DE2160958C3 - Mikrowellenheizgerät mit Strahlungssteuerung und-Überwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Mikroweilenheizgerät und insbesondere auf eine Sicherheitsvorrichtung zum Überwachen von in die Umgebung gelangender Mikrowellenstrahlung.

Es wurden bisher verschiedene Versuche gemacht, die Menge der Streustrahlung aus dem Hcizrauni von Mikrowellenofen aufzufangen oder verringern. Die Strahlungssicherheits-Bestimmungcn der verschiedenen Staaten schreiben vor, daß diese Streuung unter einem absoluten Pegel, z. B. von 5 Milliwatt pro Quadratzentimeter in einem Abstand von 5 cm vom Ofen, gehalten werden müssen. Bei dem Versuch, diese Forderung zu erfüllen, wurden demgemäß zahlreiche Arten von Türdichtungen verwendet. Untersuchungen, die kürzlich durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß die Türdichtungen den durch die gesetzlichen Bestimmungen aufgestellten Regeln nicht unter allen Umständen genügen. Bei ausgedehntem Gebrauch des Ofens beginnt die Abnutzung und Beschädigung der Dichtungen, und somit kann die Streustrahlung die erlaubte Grenze überschreiten. Daher ist die bloße Verwendung einer wirksamen Strahlungsdichtung für ein neues Gerät für die Aufrechterhaltung des Sicherheitspegels über die gesamte Nutzdauer nicht immer ausreichend.

So ist zum Beispiel ein durch Mikrowellen beheizter Ofen bekannt, der eine Kammer mit einem darin befindlichen Kocjraum, eine Einrichtung zum Zuführen von Mikrowellenenergie zu dem Kochraum, eine Zugangsöffnung in einer Kammerwand, durch die ein zu erwärmender Gegenstand eingesetzt werden kann, und eine über die Randabschnitte der Kammerwand stehende Tür, die sich an der Zugangsöffnung befindet, besitzt. Dabei ist außer der metallischen Türdichtung eine niederohmige Kreisringleitung vorgesehen, die außerhalb der Dichtung liegt und im Falle des Versagens dieser Dichtung ein Warnsignal abgeben soll. Hierfür erfolgt an einer Stelle des äußeren Ringes eine Energieauskopplung, mit deren

ίο Hilfe über einen Verstärker eine automatische Warnanlage in Tätigkeit gesetzt wird (DT-OSn 1 540 753, 1 541 376).

Untersuchungen dieser Anordnung haben jedoch bestimmte Fehler gezeigt, weil sie nur auf eine einzige Polarisation der Streuenergie anspricht, die nicht immer vorliegt, wenn eine Dichtung auf Grund von Abnutzung oder unnormalen Betriebsbedingungen unwirksam wird. Eine fehlerhafte Dichtung kami einen unnormalen Zustand herbeiführen, durch den

ίο Energie unterschiedlicher Polarisation hinter den Detektor und in die Umgebung streuen kann. Außerdem führt dieses Warnsystem keine Ableitung oder Verringerung der austretenden Streucnergie herbei. Fällt das Warnsystem als solches aus, besteht für die am

as Ofen befindliche Person kein Schutz. Somit zeigt sich, daß ein einfaches Warnsystem, das auf eine einzige Polarisierung der Strahlung anspricht, zur zufriedenstellenden Überwachung der Strahlung in der Umgebung nicht geeignet ist.

Die Verwendung von Ofcntürricgeln in Übereinstimmung mit den Sicherheitsbestimmungen hat ebenfalls nur zu begrenztem Erfolg geführt. Da diese Riegel nur eine mechanisch geschlossene Stellung der Tür gewährleisten können und in vielen Fällen nicht fehlelsicher sind, wird ein Schutz nicht herbeigeführt, wenn eine Türdichtung abgenutzt odei schadhaft ist. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die den bekannten Überwachungseinrichtungen für Mikrowellenheizgerätc anhaftenden Nachteile zu beseitigen und eine Strahlungssteuerungs- und -warnvorrichtung zu schaffen, mit der auch krcuzpolarisicrte Mikrowellen, die durch die Türdichtung dringen sollten, erfaßt und gedämpft bzw. absorbiert werden.

Insbesondere wird mit der Erfindung ein Mikrowellenofcn geschaffen mit einem integrierten Energie absorbierenden Leitungs- und Empfangssystem, das zur fehlerfreien Verhinderung einer Umgebungsstrahlung mehrere Möglichkeiten der Strahlungsunterdrückung verwendet.

Mit der Erfindung wird die Umgebungsstrahlung von einem Mikrowellenofen beeinflußt, wobei die Anordnung auf kreuzpolarisicrte elektrische Felder anspricht. Bei der Erfindung werden Wellenleiterantcnncnelemcnte für Kreuzpolarisation angewendet, die in dem Wellenleiter ein cnergieverbrauchendes dielekirisches Material enthalten und dadurch eine größere Dämpfung und einen größeren Strahlungsschutz mit sich bringen.

Mit der Erfindung wird feinei ein Umgebungs-Schutzsystem für Mikrowellenofen geschaffen, das hinsichtlich der 5chutzelemente stoßsicher und sicher gegen Eindringen von Verunreinigungen ist und große Mengen von Mikrowellenstrahlung absorbieren kann.

Weiterhin wird mit der Erfindung eine zusätzliche Dämpfung von Mikrowellenenergie herbeigeführt, die durch die Tür eines Mikrowellenofens entweicht, indem die an den Seiten der Türöffnung befindlichen einzelnen Wellenleiter in Serie miteinander verbunden

werden. Insbesondere wird angenommen, daß über- in Fig. 1 und 2 zur Veranschaulichung eines etwas

mäßige Streuung nur an einer Seite der Ofentür auf- abgeänderten Ofenaufbaus, der bei durchgeführten

tritt, und indem man die von dem bestimmten Untersuchungen verwendet wurde.

Wellenleiter auf dieser Seite aufgenommene Mikro- Im folgenden wird eine ins einzelne gehende Be-

wellenstrahlungsenergie durch einen anderen Welten- ."> Schreibung des erfindungsgemäßen Mikrowellenheiz-

leiter führt, der an einer Stelle angeordnet ist. wo geräts gegeben: alle im folgenden erwähnten Teile

wenig oder keine Streuung stattfindet, wird eine wirk- sind — soweit keine anderen Feststellungen getroffen

saniere Dämpfung herbeigeführt. wurden -— aus Metall, vorzugsweise Aluminium.

Während zwar die verschiedenen Wellenleiter zur Tn Fig. 1 ist ein typischer Mikrowellenofen all-Erreichung einer größeren Dämpfung in Serie mit- io gemein mit der Bezugsziffer IO bezeichnet. Der Ofen einander verbunden sein sollen, wie dies zuvor er- 10 besitzt eine Kammer 12, die einen Hcizraiim entwähnt wurde, liegt es im Rahmen der Erfindung. hält. An der rückwärtigen Seite erscheint ein Mikro-Detektoreinrichtiingen für jeden einzelnen Wellen wellengencrator 16. der den Heizraum 14 über einen leiter vorzusehen und damit dem Benutzer des Ofens Hohlleiter 18 erregt. Die Kammer 12 besitzt eine die Feststellung zu erlauben, ob die primäre Türdich- 15 Vorderwand 20 mit einer daran befindlichen Zutung an der rechten, linken, oberen oder unteren Seite gangsöffnung 22. Eine Tür 24 ermöglicht über die der Zugangsöffnung zum Heizraum fehlerhaft ist. Öffnung 22 Zugang zu dem HcizrauirTl4. Die Tür 24

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfin- besitzt insbesondere einen überlappenden oder iiber-

dungsgemäßen Mikrowellenhcizgeräts wird ein diclek- stehenden Randabschnitt oder Rand 26. einen abgc-

trisches Material mit ausreichender Dielcktrizitäts- so setzten Panelabschnitt 28 und eine Umfangsv, and 30.

konstante und Verlustfaktor zur Dämpfung des die /wischen den Abschnitten 26 und 28 verläuft.

Mikrowellcnenergieflusses quer über und hinter einer Ein Scharnier 31 ermöglicht das Aufschwenken .ler

Wellenleitung benutzt, die den Türrahmen zu einem Tür 24. damit ein zu erhitzender oder zu kochender

Mikrowellenheizraum umgibt, während es gleichzeitig Gegenstand durch die Öffnung 22 in den Hrimuim

als Mikrowellenphasenelemcnt für den integrierten 25 14 eingesetzt werden kann.

Mikrowellenantenncnkreis wirkt. Das dielektrische Wie" zuvor erläutert wurde, ist der Panclabschnitl Material ist in einem metallischen Hohlleiter angc- 28 gegenüber dem überlappenden oder iibcrstehenordnet, der als Reflektoreiemcnt in Verbindung mit den Randabschnitt oder Rand 26 nbecsct/t. Tatsächeinem Mikrowcllendetektorkrcis wirkt, der in eine lieh wirkt der Panclnbschnitt 28 mit fetzt zu bcschrcigceignete Isolation leicht eingebettet oder davon be- 30 bcnden Teilen zur Bildunc einer primären Stm hlunssdeckt sein kann. Die Wellenleiturig ist jeweils so aus- dichtung zusammen. In "dieser Hinsicht ist zu begerichtet, daß sie verschieden orientierte Mikro- merken, daß sich eine Federdichtung 32 um d^;e Zuweilenenergie auffangen kann. gangsöffnung 22 erstreckt und daß der abgesetzte

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schema- Panclabschnitt 28 darauf aufliegt, wenn die "Tür 24

tischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielcn näher 35 geschlossen ist. Da die Zueanesöffnune 22 rechteckig

erläutert. ist. befinden sich Abschnitte" der Di"chtuns 32 aiii

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines jeder Seite der öffnung 22. Es erscheint demgemäß

Mikrowellenofens, in den ein Ausführungsbeispiel nützlich, die Abschnitte der Fcderdichtuns 32 ar

einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingebaut ist; jeder Seite der Zugangsöffnune 22 mit bestimmten

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der rech- 40 sich unterscheidenden Bezugsziffem zu bezeichnen.

ten unteren Ecke des Ofens nach Fig. 1 zur besseren In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß der Fcder-

Veranschaulichung bestimmter Einzelheitun, die sich dichtung am Boden der Zugangsöffnung 22 die Be-

aus F i g. 1 nicht klar ergeben; zugsziffer 32 B gegeben wurde, dem Abschnitt auf dei

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt rechten Seite die Bezugsziffer 32R, dem Abschnitt

einer in den Fig. 1 und 2 gezeigten gedruckten 45 auf der Oberseite die Bezugsziffer32T und sc.hließ-

Schaltung, die eine kreuzpolarisierte Strahlungs- lieh dem Abschnitt auf der linken Seite die Bezues-

antenne trägt, die bei der praktischen Anwendung ziffer 32JL. Die aus den Abschnitten 32R, 32.?. 327

der Erfindung eine wichtige Rolle spielt; und 32L zusammengesetzte Federdichtune 32 ist zui

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Anzahl von Bildung eines Montagestreifens 34 und eines; davor die Strahlungsüberwachungsvornchtung umfassenden 50 wegstrebenden federnden oder flexiblen Dichtungs-Einheiten, die mit einer an einem Ende gezeigten Streifens 36 umgefaltet oder gebogen Es ist tatsäch· Alarmschaltung, die den Benutzer beim Auftreten Hch der mit jedem Abschnitt 32B 32R MT und einer übermäßigen Streuungsmenge warnt, in Reihe 32 L verbundene Streifen 36 der beim Schließen dei geschaltet sind, wobei die Antennenanordnung an Tür 24 von dieser oder genauer gesagt von derer ihrem anderen Ende einen Hochfrequenzkurzschluß 55 Panel 28 berührt wird. Zwischen den Montagest reifen ^hat' ³⁴ und den davon abgehenden Streifen 36 ist eine

F i g. 5 zeigt ein F1 g. 4 entsprechendes Schaltbild Versteifung 33 eingesetzt. In dem Montagestreifen 34

zur Veranschauhchung eines an dem Ende, an dem kann jede beliebige Anzahl von Montagelöchern 3i

die Warnungsschaltung angeschlossen ist, zusätzlich (s. Fig. 7) vorgesehen sein; durch diese Löcher und

vorgesehenen Abschlusses, der jede übermäßige 60 durch damit fluchtende Löcher in der Versteifung 33

Energie absorbiert, die von dem Ofen in die Steuer- erstrecken sich Schrauben 40 in Schraublöcher in"dei

und Überwachungsvorrichtung gestrahlt werden kann; Vorderwand 20 der Kammer 12· eine dieser Schrau-

F i g. 6 zeigt noch ein weiteres Schaltbild, bei dem ben 40 ist in F i g. 2 gezeigt

vier Einheiten an den Seiten der Zugangsöffnung Die primäre "strahlungsdichtune die die Tür 24,

einzeln mit einer Alarmschaltung verbunden sind, um 6₅ genauer gesagt, deren Pan.elabschnitt 28 umfaßt, und

die Stelle genauer zu kennzeichnen, wo ein Fehler die Federdichtung 32 sind an sich nicht neu. Die bei

findung werden die Unzulänglichkeiten solcher allein verwendeten Anordnungen beseitigt. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, dal.'i die Verwendung der federnden Berührung zu Streuungen geführt hat, wenn die Federteile nicht sauber gehalten wurden, wodurch "ine unangenehme Menge an Strcustrahliing stuftreten konnte. Liegt irgendeine merkbare Ungleichmäßigkeit hinsichtlich der einander berührenden Oberflächen einer Metalldichtung vor — beispielsweise die zuvor angedeutete — tritt ein Lichtbogen mit gleichzeitiger Beschädigung der Dichtung seihst auf. Kombiniert man jedoch die Dichtung mit dem zuvor beschriebenen Aufbau (es handelt sich nur um eine typische von verschiedenen primären Strahlungsdichtungcn) mit den im folgenden beseht Ebenen Elementen, ergibt sich eine höchst wirksame und sichere Dichtungsanordnung.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikrowellenhcizgcrät spielt ein Energie absorbierender Wellenleiter, der allgemein mit der BczugszifTcr 42 bezeichnet ist. eine bedeutende Rolle. Tatsächlich besteht diese Strahlungsabsorptionsvorrichtung 42 aus vier einzelnen Einheiten, die auf zwei verschiedene Arten angeordnet sein können, wie dies aus der folgenden Beschreibung ersichtlich wird. Da die Zugangsöffnung rechteckig ist und daher vier Seiten hat. sind die die Strahlungsabsorptionsvorrichtung 42 bildenden einzelnen EinhcJen mit den Bczugsziffcrn 42/i. 42/?. 42 7' und 42/, bezeichnet (alle vier Einheiten erscheinen in F i g. 4. 5 und 6); diese Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen, die in Verbindung mit der Federdichtunc 32 'leiuitzt wurden. Jede Einheit 42B. AlR. 42T und 42/. besitzt ein kanal- oder trogförmiges Teil 44 mit in Abstand befindlichen Seitenwänden 46. 48 und einer Verbindungswand 50. Das Teil 44 bildet somit eine längliche Aussparung oder Nut 52 mit einem Eingangsspalt 54. der in der Ebene der Kanten der Scitcnwände 46.48 liegt. Der zuvor beschriebene Aufbau ist in F i g. 2 dargestellt; diese Darstellung ermöglicht ein leichtes Verständnis der erfaßte : Einzelheiten. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß jede beliebige Anzahl von Schrauben 56. die durch eine entsprechende Anzahl von Löchern 58 in der Vorderwand 20 gehen, zum Verankern der Strahlungsvorrichtung 42 dienen: die Schrauben 56 sind in Locher 60 in der Seitenwand 46 jedes trogförmigen Teils 44 eingeschraubt. Die Strahlungsabsorptionsvorrichtung 42 kann kurz, damit beschrieben werden, daß sie einem rechteckigen Bilderrahmen ähnelt, dessen Leisten durch die Teile 44 gebildet werden.

Es wurde bereits ausgeführt, daß die Werkstoffe, die beim Aufbau der verschiedenen Teile nicht nur des Ofens 10, sondern auch der zusätzlichen Teile des erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgeräts verwendci werden, aus Metall sind, soweit nichts anderes angegeben ist. Demzufolge ist das trogförmige Teil 44 aus Metall, vorzugsweise aus Strangpreßaluminium. Das darin enthaltene Material, das mit der BczugszifTcr 62 bezeichnet ist. ist ein dielektrisches Material. Als dielektrisches Material 62 können verschiedene synthetische Harze verwendet werden. Beispielsweise ist eine Anzahl synthetischer Harze zufriedenstellend; beispielsweise können Epoxyharz, Harnstoff, Phenol, Polyester oder im Bedarfsfall ein keramisches Material verwendet werden. Die bestimmte Art des bei den Untersuchungsverfahren verwendeten dielektrischen Materials wird im folgenden bei Bezugnahme auf andere Daten beschrieben, die sich mit der Untersuchung der Slrahlungsabsorptionsvoi richtung 42 befassen.

Dabei ist die Höhe (der Pegel) des dielektrischen Materials 62 in der länglichen Aussparung oder Nut 52 des kanalförmigen Teils 44 zu beachten. Das dielektrische Material 62 füllt die Aussparung 52 nicht vollständig bis zur Höhj des Eingangsspaltcs 54 aus; statt dessen ist ein Raum zum Einsetzen einer gedruckten Schaltung 64 gelassen. Die gedruckte Schaltung 64 besitzt ein plastisches Substrat oder einen Cirundsfeifcn 65, beispielsweise aus Glnsfibcrcpoxyhar/. woiii'.if eine Kupierantenne 66 in Form eines flachen Bandes aufgedampft oder in anderer Weise aufgebracht ist. Da die Antenne 66 eine kreuzpolarisierte Antenne ist, ist ihre spezifische Form oder Muster von Bedeutung, und aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Antenne 66 aus in Abstand befindlichen Längsabschniitcn 66«. die sich nahe der ZugangsöfTnung 22 befinden, und anderen in Abstand bcfindliehen Abschnitten 66 h. die einen größeren Abstand von der Zugangsöffnung 22 besitzen, zusammengesetzt ist. wobei Oucrabschnittc 66c vorgesehen sind, die die verschiedenen Abschnitte 66a und 66/) miteinander verbinden, so daß eine kontinuierliche Übertragungsleitung gebildet wird. Die tatsächlichen Abmessungen der Antenne 66 werden bei der Beschreibung der besonderen Tcstausführiingsform angegeben. Dabei ist jedoch zu bemerken, daß die Antenne 66 in einer zur Ebene der Zugangsöffnung 22 r.„-nkrcchtcn Ebene liegt. Die Ebene der Antenne 66 ist ebenfalls zu der allgemeinen Ebene der — geschlossenen -— Tür 24 senkrecht. Es ist zu bemerken, daß der überlappende oder überstehende Randabschnitt 26 der Tür 24 bei geschlossener Tür der Seitenwand 48 jedes Teils 44 gegenübersieht. Zwischen dem überstehenden Abschnitt 26 und der Seitenwand 48 befindet sich ein kleiner Spalt; daher ist die Seitenwand 48, d. h. deren Fläche in Richtung des überlappenden Abschnitts 26, mit einem gecigneten Dichtungsmaterial (nicht gezeigt) bedeckt, das ein Epoxyharz sein kann. Die Verwendung eine? Dichtungsmaterial auf der Seitenwand 48 ist für da? erfindungsgemäße Mikrowellenhcizgcrät nicht unbedingt erforderlich; sie ist auch nicht neu. Beispielsweise kann es zur stärkeren Dämpfung oder zur Verhinderung des Eindringens von Gegenständen in der erwähnten Spalt zusätzlich verwendet werden.

Zum Schutz der krcuzpolarisierlen Strahlungs antenne 66 gegen Abnutzung sollte eine ähnliche Be deckung oder Beschichtung aufgebracht werden; diesi Beschichtung wurde in den Zeichnungen nicht ge zeigt; sie sollte jedoch ein Schutzschichlmaterial sein das Leitungseigenschaften nicht beeinflußt.

Wie deutlich ersichtlich ist, ändert die Antenne 61 ihre Ebene an den vier Ecken der Zugangsöffnung 22 Eine dieser Ecken wurde in F i g. 1 und 2 mit de Bezugsziffer 68 bezeichnet, und die gleiche Ecke ei scheint in den verschiedenen Schaltbildern nac F i g. 4 bis 6. In den Ausführungsformen nach F i g.

und 5 wurde jedoch eine andere Verbindungsart al in der Ausführungsform nach F i g. 6 verwendet. E ist zu erinnern, daßdieStrahlungsabsorptionsvorricl· tung 42 aus einzelnen Einheiten 42B, 42/?, 42 T un 42L besteht.

In der Ausführungsform nach F i g. 4 sind die vei schicdenen Antennen 66 an drei der Ecken 68 mi einander verbunden, um eine Antennenanordnung i Serienschaltung zu bilden. In anderen Worten, die i

F i g. 4 gezeigte Form führt zu einer relativ langen Antenne, die aus den verschiedenen Einzelantennen ♦6 zusammengesetzt ist, und zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung wurde ein Ende der Anlennenanordnung mit der BczugszifTer 70 und das andere Ende i.iit der Bezugsziffer 72 bezeichnet. Aus F i g. 4 ergibt sich, daß das Ende 70 durch einen Kondensator 74 abgeschlossen ist. dessen eine Seite oder Platte mit dem Ende 70 und dessen andere Seite oder Platte mit dem trogformigen Teil 44 bei 76 verbunden ist. Die verschiedenen Teile 44 sind bei 78 an Masse gelegt. Es ist zu bemerken, daH d, ι kondensator 74 eine niedrige Impedanz, tutsächlich einen Kurzschluß, soweit Mikrowellen betroffen sind, /u dem metallischen Teil 44 bildet. Für Gleichstrom bildet der Kondensator 74 andererseits eine Isolierung oder einen offenen Kreis.

Im folgenden wird die Detektoreinrichtung zur Überwachung der Menge der von der Strahlungsabsorptionsvorrichtung 42 aufgenommenen Mikr·.)-ivellencnergic besehrieben. Das andere Ende 72 der Antennenanordnung nach F⁷Ig. 4 isl mii tier Kathode einer Diode 82 verbunden, deren Anode bei 84 mit dem Teil 44 verbunden isl. Mit dem Ende 72 der Antennenanordnung nach F i g. 4 ist ebenfalls eine mit 86 bezeichnete Mikrovvellcninduktivität mit beiher Reaktanz verbunden. Die Induktivität 86 ist mit einer Signalschaltung verbunden, die in ihrer Gesamtheit mit der BezugszifTer 88 bezeichnet ist. Die Schaltung 88 enthält ein Potentiometer 90, dessen Schleifer mit der Induktivität 86 verbunden ist. Das Potentiometer 90 ι·,; ;.;-. Jas Tor eines «esieuerlen Siii/iiinisclialiei^ 92, beispielsweise aus der Serie General Electric 3 N 58. geschaltet: das Tor ist mit der Bezugv/ilTer 94 bezeichnet. Aus F i g. 4 ergibt sieh, dall die Amide des Schalters 92 mit einer Relaisspule 96 verbunden ist. die normalerweise offene Kontakle 98 (Arbeitskontakte) besitzt. Mit den normalerweise olTencn Kontakten 98 ist eine Warnlampe 100 zii^ammengcschaltet, die von einer Energiequelle, beispielsweise der Batterie 102. versorgt wird. Fließt durch die Relaisspule 96 Strom, schließen sich daher die Kontakt; 98 und schalten die Lampe 100, und liefern damit die Warnung, daß eine übermäßige Strahiungsmcnge austritt.

Bei der Überwachung oder Ermittlung dor Mikrowellenenergie nach F i g. 5 ist das Ende 70 der in Serie geschalteten Antennenanordnung in dergleichen Weise wie nach F i g. 4 angeschlossen, und daher erscheint der Kondensator 74 wieder in dieser Figur. (n gleicher Weise ist das Ende 72 über die gleiche Diode 82 mit dem Teil 44 verbunden. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 durch einen zusätzlichen Abschluß 104. Dieser zusätzliche Abschluß 104 liegt in Form eines absorbierenden Mediums, beispielsweise Ferrit oder Graphitmaterial, vor und ist bei 105 an Masse gelegt. In der Ausführungsform nach F i g. 5 gewährleistet der zusätzliche Abschluß 104 die Absorption übermäßiger Energiemengen, die jeder Antenne 66 geliefert wurden.

Fig. 6 zeigt eine unabhängige Überwach ungsscha I-tungsverbindung der verschiedenen offenen Wellenleiter 44. Insbesondere ist zu beachten, daß keine der Ecken 68 elektrisch miteinander verbunden sind, um sie von den miteinander verbundenen Ecken tu unterscheiden, sind sie mit den Bezugsziffern 68« verseilen. Die Ausführungsform nach F i g. 6 dient dazu, jeden Fehler, der auftreten könnte, besonders zu lokalisieren; die Signalanordnung setzt den Benutzer davon in Kenntnis, auf welcher Seite der Zugangsöffnung 22 der Fehler auftritt. Dazu werden vier dem Kondensator 74 entsprechende Kondensatoren verwendet, und zwar ein solcher Kondensator für jede Antenne 66. In gleicher Weise ist das Ende jeder Antenne 66, das dem Ende, mit dem der Kondensator 74 verbunden ist, gegenüberliegt oder davon fern liegt, direkt mit einer einzelnen Signalschaltimg 88 verbunden. Da die Ί eile 44 voneinander elektrisch isoliert sind, ist an den Stellen 106/j. I06/I, 106« und 106/. eine gelrennte Masse vorgesehen. Demzu-

folge hai jede Schaltung 88 ihre eigene Waml.impe 100. lim milder hinsichtlich der verschiedenen Seiten der ZiigangsöH'nung 22 angenommenen Bezeichnung übereinzustimmen, sind die verschiedenen Schaltungen 88 durch den zuvor benutzten zusätzlichen Buchstaben voneinander unterschieden. Demzufolge ist die Schaltung 88 für die Bodenseile der Zugangsöffnung 22 mit der BczugszilTer 88/? bezeichnet, die Schaltung für die rechte Seite mit der Bezug.sziffer 88/?, die Schaltung für die obere Seite mit der Bezugsziller 88 7' und die Schaltung für die Unke Seite mit der Bezugs/iffcr 88/..

Betriebsweise

Ist die Tür 24 geschlossen, so dall die Zimangs-

öirnun»22 gesperrt isl. liegt du- abgesetzte Ü'anelabschnitt 28 an der Federdicliiung 32 an, genauer gesag!, an dem ledernden oder llexiblen "Dichtungsstreifen 36. Demzufolge ist die von dem Generator 16 gelieferte Mikrowellenenergie zum größten I eil

in den Heizraum 14 eingeschlossen. Wu.- zuvor am

Stand der Technik erläutert wurde, genügen solche

Türdichuingen jedoch nicht immer ausreichend ikn im Strahlungssieucrgesciz angegebenen Regeln.

Demgemäß ist jede Streuung, die zwischen der Tür

24 und der Federdicliiung 32 entweicht, auf die StrahlungsabsorptionsvorrichUing 42 oeriehiet Die trogformigen Teile 44 aus Metall reflektieren jede Streuenergie, die nicht gleich von der Antenne 66 aufgenommen wurde. Wegen der »ewissen VeHiM-

belüftung des dielektrischen Materials 62 wird ein Teil der Mikrowellencncrgie gedampft, wenn sie vom Innern der Teile 44 reflektiert wird. Auf Grund des Ausrichtung der kreuzpolarisierten Antenne 66 wird die Mikrowellenenergie, die durch diese Primärdichtune entweicht, nicht nur aufgefangen, sondern läng? der Antenne in Art einer Übertragungsleitung weitergeleitet. Die in F i g. 4 gezeigte Serienschaltung verstärkt die Dampfung; sowohl unten als auch ober und an den Seiten wird die Energie aufgenommen

und die gesamte Absorptionsvorrichtung 42 diem zum Verbrauchen der Energie, die von der Übertragungsleitung aufgenommen wurde. Dies gilt sowoh fur elektrische als auch magnetische Transversalwellen, und die nicht verbrauchte Energie wird übci

die gesamte Antennenanordnung zum Kondensat 74 geleitet. Wie zuvor angegeben wurde, dient dei Kondensator 74 als tatsächlicher Kurzschluß für jedt Energie, die das Ende 70 der Antennenanordnun_f nach F. g. 4 erreicht. Überschreitet die entweichende

Strahlung einen vorbestimmten Pegel, der durch Ein Stellung des Potentiometers 90 wählbar ist, liegt eir Tr.ggers.gnal an dem Tor 94 des gesteuerten Siliziumschalters 92 an, was zun, Ansprechen des Relais 9ί

und zum gleichzeitigen Schließen des normalerweise offenen Kontakts 98 führt. Dadurch wird die Warnlampc 100 erleuchtet und der Benutzer davon in Kenntnis gesetzt, daß der Ofen 10 nicht richtig funktioniert. Die Kontakte 98 können ebenfalls dazu verwendet werden, den Mikrowellcngenerator 16 auszuschalten und damit den Ofen 10 vollständig außer Betrieb zu setzen und dessen weitere Benutzung zu »erhindern, his der die Streuung herbeiführende Zu-Itand beseitigt wurde.

Als zusätzliche Maßnahme absorbiert die als zuliätzlicher Abschluß 104 bezeichnete Belastung jede llikrowellenenergie, die bei Benutzung der Schallungsanordnung nach F i g. 4 nicht verbraucht werden würde. Die Ausführungsform nach Fig. 5 arbeitet in der gleichen Weise wie die Ausführungslorm nach F i g. 4.

Bei der Ausführiingsform nach F i g. 6 dient jede Strahlungsv-'inhcit 42ß, 42R. 42 7" und 42L zum Absorbieren jeder Streustrahlung, die von der he-Itimmten Einheil empfangen wurde. Der Vorteil bei der Verwendung der Ausführungsforni nach Fig 6 liegt darin, daß die bestimmte Lampe 100, d. h. die mit der Schaltung 88/?, 88«. 887 oder 88/ verbundene Lampe 100, den Fehler lokalisiert und dem Benutzer die bestimmte Stelle angibt, so daß der Fehler in der i'rimärdichtungsanor.lnung schnell korrigiert werden kann.

[I^ ist zu bemerken, daß dennoch kein unangenehmer Strahlungspcgel in der Lmeehung vorliegen kann. Dies gilt unabhängig von der Grölte und der Polarisierung der Mikrowcllencnergi·..*.

Wenn zwar die Teslausführunnslotm dein Aufbau des Ofens 10 stark ähnelt, unterscheidet s'o sich davon jedoch in gewisser Hinsicht, und daher isi der abgeänderte Ofen nach F i g. 7 mit der Be/ugszilTcr 110 bezeichnet. Der Ofen 110 besitzt eine Kammer 112, die einen Hciziaum 114 enthält. F.ine Vorderwand 120 enthält die Zugangsöfinung 122. Die flache Oberfläche / auf der Vorderseite des Ofens 110. d.h. die nach vorn gerichtete Fläche der Vorderwand 120. beträgt etwa 5,08 cm (2 engl. Zoll). In anderen Worten, der Rand hat eine Weite von etwa 5.08 cm (2 eng!. Zoll), die sich über die Zuf'.angsöfTnung 122 erstrecken.

Die mit der BezugszilTcr 124 in Fig. 7 bezeichnete Tür unterscheidet sich etwas von der Tür 24. Die Tür 124 besitzt einen Rand 126, einen abgesetzten Panelabschnitt 128 und eine Umfangs-Verbindungswand 130.

Die Federdichtung 132 besitzt einen Montagestreifen 134, und der dem zuvor erwähnten Streifen 36 entsprechende divergierende Dichtungsstreifen besteht aus zwei Abschnitten 136a und 136ft. Der Abschnitt 136a spreizt sich tatsächlich von dem Streifen 134 weg, während der Abschnitt 136 b zu dem Streifen 134 parallel ist. Die Breite des Abschnitts 1366 wurde mit der Bezugsziffer k angegeben und beträgt 1,778 cm (0,7 engl. Zoll) bei dem Testofen 110 Zwischen den Montagestreifen 134 und die Abschnitte 136a, 136 b ist eine Versteifung 133 eingesetzt. Der überlappende oder überstehende Rand 126 hat eine Breite von etwa 2,54 cm (I engl. Zoll).

Die in F i g. 7 gezeigte Strahlungsabsorptionsvorrichtung 42 entspricht genau der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung. Die Innenabmessungen des Teils 44. d. h. der Aussparung oder Nut 52, wurden mit dem Bezugsbuchstaben /i bezeichnet und die Breite mit dem Bezugsbuchsiaben w. In der Testausfiihrungsform beträgt h — 1,27 cm (¹Za engl. Zoll) und n· - 1,27 cm (V₂ engl. Zoll).

j Das tatsächlich verwendete dielektrische Material 62 besitzt eine Dielektrizitätskonstante 11,2 und einen Tangens des dielektrischen Verlustwinkels von 0,04, was vom Massachusetts Institute of Technology bei einer Frequenz, von 3000MHz gemessen wurde.

ίο Das verwendete Material war ein Polyesterharz der Firma Ashland Chemical Company, einer Abteilung der Ashland Oil & Refining Company; Modifikationen dieses Materials sind in dem technischen Bulletin 1148. Juni l%8. sachgemäß beschrieben.

!5 Solche Materialien sind höchst wünschenswert, da sie Feuchtigkeit in der Größenordnung von 50 Gewichtsprozent enthalten.

Für eine Betriebsfrequenz von 2450 + 20 MHz hat die in F i g. 3 im einzelnen gezeigte Antenne 66 die

λο folgenden Abmessungen:

a - 0,68 cm (0,268 engl. Zoll)

/> - 0,68 cm (0.26S engl. /oll)

c _; 0.762 cm (0,3 engl. Zoll)
².) ι/ 0,0813 cm (U.032 engl. Zoll)
ι- IJi cm (0.437 engl. Zoll)

F.s ist Y.u bemerken, daß c in der vorstehenden l.isie die Breite der gedruckten Schaltung 64 ist. In der obinen Liste fehlt die Stärke der die Antenne 66 bildenden Kupferschaliungsführung; in der Praxis

beträgt sie 0.071 1 cm (0.0028 engl."Zoll). Die Stärke des Substrats 65 beträgt 0,0584 cm (0.023 engl. Zoll).

Der «esteuerte Siliziumschaltei 92 wurde bereit¹-bezeichnet als General Electric 3 N 58. Die Diode 82 wurde noch nicht bi-zeiehnel. Diese Diode wird durch eine epitaxial·:, planare, passivierte Diode der Hewlett-Packard-Serie 5082 gebildei. deren Aufbau eine Kombination eines konventionellen pn-t'bergancs und einer Schottky-Sperrschicht bcnut/t. Dieser Gleichrichter hat wünschcnswliterweise die hohe Durchbruchspannung und die Ternperaturkennwerte von Silizium, die F.inschaltspannung von Germanium und die Ansprechgeschwindigkeit einer Sohn;tk\ Sperrschicht-Majsiritiitstragervorrichtung.

Die Abmessungen des Heizraums 114 betrafen 30 cm Tiefe. .V) cm Breite und 24 cm Höhe. Die · or dem Generator 16 gelieferte Hohlraumenergie betritt 700WaU. Die Frequenz betrug, wie vorstehend er wähnt wurde, 2450 ± 20 MHz.

Strahlungsuntersuchungsergcbnisse

Wenn zwar ausgedehnte Untersuchungen unte verschiedenen Bedingungen durchgeführt wurden erscheint nur eine Zusammenfassung erforderlicli um die von dem erfindungsgemäßen Mikrowellen heizgerät herbeigeführten Vorteile einzuschätzer Die angegebene Strahlungsüberwachung und der Be triebsablauf umfaßten folgende Betriebsarten:
-5o

L 700 Watt in eine Belastung mit 275 cm^:; Wasser

normal geschlossene Tür
2. 700 Watt in den leeren Ofen

normal geschlossene Tür

3. 700 Watt in eine Belastung mit 275 cm³ Wassei unnormal geschlossene Tür — gegen 0,127 cm (0,05 engl. Zoll)
Papierabstandsscheiben (5,08 -3.18 cm

[2,0· 1,25 engl. ZoII]), die an der rechten, linken, oberen und unteren Seite angeordnet waren 4, 700 Watt in den leeren Ofen

unnormal geschlossene Tür gegen 0,127 cm
(0,05 engl. Zoll)

Papierabstandsscheiben (5,08 · 3,18 cm
[2,0· 1,25 engl. Zoll]), die an der rechten, linken, oberen und unteren Seite angeordnet waren

Ohne die Verwendung des erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgeräts würden Bedingungen nach 3. und 4. bei, denen die Türdichtungen fehlerhaft waren, übermäßige Strnhlungspegel von 20 Milliwatt pro cm⁸ in einem Abstand von 5 cm von dem Ofen ergeben. Mit dem Einbau des WelJengangübertragungssystems Ingen alle Tests für jede Betriebsart

unter dem von dem Bundesstrahlungsstandard vorgeschriebenen maximalen Strahlungspegel. Zusätzlich wurden Maßnahmen zum Ausschalten des Gerätes getroffen, wenn unangenehm hohe Spannunger erschienen, jedoch erreichten die ermittelien Span-

nungen auf Grund der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgeräts nicht gefährliche Pegel in der Umgebung.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

1. Patentansprüche:

   !. Mikrowellenheizgerät mit einer Kammer mit einem darin befindlichen Heizraum, einer Ein- s richtung zum Zuführen von Mikrowellenenergie turn Heizraum, einer Zugangsöffnung in einer Kammerwand, durch die ein zu erwärmender Gegenstand eingesetzt werden kann, einer über die Randabschnitte der Kammerwand stehenden Tür, die sich an der Zugangsöffnung befindet, und einer metallischen Türdichtung, die von einer Ringleitung, die als Antenne für eine Warneinrichtung dient, umgeben ist, gekennzeichnet durch eine Strahlungsabsorptionsvorrichlung (42), die sich zumindest über eine Seite der (öffnunc (22) erstreckt und einen metallischen Wellenleiter (44, 42B, 42/?, 42 7, 42L) aufweist, der mit ein^r länglichen Aussparung (52) versehen ist und an seiner zur Zugangsöffnung (22) gerichteten Seite unter Bildung eines Spaltes (54) offen ist, dessen Breite sich in Querrichtung zwischen Kammerwand (20) und Tür (24) erstreckt, wobei die Strahlungsabsorptionsvorrichtung (42) außerdem eine Antenne (66) aufweist, die in der Aussparung (52) angeordnet ist.
2. 2. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabsorptionsvorrichti: ig (42) an einer Stelle zwischen der Kammerwand (20) und einem dieser gegenüber-Stehenden Abschnitt der Tür (^4ϊ angeordnet ist.
3. .l.Mikrowellenheizgeräinach Vnspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsobsorptionsvorrichtung (42) ein in der Aussparung (52) enthaltenes dielektrisches Material (62) aufweist, das die Antenneneinrichtung (66) trägt.
4. 4. Mikrowellenheizgerät nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (66) eine erste Serie von in \n Abstand befindlichen Abschnitten (660) aufweist, die näher an aer Kammer (14) angeordnet sind, eine zweite Serie von zur ersten Serie versetzt angeordneten in Abstand befindlichen Abschnitten (66 ft), die näher zur Tür (24) angeordnet sind, Und eine dritte Serie von Vcrbindungsabschnilten (66c), die sich zwischen den Abschnitten (66a, 66b) der ersten und zweiten Serie erstrecken.
5. 5. Mikrowellenlieizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (66«. 66b) der ersten und zweiten Serie einander parallel sind und daß die Abschnitte (66c) der dritten Serie dazu senkrecht sind.
6. 6. Mikrowellenheizgerät nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antcnncncinrichtung (66) die Form eines flachen Bandes hat, das in einer Ebene senkrecht zur Ebene der ZugangsöfTnung (22) liegt.
7. 7. Mikrowellenheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabsorptionsvorrichtung (42) eine Abschlußeinrichtung (74) an ihrem einen Ende aufweist, die einen Pfad relativ niedriger Impedanz zwischen der Antenneneinrichtung (66) und den offenen Wellenleitern (42 B, 42/?, 427", 42L) bildet.
8. 8. Mikrowellenlieizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußeinrichtung (74) einen Kondensator aufweist, der die Hochfrequanzenergie von der Antenneneinrichtung (60) zu den Wellenleitern (42fl, 42«, 427, 42L) kurzschließt.
9. 9. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (88), die mit dem anderen Ende der Strahlungsabsorptionsvorrichtung (42) verbunden ist und ate Größe der von derStrahlungsabsorptionsvorrichtung(42) aufgenommenen Mikrowellenenergie überwacht.
10. 10. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (88) einen Steuerschalter (92) und eine Einrichtung (82) aufweist, die einen Teil der von der Strahlungsabsorptionsvorrichtung (42) aufgenommenen Mikrowelleneitergic gleichrichtet und dem Steuerschalter(92) Gleichstrom liefe; und dessen Betätigung herbeiführt, wenn der diesem zugeführte Gleichstrom einen vorbestimmten Pegel erreicht.
11. 1 1. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabsorptionsvorrichtung (42) eine Anzahl von in Serie geschalteten Antennenelementen aufweist und daß der Kondensator (74) an ein Ende der in Serie geschalteten Antennenelemente angeschlossen ist.
12. 12. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Abschiußeinrichtung (104) am anderen Ende der in Serie geschalteten Antennenelemente, die übermäßige Mengen von den Antennenelcmcnten gelieferter Energie absorbieren kann.
13. 13. Mikrowellenhcizgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne eine kreuzpolarisierte Antenne (66) ist, die im allgemeinen in der Ebene des Spaltes (54) des ofTcncn Wellenleiters (42, 44, 46, 48, 50) angeordnet ist.
14. 14. Mikrowcllenheizgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine primäre Strahlungsdichtung(132) an der Vorcierwand (120) der Kammer (14) am Rande der Zugangsöffnung (122) befestigt isi und im geschlossenen Zustand der Tür (124) mit dieser in enger Berührung steht und daß die Strahlungsabsorptionseinrichtung(42) außerhalb der primären StrahlungsdichUmg (132) an der Vorderwand (120) der Kammer (14) befestigt ist und Mikrowcllcnenergie verbraucht, die bei geschlossener Tür (124) hinier tue primäre Strahlungsdichtung (132) gelangt.
15. 15. Mikrowellenlieizgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische ofTcnc Wellenleiter (44) die vier Seiten der ZugangsöfTnung (22) umgibt, wobei jeder Seitenteil des Wellenleiters eine kreuzpolarisierte Antenne (66) enthält, die sich im wesentlichen in der Ebene des Spaltes (54) dieses Wellenleiters (44) erstreckt.
16. 16. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Wellenleiter (44) in Serie miteinander verbunden sind und längs den Seiten der ZugangsöfTnung (122) verlaufen, daß die einzelnen Antennenelementc zur Bildung eines einheitlichen Aufbaus ebenfalls in Serie verbunden sind und daß eine Einrichtung zsvischen ein Ende der so gebildeten Antennenanordnung (66) und ein Ende der miteinander verbundenen Wellenleiter (441 Beschältet

    ist und zumindest einen Teil der zu der Arttennenreine (66) gestrahlten Mikrowellenenergie verbraucht, die hinter die primäre Dichtungseinrichtung (132) gelangt ist.
17. 17. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine mit der Antennenreihe (66) verbundene Fühlereinrichtung zur Ermittlung der Menge der zu der Antennenanordnung (66) gestrahlten Mikrowellenenergie.
18. 18. Mikrowellenheizgcrät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinrichtung mit dem anderen Ende der Antennenreihe oder Antennenanordnung (66) verbunden ist.
19. 19. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine mit der Antennenreihe (66) verbundene Absorptionseinrichtung zum Absorbieren übermäßiger Mengen von zu der Antennenanordnung (66) gestrahlter Energie.
20. 20. Mikroweilenheizgerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionscinrichtung mit dem anderen Ende der A.itennenreihe (66) verbunden ist.
21. 21. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die zwischen ein Ende jedes Antennenelements und des dazugehörigen Wellenleiters (44) geschaltet sind zum Verbrauchen zumindest eines Teils der zi· den Antennenelementen gestrahlteil Mikrowellenenergie.
22. 22. Mikroweilenheizgerät nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch mit dem anderen Ende der Antennenelemente verbundene Fühlereinrichtungen zum Ermitteln der Menge der zu jedem Antennenelement gestrahlten Mikrowellenenergie.