DE102017210275A1

DE102017210275A1 - Mikrowellen-Gargerät mit Patchantenne

Info

Publication number: DE102017210275A1
Application number: DE102017210275.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Kuchler; Kerstin Rigorth; Sebastian Sterz
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2018-12-20
Also published as: EP3643141A1; CN110741731A; CN110741731B; WO2018234064A1; EP3643141B1; US11533792B2; US20200015327A1

Abstract

Ein Mikrowellen-Gargerät (H) weist einen von einer Garraumwand (1; 23) begrenzten Garraum (G) und eine Mikrowelleneinrichtung zum Einleiten von Mikrowellen in den Garraum (G), die mindestens eine Patchantenne (2; 24) aufweist, auf, wobei die Patchantenne (2; 24) einen flächigen Grundkörper (3) und einen den Grundkörper (3) beabstandet überdeckenden, mit Mikrowellenenergie speisbaren flächigen Abstrahlkörper (6; 21) aufweist und der Grundkörper (3; 25) und der Abstrahlkörper (6; 21) gegeneinander elektrisch isoliert sind, der Grundkörper (3; 25) einem Bereich der Garraumwand (1) entspricht. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Haushaltsgeräte, insbesondere eigenständige Mikrowellengeräte oder Backöfen mit Mikrowellenfunktion.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrowellen-Gargerät, aufweisend einen von einer Garraumwand begrenzten Garraum und eine Mikrowelleneinrichtung zum Einleiten von Mikrowellen in den Garraum, die mindestens eine Patchantenne aufweist, wobei die Patchantenne einen flächigen Grundkörper und einen den Grundkörper beabstandet überdeckenden, mit Mikrowellenenergie speisbaren flächigen Abstrahlkörper aufweist und der Grundkörper und der Abstrahlkörper gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Haushaltsgeräte, insbesondere eigenständige Mikrowellengeräte oder Backöfen mit Mikrowellenfunktion.
WO 2016/043731 A1 offenbart ein Mikrowellen-Gargerät, das einen Garraum aufweist, der dazu angeordnet ist, eine Last aufzunehmen, mindestens zwei Patchantennen, die mit mindestens einem Mikrowellengenerator gekoppelt sind, und eine Steuereinheit. Jede der mindestens zwei Patchantennen ist so konfiguriert, dass sie Mikrowellen in eine vordefinierte direkte Heizzone innerhalb des Garraums nahe der jeweiligen Patchantenne ausstrahlen kann. Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie Energieniveaus für jede der mindestens zwei Patchantennen auswählt, als ob die Last statisch wäre und als ob keine Interferenz zwischen den mindestens zwei Patchantennen auftritt. Hierbei tritt der Nachteil auf, dass die verwendeten einfachen Patchantennen eine nur geringe Bandbreite der Einspeisung aufweisen.
US 5,558,800 offenbart einen Mikrowellen-Leistungsstrahler für Mikrowellen-Heizanwendungen. Dabei wird offenbart, dass Ausgangsanpassungsnetzwerke, die normalerweise in einem Mikrowellen-Leistungstransistorpaket enthalten sind, sowie ein Transistor-Kombinationsnetzwerk dafür für Heizanwendungen, z.B. in Mikrowellenöfen, eliminiert werden. In einer Variante sind die Transistor-Dies von vier Mikrowellen-Silizium-Bipolartransistoren direkt mit Punkten geringer Impedanz eines gemeinsamen Patchantennen-Elements, das auch als Applikator bezeichnet wird, verbunden und in der Wand eines Garraums anstelle eines Magnetrons angeordnet. Jedes Paar von Leistungstransistoren ist elektrisch mit einer halben Wellenlänge beabstandet und ist quer zueinander auf der Antenne angeordnet. Die Transistoren werden paarweise mit einer Phasendifferenz von 200° betrieben, so dass in der Antenne gegenseitig orthogonale Längsmodi angeregt werden. Darüber hinaus werden die Transistoren über ihr vorgeschriebenes Frequenzband frequenzmoduliert, um stehende Wellen in der Last, d.h., in dem Gegenstand oder der Substanz, die erwärmt oder gekocht wird, zu eliminieren. Entweder eine oder mehrere Patchantennen können verwendet und betrieben werden, z.B. mit zwei verschiedenen Frequenzen, die für Heizanwendungen zugelassen sind, typischerweise mit 915 MHz und 2450 MHz. Auch hier tritt der Nachteil auf, dass die verwendete Patchantenne eine nur geringe Bandbreite der Einspeisung aufweist.
US 2016/066369 A1 kombiniert eine Einspeisung von Mikrowellenstrahlung über Hohlleiter mit einer Lichtquelle. Eine Hohlleiteröffnung ist dabei durch eine Abdeckung, z.B. Borosilikatglas, von einem Garraum abgetrennt. Neben dem Hohlleiter, und damit außerhalb des Mikrowellenfeldes, befindet sich eine Beleuchtungseinrichtung, deren Lichtquelle durch eine Durchgangsöffnung ebenfalls hinter die Abdeckung gebracht wird und so durch das Glas den Garraum beleuchtet. Hierbei muss jedoch darauf geachtet werden, die Beleuchtungseinrichtung außerhalb des Hohlleiterquerschnitts zu platzieren, um sie keiner zu hohen Mikrowellenstrahlung auszusetzen oder damit die Mikrowellenstrahlung nicht ungünstig umgeleitet wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein Mikrowellen-Gargerät bereitzustellen, das bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau Mikrowellen mit einer größeren Bandbreite in den Garraum einspeisen kann.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Mikrowellen-Gargerät, aufweisend einen von einer Garraumwand begrenzten Garraum und eine Mikrowelleneinrichtung zum Einleiten von Mikrowellen in den Garraum, wobei die Mikrowelleneinrichtung mindestens eine Patchantenne aufweist, die Patchantenne einen flächigen Grundkörper und einen den Grundkörper beabstandet überdeckenden flächigen Abstrahlkörper, der mit Mikrowellenenergie speisbar ist, aufweist, der Grundkörper und der Abstrahlkörper gegeneinander elektrisch isoliert sind und der Grundkörper einem Bereich der Garraumwand entspricht.
Dieses Mikrowellen-Gargerät weist den Vorteil auf, dass die Patchantenne einen besonders einfachen, robusten und kostengünstigen Aufbau aufweist und zudem Mikrowellen mit einer vergleichsweise großen Bandbreite in den Garraum einspeisen kann.
Das Mikrowellen-Gargerät kann ein reines Mikrowellengerät oder ein Mikrowellen-Kombinationsgerät sein, z.B. ein Gargerät, das einen Backofen mit einer Mikrowellenfunktion ist oder aufweist. Das Mikrowellen-Gargerät ist insbesondere ein Haushaltsgerät.
Die Mikrowelleneinrichtung kann einen Mikrowellenerzeuger (z.B. ein Magnetron) und mindestens eine zu der mindestens einen Patchantenne führende Mikrowellenleitung aufweisen.
Es ist eine Weiterbildung, dass der (Teil-)Bereich der Garraumwand, welcher den Grundkörper bildet, ein ebener Teilbereich der Garraumwand ist. Der Grundkörper ist elektrisch leitfähig und liegt auf einem vorgegebenen Bezugspotenzial. Der Grundkörper kann insbesondere als Masse dienen.
Die Abstrahlung der Mikrowellenstrahlung erfolgt über den Abstrahlkörper. Auch der Abstrahlkörper ist elektrisch leitfähig. Eine Frequenz der Mikrowellen kann z.B. 915 MHz oder 2,45 GHz umfassen.
Unter einem flächigen Körper kann insbesondere ein Körper verstanden werden, der bei Draufsicht auf die Garraumwand eine merkliche bzw. nicht vernachlässigbare seitliche Ausdehnung (d.h., Höhe und Breite) aufweist. Dass die Patchantenne einen flächigen Grundkörper und einen den Grundkörper beabstandet überdeckenden flächigen Abstrahlkörper aufweist, umfasst folglich, dass sich zwischen dem Grundkörper und dem Abstrahlkörper ein Hohlraum befindet.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Abstrahlkörper ein plattenförmiger Abstrahlkörper ist. Der Abstrahlkörper kann insbesondere ein ebener Abstrahlkörper sein. Der Abstrahlkörper kann auch als Patch oder Resonator bezeichnet werden. Der Abstrahlkörper weist in einer besonders einfachen Ausführung eine in Draufsicht rechteckige Form auf, wobei die Ecken zur Vermeidung von Feldüberhöhungen und damit einhergehenden Funkenüberschlägen abgerundet sein können. Jedoch ist auch jede andere Flächenform denkbar, wobei der Abstrahlkörper Öffnungen oder Einschnitte aufweisen kann. Der Abstrahlkörper kann also allgemein ein nicht-durchbrochener oder ein durchbrochener (z.B. geschlitzter) Körper sein.
Die Garraumwand und der Abstrahlkörper sind elektrisch leitfähig. Sie können aus Metall bestehen, insbesondere aus Metallblech. Die Garraumwand und/oder der Abstrahlkörper können beschichtet sein. Die Garraumwand kann auch als Muffel bezeichnet werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Grundkörper einer Vertiefung der Garraumwand entspricht, der Abstrahlkörper in die Vertiefung eingesetzt ist und der Grundkörper und der Abstrahlkörper durch einen umlaufenden Spalt gegeneinander elektrisch isoliert sind. So wird eine besonders einfach herstellbare und kompakte Patchantenne bereitgestellt.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Vertiefung eine Prägung oder Ausbuchtung ist. Sie kann alternativ eine Materialaussparung oder ein separat hergestelltes und dann eingesetztes Teilstück der Garraumwand sein.
Der Spalt ist insbesondere ein bei Draufsicht auf die Vertiefung umlaufender Spalt. Der Spalt kann insbesondere eine praktisch konstante Spaltbreite aufweisen.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Spalt ein Luftspalt ist.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Spalt mittels eines elektrisch isolierenden Verschlussmaterials verschlossen oder abgedichtet ist. Die Verwendung des Verschlussmaterials ergibt den Vorteil, dass der Spalt mechanisch gebrückt wird und der Abstrahlkörper dadurch stabil positioniert und befestigt werden kann. Darüber hinaus ist so der Hohlraum zwischen Grundkörper und Abstrahlkörper vorteilhafter vor Verschmutzung und/oder anderen Umwelteinflüssen geschützt und wird zudem thermisch weniger beansprucht.
Es ist eine Weiterbildung, dass nur der Spalt mittels eines elektrisch isolierenden Verschlussmaterials verschlossen oder abgedichtet ist, jedoch nicht die garraumseitige Oberfläche des Abstrahlkörpers.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass das Verschlussmaterial den Spalt und zumindest eine Teilfläche des Abstrahlkörpers, ggf. auch die an den Spalt außerhalb der Patchantenne angrenzende Garraumwand garraumseitig überdeckt. Dies kann eine besonders einfache Aufbringung des Verschlussmaterials ermöglichen, z.B. kostengünstig mit einer allgemeinen Garraumbeschichtung. Zudem kann so die garraumseitige Oberfläche des Abstrahlkörpers geschützt und/oder funktional genutzt werden. Auch wird eine besonders leichte Reinigung ermöglicht. Darüber hinaus wird eine besonders einfache Anpassung der optischen Erscheinung der Patchantenne an die restliche Garraumwand möglich.
Es ist eine Weiterbildung davon, dass das Verschlussmaterial nur den Spalt und die garraumseitige Oberfläche des Abstrahlkörpers schichtartig bedeckt. Dann kann die garraumseitige Oberfläche des Abstrahlkörpers entsprechend der dortigen Dicke des Verschlussmaterials abgesenkt werden, so dass die Patchantenne wieder flächenbündig zur umgebenden Wand angeordnet ist bzw. sich die Patchantenne flächenbündig in die Garraumwand oder die umgebende Wand einfügt.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das Verschlussmaterial Glas oder Glaskeramik ist. Dies ergibt den Vorteil, dass das Verschlussmaterial mechanisch, chemisch und thermisch besonders widerstandsfähig ist. Insbesondere kann das Verschlussmaterial dann typische Backofentemperaturen aushalten, z.B. bis 300°C. Auch kann das Verschlussmaterial bei Einsatz in einem pyrolysefähigen Backofen mit Mikrowellenfunktionalität typische Pyrolysetemperaturen von 450°C oder mehr ohne Schaden aushalten.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Volumen bzw. der Hohlraum zwischen dem Grundkörper und dem Abstrahlkörper mit elektrisch isolierendem, insbesondere temperaturbeständigem, Dichtungsmaterial wie Glaswolle oder Keramikschaum gefüllt ist, um eine bessere thermische Isolation oder elektrische Durchschlagfestigkeit zu erreichen.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Spalt mittels eines lichtdurchlässigen elektrisch isolierenden Verschlussmaterials verschlossen ist und das Mikrowellengerät mindestens eine Lichtquelle aufweist, deren Licht von außerhalb des Garraums in das Verschlussmaterial einkoppelbar ist. Dies ergibt den Vorteil, dass die Patchantenne auch als Garraumbeleuchtung dienen kann. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass Licht gerichtet oder diffus in den Garraum abgestrahlt werden kann, wenn das Verschlussmaterial durch mindestens eine Lichtquelle, die innerhalb oder außerhalb der Patchantenne positioniert sein kann, angestrahlt wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lichtquelle ihr Licht seitlich in das Verschlussmaterial einkoppelt. Das Verschlussmaterial kann dann als ein Lichtleiter wirken und das Licht insbesondere über seine gesamte Länge oder seinen gesamten Umfang wieder auskoppeln. So kann eine große Lichtabstrahlfläche zur Lichtabgabe in den Garraum bereitgestellt werden. Um eine besonders gleichmäßige Lichtabgabe in den Garraum zu erreichen, kann die garraumseitige Oberfläche des Verschlussmaterials entsprechend strukturiert, z.B. aufgeraut, sein.
Die Lichteinkopplung kann unmittelbar oder direkt in das in dem Spalt befindliche Verschlussmaterial erfolgen, insbesondere durch eine an dem Verschlussmaterial angebrachte Lichtquelle.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Lichteinkopplung über einen Lichtwellenleiter oder über einen Hohlleiter oder eine Luftstrecke („indirekt“) in das in dem Spalt befindliche Verschlussmaterial erfolgt. In anderen Worten befindet sich zwischen dem in dem Spalt befindlichen Verschlussmaterial und der Lichtquelle mindestens ein Lichtwellenleiter (Lichtleitfaser oder Hohlleiter) oder eine Luftstrecke. Dies ergibt den Vorteil, dass eine Positionierung der Lichtquelle in größerer Entfernung zur Patchantenne möglich ist. Die Lichtquelle kann dadurch leichter thermisch von dem Garraum isoliert werden und wird keiner Mikrowellenstrahlung ausgesetzt.
Es ist eine allgemeine Weiterbildung, dass mindestens eine Lichtquelle so angeordnet ist, dass sie ihr Licht in den Hohlraum zwischen Grundkörper und Abstrahlkörper emittiert. Die in dem Spalt vorhandene lichtdurchlässige Verschlussmasse dient dann als ein Durchlichtelement oder Fenster. Die Lichtquelle kann beispielsweise im Bereich des Grundkörpers angeordnet sein, z.B. durch eine Öffnung in dem Grundkörper ragen oder einstrahlen.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die den Grundkörper bereitstellende Vertiefung der Garraumwand einer Vertiefung einer Garraumbeleuchtung entspricht. So ist es möglich, dass eine für Beleuchtungszwecke vorgesehene Vertiefung oder Einbuchtung in der Garraumwand auch den Abstrahlkörper bzw. die Patchantenne aufnimmt, und der Abstrahlkörper auch die Abdichtung dieses Raumes gegen Umwelteinflüsse bewirkt. Auf diese Weise ist es möglich, Licht aus der Antenneneinheit an eine optisch durchlässige Bewandung dieses Raumes abzugeben und auf diese Weise Licht in den Garraum abzustrahlen.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass dem Hohlraum zugewandte Innenflächen der Patchantenne reflektierend ausgebildet sind. Dies erhöht eine Auskopplungseffizienz für in den Hohlraum gestrahltes Licht. Insbesondere eine an den Hohlraum grenzende Oberfläche des Grundkörpers kann dazu reflektierend ausgestaltet sein. Die Innenfläche(n) können diffus reflektierend und/oder spiegelnd ausgebildet sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Mikrowelleneinrichtung eine Mikrowellenzuführung aufweist, die mit dem Abstrahlkörper gekoppelt ist. So kann Mikrowellenenergie zu dem Abstrahlkörper geführt werden. Die Kopplung kann eine induktive Kopplung, eine Wellenkopplung usw. sein. Allgemein kann eine Ankopplungsposition des Innenleiters an dem Abstrahlkörper so gewählt werden, dass sich eine möglichst vorteilhafte Abstrahlungscharakteristik ergibt.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Mikrowelleneinrichtung eine Mikrowellenzuführung aufweist, die mit dem Abstrahlkörper kapazitiv gekoppelt ist. Insbesondere durch die kapazitive Ankopplung der Antenne wird vorteilhafterweise eine deutlich größere Bandbreite gegenüber einer herkömmlichen Patchantenne erzielt. Die Einspeisung kann damit über einen größeren Frequenzbereich verlustarm erfolgen. Dabei ist die konstruktive Ausgestaltung der kapazitiven Kopplung grundsätzlich nicht beschränkt.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Mikrowellenzuführung eine Koaxialleitung, z.B. ein Koaxialkabel, ist. Der Innenleiter der Koaxialleitung ist hochfrequenztechnisch mit dem Abstrahlkörper gekoppelt, Der Außenleiter kann elektrisch an die Garraumwand oder an ein anderes Massepotenzial angeschlossen sein. Es ist eine Weiterbildung, dass der Innenleiter elektrisch isoliert durch den Grundkörper und weiter durch den Hohlraum zu dem Abstrahlkörper geführt ist. Der Innenleiter ist insbesondere elektrisch von dem Abstrahlkörper isoliert, z.B. durch einen Luftspalt oder durch ein elektrisch isolierendes Material bzw. ein Dielektrikum.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass ein Innenleiter der Koaxialleitung in einen hülsenartigen Aufnahmebereich des Abstrahlkörpers lose (d.h., den Abstrahlkörper nicht kontaktierend) eingeführt ist und ein Zwischenraum zwischen dem Innenleiter und dem hülsenartigen Aufnahmebereich mit einem Dielektrikum gefüllt ist. Dies ergibt den Vorteil einer einfachen und präzisen Positionierung und Fixierung des Innenleiters sowie eine einfache Herstellung der kapazitiven Kopplung. Der hülsenartige Aufnahmebereich setzt zumindest an der hohlraumseitigen Oberfläche bzw. Rück- oder Unterseite des Abstrahlkörpers an. An der Rückseite des Abstrahlkörpers befindet sich also eine hülsenförmige Geometrie, die zusammen mit dem Innenleiter der Koaxialleitung und dem dazwischenliegenden Dielektrikum einen Zylinderkondensator bildet. Der Zylinderkondensator kann bis zu der garraumseitigen Oberfläche oder Vorderseite durchgeführt sein. Alternativ kann der Innenleiter im Inneren des Abstrahlkörpers durch das Dielektrikum abgeschlossen sein, wobei dann die Vorderseite des Abstrahlkörpers eine durchgehende Ebene bildet.
Anstelle einer Koaxialleitung kann auch jede andere geeignete Mikrowellenleitung verwendet werden, z.B. ein Hohlleiter, eine Mikrostreifenleitung usw.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass an der Garraumwand mehrere Patchantennen vorhanden sind, die gegeneinander verdreht ausgerichtet sind. Die Drehung der Patchantennen ergibt den Vorteil, dass so auch eine Polarisationsrichtung der Mikrowellen verdreht wird und dadurch eine Übertragung von Mikrowellen zwischen den Patchantennen verringerbar ist. Es ist eine für eine besonders effektive Unterdrückung der Mikrowellenübertragung zwischen den Patchantennen vorteilhafte Weiterbildung, dass die Patchantennen um 90° gegeneinander verdreht sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.

1 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht einen Ausschnitt aus einer Garraumwand im Bereich einer Patchantenne gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erste Variante einer kapazitiven Kopplung eines Innenleiters und eines Abstrahlkörpers der Patchantenne;
3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine zweite Variante einer kapazitiven Kopplung eines Innenleiters und eines Abstrahlkörpers der Patchantenne;
4 zeigt einen Frequenzgang der Patchantenne; und
5 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht einen Ausschnitt aus einer Garraumwand im Bereich einer Patchantenne gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht einen Ausschnitt aus einer Garraumwand 1 eines Haushaltsgargeräts H im Bereich einer Patchantenne 2. Die Patchantenne 2 ist insbesondere entlang der Schnittebene spiegelsymmetrisch aufgebaut.
Die Garraumwand 1 begrenzt einen Garraum G. Die Patchantenne 2 weist einen flächigen Grundkörper 3 in Form eines Teilbereichs der Garraumwand 1 auf, an dem sich eine Vertiefung 4 befindet. Der Grundkörper 3 entspricht folglich einem Bereich der Garraumwand 1. Die Vertiefung 4 ist hier als eine materialabtragend hergestellte Vertiefung ausgebildet.
Ein garraumseitiger ebener Boden 5 der Vertiefung 4 wird von einem plattenartigen Abstrahlkörper („Patch“ 6) überdeckt. Das Patch 6 ist so in die Vertiefung 4 eingesetzt, dass es mit seiner dem Garraum G zugewandten Oberseite 7 praktisch flächenbündig zu der Garraumwand 1 angeordnet ist. Der Grundkörper 3 entspricht insbesondere einem Bereich der Garraumwand 1 unterhalb des ebenen Bodens 5, ggf. auch unterhalb der Seitenränder der Vertiefung 4.
Der Boden 5 und das Patch 6 sind elektrisch leitfähig. Sie können dazu entsprechende metallische Bereiche aufweisen, z.B. jeweils ein Metallblech aufweisen. Das Metall von Boden 5 und Patch 6 kann gleich oder unterschiedlich sein. So können der Boden 5 und das Patch 6 beide Stahlblech aufweisen oder aus Stahlblech bestehen. Alternativ kann der Boden Stahlblech aufweisen oder aus Stahlblech bestehen und das Patch 6 Kupferblech aufweisen oder aus Kupferblech bestehen.
Der Boden 5 und das Patch 6 sind parallel zueinander angeordnet, Die Vertiefung 4 und das Patch 6 bilden und begrenzen einen Hohlraum 8. Der Boden 5 und das Patch 6 weisen eine in Draufsicht rechteckige Grundform auf, deren Ecken abgerundet sein können.
Der die Vertiefung 4 begrenzende Rand der Garraumwand 1 und ein Rand des Patchs 6 sind durch einen umlaufenden, rechteckigen Ringspalt 9 voneinander getrennt. Der Ringspalt 9 ist mit einem elektrisch isolierenden Verschlussmaterial 10 in Form von Glas oder Glaskeramik gefüllt. Der Grundkörper 3 und das Patch 6 sind also gegeneinander elektrisch isoliert, da auch der Hohlraum 8 elektrisch isolierend wirkt. Der Hohlraum 8 kann dazu mit Luft oder Glaswolle usw. gefüllt sein.
Das Patch 6 ist mit Mikrowellenenergie speisbar. Dazu wird eine Koaxialleitung 11 verwendet, die an einen Mikrowellenerzeuger (o. Abb.) angekoppelt ist. Ein Innenleiter 12 der Koaxialleitung 11 wird durch eine Bohrung 13 in dem Grundkörper 3 und weiter durch den Hohlraum 8 bis zu einer Rückseite 14 des Patchs 6 geführt. Der Innenleiter 12 ist gegen die Garraumwand 1 elektrisch isoliert, wozu hier ein Zwischenraum zwischen Innenleiter 12 und Grundkörper 3 mit einen Dielektrikum 15 gefüllt ist. Das Dielektrikum 15 dient auch einer mechanischen Fixierung des Innenleiters 12.
Der Innenleiter 12 ist ferner gegen das Patch 6 elektrisch isoliert, so dass eine kapazitive Kopplung für Mikrowellen zwischen diesen Komponenten zustande kommt.
In einer Variante ist das Verschlussmaterial 10 lichtdurchlässig. Das Haushaltsgerät H weist mindestens eine Lichtquelle, z.B. eine LED 16, auf, deren Licht L von außerhalb des Garraums G in das Verschlussmaterial 10 einkoppelbar ist. Die LED 16 kann ihr Licht L direkt in das Verschlussmaterial 10 einstrahlen, z.B. in einen seitlichen Rand. Das Verschlussmaterial 10 wirkt dann als ein Lichtleiter und verteilt das Licht L um seinen Umfang. Das Licht L wird dann in den Garraum G abgestrahlt, ggf. anteilig auch in den Hohlraum 8. Das Verschlussmaterial 10 dient somit zur Garraumbeleuchtung.
Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Lichtquelle, z.B. eine LED 17, ihr Licht unmittelbar in den Hohlraum 8 einstrahlen. Dazu kann die LED 17 im Bereich des Bodens 5 der Vertiefung 4 angeordnet sein. Das Verschlussmaterial 10 dient dann als ein Fenster für einen Lichtdurchtritt in den Garraum G.
Zur Erhöhung einer Lichtausbeute können die dem Hohlraum 8 zugewandten Innenflächen der Patchantenne 2 reflektierend ausgebildet sein, z.B. die Oberfläche der Vertiefung 4, einschließlich des Bodens 5, und/oder die Rückseite 14 des Patchs 6.
Falls in der Garraumwand 1, insbesondere in einer Seite der Garraumwand 1, mehrere Patchantennen 2 vorhanden sind, können diese in Draufsicht gegeneinander verdreht ausgerichtet sein.
2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht als Ausschnitt eine erste Variante einer kapazitiven Kopplung des Innenleiters 12 und des Patchs 6 der Patchantenne 2.
Das Patch 6 weist dazu einen rückwärtig in den Hohlraum 8 ragenden rohr- oder hülsenartigen Aufnahmebereich 18 auf. Der Aufnahmebereich 18 ist hier durchgängig durch das Patch 6 ausgebildet, mündet also in den Garraum G. In den Aufnahmebereich 18 ist der Innenleiter 12 lose eingeführt. Ein rohrförmiger Zwischenraum 19 zwischen dem Innenleiter 12 und dem hülsenartigen Aufnahmebereich 18 ist mit einem Dielektrikum 20 gefüllt. Dies gibt den Vorteil einer einfachen und präzisen Positionierung und Fixierung des Innenleiters 12 sowie eine einfache Herstellung der kapazitiven Kopplung. Der hülsenartigen Aufnahmebereich 18 bildet zusammen mit dem Innenleiter 12 der Koaxialleitung und dem dazwischenliegenden Dielektrikum 20 insbesondere einen Zylinderkondensator. Der Zylinderkondensator ist hier bis zur der garraumseitigen Oberfläche 7 des Patchs 6 durchgeführt.
Die Dielektrika 15 und 20 können gleich oder unterschiedlich sein.
3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine zweite Variante einer kapazitiven Kopplung des Innenleiters 12 und eines Patchs 21 einer Patchantenne 2. Das Patch 21 ist ähnlich zu dem Patch 6 ausgebildet, wobei aber nun der hülsenartige Aufnahmebereich 22 nicht ist, sondern an dem plattenförmigen Teilbereich des Patchs 21 anschließt. Der Aufnahmebereich 22 ist somit nach vorne bzw. zum Garraum G hin abgeschlossen. Die dem Garraum G zugewandte Vorderseite 7 des Patchs 21 bildet eine durchgehende Ebene.
4 zeigt einen Frequenzgang FGE der Patchantenne 2 als Auftragung eines Reflexionsfaktors 1111 in dB auf der y-Achse gegen eine Frequenz in GHz auf der x-Achse. Der Frequenzgang FGE ist erheblich breitbandiger als ein Frequenzgang FGH einer herkömmlichen Patchantenne. Beide Frequenzgänge FGE und FGH weisen eine Extremstelle bei der bekannten Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz auf.
5 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht einen Ausschnitt aus einer Garraumwand 23 im Bereich einer Patchantenne 24. Die Patchantenne 24 weist einen ähnlichen Grundaufbau wie die Patchantenne 2 auf. Jedoch ist ein Grundkörper 25, dessen Oberfläche die Vertiefung 4 (ggf. auch nur dessen Boden 5) der Garraumwand 23 bildet, nun nicht durch einen Materialabtrag, sondern durch eine Prägung o.ä. hergestellt worden ist.
Zudem überdeckt das Verschlussmaterial 10 schichtartig nun auch das Patch 21 und die Garraumwand 23 außerhalb der Vertiefung 4. Insgesamt wird eine zum Garraum G hin glatte Schicht des Verschlussmaterials 10 bereitgestellt.
Auch die Patchantenne 24 kann zur Lichtabstrahlung in den Garraum ausgebildet sein (o. Abb.).
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Garraumwand
2: Patchantenne
3: Grundkörper
4: Vertiefung
5: Boden
6: Patch
7: Oberseite
8: Hohlraum
9: Ringspalt
10: Verschlussmaterial
11: Koaxialleitung
12: Innenleiter
13: Bohrung
14: Rückseite des Patchs
15: Dielektrikum
16: LED
17: LED
20: Aufnahmebereich
19: Zwischenraum
20: Dielektrikum
21: Patch
22: Aufnahmebereich
23: Garraumwand
24: Patchantenne
25: Grundkörper
FGE: Frequenzgang
FGH: Frequenzgang
G: Garraum
H: Haushaltsgargerät
L: Licht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/043731 A1 [0002]
US 5558800 [0003]
US 2016066369 A1 [0004]

Claims

Mikrowellen-Gargerät (H), aufweisend - einen von einer Garraumwand (1; 23) begrenzten Garraum (G) und - eine Mikrowelleneinrichtung zum Einleiten von Mikrowellen in den Garraum (G), die mindestens eine Patchantenne (2; 24) aufweist, wobei - die Patchantenne (2; 24) einen flächigen Grundkörper (3) und einen den Grundkörper (3) beabstandet überdeckenden, mit Mikrowellenenergie speisbaren flächigen Abstrahlkörper (6; 21) aufweist und - der Grundkörper (3; 25) und der Abstrahlkörper (6; 21) gegeneinander elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass - der Grundkörper (3; 25) einem Bereich der Garraumwand (1) entspricht.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3; 25) einer Vertiefung (4) der Garraumwand (1; 23) entspricht, der Abstrahlkörper (6; 21) in die Vertiefung (4) eingesetzt ist und der Grundkörper (3) und der Abstrahlkörper (6; 21) durch einen umlaufenden Spalt (9) gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (9) mittels eines elektrisch isolierenden Verschlussmaterials (10) verschlossen ist.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmaterial (10) den Abstrahlkörper (6) und den Spalt (9) garraumseitig überdeckt.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmaterial (10) Glas oder Glaskeramik ist.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - der Spalt (9) mittels eines lichtdurchlässigen elektrisch isolierenden Verschlussmaterials (10) verschlossen ist und - das Mikrowellen-Gargerät (H) mindestens eine Lichtquelle (16, 17) aufweist, deren Licht (L) von außerhalb des Garraums (G) in das Verschlussmaterial (10) einkoppelbar ist.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (4) der Garraumwand (1; 23) einer Vertiefung einer Garraumbeleuchtung entspricht.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Innenflächen (5, 14) der Patchantenne (2; 24) lichtreflektierend ausgebildet sind.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlkörper (6; 21) an seiner dem Garraum (G) zugewandten Seite (7) flächenbündig zu der Garraumwand (1; 23) angeordnet ist.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowelleneinrichtung eine Mikrowellenzuführung aufweist, die mit dem Abstrahlkörper kapazitiv gekoppelt ist.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenzuführung eine Koaxialleitung (11) ist.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenleiter (12) der Koaxialleitung (11) in einen hülsenartigen Aufnahmebereich (20; 22) des Abstrahlkörpers (6; 21) lose eingeführt ist und ein Zwischenraum (17) zwischen dem Innenleiter (12) und dem hülsenartigen Aufnahmebereich (20; 22) mit einem Dielektrikum (20) gefüllt ist.
Mikrowellen-Gargerät (H) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Garraumwand (1; 23), insbesondere an einer Seite der Garraumwand (1; 23), mehrere Patchantennen (2; 24) vorhanden sind, die gegeneinander verdreht ausgerichtet sind.