DE3734958C2

DE3734958C2 -

Info

Publication number: DE3734958C2
Application number: DE19873734958
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Schnabel (Fh); Herbert Steiner; Wolfgang Dipl.-Ing. Beifuss; Martin Dipl.-Ing. 8225 Traunreut De Schulte
Original assignee: Individual
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1990-08-16
Also published as: DE3734958A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Keramik-Abdeckscheibe mit einer optimierten Geometrie für Mikrowellenherde, wobei eine Keramik-Abdeckscheibe die Einkoppelungsöffnung in der Garraumdecke, die zur Mikrowellenenergie-Übertragung von einem Hohlleiter zum Garraum des Mikrowellenherdes notwendig ist, abdeckt und gleichzeitig zur Halterung einer Drehantenne geeignet ist, wobei die Keramik-Abdeckplatte aus in Form von konzentrischen Ringen um einen Antennendurchführungs zylinder angeordneten Elementen besteht und diese auf der oberen dem Hohlleiter zugewandten Seite angeordnet sind und eine obere Ringkammer und obere Ringwände bilden, wobei die Keramik-Abdeckscheibe einen als Halterung verwendbaren Außen ringkörper aufweist.The invention relates to a ceramic cover plate with an optimized Geometry for microwave ovens, with a ceramic cover plate the coupling opening in the cooking space ceiling, which is used to transmit microwave energy from one Waveguide to the cooking space of the microwave oven is necessary, covers and is also suitable for holding a rotating antenna, the ceramic cover plate in the form of concentric rings around an antenna feedthrough cylinder arranged elements and this on the top of the waveguide facing side are arranged and an upper annular chamber and upper annular walls form, the ceramic cover plate an usable as a holder outside has ring body.

Durch die DE 33 08 732 A1 ist ein Hochfrequenzheizgerät bekanntgeworden, das eine Hochfrequenzantenne besitzt.From DE 33 08 732 A1 a high-frequency heating device has become known Has high frequency antenna.

Die Hochfrequenzantenne ist mit einem Antriebsschaft durch eine Abdeckplatte in der Wandung des Heizraumes geführt und mit Antriebsgliedern zum Antrieb der Antenne verbunden, wobei die Abdeckplatte aus dielektrischem Material einen Führungsstutzen mit nach innen in den Wellenleiter sich verjüngenden Querschnitt aufweist, um eine abrupte Impedanzänderung im Wellenleiter zu verhindern. The high frequency antenna is in with a drive shaft through a cover plate led the wall of the boiler room and with drive elements for driving the antenna connected, wherein the cover plate made of dielectric material has a guide socket with a cross section tapering inwards into the waveguide, to prevent an abrupt change in impedance in the waveguide.

Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen solche Abdeckplatten aus dielektrischem Material, die jedoch den Mangel besitzen, daß unter worst-case Bedingungen im Hochfrequenzheizgerät Hochspannungsdurchschläge auftreten könnenn, die bis zur Zerstörung der Ab deckscheibe führen. FIGS. 3a, 3b and 3c show such cover plates of dielectric material, however, have the defect that under worst-case conditions in the high-frequency heating apparatus high voltage breakdowns occur könnenn that lead to the destruction of Ab cover disk.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Keramik-Abdeckscheibe so auszubilden, daß eine möglichst homogene Feldverteilung entsteht und eine Verlängerung des Luft durchschlagweges erreicht wird, so daß bei Worst-Case-Betrieb die Durchschlagspannung nicht erreicht wird.The object of the invention is to design the ceramic cover plate in such a way that that the field distribution is as homogeneous as possible and an extension of the air breakdown distance is reached so that the breakdown voltage in worst case operation is not achieved.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik-Abdeckscheibe zusätzlich einen dem Garraum zugewandten unteren Ringscheibenaufbau mit Ringkammer und Ringwänden besitzt, daß der Aufbau der oberen Seite der Keramik-Abdeckscheibe geometrisch ähnlich der unteren Seite der Keramik-Abdeckscheibe ausgebildet ist, daß die Ringwände der unteren Seite der Keramik-Abdeckscheibe in ihrer vertikalen Endausdehnung in einer Ebene liegen und daß der Außenringkörper dem oberen und unteren Ringscheibenaufbau gemeinsam ist.The arrangement according to the invention for solving this problem is characterized in that that the ceramic cover plate also facing the cooking space lower ring disc structure with annular chamber and ring walls has that structure the upper side of the ceramic cover plate geometrically similar to the lower Side of the ceramic cover plate is formed that the ring walls of the lower Side of the ceramic cover plate in its vertical end dimension in one plane lie and that the outer ring body of the upper and lower ring disc structure is common.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es gelungen, die Feldstärke im kritischen Durchführungsbereich abzubauen und auch für den Worst-Case-Betrieb Durchschlags- Feldstärken zu unterbinden.The arrangement according to the invention has succeeded in critical field strength Dismantling the implementation area and also for the worst case operation To prevent field strengths.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.Advantageous embodiments of the invention are contained in the subclaims.

Anhand der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung in Gegenüberstellung zum Stand der Technik beschrieben. Es zeigtOn the basis of the drawings, exemplary embodiments according to the invention are compared described to the state of the art. It shows

Fig. 1a eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Keramik-Abdeckscheibe im Schnitt, FIG. 1a an inventive embodiment of a ceramic cover plate in section,

Fig. 1b eine Draufsicht der Anordnung unter Fig. 1a, Fig. 1B is a plan view of the arrangement below Fig. 1a,

Fig. 2a eine andere weiterentwickelte, erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Keramik-Abdeckplatte im Schnitt, FIG. 2a another further developed embodiment of the invention a ceramic cover plate in section,

Fig. 2b eine Draufsicht der Anordnung unter Fig. 2a, FIG. 2b shows a plan view of the arrangement under Fig. 2a,

Fig. 3a eine schematische Ansicht eines Mikrowellenherdes, wie er Stand der Technik ist, Fig. 3a shows a schematic view of a microwave oven, as it is state of the art,

Fig. 3b eine Schnittfigur nach A-B der Fig. 3a, FIG. 3b is a sectional figure according AB of Fig. 3a,

Fig. 3c Äquipotentiallinien (Niveaulinien des elektrischen Potentials) der Schnittfigur 3b,3c equipotential lines (level lines of the electrical potential) of the sectional figure 3b,

Fig. 4a eine nach den Fig. 2a, b zwischen Hohlleiter und Garraum an der Garraumdecke angeordnete Keramik-Abdeckscheibe mit Drehantenne und Schmutzfangplatte im Schnitt, FIG. 4a is a according to Fig. 2a, b are arranged between the waveguide and the cooking chamber to the cooking compartment ceramic cover plate with rotary antenna and dirt catching plate in section,

Fig. 4b ein D-Feld für die Schnittfigur 4a,4b a D field for the sectional figure 4a,

Fig. 4c ein α-Feld (Äquipotentiallinien) für die Schnittfigur 4a.4c an α field (equipotential lines) for the sectional figure 4a.

Aus Fig. 1a ist erkennbar, daß um einen Antennen-Durchführungzylinder 1 in Form von konzentrischen Ringen eine obere Innenringwand 2, eine obere Ringkammer 3, eine obere Außenringwand 4, ein Außenringkörper 5, eine untere Außenringwand 6, eine untere Ringkammer 7 und eine untere Innenringwand 8 angeordnet ist. Als sta bilisierendes Element und zum Grundaufbau notwendig ist der Ringkörper 9 vorhanden.From Fig. 1a it is seen that an antenna feedthrough cylinder 1 in the form of concentric rings, an upper inner annular wall 2, an upper annular chamber 3, an upper outer ring wall 4, an outer ring body 5, a lower outer ring wall 6, a lower annular chamber 7 and a lower Inner ring wall 8 is arranged. As a sta bilizing element and necessary for the basic structure, the ring body 9 is present.

Der Antennen-Durchführungszylinder 1 besteht aus zwei Teilen, wobei der obere Teil den größeren Radius aufweist. An der Nahtstelle, wo sich der untere Zylinder verjüngt, wird ein dielektrischer Lagerring eingebracht, der auch ein Lagerzylinder sein kann bis zur Länge der oberen Innenringwand 2. Elektrostatisch betrachtet wäre eine Absenkung der Feldstärke im Luftspalt wünschenswert, was z. B. durch einen Lagerzylinder mit ε _rel < 9, wegen = ε₀ · ε _rel · , geschehen kann. Desweiteren sind die oberen und unteren Innen- und Außenringwände geeignet, den Luftdurch schlagsweg zu verlängern und damit gegenüber dem Stand der Technik Durchschlags feldstärken zu vermeiden.The antenna feed-through cylinder 1 consists of two parts, the upper part having the larger radius. At the interface where the lower cylinder tapers, a dielectric bearing ring is introduced, which can also be a bearing cylinder up to the length of the upper inner ring wall 2 . Viewed electrostatically, a reduction in the field strength in the air gap would be desirable. B. by a storage cylinder with ε _rel <9, because of = ε ₀ · ε _rel ·, can happen. Furthermore, the upper and lower inner and outer ring walls are suitable for extending the air flow path and thus avoiding breakdown field strengths compared to the prior art.

Eine Weiterentwicklung der Anordnung nach Fig. 1a ist in Fig. 2a dargestellt. Um den Antennen-Durchführungszylinder 10 sind ebenfalls in Form konzentrischer Ringe die obere Innenringwand 11, die obere Ringkammer 12, die obere Außenringwand 13, der Außenringkörper 14, die untere Außenringwand 15, die untere Ringkammer 16 und die untere Innenringwand 17 angeordnet. Der Ringkörper 18 ist für den Grundaufbau notwendig und stellt ein stabilisierendes Konstruktionselement dar. Der konstruktive Aufbau der Weiterentwicklung der Anordnung nach Fig. 2a unterliegt folgenden Gesichtspunkten:A further development of the arrangement according to FIG. 1a is shown in FIG. 2a. The upper inner ring wall 11 , the upper ring chamber 12 , the upper outer ring wall 13 , the outer ring body 14 , the lower outer ring wall 15 , the lower ring chamber 16 and the lower inner ring wall 17 are also arranged around the antenna feed-through cylinder 10 in the form of concentric rings. The ring body 18 is necessary for the basic structure and represents a stabilizing structural element. The structural structure of the further development of the arrangement according to FIG. 2a is subject to the following aspects:

- Elektrostatische Feldberechnungen
- Betrachtungen aus der Gasdurchschlagstheorie
- Folgen der hohen Betriebsfrequenz.- Electrostatic field calculations
- considerations from gas breakdown theory
- Consequences of the high operating frequency.

Das Zusammenwirken der genannten Betrachtungsweisen bezüglich der Durchschlagsspannung ergibt eine kritische Abschätzung für die Keramik-Abdeckscheibe im Worst-Case-Betrieb.The interaction of the above considerations regarding the breakdown voltage gives a critical assessment for the ceramic cover plate in the Worst case operation.

Ergebnis der kritischen Abschätzungen, unter der Voraussetzung, daß die obere Be triebstemperatur zwischen 300-400°C liegt, ist eine wahrscheinliche Durch schlagsspannung von 4,3-6 kV. Die Geometrie der Keramik-Abdeckscheibe nach Fig. 2a, b hielt den Belastungen des Worst-Case-Betriebes, die durch den Betrieb des Mikrowellenherdes mit maximaler Leistung für Mikrowelle und Grill bei leerem Garraum gegeben sind, für die Testzeitvorgabe von 30 Minuten stand.The result of the critical estimates, provided that the upper operating temperature is between 300-400 ° C, is a likely breakdown voltage of 4.3-6 kV. The geometry of the ceramic cover plate according to Fig. 2a, b withstood the stresses of worst case operation, which are given by the operation of the microwave oven with maximum power for the microwave and grill with an empty cooking space, for the test time specification of 30 minutes.

Die Geometrie der Keramik-Abdeckscheibe von Fig. 2a, b, gestaltet nach den oben genannten drei Hauptkriterien, wird in der Folge durch die Beschreibung der Fig. 3a, b, c und 4a, b, c weiterhin erörtert. The geometry of the ceramic cover plate of Fig. 2a, b, designed according to the three main criteria mentioned above, is further discussed below by the description of Fig. 3a, b, c and 4a, b, c.

Die Fig. 3a, b zeigen in schematischer Ansicht den Stand der Technik für Mikro wellenöfen mit Grill und Drehantennenanlage. Nach Fig. 3a wird durch das Magnetron 31 die Mikrowellenleistung in den Rechteck-Hohlleiter 32 abgestrahlt. Über ein Antriebsrad 33 wird ein Antennenschaft 34, der mit einem Antennenrohr 35 verbunden ist, angetrieben. Das Antennenrohr 35 ist im Antennen-Durchführungszylinder der Keramik-Abdeckscheibe 36 gelagert. Ein Haltering 37, der zur Aufnahme der Keramik-Abdeckscheibe 36 und einer Schmutzfangplatte 38 geeignet ist, wobei die Schmutzfangplatte 38 den Antennenarm 39 vor Einwirkungen vom Garraum 40 her schützt, ist an der Garraumdecke 41 befestigt. Die Heizstäbe 42 des Grills sind angedeutet. Die dem Stand der Technik entsprechende Keramik-Abdeckscheibe 36 wird in Fig. 3c mit ihrem Umfeld, bestehend aus Rechteck-Hohlleiter 32, Antennenrohr 35, Schmutzfangplatte 38 und Antennenarm 39 mit dem zugehörigen Potentialfeld im Schnitt dargestellt. Besonders dichte Äquipotentiallinienabschnitte sind gleichbedeutend mit Gebieten hoher Feldstärken, Inhomogenitäten des Potentialfeldes sind Quellen von Feldstärkenänderungen. FIGS. 3a, b show a schematic view of the prior art for micro wellenöfen with grill and rotary antenna system. According to Fig. 3a, the microwave power in the rectangular waveguide 32 is emitted by the magnetron 31st An antenna shaft 34 , which is connected to an antenna tube 35 , is driven via a drive wheel 33 . The antenna tube 35 is mounted in the antenna feed-through cylinder of the ceramic cover plate 36 . A retaining ring 37, which is suitable for receiving the ceramic cover plate 36 and a dirt-catching plate 38, the dirt-catching plate 38 protects the antenna arm 39 from the impacts from the cooking chamber 40 here is attached to the cooking compartment 41st The heating elements 42 of the grill are indicated. The state of the art ceramic cover plate 36 is shown in Fig. 3c with its surroundings, consisting of rectangular waveguide 32 , antenna tube 35 , dirt trap plate 38 and antenna arm 39 with the associated potential field in section. Particularly dense equipotential line sections are synonymous with areas of high field strengths, inhomogeneities in the potential field are sources of field strength changes.

Wegen = -grad α ergeben sich sehr starke Feldstärkenkonzentrationen in der Nähe des Antennen-Durchführungszylinders. Die Keramik-Abdeckscheibe 36 ist daher den Worst-Case-Bedingungen nicht gewachsen. Für eine Variante der Keramik- Abdeckscheibe nach Fig. 2a, b werden in den Fig. 4a, b, c eine Schnittfigur mit Umfeld sowie die zugehörigen Schnittbilder eines Potentialfeldes und eines D-Feldes dargestellt.Because of = -grad α there are very strong field strength concentrations in the vicinity of the antenna feed-through cylinder. The ceramic cover plate 36 is therefore not up to the worst case conditions. For a variant of the ceramic cover plate according to FIGS. 2a, b, a sectional figure with its surroundings and the associated sectional images of a potential field and a D field are shown in FIGS. 4a, b, c.

Fig. 4a zeigt den Rechteck-Hohlleiter 51 mit dem Antennenschaft 52, der in der Keramik-Abdeckscheibe 43 gelagert ist. An der Garraumdecke 44 befestigt ist ein Haltering, zu dem die Keramik-Abdeckscheibe 43 und die sie vor Verschmutzung vom Garraum 45 her schützende Schmutzfangplatte 46 gelagert sind. Der Antennenarm 47 ist am Antennenschaft 42 festgeschraubt. Die Keramik-Abdeckscheibe 43 stellt eine Variante der Keramik-Abdeckscheibe nach Fig. 2a dar und erfüllt die Worst-Case-Bedingungen sehr gut. Die oberen und unteren Innen- und Außenringwände sowie die obere und untere Ringkammer entsprechen den Anordnungen nach Fig. 2a, nur daß die Keramik-Abdeckscheibe 43 exakt gegenüberliegende Außenringwände besitzt. Daß diese Anordnung vorteilhafte Auswirkungen für die Erhöhung der Durch schlagsfestigkeit aufweist, ist den Fig. 4b, c zu entnehmen. FIG. 4a shows the rectangular waveguide 51 with the antenna stem 52, which is mounted in the ceramic cover plate 43rd Attached to the cooking space ceiling 44 is a retaining ring to which the ceramic cover plate 43 and the dirt-collecting plate 46 protecting it from soiling from the cooking space 45 are mounted. The antenna arm 47 is screwed onto the antenna shaft 42 . The ceramic cover plate 43 represents a variant of the ceramic cover plate according to FIG. 2a and fulfills the worst case conditions very well. The upper and lower inner and outer ring walls and the upper and lower annular chamber correspond to the arrangements according to Fig. 2a, only that the ceramic cover 43 has exactly opposite outer ring walls. That this arrangement has advantageous effects for increasing the dielectric strength can be seen in FIGS . 4b, c.

Fig. 4b, die das D-Feld der Schnittfigur 4a zeigt, und Fig. 4c, die das Potential feld der gleichen Schnittfigur zeigt, sind unter den Bedingungen der Elektrostatik für: f = 0, Annahme idealer Leiter und Nichtleiter sowie Raumladungsfreiheit, gültig. Die im Potentialfeld in Fig. 4c erkennbaren Vergleichmäßigungen der Feld liniendichte sind Auswirkungen der neuen Geometrie der Keramik-Abdeckscheibe. Besonders günstig und vorteilhaft wirkt sich die Gestaltung der oberen und unteren Innenringwand in Form eines Dreiecksquerschnittes bezüglich der resultierenden Durchschlagsfestigkeit aus. Aus diesen Gründen erscheint die Lösung bezüglich der Anordnung nach Fig. 2a, b optimal. Fig. 4b, which shows the D field of the sectional figure 4a, and Fig. 4c, which shows the potential field of the same sectional figure , are valid under the conditions of electrostatics for: f = 0, assumption of ideal conductors and nonconductors and freedom from space charges. The equalizations of the field line density that can be seen in the potential field in FIG. 4 c are effects of the new geometry of the ceramic cover plate. The design of the upper and lower inner ring wall in the form of a triangular cross section has a particularly favorable and advantageous effect with regard to the resulting dielectric strength. For these reasons, the solution with regard to the arrangement according to FIGS. 2a, b appears optimal.

Claims

1. Ceramic cover plate with an optimized geometry for microwave ovens,
a ceramic cover plate covers the coupling opening in the cooking space ceiling, which is necessary for the transmission of microwave energy from a waveguide to the cooking space of the microwave oven, and is at the same time suitable for holding a rotating antenna,
- The ceramic cover plate consists of concentric rings around an antenna feed-through cylinder ( 1; 10 ) arranged elements and these are arranged on the upper side facing the waveguide and an upper ring chamber ( 3; 12 ) and upper ring walls ( 6, 8; 17, 15 ) form,
- The ceramic cover plate has an outer ring body ( 5; 14 ) that can be used as a holder,
characterized by
- That the ceramic cover additionally has a lower annular disc structure with an annular chamber ( 7; 16 ) and annular walls ( 6, 8; 17, 15 ) facing the cooking space,
that the structure of the upper side of the ceramic cover plate is geometrically similar to the lower side of the ceramic cover plate,
- That the ring walls of the lower side of the ceramic cover plate in their vertical end dimension lie in one plane and
- That the outer ring body ( 5; 14 ) is common to the upper and lower ring disk structure.

2. Ceramic cover plate according to claim 1, characterized in that between the upper inner ring walls ( 2, 11 ) and upper outer ring walls ( 4; 13 ) an upper annular chamber ( 3; 12 ) is embedded and that between lower inner ring walls ( 8, 17 ) and a lower annular chamber ( 7; 16 ) is embedded in the lower outer ring walls ( 6; 15 ), the bottoms of the upper and lower annular chambers defining an annular body ( 9; 18 ).

3. Ceramic cover plate according to claim 1, characterized in that Antenn Bushing cylinder ( 1, 10 ) through the inner sides of the upper inner ring walls ( 2; 11 ) and the lower inner ring walls ( 8; 17 ) are formed and by the inner side lengths of the upper and the lower inner ring walls ( 2, 8 ) are divided into two cylinder sections, the upper cylinder radius being the larger and a dielectric bearing ring being arranged in the contact surface which arises at the transition between the two cylinder sections.

4. Ceramic cover plate according to claim 1, characterized in that the outer ring body ( 5 ) with its upper ring surface in the upper outer ring wall ( 4 ) is placed in the center and its lower ring surface is in alignment with the bottom surface for the dielectric bearing ring.

5. Ceramic cover plate according to claim 2, characterized in that the outer ring body ( 14 ) with its upper ring surface in alignment with the ring body ( 18 ) attached bottom surface of the upper outer ring wall ( 13 ), the bottom surface of the upper annular chamber ( 12 ) and located on the ring body ( 18 ) on the bottom surface of the upper inner ring wall ( 11 ).

6. Ceramic cover plate according to claims 2 or 5, characterized in that the inner ring walls ( 2, 8 ), the outer ring walls ( 4, 6 ) and the outer ring body ( 5 ) have 45 ° bevels on both sides.

7. Ceramic cover plate according to claim 2, characterized in that the upper inner ring walls ( 2, 11 ) compared to the outer ring walls ( 4, 13 ) are increased.

8. Ceramic cover plate according to claim 2, characterized in that the upper inner ring wall ( 2 ), the lower inner ring wall ( 8 ), the ring body ( 9 ), the upper outer ring wall ( 4 ) and the lower outer ring wall ( 6 ) have an H-shaped Cross section result.

9. ceramic cover plate according to claim 2, characterized in that the cross-sectional area of the upper inner annular wall (11) opposite to the cross-sectional area of the lower inner annular wall (17) and that the cross sections of the in nenringwände (11, 17) right triangles are similar.

10. Ceramic cover plate according to claim 2, characterized in that the upper outer ring wall ( 13 ) to the lower outer ring wall ( 15 ) is arranged radially offset.

11. Ceramic cover plate according to claim 2, characterized in that the upper annular chamber ( 3 ) of the lower annular chamber ( 7 ) is opposite and that the cross-sectional areas of the upper and lower annular chambers ( 3, 7 ) are approximately the same.

12. Ceramic cover plate according to claim 2, characterized in that the upper annular chamber ( 12 ) opposite the lower annular chamber ( 16 ) and the cross-sectional areas of the upper and lower annular chambers ( 12, 16 ) behave like 1: 2.