Mikrowelle

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Hintergrund

Mikrowellen sind eigentlich ein Segment des elektromagnetischen Wellenspektrums, das Energieformen umfasst, die sich durch den Raum bewegen und durch die Wechselwirkung von elektrischen und magnetischen Feldern erzeugt werden. Das Spektrum wird im Allgemeinen in Untergruppen unterteilt, die durch die verschiedenen Wellenlängen (oder Frequenzen) und das Emissions-, Transmissions- und Absorptionsverhalten verschiedener Arten von Wellen bestimmt werden. Von den längsten bis zu den kürzesten Wellenlängen umfasst das Spektrum elektrische und Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung), sichtbares Licht, ultraviolette Strahlung, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und elektromagnetische kosmische Strahlung. Mikrowellen haben Frequenzen zwischen ungefähr 0,11 und 1,2 Zoll (0,3 und 30 Zentimeter).

Mikrowellen selbst werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise in Telekommunikationsprodukten, Radardetektoren, der Holzhärtung und -trocknung und der medizinischen Behandlung bestimmter Krankheiten. Einige ihrer Eigenschaften machen sie jedoch ideal zum Kochen, der bei weitem häufigsten Verwendung von Mikrowellenenergie. Mikrowellen können Plastik-, Glas- und Papiermaterialien durchdringen; Metalloberflächen reflektieren sie und Lebensmittel (insbesondere Flüssigkeiten) nehmen sie auf. Ein Gericht in einem herkömmlichen Backofen wird von außen nach innen erhitzt, da es langsam die erwärmte Umgebungsluft aufnimmt. Mikrowellen hingegen erhitzen Speisen viel schneller, da sie alle Schichten gleichzeitig durchdringen. Im Inneren eines Lebensmittels oder eines mit Flüssigkeit gefüllten Behälters regen die Mikrowellen Moleküle an und erhitzen dabei die Substanz.

Die Fähigkeit der Mikrowellenenergie zum Kochen von Speisen wurde in den 1940er Jahren von Dr. Percy Spencer entdeckt, der während des Zweiten Weltkriegs an Radarvakuumröhren für das Militär geforscht hatte. Spencers Experimente zeigten, dass hochfrequente Radiowellen bestimmte Arten von Molekülen, wie sie in Lebensmitteln vorkommen, durchdringen und anregen, wenn sie in ein Metallgehäuse eingeschlossen sind. Die Mikrowellen sind gerade stark genug, um das Essen zu kochen, aber nicht stark genug, um seine molekulare oder genetische Struktur zu verändern oder es radioaktiv zu machen.

Raytheon, das Unternehmen, für das Dr. Spencer diese Forschungen durchführte, patentierte die Technologie und entwickelte bald Mikrowellenherde, die große Mengen an Lebensmitteln garen konnten. Da die Herstellungskosten sie für die meisten Verbraucher zu teuer machten, wurden diese frühen Öfen hauptsächlich von Krankenhäusern und Hotels verwendet, die sich die 3.000-Dollar-Investition, die sie darstellten, leichter leisten konnten. In den späten 1970er Jahren hatten jedoch viele Unternehmen Mikrowellenherde für den Heimgebrauch entwickelt, und die Kosten begannen zu sinken. Heute sind Mikrowellen ein Standard-Haushaltsgerät, erhältlich in vielen Ausführungen und mit vielen praktischen Features:Drehteller für gleichmäßigeres Garen; digitale Zeitschaltuhren; Autoprogramming-Fähigkeiten; und einstellbare Kochleistungsstufen, die unter anderem Auftauen, Bräunen und Erwärmen ermöglichen.

Design

Die Grundkonstruktion eines Mikrowellenherdes ist einfach und die meisten funktionieren im Wesentlichen auf die gleiche Weise. Die verschiedenen elektronischen Motoren, Relais und Steuerkreise des Backofens befinden sich am Außengehäuse, an dem der Backofeninnenraum verschraubt ist. Über eine Frontplatte kann der Benutzer die Mikrowelle programmieren, und die Backofeninnenraum und Backofentür werden durch Umformtechnik hergestellt und anschließend durch Elektrotauchlackierung lackiert, bei der Elektro Zum Auftragen der Farbe wird Strom verwendet.
Die Magnetronröhren-Unterbaugruppe enthält mehrere wichtige Teile. Ein starker Magnet wird um die Anode herum platziert, um das Magnetfeld bereitzustellen, in dem die Mikrowellen erzeugt werden, während ein Wärmeschutz direkt am Magnetron angebracht ist, um eine Beschädigung der Röhre durch Überhitzung zu verhindern. Oben auf der Anode wird eine in einem Glasrohr eingeschlossene Antenne montiert, und die Luft im Rohr wird abgepumpt, um ein Vakuum zu erzeugen. Außerdem ist ein Gebläsemotor zum Kühlen der Metallrippen des Magnetrons direkt an der Röhre angebracht. Der Türrahmen hat ein kleines Fenster, damit der Koch das Essen während des Garvorgangs sehen kann.

Nahe der Oberseite des Stahlofenhohlraums befindet sich ein Magnetron – eine elektronische Röhre, die hochfrequente Mikrowellenschwingungen erzeugt –, die die Mikrowellen erzeugt. Die Mikrowellen werden durch einen Metallwellenleiter und in ein Rührgebläse geleitet, das ebenfalls nahe der Oberseite des Hohlraums positioniert ist. Der Ventilator verteilt die Mikrowellen gleichmäßig im Ofen. Die Hersteller variieren die Mittel, mit denen sie Mikrowellen ausgeben, um einheitliche Garmuster zu erzielen:Einige verwenden Doppelrührgebläse an gegenüberliegenden Wänden, um die Mikrowellen in den Garraum zu leiten, während andere Einlassöffnungen am Boden des Garraums verwenden, sodass Mikrowellen von beiden Seiten eintreten können oben und unten. Außerdem drehen viele Öfen Lebensmittel auf einem Drehteller.

Rohstoffe

Die Abdeckung oder das äußere Gehäuse des Mikrowellenherds ist normalerweise ein einteiliges, umlaufendes Metallgehäuse. Die Innenwände und Türen des Backofens sind aus verzinktem oder Edelstahl und sind mit einer Acryl-Emaille-Beschichtung versehen, die normalerweise hell ist, um eine gute Sichtbarkeit zu bieten. Die Kochfläche besteht in der Regel aus Keramik oder Glas. Im Inneren des Ofens bestehen elektromechanische Komponenten und Steuerungen aus Timer-Motoren, Schaltern und Relais. Ebenfalls im Inneren des Ofens befinden sich die Magnetronröhre, der Waveguide und das Rührgebläse, alle aus Metall. Die Hardware, die die verschiedenen Komponenten verbindet, besteht aus einer Vielzahl von Metall- und Kunststoffteilen wie Zahnrädern, Riemenscheiben, Riemen, Muttern, Schrauben, Unterlegscheiben und Kabeln.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Ofenkavität und Türenherstellung

• 1 Der Herstellungsprozess eines Mikrowellenherdes beginnt mit dem Garraum und der Tür. Zuerst wird der Rahmen mit automatischen Umformpressen geformt, die etwa 12 bis 15 Teile pro Minute herstellen. Der Rahmen wird dann in alkalischem Reinigungsmittel gespült, um Schmutz oder Öl zu entfernen, und weiter mit Wasser gespült, um die alkalische Lösung zu entfernen.
• 2 Als nächstes wird jedes Teil mit Zinkphosphat behandelt, das es für die Elektroabscheidung vorbereitet. Die galvanische Abscheidung besteht aus dem Eintauchen der Teile in eine Farbe 2,5 Minuten bei 200 Volt tanken. Die resultierende Beschichtung ist etwa 1,5 mil dick. Die Teile werden dann durch einen Farbbrennvorgang bewegt, bei dem die Farbe 20 Minuten lang bei 300 Grad Fahrenheit (149 Grad Celsius) gehärtet wird. Das Chassis oder der Rahmen wird für die Hauptmontage auf einer Palette montiert. Eine Palette ist ein schraubstockähnliches Gerät, das in Verbindung mit anderen Werkzeugen verwendet wird.
• 3 Nach dem Lackieren der Tür wird ein Lochblech an der Fensteröffnung angebracht. Die Platte reflektiert Mikrowellen, lässt aber Licht in den Hohlraum eindringen (die Tür wird erst später beim Zusammenbau des Chassis an dem Hohlraum befestigt).

Die Magnetronröhren-Unterbaugruppe

• 4 Die Magnetronröhrenbaugruppe besteht aus einem Kathodenzylinder, einem Heizfaden, einer Metallanode und einer Antenne. Der Glühfaden ist an der Kathode befestigt und die Kathode ist im Anodenzylinder eingeschlossen; Diese Zelle wird den Strom liefern, der zur Erzeugung der Mikrowellen beiträgt. An den Anodenzylinder sind Kühlrippen aus Metall geschweißt, und um die Anode herum ist ein starker Magnet angebracht, um das Magnetfeld bereitzustellen, in dem die Mikrowellen erzeugt werden. Ein Metallband hält die komplette Baugruppe zusammen. Ein Thermoschutz ist direkt am Magnetron angebracht, um eine Beschädigung der Röhre durch Überhitzung zu verhindern.
• 5 Eine in einem Glasrohr eingeschlossene Antenne wird oben auf der Anode montiert und die Luft in dem Rohr wird abgepumpt, um ein Vakuum zu erzeugen. Der Hohlleiter ist mit dem Magnetron oben auf der vorstehenden Antenne verbunden, während ein Gebläsemotor zur Kühlung der Metallrippen des Magnetrons direkt an der Röhre angebracht ist. Schließlich ist am Motor ein Kunststofflüfter angebracht, der Luft von außerhalb des Ofens ansaugt und in Richtung der Lamellen leitet. Damit ist die Magnetron-Unterbaugruppe vervollständigt.

Hauptchassisbaugruppe

• 6 Die Chassis-Montagearbeiten werden auf einer Palette durchgeführt – einer Spannvorrichtung, die in Verbindung mit anderen Werkzeugen verwendet wird – die sich an der Station befindet. Zuerst wird das Hauptchassis auf die Palette gestellt und die Kavität mit dem Chassis verschraubt. Anschließend wird die Tür mit Scharnieren am Hohlraum und am Chassis befestigt. Die Magnetronröhre wird dann an der Seite des Hohlraums und des Hauptchassis verschraubt. In einem fertigen Mikrowellenherd erzeugt die Magnetronröhre die Mikrowellen und der Wellenleiter leitet sie zum Rührgebläse. Dieser Ventilator leitet die Wellen wiederum in den Garraum, wo sie die Speisen im Inneren erhitzen.
• 7 Die Schaltung, die die zum Betrieb der Magnetronröhre erforderliche Spannung erzeugt, besteht aus einem großen Transformator, einem Kondensator auf Ölbasis und einem Hochspannungsgleichrichter. Alle diese Komponenten sind direkt am Chassis in der Nähe der Magnetronröhre montiert.

Rührgebläse

• 8 Das Rührgebläse zum Umwälzen der Mikrowellen ist oben auf der Kavität montiert. Einige Hersteller verwenden eine Riemenscheibe, um den Lüfter vom Magnetron-Gebläsemotor anzutreiben; andere verwenden einen separaten Rührermotor, der direkt am Ventilator befestigt ist. Sobald der Rührerlüfter angebracht ist, wird ein Rührerschild auf die Lüfterbaugruppe geschraubt. Die Abschirmung verhindert, dass Schmutz und Fett in den Wellenleiter eindringen, wo sie Lichtbögen erzeugen und das Magnetron beschädigen könnten.

Steuerschalter, Relais und Motoren

• 9 Der Kochschalter versorgt den Transformator mit Strom, indem er ein Relais und einen Timer aktiviert. Das Relais wird in der Nähe des Leistungstransformators montiert, während die Zeitschaltuhr auf der Steuerplatine montiert ist. Der Auftauschalter funktioniert wie der Kochschalter und aktiviert einen Motor und einen Timer, um den Auftauzyklus zu betreiben. Auf der Steuerplatine sind außerdem eine Timer-Glocke angebracht, die klingelt, wenn der Garvorgang abgeschlossen ist, und ein Lichtschalter, der das Betrachten des Garraums ermöglicht. Im oberen und unteren Bereich des Türbereichs sind mehrere Verriegelungsschalter angebracht. Die Verriegelungsschalter werden manchmal zusammen mit einem Sicherheitsschalter gruppiert, der die anderen Schalter überwacht und Schutz bietet, wenn die Tür während des Ofenbetriebs versehentlich geöffnet wird.

Frontplatte

• 10 Am Chassis ist eine Frontplatte angebracht, die es dem Bediener ermöglicht, die verschiedenen zum Kochen verfügbaren Einstellungen und Funktionen auszuwählen. Hinter der Frontplatte ist die Steuerplatine angebracht. Die Platine, die beim Drücken der Schalter auf der Frontplatte die verschiedenen programmierten Operationen in der richtigen Reihenfolge steuert, ist über Steckbuchsen und Kabel mit den verschiedenen Komponenten und der Frontplatte verbunden.

Herstellung und Zusammenbau des Gehäuses

• 11 Das Außengehäuse der Mikrowelle besteht aus Metall und wird auf einem Rollformer montiert. Der Koffer wird auf den vormontierten Mikrowellenherd geschoben und mit dem Hauptchassis verschraubt.

Backofen testen und verpacken

• 12 Die Stromkabel und Drehknöpfe sind jetzt am Ofen befestigt und er wird zum automatischen Test gesendet. Die meisten Hersteller lassen den Ofen im Rahmen des Testprozesses 50-100 Stunden ununterbrochen laufen. Nach Abschluss der Tests erfasst ein Palettierroboter die Modell- und Seriendaten des Ofens zu Inventarzwecken und der Ofen wird zur Verpackung geschickt. Damit ist der Herstellungsprozess abgeschlossen.

Qualitätskontrolle

Eine umfassende Qualitätskontrolle während der Herstellung von Mikrowellenherden ist unerlässlich, da Mikrowellenherde Strahlung aussenden, die jeden, der über längere Zeit hohen Konzentrationen ausgesetzt ist, verbrennen kann. Bundesvorschriften, die für alle nach Oktober 1971 hergestellten Öfen gelten, begrenzen die Strahlungsmenge, die aus einem Ofen austreten kann, auf 5 Milliwatt Strahlung pro Quadratzentimeter bei ungefähr 2 Zoll von der Ofenoberfläche. Die Vorschriften verlangen auch, dass alle Öfen über zwei unabhängige, ineinandergreifende Schalter verfügen, um die Mikrowellenproduktion zu stoppen, sobald der Riegel freigegeben oder die Tür geöffnet wird.

Darüber hinaus wird ein computergesteuerter Scanner verwendet, um Emissionslecks um die Tür, das Fenster und die Rückseite des Ofens zu messen. Andere Scanner prüfen den Sitz der Magnetronröhre und der Antennenstrahlung. Jeder Scannervorgang leitet Daten an den nächsten Online-Vorgang weiter, damit alle Probleme behoben werden können.

Die Zukunft

Aufgrund ihrer Schnelligkeit und Bequemlichkeit sind Mikrowellenherde aus modernen Küchen nicht mehr wegzudenken. Viele Entwicklungen auf dem Mikrowellenmarkt und verwandten Industrien vollziehen sich ziemlich schnell. Zum Beispiel sind Lebensmittel und Utensilien, die speziell für das Mikrowellenkochen entwickelt wurden, zu einem riesigen Geschäft geworden. Auch bei den Mikrowellen selbst werden neue Funktionen eingeführt, darunter die computergestützte Speicherung von Rezepten, die der Verbraucher auf Knopfdruck abrufen kann. Auch die Anzeige und Programmierbarkeit der Backöfen wird verbessert und Kombibacköfen, die sowohl mit Mikrowellen als auch mit konventionellen Methoden kochen können, werden zum Standard-Haushaltsprodukt.