DE1046219B - High frequency furnace - Google Patents
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- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Öfen, bei denen sich das zu erwärmende oder aus anderen Gründen mit Hochfrequenzenergie zu behandelnde Gut in einem von metallenen Wänden begrenzten Hohlraum befindet, in welchen Energie in Form von hochfrequenter elektrischer Strahlung eingeführt wird. Zu dieser Gattung von Einrichtungen gehören also z. B. die sogenannten Mikrowellenofen, welche zur Erwärmung von Speisen verwendet werden.The present invention relates to ovens in which the one to be heated or from others Grounds to be treated with high-frequency energy in a property delimited by metal walls Cavity is located in which energy is introduced in the form of high-frequency electrical radiation will. This type of facility includes, for. B. the so-called microwave oven, which can be used to heat food.
Solche Einrichtungen weisen den Nachteil auf, daß sich im Hohlraum ausgeprägte stehende Wellen ausbilden. Daher ist die Energieaufnahme des Gutes stark von seiner Lage im Hohlraum abhängig, und es ist zudem eine befriedigende elektrische Anpassung des Hohlraumes an den Hochfrequenzgenerator namentlich bei geringer Belastung nur schwer zu erzielen. Such devices have the disadvantage that pronounced standing waves are formed in the cavity. Therefore, the energy absorption of the good is strongly dependent on its position in the cavity, and it is also a satisfactory electrical adaptation of the cavity to the high-frequency generator Difficult to achieve, especially with low loads.
Es ist bekannt, diesen Nachteil dadurch zu mildern, daß im Hohlraum ein ständig bewegter, z. B. rotierender Körper angeordnet wird, der etwa die Gestalt eines Ventilators annehmen kann. Dieser bewegte Körper beeinflußt die elektromagnetischen Eigenresonanzen des Hohlraumes und bewirkt eine im Mittel gleichmäßigere Verteilung der Hochfrequenzenergie; seine Anwendung stellt jedoch eine Komplikation bei Bau und Betrieb des Ofens dar.It is known to mitigate this disadvantage in that a constantly moving, z. B. rotating Body is arranged, which can take about the shape of a fan. This moved Body influences the self-electromagnetic resonance of the cavity and causes one on average more even distribution of high frequency energy; however, its use introduces a complication The construction and operation of the furnace.
Es ist ebenfalls bekannt, dem Ofen die Hochfrequenzleistung örtlich verteilt zuzuführen und durch passende Gestaltung der JEinfüfarungsschlitze eine bestimmte Polarisation der eingeführten Schwingungen zu erzwingen. Ein Teil der im Ofen reflektierten Leistung gelangt naturgemäß auch hierbei durch die Schlitze zum Generator zurück. Dieser Nachteil kann durch die Anordnung eines Dämpfungswiderstandes zwar gemildert, aber trotz großem Aufwand (Kü'hlung!) nicht beseitigt werden; diese Maßnahme bringt außerdem eine Verkleinerung des Wirkungsgrades mit sich.It is also known to supply the high-frequency power locally distributed and through the furnace suitable design of the insertion slots a certain To force polarization of the introduced vibrations. Part of the reflected in the furnace Naturally, power also returns to the generator through the slots. This disadvantage can by the arrangement of a damping resistor, although mitigated, but despite great effort (cooling!) not be eliminated; this measure also brings about a reduction in efficiency with himself.
Der mehrfach genannte Nachteil mit seinen die Handhabung des Ofens erschwerenden Folgen kann nun auf einfachste Weise dadurch beseitigt werden, daß im Hohlraum Mittel zur Veränderung der Polarisationsrichtung der hochfrequenten Strahlung angeordnet werden, und zwar so, daß die im Hohlraum reflektierten Schwingungen nicht mehr durch die Einführungsstelle entweichen können. Ein Mikrowellenofen gemäß der Erfindung ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Hohlraumes bei mindestens einer seiner Wände ein Polarisationsgitter angeordnet ist, das parallel zur Wand steht und die Polarisationsrichtung der an dieser Wand reflektierten Strahlung gegenüber der Polarisationsrichtung der auf die Wand auftreffenden Strahlung um wenigstens angenähert 90° verändert.The disadvantage mentioned several times, with its complicating consequences for the handling of the oven can now be eliminated in the simplest way that means for changing the polarization direction in the cavity the high-frequency radiation are arranged, in such a way that the in the cavity reflected vibrations can no longer escape through the insertion point. A microwave oven according to the invention is therefore characterized in that in the interior of the cavity at at least one of its walls a polarization grating is arranged, which is parallel to the wall and the Direction of polarization of the radiation reflected on this wall in relation to the direction of polarization the radiation hitting the wall changed by at least approximately 90 °.
HochfrequenzofenHigh frequency furnace
Anmelder:Applicant:
»Patelhold«"Patelhold"
Patentverwertungs- & Elektr ο-Holding
A.-G., Glarus (Schweiz)Patent exploitation & electr ο holding
A.-G., Glarus (Switzerland)
Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr, 6Representative: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney,
Munich 23, Dunantstr, 6
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 16. April 1957Claimed priority:
Switzerland from April 16, 1957
Dipl.-Ing. Gustav Guanella, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Gustav Guanella, Zurich (Switzerland),
has been named as the inventor
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ofens sei an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert. Die Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel den durch rechteckige metallische Wände B, D, W begrenzten Hohlraum, in welchen durch den Wellenleiter L Hochfrequenzenergie eingeführt wird. Die Polarisationsrichtung E0 der eingeführten Strahlung liegt parallel zur Zeichnungsebene. Nahe der dem Wellenleiter L gegenüberliegenden Wand B des Hohlraumes ist ein Polarisationsgitter Gx angeordnet. Aufbau und Wirkungsweise derartiger Gitter sind an sich wohlbekannt; es sei daher hier lediglich der Vollständigkeit halber daran erinnert, daß sie aus parallel zueinander verlaufenden Leitern bestehen, und daß sie Schwingungen, deren Polarisationsrichtung mit der Leiterrichtung zusammenfällt, reflektieren, während Schwingungen mit senkrecht dazu verlaufender Polarisationsrichtung durchgelassen werden. Im vorliegenden Fall ist die Leiterrichtung gegenüber der Polarisationsrichtung E0 der eingeführten Strahlung um 45° verdreht, und es ist der Abstand des Gitters Gx von der Wand B gleich einem Viertel der Wellenlänge λ der eingeführten Strahlung oder gleich einem ungeradzahligen Vielfachen dieses AVertes. Am Gitter wird also (s. Fig. 2) die in Leiterrichtung liegende Komponente E0' der eingeführten Schwingung E0 reflektiert (-E0), während die senkrecht dazu liegende Komponente E0" durchgelassen wird. Diese Komponente erreicht die Wand B, an der sie reflektiert wird (-E0"). Sie durchsetzt sodann erneut das Gitter G1. Da sie in-The mode of operation of the furnace according to the invention will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. 1 shows, as an exemplary embodiment, the cavity delimited by rectangular metallic walls B, D, W into which high-frequency energy is introduced through the waveguide L. The polarization direction E 0 of the introduced radiation lies parallel to the plane of the drawing. A polarization grating G x is arranged near the wall B of the cavity opposite the waveguide L. The structure and mode of operation of such grids are well known per se; For the sake of completeness, it should therefore be remembered that they consist of conductors running parallel to one another, and that they reflect vibrations whose direction of polarization coincides with the direction of the conductor, while vibrations with a direction of polarization perpendicular thereto are allowed to pass. In the present case, the conductor direction is rotated by 45 ° with respect to the polarization direction E 0 of the introduced radiation, and the distance of the grating G x from the wall B is equal to a quarter of the wavelength λ of the introduced radiation or equal to an odd multiple of this A value. At the grating, the component E located in guide direction is thus (s. Fig. 2) 0 'of the inserted vibration E 0 reflects (-E 0) to lying component E is transmitted through 0 "while the vertical. This component reaches the wall B, on which it is reflected (-E 0 "). It then passes through the grid G 1 again . Since they in-
809 698/408809 698/408
zwischen einen um λ/2 (oder ein ungeradzahliges Viel- ! faches dieses Wertes) längeren Weg zurückgelegt hat als die Komponente E0, tritt sie oberhalb des Gitters G1 mit einer Phasenverschiebung von 180° als + E0" in Erscheinung und vereinigt sich mit der Komponente — Ti0' zu einer Schwingung E1, deren Polarisationsrichtung um 90° gegenüber derjenigen der eingeführten Schwingung E0 verdreht ist.between a to λ / 2 (or an odd-numbered multiplicity! multiple of this value) longer path has traveled as the component E 0, it enters above the grid G 1 with a phase shift of 180 ° when + E 0 "united in appearance and with the component - Ti 0 'to an oscillation E 1 , the direction of polarization of which is rotated by 90 ° with respect to that of the introduced oscillation E 0 .
Es ist nun sehr leicht, diese reflektierte Schwingung vom Hochfrequenzgenerator fernzuhalten. Dazu kann beispielsweise in der Mündung des Wellenleiters L ein Polarisationsgitter G0 angeordnet sein, welches die eingeführte Schwingung E0 durchläßt und die um 90D verdrehte Schwingung E1 in den Hohlraum zurückreflektiert. Die Leiterrichtung des Gitters G0 muß also senkrecht zur Polarisationsrichtung E0 der eingeführten Strahlung stehen. Wird die Hochfrequenzenergie nicht über einen Wellenleiter, sondern etwa über eine Kopplungsschleife oder über einen Dipol eingeführt, so sind besondere Maßnahmen gar nicht ao notwendig, da solche Elemente ohnehin als Empfänger für Schwingungen unempfindlich sind, deren Polarisationsrichtung um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung der abgestrahlten Schwingungen verdreht ist.It is now very easy to keep this reflected oscillation away from the high frequency generator. For this purpose a polarization grid G 0 may be arranged for example in the mouth of the waveguide L, which transmits the introduced vibration E 0 and the twisted by 90 D E 1 vibration is reflected back into the cavity. The conductor direction of the grating G 0 must therefore be perpendicular to the polarization direction E 0 of the radiation introduced. If the high-frequency energy is not introduced via a waveguide, but rather via a coupling loop or a dipole, special measures are not even necessary, since such elements as receivers are insensitive to vibrations, whose polarization direction is 90 ° compared to the polarization direction of the radiated vibrations is twisted.
Eine wesentliche Verbesserung gegenüber der bisher besprochenen Anordnung läßt sich erzielen, wenn nahe der den Wellenleiter L enthaltenden Wand D, welche zur Wand B parallel liegt, ein weiteres Polarisationsgitter G2 vorgesehen wird. Seine Leiterrichtung ist um 45~O gegenüber der Polarisationsrichtung der eingeführten Strahlung verdreht; sie steht also parallel oder senkrecht zu derjenigen des Gitters G1. Das Gitter G2 läßt den für die Einführung der Strahlung erforderlichen Querschnitt frei; es ist im übrigen nach den für das Gitter G1 erläuterten Gesichtspunkten aufgebaut und angeordnet. Es ist leicht einzusehen, daß die auf das Gitter G1 auftreffende Schwingung E1 eine erneute Drehung ihrer Polarisationsrichtung um 90° erfährt. Der Schwingungsvorgang im Hohlraum setzt sich dann aus zwei in entgegengesetzter Richtung fortlaufenden Wellen zusammen, deren Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen. Die in Fig. 1 von oben nach unten laufende Welle ist also parallel zur Zeichnungsebene (E0), die von unten nach oben laufende Welle.senkrecht dazu polarisiert (.E1). Diese beiden Wellen können sich also nicht zu einer stehenden Welle vereinigen. Es fehlen daher im Hohlraum Stellen mit extrem großen oder extrem kleinen Energiedichten, wodurch die Einwirkung der Hodhfrequenzenergie auf das Gut praktisch nicht mehr von dessen Lage im Hohlraum abhängt. Die Rückwirkung der Vorgänge im Hohlraum auf den Hochfrequenzgenerator und damit die eingangs erwähnten Anpassungsschwierigkeiten sind ebenfalls weitgehend beseitigt. Bei gewissen Gütern mit besonderer Beschaffenheit oder Gestalt wirkt sich zudem noch die Tatsache vorteilhaft aus, daß gleichzeitig Wellen mit verschiedenen Polarisationsrichtungen auf sie einwirken.A substantial improvement over the arrangement discussed so far can be achieved if a further polarization grating G 2 is provided near the wall D containing the waveguide L , which is parallel to the wall B. Its conductor direction is rotated by 45 ~ O with respect to the polarization direction of the introduced radiation; it is therefore parallel or perpendicular to that of the grating G 1 . The grating G 2 leaves the cross section required for the introduction of the radiation free; it is also constructed and arranged according to the aspects explained for the grating G 1. It is easy to see that the oscillation E 1 impinging on the grating G 1 experiences a renewed rotation of its polarization direction by 90 °. The oscillation process in the cavity is then composed of two waves running in opposite directions, the polarization directions of which are perpendicular to one another. The wave running from top to bottom in FIG. 1 is thus parallel to the plane of the drawing (E 0 ), the wave running from bottom to top is polarized perpendicular to it (.E 1 ). So these two waves cannot unite to form a standing wave. There are therefore no places in the cavity with extremely large or extremely small energy densities, so that the effect of the high frequency energy on the material is practically no longer dependent on its location in the cavity. The reaction of the processes in the cavity on the high-frequency generator and thus the adjustment difficulties mentioned at the beginning are also largely eliminated. In the case of certain goods with a special nature or shape, the fact that waves with different polarization directions act on them at the same time has an additional effect.
Es kann aus konstruktiven Gründen von Vorteil sein, wenn die Leiterrichtungen der Gitter G1 und G2 parallel zu den Seitenwänden W des Hohlraumes verlaufen. Dann ist die Polarisationsrichtung des die Energie einführenden Elementes (Wellenleiter, Koppelschleife oder Dipol) um 45° aus der in Fig. 1 gezeigten Lage zu verdrehen. Der Grundriß des Hohlraumes kann quadratisch oder, wie in Fig. 1 gezeigt, rechteckig sein. Die Erfindung ist aber natürlich keineswegs auf Hohlräume von viereckigem Querschnitt beschränkt, sondern sie läßt sich ebensogut beispielsweise auch in zylindrischen Hohlräumen anwenden. For structural reasons, it can be advantageous if the conductor directions of the grids G 1 and G 2 run parallel to the side walls W of the cavity. Then the direction of polarization of the element introducing the energy (waveguide, coupling loop or dipole) must be rotated by 45 ° from the position shown in FIG. The outline of the cavity can be square or, as shown in FIG. 1, rectangular. The invention is of course in no way restricted to cavities with a square cross-section, but it can just as well be used, for example, in cylindrical cavities.
Wird übrigens das Polarisationsgitter G1 nicht im oben angegebenen Abstand von der Wand B angeordnet, sondern beispielsweise im Abstand 2/8, so ist die nach oben laufende reflektierte Welle zirkulär polarisiert. Bei entsprechender Anordnung des Polarisationsgitters G2 entsteht wiederum eine nach unten laufende linear polarisierte Welle. Wenn auch die oben angeführten Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahme bei einer derartigen Anordnung nicht mehr in vollem Umfang eintreten, so kann diese Anordnung doch unter bestimmten Umständen, etwa bei beschränktem Platz, zweckmäßig sein.Incidentally, if the polarization grating G 1 is not arranged at the above-mentioned distance from the wall B , but for example at a distance of 2/8, the reflected wave traveling upwards is circularly polarized. With a corresponding arrangement of the polarization grating G 2 , a linearly polarized wave running downwards is again produced. Even if the abovementioned advantages of the measure according to the invention no longer occur in their entirety with such an arrangement, this arrangement can nevertheless be expedient under certain circumstances, for example when space is limited.
Sehr nützlich kann in gewissen Fällen auch eine Anordnung sein, in welcher der Abstand wenigstens eines Polarisationsgitters von der zugeordneten Wand veränderbar ist. Es ist dann möglich, die optimalen Bedingungen, etwa im Hinblick auf ein Minimum der auf den Hochfrequenzgenerator zurückwirkenden Energie, im Betrieb einzustellen.In certain cases, an arrangement in which the distance at least of a polarization grating from the associated wall can be changed. It is then possible to find the optimal Conditions, for example with regard to a minimum of those that have an effect on the high-frequency generator Energy to cease in operation.
An Stelle der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Polarisationsgitter aus parallelen Leitern können natürlich auch andere Mittel zur Veränderung der Polarisationsrichtung vorgesehen werden, so beispielsweise parallel zueinander verlaufende Streifen aus Material mit hoher Dielektrizitätskonstante. In jedem Falle kann ein Gitter als Träger für das Gut ausgebildet sein.Instead of the polarization grating of parallel conductors described in the exemplary embodiment other means for changing the polarization direction can of course also be provided, see above for example mutually parallel strips of material with a high dielectric constant. In any case, a grid can be designed as a carrier for the good.
Der Erfindungsgedanke kann auch dann mit Vorteil Anwendung finden, wenn Energie aus einem oder auch-aus mehreren Hochfrequenzgeneratoren an mehreren Stellen in den Hohlraum eingeführt wird. In einer Einrichtung nach Fig. 1 wäre dazu· z. B. ein zweiter Wellenleiter vorzusehen, der in der Wand B mündet und der eine Schwingung einführt, deren Polarisationsrichtung senkrecht zur Zeichnungsebene (d. h. senkrecht zu E0 und daher parallel zu E1) steht. Auch in diesem Falle setzt sich der Schwingungsvorgang im Hohlraum aus zwei in entgegengesetzter Richtung fortlaufenden Wellen zusammen, deren Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen. Bei Speisung durch zwei voneinander unabhängige Hochfrequenzgeneratoren ist jede dieser Wellen aus zwei Komponenten zusammengesetzt, deren Frequenzen im allgemeinen etwas voneinander verschieden sein werden.The concept of the invention can also be used to advantage when energy from one or also from several high-frequency generators is introduced into the cavity at several points. In a device according to FIG. B. to provide a second waveguide which opens into the wall B and which introduces an oscillation whose direction of polarization is perpendicular to the plane of the drawing (ie perpendicular to E 0 and therefore parallel to E 1 ) . In this case, too, the oscillation process in the cavity is composed of two waves running in opposite directions, the polarization directions of which are perpendicular to one another. When fed by two independent high-frequency generators, each of these waves is composed of two components, the frequencies of which will generally be somewhat different from one another.
Claims (6)
USA.-PatentBch.rift Nr. 2 704 802.Considered publications:
U.S. Patent Booklet No. 2,704,802.
Applications Claiming Priority (2)
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DEP18451A Pending DE1046219B (en) | 1957-04-16 | 1957-05-02 | High frequency furnace |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3120900A1 (en) * | 1981-05-26 | 1983-06-16 | Karl Dr. 7800 Freiburg Fritz | Microwave operating space |
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1957
- 1957-05-02 DE DEP18451A patent/DE1046219B/en active Pending
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1958
- 1958-04-16 GB GB12080/58A patent/GB837063A/en not_active Expired
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GB837063A (en) | 1960-06-09 |
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