DE2621457B2 - Mikrowellenofen mit einer infrarotdetektoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Mikrowellenofen mit einer Infrarotdetektoranordnung sind bereits bekannt (JA-PS 24 447/13 vom 21. Juli 1973). Hierbei wird das zu erhitzende Kochgut so lange aufgeheizt, bis die von dem zu erhitzenden Gut ausgehende Strahlung ihren Sättigungswert erreicht hat. Trotz der Tatsache, daß hier das Kochgut unbeschadet seiner Wärmekapazität ausreichend erhitzt wird, entspricht doch der hierbei von der Infrarotdetektoranordnung festgestellte und zur Abschaltung des Hochfrequenzgenerators ausgenutzte Sättigungswert häufig nicht den optimalen Zubereitungsbedingungen. Auch ist bei einer solchen Steuerung keine Möglichkeit gegeben, das Kochgut auf eine

ίο gewünschte höhere oder geringere Temperatur zu erhitzen. Da schließlich der Infrarotdetektor auf die Strahlungsmenge der von der gesamten Ofeninnenfläche abgestrahlten Infrarotstrahlung anspricht, schwankt die Zubereitungstemperatur in Abhängigkeit von der Größe und Form des in den Heizraum eingestellten Kochgutes. Das ist unerwünscht. Ebenso unerwünscht ist es auch, daß der Infrarotdetektor auch auf die nicht vom Kochgut, sondern von den Heizraumwandungen ausgesandte Infrarotstrahlung anspricht.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerung des Hochfrequenzgenerators durch die Infrarotdetektoranordnung so abzuwandeln, daß sie einwandfrei auf die Speisentemperatur und demnach die vom Kochgut abgegebene Strahlung anspricht, dabei aber der von den Heizraumwänden angegebene Strahlungsanteil ausgeschaltet wird, so daß die Ermittlung der Speisentemperatur unabhängig davon ist, an welcher Stelle innerhalb des Heizraums das Kochgut angeordnet ist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Man erkennt, daß hier die von mindestens zwei Stellen innerhalb des Ofenraums ausgehende Infrarotstrahlung nicht gleichzeitig, sondern sequenziell erfaßt wird. Dadurch ist eine Unterscheidung möglich. Diese wird dazu ausgenützt, die Abschaltung oder Regelung des Hochfrequenzgenerators von der jeweils höheren Temperatur abhängig zu machen. Die Feststellung der Speisetemperatur wird damit, wie unten noch näher erläutert wird, durch die Größe und Form des Kochgutes, sowie seine Anordnung im Heizraum nicht mehr beeinflußt. Die Betriebsregelung des Hochfrequenzgenerators kann dabei unmittelbar in Abhängigkeit von der Speisungstemperatur oder von deren

Änderungen erfolgen. Grundsätzlich ist nunmehr ein verfälschender Anteil der Strahlung von den Heizraumwänden nicht mehr zu befürchten und eine Regelung der Speisetemperatur nach Wunsch möglich.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines pyroelektrischen Infrarotdetektors in Verbindung mit einem im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Zerhackers,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung des im Rahmen der Erfindung in Anwendung kommenden Prinzips zur Ausschaltung von Temperaturansprechfehlern, die durch die von den Heizraumwänden ausgesandte Strahlung hervorgerufen werden könnten,

F i g. 3 eine Außenansicht eines Mikrowellenofens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht des bei dem Mikrowellenofen der Fig. 3 vorgesehenen Heizraums

ii5 und seiner Umfangspartien, wobei in der zeichnerischen Darstellung Teile weggebrochen sind,

F i g. 5 eine Oberansicht der in F i g. 4 dargestellten Zerhacker 17 und 18,

Fig.6 eine Schnittansicht zur Darstellung der Strömungswege der Luft in dem in F i g. 3 gezeigten Mikrowellenofen,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform mit Mitteln zum Bewegen eines zu erhitzenden Objekts, wobei in der zeichnerischen Darstellung Teile weggebrochen sind,

Fig.8 eine perspektivische Ansicht der Innenausbildung eines Zerhackerhohlraums 42 in F i g. 7.

Fig.9 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Zerhackers,

Fig. 10 ein beispielhaftes Schaltschema der Leistungsregelschaltung eines Mikrowellenofens mit einer Infrarotdetektoranordnung,

Fig. 11 ein Schaltschema der Infrarotdetektoranordnung 110, und

F i g. 12 ein Signalverlaufdiagramm für die Infrarotdetektoranordnung 110, wobei (a) den Ausgangsverlauf eines Vorverstärkers 115 wiedergibt und (b) den Verlauf der Eingangsspannung eines !Comparators.

In F i g. 1 ist das Prinzip des betriebsmäßigen Einsatzes eines pyroelektrischen Infrarotdetektors 1 veranschaulicht, der hier in Kombination mit einem Zerhacker 2 vorgesehen ist. Als pyroelektrischer Effekt wird die Erscheinung bezeichnet, daß eine Änderung der Flächenladung eintritt, wenn sich die elektrische Dipole in einem Kristall mit selbstinduzierter elektrischer Polarisation ändern, beispielsweise in Bleititanat PbTiO₃, wobei die Flächenladungsänderung einer Temperaturänderung des Kristalls entspricht, d. h. einer Änderung in der Strahlungsmenge der einfallenden Infrarotstrahlung. In F i g. 1 ist mit der Bezugszahl 1 der pyroelektrische Infrarotdetektor bezeichnet, mit der Bezugszahl 2 ein Zerhacker und mit der Bezugszahl 3 eine Speise. Die Temperaturänderung dieser Speise wird abgefühlt, indem der Zerhacker 2 in der Weise zu Drehbewegungen angetrieben wird, daß die von der Speise 3 ausgehenden und gegen den pyroelektrischen Infrarotdetektor 1 gerichteten Infrarotstrahlen zerhackt werden. Genau genommen wäre der Zerhacker 2 als Bezugstemperaturquelle auf einer konstanten Temperatur zu halten; wird jedoch ein Blech mit spiegelglatt polierter Fläche verwendet, dessen Emissionsvermögen folglich gering ist, so kann für die Infrarotausstrahlung praktisch der Wert Null angenommen werden.

Ein aus dem pyroelektrischen Infrarotdetektor 1 herrührendes Signal entspricht der Änderung im Gesamtbetrag der einfallenden Infrarotstrahlung. Wird dieses Signal zur Ermittlung der Temperatur der in dem Heizraum befindlichen Speise benutzt, so wird die Temperaturfeststellung von verschiedenen Umständen beeinflußt. So ist der Gesamtbetrag der dem Infrarotdetektor 1 zugehenden Infrarotstrahlung abhängig von der Temperatur der Speise insgesamt, von ihrer Oberflächengröße, ihrem Emissionsvermögen, dem Abstand des Infrarotdetektors von der Speise, dem Einfallwinkel der Infrarotstrahlen und der von dem Heizraum selbst ausgesandten Infrarotstrahlung.

In F i g. 2 ist das Erfindungsprinzip in den konstrukti- t>o ven Vorkehrungen zur Ausschaltung dieser Fehlerquellen veranschaulicht, wobei mit der Bezugszahl 4 ein Heizraum bezeichnet ist, mit der Bezugszahl 5 ein Infrarotdetektor, mit der Bezugszahl 6 ein Zerhackergehäuse und mit der Bezugszahl 7 ein Nahrungsobjekt. M Der Infrarotdetektor 5 ist so aufgebaut, daß er nacheinander auf die von den Flächenbereichen A, B, C und D ausgehenden Infrarotstrahlen ansprechen kann, und die Raumwinkel dieser Flächenbereiche in dem Heizraum sind, von dem Infrarotdetektor 5 aus gesehen, einander gleich. Der Infrarotdetektoi 5 ist ferner so ausgelegt, daß als Eingang für eine Regelvorrichtung praktisch ein Höchstwert der Infrarotausgänge der einzelnen Flächenbereiche entnommen werden kann. Wird die Speise 7 in den Heizraum 4 gegeben und erhitzt, so ist die von dem Infrarotdetektor 5 aus dem Erfassungsbereich A empfangene Infrarotstrahlungsmenge unbeschadet der jeweiligen Größe des Nahrungsobjekts 7 konstant, sofern die Nahrung 7 den Erfassungsbereich A nur ganz bedeckt. Da auch der Raumwinkel gleich bleibt, der den Erfassungsbereich darstellt oder diesem entspricht, wird die Genauigkeit des Strahlungsnachweises durch Unterschiede in dem Abstand zwischen dem Infrarotdetektor 5 und der Speise 7 nicht beeinflußt, mag dieser Abstand auch je nach der Form der Speise 7 so oder so ausfallen. Da das Emissionsvermögen der meisten Nahrungsmittel über 0,95 liegt und die zur Aufnahme benutzten Glas- oder Keramikwaren ebenfalls ein Emissionsvermögen über 0,9 haben, ist der durch ein unterschiedliches Emissionsvermögen der Nahrungsmittel bedingte Fehler gering. Auch dann, wenn der Heizofen 4 auf die gleiche Temperatur erhitzt sein sollte wie die Speise 7, ist durch Messung der Höchstmenge der Infrarotstrahlung ohne weiteres ehe Unterscheidung möglich zwischen dem Bereich A, wo sich das Nahrungsmittel befindet, und den Bereichen B, C und D, die freigeblieben sind, weil nämlich die Innenfläche des Heizraums aus glänzendem Metall besteht, dessen Emissionsvermögen allenfalls um 0,1 liegt. Der so festgestellte Strahlungsausgang des Bereichs A hängt von der Durchschnittstemperatur der in dem Bereich A befindlichen Speise 7 ab.

Beim praktischen Gebrauch des Mikrowellenofens ist mit erheblichen Unterschieden in der Form und Größe der zu bereitenden Speisen zu rechnen, wie ebenso auch ihre Lage im Ofen recht unterschiedlich sein kann, und die Exaktheit des Strahlungsnachweises muß daher gesteigert werden, indem man die Zahl der Erfassungsbereiche für die Infrarotstrahlung entsprechend erhöht. In Fig.3 ist eine Außenansicht eines die Erfindung verkörpernden Mikrowellenofens gezeigt, bei dem diesem Erfordernis baulich Rechnung getragen ist. In F i g. 4 sind der Heizraum 4 und dessen periphere Teile perspektivisch dargestellt und bei den Figuren 5 (a) und (b) handelt es sich um Oberansichten der Zerhacker 17 bzw. 18. In Fig.3 ist mit der Bezugszahl 8 eine Skalenscheibe zur Zeiteinstellung bezeichnet, mit der Bezugszahl 9 eine Skalenscheibe zur Temperatureinstellung, mit der Bezugszahl 10 eine Signallampe und mit der Bezugszahl 11 ein Betriebsschalter. Der Darstellung der Fig.4 ist zu entnehmen, daß ein Magnetron 13 zur Erzeugung von Hochfrequenzwellen vorgesehen ist, die durch einen Wellenleiter 14 von oben her dem Heizraum 4 zugeführt werden. An der Oberseite des Heizraumes 4 ist ein Zerhackerhohlraum 6 in Form eines Metallgehäuses vorgesehen. Ein Infrarotdetektor 5 ist im wesentlichen in der Mitte der Deckplatte des Heizraumes angeordnet und zum Zerhacken der gegen den Infrarotdetektor 5 gerichteten Infrarotstrahlen sind Zerhacker 17 und 18 vorgesehen. Die Zerhacker 17 und 18 bestehen aus ros:^rreiem Stahl, der spiegelglatt poliert ist, und werden durch einen Antriebsmotor 19 über Andrückrollen 20 bzw. 21 mit unterschiedlichen Durchmessern zu Drehbewegungen angetrieben. Oberansichten der Zerhacker 17 und 18 sind in F i g. 5(a) bzw. 5(b) gezeigt. Da

die Zerhacker mit unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten angetrieben werden, und zwar entweder in der gleichen Richtung oder auch gegensinnig, gelangen die Schlitze 23 in dem Zerhacker 17 und die Löcher 24 in dem Zerhacker 18 in Aufeinanderfolge in eine Deckungsstellung, in der Infrarotstrahlen durchtreten können, wodurch es ermöglicht wird, die Zahl der Infraroterfassungssteüen an der Bodenplatte des Heizraums entsprechend zu erhöhen. Da die Zerhacker 17 und 18 flach ausgebildet sind und da die Abstände von dem Infrarotdetektor 5 zu den Löchern 24 in dem Zerhacker 18 nicht einheitlich sind, fällt der erfaßte Raumwinkel von Loch zu Loch unterschiedlich aus. Zum Ausgleichen der durch diese Unterschiede bedingten Fehler können die Lochdurchmesser proportional zum Abstand zwischen dem Infrarotdetektor 5 und den Löchern 24 in dem Zerhacker 18 unterschiedlich gewählt sein oder die Zerhacker 17 und 18 können halbkugelförmig ausgebildet sein, wobei der Infrarotdetektor 5 im Krümmungsmittelpunkt angeordnet ist, so daß der Abstand von dem Infrarotdetektor 5 zu jedem der Löcher in dem Zerhacker 18 dann der gleiche ist.

In F i g. 6 deuten die Pfeile die Luftströmungsverhältnisse in dem Mikrowellenofen an. Durch Lufteinlaßöffnungen 29 am Bodenteil des Mikrowellenofens wird Luft angesaugt, die die elektrischen Bauteile wie beispielsweise einen Transformator 30 kühlt und dann durch einen Gebläsemotor 31 zum Kühlen eines Magnetrons 13 und zum Drehen eines Rührers 35 umgewälzt wird, worauf die Luft in den Zerhackerhohlraum 6 eintritt, der zwischen der Deckplatte 37 und einer Trennwand 38 vorgesehen ist, um dann durch einen vor dem Strahlungsdetektor 5 angeordneten Metallschirm oder ein Metallsiebgeflecht 41 in den Heizraum 4 einzuströmen, so daß der aus der Nahrung herrührende Wasserdampf durch eine Auslaßöffnung 39 ausgestoßen wird. Die von dem Magnetron 13 erzeugten Hochfrequenzwellen werden durch den Wellenleiter 14 sowie über einen Strahler 34 in den Heizraum 4 geleitet und von dem Rührer 35 gerührt und verteilt. Da es erforderlich ist, daß der Strahlungsdetektor 5 den Gesamtbereich am Boden des Heizraumes 4 erfassen kann, muß die öffnungsweite an der Unterseite des Zerhackergehäuses 6 vor dem Strahlungsdetektor 5 ziemlich groß bemessen sein. Es ist daher ein Metallschirm 41 vorgesehen, um dem Durchtritt von Hochfrequenzwellen vorzubeugen. Der Metallschirm 41 muß ein großes Öffnungsverhältnis haben, damit die Abschwächung der von dem zu erhitzenden Objekt ausgehenden Strahlung möglichst gering ausfällt. Die Anordnung zum Einleiten von Luft in das Zerhackergehäuse 6 und zu ihrer Ausstoßung durch den Metallschirm 41 verhindert nicht nur die Abscheidung von Wasserdampf auf dem Strahlungsdetektor 5, sondern sie dient gleichermaßen auch dazu, die Temperatur des Zerhackers konstantzuhalten.

Die Darstellungen der F i g. 7,8 und 9 betreffen einen Mikrowellenofen, bei dem die Speise 7 von einem Drehteller 28 getragen wird und sich mit diesem dreht. Sie zeigen eine Ausführungsform, bei welcher der Zerhacker in seinem Aufbau wesentlich vereinfacht ist. In Fig.7 ist mit der Bezugszahl 6 ein Zerhackerhohlraum bezeichnet, mit der Bezugszahl 5 ein Strahlungsdetektor, mit der Bezugszahl 13 ein Magnetron und mit der Bezugszahl 14 ein Wellenleiter. In Fig.8 ist der innere Aufbau des Zerhackerhohlraumes 6 gezeigt. Die in dem Zerhacker 46 vorgesehenen Löcher50,51 und 52 haben von seinem Mittelpunkt unterschiedliche Abstände, wobei die Löcher 52, 51 und 50 bei den Drehbewegungen des Zerhackers 46 nacheinander in eine Deckungsstellung mit einem sektorförmigen Schlitz 49 gelangen, der in der Deckplatte 47 des Heizraums vorgesehen ist, so daß die gegen den Strahlungsdetektor 5 gerichtete Strahlung zerhackt wird, wobei sich die Lage des Strahlendurchtrittspunkts auf dem Zerhacker 46 radial verschiebt. Der Schlitz 49 in der Deckplatte 47 des Heizraums erstreckt sich in der Radialrichtung des Drehtellers 28 und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Drehtellers 28 ist eine andere als die des Zerhackers 46. Infolgedessen erhält man auf dem Drehteller eine unbegrenzte Zahl von Erfassungspunkten. In F i g. 9 ist eine Abänderung dargestellt, bei der ein Strahlungsdetektor 5 Abtastbewegungen ausführt, womit eine radiale Verschiebung des Strahlenerfassungspunkts auf dem Drehteller 28 bezweckt wird. Da hierbei die Zahl der Erfassungspunkte auf dem Drehteller 28 nicht nur in der Umfangsrichtung des Drehtellers, sondern auch in radialer Richtung zunimmt, ist die Erfassungsgenauigkeit bei dieser Methode weiter erhöht. Der bei dieser Ausführungsform vorgesehene Strahlungsdetektor 5 ist ein Infrarotdetektor mit kleinem Einfallwinkel, da die Erfassungspunkte auf dem Drehteller 28 in ihrer Größe hinlänglich unter der des Nahrungsmittels 7 verbleiben müssen. Der Drehteller 28 besteht aus einem Metall mit geringem Emissionsvermögen, wie beispielsweise einer rostfreien Stahlplatte mit spiegelglatt polierter Fläche.

Eine Leistungsregelschaltung für den mit dem Infrarotdetektor versehenen Mikrowellenofen ist beispielhaft in Fig. 10 gezeigt, in der mit der Bezugszahl

101 eine Stromquelle bezeichnet ist, mit der Bezugszahl

102 ein Sicherheitsschalter und mit der Bezugszahl 103 eine Sicherung. Beim Schließen der Tür des Mikrowellenofens werden ein Türschalter 105 und ein Verriegelungsschalter 106 geschlossen und durch Schließen eines Hauptschalters 104 wird ein Gebläsemotor 107 für den Ofenbetrieb betätigt. Beim Niederdrücken eines Schalters 109 für die Speisenzubereitung wird ein Kontakt eines Hauptrelais 108 geschlossen, worauf eine Signallampe 111 aufleuchtet und eine Spannung über der Primärwicklung P eines Hochspannungstransformator 112 erscheint, so daß ein an die Sekundärwicklung 5 gelegter Hochfrequenzwellengenerator 113 in den Oszillationszustand übergeht und die Spannungsversorgung eines Infrarotdetektors 110 über eine Tertiärwicklung T eingeleitet wird. Erreicht die Temperatur des zu erhitzenden Objekts

so einen vorbestimmten Wert, so werden die Anschlüsse 0-0' des Infrarotdetektors 110 geöffnet und die Zubereitung wird unterbrochen. In F i g. 11 ist der Schaltungsaufbau des Infrarotdetektors gezeigt Eine von einem Infrarotfühlerelement 114 erzeugte geringe Spannung wird von einem Vorverstärker 115 mit hohei Eingangsimpedanz verstärkt und dessen Ausgang wird durch einen Widerstand 116 und einen Kondensator 117 integriert. Die integrierte Signalspannung wird mit Hilfe eines Komparators 122 mit einer durch Widerstände

M> 119 und 120 sowie durch einen Temperatureinstell· widerstand 121 geteilten Spannung verglichen, unc wenn die Signalspannung höher ist, steuert eir Transistor 125, der über Widerstände 123,124 und 12t angeschlossen ist, eine Vierschichttriode 129 zurr

Erregen eines Relais 128 zum öffnen seines normaler weise geschlossenen Kontakts 132 an. Eine Diode 134 ein Kondensator 133, ein Widerstand 131 und ein< Zenerdiode 130 stellen eine Gleichstrom-Konstantspan

nungsquelle dar und ein Widerstand 118 dient als Entiadewiderstand.

In Fig. 12 sind ein Ausgangssignal (a)des Vorverstärkers 115 und ein Plus-Eingangssignal (b)des Komparators 122 dargestellt. E bezeichnet ein Voreinstellsignal für die Beendigung des Zubereitungsvorgangs, das an dem Minusanschluß ( — ) des Komparators 122 erscheint.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Mikrowellenofen mit einem Heizraum, einem Hochfrequenzgenerator zur A.ussendung von Hochfrequenzzellen in den Heizraum, mit einer Infrarotdetektoranordnung zur Überwachung der von dem zu erhitzenden Gut ausgehenden Strahlung und zur Ausnutzung des gewonnenen Meßwertes für Steuerzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die infrarotdetektoranordnung so ausgebildet ist, daß sie die von mindestens zwei Stellen innerhalb des Ofenraums ausgehende Infrarotstrahlung sequenziell erfaßt und den von der höheren Temperatur ausgehenden Meßwert zur Abschaltung oder Regelung des Hochfrequenzgenerators ausnutzt.

2. Mikrowellenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotdetektoranordnung eine Zerhackeranordnung für die aufgenommenen Infrarotstrahlen enthält, die aus zwei mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlaufenden und parallel zueinander angeordneten Blendenscheiben besteht (F ig. 5a, 5b).

3. Mikrowellenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Blendenscheibe der Zerhackeranordnung im wesentlichen radial verlaufende Schlitze (23) und die andere Blendenscheibe eine Vielzahl von Löchern (24) aufweist.

4. Mikrowellenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Löcher auf der einen Blendenscheibe dem Abstand des jeweiligen Loches vom Strahlungsdetektor proportional ist.

5. Mikrowellenofen nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarotdetektor mit der Zerhackeranordnung in einem gesonderten metallischen Hohlraum an der Oberseite des Heizraums, vorzugsweise in der Mitte der Deckfläche des Heizraums angeordnet ist (F ig. 6).

6. Mikrowellenofen nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlluft in den Zerhackerhohlraum eingeleitet ist.

7. Mikrowellenofen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem Infrarotdetektor ein Metallschirm (41) angeordnet ist.

8. Mikrowellenofen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotdetektoranordnung die auszuwertenden Strahlungsquellen, von denen mindestens zwei vorgesehen sind, unter gleichen Raumwinkeln erfaßt.

9. Mikrowellenofen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zu erhitzende und mittels der Infrarotdetektoranordnung überwachte Gut auf einem Drehteller (28) befindet.