des Innenraums 3.
- Die Homogenität der Mikrowellenverteilung in dem Innenraum 3 wird erhöht, indem Mikrowellen an dem Radiallüfterrad 7 reflektieren. Alternativ oder ergänzend kann ein zusätzlicher Modenmischer 15, etwa ein rotierendes Flügelrad, in oder an dem Innenraum 3 angebracht sein, wobei bei zwei Einspeisevorrichtungen 11,13 zwei Modenmischer 15 vorzusehen wären.
- In dem dargestellten Beispiel werden der Einspeisevorrichtung 11 zugeführte Mikrowellen von zwei Mikrowellengeneratoren 16,17 generiert. Als Mikrowellengeneratoren 16, 17 werden üblicherweise Magnetrons eingesetzt, da sie günstig in Großserien produzierbar sind und hohe Leistungen generieren können. Die Mikrowellen werden über Wellenleiter 18,19 zu einer Resonatorbox 20 der Einspeisevorrichtung 11 geführt, siehe auch die
Figuren 2-4 . Falls die Leistung zweier Magnetrons nicht notdürftig oder erwünscht ist, können beide Wellenleiter 18,19 auch von einem einzigen Magnetron gespeist werden. Alternativ können mehr als zwei Magnetrons verwendet werden. - Zur Vereinfachung der Zeichnungen sind die Mikrowellengeneratoren 16,17 in der Nähe der Resonatorbox 20 angeordnet; jedoch können sie auch in einer größeren Distanz zum Innenraum 3 angeordnet sein, was die Kühlung vereinfacht. Insbesondere kann die in der
Figur 1 als Alternative dargestellte Einspeisevorrichtung 13 über (nicht dargestellte) Wellenleiter von in dem Technikraum 2 angeordneten Magnetrons gespeist werden. - In den in den
Figuren 2-4 dargestellten Beispielen werden Wellenleiter 18,19 in Form von koaxialen Wellenleitern verwendet. Stabantennen 21,22, die an jeweiligen Seitenwänden 23,24 der Resonatorbox 20 angeordnet sind und in die Resonatorbox 20 hineinragen, werden von den Wellenleitern 18,19 mit Mikrowellen versorgt, so dass die Mikrowellen über die Antennen 21,22 abgestrahlt werden können. Im Falle koaxialer Wellenleiter 18,19 bietet es sich an, die Antennen 21,22 als Fortsetzungen der Innenleiter der Wellenleiter auszubilden. Im Falle von Hohlleitern wäre es möglich, an den Wänden augebrachte Schlitzantennen zu verwenden. - Die Stabantennen 21,22 bilden in Verbindung mit den (elektrisch leitenden) Seitenwänden 23,24, aus denen sie ragen, Dipolantennen. Um eine einfache Impedanzanpassung zu ermöglichen, können die Antennen 21,22 als λ/4-Antennen ausgebildet sein. Das heißt, dass die Antennen 21,22 eine Länge aufweisen, die in etwa der Hälfte der Wellenlänge der erzeugten Mikrowellen entspricht, so dass sie resonieren. Die genaue erforderliche Länge hängt in an sich bekannter Weise von dem Durchmesser der Antennen 21,22 ab. Wie bereits erwähnt, ist das Antennenfeld das Feld einer Dipolantenne, so dass entlang der Längsachse der Antennen 21,22 im Wesentlichen keine Energie abgestrahlt wird. Die ausgesendeten Wellen sind also linear polarisiert. Dadurch, dass die Längsachsen der Stabantennen 21,22 im Wesentlichen parallel zu jeweils senkrechten Achsen (den X- und Z-Achsen in
Fig. 2 und4 ), die in einer Ebene (der XZ-Ebene) liegen, ausgerichtet sind, strahlen sie linear polarisierte Wellen mit zueinander senkrechter Orientierung ab. Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn man Schlitzantennen verwendet. Diese werden von nicht leitenden länglichen Fenstern in einer leitenden Wand gebildet. Die räumliche Verteilung der abgestrahlten Energie ist wie bei einer Dipolantenne, nur steht die Antennenachse, entlang der im Wesentlichen keine Energie ausgesendet wird, quer zu der Längsachse des Schlitzes. Es können also auch zwei Schlitzantennen verwendet werden, deren Längsachsen jeweils parallel zu einer anderen von zwei senkrechten Raumachsen ausgerichtet sind. Alternativ können eine Schlitzantenne und eine Stabantenne verwendet werden, wobei dann die Längsachsen in zueinander senkrecht stehenden Flächen liegen und parallel zu senkrecht zueinander stehenden Raumachsen ausgerichtet sein müssten, so dass die Antennen im Wesentlichen orthogonal zueinander polarisierte Strahlung aussenden. - Die von der ersten Stabantenne 21 abgestrahlten Mikrowellen reflektieren an einer Rückwand 25, an zwei weiteren Seitenwänden 26,27 und einer zu dem Innenraum 3 gewandten Vorderwand 28 der Resonatorbox 20. Die von der zweiten Stabantenne 22 abgestrahlten Mikrowellen reflektieren an anderen Seitenwänden 23,27, der Rückwand 25 und der Vorderwand 28. Aufgrund der Quaderform der Resonatorbox 20 in der Ebene der Auskopplung der Mikrowellen behalten die von den jeweiligen Antennen 21,22 abgestrahlten Wellen ihre orthogonale Polarisierung im Vergleich zueinander.
- In der Vorderwand 28 ist eine Kreuzschlitzantenne 29 angebracht. Die Kreuzschlitzantenne 29 ist im Wesentlichen mittig in der Vorderwand 28 angeordnet, weil dort die Feldstärken am höchsten sind, so dass relativ viel Energie in den Innenraum 3 gekoppelt wird. In einer alternativen Gestaltung sind weitere Kreuzschlitzantennen mit gleichen Orientierungen an der Vorderwand 28 angebracht.
- Die Kreuzschlitzantenne 29 umfasst vier Antennenelemente 30a,30b,31 a,31 b, von denen für jede von zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen jeweils zwei zum Auskoppeln polarisierter Mikrowellen angeordnet sind. Jedes Antennenelementenpaar 30,31 weist insgesamt eine Länge von einer in etwa halben Wellenlänge auf. Je nach Breite der Antennenelemente 30a,30b,31a,31b und Modenstruktur ist die Länge etwas geringer als die Hälfte der Mikrowellenlänge.
- Durch den von einem ersten Paar Antennenelementen 30a,30b gebildeten Schlitz 30 werden die von der ersten Stabantenne 21 emittierten Mikrowellen ausgekoppelt. Durch den von einem zweiten Paar Antennenelementen 31 a und 31 b gebildeten Schlitz 31 werden die von der zweiten Stabantenne 22 emittierten Mikrowellen ausgekoppelt.
- In dem in den
Figuren 2-4 dargestellten Beispiel, hat die Kreuzschlitzantenne 29 die Form eines Malteser Kreuzes. Diese Form erhöht die Frequenzbandbreite. Dadurch ist die Kopplung unempfindlicher gegen mechanische Toleranzen und unterschiedliche Lasten im Garraum. - Würden anstelle der Stabantennen 21, 22 Schlitzantennen in den Seitenwänden 23, 24 verwendet werden, so müssten diese im Wesentlichen parallel zu den Schlitzen 30,31 an den senkrecht zu der Vorderwand 28 stehenden Seitenwänden 23,24 angeordnet sein.
- Es wäre auch möglich, Stabantennen anstelle der Kreuzschlitzantenne 29 zu verwenden. Zudem wären auch Schlitze 30,31 in einer T-Form möglich.
- In einer zweiten, in der
Figur 5 gezeigten Ausführungsform sind Mikrowellengeneratoren 32, 33 direkt an der Resonatorbox 34 angeordnet. Die Generatoren 32,33 umfassen jeweils eine Oszillatorvorrichtung zum Generieren von Mikrowellen und ein Ausköppelelement, hier eine Antenne 35,36, das bis in eine Resonatorstruktur der Oszillatorvorrichtung reicht. Jede Antenne 35,36 koppelt in der jeweiligen Oszillatorvorrichtung erzeugte Mikrowellen aus der Mikrowellenquelle aus. Die Antennen 35,36 leiten die ausgekoppelten Mikrowellen durch eine Pforte in einer jeweiligen Wand 37,38 der Resonatorbox 34 und sind räumlich so angeordnet, dass eine Abstrahlung entlang eines direkten Wegs in die Resonatorbox 34 sichergestellt ist, indem sie in die Resonatorbox 34 hineinragen. - Ansonsten funktioniert die in der
Figur 5 dargestellte, alternative Ausführungsform genauso wie die mit Bezug auf dieFiguren 2-4 beschriebene, und sie ist daher auch genau so gestaltet. Durch die Anordnung der Antennen hat der eine Mikrowellengenerator 32 eine möglichst kleine Rückwirkung auf den anderen Mikrowellengenerator 33 und umgekehrt. Diese Eigenschaft wird dadurch verstärkt, dass die Resonatorbox 34, aus der über eine Kreuzschlitzantenne 39 in einer im Wesentlichen senkrecht zu den Wänden 37,38 stehenden Vorderwand 40 Mikrowellen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen unabhängig voneinander in den Innenraum 3 gekoppelt werden, keine mikrowellenabsorbierende Last beherbergt, also "leer" ist. Reflexionen an in dem Innenraum 3 angeordneten Gegenstände, insbesondere dem Gaargut, haben im Wesentlichen keine Rückwirkung auf die Mikrowellengeneratoren 32,33. - Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die im Einzelnen dargestellten Ausführungsformen, sondern kann innerhalb der Reichweite der beigefügten Ansprüche variiert werden.
- So können die Wände der Resonatorbox aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sein oder mit einer leitenden Schicht versehen sein.
- In einer dritten (nicht dargestellten) Ausführungsform kann auf eine Resonatorbox verzichtet werden, indem dem Innenraum 3, d.h. dem Druckraum 5 und/oder dem Garraum 6, zwei Antennen zugeordnet werden, welche jeweils eine Antennenachse aufweisen, entlang der im Wesentlichen keine Leistung ausgesendet wird. Jede der beiden Antennen ist an einer Wand des vom Garraum 6 und/oder Druckraum 5 gebildeten Resonatorraums angebracht, und zwar so, dass die Antennenachsen senkrecht zueinander stehen. In einer Konfiguration ist eine Antenne an der Rückwand 12 und die andere Antenne an der Decke 14 oder einer von zwei Seitenwänden angebracht. In einer anderen Konfiguration ist eine der Antennen an der Decke 14 und die andere Antenne an einer der Seitenwände angebracht.
-
- 1
- Gargerät
- 2
- Technikraum
- 3
- Innenraum
- 4
- Strömungsleitglied
- 5
- Druckraum
- 6
- Garraum
- 7
- Radiallüfterrad
- 8
- Motor
- 9
- Öffnung
- 10
- Spalt
- 11
- Einspeisevorrichtung
- 12
- Rückwand
- 13
- Einspeisevorrichtung
- 14
- Decke
- 15
- Modenmischer
- 16
- Mikrowellengenerator
- 17
- Mikrowellengenerator
- 18
- Wellenleiter
- 19
- Wellenleiter
- 20
- Resonatorbox
- 21
- Stabantenne
- 22
- Stabantenne
- 23
- Seitenwand
- 24
- Seitenwand
- 25
- Rückwand
- 26
- Seitenwand
- 27
- Seitenwand
- 28
- Vorderwand
- 29
- Kreuzschlitzantenne
- 30
- Schlitz
- 30a, 30b
- Antennenelement
- 31
- Schlitz
- 31a, 31b
- Antennenelement
- 32
- Mikrowellengenerator
- 33
- Mikrowellengenerator
- 34
- Resonatorbox
- 35
- Magnetronantenne
- 36
- Magnetronantenne
- 37
- Seitenwand
- 38
- Seitenwand
- 39
- Kreuzschlitzantenne
- 40
- Vorderwand
Claims (10)
- Vorrichtung zum Einspeisen von Mikrowellen in einen Innenraum (3;5;6) eines Gargeräts (1), umfassend:mindestens einen Resonatorraum (3,5,6;20;34),zumindest zwei dem Resonatorraum (3,5,6;20;34) zugeordnete Antennen (21,22;35,36), mit jeweils der Strahlungscharakteristik einer Dipolantenne, bei der entlang einer Antennenachse im Wesentlichen keine Mikrowellenleistung ausgesendet wird, undMittel (18,19) zum Zuführen von Mikrowellen der Wellenlänge λ zu den Antennen (21,22;35,36),wobei die zwei Antennen (21,22;35,36) im Wesentlichen orthogonal zueinander polarisierte Strahlung aussenden, dadurch gekennzeichnet, dasjede Antenne (21,22;35,36) an einer Wand des Resonatorraums (3,5,6;20;34) zur direkten Abstrahlung von Mikrowellen in den Resonatorraum (3,5,6;20;34) angebracht ist, unddie Antennenachsen in im Wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Richtungen ausgerichtet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
jede Antenne (21,22;35,36) entweder als Stabantenne oder Schlitzantenne ausgeführt ist und/oder eine λ/4-Antenne darstellt, wobei die zwei Antennen gleich oder unterschiedlich ausgeführt sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
jede Wand (23,24,25,26,27,28;37,38,40) des Resonatorraums (20;34) im Wesentlichen parallel zu einer gegenüberliegenden Wand (23,24,25,26,27,28;37,38,40) des Resonatorraums (20; 34) verläuft. - Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Resonatorraum (20; 34) getrennt von dem Innenraum (3) des Gargeräts (1), vorzugsweise in Form einer, insbesondere quaderförmigen, Resonatorbox, angeordnet ist, und
eine Einrichtung (29;39) zum Auskoppeln der Mikrowellen aus dem Resonatorraum (20;34) bereitgestellt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Auskoppeleinrichtung (29;39) zumindest ein in einer elektrisch leitenden Wand (28;40) des Resonatorraums (20;34) vorgesehenes längliches, Fenster (30;31) und/oder zumindest ein Antennenelement (30a,30b,31a,31b), insbesondere umfasst, insbesondere mindestens eines für jede von zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen, wobei
vorzugsweise die Antennenelemente (30a,30b,31a,31b) zwei Schlitze (30,31), insbesondere paarweise, bilden, vorzugsweise in Form eines Kreuzes, insbesondere Malteserkreuzes, oder eines T. - Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Mikrowellenzuführmittel zumindest ein Magnetron und/oder mindestens eine Oszillatorvorrichtung umfasst, das bzw. die über zumindest einen Wellenleiter (18,19) mit dem Resonatorraum (20) verbunden oder direkt an dem Resonatorraum (34) angebracht ist bzw. sind. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Wellenleiter (18,19) als Koaxialleiter oder Hohlleiter ausgeführt ist, wobei vorzugsweise
im Falle eines Koaxialleiters die jeweils damit verbundene Antenne (21,22) als Stabantenne in Form einer Fortsetzung des Innenleiters des Koaxialleiters ausgebildet ist und/oder
im Falle eines Hohlleiters die jeweils damit verbundene Antenne als Schlitzantenne in einer Wand des Resonatorraums ausgebildet ist. - Gargerät mit einem Innenraum (3;5;6), umfassend einen Garraum (6), vorzugsweise mit einem Innenraum und einem Strömungsleitglied (4), das den Innenraum in einen Garraum (6) und einen Druckraum (5) aufteilt, und mit zumindest einer Behandlungseinrichtung für Gargut im Garraum (6), dadurch gekennzeichnet, dass
die Behandlungseinrichtung zumindest eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst. - Gargerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Behandlungseinrichtung eine elektrische oder gasbetriebene Heizeinrichtung, eine Wärmetauscheinrichtung, eine Kühleinrichtung, eine
Feuchtigkeitszufuhreinrichtung, eine Feuchtigkeitsabfuhreinrichtung, eine Belüftungseinrichtung, eine Entlüftungseinrichtung, zumindest eine Sensiereinrichtung und/oder eine Steuer- oder Regeleinrichtung umfasst, wobei die Steuer- oder Regeleinrichtung vorzugsweise mit sämtlichen Komponenten der Behandlungseinrichtung in Wirkverbindung steht. - Verfahren zur Einspeisung von Mikrowellen in einen Innenraum (3;5;6) eines Gargeräts (1), insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, umfassend:ein Bereitstellen zumindest eines Resonatorraums (3,5,6;20;34) undein Abstrahlen von Mikrowellen über zumindest zwei dem Resonatorraum (3,5,6;20;34) zugeordnete Antennen (21,22;35;36), welche die Strahlungscharakteristiken von Dipolantennen aufweisen,dadurch gekennzeichnet, dassorthogonal zueinander polarisierte Mikrowellen direkt in den Resonatorraum (3,5,6;20;34) über die jeweiligen Antennen (21,22;35;36) abgestrahlt werden.
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-
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