Mikrowellen

Aufbau und Funktion

Die Geräte werden als Mikrowellengeräte ohne oder mit Grillbeheizung oder als Mikrowellen-Kombinationsgeräte angeboten. Aufbau und Funktion werden an reinen Mikrowellengeräten beschrieben.

Mikrowellengeräte

Magnetron

Das wichtigste Bauteil des Mikrowellengerätes ist das Magnetron, in dem die Mikrowellen erzeugt werden, ähnlich wie dies bei Rundfunkwellen in einer Senderöhre geschieht.

Der Strom, der im Verteilungsnetz eine Frequenz von 50 Hz hat, wird in einer elektronischen Schaltung und im nachgeschalteten Magnetron in Mikrowellenenergie mit der Frequenz von 2450 MHz umgewandelt. Das Magnetron ist mit Bauteilen wie Netzfilter, Relais, Hochspannungs-Transformator, -Gleichrichter, -Kondensator, Heiz-Transformator und Zeitschaltwerk bzw. Programmspeicher verbunden.

Ein Gebläse kühlt die thermisch belasteten Bauteile sowie das Magnetron, denn bei der Erzeugung von Mikrowellen entsteht Wärme. Durch den heute höheren Wirkungsgrad der Magnetrons von 70% bis 75% ergibt sich zusammen mit den Wärmeverlusten der anderen Bauteile für Mikrowellengeräte bei der Nutzung ein Wirkungsgrad bis etwa 60%.

Mikrowellengeräte mit Invertertechnik (Bosch, Panasonic, Siemens) haben statt des Hochspannungs-Transformators einen Inverter. Die Umwandlung des elektrischen Stroms erfolgt bei höherer Frequenz, ca. 35 kHz. Bei gleicher Leistungsaufnahme ermöglicht diese Technik eine höhere Mikrowellenleistung, der Wirkungsgrad liegt bei ca. 75%. Die erzeugten Mikrowellen werden von einer Antenne, dem sogenannten Koppelstift, ausgesandt. Durch einen Hohlleiter und die Einkopplung (Öffnungen oben, unten oder in der Seitenwand des Garraumes) gelangen die Mikrowellen in den Garraum. Je nach Gerätekonstruktion kann die Einspeisung auch direkt, ohne Hohlleiter, erfolgen.

Garraum

Die Garraumwände bestehen aus Metall, einbrennlackiert, emailliert, mit Kunststoff überzogen oder aus Edelstahl. Der Garraum wirkt wie ein Hohlraumresonator, denn die Innenmaße sind auf die Wellenlänge der Mikrowellen abgestimmt, so dass die von den Garraumwänden reflektierten Wellen jeweils die ankommenden unterstützen (Resonanz-Schwingungen). Die Geometrie des Garraumes ist so gestaltet, dass sich eine möglichst gute Feldverteilung ergibt. Die Gleichmäßigkeit der Feldverteilung im Garraum und damit im Lebensmittel wird durch folgende zusätzliche Bauteile verbessert:

• Reflektorflügel bzw. - Drehantenne bzw.
• Drehteller bzw.- Drehteller plus Drehantenne oder Reflektorflügel bzw.
• Reflektorpunkt.

Die metallischen Wände und die Garraumtür mit Metallgitter reflektieren auftreffende Mikrowellen in den Garraum und damit zum Lebensmittel. Über dem Garraumboden ist eine lose oder fest eingebaute mikrowellendurchlässige Bodenplatte (Glas- oder Keramikplatte) erhöht gelagert, damit die Wellen nicht nur von oben, sondern auch von unten) her in die Lebensmittel eindringen können. Die gleiche Aufgabe übernimmt ein als Stellfläche für das Lebensmittel verwendeter Rost, wenn er so gebaut ist, dass die Roststäbe die Mikrowellen ungehindert durchlassen.

Mikrowellen-Verteilungssysteme

Für eine gleichmäßige Verteilung der Mikrowellen im Garraum werden verschiedene Systeme angeboten:

a) Drehteller
Der Drehteller ist in haushaltsüblichen Mikrowellengeräten heute das am häufigsten verwendete Verteilersystem. Der Drehteller ist lose auf einem Drehmechanismus gelagert. Er kann erhöht oder flächenbündig in den Garraumboden eingelassen sein. Bei Betrieb dreht er die Lebensmittel im Garraum, wodurch die Mikrowellen gleichmäßig auf das Gargut einwirken.

b) Drehteller plus Drehantenne oder Reflektorflügel
Bei einigen Geräten mit zwei Mikrowellen-Verteilsystemen kann der Drehteller abgeschaltet werden.

c) Reflektorflügel
Ein Reflektorflügel wird von einer mikrowellendurchlässigen Platte abgedeckt. Bei Betrieb dreht sich der Reflektorflügel und bewirkt, dass die ankommenden Mikrowellen reflektiert und von den Garraumwänden in ständig wechselnde Richtungen umgelenkt werden.

d) Drehantenne
Eine andere Art der Feldverteilung ist eine rotierende Antenne in unterschiedlicher Bauform. Diese ist nahe der Einkopplung oberhalb des Garraums angeordnet, ragt direkt in den Garraum oder liegt oberhalb des Garraums.

e) Reflektorpunkt
Ein Reflektorpunkt an der Garraumseitenwand, gegenüberliegend zur Einspeisung, beeinflusst die Feldverteilung.

Grundlast

Damit die Mikrowellen auch von unten an das Lebensmittel gelangen, ist in geringem Abstand zum Boden des Gehäuses eine lose oder festeingebaute Glas- oder Glaskeramikplatte installiert.

Diese Bodenplatte oder der Drehteller wirken gleichzeitig als Grundlast. Bei Leerlaufbetrieb wirkt ein Teil der Mikrowellenenergie aus dem Garraum auf das Magnetron zurück und könnte dieses überhitzen. Dies wird durch die Grundlast, die einen Teil der Energie aufnimmt, und durch einen Überhitzungsschutz verhindert.

Garraumtür

Die Garraumtür hat ein Sichtfenster, das zum Garraum hin durch ein Lochblech oder Drahtgitter begrenzt ist. Der Durchmesser der Löcher ist so klein bzw. das Gitter so feinmaschig, dass an diesen Flächen die Mikrowellen vollständig reflektiert werden. 

Als Werkstoff für das Sichtfenster wird sowohl für die Innen- wie auch Außenseite Kunststoff oder Glas gewählt. Die Gerätetür kann seitlich oder unten angeschlagen sein und mit einem Türgriff oder über eine Türöffnungstaste an der Bedienblende geöffnet werden.

Bedienblende

Auf der Bedienblende befinden sich die Bedienelemente. Die Einstellung der Funktionen erfolgt mittels Dreh-, Druck- oder Schiebeschalter, Kurzhub-, Folien- oder Sensortaster.

Zeitwahl
Die Einstellung der Einschaltdauer erfolgt mechanisch oder elektronisch. Bei der mechanischen Einstellung mittels Drehschalter kann, je nach Gerät, eine Zeit bis maximal 20, 30, 60 oder 100 Minuten eingestellt werden. Eine feinere Unterteilung im Bereich 1 bis 10 Minuten ist wichtig (gespreizte Skala), um auch Zwischenwerte wählen zu können, die bei der kurzen Gardauer im Mikrowellengerät in der Praxis häufig vorkommen. Die verbleibende Dauer kann abgelesen werden. Nach Ablauf der vorgewählten Dauer schaltet das Gerät ab. Dabei ertönt ein Signal.

Bei elektronischer Zeitwahl mit Digitalanzeige und Tageszeitangabe wird die Einschaltdauer über Folien-, Kurzhub-, Sensortaster oder Drehschalter eingestellt. Maximale Einschaltdauer 99,99 Minuten. Alle eingegebenen Daten können auch zwischenzeitlich zur Kontrolle abgerufen werden. Einige Geräte bieten die Funktion eines Kurzzeitweckers, ohne dass das Gerät in Betrieb genommen wird (AEG, Bauknecht, Bosch, Miele, Sharp, Siemens, Whirlpool). Bei Geräten mit Schnellstart erfolgt die Wahl der Einschaltdauer mit Maximalleistung über ein Bedienelement (AEG, Bauknecht, Bosch, Miele, Sharp, Siemens, Whirlpool).

Leistungswahl
Die maximale Leistung, die im Garraum in Wärme umgesetzt wird, wird als Ausgangsleistung bezeichnet. Diese liegt heute bei Haushaltsgeräten zwischen 600 W und 1000 W. Um eine gleichmäßige Erwärmung zu erreichen und die Qualität der Lebensmittel zu erhalten, ist es häufig erforderlich, die Leistung zu reduzieren. Lebensmittel sind aus unterschiedlichen Bestandteilen zusammengesetzt, die sich nicht gleich gut erwärmen. Sie unterscheiden sich in Form und Dicke, können eine unterschiedliche Ausgangstemperatur und einen unterschiedlichen Aggregatzustand haben.

Die Reduzierung der Leistung wird bei den meisten Geräten durch periodisches Ein- und Ausschalten der max. Leistung (intermittierender Betrieb) erreicht. Durch das Takten der Leistung, wie beim Energieregler der Kochstelle, wird eine verringerte mittlere Leistung erzielt. Bei Geräten mit Invertertechnik können die Spannung und die elektrische Frequenz, die an das Magnetron geschaltet werden, analog verändert werden. Damit wird erreicht, dass die Mikrowellenleistung von ca. 450 Watt bis zur Maximalleistung des Magnetrons kontinuierlich verändert werden kann. Mikrowellengeräte gibt es mit bis zu 10 Leistungsstufen oder mit stufenloser Leistungswahl. Die Auftaustufe ist besonders gekennzeichnet.

Mikrowellengeräte mit Grillbeheizung

Diese Geräte sind zusätzlich mit einer Grillbeheizung ausgestattet. Der Grill mit einer Leistung zwischen 700 W und 1700 W ist entweder ein Rohrheizkörper oder eine Quarzröhre. Auf das Vorheizen kann bei einem Quarzgrill verzichtet werden.

Bei der Reinigung wirkt sich positiv aus, dass der Quarz-Grill in der Garraumdecke integriert ist. Grill-Rohrheizkörper sind bei manchen Modellen zur Reinigung abklappbar.

Die Grillbeheizung ist ein- oder mehrstufig oder kann über einen Temperaturwähler eingestellt werden. Mikrowellen und Grillbeheizung können entweder zeitlich parallel oder nacheinander betrieben werden. Die Einschubhöhe kann entsprechend dem Grillgut durch Einschieben des Rostes in verschiedene Einschubrillen oder durch unterschiedlich hohe Grillroste gewählt werden.

Einige Geräte sind mit einer Doppelgrillfunktion ausgestattet. Der zweite Grill befindet sich unter einem Email-Drehteller.

Mikrowellen-Kombinationsgeräte

Mikrowellen-Kombinationsgeräte können zusätzlich mit folgenden Beheizungen ausgestattet sein:

• Ober-/Unterhitze
• Umluft, z.T. besitzt der Ventilator zwei Geschwindigkeitsstufen.
• Grill
• Umluftgrillen, Doppelgrill und Umluft
• Dampffunktion
• Dampfgarer mit Mikrowelle (Miele)

Jede Gerätefunktion kann sowohl allein als auch in Kombination mit der Mikrowelle genutzt werden. Das Bild zeigt die Bedienblende eines Mikrowellen-Kombinationsgerätes. Selbsttätiges Ein- und Ausschalten über die Schaltuhr nach entsprechender Vorwahl ist bei Kombinationsgeräten möglich. Bei den Kombinationsgeräten dienen die Glasscheiben der Gerätetür, das Email der Innenwände und das verwendete Zubehör als Grundlast. Katalysebleche an Decke und Rückwand des Gerätes können die Reinigung erleichtern.

Ausstattung

Zusatzeinrichtungen sind inzwischen bei den meisten Gerätetypen üblich, dadurch wird die Anwendung erheblich erleichtert.

Gewichtsabhängige Automatik zum Auftauen, Erwärmen, Garen

Aufgrund von Versuchen mit bestimmten Lebensmittelarten und -mengen wurden Programme erstellt, bei denen Zeit-/Leistungskombinationen elektronisch vorprogrammiert sind. Bei Geräten mit dieser Ausstattung muss nur das Programm zum Auftauen, Erwärmen oder Garen für die Lebensmittelart und die jeweilige Menge eingegeben und das Gerät gestartet werden.

Feuchtigkeitsabhängige Automatik zum Erwärmen, Garen, Auftauen/Garen

In diesen Geräten ist ein Feuchtigkeitssensor im Abluftkanal eingebaut, der die Feuchtigkeit, die aus dem geschlossenen Gefäß entweicht, misst (Bauknecht, Whirlpool). Während der Dauer vom Einbringen der Speisen in das Gerät bis zum Erfassen eines im Programm festgelegten Feuchtegrades (T1) wird bei allen Automatikprogrammen - bis auf Auftauen/Garen - mit Maximalleistung (100%) gearbeitet.

Dieser Faktor T1 wird mit einem im Programm festgelegten Faktor T2 multipliziert und so die Restgardauer errechnet. Der Faktor T2 ist durch Erfahrungswerte ermittelt worden. Die Restgardauer arbeitet je nach Programm mit voller oder reduzierter Leistung und wird digital angezeigt (Bauknecht, Whirlpool).

Gewichtssensor

• zum Auftauen und Kombinationsgaren
  Ein Gewichtssensor unter dem Drehteller im Geräteboden ermittelt das Gewicht, der Mikroprozessor berechnet die Dauer. Die Leistung, ggf. Beheizungsart sowie die Temperatur sind entsprechend den Lebensmitteln im Programm fest vorgegeben.
• zum Erwärmen und Garen
  Der Gewichtssensor ermittelt den Gewichtsverlust beim Erwärmen und Garen (T1) - gemessen wird der entweichende Dampf, das Lebensmittel wird leichter. T1 wird in einem im Programm festgelegten Faktor T2 multipliziert und so die Restgardauer bzw. Erwärmdauer errechnet.

Temperaturabhängige Automatik zum Auftauen und Garen

Diese Automatikprogramme werden mit Temperaturfühlern (-sensoren) im Abluftkanal angeboten. Während des Garvorganges wird zu Beginn immer mit Maximalleistung gearbeitet und die Lufttemperatur ständig im Abluftkanal gemessen und an die Elektronik weitergegeben. In jedem Programm sind zwei Temperaturmesspunkte P1 und P2 festgelegt. Nach Erreichen der Temperatur von P1 wird automatisch auf eine reduzierte Leistung umgeschaltet und nach Erreichen der Temperatur von P2 wird das Gerät abgeschaltet (Whirlpool).

Zeit-/Leistungseingabe

Für ständig wiederkehrende Vorgänge kann bei vielen Geräten mit Elektronik eine Zeit-/Leistungskombination eingegeben und mit einer Taste gespeichert werden.

Beispiel Kakao erhitzen:

• hohe Leistung
• kurze Einschaltdauer

Dieser Vorgang kann bei Bedarf, z.B. morgendliches Kakao erhitzen, einfach über die Taste abgerufen werden.

Bei einigen Geräten mit Elektroniksteuerung können mehrere Zeit-/Leistungskombinationen vorprogrammiert werden, die dann automatisch nacheinander ablaufen.

Beispiel Kartoffeln garen:

Ankochen

• hohe Leistung
• kurze Einschaltdauer

Weiterkochen

• mittlere Leistung
• lange Einschaltdauer

Diese Zeit-/Leistungskombinationen können z.T. mit einer Taste gespeichert werden. Das empfiehlt sich bei ständig wiederkehrenden Speisezubereitungen. Diese können dann bei Bedarf einfach über eine oder mehrere Tasten abgerufen werden.

Pizza-, Snack- und Popcorn-Automatikprogramme

Diese Automatikprogramme mit speziellem Leistungs-/Zeitprofil in Kombination mit Grill oben und/oder unten ermöglichen die schnelle Zubereitung von Pizza, Pommes frites, Baguettes und anderen Tiefkühl- und Convenience-Produkten.

Warmhaltefunktion

Eine automatische Warmhaltefunktion schließt sich bis zu 10 oder 15 Minuten nach Beendigung der Kochzeit an (Miele, Whirlpool).

Crisp-, Crust-, Gourmet- oder Crunchfunktion

Diese Funktion für spezielles ferritbeschichtetes Geschirr (Zubehör) ermöglicht das Backen von Pizza, Baguette, Quiche oder Garen von Fisch und Gemüse. Das Geschirr erreicht eine Temperatur von 210 °C . Je nach Hersteller muss das Geschirr vorgeheizt werden.

Garen auf 2 Ebenen

Im Mikrowellenbetrieb wird diese Möglichkeit entweder durch eine doppelte Einspeisung oder einen zweiten Drehteller ermöglicht.

Weitere Ausstattungen bei Mikrowellengeräten mit Grill und Mikrowellen-Kombinationsgeräten:

• Schnell-Vorheizfunktion, d. h. 200 °C–250 °C in 3–5 Minuten
• Kindersicherung/Inbetriebnahmeschutz
• Drehspieß
• Tageszeitanzeige
• Kurzzeitwecker
• Sprachwahl- und Info-Taste
• Energiesparmodus
• Schnellstart-Funktion

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