DE1515070A1

DE1515070A1 - Device for the even distribution of HF energy in a microwave work room

Info

Publication number: DE1515070A1
Application number: DE19641515070
Authority: DE
Inventors: Kubach Hans Dieter; Reeh Dr-Ing Johann Jost; Wolfgang Mueller
Original assignee: NEFF WERKE
Current assignee: NEFF WERKE
Priority date: 1964-07-16
Filing date: 1964-07-16
Publication date: 1969-06-19

Description

Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von HF-Energie in einem Mikrowellenarbeitsraum Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von in-einen Mikrowellenarbeitsraum eingestrahlter HF.-Energie zwecks Erwärmung von Gütern, vorzugsweise zum Auftauen, Wärmen oder Garen von Speisen. Bei der Entwicklung von Mikrowellen-Koch- und Wärmegeräten ist stets die besondere Teilaufgabe zu lösen, durch entsprechende Maßnahmen die Ausbildung 'eines möglichst homogenen Feldes zu bewirken. Zur Erreichung dieses Zieles wurden bereits verschiedene Wege eingeschlagen, die im einzelnen jedoch entweder für den beabsichtigten Zweck unzureichend@oder in anderer Hinsicht mit Machteilen verbunden sind. Es ist z.B. bekannt, die von einem Mikrowellengenerator ausgehende HF-Energiezu verzweigen und an zwei oder mehr Stellen in einen metallischen, a11- .Device for the even distribution of RF energy in a microwave work room The invention relates to a device for the uniform distribution of in-one Microwave work room with radiated HF energy for the purpose of heating goods, preferably for defrosting, warming or cooking food. In the development of microwave cooking and heating devices, the particular sub-task must always be solved by appropriate Measures to bring about the formation of a field that is as homogeneous as possible. To achieve To this end, various paths have already been taken, but the individual ones either inadequate for the intended purpose @ or in some other way with Power sharing are connected. It is known, for example, that of a microwave generator to branch outgoing HF energy and at two or more points in a metallic, a11-.

`seits geschlossenen Arbeitsraum einzukoppeln. Infolge dieser Maßnahme ist es möglich, die eingestrahlte Energie auch an jene Stellen des Arbeitsraumes gelangen ,zu lassen, die bei einfacher Einkoppelung von den optimalen Werten der Welle nicht erreicht werden. -Hierbei können die Polarisationseinrichtungen für-die Strahlutg an jeder Austrittsstelle verschieden gewählt werden. Auch kann der Austrittswinkel der Strahlung zu den Achsen des Arbeitsraumes verschiedene feste oder variable Werte einnehmen. Selbstverständlich kann die Verzweigung auch mehrfach wiederholt werden, wobei die Einkoppelungsstellen hinsichtlich ihrer Richtung und Lage-zueinander den jeweiligen Arbeitsraummaßen angepaßt sind. Auf diese Weise können Fehlbeträge der elektromagnetischen Peldstärke ausgeglichen und der Aufbau eines 'für die Praxis ausreichend homogenen Feldes erreicht werden. Als Voraussetzung gilt hierbei jedoch eine im Betrieb ständig ' gleichbleibende Anpassung aller im Garraum vorhandenen -reflektierenden und absorbierenden Teile.`` on the other hand, to couple a closed workspace. As a result of this measure it is possible to transfer the radiated energy to those places in the work area reach, to let that with simple coupling of the optimal values of the Wave cannot be reached. -The polarization devices for the Strahlutg can be selected differently at each exit point. The exit angle can also be different fixed or variable values of the radiation to the axes of the working area take in. Of course, the branch can also be repeated several times, the coupling points with regard to their direction and position to one another are adapted to the respective working space dimensions. In this way, shortfalls in the electromagnetic field strength balanced and the construction of a 'for practice sufficiently homogeneous field can be achieved. However, this is a prerequisite a constant adaptation of all existing ones in the oven during operation -reflective and absorbent parts.

- Dieser Forderung kann in der 2raxis nicht immer nachgekommen werden. Es genügen z.B. bereits in den ,Arbeitsraum eingebrachte Behälteroder Auftaugüter mit unbekanntem Verlustverhalten, um störende und schädigende Reflexionen auf den Mikrowellengenerator zu erzeugen und dessen Lebensdauer wesentlich herabzusetzen, Zur weiteren Verbesserung dieser Maßnahme sind deshalb zusätzlich Spiegel und bzw. oder Reflexionsplattenvorgesehen würden, die vorzugsweise im .Türnahmen-des Mikrowellenarbeitsraumes oder in der Tür selbst fest oder schwenkbar angeordnet sind. Abgesehen -.von dem hohen ,.Aufwand, de-- mit dieser 'Einrichtung verbunde.n ist-,, :wird :auch bei dieser Mainahme die angestrebte Wirkung -nur unbefriedigend erreicht. Wie b:ereite erwähnt, kann auch hierbei infolge unterschiedlicher Beachckung-aweis:e des Mikrowellenarbeitsraumes unverbrauchte Energie aus einer .Binkoppelungsstelle in .eine andere .gelangen und damit -zur Schädigung des Generators beitnagene Nach einem weiteren Vorschlag ist in dem Mikrowellenarbeitsraum unterhalb der zu bestrahlenden Ob- jekte eine strahlungsdurchlässige Platte angeordnet, unter der sich Resonatoren befinden. Die Resonatoren sind beweglich angeordnet und können in ihrer Abstimmung so verändert werden, daß sie die Phase der rUckkehrenden Welle im Arbeitsraum um einen Mittelwert schwanken lassen. Als Resonatoren werden hierbei Dipole in einer großflächigen :Anordnung vorgesehen" die als sogenannte "T:anne.nbaumantenne's in der HF-Technik hinreichend bekannt ist. Dieses Resonatorengebilde kann horizontal hin und her oder vertikal auf und ab bewegt werden. Auch können zur Vereinfachung der Mechanik die Dipole ;jeweils versetzt an zwei-Sammelleitungen angeschlossen sein, über die sich ein Ab-' stimmungsschieber hin und her bewegt. Es versteht sich von selbst, daß dieser Anordnung eine hohe Empfind-lichkeit innewohnt. Bereits geringfügige mechanische Verände-rungen-der Resonatoranordnung und der zahlreichen elektrischen Verbindungen., wie sie beispielsweise durch ,einen unkundigen Eingriff jederzeit möglich sind, können die Wirkung der Anordnung völlig in das Gegenteil verkehren.- This requirement cannot always be met in practice. For example, containers or items to be thawed with unknown loss behavior that have already been brought into the work area are sufficient to generate disruptive and damaging reflections on the microwave generator and significantly reduce its service life .Türhaben-the microwave workspace or in the door itself are fixed or pivoted. Apart from -. The high,. "Effort, which is connected with this" facility ", the desired effect is only achieved unsatisfactorily with this main assumption. As mentioned earlier, as a result of different observations of the microwave working area, unused energy can get from one coupling point into another and thus contribute to damage to the generator ob projects a radiation-transmissive plate arranged to be under the resonators. The resonators are movably arranged and their tuning can be changed in such a way that they allow the phase of the returning wave in the working space to fluctuate around an average value. In this case, dipoles are provided as resonators in a large-area arrangement "which is sufficiently known as so-called" T: anne.nbaumantenne's in HF technology. This resonator structure can be moved horizontally back and forth or vertically up and down. To simplify the mechanics, the dipoles can each be connected offset to two collecting lines, via which a tuning slide moves back and forth. It goes without saying that this arrangement is very sensitive. Even slight mechanical changes to the resonator arrangement and the numerous electrical connections, such as are possible at any time, for example, through an unskilled intervention, can completely reverse the effect of the arrangement.

Es ist ferner bekannt, insbesondere bei zylindezförm:kge,n Mikrowe:llenarbeiträumen mehrere Einko,ppelungssc:hlitze-vorzusehen, vor denen sich ein Flügelrad dreht, dessen :schräg gestellte Flügel die Schlitze abwechselnd verdecken und wieder fregeben.Durch diese. Maßnahme wird zweifellos .eine recht gute Verteilung .des Strahlungsfeldes erreicht, jedoch stellt sieh ein nennenswerter Erfolg nur bei. zylinderförmigen Arbeit -räumen ein.. .Auch darf nicht übersehen werden.e :daß sich hierbei unzulässig hohe Reflexionen ausbilden können, die bei bestimmten, durch dieRotatiön ständig wiederkehrenden Stellungen entstehen und die Lebensdauer des Mikrowellengenerators wesentlich herabsetzen. Aürd hingegen zur Vermeidung dieses Nachteils das Flügelrad so angeordnet, daß es nicht unmittelbar vor den E inkoppelungsschlitzen-rotiert, dann wird die homogenisierende Wirkung der beschriebenen Konstruktion praktisch bedeutungslos.It is also known, particularly in the case of cylindrical: kge, n microwave work spaces several Einko, ppelungsschlitze-provide, in front of which an impeller rotates, whose: inclined wings alternately cover the slits and release them again these. The measure will undoubtedly be a very good distribution of the radiation field achieved, but only provides a notable success. cylindrical Work-rooms .... Also must not be overlooked. E: that here can develop inadmissibly high reflections, which with certain, through the rotation recurring positions arise and the service life of the microwave generator significantly reduce. Aürd, however, to avoid this disadvantage, the impeller arranged so that it does not rotate immediately in front of the coupling slots, then the homogenizing effect of the construction described becomes practical meaningless.

Weiterhin ist die Maßnahme bekannt, hinter der Rückwand und vor einer in die Tür des Mikrowellenarbeitsraumes eingezogenen Zwischenwand Reflexionswandflächen vorzusehen, die parallel zueinander in einem spitzen Winkel zu der Rückwand bzw. Zwischenwand angeordnet sind und um eine gemeinsame Achse synchron miteinander rotieren. Die mit dieser Maßnahme angestrebte Wirkung findet aufgrund praktischer Versuche und damit gesammelter Erfahrungen jedoch keine Bestätigung.Furthermore, the measure is known, behind the rear wall and in front of a Partition wall with reflective wall surfaces drawn into the door of the microwave work room be provided that are parallel to each other at an acute angle to the rear wall or Intermediate wall are arranged and rotate synchronously with one another about a common axis. The effect sought with this measure is based on practical tests and experience gained with it, however, is not a confirmation.

In anderem Zusammenhang ist ebenfalls zum Zweck einer.homogenen Energieverteilung in einem allseitig geschlossenen Mikrowellenarbeitsraum vorgeschlagen worden, zwischen der Binkoppelungsstelle und dem zu erwärmenden Gut einen flächenförmigen mit mindestens zwei-Öffnungen versehenen Körper anzuordnen. Vorzugsweise werden hierzu Lochplatten oder Roste verwendet, die aus vielen verschiedenartigen Materialien bestehen können. So können z.B. sowohl solche aus dielektrisahen Stoffen als auch aus Metallen Verwendung finden. Auch lombinationen beider Stoffgruppen sind vorgeschlagen worden. Unter den Dielektrika kommen solche mit kleinem als auch mit großem Verlustwinkel. in Frage. Auch ist es möglich, anstelle der Lochplatten ein siebartiges Gebilde zu verwenden. Auch diese Maßnahmen werden den praktischen Forderungen an die Homogenisierung des elektrischen Feldes nicht voll gerecht; darüber hinaus geht schon aus den zahlreichen Variationsmöglichkeiten hervor, daß die verschiedenartig'ausge-'bildeten Körper jeweils an definierte. einheitliche -Beschickungsverhältnisse-gebunden sind. Dabei taucht die beachtliche Schwierigkeit auf,. daß von-Bedienungspereonal,erkannt werden muß, welche der flächenförmigen Körper jeweils für das zu erwärmende Gut zur Anwendung gelangen mügaen.In another context, it is also for the purpose of homogeneous energy distribution been proposed in an all-round closed microwave workspace between the Binkoppelungsstelle and the goods to be heated a flat with at least two openings to arrange provided body. Perforated plates or grids are preferably used for this purpose used, which can consist of many different materials. So can E.g. those made of materials close to dielectrics as well as of metals are used. Combinations of both groups of substances have also been proposed. Among the dielectrics come those with a small as well as a large loss angle. in question. Also is it is possible to use a sieve-like structure instead of the perforated plates. Even these measures meet the practical requirements for the homogenization of the electrical Field not fully fair; in addition, there is already a large number of possible variations shows that the differently 'formed' bodies each defined. standardized -Feeding ratios-are bound. The considerable difficulty emerges here on,. that it must be recognized by the operator which of the two-dimensional Body must be used for the item to be heated.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung -zu schaffen, die unabhängig von den jeweiligen Besahckungoverhä,itnissen.in einem Nikrowellenarbeiteraun- eine stets nahezu gleichbleibende homogene Felndverteilung bewirkt, wobei mit Rücksicht auf-die wechselnde Betriebsweise auf eine robuste Bauart Bedacht zu nehmen ist. Diese Aufgabe wird erfindungs- ;gemäß gelöst durch eine zwischen dem-zu erwärmenden Gut und einer Enkoppelungsstelle angeordnete nicht- metallische: Platte, auf der nach einem entsprechend den jeweiligen Maßen-des Mikrowellenarbeitsraumes experimentell ermittelten Bchema_Bekundärstrahler in Form metallischer :Streifen aufgebracht sind, deren länge und bzw. oder Breite der halben Wellenlänge oder einem ganzzahligen Vielfachen davon gleich sind, und durch einen zwischen der Einkoppelungsatelle und der Platte angeordneten, um eine seiner Querachsen rotierenden Drehstab aus dielektrischem Material, dessen Rotationsebene parallel zu der Platte verläuft. Der besondere Vorzug einer Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht vor allem darin, daß die von dem rotierenden dielektrischen Drehstab :abwechselnd verschieden stark angeregten Bekundär:strahler ,jeweils zur Anregung untereinander verschiedener Mod-sbetra- gen und infolge. der ausschließlich phasendrehenden Eigenschaften der Anordnung eine optimale -Peldve:r- telung bewirken. Die Änderung des Beflexonsfaktor-s in .Abhängigkeit von rotierenden Teilen, ist hietbei minimal und kann in der :Praxis vernachlässigt werden:. Der: Drehstab ist zreckmäßIg auf einer Welle ange- crdne-t:, ;die durch den krowell$xbeitßrnum hindurch nach außen ragt und mit einem in Antriebsverbindung mit einem Elektromotor stehenden Getriebe zur Reduzierung der Drehzahl in Eingriff steht. Die Untersetzungsverhältnisse sind vorteilhaft so gewählt, daß. der Drehstab in .jeder Sekunde etwa eine Volldrehung ausführt. Diese Umdrehungezahl hat sich aufgrund zahlreicher praktischer Versuche als besonders günstig für die Anordnung :einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erwiesen. It is the object of the invention to create a device which, regardless of the respective coating conditions, in a microwave worker produces an almost constant homogeneous field distribution, with a robust design with regard to the changing operating mode To be taken carefully. This task is inventive ; according to solved by a between-the-to-be-heated Well and a decoupling point arranged non- metallic: plate on which according to a corresponding the respective dimensions of the microwave working space experimentally determined Bchema_Bekundärstrahler in Form metallic: strips are applied, whose length and / or width of half the wavelength or are equal to an integral multiple thereof, and by one between the coupling satellite and the plate arranged around one of its transverse axes rotating torsion bar made of dielectric material, whose plane of rotation is parallel to the plate. The particular advantage of a device according to the invention consists mainly in the fact that the the rotating dielectric torsion bar: alternately different intensely excited customer: emitter, respectively to stimulate different mod-sbetra- gen and as a result. the exclusively phase-shifting Properties of the arrangement an optimal -Peldve: r- effect communication. The change in the beeflexon factor-s in .dependence on rotating parts is here minimal and can be neglected in practice :. The torsion bar is horizontally attached to a shaft. crdne-t :,; which passes through the krowell $ xbeitßrnum protrudes outward and is in engagement with a drive connection with an electric motor to reduce the speed. The reduction ratios are advantageously chosen so that. the torsion bar makes about one full turn every second. On the basis of numerous practical tests, this number of revolutions has proven to be particularly favorable for the arrangement: a device according to the invention.

13a in besonders gelagerten Fällen, beispielsweise bei in verschiedenen Richtungen stark abweichen!-den Dimensionen des Mikrowellenarbeitsrä.umes; mitunter eine hin und herpendelnde Bewegung des Drehstabes besonders günstig sein kann, ist in Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens vorgesehen, das Getriebe mit einer zusätzlichen Reversier-Einrichtung zu versehen, die eine Umkehrung der Drehbewegung des Drehstabes bewirkt, wobei der Drehstab um einen bestimmten Winkel. pendelt.13a in special cases, for example in different Directions differ greatly! -The dimensions of the microwave working area; sometimes a reciprocating movement of the torsion bar can be particularly favorable Provided in a further development of the inventive concept, the transmission with a to provide an additional reversing device that reverses the rotary motion of the torsion bar causes the torsion bar at a certain angle. commutes.

Die Reversiereinrichtung ist an dem Getriebe zweckmäßig so angeordnet, daß sie wahlweise ein- oder ausgerückt werden kann. Ferner können die zum Ein: und Ausrücken vorgesehenen Bedienungsmittel gleichzeitig mit einem Stel lmeehanismus versehen sein, durch den der Drehwinkel bestimmt wird, um den der Drehstab pendeln soll. Bei der Verschiedenartigkeit der auftretenden Absorptions- und Reflexionsverhältnisse durch das zu erwärmende Gut kann es gelegentlich von Vorteil sein, die die Sekundärstrahler tragende Platte aus dielektrischem Material mit hohem Verlustverhalten herzustellen.The reversing device is expediently arranged on the transmission in such a way that that it can either be engaged or disengaged. Furthermore, the for one: and Disengagement provided operating means at the same time with a Stel lmeehanismus be provided by which the angle of rotation is determined by which the torsion bar oscillate target. Given the diversity of the absorption and reflection conditions through the item to be heated can occasionally be of The advantage is that the plate made of dielectric material supporting the secondary radiator with high loss behavior.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge des Gegenstandes der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung der_beigefügten Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der erf indungegemäßen Vorrichtung darstellt, erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Mikrowellenerwärmungsgerät in perspektivischer Ansicht mit einem Ausbruch der Wände im Bereich der oberen Vorderkante und der oberen rechten Vorderecke.: In den: durch die Tür 1 frontseits verschließbaren Mikrowellenarbeitsraum 2 ist planparallel zu dessen Decke 2a unmittelbar unterhalb der Einkoppelungsstelle 3 eine Platte 4 aus dielektrischem Material befestigt. Als wirksame Bestandteile der Vorrichtung@sind aufdie Platte 4 Sekundärstrahler .5 in Form von Metallfolien aufgeklebt. Hierbei sind sowohl die Länge als auch die Breite der Sekundärstrahler 5 sowie deren Anordnungsschema aufgrund der Ankoppelungsverhältnisse experimentell ermittelt. Die: Flächendimensionen der Sekundärstrahler 5 entsprechen jedoch streng der halben eingekoppelten Villenlänge oder einem ganzzahligen Vielfachen davon. In geringem Abstand über den Sekundärstrahlern 5 ist ein Drehstab 6 angeordnet, der an' einer durch die Decke 2a des Mikrowellenarbeitsraumes 2 ragenden, eine seiner Querachsen durchdringenden Welle 7 aufgehängt ist und mit dieser rotiert. Die Welle 7 verläuft lotrecht zu der Platte 4 und steht mit einem - auf-der Zeichnung nicht wiedergegebenen - Getriebe in Eingriff. Als Antriebsquelle dient vorzugsweise. ein - ebenfalls nicht dargestellter - Elektromotor. Getriebe und Motor sind so aufeinander abgestimmt, daB der Drehstab 6 mit einer Drehzahl n = 1 U/see rotiert. Ferner kann das Getriebe mit einer Einrichtung,zur Umkehrung des Drehsinnes des Drehstabes 6 versehen sein, die wahlweise ein- oder ausgeschaltet werden kann. Die Bedienungsmittel zur Auslösung dieses Vorganges sind zweckmäßig mit einem Stellmeehanismus versehen, an dem der Drehwinkel eingestellt werden kann, innerhalb dessen der Drehstab 6 eine pendelnde Bewegung ausführt.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention are in the following description of the accompanying drawings, which show an exemplary embodiment represents the device according to the invention, explained. The drawing shows a Microwave heating device in a perspective view with an eruption of the walls in the area of the upper front edge and the upper right front corner .: In the: through the door 1, which can be closed at the front, is plane-parallel to the microwave workspace 2 whose ceiling 2a consists of a plate 4 directly below the coupling point 3 fixed dielectric material. As effective components of the device @ are on the plate 4 secondary radiators .5 glued in the form of metal foils. Here are both the length and the width of the secondary radiators 5 and their arrangement scheme determined experimentally based on the coupling conditions. The: area dimensions the secondary radiator 5, however, strictly correspond to the half coupled Villa length or an integral multiple thereof. At a short distance over the Secondary radiators 5, a torsion bar 6 is arranged, which is attached to 'one through the ceiling 2a of the microwave working space 2 protruding, one of its transverse axes penetrating Shaft 7 is suspended and rotates with this. The shaft 7 is perpendicular to the plate 4 and stands with a - on-the drawing not reproduced - gear engaged. The drive source is preferably used. a - also not shown - electric motor. Gearbox and motor are coordinated so that the torsion bar 6 rotates at a speed of n = 1 rev / see. Furthermore, the transmission with a device for Reversal of the direction of rotation of the torsion bar 6 can be provided, which is either one or can be turned off. The operating means for triggering this process are expediently provided with a Stellmeehanismus on which the angle of rotation is set can be, within which the torsion bar 6 performs an oscillating movement.

Claims

Claims 1. Device for even distribution -of in * one Microwave working area of radiated RF energy for the purpose of heating goods, preferably for defrosting, warming or cooking food, characterized by an between the material to be heated and a coupling point (3) arranged .nonmetallische Plate (4) on which according to the respective dimensions of the microwave working space (2) Experimentally determined scheme secondary emitters (5) in the form of metallic Strips are applied. their length and / or: or width of half the wavelength or an integral multiple thereof, and by one between the Coupling point (3) and the plate (4) arranged around one of its transverse axes rotating torsion bar (6) made of dielectric material whose plane of rotation is parallel runs to the plate (4).

2. Device according to claim 1, characterized., that the torsion bar (6) with a protruding through the microwave working space (2) to the outside wave (7) is provided that has gear reduction means the speed to about one revolution per second is in connection with a motor.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the geared Means with reversing devices for causing the torsion bar to oscillate (6) are provided at a certain angle. q :.

Device according to claim 3, characterized in that the reversing devices are designed so that they can be engaged and disengaged are and that an operating member is provided that both the setting of the Rotation angle of the torsion bar (6) as well as the triggering of the reversion are permitted.

5. Device according to Claim 1, characterized in that the plate (4) is made of dielectric Material with high absorbency is made.