DE2715005A1

DE2715005A1 - Mikrowellenerwaermung von nahrungsmitteln

Info

Publication number: DE2715005A1
Application number: DE19772715005
Authority: DE
Inventors: Anthony John Hanson Sale
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-04-04
Publication date: 1977-10-20
Also published as: LU77070A1; FI771043A; CH623399A5; NZ183759A; DK154577A; BR7702193A; AU501847B2; BE853224A; IT1082734B; IE45278B1; NO771199L; PH13348A; SE7704095L; YU93077A; CA1096449A; US4128751A; PT66414A; AU2395377A; NL7703940A; ES457667A1

Description

PATENTANWÄLTE

DR. A. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER

DlPL-ING. (1934-1974) DIPL-CHEM. DIPL-ING

8000 MÜNCHEN 80 LUCILE-GRAHN-STRASSE

TELEFON: (089) 472947 TELEX: 524624 LEDER D TELEGR.: LEDERERPATENT

31. März 1977 M/Ra X 146

Unilever N.V.

Burgemeester s'Jacobplein 1, Rotterdam / Niederlande Mikrowellenerwärmung von Nahrungsmitteln

Die Erfindung betrifft die Mikrowellenerwärmung von Nahrungsmitteln, insbesondere für die Vorbereitung zum Verzehr gefrorener vorgepackter Mahlzeiten.

Die institutionalisierte Lebensmittelversorgung, beispielsweise Betriebskantinen oder Krankenhaus-Speisedienste, machen in wünschenswerter Weise eine minimale Vorbereitungszeit in Kombination mit einer vernünftigen Qualität des Produktes, eine freie Wahl zwischen Alternativen und eine Wirtschaftlichkeit erforderlich.

Zu diesem Zweck ist die Verwendung von zuvor vorbereiteten, gefrorenen Nahrungsmittelpaketen in Verbindung mit einer Mikrowellenerwärmung in Betracht gezogen worden; jedoch liegt die Wiedererwärmung im allgemeinen in der Größenordnung von etwa 10 Minuten, und dies stellt üblicherweise eine nicht vertretbare Verzögerung dar, und darüber hinaus ist eine freie Wahl in einem größeren Rahmen unausführbar.

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Demzufolge besteht in Betriebskantinen noch die Praxis, vorerwärmte Mengen von Nahrungsmitteln verfügbar zu halten, um von diesen Mahlzeiten einer beschränkten Auswahl und Qualität darzureichen bzw. zu servieren.

Angesichts der Situation in einer Betriebskantine sollte eine Schlange der Gäste in wünschenswerter Weise in der Lage sein, nacheinander eine Mahlzeit auszuwählen, diese zu bezahlen und auf einem Tablett wegzutragen; und bei einem reibungslosen Ablaufsystern sollte dies in 2 bis 3 Minuten möglich sein.

Wenn daher die Wiedererwärmungszeit in einem Mikrowellenofen von 10 auf weniger als 3 Minuten reduziert werden kann, steht die Mahlzeit von der Wiedererwärmung her zur Verfügung, wenn die einzelne Person die Schritte der Auswahl und des Bezahlens des Verteilungs- bzw..Bedienungsprozesses durchläuft; somit besteht dann also kein weiterer Bedarf, vorgewärmte Nahrungsmittelmengen verfügbar zu halten, und werden eine verbesserte Qualität und eine größere Auswahl möglich.

Diese schnelle Erwärmung zu erreichen würde bei einem konventionellen Mehrwellen-Mikrowellenofen schwierig sein, da die Vergrößerung der Energie lediglich das sogenannte thermische Aufzehrungsρroblern betont. Die thermische Aufzehrung ist der Effekt, der eintritt, wenn Mikrowellenenergie auf ein gefrorenes Nahrungsmittel zur Einwirkung gebracht wird, wo, sobald ein Teil des gefrorenen Nahrungsmittels abtaut und sich von Eis zu Flüssigkeit verändert, dieser Teil einen größeren dielektrischen Verlustfaktor als das verbleibende Eis annimmt und selektiv mehr Energie des Systems aufnimmt, wodurch das Energiefeld entstellt wird und als Folge eine ungleichmäßige Erwärmung auftritt.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines schnellen Erwärmungsverfahrens, bei dem das Problem der thermischen Aufzehrung minimalisiert oder reduziert ist, wozu entsprechend vorgesehen ist ein Verfahren zum Erwärmen einer Packung gefrorener Nahrungsmittel zum Verbrauch, welche Packung eine im wesentlichen gleichmäßige Länge und Breite besitzt, wozu vorgesehen sind ein Relativbewegen der Packung in ihrer Längsrichtung an einem Auslaß vorbei, der von einer Mikrowellenenergiequelle aus mit Mikrowellenenergie gespeist wird, und ein Abgeben von Mikrowellenenergie von dem Auslaß an die Packung, und zwar unter solchen Bedingungen, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung über die Packungsbreite auftritt, während die Erwärmung in Längsrichtung der Packung in einem Band konzentriert wird, das kürzer als die Packungslänge ist und das durch die Relativbewegung zwischen Packung und Mikrowellenauslaß ^an~ schließend die Packungslänge durchläuft.

Die Erfindung sieht des weiteren vor eine Vorrichtung zur Erwärmung von Packungen gefrorener Nahrungsmittel zum Verbrauch, welche Vorrichtung verfügt über eine Mikrowellenenergiequelle, über Energiezuführungsmittel zur Zuführung der Energie von der Quelle zu einem Auslaß und über Fördermittel zur Vorbeibewegung einer gefrorene Nahrungsmittel enthaltenden Packung an dem Auslaß vorbei, wobei der Auslaß, die Fördermittel und die Energiezuführungsmittel derart relativ zueinander angeordnet sind, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung über der Packungsbreite aufzutreten in der Lage ist, während die Erwärmung in Längsrichtung der Packung in einem Band konzentriert wird, das kürzer als die Verpackungslänge ist.

Die Konzentrierung der längsgerichteten Erwärmung in einem begrenzten Band in Verbindung mit der Relativbewegung zwischen Packung und Energiequelle ermöglicht es, daß ein hoher Wärmeeintritt in die Packung erreicht wird, ohne daß

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erhebliche thermische Aufzehrungsprobleme auftreten.

Der Grund hierfür besteht darin, daß die Energiequelle (der Mikrowellenauslaß) fortlaufend von Zonen wegbewegt wird, in denen ansonsten eine thermische Aufzehrung auftreten würde. Somit wird jegliche Entstellung des Feldes, die bei dem gefrorenen Gut zum Abtauen führen würde, minimal gehalten, und der einzige derartige Effekt besteht in einer schwachen Verschleppung bzw. Bremsung der Erwärmungszone in der Richtung der Packungsbewegung (d.h. die Erwärmung findet statt in einer Zone geringfügig vor dem Zentrum des Mikrowellenauslasses); und dieser Verschleppungsbzw. Bremsungseffekt wird ausgeglichen, wenn die Erwärmungszone anschließend die gesamte Packungslänge durchquert,und jede inbegrale Zone der Nahrungsmittelpackung nimmt insgesamt im wesentlichen die gleiche Erwärmung auf.

Es ist festgestellt worden, daß der Verschleppungs- bzw. Bremsungseffekt das Bestreben hat, an dem vorderen und dem rückwärtigen Ende der Nahrungsmittelpackung eine ungleichmäßige Erwärmung zu bewirken. Dies kann in zweckmäßiger Weise dadurch überwunden werden, daß entweder vor und hinter der Packung, wenn diese sich an dem Mikrowellenauslaß vorbeibewegt, Totlasten vorgesehen werden oder daß eine unbegrenzte Anzahl von Packungen vorgesehen wird, die ohne jeglichen Spalt zwischen der Vorderseite der ersten Packung und der Rückseite der nächsten Packung nebeneinander angeordnet sind (was hinsichtlich der Auswirkung einer unbegrenzt langen Packung entspricht ).

Es ist jedoch festgestellt worden, daß die einfachste Art der Verhinderung einer Uberheizung der Enden in der Ein- und Abschaltung der Mikrowellenenergie in zeitlicher Relation zur Packungsbewegung besteht. Insbesondere sollte die Energie eingeschaltet werden, wenn der vordere Rand der Packung etwa zur Hälfteüber den Mikrowellenauslaß vorbeibewegt worden ist,

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und abgeschaltet werden, wenn der rückwärtige Rand zur Hälfte an dem Mikrowellenauslaß vorbeibewegt worden ist. In der Praxis sollte wegen der geringfügigen Feldentstellung die Einschaltung unmittelbar nach Erreichung des Mittelpunktes und die Abschaltung stattfinden, unmittelbar bevor der entsprechende Rand die Hälfte erreicht.

Als eine Alternative zur Wahl der korrekten Zeit zur Ein- und Ausschaltung, die ausgeführt werden, wenn ein einziger einseitig ausgerichteter Durchlauf stattfindet, kann dann, wenn die Packung an dem Mikrowellenauslaß hin- und hergehend vorbeibewegt werden soll, eine überhitzung der Enden dadurch vermieden werden, daß die Packung entlang eines beschränkten 3ewegungsweges hin- und herbewegt wird, d.h. durch Umkehrung der Bewegung, unmittelbar bevor ein vollständiger Durchlauf stattgefunden hat.

Um sicherzustellen, daß die gesamte Menge der an unterschiedlichen Punkten entlang der Länge der Packung aufgenommenen Wärme gleichmäßig ist, und zwar auch unter Berücksichtigung der oben angesprochenen Endeffektprobleme,müssen im wesentlichen zwei weitere Erfordernisse erfüllt sein. Das erste Erfordernis besteht darin, daß die Vorbeibewegung an dem Mikrowellenauslaß bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit erfolgen soll, und das zweite Erfordernis besteht darin, daß das zu erwärmende Nahrungsmittel in geeigneter Weise innerhalb der Packung in Hinblick auf seine Energieabsorptionseigenschaften verteilt sein soll.

Die Bewegungsgeschwindigkeit und die Verteilung des Nahrungsmittels innerhalb der Verpackung sind selbstverständlich verwandte Funktionen, und, obwohl in der Praxis eine konstante Geschwindigkeit und eine gleichmäßige Verteilung die zweckmäßigsten Arten der Erreichung einer gleichmäßigen Erwärmung sind, sind auch andere in gegenseitiger Beziehung stehende Werte dieser beiden Funktionen theoretisch möglich

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(beispielsweise könnte dann, wenn ein Teil der Nahrungsmittel in der Nähe des Zentrums der Packung mehr Wärme erforderlich macht, die Bewegungsgeschwindigkeit am entsprechenden Bereich gesenkt werden).

Die Art, in der die Nahrungsmittel innerhalb der Packung zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Erwärmung untergebracht sind, beruht im allgemeinen auf Erprobungen und Erfahrung. Beispielsweise absorbieren dichte, hoch wasserhaltige Nahrungsmittel, wie beispielsweise Splnatoüree, mehr Energie als wenig Wasser enthaltende besondere Nahrungsmittel, wie beispielsweise Erbsen; im übrigen schaffen ungleichmäßige geometrische Gestaltungen, wie beispielsweise bei Lammkoteletts, ähnliche Probleme. Es kommt dann darauf an, daß diese Materialien innerhalb der Packung in einer solchen Weise angeordnet werden, daß die effektiven Absorptionseigenschaften so gleichmäßig wie mö'glich sind.

Wie vorstehend bereits angegeben, ist die Erwärmung in der Packungslängsrichtung in einem Band konzentriert, das kürzer als die Packungslänge ist. Im allgemeinen nimmt die Intensität der Erwärmung in dieser Richtung auf einen Peak hin zu und fällt dann von diesem Intensitätspeak sinusförmig über eine Strecke ab, die einem Drittel bis der Hälfte der Packungslänge entsprechen kann, wenn eine Packung üblicherweise vorgesehener Abmessungen verwendet wird (siehe das später beschriebene Beispiel).

Jedoch sollte die Erwärmung in Packungsbreitenrichtung im wesentlichen gleichmäßig sein. Dies wird in bevorzugter Weise mittels Mikrowellenenergiestrahlung in einer einzigen Modalität, wobei das elektrische Feld in der Richtung der Packungsbreite polarisiert ist und die Strahlung von einem Auslaß stammt, dessen Breite im wesentlichen derjenigen der

erreicht.

Packung entspricht,/Dies ist zwar die bevorzugte Verfahrensweise, jedoch sind auch andere Verfahrensweisen zur Erreichung

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einer gleichen Erwärmung über die Packungsbreite möglich, wie beispielsweise durch Verwendung der in der US-PS 31 10 794 beschriebenen Ausrüstung.

Bei der Ausbildung mit der einzigen Modalität, bei der das elektrische Feld in der Richtung der Packungsbreite polarisiert ist, ist die Intensität des effektiven elektrischen Feldes cheoretisch im wesentlichen konstant über die quer verlaufende Breite der Packung; dabei nimmt die Intensität sinusförmig auf einen Peak hin zu und dann anschließend in entsprechender Weise in Bewegungsrichtung ab.

In Hinblick auf die Breitenrichtung würde ein einziger rechteckiger Wellenführungsauslaß unter Verwendung der am meisten verwendeten Frequenz, d.h. 2450 MHz, nur eine besonders schmale Packungsbreite, d.h. von etwa 5 cm, umschließen. Zur Erfassung einer Packungsbreite, die in kommerzieller Hinsicht brauchbarer ist, ist festgestellt worden, daß es wünschenswert ist, die Breite des Wellenführungsauslasses im wesentlichen zu verdoppeln unter Verwendung eines Induktors in der Form eines Y-Teilers für die Energie, die von einer einzigen Energiequelle stammt. Der gleiche Effekt könnte durch Verwendung von zwei We11enführungsauslassen, die nahe nebeneinander/liegen, in Kombination mit anderen bekannten Energieteilern erreicht werden; auch größere Vielfache sind möglich.

Als weitere Maßnahme zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Erwärmung über die Breite der Nahrungsmitteloackung hat sich herausgestellt, daß bei der Erwärmung bestimmter, besonders dichter, hoch wasserhaltiger Nahrungsmittel Schritte unternommen werden müssen, um eine überhitzung an den Seitenrändern einer solchen Packung zu verhindern. Durch Führung der Mikrowellenenergie mittels eines Paars von Schlitzen einzeln an jeder Seite des Induktors und entsprechend den Rändern der Packung kann eine größere Gleichmäßigkeit

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erreicht werden unter der Voraussetzung, daß diese Schlitze um eine halbe Wellenlänge voneinander im Abstand angeordnet sind. Hierdurch werden in der Tat zwei in Phase liegende Energiequellen geschaffen, die um eine halbe Wellenlänge voneinander entfernt angeordnet sind.

Der Effekt besteht dann darin, daß in dem Bereich jedes Schlitzes ein bestimmtes Maß einer Aufhebung infolge der nicht in Phase befindlichen Energie des gegenüberliegenden Schlitzes stattfindet, wodurch die Energieintensität reduziert wird, während mitten zwischen den beiden Schlitzen die Energien der beiden Schlitze in Phase liegen und einander verstärken. Diese Schlitze können beispielsweise durch Verwendung einer dünnen leitenden Prallplatte erreicht werden, die parallel und im Abstand von der Packungsbasis angeordnet ist und die zentrale Zone des Auslasses des Y-förmigen Energieteilers verschließt.

In alternativer Weise ist es möglich, einen dielektrischen Einsatz zu verwenden, der in dem Wellenführungsauslaß in der Nähe und parallel zur Nahrungsmittelpackunqsbahn angeordnet ist und einen geringen Verlustfaktor eine größere relative Dielektrizitätskonstante besitzt als Luft. die Anpassung an die Nahrungsmittelpackung verändern kann und somit dazu verwendet werden kann, die Gleichmäßigkeit der Erwärmung über die Packungsbreite zu verbessern. Die Gestalt und die Anordnung einer solchen Prallplatte mit geringem Verlust kann dann also gewählt werden, um die Intensität der Erwärmung in der gewünschten Weise einzustellen.

Aus den vorausgehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß bei den bevorzugten Ausführungs formen eine im wesentlichen rechteckige, quaderförmige Packung verwendet wird, deren Breitenabmessung in Hinblick auf die Breite des Wellenführungsauslasses gewählt wird, während die Packungslänge

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- obwohl nicht kritisch bzv/. von Bedeutung - in Betracht gezogen werden sollte in Hinblick auf die Vorsehung einer Schaltungsfolge oder einer hin- und hergehenden Bewegung zur Überwindung der Endeffekte an der vorderen und der hinteren Kante.

Die dritte Abmessung der Packung, d.h. die Höhe, muß in Hinblick auf die Energieabstrahlungs- bzw. Energieübertragungsfähigkeit der Mikrowellenquelle begrenzt sein. Wenn die Höhe zu groß ist, nimmt der obere Teil der Packung keine entsprechende Energie auf; es besteht jedoch keine Minimalforderung für die dritte Abmessung.

Für die Begrenzung der Packungshöhe kommt ein zusätzlicher Faktor in Frage, unter Berücksichtigung der Verfahrensweise der Förderung der Packung und der Abschirmung des Systems zur Verhinderung einer von der Vorrichtung aus nach außen gerichteten Strahlung, um so für eine entsprechende Sicherheit zu sorgen. In zweckmäßiger Weise mündet der Strahlungsauslaß für die Mikrowellenquelle in einen abgeschirmten, im Querschnitt rechteckigen Tunnel, längs dessen die Packung bewegt wird. Diese Ausführungsform ist allgemein gesprochen T-förmig gestaltet.

Um eine Fortpflanzung der Strahlung, wenn diese in ihrem horizontalen Feld polarisiert ist, durch Weiterbewegung entlang der oberen horizontalen Schenkel des "T" (der Packungsbewegungsbahn) zu verhindern, sollten diese Schenkel weniger als einer halben Wellenlänge entsprechend hoch sein. Dies bringt dann eine entsprechende Begrenzung der Packungshöhe mit sich, d.h. da die Packung sich innerhalb dieser oberen Schenkel entlangbewegt, muß sie selbstverständlich weniger als einer halben Wellenlänge entsprechend hoch sein.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter

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ins einzelne gehend beschrieben; in den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer teilweise aufgeschnittenen Vorrichtung zur Erwärmung einer Packung,

Figur 2 eine Seitenansicht zur Darstellung der Form des elektrischen Feldes,

Figur 3 eine bildliche Anordnung des Feldes,

Figur 4 den anschließenden Erwärmungseffekt an einer Packung,

Figur 5 eine Endansicht des Wellenführungsauslasses mit einer ersten Form der Feldkompensationseinrichtung,

Figur 6 der Figur 5 entsprechende Ansicht mit anderen und 7 Formen der Feldkompensationseinrichtung und

Figur 8 eine Gesamtansicht der Gestaltung des Mikrowellensystems.

Gemäß Figur 1 verfügt ein (nur schematisch dargestelltes) Fördersystem über einen horizontalen, metallischen, ab schirmenden Führungskanal 1 zur Vorbeibewegung einer Nahrungsmittelpackung 2 an einem Mikrowelleninduktor und über eine vertikal angeordnete Wellenführung 3. Selbstverständlich sind auch auch andere als horizontale und vertikale Anordnungen möglich, jedoch weniger zweckmäßig.

Der Mikrowelleninduktor bzw. die Mikrowellenführung ist so angeordnet, daß das elektrische Feld E unter einem rechten Winkel zur Längsförderrlchtung L angeordnet ist und so gleichmäßig wie möglich über eine horizontale Ebene in der Richtung E ist. In der Förderrichtung nimmt jedoch die Intensität auf einen Peak hin zu , wonach sie wieder abfällt, wie durch die Kurve G (Figur 2) dargestellt ist. Die Höhe des Führungskanals 1 ist kleiner als eine halbe

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Wellenlange, um so eine übertragung der horizontal polarisierten Strahlung entlang dieses Kanals zu unterbinden.

Der Mikrowelleninduktor bzw. die Mikrowellenführung 3 besteht im wesentlichen aus einer rechteckigen Wellenführung 4 mit standardisierten Innenabmessungen (86 mm χ 43 mm), die in einen konisch gestalteten Auslaßabschnitt 5 einmündet und von einer Magnetfeldröhre aus versorgt wird. Innerhalb des Auslaßabschnittes 5 ist eine leitfähige Teilerplatte 6 (strichliert dargestellt) vorgesehen, die an jedem Ende an den Seitenwänden innerhalb des Abschnittes 5 befestigt ist. Die Abmessungen und die Ausbildung innerhalb des konisch gestalteten Auslasses 5 bilden somit einen Y-förmigen Teiler, wodurch ein erweiterter Bereich mit einem konstanten elektrischen Feld in der Richtung quer zur Förderrichtung geschaffen wird (tatsächlich zwei in Phase liegende Ausgänge, die sich folglich wie ein einziger verhalten), die der Packungsbreite entspricht (Figur 3).

Zweckmäßigerweise mißt die Auslaßbreite etwa 115 mm anstelle von 43 mm für die standardisierte Wellenführung; dabei kann eine Packung mit einer Breite von HO mm untergebracht werden. Die Einrichtung ist aus dünnem leitfähigen Blech, beispielsweise Aluminiumblech von etwa 1 mm D5cke, hergestellt. Die Tiefe des Kanals 1 und die Höhe der Nahrungsmittelpackung 2 sollten kleiner als eine halbe Wellenlänge sein, beispielsweise etwa 55 mm und 35 mm.

Während theoretisch ein Y-förmiger Energieteiler als solcher zu einem konstanten Intensitatsfeld in Querrichtung führt, besteht bei der Verwendung die Neigung, daß irgendeine Randüberwärmung in Verbindung mit bestimmten dichten, stark wasserhaltigen Nahrungsmitteln, beispielsweise Spinatpüree, an Randzonen 7 auftritt (Figur 5).

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Gemäß Fig. 5 wird dieses Problem durch Vorsehung einer Prallplatte 8 überwunden, die am oberen Ende der Teilerplatte 6 und an den einander gegenüber liegenden parallelen Wänden des Konus bzw. Trichters 5 befestigt ist und die in einem Abstand von der Bewegungsbahn der Packungsunterseite angeordnet ist, dies derart, daß ein Schlitz 9 an jedem Ende frei bleibt, der den Randzonen 7 der Nahrungsmittelpackung entspricht, die ansonsten übermäßig erwärmt würden.

Die Zentren der beiden Schlitze 9 sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der etwa gleich der halben Wellenlänge der erzeugten Energie ist. In diesem Fall tritt während des Betriebs an jedem der Ränder ein gewisses Ausmaß der Unterdrückung ein, wodurch die Erwärmung in den Zonen 7 reduziert wird, während die beiden Schlitzquellen in einer zentralen Zone einander vergrößern.

Fig. 6 zeigt eine alternative Version, bei der die Teilerplatte 6 und die quer verlaufende Prallplatte 8 durch einen Keil 22 ersetzt sind, der eine grundsätzlich gleiche Funktion in derselben Weise erfüllt.

Fig. 7 zeigt eine andere Version, bei der die Prallplatte 8 durch einen Block 23 aus Polypropylen mit einerjstärke von 2 cm ersetzt ist, der das quer verlaufende Feld in einer anderen Weise egalisiert. Hierdurch wird die gleichmäßigste und wirksamste Energieführung bzw. -übertragung in Breitenrichtung erreicht.

Da das Polypropylen ein Material ist, das einen geringen Verlustfaktor und eine höhere relative Dielektrizitätskonstante besitzt als das gleiche Volumen von Luft (etwa 2,5 mal so groß), beeinflußt es die Abstimmung der Energie an die Packung. Somit kann durch Auswahl der Dicke bzw. Stärke, Gestalt und Anordnung die in die Packung eintretende Energie so eingestellt werden, daß die erforderliche Gleichmäßigkeit erreicht

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wird. Darüber hinaus kann die Energie an die Packung in wirkungsvollerer Weise ohne Reflexion zurück nach unten in die Wellenführung geführt bzw. übertragen werden. Diese Art der Energieanpassung wird auch gegenüber dem oben erörterten horizontalen Prallsystem vorgezogen, da sie auch in Verbindung mit Vielfachen des konischen Auslasses verwendet werden kann, die größer als der vorstehend beschriebene doppelte Auslaß sind. In der Praxis sind Nahrungsmittelpackungen mit 176 g gefrorenem Nahrungsmittel und 110 mm χ 140 mm χ 35 mm an dem Induktor vorbeigeführt und aus dem tiefgefrorenen Zustand (etwa -20 C) auf eine Temperatur zum Verbrauch bzw. Verzehr in weniger als 3 Minuten erwärmt worden. Dabei wurde eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung ohne eine oder lediglich mit einer minimalen thermischen Aufzehrung beobachtet. Das System war dabei an eine Magnetfeldröhre angeschlossen, die eine nominale Energieausgangsleistung von 2 kW über eine übliche Zuführungseinrichtung lieferte, die ihrerseits für eine effektive Energiezuführung von etwa 1 , 5 kW in die Nahrungsmittelpackung sorgte ·

Der Gesamtaufbau des Mikrowellensystems ist in Fig. 8 schematisch dargestellt. Der Induktor ist an einen Wellenführungsabschnitt angeschlossen, der eine zur Anpassung einstellbare Leitung 14 enthält. Der nächste Abschnitt ist eine Gabelung 15 (mit 3 öffnungen); eine Öffnung ist an die Magnetfeldröhre 16 angeschlossen. Die zweite öffnung führt zu dem konisch gestalteten Auslaßinduktor, und die dritte Öffnung ist an eine Wasserfüllung 17 angeschlossen, wobei eine Sonde vorgesehen ist, die an einen Kristalldetektor 19 und einen Mikroamperemeter ZO angeschlossen ist. Die Gabelung 15 richtet die gesamte Energie der Magnetfeldröhre in Richtung auf den Induktor und lenkt auch jede von dem Induktor reflektierte Energie in die Totlast 17 ab, wodurch die Magnetfeldröhre geschützt wird. Der Kristall-

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detektor 19 überwacht die reflektierte Energie, die durch Einstellung der Anpassungsleitung minimalisiert wird. Des weiteren ist eine sich hin- und herbewegende Fördereinrichtung 21 vorgesehen. Der Aufbau der Anpassung ist ein Kompromiß. Zwischen der Impedanz des Materials des Nahrungsmittels in gefrorenem und abgetauten Zustand besteht ein großer Unterschied; da der vollständig gefrorene Zustand jedoch nur für eine kurze Zeitspanne besteht, wird es vorgezogen, die Anpassung für den ungefrorenen Zustand aufzubauen. Im ungefrorenen Zustand verändert sich die Anpassung etwas mit der Art des Nahrungsmittels und in einem gewissen Ausmaß mit seiner Temperatur. Es wurde die Erfahrung gemacht, daß ein zufriedenstellender Kompromiß darin besteht, die Anpassungsleitung in Hinblick darauf einzustellen, daß eine minimale reflektierte Energie (Kristallstrom) gegeben ist, wenn 200 ml Wasser in einem Karton der oben angegebenen Größe stationär und zentral oberhalb des Trichters bzw. Konus angeordnet sind, ünterdieser Bedingung ist die effektive Mikrowellenenergie durch Aufzeichnung der Temperaturerhöhung des Wassers in 20 Sekunden gemessen worden. (Bei vollständiger Anpassung - Kristallstrom = null - wurden 1,6 bis 1,7 kW von der verwendeten Mikrowellenenergiepackung aus erreicht.)

Eine Überhitzung der Endränder der Packung kann infolge der Feldverschiebung bzw. -nacheilung auftreten, wenn die Packung in die Erwärmungszone eintritt. Dies ist dadurch berücksichtigt worden, daß die Länge der Hin- und Herbewegungsbahn über den Wellenführungsauslaß begrenzt worden ist.

Die Länge der Hin- und Herbewegungsbahn ist untersucht worden durch Beobachtung des Erwärmungsmusters bei Veränderung der Länge. Wenn die Bewegungsbahn zu kurz war, waren die vorderen und rückwärtigen Ränder zu kalt, und wenn die Bewegungsbahn zu lang war,

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waren die Ränder überhitzt bzw. übermaßig erwärmt. Die optimale Bewegungsbahn war bei einer Bewegung um 3, 5 cm zu jeder Seite der Zentralposition gegeben, d.h. die Gesamtbewegungsbahn für die Packung hat 7 cm gemessen, bei einer Packungsbasis von 11 cm Länge. Die Punkte, bis zu denen sich die Enden der Packung hin bewegen und dann ihre Richtung zur Rückwärtsbewegung ändern, sind in Fig. 1 mittels der Linien Ii und 13 angegeben. Somit bewegt sich bei Betrachtung der Fig. 1 eine hin- und hergehende Packung nach links, bis ihr rechter Rand sich an der Linie 13 befindet, und anschließend zurück nach rechts, bis ihr linker Rand sich an der Linie 12 befindet, und hieran anschließend hin und her zwischen diesen Stellungen.

Eine Anzahl anderer Arten zum Betrieb des Trichters bzw. Konus war möglich. Unter Verwendung eines einzigen Trichters bzw. Konus bestand die beste Betriebsart darin, die Nahrungsmittelpackung über der Konus- bzw .Trichtermündung etwa 12 mal mit einer Geschwindigkeit "on 150 cm/min hin- und herzubewegen, wobei die Bewegungsbahn über der Wellenführung beschränkt gewesen ist, um eine überhitzung der Endränder zu verhindern, wie dies zuvor bereits erörtert worden ist. Zufriedenstellend erwärmte Packungen wurden mittels dieser Arbeitsweise in etwa einer Minute erreicht.

Für ein kontinuierliches Durchlaufsystem war die Verwendung mehrerer im Abstand angeordneter Trichter bzw. Konusse, die hintereinander in der Bewegungsbahn der Nahrungsmittelpackung angeordnet waren, und bei entsprechenden Schaltungsauebildungen vorzuziehen, um den Endrand gegen eine übermäßige Erwärmung abzusichern. Unter Verwendung von zwei Trichtern ergab eine Geschwindigkeit der Nahrungsmittelpackung von 10 cm/min eine Erwärmungszeit von einer Minute von jedem Trichter bzw. Konus aus, wobei die gewünschte Temperatur erreicht wurde . B ei diesem kontinuierlichen Durchlaufbetrieb waren

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die Punkte zur Einstellung der Packung in gleicher Weise an den Linien 12 und 13 der Fig. 1 angeordnet, wobei die Einschaltung stattfand, wenn der vordere Rand die Linie 12 erreichte, und die Abschaltung stattfand, wenn der rückwärtige Rand der Packung die Linie 13 erreichte .

Die Auslösung der Schalter kann in jeder zweckmäßigen Art, beispielsweise mit Hilfe von Mikroschaltern oder Lichtstrahlen, durchgeführt werden.

Die Verwendung eines einzigen Trichters bzw. Konus mit einer geringeren Geschwindigkeit (von etwa 5 cm/min) reichte zwar häufig für die Erzielung der gewünschten Temperatur in 2 Minuten aus, diese Betriebsweise führte jedoch bei einigen abgepackten Produkten in einem bestimmten Ausmaß zu einer Ungleichmäßigkeit des Erwärmungseffektes .

Die Beschreibung berücksichtigt eine Ubertragungsfrequenz von 2450 MHz, die gegenwärtig die normale Mikrowellenheizungsfrequenz ist. Selbstverständlich sind auch andere Mikrowellenheizungsfrequenzen in gleicher Weise zulässig unter der Voraussetzung, daß die Geometrie der Wellenführung und der Packung entsprechend den vorstehend erörterten Prinzipien eingestellt sind.

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Erwärmen einer Packung gefrorener Nahrungsmittel zum Verbrauch, welche Packung eine im wesentlichen gleichmäßige Länge und gleichmäßige Breite besitzt, gekennzeichnet durch ein Relativbewegen der Packung in ihrer Längsrichtung an einem Auslaß vorbei, der von einer Mikrowellenenergiequelle aus mit Mikrowellenenergie gespeist wird, durch ein Abgeben von Mikrowellenenergie von dem Auslaß an die Packung, und zwar unter solchen Bedingungen, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung über die Packungsbreite auftritt, während die Erwärmung in Längsrichtung der Packung in einem Band konzentriert wird, das kürzer als die Packungslänge ist und das durch die Relativbewegung zwischen Packung und Mikrowellenauslaß anschließend die Packungslänge durchläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenenergie in einer einzigen Modalität bei quer zur Bewegungsrichtung der Packung polarisiertem elektrischen Feld ausgebreitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Z, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mikrowellenenergieabgabe bzw. -Übermittlung und die Packungsbewegung so aufeinander abgestimmt sind, daß eine gleichmäßige Wärmeerzeugung am Anfang, den mittleren Zonen und am Ende der Packungslänge sichergestellt ist.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung hin- und hergehend an dem Mikrowellenauslaß vorbei bewegt wird und die Bewegung eine Amplitude besitzt, die eine gleichmäßige Wärmeerzeugung am Anfang, den mittleren Zonen und am Ende der Packungslänge sicherstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung kontinuierlich an dem Mikrowellenauslaß vorbei bewegt wird und die Mikrowellenquelle in zeitlicher Beziehung zu der fortlaufenden Bewegung ein- und abgeschaltet wird derart, daß eine gleichmäßige Wärmeerzeugung am Anfang, den mittleren Zonen und am Ende der Packungslänge sichergestellt ist.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein rechteckiger Wellenführungsauslaß verwendet wird, der konisch bzw. trichterförmig gestaltet ist, um eine Breite des Energiefeldes zu liefern, die der Breite der Packung entspricht und größer als die Breite einer standardisierten Wellenführung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Längsprallblech innerhalb des trichter- oder konusförmigen Wellenfüh^ungsauslasses verwendet wird, um so eine einzige Art der Ausbreitungsbedingungen zu schaffen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein trichter- bzw. konusförmiger Auslaß verwendet wird, der die Form eines Y-Teilers besitzt, um eine einzige Art der Energieausbreitung sicherzustellen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Y-Teiler ein solcher mit einem Prallblech verwendet wird, das parallel zu der

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Ebene des Wellenführungsauslasses angeordnet ist und an seinen Rändern zwei Schlitze begrenzt, die in einem Abstand von einer halben Wellenlänge voneinander angeordnet sind, so daß die von den Schlitzen austretende Energie im Bereich der Schlitze unterdrückt wird und in der Mitte zwischen den Schlitzen verstärkt wird, wodurch die Gleichmäßigkeit der Wärmeerzeugung über der Pakkungsbreite verbessert wird.

10. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dielektrischer Einsatz verwendet wird, dessen relative Dielektrizitätskonstante größer als diejenige von Luft ist und der einen geringeren Verlustfaktor besitzt und innerhalb des Auslasses angeordnet ist und eine solche Gestaltung und Anordnung besitzt, daß die Gleichmäßigkeit der Wärmeerzeugung über der Packungsbreite verbessert wird.

. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daü die Packung innerhalb eines Metalltunnels bewegt wird, der weniger als eine halbe Wellenlänge hoch ist und parallel zur Ebene des Mikrowellenauslasses verläuft.

lü. Vorrichtung zur Erwärmung von Packungen gefrorener Nahrungsmittel zum Verbrauch, welche Vorrichtung verfügt über eine Mikrowellenenergiequelle, über Energie Zuführungsmittel zur Zuführung der Energie von der Quelle zu einem Auslaß und über Fördermittel zur Vorbeibewegung einer gefrorenen Nahrungsmittel enthaltenden Packung an dem Auslaß vorbei, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß , die Fördermittel (1) und die Energiezuführungsmittel (5) derart relativ zueinander angeordnet sind, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung über der Packungsbreite aufzutreten in der Lage ist, während die Erwärmung in

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Unilever N.V.

Längsrichtung der Packung (2) in einem Band konzentrierbar ist, das kürzer als die Verpackungslänge ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch la, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsmittel .derart angeordnet sind, daß sie die'Packung • " ,· in einer Richtung unter rechten Winkeln zur Richtung der Ausbreitung der Mikrowellenenergie von dem Auslaß aus und auch unter rechten Winkeln zur Polarisationsebene der in einer einzigen Modalität stattfindenden Ausbreitung des elektrischen Feldes zu versorgen in der Lage sind, j

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Schaltmittel zur Ein- und Abschaltung der Mikrowellenenergie zu vorbestimmten Zeiten auf der Bewegungsbahn der Packung (2) derart, daß eine gleichmäßige Wärmeerzeugung innerhalb der Packung entlang ihrer Länge sichergestellt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsmittel derart angeordnet sind, daß sie die Packung (2) in einer hin- und hergehenden Bewegung an dem Mikrowellenenergieauslaß (4) vorbei zu versorgen in der Lage sind, wobei diese Bewegung mit einer Amplitude verbunden ist, die eine gleichmäßige Wärmeerzeugung innerhalb der Packung (2) entlang ihrer Länge sicherstellt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsmittel in einem rechteckigen Wellenführungsauslaß (J) bestehen, der trichter- bzw. konusförmig gestaltet ist, um eine Breite des Energiefeldes zu schaffen, die einer Packung größerer Breite als eine standardisierte Wellenführungsbreite entspricht.

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17. Vorrichtung nach Anspruch l6, aadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Längsprallblech (8) innerhalb des trichter- bzw. konus förmigen Wellenführungsauslasses (S) angeordnet ist, um so für eine einzige Modalität der Ausbreitungsbedingungen au sorgen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (5) ein Y-förmiger Energieteiler ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (S) über eine Prallplatte (8, 23) verfügt, die parallel zur Ebene des Wellenführungsauslasses (5) angeordnet ist und an ihren Rändern zwei Schlitze (9) begrenzt, die im Abstand einer halben Wellenlänge voneinander angeordnet sind, so daß die aus den Schlitzen (9) austretende Energie einer Unterdrückung im Bereich der Schlitze (9) und einer Verstärkung mitten zwischen den Schlitzen (9) ausgesetzt ist, wodurch die Gleichmäßigkeit der Wärmeerzeugung über der Packungsbreite verbessert wird.

20. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein dielektrischer Einsatz (23) mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten größer als diejenige von Luft und einem geringen Verlustfaktor innerhalb des Auslasses (5)) angeordnet ist und eine Gestalt und Anordnung besitzt, die die Gleichmäßigkeit der Wärmeerzeugung über der Packungsbreite verbessert.

21. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermittel in einem Metalltunnel (1) bestehen, der weniger als eine halbe Wellenlänge hoch und parallel zur Ebene des Mikrowellenenergieauslasses angeordnet ist.

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