DE102006042992A1

DE102006042992A1 - Mikrowellenfalle

Info

Publication number: DE102006042992A1
Application number: DE200610042992
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Gimersky; Ralf Dr. Bömmels; Rüdiger Prof. Vahldieck; Andreas Breitrainer; Klaus Dengler; Andreas Nitschke; Martin Thaler
Original assignee: Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ; BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ; BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gargerätetür für einen Mikrowellenofen, eine Muffel für einen Mikrowellenofen und einen Mikrowellenofen, jeweils mit einer lambda/4-Falle zur Drosselung einer Mikrowellenleckstrahlung bei geschlossenem Mikrowellenofen. Dabei ist die mindestens eine lambda/4-Falle im Wesentlichen parallel zu einer Verschlussebene der Garraumtür bzw. einer Beschickungsöffnungsebene der Muffel ausgerichtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gargerätetür für einen Mikrowellenofen, eine Muffel für einen Mikrowellenofen und einen Mikrowellenofen, jeweils mit einer λ/4-Falle zur Drosselung einer Mikrowellenleckstrahlung bei geschlossenem Mikrowellenofen.
Stand der Technik
Allgemein wird bei einer λ/4-Falle durch eine Reflexion an einer metallischen Wand eine elektromagnetische Welle zurückreflektiert, wodurch in einem festen Abstand zur Reflexionswand, der einem Viertel der Wellenlänge entspricht, ein Schwingungsknoten erzeugt wird. Diese energiearme Zone am Schwingungsknoten entspricht gleichzeitig dem Spalt zwischen Ofentür und dem Flansch der Muffel, so dass ein Abstrahlen von Strahlungsenergie durch den Spalt unterdrückt wird.
Aus DE-OS-2502105 ist ein Mikrowellenofen bekannt, bei dem in der Tür am Spalt zwischen Muffel und Garraumtür eine Drosselvorrichtung in Form einer einfachen λ/4-Falle vorhanden ist, durch welche durch den Spalt laufende Leckstrahlung mittels destruktiver Interferenz am Spaltausgang gedämpft bzw. gedrosselt wird.
Nachteil einer einfachen λ/4-Falle nach DE-OS-2502105 ist die hohe Empfindlichkeit gegenüber Frequenzänderungen. Schon eine geringe Änderung der Frequenz führt zu einer Verminderung der Dämpfung. Zu einer solchen Frequenzänderung kann es z. B. durch ein Antennensystem oder durch einen Wobbler kommen. Antennensysteme oder Wobbler kommen häufig bei Mikrowellenöfen ohne Drehteller zur Anwendung um die Bereiche mit hoher bzw. niedriger Mikrowellenenergie über die Zeit zu ändern und damit eine gleichmäßiger Beaufschlagung des Garguts mit Mikrowelle zu erzielen.
Deutlich unempfindlicher bzgl. Frequenzänderungen reagieren λ/4-Doppelfallen. Mikrowellenöfen mit λ/4-Doppelfallen sind beispielsweise aus US 4,471,194 A1 , aus JP 2002-246787 A und aus WO 00/36878 A1 bekannt. Zur besseren Abdeckung des Mikrowellenspektrums, und damit zur vollständigeren Dämpfung der Mikrowellenleckage weisen die dort beschriebenen Mikrowellenöfen λ/4-Doppelfallen mit zwei hintereinandergeschalteten λ/4-Einzelfallen auf.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist, dass die λ/4-Fallen so angeordnet sind, dass ihre Öffnungen bzw. die sie abdeckenden Abdeckungen erstens leicht zugänglich sind und sich zweitens im Kontaktbereich zwischen Tür und Muffel befinden. Die leichte Zugänglichkeit bewirkt, dass die λ/4-Falle bzw. ihre Abdeckung vergleichsweise einfach durch einen Nutzer beschädigt werden kann, beispielsweise durch falsche Reinigung. Bei der Anordnung im Kontaktbereich wird üblicherweise durch Abstandshalter aus Gummi ö. ä. ein direkter Kontakt zwischen Tür und Muffel vermieden, jedoch kann der Abstandshalter verschleißen. Auch kann sich Dreck im Spalt zwischen Tür und Muffel ansammeln, der eine Kontaktkraft überträgt. Wenn die Tür dann stark zugeschlagen wird, kann die Gefahr einer Fehlanpassung oder sogar einer Beschädigung der λ/4-Falle auftreten. Zudem sind bisherige Ausführungen konstruktiv nur vergleichsweise aufwendig in den Mikrowellenofen einzubringen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum einfacheren und kostengünstigeren Einbau einer λ/4-Falle bereitzustellen, die außerdem weniger empfindlich gegenüber Beschädigungen ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Gargerätetür nach Anspruch 1, einer Muffel nach Anspruch 6 und einen Mikrowellenofen nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Unteransprüche sind insbesondere den Unteransprüchen einzeln oder in Kombination entnehmbar.
Die Vorrichtungen weisen jeweils mindestens eine λ/4-Falle zur Drosselung einer Mikrowellenleckstrahlung bei geschlossenem Mikrowellenofen auf. Die mindestens eine λ/4-Falle ist dabei bei geschlossener Tür im Wesentlichen parallel zur von der Beschickungsöffnung aufgespannten Ebenen der jeweiligen Vorrichtung ausgerichtet. Damit ist gemeint, dass der Weg den die Welle in der Mikrowellenfalle bis zur Reflexion zurücklegen muss im Wesentlichen parallel zur von der Beschickungsöffnung aufgespannten Ebenen liegt.
Dies kann im Fall einer Tür insbesondere heissen, dass die λ/4-Fallen bzw. deren Öffnungen insbesondere in Umfangsrichtung seitlich bzw. oben bzw. unten nach außen ausgerichtet sind. Im Fall einer Muffel bedeutet dies, dass die λ/4-Fallen bzw. deren Öffnungen insbesondere am Flansch in Umfangsrichtung seitlich bzw. oben bzw. unten nach innen ausgerichtet sind.
Durch einen solchen Aufbau ergibt sich der Vorteil, dass die Öffnungen der λ/4-Fallen so liegen, dass sie nicht so schnell beschmutzt werden. Zudem werden die Öffnungen nun nicht mehr frontal auf die Spaltgegenseite zubewegt, sondern parallel dazu verschoben. Dadurch können die Öffnungen der λ/4-Fallen bzw. ihre Abdeckungen keiner unabsichtlichen Kontaktkraft durch frontalen Aufprall ausgesetzt werden. Zudem kann sich der Aufbau, insbesondere der Gargerätetür, vereinfachen.
Zum einfachen Zusammenbau ist insbesondere eine Garraumtür vorteilhaft, bei der ein Fallenmittelteil zumindest auf einer ersten Fläche der Garraumtür, z. B. einem Türboden, aufsitzt bzw. damit in Eingriff steht, z. B. durch Einsatz in eine Nut, so dass die erste Fläche eine Seitenwand einer λ/4-Falle bildet. Vorteilhafterweise sitzt eine zweite Fläche der Garraumtür, z. B. ein Aufsatzdeckel, auf dem Fallenmittelteil auf bzw. steht damit in Eingriff, so dass die zweite Fläche eine weitere Seitenwand einer λ/4-Falle bildet.
Durch diesen Aufbau kann die λ/4-Falle ohne weitere Einbringung von Aussparungen nur durch Aufsatz verschiedener Komponenten in einer sowieso meist verwendeten schichtweisen Art des Zusammenbaus erzeugt werden. Zudem kann der zumindest teilweise mikrowellentransparente Fallendeckel einfacher vorgefertigt werden.
Es ist zum einfachen Zusammenbau besonders vorteilhaft, wenn das Fallenmittelteil einen bandförmigen, zumindest teilweise, insbesondere ganz, umlaufenden Fallendeckel aufweist, der mit einer Seitenkante auf der ersten Fläche der Garraumtür aufsitzt und mit einer gegenüberliegenden Seitenkante auf der zweiten Fläche der Garraumtür aufsitzt.
Durch die erste Fläche und die zweite Fläche werden somit die innerste Seitenwand und die äußerste Seitenwand einer bzw. mehrerer zumindest teilweise umlaufenden (durch das Fallenmittelteil getrennter) λ/4-Falle/n gebildet, und durch den Fallendeckel das mikrowellentransparente Fenster. Die hintere Wand, an der die Mikrowellen reflektiert werden, kann auf verschiedenen Weisen gebildet werden. In einem vorteilhaften Fall wird die Hinterwand durch eine eingebogene Falz der ersten Fläche und/oder der zweiten Fläche gebildet, was auch eine zusätzliche Steifigkeit erzeugt.
Diese Methode ist besonders vorteilhaft anwendbar auf eine λ/4-Doppelfalle, bei der das Fallenmittelteil eine mit dem Fallendeckel verbundene Scheidewand zur zumindest teilweisen Trennung eines Innenraums der λ/4-Doppelfalle enthält. In dem vorteilhaften Fall, dass die Hinterwand durch eine eingebogene Falz der ersten Fläche und eine eingebogene Falz der zweiten Fläche gebildet wird, kann die vom Fallendeckel abgewandte freie Kante der Scheidewand zwischen den beiden Falzen eingezwängt werden, was eine besondere Steifigkeit und einen besonders einfachen Abschluss ermöglicht.
Eine typische einfache λ/4-Falle ist so am Spalt zwischen Muffel und Gargerätetür des Mikrowellengargeräts angeordnet, dass eine für Mikrowellen durchlässige Öffnung sich zum Spalt hin öffnet.
Das Mikrowellengerät, insbesondere Mikrowellenofen, kann mit der erfindungsgemäßen Tür und/oder der erfindungsgemäßen Muffel ausgestattet sein. Alternativ kann eine der λ/4-Fallen an der Muffel angebracht sein, und eine weitere an der Tür.
Vorteilhafterweise weisen die erfindungsgemäßen Vorrichtungen jeweils mehrere hintereinander geschaltete λ/4-Fallen auf. Dadurch wird auf zumindest einem Strahlungspfad Mikrowellenleckstrahlung durch die λ/4-Fallen hintereinander mehrfach gedämpft. Dies kann man auch so sehen, dass der 'Ausgang' einer λ/4-Falle in den 'Eingang' einer folgenden λ/4-Falle führt. Dabei ist die Zahl der λ/4-Fallen nicht beschränkt. Es können sich auch λ/4-Fallen sowohl an der Muffel als auch an der Tür befinden, und zwar einer Mehrfachfalle zugehörig oder getrennten Mehrfachfallen zugehörig. Durch diese Hintereinanderschaltung allein wird schon eine stärkere Dämpfung erreicht. Aber auch eine Breitbandigkeit der Dämpfung wird erhöht, da die Wahrscheinlichkeit vergleichsweise gering ist, dass Strahlung, die von einer der λ/4-Fallen wenig gedämpft wird, auch von einer nachgeschalteten λ/4-Falle wenig gedämpft wird.
Vorzugsweise weisen zumindest zwei λ/4-Fallen aus der Vielzahl der λ/4-Fallen unterschiedliche Drosseleigenschaften auf, insbesondere unterschiedliche nominale Resonanzfrequenzen. Im Fall von nur zwei λ/4-Fallen weisen somit beide eine unterschiedliche Drosseleigenschaft auf.
Die unterschiedlichen Drossel- bzw. Resonanzeigenschaften können auf verschiedene Weise, auch in Kombination, erreicht werden, z. B. durch

– unterschiedliche Längen, Höhen und/oder Formen;
– unterschiedliche Füllstoffe;
– unterschiedliche Abdeckungen, usw.

Beispielsweise weisen zumindest zwei λ/4-Fallen günstigerweise jeweils eine unterschiedliche Länge auf.
Sie können aber auch mit Füllstoff unterschiedlicher Mikrowelleneigenschaft (z. B. unterschiedlicher Drosseleigenschaft, Permittivität, Permeabilität usw.) gefüllt sein. Davon wird auch der Fall umfasst, dass eine λ/4-Falle ungefüllt ist (Füllstoff = Luft).
Es ist insbesondere günstig, wenn die Resonanzfrequenzen der λ/4-Fallen innerhalb eines Betriebsfrequenzbereichs einen regelmäßigen Versatz aufweisen, insbesondere in einem Bereich zwischen 2,435 und 2,48 GHz, da sich so ein besonders breiter Drosselungsbereich mit hohen Toleranzen ergibt.
Es ist auch günstig, wenn die λ/4-Fallen nebeneinander angrenzend angeordnet sind, da sie so besonders einfach herstellbar sind.
Zur Vermeidung von Verschmutzungen können die λ/4-Fallen durch eine oder mehrere mikrowellentransparente Fallendeckel bzw. Abdeckungen abgedeckt werden, die vorzugsweise nichtleitend, wärmebeständig und leicht zu reinigen sein sollten. Die Fallendeckel umfassen vorzugsweise Materialien hoher Transmission und geringem ε, z. B. Borofloat-Glas, Borsilikat-Glas, Glaskeramik, Mikrowellenkeramik, temperaturbeständige Kunststoffe und/oder Fluorkohlenwasserstoffe, insbesondere Teflon. Diese Abdeckungen können zur besseren Reinigung außen mit einem Lack oder einer Kunststoffbeschichtung überzogen sein. Die Abdeckungen können zur Einstellung verschiedener Drosseleigenschaften der jeweiligen λ/4-Falle unterschiedliche Mikrowellencharakteristiken aufweisen.
Die Hohlräume der λ/4-Fallen können zum Vermeiden von Verschmutzungen auch mit einem mikrowellentransparenten Füllstoff ausgefüllt werden, insbesondere mit einem mikrowellentransparenten Schaum (insbesondere mit ε > 1), speziell mit Teflon. Zur Einstellung verschiedener Drosseleigenschaften der jeweiligen λ/4-Falle können z. B. die zugehörigen Schäume unterschiedliche Mikrowellencharakteristiken aufweisen.
Ausführungsbeispiele
Nachfolgend sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren schematisch und nicht maßstabsgerecht beschrieben. Gleiche oder ähnliche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt in Schrägansicht einen halbfertigen Mikrowellenofen;
2 zeigt als Schnittansicht in Draufsicht skizzenhaft einen Ausschnitt des Mikrowellenofens aus 1 im Bereich des Türrahmens;
3 ist eine Konstruktionszeichnung in einer zu 2 analogen Darstellung;
4 zeigt eine Explosionszeichnung der Tür des Mikrowellenofens in Schrägansicht;
5 zeigt als Schnittansicht in Draufsicht skizzenhaft einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Garraumtür im Bereich des Türrahmens;
6 zeigt als Schnittansicht in Draufsicht skizzenhaft einen Ausschnitt noch einer weiteren Ausführungsform einer Garraumtür im Bereich des Türrahmens;
7 zeigt in Draufsicht eine Schnittansicht auf eine weitere Ausführungsform des Mikrowellenofens;
8 zeigt in Draufsicht einen vergrößernden Ausschnitt der Schnittansicht der Ausführungsform des Mikrowellenofens von 7;
9 zeigt eine Auftragung eines S11-Parameter (Transmissionsdämpfung) über die Frequenz für eine Ausführungsform der Mikrowellenfalle ohne Abdeckung;
10 zeigt eine Auftragung einer Transmissionsdämpfung über die Frequenz für eine Ausführungsform der Mikrowellenfalle mit Abdeckung;
11-17 zeigen Auftragungen des abgestrahlten Leistungsflusses entlang der vier Kanten eines Mikrowellenofens für verschiedene Frequenzen;
18 zeigt in Draufsicht eine Schnittansicht auf einen Mikrowellenofen nach dem Stand der Technik;
19 zeigt in Draufsicht einen vergrößernden Ausschnitt der Schnittansicht des Mikrowellenofens nach dem Stand der Technik von 18.
18 zeigt in Draufsicht eine Schnittansicht auf einen Mikrowellenofen 44 nach dem Stand der Technik mit einer Muffel 45 und einer Garraumtür 46, die einen Garraum 47 definieren. Im Spalt 48, der sich im geschlossenen Zustand des Mikrowellenofens 44 zwischen der Muffel 45 und der Tür 46, ist eine Mikrowellenfalle 49 in Form einer λ/4-Falle zur Drosselung von Leckstrahlung aus dem Garraum 47 durch den Spalt 48 nach Außen vorgesehen. Die λ/4-Falle steht bei geschlossener Tür im Wesentlichen senkrecht zu einer von der Beschickungsöffnung der Muffel 45 aufgespannten Ebene. Der mit der Mikrowellenfalle 49 ausgerüstete Teil des Ofens 44, wie durch den ge strichelten Kreis angedeutet, wird in der folgenden 19 genauer beschrieben.
19 zeigt in Draufsicht einen vergrößernden Ausschnitt der Schnittansicht des Mikrowellenofens nach dem Stand der Technik von 18 im Bereich der Mikrowellenfalle 49. Die Wirkungsweise einer solchen Mikrowellenfalle ist beispielsweise bereits DE-OS-2052105 bekannt. Diese Mikrowellenfalle 49 steht bei geschlossener Tür im Wesentlichen senkrecht zu einer von der Beschickungsöffnung der Muffel 45 aufgespannten Ebene geöffnet bzw. ausgerichtet. Die λ/4-Falle ist in dieser Anordnung senkrecht zur Türfront der Gargerätetür 46 ausgerichtet.
In 1 ist von schräg vorne ein halbfertiger Mikrowellenofen 1 gezeigt. Der Mikrowellenofen 1 umfasst eine Garraumwandung bzw. Muffel 2, die in dem gezeigten teilmontierten Zustand unten und vorne offen ist und daran angepasst ist, verschiedene Komponenten aufzunehmen, wie z. B. ein Magnetron (nicht dargestellt). Vorderseitig ist die Muffel 2 mit einen mehrstufigen Flansch 3 ausgerüstet, der einen seitlich gerichteten Innenflanschteil 4, einen nach vorne gerichteten Öffnungsblendenteil 5, einen seitlich gerichteten Außenflanschteil 6 sowie einen nach vorne gerichteten Außensteg 7 enthält. Durch die Schnittkanten zwischen Innenflanschteil 4 und Öffnungsblendenteil 5 wird eine Beschickungsöffnung für den Garraum 50 definiert. Die umlaufenden Kanten der Beschickungsöffnung spannen eine Ebene auf, die im Folgenden als Beschickungsöffnungsebene P bezeichnet wird. Dies wird durch das (X, Y, Z)-Koordinatensystem deutlich, bei dem zwei Hauptachsen X, Y parallel zur Beschickungsöffnungsebene ausgerichtet sind. Die Ausdehnung der Beschickungsöffnung wird also beispielsweise in der durch die X- und Y-Achse aufgespannte Beschickungsöffnungsebene P angegeben.
Die Muffel 2 ist mittels einer Garraumtür 8 verschließbar, die eine zur Auflage auf den Flansch 3 passende Form aufweist.
Die mehrstufige Garraumtür 8 weist ein im geschlossenen Zustand in den Garraum 6 gerichteten Türhinterteil 9 auf, der eine innere Sichtöffnung 10 aufweist, die üblicherweise mit einem Glas und einem mikrowellenreflektierendem Gitter abgedeckt ist. Vor (zur Türfront hin) und seitlich dem Türhinterteil 9 angeordnet ist ein Fallendeckel 11 einer Ausführungsform der weiter unten genauer ausgeführten Mikrowellenfalle, der in der gezeigten Ausführungsform im geschlossenen Zustand dem Innenflanschteil 4 gegenüberliegt und einem hinteren Türrand entspricht. Dem Öffnungsblendenteil 5 liegt im geschlossenen Zustand mit geringem Abstand die Rückseite eines Türbodens 12 gegenüber. Analog liegt im geschlossenen Zustand dem Außenflanschteil 6 ein vorderer Türrand 13 gegenüber, und dem Außensteg 7 liegt dann ein passender Türsteg 14 gegenüber. Der Türboden 12 ist mit einer Dichtung 15 versehen.
Die bei geschlossener Tür in der Beschickungsöffnungsebene P liegende Ebene der Garraumtür 8 wird im Folgenden als Verschlussebene P' bezeichnet. Diese Verschlussebene P' liegt in dieser Darstellung so, dass Höhen- und Breitenmaße der Garraumtür 8 parallel zur Verschlussebene P' angegeben werden. In der hier gezeigten Darstellung entspricht die Verschlussebene P' der durch die X'- und Y'-Achsen aufgespannten Ebene. Die Ebenen P und P' liegen, abhängig vom Öffnungswinkel der Garraumtür 8, zueinander verdreht. Im geschlossenen Zustand liegt die Verschlussebene P' in der Beschickungsöffnungsebene P bzw. im wesentlichen parallel dazu.
Die mit einem Türgriff 16 ausgerüstete Garraumtür 8 ist durch Scharniere 17 zwischen einem gezeigten Öffnungszustand und einen Verschlusszustand schwenkbar, bei dem die Garraumtür 8 den Garraum 6 verschließt. In der gezeigten Ausführungsform schließt sich oberhalb des Flansches 3 eine Bedienblende 18 an, die noch nicht mit Bedien- und Anzeigeinstrumenten ausgerüstet ist.
Eine weitere Stufe der Muffel 2 mit zugehöriger Zwischenblende und Zwischenflanschteil sowie eine weitere, passende Stufe der Tür 8 mit Türzwischenblende und Türzwischenrahmen sind ebenfalls vorgesehen, zur besseren Übersichtlichkeit aber erst weiter unten genauer beschrieben.
Der gezeigte halbfertige Mikrowellenofen 1 wird in weiteren Fertigungsschritten fertig gestellt, wozu ihm beispielsweise Mittel zur Erzeugung und Verteilung vom Mikrowellenstrahlung, Stromanschlüsse, Bedien- und Anzeigeinstrumente, Elektrik und Elektronik hinzugefügt werden, wie es dem Fachmann bekannt ist.
2 zeigt den Mikrowellenofen 1 aus 1 im Bereich des Türrahmens im geschlossenen Zustand mit einer Mikrowellendoppelfalle 22. In dieser geschlossenen Stellung ist die Lage der Verschlussebene P' der Garraumtür 8 und der Beschickungsöffnungsebene P im wesentlichen übereinstimmend.
Auf dem Öffnungsblendenteil 5 des Flanschs 3 liegt die Dichtung des Türbodens 12 auf, und der Fallendeckel 11 einer im Folgenden genauer ausgeführten Mikrowellenfalle, liegt dem Innenflanschteil 4 gegenüber. In dieser Ausführungsform ist nun eine weitere Stufe vorhanden, bei der eine Muffelzwischenblende 19 einer Türzwischenblende 20 gegenüberliegt. Die Tür weist mehrere Scheiben 21 zur Einsicht in den Garraum 50 auf.
Innen hinter dem Fallendeckel 11 befindet sich eine Mikrowellendoppelfalle 22 zur Drosselung der Mikrowellenleckstrahlung, die sich sonst durch den Spalt zwischen Flansch 3 und Tür 8 von Punkt A am Garraum 50 zum Punkt B an der Außenseite des Mikrowellenofens 1 ausbreiten könnte. Dazu weist die Mikrowellendoppelfalle 22 nicht nur eine, sondern zwei nebenein ander liegende λ/4-Fallen 23, 24 zur Drosselung von Mikrowellenstrahlung insbesondere am Punkt C auf.
Beide λ/4-Fallen 23, 24 sind in die gleiche Richtung, nämlich seitwärts in Umfangsrichtung, parallel zu der Verschlussebene P' der Gargerätetür 8 ausgerichtet(und damit im geschlossenen Zustand auch parallel zu P). Das heißt, der Weg, den die Mikrowelle innerhalb der Falle zurücklegen muss, um die oben genannte Interferenz zu erreichen, im Wesentlichen parallel zur Verschlussebene P' liegt. Da die Ausrichtung der λ/4-Fallen 23, 24 eine beliebige Stellung in bzw. parallel der Hauptebene der Tür 8 annehmen kann, kann die gezeigte Anordnung einer Unterseite, Oberseite, rechten Seite oder linken Seite eines Mikrowellenofens 1 entsprechen, oder sogar einer, insbesondere abgerundeten, Kante.
Die λ/4-Fallen 23, 24 weisen nebeneinander liegende Öffnungen (hier zur übersichtlicheren Darstellung ohne Bezugszeichen) auf, die durch den gleichen mikrowellendurchlässigen Fallendeckel 11 abgeschlossen werden. Beide Öffnungen der λ/4-Fallen 23, 24 liegen zumindest teilweise dem gleichen Innenflanschteil 4 der Muffel 3 gegenüber.
Der Fallendeckel 11, der zusammen mit dem Innenflanschteil 4 einen Teil des Öffnungsspaltes bildet, kann nun nicht mehr gegen das Innenflanschteil 4 stoßen, wodurch eine Gefahr von Beschädigungen verringert wird.
Durch diese Mikrowellendoppelfalle 22 kann Mikrowellenstrahlung erheblich über das von einfachen λ/4-Fallen bekannte Maß hinaus gedrosselt werden, da Mikrowellenstrahlung, welche – beispielsweise weil der Einstrahlwinkel vom Ideal abweicht, weil sich die Ofengeometrie wegen einer Temperaturausdehnung verändert oder aufgrund von Konstruktionstoleranzen – der ersten λ/4-Falle 23 "entkommt", dann durch die nachgeschaltete zweite λ/4-Falle 24 abgedämpft wird. Die Wahrscheinlichkeit, dass Mikrowellenstrahlung ohne wesentliche Dämpfung an beiden λ/4-Fallen vorbeiläuft, ist gegenüber einfachen λ/4-Fallen vermindert.
In der gezeigten Mikrowellendoppelfalle 22 ist die Stärke der zu Punkt B laufenden Mikrowellenintensität dadurch noch weiter vermindert, dass die erste λ/4-Falle 23 und die zweite λ/4-Falle 24 eine unterschiedliche Drosselungscharakteristik zeigen, in diesem Fall unterschiedliche Resonanzfrequenzen. Dadurch kann erstens die Mikrowellenstrahlung über den gesamten Frequenzbereich effektiv gedrosselt werden, zweitens können Abweichungen vom idealen Einstrahlwinkel besser berücksichtigt werden und drittens können Abweichungen von der idealen Geometrie, z. B. durch Temperaturausdehnungen oder Konstruktionstoleranzen, erheblich besser gedrosselt werden. Insgesamt ergibt sich ein erheblich effektiveres und toleranteres Drosselungssystem.
Die optimalen Maße einer λ/4-Falle hängen z. B. stark vom verwendeten Material der Abdeckung 11 ab (ε, tan(Δ)), und liegen typischerweise im Bereich von Millimetern bis zu mehreren Zentimetern. Die Toleranzen sind vorzugsweise relativ eng, z. B im Bereich von 0,2 mm anzustreben.
Die besprochenen Komponenten, insbesondere Wände, der Mikrowellenfalle sind typischerweise metallisch und umfassen vorzugsweise Tiefziehstähle und Aluminium-Profile.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Resonanzfrequenz beispielsweise durch die Länge und die Breite der Mikrowellenfalle und auch durch die Höhe eines Septums (Mittelteil, Mittelsteg, siehe 4) beeinflusst. In der Praxis wird in einer Simulation durch Variation aller geometrischen Längen die Dämpfung bestimmt.
3 zeigt eine Konstruktionszeichnung mit einigen der in 2 gezeigten Elemente in einer zu 2 analogen Darstellung. Die Mikrowellendoppelfalle der Tür 8 ist mit einem Fal lenhinterteil 25, einem Fallenmittelteil 26 und einem Fallenvorderteil 27 dreiteilig zusammengesetzt, wie in 4 genauer gezeigt. Dabei ist der Fallenmittelteil 26 aus einem Fallendeckel 11 und einer Scheidewand 26a zusammengesetzt, die vor dem Einbau des Fallenmittelteils 26 integral verbunden worden sind, z. B. in einem getrennten Herstellungsschritt. Man erkennt, dass die dem Fallendeckel 11 abgewandte, innere Kante der Scheidewand 26a zwischen zwei Falzen des Fallenhinterteils 25 und des Fallenvorderteils 27 eingeklemmt ist, was einen festen Sitz, ggf. ohne weitere Verbindungstechnik, bewirkt. Die beiden Falzen 25a, 27a bilden zugleich die Rückwand der Mikrowellendoppelfalle, an der die Mikrowelle reflektiert wird.
Außerdem zeigt die Konstruktionszeichnung eine Auflage 28 für ein Glaspaket (nicht dargestellt) und einen am Türbodenhinterteil 9 befestigten Glashalter 29.
4 zeigt in Schrägansicht eine Explosionszeichnung der Tür 8 aus 3. Der Türboden 12, der hier dem Fallenvorderteil 27 entspricht, weist eine umlaufende Nut 30 auf, in welche der passende Fallenmittelteil 26 mit einer Seitenkante des Fallendeckels 11 eingesetzt wird. Am inneren Umfang des Fallendeckels 11 ist auf etwa halber Höhe die Scheidewand 26a (Septum) senkrecht befestigt, wodurch sich für den Fallenmittelteil 26 im Querschnitt in etwa die Form eines liegenden "T" ergibt. Der Türboden 12 weist weiterhin eine hochstehende Falz bzw. Blechumbiegung 27a auf, welche die innere Seitenkante der Scheidewand 26a trägt. Auf das Fallenmittelteil 26 wird das Fallenhinterteil 25 aufgesetzt, das eine Nut (nicht gezeigt) zur Aufnahme der anderen Seitenkante des Fallendeckels 11 aufweisen kann und auch eine Falz bzw. Blechumbiegung 25a zur Einpressung der Scheidewand 26a zwischen den beiden Falzen 25a, 27a.
Das Fallenhinterteil 25 wiederum wird durch den Türhinterteil 9 abgedeckt.
Dadurch ergibt sich der grundsätzliche Aufbau der im Querschnitt in den 2 und 3 gezeigten Mikrowellendoppelfalle.
Die Scheidewand 26a weist eine Vielzahl von Schlitzen 31 auf, die dazu dienen, eine Ausbreitung der Mikrowellenenergie in Längsrichtung zu unterbinden.
4 zeigt gut die seitlich in Umfangsrichtung umlaufende Ausrichtung der Mikrowellendoppelfalle in bzw. parallel zu einer Verschlussebene P' der Gargerätetür 8. Es ist dem Fachmann klar, dass es bei der Ausrichtung der Mikrowellendoppelfalle, oder allgemein einer Mikrowellenfalle, nicht auf den Ursprung des Koordinatensystems ankommt.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform ist besonders einfach und damit kostengünstig im Zusammenbau.
5 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Garraumtür 32 im Bereich des Türrahmens analog zur Darstellung eines oberen Ausschnitts von 2. Im Gegensatz zu 2 ist die den Garraum 50 begrenzende Glasscheibe direkt an der Mikrowellendoppelfalle 22 angeordnet, wodurch eine Stufe in der Garraumtür 32 entfällt. Die Ausrichtung der λ/4-Fallen 23, 24 ist jeweils parallel zur Verschlussebene P' der Garraumtür 32. In anderen Worten erstrecken sich die λ/4-Fallen 23, 24 so, dass der Weg den die Mikrowelle in der Falle zurücklegt im Wesentlichen parallel zur Verschlussebene P' bzw. im geschlossenen Zustand auch parallel zur Beschickungsöffnungsebene P ist. So liegen auch die Seitenwände 25, 27 und die Scheidewand 26a im wesentlichen parallel zur Verschlussebene P' bzw. im geschlossenen Zustand auch parallel zur Beschickungsöffnungsebene P. Die Öffnungen der Mikrowellenfallen, die durch den Fallendeckel 11 abgedeckt sind, sind hier parallel zur Verschlussebene P' bzw. im geschlossenen Zustand auch parallel zur Beschickungsöffnungsebene P ausgerichtet,.
6 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Garraumtür 33 im Bereich des Türrahmens analog zur Darstellung von 5. Im Gegensatz zur Ausführungsform von 2 ist die Mikrowellendoppelfalle 22 direkt am Garraum 50 angeordnet, wodurch eine weitere Stufe in der Garraumtür 33 entfällt, was den Aufbau des Flansches 34 vereinfacht. Allerdings wird dadurch auch eine Strahlführung der Mikrowellen durch den Spalt zwischen Garraumtür 33 und Flansch 34 durch die vielen möglichen Einstrahlwinkel aus dem Garraum 50 schlechter.
7 zeigt in Draufsicht einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Mikrowellenofens 35, bei dem durch die Muffel 36 und die Garraumtür 37 ein Garraum 38 definiert wird, wobei nun die Mikrowellendoppelfalle 39 umlaufend in der Muffel 38 eingebracht ist, und nicht wie bisher beschrieben in der Garraumtür 37. Die Mikrowellendoppelfalle 39 ist hier parallel zu einer Beschickungsöffnungsebene P, und damit im gezeigten geschlossenen Zustand auch parallel zur Verschlussebene P' der Gargerätetür 37 ausgerichtet.
8 zeigt einen der Anordnung aus 7 entsprechenden Ausschnitt im Bereich der linken Mikrowellendoppelfalle 39 aus 7.
Die Mikrowellendoppelfalle 39 weist auch hier zwei hintereinandergeschaltete λ/4-Fallen 40, 41 auf, welche die Mikrowellen daran hindern, aus dem Garraum 38 durch den Spalt 42 zwischen Muffel 36 und Garraumtür 37 auszutreten. Die Mikrowellendoppelfalle 39 bzw. die λ/4-Fallen 40, 41 sind mit ihrem jeweiligen für Mikrowellen durchlässigen Ende in Umfangsrichtung nach innen auf einen Rand der Tür 37 gerichtet und dabei durch einen mikrowellendurchlässigen Fallendeckel 43 vor Schmutz geschützt.
In dieser Darstellung ist die erste λ/4-Falle 40 in seitlicher Richtung länger als die zweite λ/4-Falle 41 ausgebildet, was eine unterschiedliche Drosseleigenschaft, insbesondere eine verschobene Resonanzfrequenz, bewirkt. Dadurch kann die breitbandige Mikrowellenstrahlung aus dem Garraum 38 über den gesamten Frequenzbereich gedrosselt bzw. gedämpft werden, und man erhält eine verbesserte Toleranz beispielsweise gegenüber den bereits oben erwähnten Abweichungen vom Idealzustand des Ofens 35. Beispielsweise kann eine der λ/4-Fallen 40, 41 auf die Drosselung bei leicht geöffneter Tür 37 angepasst sein, wenn diese zwar einen vergrößerten Öffnungsspalt aufweist, dieser aber noch nicht so groß ist, dass zugehörige Öffnungsschutz-Mikroschalter (ohne Abbildung) das Magnetron bereits deaktiviert haben. Dann ist auch für diesen Zwischenzustand eine ausreichende Dämpfung gegeben.
9 zeigt eine Auftragung einer nach vorne gerichteten Komponente |S₂₁| eines Streuparameters in dB über die Frequenz der Mikrowellenstrahlung in GHz für die Ausführungsform der Mikrowellenfalle aus den 7 und 8, allerdings ohne Fallendeckel. Die Ergebnisse sind Simulationsergebnisse, die auf einem zweidimensionalen Modell der Funkfrequenz- bzw. Mikrowellenabdichtung beruhen, was eine sehr gute Annäherung bezüglich eines vollen dreidimensionalen Modells ergibt. Der Streuparameter |S₂₁| zeigt eine sehr scharfe Dämpfung der Abdichtung bei 2,432 und 2,462 GHz, was den beiden unterschiedlichen Resonanzfrequenzen der Drosselvorrichtungen 40, 41 (aus 7 und 8) entspricht. Für die Betriebsfrequenzen eines typischen Mikrowellenofens zwischen 2,45 und 2,48 GHz ergibt sich so eine starke breitbandige Drosselung. Aufgrund ihrer räumlichen Nähe koppeln die beiden Drosselvorrichtungen elektromagnetisch. Das Maximum von |S₂₁| bei ca. 1,97 GHz, das weit außerhalb des Betriebsfrequenzbereichs des Mikrowellenofens liegt, ergibt sich aus der gegenseitigen Kopplung der beiden Drosselvorrichtungen.
10 zeigt eine Auftragung einer nach vorne gerichteten Komponente |S₂₁| eines Streuparameters in dB über die Frequenz der Mikrowellenstrahlung in GHz für die Ausführungsform der Mikrowellenfalle aus den 7 und 8 mit Fallendeckel. Hier ist im Vergleich zu 9 aufgrund der kürzeren Wellenlänge im Fallendeckel die größte Dämpfung etwas verringert. Dennoch bleibt die Dämpfung im Betriebsfrequenzbereich des Mikrowellenofens sehr stark (stärker als – 50 dB) und zudem gleichmäßiger. Der Effekt des Fallendeckels ist weniger ausgeprägt, wenn die dielektrische Permittivität des Fallendeckelmaterials kleiner ist. Besonders geeignet sind Materialien mit einer dielektrischen Permittivität im Bereich von ca. zwei (z. B. DuPont Teflon) bis ca. vier (z. B. Phillips Petroleum Ryton R7).
Die 11 bis 17 zeigen Auftragungen des abgestrahlten Leistungsflusses bzw. der zugehörigen Drosselung in dB/(W/m²) entlang der vier Kanten bzw. Spaltöffnungen des Mikrowellenofens nach den 7 und 8 – nämlich der Oberkante (oberes linkes Diagramm), der Unterkante (oberes rechtes Diagramm), der linken Kante (unteres linkes Diagramm) und der rechten Kante (unteres rechtes Diagramm) – für verschiedene Frequenzen der Mikrowellenstrahlung von 2,42 GHz (11) bis 2,51 GHz (17) in Schritten von 0,015 GHz (12 bis 16). Dies ist eine Erweiterung der zweidimensionalen Betrachtung der 7 und 8 auf eine dreidimensionale Modellierung.
Die x-Koordinate ist der Raumwinkel der abgestrahlten Mikrowellenenergie-Energie. Um diese zu bestimmen, wird z. B. ein Messgerät in einem bestimmten Abstand um das Gerät herumgeführt.
Im nominalen Betriebsfrequenzbereich des Mikrowellenofens von 2,435 bis 2,48 GHz liegt der Strahlungsleistungsfluss immer niedriger als –32 dB/(W/m²) und steigt außerhalb dieses Frequenzbands an. Im vergleich zu herkömmlichen Öfen mit nur ei ner einzigen MW-Drosselvorrichtung ergibt sich eine zusätzlich Dämpfung von mindestens 8 dB.
Es sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist.
Auch müssen die λ/4-Fallen nicht nebeneinander oder parallel zueinander ausgerichtet sein, sondern können, insbesondere im Bereich von – ggf. abgerundeten – Ecken, parallel zur bzw. innerhalb der Hauptebene gegeneinander winkelversetzt sein.
Auch können die Drosselungseigenschaften anders verändert werden, z. B. durch eine Veränderung der Höhe, der Form, der Abdeckung, des Füllstoffs usw., und zwar auch für jede λ/4-Falle einzeln.
Auch ist die Erfindung nicht auf Mikrowellenöfen oder Haushaltsgeräte beschränkt, sondern kann jegliche Geräte umfassen, bei denen eine Mikrowellen-Leckstrahlung durch einen Spalt verringert werden soll.

1: Mikrowellenofen
2: Muffel
3: Flansch
4: Innenflanschteil
5: Öffnungsblendenteil
6: Außenflanschteil
7: Außensteg
8: Garraumtür
9: Türhinterteil
10: innere Sichtöffnung
11: Fallendeckel
12: Türboden
13: vorderer Türrand
14: Türsteg
15: Dichtung
16: Türgriff
17: Scharnier
18: Bedienblende
19: Muffelzwischenblende
20: Türzwischenblende
21: Scheibe
22: Mikrowellendoppelfalle
23: erste λ/4-Falle
24: zweite λ/4-Falle
25: Fallenhinterteil
25a: Falz
26: Fallenmittelteil
26a: Scheidewand
27: Fallenvorderteil
27a: Falz
28: Auflage Glaspaket
29: Glashalter
30: Nut
31: Schlitz
32: Garraumtür
33: Garraumtür
34: Muffel
35: Mikrowellenofen
36: Muffel
37: Garraumtür
38: Garraum
39: Mikrowellendoppelfalle
40: λ/4-Falle
41: λ/4-Falle
42: Spalt
43: Fallendeckel
44: Mikrowellenofen
45: Muffel
46: Garraumtür
47: Garraum
48: Spalt
49: Mikrowellenfalle
50: Garraum
P: Hauptebene
P': Hauptebene
X: X-Achse
X': X-Achse
Y: Y-Achse
Y': Y-Achse
Z: Z-Achse
Z': Z-Achse

Claims

Garraumtür (8; 32; 33; 37) für einen Mikrowellenofen (1; 35) mit mindestens einer λ/4-Falle zur Drosselung einer Mikrowellenleckstrahlung bei geschlossenem Mikrowellenofen (1; 35), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine λ/4-Falle (23, 24; 40, 41) im Wesentlichen parallel zu einer Verschlussebene (P') der Garraumtür (8; 32; 33; 37) ausgerichtet ist.
Garraumtür (8; 32; 33; 37) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Fallenmittelteil (26) auf einer ersten Fläche (27) der Garraumtür (8; 32; 33; 37) aufsitzt, so dass die erste Fläche (27) eine Seitenwand einer λ/4-Falle (23, 24; 40, 41) bildet, und dass – eine zweite Fläche (25) der Garraumtür (8; 32; 33; 37) auf dem Fallenmittelteil (26) aufsitzt, so dass auch die zweite Fläche (25) eine Seitenwand einer λ/4-Falle (23, 24; 40, 41) bildet.
Garraumtür (8; 32; 33; 37) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fallenmittelteil (26) einen bandförmigen, zumindest teilweise umlaufenden Fallendeckel (11) aufweist, der mit einer Seitenkante auf der ersten Fläche (27) der Garraumtür (8; 32; 33; 37) aufsitzt und mit einer gegenüberliegenden Seitenkante auf der zweiten Fläche (25) der Garraumtür (8; 32; 33; 37) aufsitzt.
Garraumtür (8; 32; 33; 37) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die λ/4-Falle eine λ/4-Doppelfalle (8; 32; 33; 37) ist, bei der das Fallenmittelteil (26) zusätzlich eine Scheidewand (26a) zur zumindest teilweisen Trennung eines Innenraums der λ/4-Doppelfalle (8; 32; 33; 37) aufweist.
Garraumtür (8; 32; 33; 37) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheidewand (26a) an einer Seitenfläche des Fallendeckels (11) angebracht ist.
Muffel (2; 34; 36) eines Mikrowellenofens (1; 35) mit mindestens einer λ/4-Falle zur Drosselung einer Mikrowellenleckstrahlung bei geschlossenem Mikrowellenofen (1; 35), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine λ/4-Falle (23, 24; 40, 41) im Wesentlichen parallel zu einer Beschickungsöffnungsebene (P) der Muffel (2; 34; 36) ausgerichtet ist.
Mikrowellengerät, insbesondere Mikrowellenofen (1; 35), mit mindestens einer Garraumtür nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder mindestens einer Muffel (2; 34; 36) nach Anspruch 6.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, sie mehrere hintereinandergeschaltete λ/4-Fallen (22, 23, 24; 39, 40, 41) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei λ/4-Fallen (23, 24; 40, 41) unterschiedliche Drosseleigenschaften, insbesondere unterschiedliche Resonanzfrequenzen, aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der λ/4-Fallen (23, 24; 40, 41) eine unterschiedliche Länge zueinander aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die λ/4-Fallen (23, 24; 40, 41) nebeneinander angrenzend angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine λ/4-Falle (22, 23, 24; 39, 40, 41) eine Abdeckung aus einem mikrowellentransparenten Material, insbesondere Teflon, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine λ/4-Falle (22, 23, 24; 39, 40, 41) mit einem mikrowellentransparenten Material ausgefüllt ist, insbesondere einem Schaum.