DE3740335A1

DE3740335A1 - Elektromagnetische energiedichtung bei einem mikrowellenherd

Info

Publication number: DE3740335A1
Application number: DE19873740335
Authority: DE
Inventors: Seok Woong Chin
Original assignee: Gold Star Co Ltd
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1986-11-29
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1988-06-09
Also published as: DE3740335C2; IT1223175B; GB8727598D0; KR880006954A; GB2199219B; KR890004507B1; US4822968A; CA1291797C; IT8722801A0; FR2609230A1; FR2609230B1; GB2199219A

Description

Die Erfindung betrifft eine(n) elektromagnetische(n) Energiedichtung oder -verschluß bei einem Mikrowellenherd, insbesondere eine derartige elektromagnetische Energiedichtung, mit welcher ein Austritt von elektromagnetischer Energie durch einen Spalt zwischen einer Stirnplatte und einer Tür des Mikrowellenherds wirksam verhindert werden kann.

Üblicherweise wird eine Kombination aus einer induktiven bzw. Drosseldichtung (choke seal) und einer kapazitiven Dichtung angewandt, um einen Austritt von elektromagnetischer Energie durch einen Spalt zwischen einer Stirnplatte und einer Tür des Mikrowellenherds zu verhindern.

In den Fig. 1 und 2 ist eine derartige herkömmliche elektromagnetische Energiedichtung dargestellt, bei der ein Drosselprofil 4 im Inneren eines Türrahmens 3 eines U-förmigen Querschnitts festgelegt ist, wobei sich der Rahmen am Außenumfangsrand einer Tür 2 eines Mikrowellenherds befindet. An der Innenwand 3 a des Türrahmens 3 ist eine Abdicht- oder Dichtungsplatte 6 parallel zu einer Stirnplatte 5 des Herd-Gehäuses 1 montiert, wobei zwischen dem Türrahmen 3 und der Dichtungsplatte 6 eine Öffnung 7 einer bestimmten Breite festgelegt ist. Diese Breite ist so bestimmt, daß der Abstand zwischen der Innenwand 3 a des Türrahmens 3 und der Mittellinie 7 a der Öffnung 7 gleich λ/4 ist (mit λ = Wellenlänge der zum Garen von Nahrungsmitteln oder Gargut eingesetzten elektromagnetischen Energie). Zwischen der Stirnplatte 5 und der Dichtungsplatte 6 ist ein Zwischenraum oder Spalt 8 gebildet.

Bei der beschriebenen bisherigen elektromagnetischen Energiedichtung wirkt die Innenwandung 3 a des Drosselprofils oder -durchgangs 4 als Kurzschlußebene gegenüber der über den Spalt 8 aus dem Heizraum des Mikrowellenherds nach außen austretenden elektromagnetischen Energie, wobei die Impedanz des Einlasses 8 a des Spalts 8 sehr gering ist und daher diese Energie vom Einlaß 8 a reflektiert wird.

Im Fall eines Wellenleiters bestimmt sich die Impedanz Z _L in einem (einer) vorbestimmten Abstand oder Strecke d beispielsweise zu

Darin bedeuten: J=und Z _O = Wellenwiderstand.

Wenn in obiger Gleichung der Abstand oder die Strecke d gleich 4/λ ist, erreicht die Impedanz Z _L eine unendliche Größe. Wenn dagegen der Abstand oder die Strecke d gleich 2/λ ist, wird die Impedanz Z _L zu Null.

Da die Strecke zwischen der Innenwand(fläche) 3 a des Türrahmens 3 und der Mittellinie 7 a der Öffnung 7 etwa λ/4 beträgt und bei der beschriebenen Konstruktion die Strecke zwischen der Mittellinie 7 a und dem Einlaß 8 a etwa gleich 4/λ ist und daher die Strecke zwischen Innenwand 3 a und Einlaß 8 a 2/λ beträgt, beträgt die Impedanz am Einlaß 8 a nahezu Null. Infolgedessen wird die elektromagnetische Energie vom Einlaß 8 a reflektiert, so daß ein Austritt oder eine Leckage dieser Energie über den Spalt 8 verhindert wird. Außerdem wirkt der Spalt 8 zwischen Stirnplatte 5 und Dichtungsplatte 6 als kapazitive Dichtung (capacitive seal) einer niedrigen Impedanz gegenüber der elektromagnetischen Energie, wodurch ein Austritt dieser Energie verhindert wird.

Diese herkömmliche elektromagnetische Energiedichtung ist jedoch mit den folgenden Problemen behaftet:

1. Wenn die Stirnplatte 5 und Dichtungsplatte 6 einander an einem Punkt P unter Herstellung eines Metall-Metall- Berührungs- oder -Kontaktpunkts berühren, wirkt dieser Kontaktpunkt P als Kurzschlußpunkt oder -stelle. Infolgedessen kann die Impedanz des Einlasses 8 a des Spalts 8 nicht niedrig sein und damit die Drosseldichtung nicht hergestellt werden, so daß der Austritt von elektromagnetischer Energie nicht vollständig verhindert werden kann.

2. Mit zunehmender Breite oder Weite des Spalts 8 wird die angegebene Wirkung der Drosseldichtung stark verringert, wie dies anhand von Laboratoriumsversuchen festgestellt worden ist. Im allgemeinen ist der Wellenwiderstand der Parallelübertragungsleitung oder -strecke, die durch die Stirnplatte 5 und die Dichtungsplatte 6 gebildet ist, der Breite des Spalts 8 umgekehrt proportional. Wenn beispielsweise die Breite des Spalts 8 von 50 µm auf 1 mm, d. h. um das 20fache, vergrößert wird, wird der Wellenwiderstand auf etwa 1/20 des Werts bei einer Breite von 50 µm verkleinert.

Um andererseits eine Funkenbildung zwischen Dichtungsplatte 6 und Stirnplatte 5 zu vermeiden, wird ein(e) Isolierfilm oder -schicht einer Dichte von etwa 50 µm angebracht, oder es wird eine Oxidschicht an der Dichtungsplatte 6 oder der Stirnplatte 5 vorgesehen. Verschiedene Abmessungen, einschließlich der Tiefe des Drosselprofils 4, werden durch die mit einer Länge von λ/4 durch den Türrahmen 3 und die Dichtungsplatte 6, durch letztere und die Stirnplatte 5 gebildete Parallelübertragungsstrecke bestimmt. Im allgemeinen ist die Dichte der austretenden elektromagnetischen Energie am kleinsten, wenn die Breite des Spalts 8 etwa 50 µm beträgt und die Parallelübertragungsstrecke einer Länge von λ/4 angeschlossen ist.

Auch wenn diese beiden λ/4-Strecken unterschiedliche Wellenwiderstände aufweisen, werden daher die Abmessungen des Drosselsystems so bestimmt, daß unter den angegebenen Bedingungen eine größtmögliche Wirkung erzielt wird. Mittels einer Änderung der Breite (oder Weite) des Spalts 8 zwischen Stirnplatte 5 und Dichtungsplatte 6 kann mithin der Wellenwiderstand der Übertragungsstrecke oder -leitung geändert werden. Zur Verhinderung einer Verringerung der Drosseldichtwirkung muß daher beim Abbau der Tür am Mirkowellenherd die Breite des Spalts 8 genau und sicher eingehalten werden. Wenn sich jedoch die Breite des Spalts 8 aufgrund von Spiel im Türscharnier nach längerem Gebrauch allmählich vergrößert, nimmt die Austrittsmenge der elektromagnetischen Energie zu.

3. Die Drosseldichtung bei der beschriebenen Konstruktion ist wirksam, wenn die elektromagnetische Energie unter einem rechten Winkel zum Drosselprofil 4 eintritt. Wenn dagegen diese Energie unter einem von einem rechten Winkel verschiedenen Winkel, z. B. unter 45°, zum Drosselprofil 4 eintritt, wird die Wellenlänge in Breitenrichtung oder die Quer-Wellenlänge des Drosselprofils 4 zu , wodurch die Wirksamkeit der Drosseldichtung stark beeinträchtigt wird. Die in das Drosselprofil 4 eintretende elektromagnetische Energie weist eine Rechteckkomponente und eine Parallelkomponente gegenüber der Längsrichtung des Drosselprofils 4 auf. Die Drosseldichtung ist dabei gegenüber der Parallelkomponente der elektromagnetischen Energie nicht wirksam; demzufolge ist die beschriebene Konstruktion mit dem Mangel behaftet, daß der Austritt der schräg in das Drosselprofil 4 eintretenden elektromagnetischen Energie nicht verhindert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer elektromagnetischen Energiedichtung bei einem Mikrowellenherd, bei welcher das Drosselprofil (choke channel) mit einem Abstimmstab (tuning post) versehen ist, der eine LC-Resonanz zu erzeugen vermag und an der Stelle, an welcher das elektrische Feld am stärksten ist, angeordnet ist, so daß ein Austritt von elektromagnetischer Energie wirksam verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß sind zur Lösung der angegebenen Aufgabe die Außenwand des Drosselprofils unter Bildung eines Winkelstücks nach innen abgebogen, der Perioden- oder Teilungsabstand, in welchem das elektrische Feld am stärksten ist, in Abhängigkeit von der Frequenz der elektromagnetischen Energie zum Garen eines Gargutes bestimmt und das Winkelstück in dem Bereich entsprechend dem Perioden- oder Teilungsabstand, in welchem das elektrische Feld am stärksten ist, unter Bildung eines Abstimmstabs teilweise ausgeschnitten.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Mikrowellenherds, auf den sich die Erfindung bezieht,

Fig. 2 eine (in vergrößertem Maßstab gehaltene) Schnittansicht einer herkömmlichen elektromagnetischen Energiedichtung,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Energiedichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 und 5 eine perspektivische Darstellung bzw. eine Aufsicht zur Darstellung eines Winkelstücks und eines Schlitzes bei der erfindungsgemäßen Energiedichtung,

Fig. 6 eine perspektivische Teil-Darstellung eines Wellenleiters zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Energiedichtung,

Fig. 7 (A) eine schematische Darstellung eines bei einem erfindungsgemäß durchgeführten Versuch verwendeten Türrahmens,

Fig. 7 (B) eine schematische Darstellung eines Türrahmens mit einem elektromagnetische Energie absorbierenden Werkstoff und

Fig. 7 (C) eine graphische Darstellung eines Vergleichs der Leckage- oder Austrittsmenge der elektromagnetischen Energie bei den Anordnungen nach Fig. 7 (A) und Fig. 7 (B).

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs erläutert worden.

In den Fig. 3 bis 5 ist eine elektromagnetische Energiedichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Dabei ist ein Türrahmen 3 eines U-förmigen Querschnitts mit einem Winkelstück 9 versehen, das rechtwinkelig von der Außenwand(fläche) 3 b des Türrahmens 3 einwärts in Richtung auf ein Drosselprofil 4 abgebogen ist. Das Winkelstück 9 ist dabei mit Schlitzen (oder Ausschnitten) 10 versehen, die durch Ausschneiden des Winkelstücks 9 mit jeweils gleichmäßiger Breite in den Bereichen, in denen das elektrische Feld der elektromagnetischen Energie am stärksten ist, geformt sind. Vorzugsweise ist dabei ein Teilungsabstand (period intervall) T (Fig. 5) kleiner als λ/4 oder gleich groß wie dieser Wert.

Im folgenden ist die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung im einzelnen erläutert.

Fig. 6 veranschaulicht einen Wellenleiter einer Breite m und einer Höhe n, wobei m<λ und n«g vorausgesetzt sind; wenn sich die elektromagnetische Energie in der Richtung Z ausbreitet, ist die Verteilung des elektrischen Felds in der Richtung Y gleichmäßig oder gleichförmig, weil n«λ gilt.

Wenn der TE _mn-Modus zur Bestimmung des Modus oder der Art der elektrischen Feldverteilung bestimmt werden soll, braucht dann, wenn die elektrische Feldverteilung in der Richtung Y gleichmäßig ist, nur der TE _mo-Modus bestimmt zu werden, d. h. der Modus der elektrischen Feldverteilung in X-Richtung, weil n=0.

Im TE _mo-Modus bestimmt sich die Strecke oder der Abstand, bei der bzw. dem der Punkt X _max des größten elektrischen Felds erreicht ist, wie folgt:

In obiger Gleichung gilt: N=1, 3, 5, . . ., 2m-1.

Die Bedingung, unter welcher ein bestimmter TE _mo- Modus vorliegt, entspricht:

λ _c ≧ λ .

Darin bedeuten: λ _c = Grenzwellenlänge von 2n/m und λ = Wellenlänge der elektromagnetischen Energie in einem freien Raum.

Der zwischen der Dichtungsplatte 6 und der Stirnplatte 5 gemäß Fig. 3 festgelegte Zwischenraum oder Spalt 8 kann als Wellenleiter gemäß Fig. 6 angesehen werden. Wenn gemäß Fig. 6 ein Abstimmstab (tuning post) in einem solchen Wellenleiter angeordnet ist, wird eine LC-Resonanz zwischen der Oberseite des Abstimmstabs 11 und der zugewandten Wandfläche des Wellenleiters erzeugt, wodurch die Ausbreitung oder Fortpflanzung der elektromagnetischen Energie in Z-Richtung unterbrochen wird. Diese Wirkung ist am größten, wenn sich der Abstimmstab 11 an der Stelle des stärksten elektrischen Felds (maximum electric field point) befindet.

Nach diesem Prinzip sind erfindungsgemäß Schlitze vorgesehen, die als Abstimmstab 11 wirken bzw. diesen bilden. Der Teilungsabstand dieser Schlitze 10 läßt sich experimentell wie folgt bestimmen:

Der beim erfindungsgemäß durchgeführten Versuch verwendete Mikrowellenherd weist eine (Tür-)Öffnung der Größe 299×168,5 mm auf. Für diese Größe ist die ermittelte Stelle X _max des größten oder stärksten elektrischen Felds in der nachstehenden Tabelle angegeben.

Dabei entsprechen die Frequenz der elektromagnetischen Energie 2450 MHz und die Wellenlänge λ=122,45 mm.

Nach der Ordnung aller auf oben angegebene Weise bestimmter Werte oder Größen für X _max in Reihenfolge bestimmen sich die Differenzen zwischen den jeweiligen, einander am nächsten liegenden Werten wie folgt:

261,62 - 249,16 = 12,46 12,5
249,16 - 224,25 = 24,91 25 = 2×12,5
224,25 - 186,87 = 37,35 37,5 = 3×12,5
186,87 - 149,5 = 37,37 37,5 = 3×12,5
149,5 - 112,12 = 37,38 37,5 = 3×12,5
112,12 - 74,75 = 37,37 37,5 = 3×12,5
74,75 - 49,83 = 24,92 25 = 2×12,5
49,83 - 37,37 = 12,46 12,5
37,37 - 0 = 37,37 37,5 = 3×12,5
299 - 261,62 = 37,38 37,5 = 3×12,5

Wie sich aus obigem ergibt, liegen die Stellen X _max des stärksten elektrischen Felds in Abständen von 12,5 K mm (mit K = eine Konstante). Wenn mithin die Schlitze 10 in Teilungsabständen T von 12,5 mm vorgesehen werden, liegen sie sämtlich jeweils an den Stellen X _max des stärksten elektrischen Felds.

Für andere Öffnungsgrößen kann der Perioden- oder Teilungsabstand (period interval) T der Schlitze 10 auf dieselbe Weise berechnet werden. Für die Öffnungsgröße von 168,5 mm beträgt z. B. der Teilungsabstand T der Schlitze 10 etwa 13 mm. Bei einem Mikrowellenherd, bei dem die Schlitze 10 in den auf beschriebene Weise berechneten Teilungabständen T ausgebildet sind, ist die Austrittsmenge der elektromagnetischen Energie im Vergleich zu einem Mikrowellenherd, der mit einem elektromagentsiche Energie absorbierenden Element versehen ist, stark verringert.

Fig. 7 (A) gibt die genauen Abmessungen der für den erfindungsgemäß durchgeführten Versuch benutzten Tür an. Fig. 7 (B) zeigt dagegen eine Tür mit denselben Abmessungen wie in Fig. 7 (A), jedoch unter Verwendung eines elektromagnetische Energie absorbierenden Elements 12 aus Ferrit. Eine Bestimmung des elektromagnetischen Energieaustritts für beide Fälle lieferte die in Fig. 7 (C) gezeigten Ergebnisse.

Wenn der Heiz- bzw. Garraum des Mikrowellenherds vergleichsweise groß ist, ist der Teilungsabstand T der Schlitze 10 klein. Bei einem sehr kleinen Teilungsabstand T ergeben sich jedoch Fertigungsschwierigkeiten. Aus diesem Grund werden die Schlitze 10 abwechselnd mit mindestens zwei vorbestimmten großen Teilungsabständen angeordnet. In diesem Fall sind die Schlitze 10 insgesamt aperiodisch (unregelmäßig) angeordnet. Wenn der genannte Teilungsabstand sehr groß ist, ist es unmöglich, den Austritt der sich in der Richtung parallel zum Drosselprofil 4 ausbreitenden elektromagnetischen Energie zu blockieren. Der Teilungsabstand T der Schlitze 10 darf daher nicht größer sein als λ/4.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird erfindungsgemäß der Austritt elektromagnetischer Energie wirksam verhindert, und zwar auf der Grundlage der Tatsache, daß bei Anordnung eines Abstimmstabs an der Stelle, an welcher das elektrische Feld am stärksten ist, die Ausbreitung der elektromagnetischen Energie am wirksamsten unterbrochen bzw. unterbunden werden kann. Erfindungsgemäß wird die Verwendung eines getrennten, elektromagnetische Energie absorbierenden Elements vermieden. Zudem kann dabei auch der Austritt von rechtwinkelig und schräg orientierter elektromagnetischer Energie wirksam unterdrückt werden. Darüber hinaus wird die Wirksamkeit der elektromagnetischen Energiedichtung auch dann nicht beeinnträchtigt, wenn sich das Türscharnier nach längerer Betriebsdauer lockert, so daß demzufolge eine bessere Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Claims

1. Elektromagnetische Energiedichtung bei einem Mikrowellenherd mit einem Herdgehäuse, einer daran angeschlagenen Tür und einem um den Außenumfangsrand der Tür herum montierten Türrahmen eines U-förmigen Querschnitts, umfassend eine an der Innenwand(fläche) des Türrahmens befestigte, parallel zu einer Stirnplatte des Herdgehäuses angeordnete und eine Öffnung festlegende Dichtungsplatte, wobei der Abstand (space) zwischen der Mittellinie der Öffnung und der Innenwand des Türrahmens λ/4 entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Außenwand(fläche) des Türrahmens und der Öffnungs-Mittellinie gleich g/8 ist und daß die Energiedichtung ferner ein durch einwärts gerichtetes Umbiegen des oberen Endes der Außenwand des Türrahmens gebildetes Winkelstück sowie eine gleichmäßige Breite besitzende Schlitze (oder Ausschnitte) aufweist, die durch Ausschneiden des Winkelstücks in Teilungsabständen (period intervals), in denen das elektrische Feld der elektromagnetischen Energie am größten ist, gebildet ist.

2. Energiedichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungsabstand T der Schlitze nicht größer ist als λ/4 (T≦λ/4).

3. Energiedichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite D des Winkelstücks kleiner ist als λ/8 (D<λ/8) und seine Länge L nicht kleiner als λ/32 und nicht größer als g/8 (λ/32≦L≦λ/8) ist.