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Dokumentenidentifikation DE69127499T2 08.01.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0459305
Titel Hochfrequenzheizgerät
Anmelder Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, JP
Erfinder Kusunoki, Shigeru, Yamotokoriyama-shi, Nara-ken, JP;
Kashimoto, Takashi, Nara-shi, Nara-ken, JP;
Yoshino, Koji, Kizu-cho, Soraku-gun, Kyoto-fu, JP
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 28195 Bremen
DE-Aktenzeichen 69127499
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 24.05.1991
EP-Aktenzeichen 911083863
EP-Offenlegungsdatum 04.12.1991
EP date of grant 03.09.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.01.1998
IPC-Hauptklasse H05B 6/80
IPC-Nebenklasse H05B 6/68   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Heizgerät wie z.B. einen elektronisch betriebenen Küchenherd, bei dem eine Hochfrequenz-Energiequelle, beispielsweise ein Magnetron, durch das Messen der Feldstärke in einem Gehäuseinnern gesteuert wird.

Aus JP-A-59-207595 ist ein Hochfrequenz-Heizgerät bekannt, bei dem gegenüber einer Heizkammer angeordnete Sende- und Empfangsantennen Veränderungen der dielektrischen Konstanten eines zu erhitzenden Artikels (nachfolgend "Nahrungsmittel" genannt) abhängig von der Temperatur des Nahrungsmittels erfaßt werden, um eine Hochfrequenz-Energiequelle zu steuern.

Das bekannte Hochfrequenz-Heizgerät, bei dem die Antennen auf die Heizkammer hin ausgerichtet angeordnet sind, weist jedoch dadurch einen Nachteil auf, daß sich eine große Menge Wasser oder Fett vom Nahrungsmittel im Gehäuseinnern verteilt und auch in eine Kontaktstelle zwischen der Empfangsantenne und einem Detektor eindringt, was zu einer starken Veränderung der festgestellten Charakteristika führt.

Aus EP-A-461 269, die nach Artikel 54(3) EPÜ zu berücksichtigen ist, ist bereits ein Hochfrequenz-Heizgerät bekannt, bei dem eine Antenne zum Empfang eines Teils der elektromagnetischen Wellen, die von einem Funkwellen in einen Heizraum ausstrahlenden Teil abgegeben werden, und ein Detektor zum Erfassen der von der Antenne empfangenen elektrischen Leistung zusammen auf einer gedruckten Schaltungsplatine angeordnet sind. Der Betrieb der Hochfrequenz-Heizvorrichtung wird von einer Steuerung auf der Basis des Detektorausgangssignals gesteuert, um Nahrungsmittel optimal zu garen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Hochfrequenz-Heizgerät zu schaffen, bei dem eine Antenne außerhalb einer Heizkammer angeordnet ist, um nicht durch Wasser oder Fett, das vom Nahrungsmittel in die Heizkammer austritt, beeinträchtigt bzw. verschmutzt zu werden. Nach der Erfindung wird ein Hochfrequenz-Heizgerät geschaffen mit einem Hochfrequenz-Oszillator zum Erzeugen von Hochfrequenzschwingungen aus elektrischer Energie einer Stromversorgungseinheit; mit einem Gehäuse in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds, das eine Heizkammer umschließt, in die die Hochfrequenzschwingungen des Hochfrequenz- Oszillators eingeleitet werden; mit einer außerhalb der Heizkammer und an einer länglichen Öffnung in der Wand des Gehäuses angrenzend angeordneten Antenne; mit einer die Öffnung abdeckenden dielektrischen Platte, die an der Wand des Gehäuses so angeordnet ist, daß die Öffnung zwischen ihr und der Antenne liegt; mit einem Detektor, der das Ausgangssignal der Antenne erhält und einen an Masse angeschlossenen Abschnitt aufweist, der mit dem Gehäuse verbunden ist; und mit einer Steuerschaltung, der das Ausgangssignal des Detektors zugeführt wird und die ein Steuersignal an die Stromversorgungseinheit abgibt, wobei das Gehäuse in einer Ebene, in der die Öffnung der dielektrischen Platte gegenüberliegt, die Kontur eines geraden Wandabschnittes hat und die längliche Öffnung mit ihrer Längsrichtung schräg zum geraden Wandabschnitt der Kontur verläuft.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.

Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verdeutlicht, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen bezieht und sich auf die beigefügten Zeichnungen stützt. Es zeigt

Figur 1 eine schematisierte Ansicht eines Hochfrequenz-Heizgerätes nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine Schnittzeichnung eines Teiles des Heizgerätes nach Figur 1;

Figuren 3a, 3b u. 3c zeigen Ansichten in Richtung der Pfeile IIIa-IIIa, IIIb-IIIb bzw. IIIc-IIIc in Figur 2;

Figur 4 zeigt eine grafische Darstellung von Temperaturcharakteristika des Dielektrizitätsverlustes eines Nahrungsmittels, das sich im Heizgerät nach Figur 1 befindet;

Figur 5 zeigt eine grafische Darstellung einer Detektorausgangssignalwelle in dem Heizgerät nach Figur 1 und

Figuren 6a u. 6b zeigen der Figur 3c ähnliche Ansichten mit ersten bzw. zweiten Modifikationen.

Bevor mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, wird darauf hingewiesen, daß gleiche Teile in allen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In Figur 1 ist ein Hochfrequenz-Heizgerät K nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dem Heizgerät K werden von einem Hochfrequenz-Oszillator 1 abgegebene elektromagnetische Wellen über einen Wellenleiter 2 in eine Hochfrequenz-Heizkammer 3 geleitet, um ein Nahrungsmittel 4 in dem Innern des Gehäuses 30, das die Form eines rechteckigen Parallelepipeds hat, zu erhitzen. Elektromagnetische Wellen im Innern des Gehäuses 30 werden mit Hilfe einer dielektrischen Platte 5 und einer Öffnung 6 im Gehäuse 30 von einem Detektor 8 in Form von Gleichstrom erfaßt. Der Detektor 8 ist mit einer Antenne 7 ausgestattet. Der Detektor 8 weist einen an Masse angeschlossenen Leiter auf, dessen einer Abschnitt mit einer Wand des Gehäuses 30 verbunden ist. Ein vom Detektor 8 erfaßtes Stromsignal wird über einen Verstärker 9 einer Steuerschaltung 10 zugeführt, die mit einer Stromversorgungsschaltung 11 verbunden ist. Da der Verstärker 9 zwischen Detektor 8 und Steuerschaltung 10 angeordnet ist, kann die Stromversorgungsschaltung 11 mit einem gegenüber Störungen hohen Signalpegel gleichmäßig und sicher gesteuert werden.

In den Figuren 2 und 3a bis 3c sind die Öffnung 6 und der Detektor 8 dargestellt. Der Detektor 8 ist mit Maschinenkopfschrauben 13 an einem Bügel 12 befestigt, der an einer Außenfläche der Wand des Gehäuses 30 gehaltert ist. Der Detektor 8 ist in Form einer miniaturisierten Streifenleitung ausgebildet und enthält einen aktiven Leiter 14 sowie an Masse angeschlossene Flächen 15 und 16. Weiter enthält der Detektor 8 Widerstände 17, 18 und 19, eine Diode 20 und einen Kondensator 21. Die beiden an Masse angeschlossenen Flächen 15 und 16 sind miteinander über eine durchgehende Öffnung oder einen Verbindungsleiter 22 verbunden. Da die an Masse angeschlossene Fläche 16 mit dem Bügel 12 in Kontakt gehalten wird, haben die an Masse angeschlossenen Flächen 15 und 16 der miniaturisierten Streifenleitung ein Potential, das mit dem der Heizkammer 3 identisch ist, so daß eine stabil funktionierende Mikrowellen-Übertragungsschaltung erreicht wird. Ein weiterer Verbindungsleiter, 23, verbindet ein Leiterstück seitlich von der an Masse angeschlossenen Fläche 16 mit dem aktiven Leiter 14, der sich seitlich von der an Masse angeschlossenen Fläche 15 befindet und als Antenne 7 wirkt. Die dielektrische Platte 5 ist mit Hilfe eines Klebstoffes oder dergleichen an einer Innenfläche der Wand des Gehäuses 30 so befestigt, daß sie die Öffnung 6 abdeckt. Im Raum der Öffnung 6 liegt die dielektrische Platte 5 also der Antenne 7 gegenüber und verhindert, daß Wasser und Fett aus dem Innern des Gehäuses 30 die Antenne 7 direkt erreichen. Leitungsdrähte 24 und 25 sind mit dem aktiven Leiter 14 bzw. der an Masse angeschlossenen Fläche 15 durch ein Lötmittel oder dergleichen verbunden und bis zum Verstärker 9 geführt.

Die Öffnung 6 hat eine Kreuzform mit einander kreuzenden Abschnitten 6a und 6b; die sich kreuzenden Abschnitte 6a und 6b sind in einem Winkel Θ gegenüber einer horizontalen Richtung des Gehäuses 30 in Figur 3c geneigt. Wie aus Figur 2 hervorgeht, hat die Heizkammer 3 einen rechteckigen Umriß mit einem geraden Abschnitt 30A in einer Ebene, wo die Öffnung 6 der dielektrischen Platte 5 gegenüberliegt. Die sich kreuzenden Abschnitte 6a und 6b erstrecken sich demnach schräg zu dem geraden Abschnitt 30A, so daß es unwahrscheinlich ist, daß die Antenne 7 durch einen Moduswechsel der stehenden Welle in der Heizkammer 3 in Mitleidenschaft gezogen wird. Aus diesem Grunde kann eine einzige Antenne 7 einen durchschnittlichen vollständigen Wechsel des Dielektrizitätsverlustes in der Heizkammer 3 empfangen, so daß es keine Notwendigkeit für eine Mehrzahl an Antennen gibt. Da, wie aus den Figuren 3b und 3c hervorgeht, die sich kreuzenden Abschnitte 6a und 6b von einer Längsausrichtung der Antenne 7 abweichen, kann ein durchschnittlicher vollständiger Wechsel des Dielektrizitätsverlustes in der Heizkammer 3 von der Antenne 7 empfangen werden.

In der beschriebenen Ausführungsform weist die Öffnung 6 eine Kreuzform auf. Die Öffnung 6 ist jedoch nicht auf diese Kreuzform beschränkt, sondern kann auch jede längliche Form haben, wie es anhand der Öffnung 6' in Figur 6a oder der Öffnung 6" in Figur 6b dargestellt ist, wobei eine solche Längsausdehnung der Öffnung 6' oder 6" sich schräg zum geraden Abschnitt 30A des Umrisses erstreckt. Die Längsrichtung der Öffnung 6" oder 6" weicht von der Richtung der Längsausdehnung der Antenne 7 ab.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform befindet sich die Öffnung 6 in der Seitenwand des Gehäuses 30. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls in einer Anordnung vorgesehen sein, wo die Öffnung 6 sich in der oberen Wandung des Gehäuses 30 befindet.

In Figur 4 sind Temperaturcharakteristika des Dielektrizitätsverlustes (εr x tanδ) bei Rindfleisch oder Fisch bei einer Frequenz von 2.400 MHz im Heizgerät K dargestellt. Aus dieser Figur 4 geht hervor, daß der Dielektrizitätsverlust sich bei tiefgefrorenem Zustand, aufgetautem Zustand, Zustand bei Raumtemperatur und erhitztem Zustand des Nahrungsmittels stark verändert. Ist der Dielektrizitätsverlust groß, so zeigt das an, daß die elektromagnetischen Wellen vom Nahrungsmittel gut aufgenommen werden.

In Figur 5 ist ein Beispiel dargestellt, wo das Ausgangssignal beim Erhitzen von Rindfleisch im Heizgerät K aus dem tiefgefrorenen Zustand erfaßt wird. Aus den Figuren 4 und 5 geht hervor, daß bei geringem Dielektrizitätsverlust durch das Nahrungsmittel das Detektorausgangssignal groß ist. Ist andererseits der Dielektrizitätsverlust durch das Nahrungsmittel groß, wird das Detektorausgangssignal klein. Darum ist es durch die Steuerung der Stromversorgungsschaltung 11 auf der Basis der Größe des Detektorausgangssignals oder auf der Basis des Trends der Veränderung des Detektorausgangssignals möglich, automatisch ein Auftauen oder Erhitzen des Nahrungsmittels festzustellen.

Aus der gegebenen Beschreibung wird deutlich, daß in dem Heizgerät nach der vorliegenden Erfindung die Antenne außerhalb der Heizkammer angeordnet ist und die elektromagnetischen Wellen von der Öffnung im Gehäuse durch die dielektrische Platte empfangen und erfaßt werden. Die an Masse angeschlossenen Flächen des Detektors sind mit der Heizkammer verbunden. Bei der vorliegenden Erfindung tritt also nicht der unerwünschte Fall ein, daß durch Wasser oder Fett vom Nahrungsmittel die Antenne mit den an Masse angeschlossenen Flächen kurzgeschlossen wird; es kann also eine Steuerung des Heizgerätes über eine lange Betriebsdauer sichergestellt werden. Außerdem funktioniert der Detektor auch bei einer Massenherstellung zuverlässig.

Da das Leiterstück der gedruckten Schaltungsplatine, das den durch eine miniaturisierte Streifenleitung gebildeten Detektor bildet, als Antenne wirkt, ist die dimensionale Genauigkeit der Antenne besser als bei einer Anordnung, wo eine Antenne außerhalb der gedruckten Schaltungsplatine angeordnet ist, oder bei einer Anordnung, wo ein als Antenne wirkender Metallstab sich senkrecht von der gedruckten Schaltungsplatine erstreckt. Nach der vorliegenden Erfindung weist die Antenne also zuverlässige Mikrowellencharakteristika auf.

Wenn eine Frequenzfilterschaltung auf der Basis der miniaturisierten Streifenleitung der gedruckten Schaltungsplatine vorgesehen ist, können elektrische Teile für den Detektor wie Widerstände, die Diode und der Kondensator mit vergleichsweise niedriger Frequenz arbeiten, so daß für den Detektor niedrige Herstellkosten entstehen und er zuverlässig arbeitet.

Da die Längsrichtung der Öffnung schräg zu dem geraden Abschnitt der Kontur verläuft, die durch die Heizkammer in der Ebene definiert wird, wo die Öffnung der dielektrischen Platte gegenüberliegt, ist es unwahrscheinlich, daß die Antenne durch Modusveränderungen der stehenden Welle in der Heizkammer beeinträchtigt wird. Darum kann bei dem Detektor der vorliegenden Erfindung eine einzige Antenne einen durchschnittlichen Gesamtwechsel des Dielektrizitätsverlustes in der Heizkammer empfangen, und es ist nicht erforderlich eine Mehrzahl an Antennen vorzusehen.

Außerdem ist es möglich, mit nur einer Antenne auszukommen, weil die Richtung der Längsausdehnung der Öffnung von der Richtung der Längsausdehnung der Antenne abweicht. Weil der Verstärker zwischen Detektor und Steuerschaltung angeordnet ist, kann die Stromversorgungsschaltung mit gegenüber Störungen hohem Signalpegel gesteuert werden.

Obgleich die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen und auf der Basis der beigefügten Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, daß Fachleuten verschiedene Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Geistes der beigefügten Ansprüche möglich sind.


Anspruch[de]

1. Hochfrequenz-Heizgerät (K)

mit einem Hochfrequenz-Oszillator (1) zum Erzeugen von Hochfrequenzschwingungen aus elektrischer Energie einer Stromversorgungseinheit (11);

mit einem Gehäuse (30) in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds, das eine Heizkammer (3) umschließt, in die die Hochfrequenzschwingungen des Hochfrequenz-Oszillators (1) eingeleitet werden;

mit einer außerhalb der Heizkammer (3) und an einer länglichen Öffnung (6a, 6b, 6', 6") in der Wand des Gehäuses (30) angrenzend angeordneten Antenne (7); mit einer die Öffnung (6a, 6b, 6', 6") abdeckenden, dielektrischen Platte (5), die an der Wand des Gehäuses (30) so angeordnet ist, daß die Öffnung zwischen ihr und der Antenne (7) liegt;

mit einem Detektor (8), der das Ausgangssignal der Antenne (7) erhält und einen geerdeten Abschnitt (15, 16) aufweist, der mit dem Gehäuse (30) verbunden ist;

und

mit einer Steuerschaltung (10), der das Ausgangssignal des Detektors (8) zugeführt wird und die ein Steuersignal an die Stromversorgungseinheit (11) abgibt; wobei das Gehäuse (30) in einer Ebene, in der die Öffnung (6a, 6b, 6', 6") der dielektrischen Platte (5) gegenüberliegt, die Kontur eines geraden Wandabschnittes (30A) hat und die längliche Öffnung (6a, 6b, 6', 6") mit ihrer Längsrichtung schräg zum geraden Wandabschnitt (30A) der Kontur verläuft.

2. Hochfrequenz-Heizgerät nach Anspruch 1, mit zwei länglichen Öffnungen (6a, 6b), die eine Kreuzform bilden.

3. Hochfrequenz-Heizgerät nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (6', 6") ein länglicher Schlitz ist, der um einen Winkel (Θ) schräg zum geraden Wandabschnitt (30A) verläuft.

4. Hochfrequenz-Heizgerät (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Detektor (8) durch eine gedruckte Schaltung dargestellt ist, wobei ein Leiterabschnitt der gedruckten Schaltung die Antenne (7) bildet.

5. Hochfrequenz-Heizgerät (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Längsrichtung(en) der Öffnung (6', 6") bzw. Öffnungen (6a, 6b) von der Längsrichtung der Antenne (7) abweicht bzw. abweichen.

6. Hochfrequenz-Heizgerät (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem zwischen dem Detektor (8) und der Steuerschaltung (10) angeordneten Verstärker (9).







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