WO2023104450A1

WO2023104450A1 - Mikrowellengerät mit mikrowellenfalle

Info

Publication number: WO2023104450A1
Application number: PCT/EP2022/082006
Authority: WO
Inventors: Jörg Pfender; Eckhard Pöhler; Timo BANGRAZI
Original assignee: Miele & Cie. Kg
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2023-06-15
Also published as: BE1030013B1; BE1030013A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrowellengerät, umfassend einen von einer Wandung (2) begrenzten Behandlungsraum (4) zur Aufnahme von Behandlungsgut, einen Mikrowellenerzeuger zur Beaufschlagung des Behandlungsraums (4) mit Mikrowellenstrahlung und einen Lüfter zum Umwälzen von Luft im Behandlungsraum, wobei der Lüfter eine durch eine Öffnung (6) in der Wandung (2) in den Behandlungsraum (4) hineinragende Antriebswelle (8) und eine behandlungsraumseitig fest mit der Antriebswelle (8) verbundene Mikrowellenfalle (9) umfasst. Es wird vorgeschlagen, dass die Mikrowellenfalle (9) eine elektrisch leitfähige Mikrowellenfallenwandung (9a) ausbildet, die einen scheibenringförmigen, zur Antriebswelle (8) koaxial ausgerichteten und radial nach außen hin offenen Hohlraum (10) begrenzt.

Description

Mikrowellengerät mit Mikrowellenfalle

Die Erfindung betrifft ein Mikrowellengerät, umfassend einen von einer Wandung begrenzten Behandlungsraum zur Aufnahme von Behandlungsgut, einen Mikrowellenerzeuger zur Beaufschlagung des Behandlungsraums mit Mikrowellenstrahlung und einen Lüfter zum Umwälzen von Luft im Behandlungsraum, wobei der Lüfter eine durch eine Öffnung in der Wandung in den Behandlungsraum hineinragende Antriebswelle und eine behandlungsraumseitig fest mit der Antriebswelle verbundene Mikrowellenfalle umfasst.

Bei derartigen Mikrowellengeräten stellt die in der an sich mikrowellendichten Wandung ausgebildete Öffnung bzw. Durchführung für die Antriebswelle eines außenliegenden Antriebsmotors eine empfindliche Leckstelle dar, durch die Mikrowellenenergie aus dem Behandlungsraum bzw. aus der Muffel nach außen gelangen kann, was unerwünscht ist. Aus dem Stand der Technik sind diverse Arten von Mikrowellenfallen bekannt, die einen Austritt von Mikrowellenenergie an dieser Stelle möglichst weitgehend verhindern sollen.

Beispielsweise ist aus der DE 28 34 368 A1 ein mehrteiliger Mikrowellen-Sperrfilter bekannt, der aus einer achsparallelen Ringnut in der Nabe des Lüfterrades, einem von dem Lüfterrad mit der Muffelwand gemeinsam ausgebildeten Mikrowellen-Leitschlitz sowie einer außerhalb der Muffel auf der Antriebswelle befestigten Scheibe besteht. Eine solche Mikrowellenfalle nimmt durch ihren komplizierten Aufbau allerdings viel Bauraum ein und ist aufwendig in der Herstellung. Zudem wird im Bereich des Leitschlitzes ein wesentlicher Teil der Falle von der Muffelwand und der von dieser nur geringfügig beabstandeten Rückseite des im Betrieb schnell rotierenden Lüfterrads ausgebildet. Hierdurch ist die Funktionalität dieser Mikrowellenfalle von einer exakt konzentrischen Ausrichtung der Antriebswelle zur Durchführungsöffnung abhängig.

Dahingegen offenbart die DE 102018214 098 A1 ein Mikrowellenfallenkonzept, bei dem sämtliche Teile der Falle auf der Antriebswelle befestigt sind, wodurch diese gegenüber einer nicht exakt konzentrischen Ausrichtung der Antriebswelle zur Durchführungsöffnung unempfindlicher ist. Die Falle besteht aus einem senkrecht zur Antriebswelle angeordneten Antennenkörper, dessen wirksamer Durchmesser im Wesentlichen der Wellenlänge der verwendeten Mikrowellen entspricht. Hierdurch bildet sich in dem Antennenkörper eine stehende Mikrowelle mit einem Minimum im Bereich der Antriebswelle aus, was eine Ausleitung von Mikrowellenenergie an dieser Stelle begrenzt. Der Antennenkörper kann dabei vom Lüfterrad selbst oder von einer auf der Antriebswelle befestigten Scheibe ausgebildet werden. Da jedoch bei gängigen Mikrowellenfrequenzen in einem Frequenzband um 2,45 GHz die Wellenlänge ca. 12,2 cm beträgt, nimmt auch diese Mikrowellenfalle sehr viel Bauraum ein. Ein geringfügig kompakterer Aufbau kann hier lediglich durch aufwendige konstruktive Maßnahmen erreicht werden, wie einen mäanderförmig geschwungenen Verlauf der Endabschnitte des Antennenkörpers. Bei sämtlichen Ausführungsformen weist die auf der Antriebswelle befestigte Mikrowellenfalle dennoch konstruktionsbedingt ein hohes Trägheitsmoment auf, so dass für den Betrieb des Lüfters relativ viel Energie aufgebracht werden muss.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine besonders einfache und kostengünstig umsetzbare Möglichkeit bereitzustellen und ein Austreten von Mikrowellenenergie im Bereich der Durchführung für die Antriebswelle zuverlässig zu verringern oder zu verhindern.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale sind der allgemeinen Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Mikrowellengerät, umfassend einen von einer Wandung begrenzten Behandlungsraum zur Aufnahme von Behandlungsgut, einen Mikrowellenerzeuger zur Beaufschlagung des Behandlungsraums mit Mikrowellenstrahlung und einen Lüfter zum Umwälzen von Luft im Behandlungsraum, wobei der Lüfter eine durch eine Öffnung in der Wandung in den Behandlungsraum hineinragende Antriebswelle und eine behandlungsraumseitig fest mit der Antriebswelle verbundene Mikrowellenfalle umfasst. Das Mikrowellengerät zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrowellenfalle eine elektrisch leitfähige Mikrowellenfallenwandung ausbildet, die einen im Wesentlichen scheibenringförmigen, zur Antriebswelle koaxial ausgerichteten und radial nach außen hin offenen Hohlraum begrenzt. Insbesondere ist der Hohlraum im Sinne dieser Erfindung im Wesentlichen scheibenringförmig, wenn die ihn begrenzenden sich gegenüberliegenden kreisringförmigen Stirnflächen im Wesentlichen eben sind.

Die konstruktive Lösung benötigt im Garraum wenig Bauraum und verändert das System nur minimal, sodass das Heißluftsystem absolut dem Stand der Technik von aktuellen Haushaltsöfen entspricht und damit kein Nachteil gegenüber Backöfen ohne Mikrowellenfunktion entsteht.

Der scheibenringförmige bzw. zylindrische Hohlraum kann anhand eines Außenradius bzw. Außendurchmessers, eines Innenradius bzw. Innendurchmessers und einer Höhe bzw. einer Dicke charakterisiert werden, wobei der Außenradius um ein Vielfaches größer ist als die Dicke (vorzugsweise zumindest um den Faktor 5, bevorzugt zumindest um den Faktor 7). Insbesondere zeichnet sich der scheibenförmige Hohlraum durch eine offene äußere Mantelfläche und eine von der Mikrowellenfallenwandung begrenzte innere Mantelfläche aus.

Mit einer derart ausgestalteten Mikrowellenfalle kann eine Ausleitung von Mikrowellenenergie im Bereich der Durchführung für die Antriebswelle erheblich verringert werden. Da die erfindungsgemäße Mikrowellenfalle ausschließlich von Bauteilen ausgebildet wird, die fest mit der Antriebswelle verbunden sind, wird ihre Funktionsweise nicht von einer (exakt konzentrischen) Ausrichtung der Antriebswelle zur Durchführungsöffnung beeinflusst. Es hat sich zudem überraschenderweise gezeigt, dass sich mit dieser konstruktiven Ausgestaltung eine besonders kompakte Mikrowellenfalle in einfacher Weise herstellen lässt. Insbesondere kann ein Außendurchmesser der Mikrowellenfalle wesentlich kleiner ausgelegt werden als 12,2 cm, was der verwendeten Wellenlänge der Mikrowellen bei herkömmlichen Geräten entspricht.

Der scheibenringförmige Hohlraum kann beispielsweise von zwei Scheiben, z.B. aus Metall, begrenzt werden, die in ihrem Zentrum mit der in dieser Ausführungsform ebenfalls metallischen Antriebswelle verbunden und voneinander in Richtung der Drehachse der Antriebswelle beabstandet sind. Auch ist die Verwendung von Scheiben unterschiedlichen Durchmessers denkbar, wobei der Außendurchmesser des Hohlraums dann von dem Außendurchmesser der jeweils kleineren Scheibe definiert wird. Ferner ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der der scheibenförmige Hohlraum von einer Scheibe und einem nicht-scheibenförmigen Körper begrenzt wird, wobei der Außendurchmesser des Hohlraums durch den Außendurchmesser der Scheibe definiert wird. Die innere Mantelfläche des Hohlraums kann von der Antriebswelle begrenzt werden, die somit einen Teil der Mikrowellenfallenwandung ausbildet. Alternativ oder zusätzlich kann die innere Mantelfläche des Hohlraums auch von einem weiteren, auf der Antriebswelle angeordneten, insbesondere scheibenförmigen Körper begrenzt werden. In all diesen Varianten können die den Hohlraum begrenzenden Körper aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, sofern zumindest ihre jeweilige den Hohlraum begrenzende Oberfläche elektrisch leitfähig ist (z.B. Körper aus einem entsprechend beschichteten Keramik- oder Kunststoffmaterial).

Gemäß einem Aspekt ist scheibenringförmige Hohlraum in axialer Richtung einerseits durch einen scheibenförmigen Grundkörper des Lüfterrades und andererseits durch einem scheibenförmigen Mikrowellenfallenkörper begrenzt. Dabei ist der Grundkörper zu dem Mikrowellenfallenkörper in Richtung der Drehachse der Antriebswelle mit einem Abstand positioniert. Insbesondere weist der Grundkörper zu einer den Behandlungsraum begrenzenden Wandung einen größeren Abstand auf als der Mikrowellenfallenkörper.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Dicke des scheibenringförmigen Hohlraums, was dem Abstand von Mikrowellenfallenkörper und Grundkörper zueinander entspricht, um ein Vielfaches kleiner ist als der halbe Außendurchmesser des Hohlraums, wobei der Außendurchmesser des Hohlraums insbesondere dem Außendurchmesser des Mikrowellenfallenkörpers entspricht.

Ein Aspekt ist es, dass der Hohlraum bzw. der Mikrowellenfallenkörper einen Außendurchmesser zwischen 9 cm und 11 cm aufweist. Hieraus ergibt sich, dass die Dicke des Hohlraums bzw. der Abstand von Mikrowellenfallenkörper und Grundkörper zueinander kleiner ist als 2 cm, insbesondere in einem Bereich von 0,1 bis 1,3 cm liegt.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Abstand des Mikrowellenfallenkörpers zu der den Behandlungsraum begrenzenden Wandung gleich oder kleiner der Dicke des Hohlraums bzw. der Abstand von Mikrowellenfallenkörper und Grundkörper zueinander.

Ein weiterer Aspekt ist es, dass der Abstand des Mikrowellenfallenkörpers zu der den Behandlungsraum begrenzenden Wandung kleiner 1 cm ist.

Als Mikrowellengerät kommen insbesondere Mikrowellenherde und andere Gargeräte mit Mikrowellenfunktion, z.B. (Back-)Öfen und Dampfgarer, in Betracht, bei denen der Behandlungsraum zur Aufnahme von Mikrowellen zur Behandlung des Garguts dient. Als Behandlungsgut kommen hierbei insbesondere Lebensmittel in Betracht, die z.B. gegart oder aufgetaut werden. Das Mikrowellengerät weist typischerweise eine frontseitige Beschickungsöffnung und eine mikrowellendichte Tür auf, mit der die Beschickungsöffnung verschlossen werden kann.

Insbesondere ist der Mikrowellenerzeuger dazu ausgebildet, den Behandlungsraum mit Mikrowellen der Frequenz 2,45 GHz oder eines um diese Frequenz liegenden Frequenzbandes zu beaufschlagen. Vorzugsweise umfasst der Mikrowellenerzeuger ein Magnetron. Insbesondere können die davon erzeugten Mikrowellen mittels einer Mikrowellenführung, z.B. einem Hohlleiter, in den Behandlungsraum geführt werden.

Vorzugsweise können zur Verbesserung der Feldverteilung die in den Behandlungsraum geführten Mikrowellen mittels Leitelementen, wie z.B. einem Reflektorflügel bzw. einer Drehantenne, in dem Behandlungsraum verteilt werden. Neben dem Magnetron sind auch Mikrowellenerzeuger auf der Basis von Halbleitern denkbar. Der Lüfter dient insbesondere zur Bereitstellung einer Umluft- bzw. Heißluftfunktion des Mikrowellengeräts. Vorzugsweise ist die Antriebswelle des Lüfters über einen Antriebsmotor antreibbar. Hierbei ist die Antriebswelle bevorzugt an einem außerhalb des Behandlungsraums liegenden Abschnitt mit einem Antriebsmotor unmittelbar oder über ein Getriebe verbunden. Das Lüfterrad kann eine oder mehrere Lüfterschaufeln aufweisen. Das Lüfterrad kann auf die Antriebswelle aufgesteckt sein. Das Lüfterrad kann mittels einer oder mehrerer Muttern auf der Antriebswelle befestigt sein. Das Lüfterrad kann hinter einem Luftleitblech angeordnet sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Außendurchmesser des maximal 10 cm, bevorzugt maximal 8 cm, besonders bevorzugt maximal 6 cm. Eine derart kompakte Ausführung der Mikrowellenfalle benötigt nur wenig Bauraum. Zudem kann auf diese Weise eine Mikrowellenfalle mit einem geringen Trägheitsmoment konstruiert werden, wodurch für den Betrieb des Lüfters weniger Energie benötigt wird. Vorzugsweise beträgt die entlang der Drehachse der Antriebswelle gemessene Dicke des Hohlraums 1 mm bis 5 mm, bevorzugt 1 mm bis 3 mm.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser des Hohlraums derart ausgelegt, dass - insbesondere bei der Beaufschlagung des Behandlungsraums mit Mikrowellen - ein elektrisches Feld am Außendurchmesser annähernd maximal ist. Die äußere Mantelfläche des Hohlraums dient auf diese Weise als eine Art Hochimpedanzfläche. Das elektrische Feld ist dabei parallel zur Drehachse der Antriebswelle (Axialrichtung) orientiert. Insbesondere ist ein elektrisches Feld im Sinne dieser Erfindung annähernd maximal, wenn es einen Wert annimmt, der nicht weniger als 90 % des nächstliegenden Maximums entspricht. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei einer derartigen konstruktiven Ausgestaltung eine erhebliche Dämpfung der aus der Durchführung austretenden Mikrowellenleistung erreicht werden kann.

Dem liegt die folgende Überlegung zugrunde: Eine elektromagnetische Welle tritt im Bereich der offenen äußeren Mantelfläche des scheibenringförmigen Hohlraums in diesen ein, wird an der Mikrowellenfallenwandung im Bereich der inneren Mantelfläche des Hohlraums reflektiert und tritt anschließend wieder aus dem Hohlraum aus. Durch die Reflexion im Bereich der inneren Mantelfläche ist das elektrische Feld dort stets gleich Null, wobei im Gegenzug ein magnetisches Feld, dessen Feldlinien in konzentrischen kreisförmigen Bahnen um die Antriebswelle bzw. deren Drehachse verlaufen, in diesem Bereich maximal ist. Mit größer werdendem Abstand zur Achse steigt die Stärke des elektrischen Feldes an, wobei die Stärke des magnetischen Feldes sinkt. Legt man den Außendurchmesser des Hohlraums nun derart aus, dass dort das elektrische Feld (annähernd) maximal und das magnetische Feld (annähernd) minimal ist, entsteht eine Art Hochimpedanzfläche, an der zumindest ein Teil der sonst in den Hohlraum eintretenden Leistung reflektiert wird (Impedanz Z ist dem Quotienten aus elektrischem Feld E und magnetischem Feld H gleich). Hierzu müssen lediglich der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des scheibenförmigen Hohlraums aufeinander abgestimmt werden. Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Anwendung dieses neuartigen Mikrowellenfallen-Konzepts auf gängige Lüfteranordnungen weitaus kompaktere Aufbauten realisieren lassen als im Stand der Technik.

Eine Art und Weise der Bestimmung eines geeigneten Paares von Durchmessern kann beispielsweise das Lösen von Wellengleichungen in einem zylindrischen Koordinatensystem mittels Bessel-Funktionen bzw. Zylinderfunktionen darstellen. Mit diesen lässt sich bei zylindrischer Symmetrie die Verteilung des elektrischen und magnetischen Feldes in Abhängigkeit des Abstandes von der Symmetrieachse, d.h. des jeweiligen Radius beschreiben. Beispielsweise kann hierbei eine geeignete gewichtete Linearkombination von Bessel-Funktionen erster und zweiter Gattung und Oter Ordnung herangezogen werden. Bei vorgegebenem Innenradius des Hohlraums kann eine gewichtete Linearkombination dieser Bessel-Funktionen gefunden werden, die an einer dem Innenradius entsprechenden Stelle einen Nulldurchgang aufweist. Anschließend kann als Außenradius ein Radius angesetzt werden, bei dem der Funktionsverlauf ein Maximum ausbildet.

Um einen möglichst kompakten Aufbau mit dem kleinstmöglichsten geeigneten Außenradius bzw. Außendurchmesser zu realisieren, kann hierbei stets auf das erste Maximum, das nach dem Nulldurchgang auftritt, abgestellt werden. Daher entsprechen in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser des Hohlraums annähernd (d. h. bis auf eine Toleranz von ±10 %, bevorzugt ±5 %) der folgenden Relation:

Außendurchmesser = 16 + 2,1*lnnenradius^A0,84 + In(lnnenradius), wobei In der natürliche Logarithmus ist. Insbesondere ist zumindest der Innenradius hierbei aus dem Intervall 2 mm bis 60 mm, bevorzugt 2 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt 3 mm bis 10 mm, ausgewählt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann eine besonders kostengünstig herstellbare Mikrowellenfalle realisiert werden, wenn zumindest ein scheibenförmiger Mikrowellenfallenkörper einen Teil der Mikrowellenfalle ausbildet. Insbesondere ist der scheibenförmige Mikrowellenfallenkörper eine Metallscheibe. Der Mikrowellenfallenkörper kann eine zentrale Bohrung aufweisen. Der Mikrowellenfallenkörper kann auf die Antriebswelle oder auf eine die Antriebswelle umgebende Hülse aufgesteckt sein. Insbesondere ist der Mikrowellenfallenkörper zwischen dem Lüfterrad und der Wandung angeordnet. Die Mikrowellenfalle kann beispielsweise zwei derartige scheibenförmige Mikrowellenfallenkörper umfassen, die zwischen sich den scheibenringförmigen Hohlraum begrenzen. Die zwei Mikrowellenfallenkörper können auch unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, wobei der Außendurchmesser des Hohlraums in diesem Fall von dem Außendurchmesser des kleineren scheibenförmigen Mikrowellenfallenkörpers definiert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet ein insbesondere endseitig an der Antriebswelle angeordnetes Lüfterrad einen Teil der Mikrowellenfalle aus. Durch die Integration des ohnehin auf der Antriebswelle vorhandenen Lüfterrads in die Mikrowellenfalle kann auf separate Teile verzichtet werden, wodurch ein noch kompakterer Aufbau realisiert werden kann. Insbesondere begrenzt zumindest ein Teil einer im Wesentlichen ebenen Rückseite des Lüfterrads den Hohlraum zum Behandlungsraum hin. Eine (Rück-)Seite des Lüfterrads ist im Wesentlichen eben, wenn sie bis auf herstellungsbedingte Toleranzen und/oder versteifende Verprägungen (z.B. in Form von Sicken, Noppen, etc.) eben ist. Beispielsweise kann der scheibenringförmige Hohlraum zum Behandlungsraum hin von dem Lüfterrad bzw. dessen Rückseite und zur Wandung hin von einem scheibenförmigen Mikrowellenfallenkörper begrenzt werden.

Vorzugsweise ist zwischen dem Mikrowellenfallenkörper und dem Lüfterrad ein scheibenförmiger Abstandskörper angeordnet, der einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Mikrowellenfallenkörper. Insbesondere ist der Abstandskörper eine Metallscheibe. Der Abstandskörper kann eine zentrale Bohrung aufweisen. Der Abstandskörper kann auf die Antriebswelle oder auf eine die Antriebswelle umgebende Hülse aufgesteckt sein. Eine äußere Mantelfläche des Abstandskörpers begrenzt hierbei die innere Mantelfläche des scheibenringförmigen Hohlraumes. Somit entspricht der Außendurchmesser des Abstandskörpers dem Innendurchmesser des scheibenringförmigen Hohlraums. Durch die Verwendung des Abstandskörpers kann ein definierter Abstand im Hohlraum zwischen den beiden zur Wandung und zum Behandlungsraum hin begrenzenden Bauteilen auf konstruktiv einfache Weise sichergestellt werden. Darüber hinaus kann hierdurch der Innendurchmesser des Hohlraums in einfacher Weise durch die Wahl des Außendurchmessers des Abstandskörpers variiert und insbesondere auf den Außendurchmesser des Hohlraums abgestimmt werden. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Mikrowellenfalle - von dem zum Behandlungsraum gewandtem Ende der Antriebswelle in Richtung der Öffnung bzw. Durchführung in der Wandung betrachtet - die folgenden, mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Teile:

Ein Lüfterrad mit einer zumindest den scheibenringförmigen Hohlraum begrenzenden und im Wesentlichen ebenen Rückseite, eine als Abstandskörper dienende Metallscheibe mit einem den Innendurchmesser des scheibenringförmigen Hohlraums definierenden Außendurchmesser und eine als Mikrowellenfallenkörper dienende Metallscheibe mit einem den Außendurchmesser des scheibenringförmigen Hohlraums definierenden Außendurchmesser.

Auch wenn der Aufbau der erfindungsgemäßen Mikrowellenfalle in den vorangegangenen Absätzen anhand separater Bauteile (wie z.B. Mikrowellenfallenkörper, Lüfterrad, Abstandskörper) beschrieben wurde, sind auch einstückige Ausführungsformen denkbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind Mikrowellenfallenkörper, Lüfterrad und Abstandskörper einstückig ausgebildet und auf die Antriebswelle aufgesteckt.

Insgesamt wird mit der vorliegenden Erfindung ein neuartiges Mikrowellenfilterkonzept vorgestellt, das mit einem geringen Bedarf an Bauraum realisiert werden kann und besonders einfach in der Herstellung ist. Aufgrund ihrer ausgesprochenen Kompaktheit und dem simplen Aufbau lässt sich die erfindungsgemäße Mikrowellenfalle besonders leicht mit anderen Fallenkonzepten kombinieren, um die Filterwirkung weiter zu erhöhen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Mikrowellengerät an der Wandung eine tellerartige Abdeckung mit einem insbesondere zentralen Durchlass auf, durch den sich die Antriebswelle erstreckt, wobei die Abdeckung mit der Wandung einen dosenförmigen Mikrowellen-Sperrfilter ausbildet. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass eine Filterwirkung durch die Kombination der einen scheibenringförmigen Hohlraum aufweisenden Mikrowellenfalle mit einem dosenförmigen Mikrowellen-Sperrfilter erheblich gesteigert werden kann. Die tellerartige Abdeckung kann grundsätzlich auf jeder Seite der Wandung angebracht werden. Um möglichst wenig Bauraum innerhalb des Behandlungsraums zu verbrauchen, ist die tellerartige Abdeckung bevorzugt auf der der dem Lüfterrad abgewandten Seite der Wandung angeordnet.

Vorzugsweise beträgt ein Außendurchmesser des dosenförmigen Mikrowellen-Sperrfilters 9 cm bis 11 cm. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei einer derart dimensionierten Abdeckung in Verbindung mit der einen scheibenringförmigen Hohlraum aufweisenden Mikrowellenfalle eine besonders gute Filterwirkung erreichbar ist.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung jeweils für sich oder in einer beliebigen technisch sinnvollen Kombination auch untereinander jeweils mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 kombinierbar sind.

Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und der Zeichnung entnehmen. In den schematischen Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mikrowellengeräts im Bereich des Lüfters;

Fig. 2 eine vereinfachte Ansicht der Mikrowellenfalle gemäß Fig. 1 mit Fokus auf die die Mikrowellenfalle ausbildenden Bauteile;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Mikrowellenfalle mit im Hohlraum skizzierten elektrischen Feldlinien;

Fig. 4 eine Ansicht gemäß dem Schnitt l-l in Fig. 3 mit im Hohlraum skizzierten magnetischen Feldlinien;

Fig. 5 Graphen von Bessel-Funktionen Oter Ordnung zur Ermittlung eines geeigneten Paares von Durchmessern des Hohlraums;

Fig. 6 eine Schar von Graphen von unterschiedlich gewichteten Linearkombinationen von Bessel-Funktionen Oter Ordnung der 1. und 2. Gattung zur Ermittlung eines geeigneten Paares von Durchmessern des Hohlraums;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mikrowellengeräts im Bereich des Lüfters.

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform

Einzelne technische Merkmale der nachbeschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und etwaiger weiterer Ansprüche zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Mikrowellengeräts, das einen von einer Wandung 2 begrenzten Behandlungsraum 4 zur Aufnahme von Behandlungsgut aufweist. Der Behandlungsraum 4 kann mit Mikrowellen, z.B. der Wellenlänge 12,2 cm, beaufschlagt werden. Hierzu ist das Mikrowellengerät mit einem (nicht dargestellten) Mikrowellenerzeuger ausgestattet. Das Mikrowellengerät weist ferner einen Lüfter zum Umwälzen von Luft im Behandlungsraum 4 auf. Der Lüfter umfasst hierbei eine durch eine Öffnung 6 in der Wandung 2 in den Behandlungsraum 4 hineinragende und um eine Drehachse A rotierbare Antriebswelle 8, ein endseitig an der Antriebswelle 8 befestigtes Lüfterrad 14 und einen mit der Antriebswelle 8 verbundenen Antriebsmotor 7, über den die Antriebswelle 8 angetrieben werden kann. Vom Behandlungsraum 4 aus betrachtet ist das Lüfterrad 14 hinter einem Luftleitblech 15 angeordnet, das dem Schutz des Lüfters vor Beschädigung und Verschmutzung sowie der Luftführung dient. Das Lüfterrad 14 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform einen scheibenförmigen Grundkörper 16, von dem eine Mehrzahl von Lüfterschaufeln 18 abgehen.

Auf der Antriebswelle 8 ist behandlungsraumseitig ist eine Mikrowellenfalle 9 angeordnet. Die Mikrowellenfalle 9 bildet eine elektrisch leitfähige Mikrowellenfallenwandung aus, die einen scheibenringförmigen Hohlraum 10 begrenzt. Der Hohlraum 10 ist hierbei koaxial zur Antriebswelle 8 ausgerichtet und - bezogen auf die Drehachse A - nach außen hin offen.

Der Hohlraum 10 wird zum Behandlungsraum 4 hin von dem Lüfterrad 14 und zur Wandung 2 hin von einem scheibenförmigen Mikrowellenfallenkörper 12 begrenzt. Zwischen dem Lüfterrad 14 und dem Mikrowellenfallenkörper 12 ist ein scheibenförmiger Abstandskörper 22 angeordnet, dessen äußere Mantelfläche den Hohlraum 10 zur Drehachse A hin begrenzt und somit einen Teil der Mikrowellenfallenwandung 9a ausbildet. Die Verwendung des Abstandskörpers 22 hat den Vorteil, dass eine stabile Beabstandung des Mikrowellenfallenkörpers 12 und des Lüfterrads 14 auf einfache Weise realisiert werden kann, insbesondere ohne dass der Mikrowellenfallenkörper 12 und/oder das Lüfterrad 14 separat an der Antriebswelle 8 befestigt werden müssen. Zur Herstellung der hier gezeigten Ausführungsform werden nacheinander der Mikrowellenfallenkörper 12, der Abstandskörper 22 und das Lüfterrad 14 auf die Antriebswelle 8 aufgesteckt und mittels einer endseitig auf die Antriebswelle aufgeschraubten Mutter 19 drehfest an der Antriebsachse 8 befestigt. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, auf den Abstandskörper 22 zu verzichten, wobei in diesem Fall die Antriebswelle 8 selbst den Hohlraum 10 begrenzt und einen Teil der Mikrowellenfallenwandung 9a ausbildet. Auch ist eine einstückige Ausführung eines Teils oder sämtlicher hier gezeigter, die Mikrowellenfalle 9 ausbildender Bauteile möglich.

Das Lüfterrad 14 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform einen scheibenförmigen Grundkörper 16, von dem eine Mehrzahl von Lüfterschaufeln 18 abgehen. Das Lüfterrad 14 kann auch einstückig ausgebildet sein. Die Rückwand des Lüfterrads 14 ist zumindest in einem dem Mikrowellenkörper 12 gegenüberliegendem Bereich im Wesentlichen - d.h. bis auf versteifende Verprägungen wie Sicken, Noppen, etc. - eben ausgebildet und bildet einen Teil der Mikrowellenfallenwandung 9a aus. Zumindest die zum Hohlraum 10 gewandte Seite des scheibenförmigen Mikrowellenfallenkörpers 12 ist eben und bildet einen Teil der Mikrowellenfallenwandung 9a aus.

Die stark vereinfachte Fig. 2 veranschaulicht in diesem Zusammenhang die Abmessungen des Hohlraums 10, wie sie von den die Mikrowellenfalle 9 ausbildenden Bauteilen definiert werden. Der Außendurchmesser d3 des Grundkörpers 16 des Lüfterrads 14 ist größer als der Außendurchmesser d1 des Mikrowellenfallenkörpers 12. Der von diesen Körpern begrenzte Hohlraum 10 weist folglich denselben Außendurchmesser d1 auf, wie der Mikrowellenfallenkörper 12. Dementsprechend korrespondiert der Innendurchmesser d2 des Hohlraums 10 mit dem Außendurchmesser d2 des Abstandskörpers. Die Scheibenringform des Hohlraums 10 zeichnet sich dadurch aus, dass eine Dicke d4 um ein Vielfaches kleiner ist als der halbe Außendurchmesser d1 (=Außenradius) des Hohlraums 10.

Mit Blick auf die Figuren 3 und 4 ist der Hohlraum 10 ist hinsichtlich seines Außendurchmessers d1 und seines Innendurchmessers d2 des Hohlraums 10 derart ausgelegt, dass bei Beaufschlagung des Behandlungsraums 4 mit Mikrowellen ein elektrisches Feld E am Außendurchmesser d1 annähernd maximal ist. Das elektrische Feld E ist dabei parallel zur Drehachse A der Antriebswelle orientiert (s. Fig. 3), während die Feldlinien des magnetischen Feldes H in konzentrischen kreisförmigen Bahnen um die Drehachse A verlaufen. Da am Außendurchmesser d1 des Hohlraums 10 das elektrische Feld (annähernd) maximal ist, ist das magnetische Feld (annähernd) minimal. Im Bereich der äußeren Mantelfläche des Hohlraums 10 entsteht somit eine Art Hochimpedanzfläche, an der zumindest ein Teil der sonst in den Hohlraum 10 eintretenden Leistung reflektiert wird (Impedanz Z ist dem Quotienten aus elektrischem Feld E und magnetischem Feld H gleich).

Wie ein hierfür geeignetes Paar von Außendurchmesser d1 und Innendurchmesser d2 ermittelt werden kann, wird im Folgenden anhand der Figuren 5 und 6 beschrieben. Fig. 5 zeigt den Funktionswert von Bessel-Funktionen Oter Ordnung in beliebigen Einheiten aufgetragen gegen den Radius r in Millimetern (mm). Hierbei ist JO(k*r) die von der Wellenzahl k und dem Radius r abhängige Bessel-Funktion 1. Gattung (s. mit Punkten gekennzeichnete Linie), währen YO(k*r) die von der Wellenzahl k und dem Radius r abhängige Bessel-Funktion 2. Gattung ist (s. mit Dreiecken gekennzeichnete Linie). Bessel- Funktionen können als Lösungen von Wellengleichungen in zylindrischen Koordinaten herangezogen werden und eigenen sich daher bei dem scheibenringförmigen, und daher zylindrische Symmetrie aufweisenden Hohlraum 10 zur Ermittlung des Nulldurchgangs und des Maximums des elektrischen Feldes. Aufgrund der leitend ausgebildeten Mikrowellenfallenwandung 9a im Bereich des Innendurchmessers d2 ist eine Randbedingung, dass das elektrische Feld am Innendurchmesser Ri gleich null ist.

Für einen vorgegebenen Innenradius Ri wurde eine mit den Gewichtungsfaktoren aO und bO gewichtete Linearkombination aO*JO(k*r) + bO*YO(k*r) gewählt, wobei aO = 0,8 und bO = 1 gesetzt wurde (s. Linie). Der sich daraus ergebende Funktionsverlauf hat an der Stelle Ri einen Nulldurchgang, so dass die Randbedingung erfüllt ist. Ein zur Ausbildung der Mikrowellenfalle 9 geeigneter Außenradius Ra kann nun an der Stelle, an der die Funktion ein Maximum aufweist, abgelesen werden.

Fig. 6 zeigt eine Schar der oben definierten Linearkombination mit unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren aO und bO, bei denen sich das Verhältnis von aO zu bO jeweils unterscheidet. Ersichtlich kann durch geeignete Wahl von Gewichtungsfaktoren sowohl der Nulldurchgang als auch das Maximum des Funktionsverlaufs variiert und so z.B. an einen vorgegebenen Innenradius Ri (Stelle des Nulldurchgangs) und/oder Außenradius (Stelle des insbesondere ersten Maximums) angepasst werden.

Fig. 7 zeigt eine auf Basis der oben beschriebenen Linearkombinationen ermittelte Kennlinie, bei der Innenradien Ri geeignete Außenradien Ra zur Ausbildung der Mikrowellenfalle 9 zugeordnet sind. Die Kennlinie entspricht der Relation

Außendurchmesser = 16 + 2,1*lnnenradius^A0,84 + In(lnnenradius), wobei In der natürliche Logarithmus ist. Es zeigt sich, dass sich insbesondere mit bequem zu realisierenden Innenradien Ri von bis zu 20 mm Außenradien Ra von unter 50 mm erreichen lassen. Mit Innenradien Ri zwischen 3 mm und 10 mm können sogar Außenradien von unter 35 mm realisiert werden. Insgesamt lassen sich anhand des hier vorgestellten Konzepts weitaus kompaktere Mikrowellenfallen 9 konstruieren als im Stand der Technik. Aufgrund der ausgesprochenen Kompaktheit der hier vorgestellten Mikrowellenfalle 9 lässt sich dieses ohne größeren konstruktiven Aufwand mit weiteren Filterkonzepten kombinieren. Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entspricht. Das Mikrowellengerät umfasst darüber hinaus eine tellerartige Abdeckung 24 mit einem zentralen Durchlass 26, durch den sich die Antriebswelle 8 erstreckt. Die Abdeckung 24 bildet mit der Wandung 2 einen dosenförmigen Mikrowellen-Sperrfilter aus. Der Außendurchmesser d5 des dosenförmigen Mikrowellen- Sperrfilters beträgt hierbei zwischen 9 cm und 11 cm. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass eine Filterwirkung durch die Kombination der einen scheibenringförmigen Hohlraum 10 aufweisenden Mikrowellenfalle 9 mit einem dosenförmigen Mikrowellen- Sperrfilter erheblich gesteigert werden kann. Die tellerartige Abdeckung 24 kann grundsätzlich auf jeder Seite der Wandung 2 angebracht werden. Um jedoch möglichst wenig Bauraum innerhalb des Behandlungsraums 4 einzunehmen, ist die tellerartige Abdeckung 24 bevorzugt auf der dem Lüfterrad 14 abgewandten Seite der Wandung 2 angeordnet.

Claims

Patentansprüche

1. Mikrowellengerät, umfassend einen von einer Wandung (2) begrenzten Behandlungsraum (4) zur Aufnahme von Behandlungsgut, einen Mikrowellenerzeuger zur Beaufschlagung des Behandlungsraums (4) mit Mikrowellenstrahlung und einen Lüfter zum Umwälzen von Luft im Behandlungsraum, wobei der Lüfter eine durch eine Öffnung (6) in der Wandung (2) in den Behandlungsraum (4) hineinragende Antriebswelle (8), ein scheibenförmiges Lüfterrad (14), einen scheibenförmigen Mikrowellenfallenkörper (12) und eine behandlungsraumseitig fest mit der Antriebswelle (8) verbundene Mikrowellenfalle (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenfalle (9) eine elektrisch leitfähige Mikrowellenfallenwandung (9a) ausbildet, die einen scheibenringförmigen, zur Antriebswelle (8) koaxial ausgerichteten und radial nach außen hin offenen Hohlraum (10) begrenzt, wobei der scheibenförmige Mikrowellenfallenkörper (12) zwischen der

Wandung (2) und dem Lüfter positioniert an der Antriebswelle (8) angeordnet ist, und wobei der scheibenförmige Mikrowellenfallenkörper (12) ein Teil der Mikrowellenfalle (9) ausbildet, und wobei das scheibenförmiges Lüfterrad (14) einen Teil der Mikrowellenfalle (9) ausbildet.

2. Mikrowellengerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (d1) des Hohlraums (10) 10 cm, bevorzugt maximal 8 cm, besonders bevorzugt maximal 6 cm, beträgt.

3. Mikrowellengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (d1) und ein Innendurchmesser (d2) des Hohlraums (10) derart ausgelegt sind, dass ein elektrisches Feld (E) am Außendurchmesser (d1) annähernd maximal ist.

4. Mikrowellengerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (d1) und ein Innendurchmesser (d2) des Hohlraums (10) annähernd der folgenden Relation entsprechen:

Außendurchmesser = 16 + 2,1*lnnenradius^A0,84 + In(lnnenradius). Mikrowellengerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (14) endseitig an der Antriebswelle (8) angeordnet ist. Mikrowellengerät nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mikrowellenfallenkörper (12) und dem Lüfterrad (14) ein scheibenförmiger Abstandskörper (22) angeordnet ist, der einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Mikrowellenfallenkörper (12). Mikrowellengerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrowellengerät an der Wandung (2) eine tellerartige Abdeckung (24) mit einem insbesondere zentralen Durchlass (26) aufweist, durch den sich die Antriebswelle (8) erstreckt, wobei die Abdeckung (24) mit der Wandung (2) einen dosenförmigen Mikrowellen-Sperrfilter ausbildet. Mikrowellengerät nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (d5) des dosenförmigen Mikrowellen-Sperrfilters 9 cm bis 11 cm beträgt.