DE4207459A1 - Mikrowellenherd mit einer vorrichtung zur sensierung des beladungszustandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenherd mit einem Garraum, mit einem Ma­ gnetron zur Erzeugung von elektromagnetischer Energie zur Erwärmung eines im Garraum befindlichen Garguts und mit einer Vorrichtung zur Kontrolle des Bela­ dungszustands des Garraums, welche die Leistungsdichte des elektromagneti­ schen Feldes mit einem Sensor außerhalb des Garguts erfaßt und das Ausgangs­ signal des Sensors in einer Regelschaltung zur Dosierung der Mikrowellenenergie auswertet.

In den im Haushalt verwendeten Mikrowellenherden wird die von einem Magne­ tron erzeugte Energie über einen Hohlleiter in den Garraum eingespeist. Dabei dringt ein Teil der Mikrowellen in das Gargut ein und erwärmt es. Der nicht vom Gargut absorbierte Anteil breitet sich im Garraum aus. Dieser Anteil ist von der Anpassung der eingestrahlten Energiemenge an die Größe und Beschaffenheit der Beladung abhängig.

Diese Gegebenheit wird zur automatischen Regelung der Mikrowellenenergie ge­ nutzt. Dabei mißt man die Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes außer­ halb des Garguts und wertet dieses Signal als Steuerkriterium aus, beispielsweise für ein automatisches Gar- oder Auftauprogramm oder eine Sicherheits-Abschal­ tung bei fehlender Beladung.

Das im Garraum meßbare Signal besitzt eine Frequenz von 2,45 GHz. Weitere überlagerte Schwingungen entstehen im niederfrequenten Bereich durch die das Magnetron speisende Netzfrequenz von 50 Hz und, falls vorhanden, durch die Drehung eines Feldrührers oder einer Rotorantenne mit der Frequenz von ca. 1-5 Hz. Um das Signal in einer Regelschaltung auswerten zu können, muß es zuerst in ein beladungsabhängiges Gleichsignal umgewandelt werden.

Aus der DE-OS 26 50 856 ist es bekannt, die elektromagnetische Feldstärke in­ nerhalb des Garraums durch einen Meßkopf zu erfassen. Dieses hochfrequente Signal wird über einen aktiven Tiefpaß geglättet und verstärkt und anschließend in einer Regelschaltung ausgewertet.

Der Nachteil von aktiven Baugruppen liegt neben einem relativ hohen Preis in der Tatsache, daß die für ihren Aufbau verwendeten Operationsverstärker eine eigene Spannungsversorgung benötigen. Daneben besteht die Gefahr, daß sie bei hohen Signalspannungen, etwa durch ungünstige Beladungen, überlastet und zerstört werden können. Zudem besitzen Operationsverstärker eine wesentlich geringere Temperaturbelastungsgrenze als passive Bauteile.

Ein weiterer Nachteil der Schaltung gemäß DE-OS 26 50 856 ist dadurch gege­ ben, daß der im Tiefpaß verwendete Kondensator sehr groß sein muß, um die von der Netzspannung des Mikrowellengerätes verursachten Schwingungen im 50 Hz- Bereich auszufiltern. Hierfür kommt nur ein sehr großer und deshalb teurer Elek­ trolytkondensator in Frage. Bei zusätzlichen Frequenzanteilen durch einen Feldrüh­ rer oder eine Rotorantenne müßte sogar ein um den Faktor 10-50 größerer Kon­ densator eingesetzt werden, was die Schaltung weiter verteuert.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Mikrowellenherd mit einer Vorrichtung zur Sensierung des Beladungszustands zu schaffen, welche mit ein­ fachen Mitteln und funktionssicher aufgebaut werden kann.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.

Ein mit der erfindungsgemäßen Ausbildung erreichbarer Vorteil ergibt sich da­ durch, daß durch die Anpaßschaltung sehr hohe Signalpegel erreicht werden. Da­ durch erübrigt sich eine Verstärkung des Signals, so daß der Sensor aus passiven Bauelementen aufgebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, daß die aus dem Garraum ausgekoppelte Leistung so gering gehalten werden kann, daß sich eine Abschirmung der Antenne oder des Sensors erübrigt. Da aus diesem Grund die Ansprüche an die Antenne sehr gering sind, kann in einer vor­ teilhaften Ausgestaltung ein einfacher Hohlniet verwendet werden.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird die vom Sensor erzeugte Gleichspannung mit niederer Signalfrequenz in einer Mikroprozessorsteuerung des Mikrowellenherdes in ein beladungsabhängiges Gleichsignal umgewandelt, wobei die Demodulation des Signals durch Abtastung und anschließende Mittelwertbil­ dung erfolgt. Ein Teil der Signalanpassung wird somit in einem Bauteil vollzogen, welches ohnehin im Mikrowellenherd vorhanden ist. Dadurch kann der Sensor ein­ fach und preiswert aufgebaut werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der Mikrowellenherd eine Auswählschaltung, über welche die Größe des beladungsabhängigen Gleichsignals in einer Anzeigevorrichtung des Mikrowellenherdes dargestellt wird. Hierdurch ist es möglich, die Funktion des Sensors bei einer automatischen Endkontrolle des Herdes oder in einem Kundendienstprogramm zu überwachen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mikrowellenherdes;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Sensor zur Messung der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes;

Fig. 3 die Frontansicht des Sensors;

Fig. 4 ein Schaltbild des Sensors;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der gesamten Vorrichtung zur Überwachung des Beladungszustands;

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mikrowellen­ herdes (1). Dieser besitzt einen Garraum (2), in welchen über einen Hohlleiter (3) die von einem Magnetron (4) erzeugte Mikrowellenenergie eingespeist wird. Zur gleichmäßigen Verteilung der Energie dient ein vor der Einkoppelöffnung (6) ange­ ordneter Feldrührer (6). Eine zusätzliche Verteilung der Energie erfolgt durch einen Drehteller (7) im Bodenbereich des Garraums (2). Auf dem Drehteller (7) wird das Gargut (8) plaziert. Im oberen Bereich einer der Garraumwände (9) befindet eine Antenne (10) als Teil eines Sensors (11) zur Messung der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes. Die Antenne (10) koppelt einen kleinen Anteil der Mikrowellenenergie aus dem Garraum (2) aus, der unterhalb der zulässigen Leck­ strahlung für Mikrowellenherde liegt.

Der Sensor (11) ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Er besteht aus einer Befestigungsplatte (12), einer Antenne (10) und einer Platine (13). Die Be­ festigungsplatte (12) ist aus nichtleitendem Material, beispielsweise Kunststoff hergestellt. Sie besitzt zwei angeformte Rohrelemente, von denen das eine als Distanzrohr (14) und das andere als Antennenhülse (15) ausgebildet ist und zwei ebenfalls angeformte Befestigungshaken (16). Das Distanzrohr (14) erstreckt sich zwischen Platte (12) und Platine (13), während die Antennenhülse (15) auch auf der der Platine (13) gegenüberliegenden Seite als röhrenförmiger Ansatz (17) wei­ tergeführt ist.

Die Befestigungshaken (16) werden in Öffnungen in der Garraumwand (9) einge­ hängt. Zusätzlich wird der Sensor (11) mit einer durch das Distanzrohr (14) ge­ führten Sicherungsschraube (18), die gleichzeitig als Masseverbindung dient, an der Garraumwand (9) befestigt. Der Ansatz (17) der Antennenhülse (15) ragt durch eine Bohrung in der Garraumwand (9). In die Antennenhülse (15) ist ein Hohlniet (18) eingesetzt, der die Platine (13) mit der Befestigungsplatte (12) ver­ bindet und als Mikrowellenantenne (10) wirkt.

Fig. 4 zeigt den Schaltplan der Platine (13). Der Fußpunkt der Antenne (10), der durch das mit der Platine (13) verbundene Ende des Hohlniets (18) gebildet wird, ist über eine Impedanz in Form einer Streifenleitung (Z) an Masse gelegt. Über die Sicherungsschraube wird die Masseverbindung zwischen Platine (13) und Gar­ raumwand (9) hergestellt. Die über der Streifenleitung (Z) abfallende Spannung (U_Hf) wird über einen Zweiweggleichrichter (G) in eine Gleichspannung umgewandelt und verdoppelt. Dabei werden die hochfrequenten Signalanteile durch einen aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C2 gebildeten Tief­ paß (T) ausgefiltert. Bei entsprechender Dimensionierung dieses Kondensators und des vorgeschalteten Widerstandes R1, beispielsweise 100 nF und 1 KΩ, werden auch die Schwingungen im Bereich um 50 Hz gedämpft, aber nicht vollkommen unterdrückt. Das auf diese Weise entstehende Gleichspannungssignal (U_nf) mit niederfrequenten Schwingungen wird an die Mikroprozessorsteuerung (µC) des Mikrowellenherdes (1) weitergegeben.

Die Wirkungsweise der Beladungskontrolle ist im Blockschaltbild in Fig. 5 darge­ stellt.

Durch den in den Garraum (2) ragenden Ansatz (17) der Antennenhülse (15) wird über die metallische Oberfläche des Hohlniets (18) Mikrowellenenergie ausgekop­ pelt, welche am Fußpunkt desselben ein Wechselspannungssignal (U_Hf) mit der Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz erzeugt. Dieses Signal (U_Hf) wird mit Hilfe der Streifenleitung (Z) auf einen für die nachfolgende Gleichrichterschaltung (G) günstigen Wert transformiert.

Nach Durchlaufen der Gleichrichterschaltung (G) liegt am Eingang der Mikroprozessorsteuerung (µC) eine Gleichspannung (U_nf) mit Frequenzanteilen bei 50 Hz und bei 1-5 Hz an.

In der Mikroprozessorsteuerung (µC) wird das Signal (U_nf) jeweils zu Zeitabschnit­ ten t_A abgetastet. Die hierdurch gewonnenen Abtastwerte U_A werden über einen Zeitraum t_M arithmetisch gemittelt und als Mittelwert U_M an die Regelschal­ tung (R) weitergegeben.

Durch Auswertung der Spannungswerte U_A und U_M können in der Regelschaltung folgende Funktionen überwacht werden:

Das Auftreten eines Leerlaufbetriebs wird erkannt, wenn U_M einen Schwellwert U_S überschreitet. Ein Mikrowellenaustritt aus dem Garrauminneren in der Umge­ bung des Sensors (11) würde ebenfalls zu einer Überschreitung von U_S führen. In beiden Fällen erfolgt die Abschaltung des Magnetrons (4).

Die durch die Drehung eines Feldrührers (6) auftretenden Spannungsschwingun­ gen führen zu einer Differenz zwischen den Maximalwerten von U_A und dem Mit­ telwert U_M. Wenn diese Differenz einen festgelegten Prozentsatz, beispielsweise 50% unterschreitet, wird ein Stillstand des Feldrührers (6) erkannt und das Ma­ gnetron (4) ebenfalls abgeschaltet.

Sind beide Werte U_M und U_A über einen größeren Zeitraum gleich null, kann auf einen Defekt des Sensors (11) geschlossen werden. Dies führt zu einer Fehlermel­ dung.

Bei einer Anzeige von U_M über eine Auswählschaltung (A) in einer Anzeigevorrich­ tung (19) kann so in einem Kundendienstprogramm oder einer Endkontrolle die Funktion des Sensors (11) überwacht werden.

Claims (7)

1. Mikrowellenherd mit einem Garraum, mit einem Magnetron zur Erzeugung von elektromagnetischer Energie zur Erwärmung eines im Garraum befindlichen Gar­ guts und mit einer Vorrichtung zur Kontrolle des Beladungszustands des Gar­ raums, welche die Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes mit einem Sensor außerhalb des Garguts erfaßt und das Ausgangssignal des Sensors in einer Regelschaltung zur Dosierung der Mikrowellenenergie auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) aus einer Antenne (10), einer Anpaßschaltung, einer Gleichrichterschaltung (G) mit Filtermitteln (T) zur Bandbegrenzung und Umwand­ lung des Sensorsignals (U_Hf) in eine Gleichspannung (U_nf) mit niederer Signalfre­ quenz besteht.

2. Mikrowellenherd nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antenne (10) ein Hohlniet (18) verwendet wird, welcher in das Gar­ rauminnere ragt und mit einer Platine (13) zur Aufnahme von elektrischen Bau­ teilen des Sensors (11) verbunden ist.

3. Mikrowellenherd nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpaßschaltung als impedanztransformierende Streifenleitung (Z) ausge­ bildet ist, deren Impedanz einen Übergang zwischen der Antennenimpedanz und der Eingangsimpedanz der Gleichrichterschaltung (G) bildet.

4. Mikrowellenherd nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (G) als Zweiwege-Gleichrichter mit Spitzenwertver­ dopplung ausgebildet ist.

5. Mikrowellenherd nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sensor (11) erzeugte Gleichspannung mit niederer Signalfre­ quenz (U_nf) in einer Mikroprozessorsteuerung (µC) des Mikrowellenherdes (1) in ein beladungsabhängiges Gleichsignal (U_M) umgewandelt wird, wobei die Demo­ dulation des Signals durch Abtastung und anschließende Mittelwertbildung erfolgt.

6. Mikrowellenherd nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (R) die Energieabgabe des Magnetrons (4) bei Erkennen eines Leerlaufbetriebs abschaltet oder verringert.

7. Mikrowellenherd nach einem der Ansprüche 5 oder 6, gekennzeichnet durch Auswählschaltung, über welche die Größe des beladungs­ abhängigen Gleichsignals in einer Anzeigevorrichtung (19) des Mikrowellenher­ des (1) dargestellt wird.