DE4422439A1

DE4422439A1 - Doppelglasscheibe für Mikrowellenöfen

Info

Publication number: DE4422439A1
Application number: DE19944422439
Authority: DE
Inventors: Axel Dr Noethe; Heinz Dr Hoelscher
Original assignee: Flachglas Wernberg GmbH
Current assignee: Flachglas Wernberg GmbH
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Doppelglasscheibe für Mikrowellenöfen, bestehend aus einer zum Ofenraum weisenden Innenscheibe und einer Außenscheibe, die zwischen sich einen mit Luft gefüllten Scheibenzwischenraum einschließen.

Mikrowellenöfen werden in der Tür regelmäßig mit Glas- oder Kunststoffscheiben versehen, die eine Durchsicht auf das Gargut ermöglichen sollen. Zur Abschirmung der für den Menschen gefährlichen Mikrowellenstrahlung, für die strenge gesetzliche Grenzwerte existieren, weisen die bekannten Glasscheiben auf ihrer zum Ofenraum weisenden Seite üblicherweise eine rundum mikrowellendicht mit dem Türrahmen verbundene metallische Lochplatte oder ein Metallnetz auf. Diese Lösung hat sich hinsichtlich der Abschirmwirkung zwar praktisch bewährt, die Lichttransmission läßt jedoch mit typischen Werten von etwa 20 - 25% zu wünschen übrig. Dabei stört vor allem die Sichtbehinderung durch das Metallgitter oder Metallnetz.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Glasscheiben für Mikrowellenöfen zur Verfügung zu stellen, die anstelle eines Metallnetzes, einer Lochplatte oder dergleichen mit dünnen elektrisch leitfähigen Schichten versehen sind. So offenbart beispielsweise die DE-PS 39 23 734 ein Ofenfenster mit mind. einer Glasscheibe, die eine leitfähige Indium-Zinnoxid- oder Zinnoxid-Beschichtung von etwa 500-1000 nm Dicke aufweist, deren Flächenwiderstand max. 10 Ohm beträgt und die die Lichttransmission der Einzelglasscheibe um max. 30% reduziert. Trotz der in der Vorveröffentlichung angegebenen hohen Abschirmwirkung hat die dort angegebene Lehre nicht zu einem praxistauglichen Produkt geführt, da bedingt durch die thermische Belastung insbesondere der Beschichtung der zum Ofenraum gewandten Innenscheibe - die Ofentemperatur kann bis zu etwa 300°C erreichen - deren elektrischer Widerstand mit der Zeit immer weiter zunimmt mit der Folge, daß die zu Beginn vorhandene Abschirmwirkung abnimmt und somit eine sichere Funktion nicht dauerhaft gewährleistet ist. Außerdem ist die Herstellung der dicken Indium-Zinnoxid-Schichten relativ teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare Doppelglasscheibe für Mikrowellenöfen anzugeben, die eine hohe Abschirmwirkung gegen Mikrowellenstrahlung zeigt, die auch bei längerem Betrieb des Ofens nicht beeinträchtigt wird, deren Lichttransmission mindestens 30%, vorzugsweise über 50% beträgt und die eine hohe Betriebs sicherheit aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der im Hauptanspruch angegebenen Merkmalskombination. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Die dauerhaft gute Abschirmwirkung der erfindungsgemäßen Doppelglasscheibe wird dabei mit einer besonderen Schicht kombination erzielt, die auf der zum Scheibenzwischenraum weisenden Oberfläche der thermisch im Betrieb des Ofens stark belasteten Innenscheibe angebracht wird und die vergleichs weise kostengünstig herstellbar ist. Die beanspruchte Beschichtung des Aufbaus

glasseitige Metalloxid-Entspiegelungsschicht 15-60 nm dick/ Goldschicht 15-25 nm dick/äußere Entspiegelungsschicht 15-60 nm dick

weist nach der Temperung einen Flächenwiderstand auf, der selbst bei Betriebstemperaturen im Ofen von bis zu 300°C 5 Ohm nicht überschreitet. Ein besonderer Vorzug dieser Beschichtung ist darüber hinaus, daß ihr Widerstand beim Betrieb des Mikrowellenofens anders als bei den vorbekannten Indium-Zinn oxid-Schichten oder auch anderen Edelmetallschichten nicht nur nicht zunimmt, sondern durch die Wärmebelastung sogar noch reduziert wird. Die Wärmebelastung durch den Ofenbetrieb führt also bei der beanspruchten Beschichtung der Innenscheibe zu einer Selbststabilisierung und macht sie damit ganz besonders gut geeignet für diese Anwendung. Außerdem ist die Beschich tung äußerst feuchtigkeitsbeständig, was wegen des zur Atmosphäre offenen Scheibenzwischenraums von großer Bedeutung ist.

Die Temperung der Beschichtung der Innenscheibe erfolgt nach der Fertigstellung der Beschichtung bei Temperaturen um 300-350°C. Für die Dauer der Wärmebehandlung reichen etwa 15-30 Minuten aus. Beim Verzicht auf eine Temperung der Beschichtung müßte zur Erreichung des für eine hinreichende Abschirmwirkung benötigten niedrigen Flächenwiderstands eine dickere Goldschicht zum Einsatz kommen, was zu einer unerwünschten Reduzierung der Lichttransmission führen würde.

Soll eine besonders hohe Lichttransmission der Doppelglas scheibe, insbesondere eine Lichttransmission von über 50% erreicht werden, so wird die Dicke der Goldschicht auf etwa 15 nm eingestellt. Bei einer Dicke von etwa 25 nm kann erfindungsgemäß immer noch eine Lichttransmission von insgesamt mindestens 30% bei weiter verbesserter Abschirm wirkung erreicht werden.

Als Materialien für die Metalloxid-Entspiegelungsschichten kommen insbesondere Indium-Zinnoxid-Schichten mit einem Zinnoxidanteil von um die 10 Gew.% in Frage, die eine besonders gute Haftung zu Goldschichten aufweisen. Zwar ist es grundsätzlich auch möglich, andere dielektrische Schichtmate rialien zu verwenden, die jedoch in der Regel deutlich schlechter an Gold haften. In diesem Falle müßten also zusätzliche Haftschichten vorgesehen werden, die den Herstellungsaufwand für die Beschichtung erhöhen. Indium-Zinn oxid-Schichten sind insbesondere für die äußere Metalloxid- Entspiegelungsschicht geeignet, die der feuchtigkeitshaltigen Atmosphäre im Scheibenzwischenraum zwischen den Glasscheiben direkt ausgesetzt ist und bei der Manipulation der Einzelglas scheiben vor deren Zusammenbau mechanischen Beanspruchungen - zum Beispiel bei der Reinigung der Glasscheiben - unterliegt.

Für die glasseitige Metalloxid-Entspiegelungsschicht ist neben Indium-Zinnoxid auch (dotiertes) Zinnoxid verwendbar.

Die Innen- und Außenscheibe, die vorzugsweise aus nach dem Floatglasverfahren hergestelltem Kalk-Natrium-Silikatglas bestehen, sind nach der Lehre der Erfindung vorgespannt, wobei wegen der thermischen Belastung insbesondere der Innenscheibe das chemische gegenüber dem thermischen Vorspannverfahren vorzuziehen ist. Die Vorspannung der Glasscheiben erlaubt eine Überwachung des ordnungsgemäßen Zustandes der Abschirm- Beschichtungen während des Ofenbetriebs auf einfache und sichere Weise. Ohne eine derartige Vorspannung könnte es nämlich geschehen, daß in einer der in den Mikrowellenofen eingebauten Glasscheiben eine Beschädigung, zum Beispiel ein Riß auf träte, der die Abschirmwirkung der darauf befindlichen Beschichtung reduzieren würde, ohne daß dies ohne weiteres bemerkbar wäre. Es bestände die Gefahr, daß der Mikrowellen ofen in diesem Falle trotz des entstandenen Gesundheitsrisikos weiterbetrieben würde. Bei vorgespannten Glasscheiben hingegen führt auch eine geringfügige mechanische Beschädigung zum sofortigen Zerbrechen der gesamten Glasscheibe in kleine Glaskrümel. Dieses vollständige Zerbrechen der Glasscheibe kann auf einfache Weise detektiert werden, indem der Widerstand der auf der Glasscheibe befindlichen Beschichtung während des Ofenbetriebs laufend kontrolliert wird. Im Falle einer plötzlichen deutlichen Widerstandserhöhung wird die Mikrowellenstrahlung sofort abgeschaltet und ein weiterer Betrieb des Ofens erst nach Ersatz der defekten Scheibe möglich.

Wenn der Abstand der Glasscheiben im beanspruchten Bereich von 10-40 mm, vorzugsweise von 15-30 mm, liegt, ist einerseits eine relativ flache Bauweise der Mikrowellenofentür möglich, während andererseits die Abschirmwirkung aufgrund von Interferenzeffekten besonders hoch ist. Auf diese Weise kann der Flächenwiderstand der Beschichtungen und damit die Lichttransmission der Doppelglasscheibe im Vergleich zu Scheibenanordnungen mit niedrigeren oder höheren Abständen höher eingestellt werden, was zu einer verbesserten Sicht auf das Gargut führt.

Die Beschichtung der Außenscheibe ist geringeren thermischen Belastungen durch den Ofenbetrieb ausgesetzt, weshalb für diese grundsätzlich auch eine an sich bekannte dicke Indium-Zinnoxid-Schicht verwendet werden kann. Diese Beschichtung hat den Vorteil einer vergleichsweise hohen Lichttransmission bei gleichem Flächenwiderstand, ist jedoch - wie oben bereits erwähnt - wesentlich aufwendiger und teurer in der Herstellung als das für die Innenscheibe beanspruchte Gold-Schichtsystem, so daß im Rahmen der Erfindung bevorzugt auch die Außenscheibe mit einer gleichartigen Beschichtung wie die Innenscheibe ausgestattet wird. Ein derartiger Produktauf bau ist auch deswegen besonders vorteilhaft, weil nur eine Art von beschichteten Glasscheiben für die Herstellung der Doppelglasscheibe nach der Erfindung benötigt wird, was die Herstellung insgesamt vereinfacht.

Der Scheibenzwischenraum ist nach der Erfindung nicht wie bei üblichen Isolierglasscheiben hermetisch abgedichtet, sondern vielmehr offen zur Atmosphäre. Grund ist die thermische Belastung der Doppelglasscheibe beim Betrieb des Ofens, die bei geschlossenem Scheibenzwischenraum aufgrund der thermischen Ausdehnung der eingeschlossenen Luft zu erheblichen mechanischen Beanspruchung des Randverbunds führen würde (Pumpeffekt). Durch die erfindungsgemäß eingesetzten Beschichtungen der Außen- und Innenscheibe wird die offene Ausführung des Scheibenzwischenraums ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer ermöglicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispie len erläutert.

Beispiel 1

Eine chemisch vorgespannte erste Glasscheibe mit Abmessungen von 25×40 cm² wurde mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung von Indium(90)-Zinn(10)-Targets in einer Argon und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre mit einer etwa 600 nm dicken Indium-Zinnoxid-Beschichtung versehen. Die Beschichtung hatte einen Flächenwiderstand von 4 Ohm. Die Lichttransmission der Glasscheibe lag bei 79%. In der Durchsicht war nahezu keine Färbung erkennbar.

Eine zweite chemisch vorgespannte Glasscheibe mit gleichen Abmessungen wurde ebenfalls mittels Magnetron-Kathodenzerstäu bung mit einer drei Teilschichten umfassenden Beschichtung versehen. Zunächst wurde in einer Argon und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durch Zerstäubung von Indium(90)- Zinn(10)-Targets eine 40 nm dicke glasseitige Indium-Zinn oxid-Schicht aufgebracht. Im Anschluß daran erfolgte die Aufbringung einer 15 nm dicken Goldschicht durch Sputtern eines Gold-Targets in einer Argon-Atmosphäre. Abschließend wurde auf gleiche Weise wie die glasseitige eine weitere, äußere Indium-Zinnoxid-Schicht in einer Dicke von 40 nm aufgebracht. Die beschichtete Glasscheibe hatte eine Lichttransmission von 70%. Der Flächenwiderstand der Beschichtung betrug bei Raumtemperatur 7 Ohm. Im Anschluß an die Beschichtung wurde die zweite Glasscheibe in einem Temperofen 15 Minuten bei 350°C getempert und danach langsam wieder abgekühlt. Der Flächenwiderstand der Beschichtung wurde durch diese Temperung auf 4 Ohm reduziert, während die Lichttransmission sich geringfügig auf etwa 71% erhöhte.

Die erste Glasscheibe und die zweite Glasscheibe wurden in eine Mikrowellenofentür mikrowellendicht eingebaut, wobei die Indium-Zinnoxid-Beschichtung der die Außenscheibe bildenden ersten Glasscheibe und die Indium-Zinnoxid/Gold/Indium-Zinn oxid-Beschichtung der die Innenscheibe bildenden zweiten Glasscheibe an den Scheibenzwischenraum angrenzten. Der Abstand der Glasscheiben betrug 20 mm. Die Verglasung erfolgte so, daß der Scheibenzwischenraum offen zur Atmosphäre war. Die auf diese Weise hergestellte Doppelglasscheibe hatte eine Lichttransmission von 55%, wobei die Durchsicht einen gelblichen Farbton aufwies, und verfügte auch noch nach längerem Ofenbetrieb über eine die gesetzlichen Vorschriften mit deutlichem Abstand einhaltende Abschirmwirkung für die Mikrowellenstrahlung. Bei ausgeschalteter Innenbeleuchtung des Mikrowellenofens lag die Lichtreflexion der Doppelglasscheibe so hoch, daß der Ofeninnenraum von außen praktisch nicht erkennbar war, was aus Designgründen überaus vorteilhaft ist.

Beispiel 2

Zwei chemisch vorgespannte Glasscheiben mit Abmessungen von 25×40 cm² wurden mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung jeweils mit einer drei Teilschichten umfassenden Beschichtung versehen. Zunächst wurde auf die Glasscheiben in einer Argon und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durch Zerstäubung von Indium(90)-Zinn(10)-Targets eine 35 nm dicke glasseitige Indium-Zinnoxid-Schicht aufgebracht. Im Anschluß daran erfolgte die Aufbringung einer 15 nm dicken Goldschicht durch Sputtern eines Gold-Targets in einer Argon-Atmosphäre. Abschließend wurde auf gleiche Weise wie die glasseitige eine weitere, äußere Indium-Zinnoxid-Schicht in einer Dicke von 45 nm aufgebracht. Die beschichteten Glasscheiben hatten eine Lichttransmission von 72%. Der Flächenwiderstand der Beschichtungen betrug 7 Ohm. Im Anschluß an die Beschichtung wurden die beiden Glasscheiben in einem Temperofen 20 Minuten bei 300°C getempert und danach langsam wieder abgekühlt. Der Flächenwiderstand der Beschichtungen wurde durch diese Temperung auf 4 Ohm reduziert, während die Lichttransmission praktisch unverändert blieb.

Die erste Glasscheibe und die zweite Glasscheibe wurden in eine Mikrowellenofentür mikrowellendicht eingebaut, wobei die Beschichtungen an den Scheibenzwischenraum angrenzten. Der Abstand der Glasscheiben betrug 20 mm. Die Verglasung erfolgte so, daß der Scheibenzwischenraum offen zur Atmosphäre war. Die auf diese Weise hergestellte Doppelglasscheibe hatte eine Lichttransmission von 52%, wobei die Durchsicht einen etwas stärker gelblichen Farbton als in Beispiel 1 aufwies, und verfügte auch noch nach längerem Ofenbetrieb über eine die gesetzlichen Vorschriften mit deutlichem Abstand einhaltende Abschirmwirkung für die Mikrowellenstrahlung.

Beispiel 3

Zwei chemisch vorgespannte Glasscheiben mit Abmessungen von 25×40 cm² wurden mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung jeweils mit einer drei Teilschichten umfassenden Beschichtung versehen. Zunächst wurde auf die Glasscheiben in einer Argon und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durch Zerstäubung von Indium(90)-Zinn(10)-Targets eine 42 nm dicke glasseitige Indium-Zinnoxid-Schicht aufgebracht. Im Anschluß daran erfolgte die Aufbringung einer 20 nm dicken Goldschicht durch Sputtern eines Gold-Targets in einer Argon-Atmosphäre. Abschließend wurde auf gleiche Weise wie die glasseitige eine weitere, äußere Indium-Zinnoxid-Schicht in einer Dicke von 34 nm aufgebracht. Die beschichteten Glasscheiben hatten eine Lichttransmission von 65%. Der Flächenwiderstand der Beschichtungen betrug 5 Ohm. Im Anschluß an die Beschichtung wurden die beiden Glasscheiben in einem Temperofen 20 Minuten bei 300°C getempert und danach langsam wieder abgekühlt. Der Flächenwiderstand der Beschichtungen wurde durch diese Temperung auf 3,5 Ohm reduziert, während die Lichttransmission praktisch unverändert blieb.

Die erste Glasscheibe und die zweite Glasscheibe wurden in eine Mikrowellenofentür mikrowellendicht eingebaut, wobei die Beschichtungen an den Scheibenzwischenraum angrenzten. Der Abstand der Glasscheiben betrug 20 mm. Die Verglasung erfolgte so, daß der Scheibenzwischenraum offen zur Atmosphäre war. Die auf diese Weise hergestellte Doppelglasscheibe hatte eine Lichttransmission von 41% und eine gegenüber den vorherigen Beispielen weiter verbesserte Abschirmwirkung für die Mikrowellenstrahlung.

Beispiel 4

Wie im Beispiel 3 wurden zwei chemisch vorgespannte Glasscheiben mit Abmessungen von 25×40 cm² wurden mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung jeweils mit einer drei Teilschichten umfassenden Beschichtung versehen. Als einziger Unterschied zum Beispiel 3 hatte die Goldschicht eine Dicke von 25 nm. Die beschichteten Glasscheiben hatten eine Lichttransmission von 55%. Der Flächenwiderstand der Beschichtungen betrug 4 Ohm. Im Anschluß an die Beschichtung wurden die beiden Glasscheiben in einem Temperofen 20 Minuten bei 300°C getempert und danach langsam wieder abgekühlt. Der Flächenwiderstand der Beschichtungen wurde durch diese Temperung auf 3 Ohm reduziert, während die Lichttransmission praktisch unverändert blieb.

Die erste Glasscheibe und die zweite Glasscheibe wurden in eine Mikrowellenofentür mikrowellendicht eingebaut, wobei die Beschichtungen an den Scheibenzwischenraum angrenzten. Der Abstand der Glasscheiben betrug 20 mm. Die Verglasung erfolgte so, daß der Scheibenzwischenraum offen zur Atmosphäre war. Die auf diese Weise hergestellte Doppelglasscheibe hatte eine Lichttransmission von 30% und eine gegenüber Beispiel 3 noch einmal verbesserte Abschirmwirkung für die Mikrowellenstrah lung.

Claims

1. Doppelglasscheibe für Mikrowellenöfen, bestehend aus einer zum Ofenraum weisenden Innenscheibe und einer Außenscheibe, die zwischen sich einen mit Luft gefüllten Scheibenzwischenraum einschließen, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Die Außen- und die Innenscheibe bestehen aus vorgespanntem Glas,
b) Die Innenscheibe weist auf ihrer zum Scheiben zwischenraum weisenden Oberfläche eine Beschichtung mit einem Flächenwiderstand von max. 5 Ohm auf, wobei die Lichttransmission der Innenscheibe bei mindestens 55% liegt,
c) Die Beschichtung der Innenscheibe hat den Aufbau: glasseitige Metalloxid-Entspiegelungsschicht 15-60 nm/Goldschicht 15-25 nm/äußere Metalloxid- Entspiegelungsschicht 15-60 nm,
d) Die Beschichtung der Innenscheibe wurde zur Widerstandsminderung getempert,
e) Die Außenscheibe weist auf ihrer zum Scheibenzwi schenraum weisenden Oberfläche eine Beschichtung mit einem Flächenwiderstand von max. 5 Ohm auf, wobei die Lichttransmission der Außenscheibe bei mindestens 55% liegt,
f) Der Abstand der durch einen zur Atmosphäre offenen Scheibenzwischenraum getrennten Innenscheibe und Außenscheibe beträgt 10-40 mm.

2. Doppelglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Außen- und die Innenscheibe aus chemisch vorgespanntem Glas bestehen.

3. Doppelglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Metalloxid-Ent spiegelungsschicht der Innenscheibe aus Indium-Zinnoxid besteht.

4. Doppelglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die glasseitige Metalloxid- Entspiegelungsschicht der Innenscheibe aus Indium-Zinn oxid oder Zinnoxid besteht.

5. Doppelglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Metalloxid-Entspiege lungsschichten der Innenscheibe aus Indium-Zinnoxid bestehen.

6. Doppelglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Außenscheibe aus Indium-Zinnoxid mit einer Schichtdicke von 400-800 nm, vorzugsweise etwa 600 nm, besteht.

7. Doppelglasscheibe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Außenscheibe den Aufbau: glasseitige Metalloxid-Entspiegelungsschicht 15-60 nm/Goldschicht 15-25 nm/äußere Metalloxid-Ent spiegelungsschicht 15-60 nm aufweist, wobei die Beschichtung zur Widerstandsminderung getempert wurde.

8. Doppelglasscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß Innenscheibe und Außenscheibe identische Beschichtungen aufweisen.

9. Doppelglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenwiderstände der Beschichtungen der Innenscheibe und der Außenscheibe max. 4 Ohm, vorzugsweise etwa 3 Ohm, betragen.

10. Doppelglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Innenscheibe und der Außenscheibe 15-30 mm, vorzugsweise etwa 20 mm, beträgt.

11. Doppelglasscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungen der Innenscheibe und der Außenscheibe mittels Magnetron- Kathodenzerstäubung aufgebracht sind.