DK147960B - Taetningsorgan til spalten mellem et mikroboelgeapparats doer og varmerum - Google Patents

Description

147960

Den foreliggende opfindelse angår et mikrobølgeapparat af den i krav l’s indledning angivne art, såsom en mikrobølgeovn. Opfindelsen angår navnlig en mikrobølgeovn med energitætninger, der skal forhindre, at højfrekvensenergi slipper ud fra appa-ratet.

Ved mikrobølgeovne bliver lækage af højfrekvensenergi fra ovnens hulrum begrænset med henblik på opfyldelse af de bestemmelser, der er opstillet af myndighederne, såsom Department of Health, Education and Welfare, Federal Communication Commission og The United States of America Standards Institute. Sådanne apparater arbejder som regel ved tildelte frekvenser på enten 915 eller 2450 MHz, og ud- 2 147960 trykket "mikrobølge" skal her og i det følgende referere til den del af det elektromagnetiske spektrum, der har bølgelængder i størrelsesordenen fra 30 cm til 1 mm og frekvenser højere end 300 MHz.

I mikrobølgeovne danner den energi, der fødes til ovnens indre, fortrinsvis resonans i flere forskellige svingningstyper, bestemt ved tilpasning af ovnens dimensioner. Sådanne resonanssvingninger bliver belastet ved absorption af varme i den genstand, der opvarmes, og denne absorption varierer med genstandens absorptionsegenskaber, som bestemt ved dens materiale, størrelse og form. For at sikre ensartet opvarmning har det som regel været ønskeligt at variere svingningsmønsteret cyklisk i forhold til genstanden, f.eks. ved en mekanisk "omrører", ved bevægelse af genstanden i ovnen, ved variation af frekvensen for den tilførte energi eller ved kombinationer af disse foranstaltninger. Mangfoldigheden af svingningstyper, der varierer med belastningen i ovnen og med den cykliske variation af svingningstyperne, kan medføre, at der i en dørtætning frembringes svingningstyper, der har udbredelseskompo-santer langs tætningen, og som kan frembringe uønsket høj energilækage gennem dørtætningen.

Der kendes talrige forslag til energitætninger, herunder sådanne med metal-til-metal-kontaktflader, som f.eks. omhandlet i beskrivelserne til U.S.A.-patent nr. 2.956.143, udstedt 11. oktober I960 til L.H. Shall, U.S.A.-patent nr. 2.958.754, udstedt 1. november I960 til D.E. Hahn, og U.S.A.-patent nr. 3.448.232, udstedt 3. juni 1969 til J.H. Kluck. Blandt ulemperne ved sådanne konstruktioner med metallisk kontakt er de mekaniske variationer, der i tidens løb vil medføre spalter med betydelig lækage. Det er også naturligt indeholdt ved sådanne konstruktioner, navnlig den sidstnævnte, at udbredelse af energi i alle svingningstyper og i alle retninger langs tætningen må undertrykkes ved en i hovedsagen fuldkommen metallisk kontakt, for at tætningen kan være effektiv. Når der efterhånden udvikler sig spalter mellem de samvirkende metalflader, vil der både under drift og ved åbning af døren kunne forekomme dannelse af højfrekvenslysbuer.

3 U7960

Andre kendte former for tætninger omfatter elektriske bølgespærre-arrangementer i forbindelse med dielektriske legemer til definering af veje med mindst resistans for energi, der lækker ud langs rand-spalten mellem døren og de omgivende vægge i en ovn. Flere eksempler på tætninger med bølgespærre er omhandlet i beskrivelserne til U.S.A.-patent nr. 3.182.164, udstedt 4. maj 1965 til Richard Ironfield, og U.S.A.-patent nr. 3.584.177, udstedt 8. juni 1971 til Arnold M. Bucksbaum. Tætningerne af bølgespærretypen er bestemt til at behandle enkelte udbredelsestyper og har for eksempel en dimension på en kvart bølgelængde ved driftsfrekvensen for en TEM-svingningstype langs en første bane med et samlet udsving på en halv bølgelængde fra en kortslutning, der er defineret ved en endevæg, og som reflekteres tilbage til det udgangspunkt, hvor den udlækkende energi går igennem randspalten.

Ved de kendte udførelsesformer kan sådanne bølgespærrearrangementer i tidens løb ændre de elektriske egenskaber som følge af mekanisk slid og ansamling af madvarerester, hvorved dørens dimensioner ændres, og hvorved bølgespærrens effektivitet forringes. Opvarmningsapparater, som fra begyndelsen opfylder myndighedernes bestemmelser, vil efterhånden i betydelig grad kunne afvige fra de fastsatte værdier. Det er endvidere blevet konstateret, at med dannelsen af flere svingningstyper i ovnrummet bliver det område, der defineres ved randspalten langs døråbningen, et effektivt udbredelsesmedium, navnlig for svingningstyper, der udbredes i randspaltens længderetning, herefter betegnet y-retningen, og også sådanne svingningstyper, der er bestemt til at blive rettet tværs over energitætningen, herefter betegnet x-retningen, for at ramme bølgespærrear-rangementet. Der kan indledes et stort område af svingningstyper af højere orden, der udbredes i x-retningen med bølgelængder stærkt afvigende fra driftsbølgelængden, fordi disse svingningstyper er knyttet til afskæringsresonanser for svingningstyper i y-retningen ved frekvenser nær ved driftsfrekvensen.

Til opklaring af de elektriske egenskaber ved de uønskede svingningstyper, der udbredes i længderetningen langs energitætningen i forbindelse med svingningstyper i x-retningen, har et studium af de langsgående og tværgående strømme vist, at energitætninger, navnlig sådanne med bølgespærrearrangementer, viser store kvasiperiodiske 4 147960 variationer af lækage, overlejret over eller endog modvirkende de forventede egenskaber til undertrykkelse af TEM-svingningstypen ved bølgespærren. Der anvendes derfor energiabsorberende legemer, såsom pakninger, lige uden for de svingningstypebærende energitætninger til yderligere bortledning eller optagelse af energilækage og til sikring af fortsat opfyldelse af sikkerhedsbestemmelserne.

Såfremt de dielektriske legemer inden for bølgespærren eller de energiabsorberende legemer ikke har stabile dimensioner og placeringer under ovnens drift, eller såfremt dørens placering og centrering varierer, vil der kunne forekomme for stor energilækage og opvarmning i pakningen, på ukontrollerbar måde. Formålet med opfindelsen er at angive et apparat af den omhandlede art med en energitætning, der medfører udbredelse af én svingningstype alene i retning vinkelret på randspaltens længderetning.

Dette formål opnås ved den i krav 1's kendetegnende del angivne udformning, som forhindrer initiering af svingningstyper, som kan udbrede sig i randspaltens længderetning. De nævnte slidser bevirker at mikrobølgerne ikke kan udbredes ved bestemte frekvenser og forhindrer derfor resonanser nær ved arbejdsfrekvensen for ovnens energikilde. Fraværelsen af sådanne resonanser medfører fraværelse af svingningstyper, der forplantes på tværs af x-retningen. Dette medfører yderligere begrænsning af udbredelseshastigheder for alle svingningstyper, der forplantes eller udbredes i x-retningen, idet disse begrænses til værdier nær en enkelt udbredelseshastighed·,-

De nævnte slidser vil kunne tilvejebringes i mindst én af væggene i den ved døren dannede opbygning eller alternativt i det mindste i en del af væggene ved adgangsåbningen. Krav 2-5 angiver nærmere detaljer ved sådanne forskellige udførelsesformer.

Slidserne kan være anbragt som anført i krav 5 eller 6 til effektiv undertrykkelse af svingninger med til mellemrummet eller mellemrummene svarende bølgelængder.

Slidserne kan alternativt være indrettet til at undertrykke svingninger med to eller flere diskrete frekvenser (krav 7) eller med 5 147960 et kontinuert frekvens spektrum (krav δ) og kan med fordel være udfyldt med et dielektrikum (krav 9)·.

Det i beskrivelse og krav anvendte udtryk "svingningstype" betegner en tilstand af elektromagnetisk bølgeenergi med en bestemt fordeling i rum og tid. Udtrykket "udbredelse" skal betegne aktivering med en elektromagnetisk bølge, der har en reel eller virkelig fasehastighed, og skal desuden omfatte stående og ikke-stående bølger. Udtrykket "reel" eller "virkelig" i forbindelse med fasehastigheden skal referere til en bølge, der ikke er afskåret fra udbredelse, og som er i stand til udbredelse uden svækkelse.

Ifølge opfindelsen kan en sådan svingningstypebærende opbygning anvendes til at forhindre lækage af energi langs randspalten omkring en ovndør. En sådan energitætning anbringes fortrinsvis langs i det mindste én af ydervæggene op til åbningen. Opbygningen kan være udformet med variationer af strømkredsparametrene langs i det mindste en del af opbygningen, således at disse parametre har maksimumspunkter og minimumspunkter med mellemrum mindre end den effektive elektriske bølgelængde ved arbe^dsfrekvensen. Udtrykket "strøm-kredsparameter" som anvendt i beskrivelsen skal betegne enhver af sådanne strømkredselementer eller bølgelederkonstanter, der afhænger af den geometriske form eller materialet, og som i en almindelig svingningstype for en transmissionslinie vil påvirke egenskaberne ved udbredelse af en elektromagnetisk bølge i opbygningen.

Opfindelsen vil kunne finde anvendelse i talrige andre apparater og systemer for elektromagnetisk energi, hvor der til effektiv funktion kræves styring eller regulering af forplantning af energisvingningstyper.

Opfindelsen vil blive forklaret nærmere ved den følgende beskrivelse af nogle udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, hvor 147960 6 fig. 1 perspektivisk, delvis i snit, viser en del af en ovn som en udførelsesform for mikrobølgeapparatet ifølge opfindelsen, fig. 2 et vandret snit gennem ovnen efter linien 2-2 i fig. 3, fig. 3 et snit efter linien 3-3 i fig· 2, fig. 4 et snit i større målestok gennem den med pilen 4 på fig. 2 angivne del af dørtætningen, fig. 5 et snit efter linien 5-5 i fig. 4, fig. 6 et skema for en ækvivalentkreds for den i fig. 1-5 viste udførelsesform, fig. 7 et diagram, der viser visse karakteristikker for en tætning med midler til variation af strømkredsparametrene, fig. 8 et diagram over energilækage som funktion af frekvensen ved forskellige udførelsesformer, fig. 9 perspektivisk, delvis i snit, en ovn med sidehængslet dør, fig. 10 et snit gennem en skydedør, fig. 11 et snit svarende til fig. 4, gennem en ændret udførelsesform for dørtætningen, fig. 12 på tilsvarende måde endnu en udførelsesform, fig. 13 et tilsvarende snit gennem en yderligere udførelsesform, fig. 14 et snit svarende til fig. 5, gennem en ændret udførelses-form, fig. 15 et tilsvarende snit gennem en udførelsesform med skrå spalter til variation af strømkredsparametre, 7 147960 fig. 16 et tilsvarende snit gennem en udførelsesform med et korrugeret organ til variation af strømkredsparametrene, fig. 17 et tilsvarende snit gennem en udførelsesform med aperiodisk variation, fig. 18 et snit gennem endnu en udførelsesform, fig. 19 et.snit gennem en alternativ form for en energitætning, medens fig. 20 viser en anden udførelsesform af den i fig. 19 viste type, set forfra, delvis i snit.

I figurerne 1 - 5 er vist et opvarmningsapparat, såsom en mikrobølgeovn 10 af typen med nedfaldsrør, med et ovnrum 12 afgrænset ved ledende vægge 14. En kappe 16 omgiver både ovnrummet og en tilhørende mikrobølgegenerator, elektriske kredsløb og styreorganer. Et styrepanel 18 bærer en 5-minutters tidsafbryder 20 og en 30-minutters tidsafbryder 22. På panelet 18 er endvidere monteret en startknap 24, en stopknap 26 og en lysknap 28. Den øverste væg 14 er forsynet med perforeringer 17 til bortledning af varme fra ovnrummet.

En kilde for elektromagnetisk energi, såsom en oscillator 30 af magnetrontypen, er koblet til højspændingskredse og elektriske styreorganer, der er vist skematisk som en blok 31. Energien føres ved hjælp af en antenne 32* der er monteret i et dielektrisk topstykke 34 ind i et bølgelederafsnit 36, der er tilpasset til at overføre energi til hulrummet ved en tilstræbt frekvens på 2450 MHz, især af TEM-svingningstypen. Bølgelederafsnittet er kortsluttet ved den ene ende ved en endevæg 38, medens den modstående ende 40 er åben med skrå vægge. Energien fordeles på cyklisk varierende måde til frembringelse af et flertal af svingningstyper i hulrummet, f.eks. ved hjælp af en omrører 42 med et antal vinger 44, drevet af en motor 46 med en aksel 47· Sådanne omrørere bevirker frembringelse af mange svingningstyper, både med tilfældig og med planlagt orientering i rummet 12. Fordelingen af svingnings 8 147960 typerne har varierende mønstre, og ovnrummet er dimensioneret således, at det er væsentligt større end den effektive elektriske bølgelængde ved den fastlagte frekvens, f.eks. 2450 MHz. De genstande, der skal opvarmes, bæres i rummet 12 ved passende midler, f.eks. en bakke af dielektrisk materiale.

En åbning 50, der lukkes ved hjælp af et døraggregat 52, giver adgang til det ledende rum 12. Døren er monteret på et hængsel 54 ved underkanten, og bevægelsen af døraggregatet reguleres ved et par fjederbelastede arme 56. Sikkerhedsafbrydere påvirkes af armene 56 og er indbygget i huset op til væggene 14.

Døraggregatet 52 består af en panelplade 62 og en ramme 64, der ved sædvanlige midler er sammenføjet til dannelse af det nedenfor beskrevne sammenhængende aggregat. Perforeringer 66 i panelet 62 tillader visuel iagttagelse af ovnens indre under madlavning, og forhindrer samtidig, at elektromagnetisk energi, der er udstrålet i hulrummet, slipper ud. Et ydre vindue 61 er monteret i rammen 64. Et indre vinduesaggregat 63 med et transparent område beskytter perforeringerne mod beskadigelse og forenkler rensning af ovnrummet. En tap 65 på vinduesaggregatet 63 er presset ind i åbninger i panelet 62. Vinduet 61 holdes på plads ved klæbemidler og ved afslutningslister, der for overskuelighedens skyld er udeladt på tegningen. En lås 68 er ledforbundet på døraggregatet 62 og går ind i en tilsvarende udskæring 70 i frontvæggen 72 ved siden af adgangsåbningen. Et mekanisk aktiveret låsearrangement 74 er anbragt forskydeligt i styrepanelet 18 og er koblet til en blokeringsafbryder, der skal forhindre åbning af døren, når ovnen er i drift.

Langs kanten af døren findes et elektrisk bølgespærrearrange-ment 76 ifølge opfindelsen til dannelse af en langstrakt tætning, af hvilken en del er monteret på døraggregatet, hvis vægge skråner svagt, passende til skrå dele 15 af de ledende vægge 14, således at der ved lukning fås tæt pasning.

9 147960

Fig. 4 og 5 viser bølgespærrearrangementet i større målestok. Panelet 62 har langs kanten en opstående del 78, der sammen med den modstående skrå ledende væg 15 definerer en langstrakt elektromagnetisk energibane 80 langs kanten af åbningen 50. Udgangspunktet for denne energi er vist ved et mellemrum 82. Rammen 64 har et aftrappet tværsnit, til dannelse af en ledende vægflade 84, der udgør en del af bølgespærren, og en forreste sidekant 86, der overlapper kappen 16 over for kantvæggene 72. Døraggregatet er fremstillet ved en af de kendte fremstillingsmetoder, såsom svejsning eller nitning, til sammenføjning af de forskellige flader. Rammen 64 definerer sammen med vægafsnittet 78 en anden elektromagnetisk energibane 88 for mulig energi, der slipper ud gennem mellemrummet eller kantspalten 82. De parallelle baner 80 og 88 kan være udfyldt med et dielektrisk materiale, såsom et legeme 90 af polystyren eller polypropylen. Indgangen til og udgangen fra bølgespærrebanen 88 udgøres af et mellemrum 92 mellem kanten af væggen 78 og den modstående væg 84. Dette arrangement er en effektiv tætning for højfrekvensenergi med en bane med den mindste resistans for energi, der slipper ud gennem kantspalten 82.

Foruden energitætningen vil der kunne anbringes langstrakte energi-absorberende legemer 94 og 96 som vist mellem kantfladen 86 på dørrammen 84 og kantvæggene 72. Legemerne 94 og 96 kan være af ethvert ønsket materiale til absorption af elektromagnetisk energi, der passerer igennem bølgespærrearrangementet 76, herunder gummi eller plastmaterialer, belastet eller fyldt med kulstofforbindelser eller ferritmaterialer eller lignende, og vil kunne være fastgjort til de metalliske vægge ved passende klæbemidler. En sådan energiabsorberende tætning vil også absorbere mulig harmoniske oversvingninger til de primære frekvenser (2400 - 2500 MHz), der måtte blive frembragt af magnetronen.

Efter principperne for elektrisk energioverføring er de vægdele, der afgrænser banerne 80 og 88 primært valgt således, at der frembringes en høj seriereaktans ved bølgespærrens åbning og således, at der fra en afsluttende endevægflade 98 reflekteres en kortslutning for den energi, der rettes gennem spalten 82. Bølgespærrens dimensioner er typisk valgt således, at der tilvejebringes en kortslutning ved udgangspunktet for den undslippende energi eller om- 10 U7960 trent en halv bølgelængde ved arbejdsfrekvensen. Det er imidlertid tidligere blevet bemærket, at energi vil kunne blive overført langs tætningen i y-retningen som antydet ved en pil 48, fig. 1, langs kanten i retning af banen omkring adgangsåbningen« Sådan energi i y-retningen vil kunne have svingningstyper eller bølgelængder ved arbejdsfrekvensen forskellig fra den ønskede bølgelængde og svingningstype for den energi, der udbredes tværs over tætningen ved nævnte frekvens i x-retningen, som antydet ved en pil 60. Disse svingning s typ e r og navnlig visse af højere orden, vil kunne have afskæringsresonansfrekvenser nær ved arbejdsfre-kvensen.

Ifølge opfindelsen er der tilvejebragt et antal fordelte strømkreds-parametervariationer ved sådanne midler som kapacitive slidser 106 i mindst én af vægfladerne 78, mellem hvilke der defineres fingerlignende ledende dele 78a. Herved fås betydelige variationer i strømkredsparametrene med vekselvis maksimumspunkter og minimumspunkter for disse parametre. Afstanden mellem maksimumspunkterne og de nærmeste minimumspunkter er mindre end den effektive elektriske bølgelængde for aktiveringsfrekvensen i ovnrummet. De viste slidser har den største dimension i x-retningen og står dermed i en vinkel i forhold til y-retningen eller periferiretningen for bølgespærre-tætningen. Det underliggende dielektriske materiale 90 bliver derved udsat for energi, der udbredes tværs over spalten i x-ret-ningen, medens slidserne 106 virker som afbrydelser til tilvejebringelse af stopbånd, der forhindrer indledning af energiudbredelse i y-retningen.

Variationerne i strømkredsparametrene kan tilvejebringes på periodisk eller aperiodisk måde eller en kombination af begge, og afstandene mellem slidserne vil udgøre en række høje reaktanser, så længe dimensionerne af perioden er mindre end én effektiv bølgelængde af energien ved en given frekvens inden for rummet 12, fortrinsvis væsentligt mindre end halvdelen af bølgelængden ved ar-b e j ds frekvens en.

Af fig. 5 vil ses, at slidserne 106 danner vekslende fingerlignende ledende dele 78a. Bredden a af slidserne skal være stor nok til at frembyde en lav kapacitans over for energi, der udbredes i retning på tværs af tætningen i x-retningen. Såfremt bredden af slidsen n 147960 er for stor, vil der forekomme direkte kobling mellem energien i ovnrummet og bølgespærrebanen 88. Fingrenes bredde b bør være mindre end én indre bølgelængde under hensyntagen til virkningerne af den foreliggende dielektriske belastning. Længden c af slidserne 106 eller den største dimension, på tværs af retningen for de svingningstyper, der skal spærres for, var ved eksempelvise udførelsesformer omtrent en kvart bølgelængde under hensyntagen til virkningerne af forbindelsens susceptans. I figuren er således slidslængden c omtrent lig med den fulde bredde af vægafsnittet 78. Alternativt kan slidsen ende et kort stykke fra kanten af panelet 62. Slidserne 106 er vist fri for ethvert medium bortset fra luft, men ved visse anvendelser vil det kunne være ønskeligt at fylde slidserne med dielektrisk medium, svarende til det, der anvendes i legemet 90, som er anbragt i banerne 80 og .88.

Selv om årsagerne til den gode virkemåde af opfindelsen ikke er helt forstået, gælder der visse almindelige principper for opbygninger med den langstrakte geometriske form for et typisk døraggregat til et opvarmningsapparat eller andre større bølgelederkonstruk-tioner, der er i stand til at føre og udbrede forskellige svingningstyper, idet der først henvises til den i fig. 6 skematisk viste ækvivalentkreds. Rækken af periodiske eller aperiodiske variationer i form af kapacitive reaktanser er vist med afstande p, med hver slids havende en kapacitans C til belastning af en svingningstypebærende opbygning med en karakteristisk impedans ZQ. Selv om randspalten ved den beskrevne udførelsesform må betragtes som lukket i sig selv, kan opbygningen for simpelheds skyld betragtes som havende ubegrænset længde til analytisk afledning af visse teoretiske principper, der vil medvirke ved en forståelse af opfindelsen.

I fig. 7 er afsat frekvenskarakteristikken for en ubegrænset, kapacitivt belastet opbygning, idet frekvensen er afsat som funktion af udbredelseskoefficienten β. Foruden de TEM-lignende svingningstyper inden for banen 80 i x-retningen kan studeres et antal mulige svingningstyper, i hvilke den styrede bølgelængde \g/\ er væsentligt forskellig fra 1, under anvendelse af principperne for kvasiperio-diske eller modificeret periodiske opbygninger. Faseændringen over kondensatoren C er således, at fasehastigheden varierer til dannelse af en række stopbånd og pasbånd. Der kan derfor bestemmes visse 12 147960 svingningstyper med en relation ι»/β for forplantning i y-retningen, som angivet ved en linie 116, og en hældningskarakteristik som vist ved en linie 118, for kurver 120, 122 og 124. Under anvendelse af Maxwell’s teori i forbindelse med Floquet's teorem, der angiver, at for en given form for frekvens svingning bliver udbredelsesbølgefunktionen multipliceret med en konstant kompleks faktor, når man bevæger sig en sektion eller en periode langs opbygningen, og herved kan afskæringsfrekvenser for energi, der udbredes langs y-retningen, bestemmes.

Analysen giver den erkendelse, at der findes et pasbånd 126 til at bære den ønskede energioverføring. Der findes endvidere et stopbånd, som angivet ved en linie 128, i et frekvensområde, hvor energioverføring forhindres. Foruden svingningstyper af højere orden kan visse svingningstyper med lavere frekvens også føres i en svingningstypebærende opbygning som antydet ved en kurve 130. Såfremt der tilvejebringes en svingningstypebærende opbygning i y-retningen med strømkredsparametervariationer, der i det væsentlige vil eliminere afskæringsresonanser, bestående af y-rettet energi, da vil mulige svingningstyper med afskæringsfrekvenser for udbredelse i x-retningen nær ved arbejdsfrekvensen blive spærret eller forhindret. Svingningstyper kan da udbredes i x-retningen med Xg χ. Medens tidligere visse svingningstyper af højere orden ville være blevet udbredt i x-retningen nær ved arbejdsfrekvensen, kan disse svingningstyper ved apparatet ifølge opfindelsen kun indlede reaktiv eller forsvindende indtrængen eller gennemtrængning langs x-retningen med ubetydelig kobling af felter i ovnrummet til rummet udenfor gennem spalteområdet.

Opfindelsen angiver oprettelsen af sådanne strømkredsparameterva-rierende midler til spærring for opståen af svingningstype'r, der udbredes i periferiretningen eller y-retningen, ved tilvejebringelse af et stopbånd, fri for afskæringsfrekvenser nær ved arbejdsfrekvensen fQ. Det område mellem 0,5 og 1,5 af arbejdsfrekvensen, der er angivet mellem to streglinier 132 og 134 i fig. 7, har med tilnærmelse et trefoldigt område, hvor der fås meget effektiv spærring for svingningstyper i y-retningen.

13 147960

Den klassiske teori for periodiske opbygninger, som for eksempel angivet i "Microwave Engineering" af Harvey, Academic Press, New York og London, side 436, giver det følgende udtryk for udbredelseskoefficienten β for energi i periferiretningen eller y-retningen: cos β p = cos β0 p + gtøfc- sin β Qp (l) hvor β0 = 2π/λ er udbredelseskoefficienten for energien i den svingning s typebærende opbygning med en indre bølgelængde, der tager hensyn til virkningen af dielektrisk belastning, ZQ er den karakteristiske impedans, og p er afstanden mellem to kapacitanser C. Overkanten af stopbåndet kan gøres nær ved β0ρ π, såfremt t«CZo er meget lille, for eksempel langt under 1. Såfremt stopbåndet bringes til at være mindst to gange 2fQ, kan der ikke være nogen afskæringsresonans i y-retningen for svingningstyper med udbredelse i x-retningen ved alle frekvenser under 2fQ. Den afgørende betingelse for spærring af udbredelse af svingningstyper af højere orden bliver derfor opfyldt, når man vælger en slidsbredde, der giver en lav kapacitans C og en lille periode p. Ved praktiske udførelsesformer, der arbejder ved 2450 MHz, har en dimension for p i området 16,5 - 19,1 mm og en dimension a i området 1,78 - 3,17 givet tilstræbte udbredelsesegenskaber.

Inden der fortsættes med en beskrivelse af mange andre udførelsesformer med periodisk eller aperiodisk strømkredsparametervariation, skal omtales de målinger af ovnlækage i funktion af frekvens, der er vist i fig. 8. De viste kurver repræsenterer et stort antal aflæsninger, der er taget på talrige steder langs kanten af energitætningen med et stort antal kurver overlejret og med den øverste indhyllingskurve anvendt som kurven for maksimal lækage ved hver enkelt kombination. Kurven A svarer til en dørtætning i en mikrobølgeovn uden nogen form for elektriske bælgespærrer eller andre modifikationer. Kurven B svarer til et ovndøraggregat alene med en bølgespærre. Kurven C svarer til et døraggregat modificeret ifølge opfindelsen med kapacitive slidser med de foran angivne dimensioner i forbindelse med et elektrisk bølgespærrearrangement.

Alle tre kurver viser de resultater, der fås uden anvendelse af sekundære tabsgivende eller dæmpende pakninger eller plastmaterialer over perforationerne i døren. Den viste frekvens f er den tildelte arbejdsfrekvens for mikrobølgeovne.

14 147960

Kurven A uden nogen form for beskyttelse viser et højt niveau for lækage, aftagende med frekvensen, dvs. med stigende frekvens, svarende til den teoretisk bekræftede variation af indgangsrefleksion. Som angivet ved kurven B vil et bølgespærrearrangement reducere lækagen med omkring 10-20 dB uden nogen udpræget bølgespærreresonans omkring frekvensen fQ. Det antages, at denne mangel på en bestemt bølgespærreresonans skyldes de uhæmmede svingningstyper af højere orden langs den langstrakte periferiske bane, idet disse i stort omfang er upåvirket af bølgespærrevirkningen, fordi Xg/λ er langt fra værdien 1. Den forventede spidsværdi for bølgespærrevirkningen ved arbejdsfrekvensen for bølgetyper i x-retningen bliver derfor maskeret eller dækket. Med tilføjelsen af de passende strømkredsparametervariationer til dannelse af et stopbånd for energi, der udbredes i y-retningen, ses klar virkning af bølgespærrevirkningen ved kurven C ved resonanspunktet fQ som angivet ved 140. Det kan også bemærkes, at den laveste lækage ved punktet fQ er omtrent 20 dB under den ved kurven B viste lækage for en dør med umodificeret bølgespærre. Frekvensafhængigheden har også vist sig at være ukritisk med kun en forringelse på 10 dB i spærrevirkningen ved en afvigelse på ± 200 MHz fra resonanspunktet 140. Som følge heraf vil elektriske afvigelser under et apparats levetid som følge af mekaniske variationer ved udførelsesformer ifølge opfindelsen med sikkerhed forblive inden for tilfredsstillende sikkerhedsværdier over lange tidsrum.

Det har endvidere ved praktisk prøvning vist sig, at tilføjelsen af tabsgivende energiabsorberende legemer kan nedsætte den maksimale lækage med andre 10-15 dB ved umodificerede døre, medens tilføjelse af sådant materiale ved en ifølge opfindelsen modificeret dør kun reducerer lækagen med 5-10 dB. Disse data viser, at dørtætningsarrangementet ifølge opfindelsen i mindre grad er baseret på de ekstra absorberende materialer, som følge af at energiudbredelsen ved svingningstyper af højere orden forhindres eller hæmmes. Ved opfindelsen reetableres den normale funktion af det elektriske bølgespærrearrangement derved, at man primært styrer de TEM-sving-ningstyper, der udbredes i x-retningen over randspalten. Dataene viser således en forbedringsfaktor på 40 - 100 ved nedsættelse af lækageniveauerne langt under de niveauer, der kan opnås med kendte ovndørsarrangementer.

15 147960 I fig. 11 er vist en ændret udførelsesform, ved hvilken der er tilvejebragt fordelte slidser 108 i væggen 15· Bølgespærrearrange-mentet 76 ved denne udførelsesform muliggør, at vægdelen 78 i panelet 62 kan forblive uændret. De kapacitive slidser er indrettet i væggen 15 for at give den tilstræbte spærring for ønskede svingningstyper. Den energi, der udbredes i y-retningen, koblet gennem slidserne 108, kan dæmpes ved passende midler i et kammer 110 afgrænset inden for kappen 16 ved en endevæg 111.

I fig. 12 er vist en alternativ dørtætning, med en bølgespærre 142 indrettet som en del af indervæggen 14 i stedet for som en del af døren. Et dielektrisk legeme 90 og transmissionsbaner 80 og 88 er udformet på lignende måde som foran. Et panel 144 og en ramme 146 er fremstillet som en enkelt enhed til dannelse af et samlet døraggregat 148, der ligger an mod væggens bølgespærrearrangement. Væggens bølgespærreafsnit 152 med fordelte kapacitive slidser 154 er ved passende midler fastgjort til ovnvæggen 14. Denne bølgespærre fortsætter også her langs hele kanten af adgangsåbningen.

Ved de ovenfor beskrevne udførelsesformer blev vist ydre og indre dørvinduer 61 og 63. Det skal også bemærkes, at selv om der er blevet beskrevet et bølgespærrearrangement, kan ved visse udførelsesformer for svingningstypebærende opbygninger spalterne eller mellemrummene mellem døren og ovnrummets vægge belastes med magnetiserede ferritlegemer, der skal forstyrre den undslippende energi. Ved sådanne udførelsesformer kan der i ovnvæggene arrangeres kapacitive opbygninger i hovedsagen på samme måde som vist i fig. 11.

Herefter skal beskrives andre konstruktioner til variation af strømkredsparametrene. I fig. 14 dannes ved hjælp af slidser 156 og 158 med forskellig længde, henholdsvis c-^ og C2$ U-formede dele 160.

Ved denne udførelsesform kan et sæt kapacitive reaktanser spærre for en svingningstype af én frekvens, medens det andet sæt spærrer for en anden frekvens. I fig. 15 er vist skrå slidser 162, der afgrænser mellemliggende ledende dele 164. Ved alle de foregående eksempler kan modifikationen af vægfladerne ske enten i væggen omkring hulrummet eller i døren. Ved nogle udførelsesformer indeholder begge vægge de fornødne strømkredsvariationer.

!6 147960 I fig. 16 er vist en udførelsesform med en korrugeret væg 166 omfattende et antal ledende ribber 168, der rundt om adgangsåbningen tilvejebringer områder med vekselvis høj og lav impedans. Ribberne strækker sig parallelt med x-retningen eller tværs over den langsgående periferiske bane. Dielektrisk materiale 170 er anbragt på lignende måde som ved de foregående udførelsesformer. Fordelte områder med høj impedans er defineret ved kanaler 172 mellem ribberne 168 i området med lav impedans. Ved denne udførelsesform strækker x-retningen sig som antydet ved en cirkel; y-retningen er atter vinkelret på denne retning; endvidere er vist en z-retning, der viser retningen af energi ind i den bølgespærre, der er udfyldt med dielektrikum 170. Ved denne udførelsesform kan der opnås yderligere forbedring med hensyn til spærring for svingningstyper ved udformning af slidser i bagvæggen i hver kanal som antydet ved streglinier 171.

Fig. 17 viser en aperiodisk varierende opbygning, med noget tilfældige eller uregelmæssige mellemrum, hvor alle perioderne er langt mindre end den effektive bølgelængde, f.eks. mindre end en kvart bølgelængde svarende til den fastlagte arbejdsfrekvens. Afstanden mellem slidserne 174 og 176 giver således et første mellemrum p^. Mellem de næste kapacitive slidser 176 og 178 findes en anden afstand p2. Mellem slidserne 178 og 180 findes et tredje mellemrum p^. De ledende vægdele mellem slidserne danner varierende adskilte ledende dele 182, 184 og 186.

Fig. 18 viser et bølgespærrearrangement 76 svarende til det i fig.

4 og 5 viste, modificeret ved indsætning af et dielektrisk materiale eller et andet ønsket materiale 107 i slidser 106 for at medvirke til opnåelse af de tilstræbte strømkredsvariationer.

I fig. 9 er vist en anden udførelsesform for et opvarmningsapparat med sidehængslet dør. En adgangsåbning 190 lukkes med et døraggregat 192 med en lås 194. Et styrepanel 196 indeholder et mekanisk blokeringsarrangement 198, der griber ind i en slids 200 ved overkanten af døren. Låsen 194 går ind i en slids 202 i en kantvæg 204 omkring adgangsåbningen. Sikkerhedsafbrydere bæres af en plade 206, der er anbragt mellem en ydre kappe 208 og den indre ovnvæg 210. Døraggregatet 192 er udformet med en række strømkredsvariati- 17 147960 oner til tilvejebringelse af de tilstræbte spærreegenskaber, ved slidser 212 i sidevæggen af dørens bølgespærreaggregat til afgrænsning af fordelte ledende dele 214. Ved denne udførelsesform er de indre vægdele af døraggregatet dækket med en dækplade 216 med et vindue af plastmateriale. Fordelingen af strømkredsvariationerne følger også her de foran beskrevne principper. En sekundær absorberende tætning dannes ved andre midler, som for eksempel en gra-fitfyldt pakning 193 med en tykkere del 195 op til bølgespærrens dielektriske materiale 197. Døraggregatet indeholder perforationer 199» og ved denne udførelsesform kan overfladen af væggen 204 være fri for tabsgivende pakningsmateriale, således at metallet er blottet.

I fig. 10 er vist en skydedør 240 udført ifølge opfindelsen, og bestående af en ydre plade 242 af et metal, såsom aluminium, foldet omkring en ramme 244, der vil kunne bestå af U-profiler, der er sømsve jset til dannelse af en opbygning i lighed med en maleriramme, til lukning af en adgangsåbning 246. Døren er forsynet med et håndtag 248 til manuel betjening. Styreskinner 250 og 252 omfatter nylonbeklædninger 254 og 256 på yderkanten af en flange på ovnens frontvæg 258. Ledeskinner 262 og 264 er ombøjet omkring denne konstruktion og er fastgjort mellem dørens yderplade 242 og rammen 244 ved hjælp af skruer 266. I rammen 244 er indsat dielektriske afstandsstykker 268 til dannelse af en spalte 270. Indersiden af dørrammen 244 er til forstærkning dækket med en plade 260 af et passende metale eller et andet materiale.

Rammen 244 afgrænser en bølgespærre 272 med indre vægge 274, 276, 278 og 280. Spalten 270 og bølgespærren 272 kan, om det ønskes, fyldes med et dielektrisk materiale. Væggen 274 udgør en afsluttende kortslutning, der reflekterer tilbage mod udgangspunktet for den energi, der slipper ud gennem spalten 270. Væggen 280 og den modstående vægflade 282 på ovnvæggen 258 udgør grænserne for spalten 27Ο, der effektivt tjener til at bære en svingningstype. Ved denne udførelsesform er den x-retning, i hvilken svingningstyper af TEM-typen bliver udbredt, vist ved en pil 284. En cirkel 286 angiver y-retningen for de svingningstyper, der skal undertrykkes, og som ligger vinkelret på x-retningen. Ifølge opfindelsen er væggen 280 modificeret ved udformning af kapacitive slidser 288 med den største dimension liggende vinkelret på y-retningen for udbre- 18 147960 delsen. Denne udførelsesform vil også kunne arrangeres med bølgespærren anbragt inden for ovnvæggen 258.

Fig. 13 viser et døraggregat 400, som lukker et ovnrum 402, der er afgrænset ved ledende vægge 404. En ramme 406 med perforationer 408 og en vinduesplade 410 af plast, er udformet med et absorptionshulrum med vægge 412 og 414, udfyldt med et dielektrisk legeme 416. Energi, der slipper ud fra ovnrummet 402, passerer spalten mellem væggen 404 og en væg 418 på rammen og går først ind i absorptionsrummet. Energibanen strækker sig derfra retvinklet langs rummets frontvægge. Et energiabsorberende materiale 419 er anbragt med en elastisk væg 420 op til yderkanten af døren. Døren er afsluttet med støbte kantlister 422 og 424.

Ifølge opfindelsen er enten væggen 418 eller den modstående væg 404 modificeret ved slidser 426. I figuren er disse slidser vist i væggen 418. Dimensionerne er valgt således, at der spærres for energiudbredelse i den periferiske bane i den retning, der er antydet ved en cirkel 428, y-retningen, medens retningen for den tilstræbte energibane, x-retningen, er vist ved en pil 430. Alle de foran beskrevne variationer vil også kunne anvendes ved denne udførelsesform.

Fig. 19 og 20 viser endnu en udførelsesform for en dørtætning med en langstrakt udbredelseslinie indeholdende stænger, hvis bredde svarer til omtrent en kvart bølgelængde, beliggende i længderetningen, eller hvad der foran er blevet betegnet i y-retningen langs kanten af adgangsåbningens vægge med dielektriske materialer fordelt mellem vekslende eller hvert andet par stænger. Hver af udbredelseslinierne er forsynet med en afslutningsende til reflektering af en lav impedans ved udgangspunktet for energien. Nærmere enkeltheder ved denne udførelsesform vil kunne findes i beskrivelsen til U.S.A.-patent nr. 3.511.959, der er udstedt 12. maj 1970 til J.R. White.

19 147960 I fig. 19 viser tværsnittet en ledende væg 300 omkring et ovnrum 302. En svingningstypebærende opbygning 304 omfatter en første og en anden gruppe stænger henholdsvis 306 og 308 fastgjort til forsiden af en frontvæg 310 omkring en adgangsåbning 312. De ledende stænger er anbragt med mellemrum til dannelse af et rum 314 med høj impedans. Et bevægeligt ledende panel 316 på en dør 318 danner sammen med vægfladen 310 den opbygning 304, der er bestemt til transmission af energi, der udgår fra åbningen 312, Dielektriske dele 320 og 322, såsom dielektriske bånd af polypropylen, forhindrer kontakt mellem stængerne 306 og 308 og panelet 316. En opbygning med vekselvis høj og lav impedans er defineret, med den lave impedans i områderne ved stængerne 306 og 308, medens det mellemliggende afsnit 314 definerer en høj impedans, der kan have en værdi på omtrent 60 gange den karakteristiske impedans for afsnittene med lav impedans.

Ved denne udførelsesform er de ledende stænger ifølge opfindelsen modificeret til dannelse af en række kapacitive slidser 324 til at spærre for udbredelsen af svingningstyper i en retning parallel, med de langsgående stænger omkring adgangsåbningen. I denne figur vil retningen for sådanne uønskede svingningstyper være rettet direkte ind mod papirets plan. Til undertrykkelse af sådan energi har slidserne 324 forbindelse med kamre 326, bestående af hulrum i de ledende stænger 308. Den første ledende stang 308, vist direkte op til adgangsåbningen 312, vil kunne være den eneste modificerede del, eller, såfremt det er nødvendigt til tilfredsstillende energistyring, kan den næste ledende stang 306 modificeres på lignende måde som antydet ved streglinier 328.

Fig. 20 viser en alternativ dørtætning omfattende langsgående stænger, der strækker sig langs kanten af en åbning. Døraggregatet 330 er anbragt forskydeligt ved passende midler, såsom skinner 360 fastgjort til ovnens frontvægge. En svingningstypebærende opbygning med fem afsnit udgøres af tre parallelle adskilte ledende stænger 332, 334 og 336 fastgjort til forsiden 338 af en frontvæg 340 og monteret langs kanten af en adgangsåbning 342 ved hjælp af møtrikker og bolte 344. Dele 346 og 348 af dielektrisk materiale er indlagt imellem de ledende stænger og fastgjort ved passende midler.

20 147960

Hver af de dielektriske dele er dimensioneret således, at de strækker sig uden for de ledende stænger, når døren 350 lukkes, for at forhindre metallisk kontakt.

Der udformes først slidser 352 i den ledende stang 332 nærmest adgangsåbningen 342. Efter konstatering af omfanget af lækageenergi fra ovnen kan der være behov for et andet sæt slidser 354 i stangen 334 til dæmpning af sådan energi. Et tredje sæt slidser 356 i stangen 336 vil sikre den maksimale beskyttelse imod lækage' af elektromagnetisk energi langs døråbningen, når ovnen er i drift. De beskrevne slidser er igen arrangeret således, at de vil spærre for udbredelse af svingningstyper, der strækker sig i længderetningen omkring døråbningen i den retning, der er antydet ved en pil 358. Alternativt kan disse udførelsesformer udformes med de svingningstypebærende opbygninger monteret direkte på den bevægelige dør til dannelse af kontakt med ovnens frontvæg, når døren lukkes. Desuden kan slidserne være indrettet på enhver ønsket måde i enhver ønsket væg. Ved de sidste udførelsesformer med langstrakte stænger vil det også være muligt at tilvejebringe korrugerede afsnit, der definerer vekslende mellemrum og ledende ribber, der strækker sig i periferiretningen, i lighed med det i fig. 16 viste.

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer nye midler til spærring for indledning af svingningstyper, der udbredes på tværs eller på skrå i forhold til en ønsket retning for energiudbredelse. Dannelsen af et frekvensstopbånd ved strømkredsparametervariationer spærrer for udbredelse af svingningstyper i én retning ved en arbejds-frekvens og muliggør udbredelse af energien ved denne frekvens i en anden retning. Foruden ved højfrekvens-opvarmningsapparater vil opfindelsen kunne finde anvendelse i systemer indeholdende bølgeledere af overstørrelse, der fører mange svingningstyper, industrielle tunnelovne med langstrakt indgang og udgang, ved trans^ missionssystemer og kommunikationssystemer. Opfindelsen vil ligeledes kunne finde anvendelse ved energitætninger med og uden bølge-spærrearrangementer. Opfindelsen vil også kunne anvendes ved udførelsesformer, der arbejder ved mere end én ønsket frekvens.

Claims (7)

14 7 9 G O Patentkrav :

1- Tsetningsorganer til dørspalten (82) mellem de elektrisk ledende dele af et mikrobølgeapparats dør (52) og varmerum (12), hvilke organer omfatter et resonanskortslutningskammer (88), som strækker sig langs med en rundtgående dørkant (64) og er åbent imod den nævnte dørspalte (82) via dels en indgang (92) og dels en spaltedel (80), således at resonanskortslutningskammeret (88) og spaltedelen (80) udgør en bølgeledertætningsopbygning (76), hvor resonanskortslutningskammerets effektive udstrækning til en endevæg (98) medfører, at den som kortslutning tjenende endevæg i det væsentlige transformeres til en høj serieimpedans mod resonanskortslutningskammerets indgang (92), og hvor bølgeledertætningopbygningen (76) har vægge (78), som er forsynet med kapacitive midler, kendetegnet ved, at de kapaci-tive midler er udformet som slidser (106, 108, 154, 288), som er beliggende i en af de nævnte vægge (78, 15, 152, 280), og som strækker sig på tværs af dørkantens rundtgående retning, idet slidsernes længde i hovedsagen er lig med en fjerdedel af bølgelængden ved mikrobølgeapparatets arbejdsfre-kvens, medens slidsernes indbyrdes afstand er mindre end nævnte bølgelængde, hvorhos slidserne er udformet således, at vægribber (78a) mellem slidserne har en lav indbyrdes kapa-citans, og således, at der ikke hersker en umiddelbar kobling mellem varmerummet (12) og resonanskortslutningskammeret (88).

2. Tætningsorganer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vægslidserne (106) findes i en flange (78), som rager ud fra en pladedel (62) af døren, hvilken flange definerer nævnte spaltedel (80) sammen med en modstående væg (15) i varmerummet (12), og definerer nævnte resonanskortslutningskammer (88) sammen med en aftrappet profilramme (64) af døren, hvorhos resonanskortslutningskammeret (88) og spaltedelen (80) er indbyrdes parallelle og er indbyrdes koblet via 147960 en åbning (92), som ligger tæt ved den aftrappede .del af...profilrammen.

3. Tætningsorganer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vægslidserne (108) findes i en vægdel (15) af varme-rummet, hvilken vægdel danner en første gren (80) af bølge-ledertætningsopbygningen sammen med en modstående flange (78), som rager ud fra en pladedel (62) af døren, og at der findes en anden gren (88) af bølgeledertætningsopbygningen, hvilken anden gren er parallel med den første gren og er afgrænset af en aftrappet profilramme (64) af døren, hvorhos den første og den anden gren er indbyrdes sammenkoblet ved hjælp af en åbning (92) tæt ved den aftrappede del af profilrammen.

4. Tætningsorganer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vægslidserne (154) findes i en vægdel (152), som er fastgjort til varmerummet, hvilken vægdel danner en første gren (80) af bølgeledertætningsopbygningen sammen med en modstående flange (146), som rager ud fra en pladedel (144) af døren, og at der findes en anden gren (88) af bølgeledertætningsopbygningen, hvilken anden gren er parallel med og koblet til den første gren.

5. Tætningsorganer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vægslidserne (288) findes i en væg (280) af en profilramme (244), som er anbragt langs kanten af en som skydedør (204) indrettet låge, og at en første gren (272) af bølgeledertætningsopbygningen er tilvejebragt inden for den nævnte profilramme, som er beliggende over for en væg (282) af varmerummet (258).

6. Tætningsorganer ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at vægslidserne er anbragt side om side i et aperiodisk mønster.

7. Tætningsorganer ifølge ethvert af kravene 1-6, kende-