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Die Erfindung betrifft ein Gargerät mit einem breitbandigen Mikrowellengenerator sowie einen Lüftungskanal für ein Gargerät.
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Gargeräte mit Mikrowellengeneratoren sind hinlänglich bekannt. In diesen werden vom Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in einen Garraum geleitet, in dem sich das zu erwärmende Gargut befindet. Der Garraum ist derart gestaltet, dass ein unkontrollierter Austritt von Mikrowellen aus dem Garraum unterbunden wird, um den Benutzer des Gargerätes nicht zu gefährden oder umliegende Elektronik nicht zu stören. Für den Fall, dass eine Motorwelle von außerhalb des Garraums ins Innere geführt wird, gilt der Stelle, an dem die Motorwelle die Garraumwand durchbricht, besondere Aufmerksamkeit, denn die Motorwelle wirkt ähnlich wie eine Antenne, die Mikrowellen vom Garraum nach außen leiten kann. Üblicherweise werden entweder Schleifkontakte, die die Motorwelle elektrisch mit der Garraumwand kontaktieren, oder sogenannte λ/4-Fallen verwendet, die die auf der Motorwelle laufenden Mikrowellen reflektieren und so den Austritt von Mikrowellen verhindern.
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Die λ/4-Fallen sind dabei auf die Wellenlänge der vom Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen maßgeschneidert, sodass sie nur ein sehr schmales Frequenzband um die Frequenz der erzeugten Mikrowelle herum signifikant reflektieren. Dies stellt für Gargeräte mit einem Mikrowellengenerator, der Mikrowellen einer einzelner Frequenz erzeugt, kein Problem dar, weil die λ/4-Falle an die Frequenz der erzeugten Mikrowellen angepasst werden kann. Wird jedoch das Gargerät mit mehreren Mikrowellengeneratoren unterschiedlicher Frequenzen oder mit einem breitbandigen Mikrowellengenerator, also einem Mikrowellengenerator, der Mikrowellen über ein bestimmtes Frequenzband erzeugt, betrieben, so wird durch eine λ/4-Falle um die Motorwelle ein Austritt von Mikrowellen durch die Motorwelle nur unzureichend verhindert.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, das Austreten von Strahlung aus dem Garraum eines Gargeräts mit einem breitbandigen Mikrowellengenerator über die gesamte Bandbreite des Mikrowellengenerators effektiv zu verhindern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gargerät mit einem breitbandigen Mikrowellengenerator, einem Garraum, einer Garraumwand, die eine Wanddurchführung aufweist, einer Motorwelle, die sich aus dem Garraum heraus durch die Wanddurchführung erstreckt, und zwei Mikrowellenfallen, die um die Motorwelle angeordnet sind, wobei die Mikrowellenfallen unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch zwei Mikrowellenfallen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, die geschickt im Frequenzbereich des Mikrowellengenerators gewählt sind, eine breitbandige Reflexion der über die Motorwelle geleiteten Mikrowellen möglich ist, wodurch die Transmission der Mikrowellen durch die Motorwelle aus dem Garraum heraus gedämpft wird. Der Abstand der beiden Resonanzfrequenzen ist dabei so gewählt, dass die einander zugewandten Flanken der Resonanzpeaks ineinander übergehen, sodass zumindest im Bereich zwischen den beiden Resonanzfrequenzen eine erhebliche Dämpfung der transmittierten Mikrowellen erfolgt.
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Vorzugsweise sind die Resonanzfrequenzen derart gewählt, dass das Spektrum des Mikrowellengenerators größtenteils zwischen den beiden Resonanzfrequenzen liegt oder durch Zusammenwirken der Resonanzfrequenzen abgedeckt wird, sodass ein unkontrollierter Austritt von durch den Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen über die Motorwelle zuverlässig verhindert wird.
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In einer Ausführungsform weist eine der Mikrowellenfallen eine λ/4-Falle auf, die die Motorwelle umgibt, wodurch eine Mikrowellenfalle auf einfache und erprobte Weise realisiert wird.
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Vorzugsweise ist die λ/4-Falle im Inneren des Garraumes an der Garraumwand angeordnet, sodass die äußere Baugröße des Garraums nicht durch die λ/4-Falle beeinträchtigt wird.
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Beispielsweise erzeugt die λ/4-Falle einen Leerlauf für Mikrowellen, wodurch über die Motorwelle geleitete Mikrowellen mit Frequenzen sehr ähnlich oder gleich der Resonanzfrequenz der λ/4-Falle durch diese reflektiert werden.
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In einer Ausführungsvariante weist die λ/4-Falle ein Dielektrikum, insbesondere eine Keramik auf, wodurch eine kompakte Bauweise der λ/4-Falle ermöglicht wird.
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Vorzugsweise weist das Dielektrikum eine geometrische Länge parallel zur Motorwelle auf, die der elektrischen Länge einer viertel Wellenlänge einer Mikrowelle der gewünschten Resonanzfrequenz der λ/4-Falle entspricht, wodurch die Resonanzfrequenz der λ/4-Falle beliebig einstellbar ist.
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Beispielsweise liegt die Resonanzfrequenz der λ/4-Falle zwischen 2,3 GHz und 2,4 GHz, sodass durch die λ/4-Falle der niederfrequente Bereich des Spektrums des Mikrowellengenerators abgedeckt wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Gargerät einen Lüftungskanal auf, der an der Garraumwand angeordnet ist und der eine Öffnung zum Garraum aufweist, die mit der Wanddurchführung fluchtet, wobei der Lüftungskanal eine der Mikrowellenfallen bildet, wodurch ohne zusätzliche Bauteile eine zweite Mikrowellenfalle am Gargerät realisiert wird.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Motorwelle durch die Öffnung zum Garraum des Lüftungskanals, sodass eine einfache Kopplung der in der Motorwelle geführten Mikrowellen an den Lüftungskanal gewährleistet ist.
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In einer weiteren Ausführungsvariante weist der Lüftungskanal einen Abschnitt auf, der als Leiter, insbesondere als Hohlleiter, besonders bevorzugt als Rechteckhohlleiter, für Mikrowellen ausgebildet ist, wobei der Leiter an die Öffnung zum Garraum anschließt. Auf diese Weise wird eine Blindleitung für die Mikrowellen bereitgestellt.
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Beispielsweise erstreckt sich der Leiter senkrecht zur Motorwelle, wodurch eine platzsparende Bauweise des Gargeräts ermöglicht wird.
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Vorzugsweise sind die geometrische Länge und der Querschnitt des Leiters derart aneinander angepasst, dass der Leiter eine elektrische Länge aufweist, die einer viertel Wellenlänge einer Mikrowelle der gewünschten Resonanzfrequenz des Lüftungskanals entspricht, wodurch die Resonanzfrequenz des Lüftungskanals eingestellt werden kann.
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Beispielsweise weist der Lüftungskanal einen Abschnitt auf, insbesondere mit einem Gitter oder einem Kanalabschnitt mit einem runden Querschnitt, der die Ausbreitung von Mikrowellen in diesem und durch diesen Abschnitt verhindert, und der den Leiter auf dessen von der Motorwelle abgewandten Seite abschließt, wodurch der Lüftungskanal für Mikrowellen abgeschlossen ist, jedoch für Luftströmungen durchlässig bleibt.
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Die Resonanzfrequenz des Lüftungskanals kann zwischen 2,5 GHz und 2,6 GHz liegen, wodurch der höherfrequente Bereich des Frequenzspektrums des Mikrowellengenerators durch den Lüftungskanal abgedeckt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Lüftungskanal für die Verwendung in einem Gargerät mit einem Mikrowellengenerator, wobei eine Motorwelle des Gargerätes durch den Lüftungskanal geführt ist und der Lüftungskanal eine Mikrowellenfalle für Mikrowellen wenigstens einer Frequenz, die über die Motorwelle geleitet werden und die von dem Mikrowellengenerator erzeugt wurden, bildet. Auf diese Art wird eine Mikrowellenfalle ohne zusätzliche Bauteile realisiert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gargeräts,
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2 eine perspektivische Darstellung einer λ/4-Falle, der an einer Wanddurchführung eines Garraums des Gargeräts von 1 angeordnet ist,
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3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lüftungskanals, und
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4 einen Graph, der die frequenzabhängige Transmission von Mikrowellen über die Motorwelle aus dem Garraum eines erfindungsgemäßen Gargerätes heraus zeigt.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßen Gargerät 10 schematisch dargestellt. Das Gargerät 10 weist einen Garraum 12 auf, der von einer Garraumwand 14 umgeben ist.
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Weiterhin ist ein breitbandiger Mikrowellengenerator 16 vorgesehen, der mittels eines Hohlleiters 18 oder einer Antenne mit dem Garraum 12 in Verbindung steht. Der Mikrowellengenerator 16 ist beispielsweise mit einem Halbleiterverstärker ausgebildet.
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Die Garraumwand 14 weist eine Wanddurchführung 20 in Form einer Öffnung für eine Motorwelle auf. An der Innenseite der Garraumwand 14 ist um die Wanddurchführung 20 herum eine λ/4-Falle 22 angeordnet, die an der Garraumwand 14 befestigt ist.
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An der Außenseite der Garraumwand 14 ist ein Lüftungskanal 24 vorgesehen, der sich größtenteils entlang der Garraumwand 14 erstreckt.
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Der Lüftungskanal 24 wird von einer Motorwelle 26 senkrecht durchquert, wobei sich die Motorwelle 16 von außerhalb des Lüftungskanals 24 durch diesen und die Wanddurchführung 20 in den Garraum 12 hinein erstreckt. Im Garraum 12 wird ein Teil der Motorwelle 26 von der λ/4-Falle 22 umgeben.
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Am weiter in den Garraum 12 hineinragenden Ende der Motorwelle 26 ist ein Funktionsteil 28 vorgesehen. Dieses Funktionsteil 28 kann, wie in der gezeigten Ausführungsform, ein Lüfterrad sein, denkbar ist aber auch ein Drehteller oder Ähnliches. Die Motorwelle 26 wird durch einen Motor 30 angetrieben, der sich an dem dem Funktionsteil 28 entgegengesetzten Ende der Motorwelle 26 und außerhalb des Garraums 12 und des Lüftungskanals 24 befindet.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus der Garraumwand 14 im Bereich der Wanddurchführung 20 dargestellt. Der Garraum 12 befindet sich in dieser Darstellung oberhalb der Garraumwand 14.
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Die Motorwelle 26 erstreckt sich in den Garraum 12 hinein und wird von der λ/4-Falle 22 umgeben. Die λ/4-Falle 22 ist als ringförmiger Körper ausgebildet, der als ein hohles, rechteckiges Metallgehäuse 32 ausgeführt ist. Das Metallgehäuse 32 ist zweiteilig und weist einen U-förmigen Rumpf 34 und einen Deckel 36 auf, die an der radial äußeren Seite des Metallgehäuses 32 elektrisch kontaktiert sind. An der radial innenliegenden Seite des Metallgehäuses 32 ist zwischen Rumpf 34 und Deckel 36 ein Spalt 37 ausgebildet.
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Im U-förmigen Rumpf 34 ist ein ebenfalls ringförmiges Dielektrikum 38 parallel zur Motorwelle 26 aufgenommen. Das Dielektrikum 38 ist beispielsweise eine Keramik und liegt an einem Steg 39 des Metallgehäuses 32 an, der zwischen den Schenkeln des U-förmigen Metallgehäuses 32 ausgebildet ist. Die Längsausdehnung LD des Dielektrikums 38 parallel zur Motorwelle 26 entspricht dabei der elektrischen Länge einer viertel Wellenlänge (λ/4) einer Mikrowelle der gewünschten Resonanzfrequenz ωD.
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3 zeigt einen Lüftungskanal 24 in perspektivischer Ansicht. Der Lüftungskanal 24 besteht aus zwei Abschnitten: einem Wellenleiterabschnitt 40 und einem Verbindungsabschnitt 42. Der Wellenleiterabschnitt 40 und der Verbindungsabschnitt 42 grenzen aneinander an, sodass ein Luftstrom durch den Lüftungskanal 24 möglich ist.
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Der Wellenleiterabschnitt 40 ist als Rechteckhohlleiter ausgebildet und weist an dem vom Verbindungsabschnitt 42 entfernten Ende in zwei gegenüberliegenden Seitenwänden je eine zueinander konzentrische Öffnungen auf. Die Öffnung in der der Garraumwand 14 zugewandten Seite des Wellenleiterabschnitts 40 bildet eine Ankoppelöffnung 44 an den Garraum 12 und fluchtet mit der Wanddurchführung 20 oder ist als Teil der Wanddurchführung 20 ausgeführt. Die der Ankoppelöffnung 44 gegenüberliegende Öffnung bildet eine Lageröffnung 46, in der ein Lager (nicht gezeigt) für die Motorwelle 26 vorgesehen ist.
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Die Motorwelle (in 3 nicht eingezeichnet) erstreckt sich durch die Lageröffnung 46 und die Ankoppelöffnung 44 und somit senkrecht zur Längsausdehnung des Wellenleiterabschnittes 40.
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Die Länge LL der Längsausdehnung des Wellenleiterabschnitts 40 von einer Achse durch die Mittelpunkte der Öffnungen 44, 46 bis zum Übergang zum Verbindungsabschnitt 42 ist an den Querschnitt des Wellenleiterabschnitts angepasst oder umgekehrt, sodass die elektrische Länge des Wellenleiterabschnitts 40 einer viertel Wellenlänge einer Mikrowelle der gewünschten Resonanzfrequenz ωL des Lüftungskanals 24 entspricht.
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Dagegen ist der Verbindungsabschnitt 42 so ausgeführt, dass eine Propagation von Mikrowellen, zumindest im Frequenzbereich des Mikrowellengenerators, nicht möglich ist. In der gezeigten Ausführungsform weist der Verbindungsabschnitt 42 einen kreisförmigen Querschnitt auf.
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An dem dem Wellenleiterabschnitt 40 abgewandten Ende des Verbindungsabschnitts 42 ist eine Öffnung vorgesehen, die in die Umgebung des Gargeräts 10 mündet, sodass zwischen dem Garraum 12 und der Umgebung des Gargeräts 10 durch den Lüftungskanal 24, bestehend aus dem Wellenleiterabschnitt 40 und dem Verbindungsabschnitt 42, eine Strömungsverbindung für Luft besteht.
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Zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung wird angenommen, dass der Mikrowellengenerator 16 ein Frequenzspektrum Δ mit einer Bandbreite von 100 MHz um eine Mittenfrequenz von 2,45 GHz aufweist, also Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,4 GHz bis 2,5 GHz erzeugt. Diese Auswahl ist jedoch in keiner Weise einschränkend zu sehen.
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Das Ergebnis einer Transmissionsmessung über die Länge der Motorwelle 16 des Gargeräts 10 von Mikrowellen in einem Frequenzbereich von 2,00 GHz bis 2,90 GHz ist in 4 gezeigt. Die Amplituden der Mikrowellen sind vor und hinter den beiden Mikrowellenfallen 22, 24 in Relation gesetzt, um die durch die Mikrowellenfallen 22, 24 erzeugte Dämpfung zu ermitteln.
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Gut erkennbar ist, dass zwei Frequenzen sehr starke Dämpfung aufweisen. Diese Frequenzen entsprechen den Resonanzfrequenzen ωD, ωL. Zwischen den beiden Frequenzen ωD, ωL ist ein Bereich mit starker Dämpfung ausgebildet, der das Frequenzspektrum Δ des Mikrowellengenerators 16 beinhaltet.
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Die vom Mikrowellengenerator 16 erzeugten Mikrowellen propagieren durch den Hohlleiter 18 in den Garraum 12. Dort werden sie größtenteils vom zu erwärmenden Gargut (nicht gezeigt) absorbiert. Ein Teil der Mikrowellen koppelt jedoch in das Funktionsteil 28 oder die Motorwelle 26 ein und propagiert in der Motorwelle 26 in Richtung des Motors 30, der sich außerhalb des Garraums 12 befindet.
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Das Dielektrikum 38 und der Spalt 37 der λ/4-Falle 22 wirken für die in der Motorwelle 26 propagierenden Mikrowellen wie eine Blindleitung, die durch den Steg 39 des Rumpfs 34 kurzgeschlossen ist. Für Mikrowellen mit der Frequenz ωD hat die Blindleitung aufgrund der geometrischen Länge LD des Dielektrikums 38 eine elektrische Länge von λ/4, sodass das der Garraumwand 14 abgewandte Ende des Dielektrikums 38 für Mikrowellen der Frequenz ωD wie ein Leerlauf wirkt und diese Mikrowellen reflektiert. Mikrowellen mit Frequenzen um die Resonanzfrequenz ωD werden von der λ/4-Falle 22 nur teilweise reflektiert. Die mit der Reflexion einhergehende Dämpfung der Mikrowellen ist in 4 um die Frequenz ωD als Abfall der Transmission durch die Motorwelle 26 zu sehen.
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Die nicht oder nur teilweise von der λ/4-Falle 22 reflektierten Mikrowellen propagieren weiter zum Lüftungskanal 24 hin und koppeln mit dem Wellenleiterabschnitt 40. Das Funktionsprinzip des Wellenleiterabschnitts 40 ist ähnlich dem der λ/4-Falle 22. Der Kurzschluss wird hier durch den Übergang zwischen dem Wellenleiterabschnitt 40 und dem Verbindungsabschnitt 42 erzeugt, und die Länge LL der Blindleitung ist so gewählt, dass sie für Mikrowellen der Frequenz ωL eine elektrische Länge von λ/4 hat. Entsprechend wird durch den Wellenleiterabschnitt 40 ein Leerlauf erzeugt, und Mikrowellen mit der Frequenz ωL werden vollständig und Mikrowellen mit Frequenzen um die Resonanzfrequenz ωL teilweise reflektiert. Die daraus resultierende Dämpfung der Mikrowellen ist als Abfall der Transmission um die Frequenz ωL in 4 zu sehen.
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Mikrowellen mit Frequenzen zwischen der Resonanzfrequenz ωD der λ/4-Falle 22 und der Resonanzfrequenz ωL des Lüftungskanals 24 werden sowohl durch die λ/4-Falle 22 als auch den Lüftungskanal 24 teilweise reflektiert, sodass auch die Mikrowellen dieser Frequenzen eine erhebliche Dämpfung erfahren, wie dem Bereich zwischen den beiden Resonanzfrequenzen ωD, ωL in 4 zu entnehmen ist.
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Somit wird durch das Zusammenwirken der λ/4-Falle 22 und des Lüftungskanals 24 der Austritt von Mikrowellen aus dem Garraum 12 heraus über einen Frequenzbereich zwischen ωD und ωL effektiv unterbunden.
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Selbstverständlich ist die beschriebene Ausführungsform nicht beschränkend zu sehen. So ist die Verwendung der Erfindung auch in Gargeräten ohne separates Heizelement 31 anwendbar. Zudem ist die Form des Wellenleiterabschnitts 40 des Lüftungskanals 24 nicht auf einen Rechteckhohlleiter begrenzt. Neben einem Rechteckhohlleiter eignen sich ebenso andere an die gewünschte Resonanzfrequenz angepassten Geometrien.
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Auch ist es denkbar, den Übergang zwischen dem Wellenleiterabschnitt 40 und dem Verbindungsabschnitt 42 des Lüftungskanals 24 durch ein Gitter zu realisieren, um die Propagation der Mikrowellen in den Verbindungsabschnitt 42 zu verhindern.
