DE2160958A1 - Mikrowellenheizgerät mit Strahlungssteuerung und -Überwachung - Google Patents

Description

PATENTANWALTSBÜRO HOMSEN - TlEDTKR « BüHLINa

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S3 0212

PATENTANWÄLTE München: Frankfurt/M.:

Dipl.-Chem. Dr. D. Thomsen DIpI. - Ing. W. Welnkauff

Dipl.-Ing. H. Tledtke (Fuchshohl 71)

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers

8000 München 2 Kalser-Ludwlg-Platzβ 8. Dezember 1971

Matshushita Electric Industrial Co., Ltd. Osaka, Japan

Mikrowellenheizgerät mit Strahlungssteuerung

und -Überwachung

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Heizgerät und insbesondere auf eine Sicherheitsvorrichtung zur Steuerung von Mikrowellenstrahlung in die Umgebung.

Es wurden bisher verschiedene Versuche gemacht, die Menge der Streustrahlung aus dem Heizraum von Mikrowellenöfen aufzufangen oder zu verringern. Das USA-Strahlungssteuergesetz von 1968 hat die Bedeutung betont, diese Streuung unter einem absoluten Pegel von 5 Milliwatt pro QuadratZentimeter in einem Abstand von 5 cm von dem Ofen zu halten. Bei dem Versuch, diese Forderung zu erfüllen, wurden demgemäß zahlreiche Arten von Türdichtungen verwendet. Untersuchungen, die kürzlich von dem Department für Gesundheit, Bildung und Wohlfahrt durchgeführt

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wurden, haben gezeigt, daß diese Türdichtungen den durch das Strahlungssteuergesetz aufgestellten Regeln nicht unter allen Umständen ausreichend genügen. Bei ausgedehntem Gebrauch des Ofens beginnt Abnutzung und Beschädigung dieser Dichtungen, und somit kann die Streustrahlung die erlaubte Grenze überschreiten. Daher' ist die bloße Verwendung einer wirksamen St rah lungs dichtung für ein neues Erzeugnis für die Aufrechterhaltung des Sicherheitspegels von 5 Milliwatt über die gesamte Nutzdauer dieses Erzeug- | nisses nicht immer angemessen.

Es wurden auch Alarm- oder Strahlungsdetektoreinrichtungen verwendet» die aus einer Schleife aus Drähten um die Tür des Ofens bestehen* Untersuchungen dieser Detektoranordnung haben jedoch bestimmte Fehler gezeigt» Die Detektordrähte sprechen auf eine einzige Polarisation der Streuenergie an, die nicht immer vorliegt, wenn eine Dichtung aufgrund von Abnutzung oder unnormalen Betriebsbedingungen unwirksam wird. Eine fehlerhafte Dichtung kann einen unnormalen Zustand herbeiführen, durch den Energie unterschiedlicher Polarisation hinter den Detektor und in die Itagebuttft streuen kann. Außerdem führt dieses Alarmsystem keine Ableitung oder Verringerung der Streuenergie herbei. Fällt das Alarmsystem ständig aus, wird für die vor dem Ofen befindliche Person kein Schutz aufgebracht. Somit hat sich gezeigt, daß ein einfaches Alarmsystem, das auf eine einzige Polarisierung der Strahlung anspricht, zur eufriedensteilenden Steuerung bzw. überwachung der Strahlung in der Umgebung nicht geeignet ist.

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Die Verwendung von Ofentürriegeln in Übereinstimmung mit den Forderungen des Strahlungssteuergesetzes hat ebenfalls nur zu begrenztem Erfolg geführt. Da diese Riegel nur eine mechanisch geschlossene Stellung der Tür gewährleisten können und in vielen Fällen nicht fehlersicher sind, wird ein Schutz nicht herbeigeführt, wenn eine Türdichtung abgenutzt oder schadhaft wird.

Mit der Erfindung wird eine Einrichtung zum Steuern und überwachen der Umgebungsstrahlung von Mikrowellenheizgeräten geschaffen.

Insbesondere wird mit der Erfindung ein Mikrowellenofen geschaffen mit einem integralen (einstückigen) energieverbrauchenden, leitenden und ermittelnden System, das zur Gewährleistung einer fehlersicheren Steuerung der Umgebungsstrahlung Vielfach-Reduktionsprinzipien verwendet.

Mit der Erfindung wird ferner die Umgebungsstrahlung von einem Mikrowellenofen gesteuert, wobei die Steuerung auf kreuzpolarisierte elektrische Felder anspricht. Bei der Erfindung wird ein Widerstands-Wellengangantennenelement für Kreuzpolarisation gebildet, das parallel mit einem in dem Wellengang enthaltenen energieverbrauchenden dielektrischen Material reagiert und dadurch eine größere Dämpfung und einen größeren Strahlungsschutz liefert.

Mit der Erfindung wird ferner ein Umgebungsschutzsystem 2 0 9832/0605

für Mikrowellenöfen geschaffen, das hinsichtlich der Schutzelemente durchtritts- oder stoßsicher ist.

Weiterhin wird mit der Erfindung ein Übertragungskreis für den Eingang eines Mikrowellenofens geschaffen, der übermäßig große Mengen von Mikrowellenstrahlung absorbieren kann.

Weiterhin wird mit der Erfindung eine zusätzliche Dämpfung von Mikrowellenenergie herbeigeführt, die durch die Zugangsöffnung eines Mikrowellenofens entweicht, indem die an den Seiten der öffnung befindlichen einzelnen Wellengänge serienmäßig oder aufeinanderfolgend miteinander verbunden werden. Insbesondere wird angenommen, daß übermäßige Streuung nur an einer Seite der Ofentür auftritt, und indem man die von dem bestimmten Wellengang auf dieser Seite aufgenommene Mikrowellenstrahlungsenergie durch den Wellengang führt, der dort angeordnet ist, wo wenig oder keine Streuung stattfindet, wird eine wirksamere Dämpfung herbeigeführt.

Während zwar die verschiedenen Wellengänge zur Erreichung einer größeren Dämpfung in Serie miteinander verbunden sein sollen, wie dies zuvor erwähnt wurde, liegt es im Rahmen der Erfindung, Detektoreinrichtungen für jeden Wellengang vorzusehen und damit dem Benutzer des Ofens die Peststellung zu erlauben, ob die primäre Türdichtung an der rechten, linken, oberen oder unteren Seite der Zugangsöffnung zum Heizraum (Kochräum) fehlerhaft ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungs-209832/0605

gemäßen Mikrowellenheizgeräts wird ein dielektrisches Material mit ausreichender Dielektrizitätskonstanten und Verlustfaktor zur Dämpfung des Mikrowellenenergieflusses quer über und hinter eine Wellengangübertragungsleitung benutzt, die den Umfang eines Eingangs zu einem Mikrowellenheizraum umgibt, während es gleichzeitig als Mikrowellenphasenelement für den integralen Mikrowellenantennenkreis wirkt. Das dielektrische Material ist in einem metallischen Gang angeordnet, der als Reflektorelement in Verbindung mit einem Mikrowellenfortpflanzungsdetektorkreis wirkt, der in eine geeignete Isolation leicht eingebettet oder davon bedeckt sein kann. Der Mittelleiter der Wellengangübertragungsleitung ist in dem Aufbau derart ausgerichtet, daß er die Mikrowellenenergie auffängt, die ein vielfaches elektrisches Portpflanzungsfeld hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Pig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mikrowellenofens, in den ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Steuer- und überwachungsvorrichtung eingebaut ist;

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der rechten unteren Ecke des Ofens nach Fig. 1 zur besseren Veranschaulichung bestimmter Einzelheiten, die sich aus Pig. I nicht klar ergeben;

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Pig. 3 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer in den Pig. I und 2 gezeigten gedruckten Schaltung (Druckschaltungskarte), die eine kreuzpolarisierte Strahlungsantenne trägt, die bei der praktischen Anwendung der Erfindung eine wichtige Rolle spielt;

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Anzahl von die Strählungsüberwachungsvorrichtung umfassenden Einheiten, die mit einer an einem Ende gezeigten Alarmschaltung, die den Benutzer beim Auftreten einer übermäßigen Streuungsmenge warnt, in Reihe geschaltet sind, wobei die Antennenanordnung an ihrem anderen Ende einen Hochfrequenzkurzschluß hat;

Fig. 5 zeigt ein Fig. ¹I entsprechendes Schaltbild zur Veranschaulichung eines an dem Ende, an dem die Warnungsschaltung angeschlossen ist, zusätzlich vorgesehenen Abschlusses, der jede übermäßige Energie absorbiert, die von dem Ofen in die Steuer- und überwachungsvorrichtung gestrahlt werden kann;

Fig. 6 zeigt noch ein weiteres Schaltbild, bei dem vier Einheiten an den Seiten der Zugangsöffnung einzeln mit einer Alarmschaltung verbunden Bind, um die Stelle genauer zu bezeichnen, wo ein Fehler vorliegt; und 209832/0605

Pig. 7 zeigt eine Schnittansicht nach Linie VII-VII in Fig. 1 und 2 zur Veranschaulichung eines etwas abgeänderten Ofenaufbaus, der bei durchgeführten Untersuchungen verwendet wurde.

Im folgenden wird eine ins einzelne gehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgeräts gegeben; alle im folgenden erwähnten Teile sind - soweit keine anderen Peststellungen getroffen wurden - aus Metall, vorzugsweise Aluminium. (

In Fig. 1 ist ein typischer Mikrowellenofen allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Der Ofen 10 besitzt eine Kammer 12, die einen Kochraum enthält. An der rückwärtigen Seite erscheint ein Mikrowellengenerator 16, der den Kochraum I¹J über einen Hohlleiter 18 erregt. Die Kammer 12 besitzt eine Vorderwand 20 mit einer daran befindlichen Zugangsöffnung 22. Eine Tür 2¹J ermöglicht über die öffnung 22 Zugang zu dem Kochraum I¹J. Die Tür 2¹J besitzt insbesondere einen überlappenden oder überstehenden Randabschnitt oder Rand 26, einen abgesetzten Panelabschnitt 28 und eine Umfangswand 30, die zwischen den Abschnitten 26 und 28 verläuft. Ein Scharnier 31 ermöglicht das Aufschwenken der Tür 2¹J, damit ein zu erhitzender oder zu kochender Gegenstand durch die öffnung 22 in den Kochraum I¹J eingesetzt werden kann.

Wie zuvor erläutert wurde, ist der Panelabschnitt 28 gegenüber dem überlappenden oder überstehenden Randabschnitt oder Rand 26 abgesetzt. Tatsächlich wirkt der Panelabschnitt 2.8 mit jetzt zu beschreibenden Teilen zur Bildung einer primären Strah-

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lungsdichtung zusammen. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß sich eine Pederdichtung 32 um die Zugangsöffnung 22 erstreckt und daß der abgesetzte Panelabschnitt 28 darauf aufliegt ₃ wenn die Tür 24 geschlossen ist. Da die Zugangsöffnung 22 rechteckig ist, befinden sich Abschnitte der Dichtung 32 auf jeder Seite der Öffnung 22. Es erscheint demgemäß nützlich, die Abschnitte der Federdichtung 32 an jeder Seite der Zugangsöffnung 22 mit bestimmten sich unterscheidenden Bezugsziffern zu bezeichnen. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß der Pederdichtung am Boden der Zugangsöffnung 22 die Bezugsziffer 32B gegeben wurde, dem Abschnitt auf der rechten Seite die Bezugsziffer 32R, dem Abschnitt auf der Oberseite die Bezugsziffer 32T und schließlich dem Abschnitt auf der linken Seite die Bezugsziffer 32L. Die aus den Abschnitten 32B, 32R, 32T und 32L zusammengesetzte Pederdichtung 32 ist zur Bildung eines Montagestreifens 34 und eines davon wegstrebenden federnden oder flexiblen Dichtungsstreifens 36 umgefaltet oder gebogen. Es ist tatsächlich der mit jedem Abschnitt 32B, 32R, 32T und 32L verbundene Streifen 36, der beim Schließen der Tür 24 von dieser oder genauer gesagt von deren Panel 2 8 berührt wird. Zwischen den Montagestreifen 34 und den davon abgehenden Streifen 36 ist eine Versteifung 33 eingesetzt, In dem Montagestreifen 34 kann jede beliebige Anzahl von Montagelöchern 38 (sh Fig. 7) vorgesehen sein; durch diese Löcher und durch damit fluchtende Löcher in der Versteifung 33 erstrecken sich Schrauben 40 in Schraublöcher in der Vorderwand 20 der Kammer 12; eine dieser Schrauben 40 ist in Fig. 2 gezeigt.

Die primäre Strahlungsdichtung, die die Tür 24, genauer

gesagt, deren Panelabschnitt 28 umfaßt, und die Federdichtunn ^2

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sind an sich nicht neu. Die bei einer solchen Dichtung festgestellte Schwierigkeit hat bestimmte Nachteile herbeigeführt, und mit der Erfindung werden die Unzulänglichkeiten solcher allein verwendeten Anordnung beseitigt. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß die Verwendung der federnden Berührung zu Streuungen geführt hat, wenn die Pederteile nicht sauber gehalten wurden, wodurch eine unangenehme Menge an Streustrahlung auftreten konnte. Liegt irgend eine merkbare Ungleichmäßigkeit hinsichtlich der einander berührenden Oberflächen einer Metalldichtung vor - beispielsweise die zuvor angedeutete - tritt ein Lichtbogen mit gleichzeitiger Beschädigung der Dichtung selbst auf. Kombiniert man jedoch die Dichtung mit dem zuvor beschriebenen Aufbau (es handelt sich nur um eine typische von verschiedenen Primärstrahlungsdicht ungen) mit den im folgenden beschriebenen Elementen, ergibt sich eine höchst wirksame und sichere Dichtungsanordnung.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgerät spielt eine Strahlungs- oder übertragungsleitungsvorrichtung, die allgemein mit der Bezugsziffer k2 bezeichnet ist, eine bedeutende Rolle. Tatsächlich besteht die Strahlungsvorrichtung 42 aus vier einzelnen Einheiten, die in zwei verschiedenen Weisen angeordnet sein können, wie dies aus der folgenden Beschreibung ersichtlich wird. Da die Zugangsöffnung rechteckig ist und daher vier Seiten hat, sind die die Strahlungsvorrichtung 42 bildenden einzelnen Einheiten mit den Bezugsziffern 42B, 42R, 42T und 42L bezeichnet (alle vier Einheiten erscheinen in Fig. 4, 5 und 6); diese Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen, die in Verbindung mit der Pederdichtung 32 benutzt wurden. Jede Einheit 42B, 42R, 42T und 42L besitzt ein kanalförmiges Gangorgan 44 mit in Abstand

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befindlichen Seitenwänden 46, 48 und einer Verbindungswand 50. Das Gangorgan 44 bildet somit eine längliche Aussparung oder Nut 52 mit einem Eingangsschlitz 54, der in der Ebene der Kanten der Seitenwände 46, 48 liegt. Der zuvor beschriebene Aufbau ist in Fig. 2 dargestellt; diese Darstellung ermöglicht ein leichtes Verständnis der erfaßten Einzelheiten. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß jede beliebige Anzahl von Schrauben 56, die durch eine entsprechende Anzahl von Löchern 58 in der Vorderwand 20 gehen, zum Verankern der Strahlungsvorrichtung 42 dienen; die Schrauben 56 sind in Löcher 60 in der Seitenwand 46 jedes Gangorgans 54 eingeschraubt. Die Strahlungsvorrichtung 42 kann kurz damit beschrieben werden, daß sie einem rechteckigen Bilderrahmen ähnelt, dessen Leisten durch die Gangorgane 44 gebildet werden.

Es wurde bereits ausgeführt,daß die Werkstoffe,die beim Aufbau der verschiedenen Teile nicht nur des Ofens Io sondern auch der zusätzlichen Teile des erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgeräts verwendet werden,aus Metall sind,soweit nichts anderes angegeben ist. Demzufolge ist das Gangorgan 44 aus Metall, vorzugsweise aus Strangpreßaluminium. Das darin enthaltene Material, das mit der Bezugsziffer 62 bezeichnet ist, ist ein dielektrisches Material. Als dielektrisches Material 62 können verschiedene synthetische Harze verwendet werden. Beispielsweise ist eine Anzahl synthetischer Harze zufriedenstellend; beispielsweise können Epoxy (Araldit), Harnstoff, Phenol, Polyester oder im Bedarfsfall ein keramisches Material verwendet werden. Die bestimmte Art des bei den Untersuchungsverfahren verwendeten dielektrischen Materials wird im folgenden bei Bezugnahme auf andere

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Daten beschrieben, die sich mit der Untersuchung der Strahlungsvorrichtung 42 befassen.

Dabei ist die Höhe (der Pegel) des dielektrischen Materials 62 in der länglichen Aussparung oder Nut 52 der kanalförmigen Gangorgane 44 zu beachten. Das dielektrische Material 62 füllt die Aussparung 52 nicht vollständig bis zur Höhe des Eingangsschlitzes 54 aus; stattdessen ist ein Raum zum Einsetzen einer Druckschaltkarte 64 gelassen. Die Karte 64 mit der gedruckten Schaltung besitzt ein plastisches Substrat oder Grundstreifen 65» beispielsweise aus Glasfiberepoxy, worauf eine Kupferantenne 66 in Form eines flachen Bandes aufgedampft oder in anderer Weise aufgebracht ist. Da die Antenne 66 eine kreuzpolarisierte Antenne ist, ist ihre spezifische Form oder Muster von Bedeutung, und aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Antenne 66 aus in Abstand befindlichen Längsabschnitten 66a, die sich nahe der Zugangsöffnung 22 befinden, und anderen in Abstand befindlichen Abschnitten 66b, die einen größeren Abstand von der Zugangsöffnung 22 besitzen, zusammengesetzt ist, wobei Querabschnitte 66c vorgesehen sind, die die verschiedenen Abschnitte 66a und 66b miteinander verbinden, so daß eine kontinuierliche Übertragungsleistung gebildet wird. Die tatsächlichen Abmessungen der Antenne 66 werden bei der Beschreibung der besonderen Testausführungsform angegeben. Dabei ist jedoch zu bemerken, daß die Antenne 66 in einer zur Ebene der ZugangsÖffnung 22 senkrechten Ebene liegt. Die Ebene der Antenne 66 ist ebenfalls zu der allgemeinen Ebene der geschlossenen - Tür 24 senkrecht. Es ist zu bemerken, daß der überlappende oder überstehende Randabschnitt oder Rand 26 der 2H bei geschlossener Tür 24 der Seitenwand 48 jedes Gangorgans

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44 gegenübersteht. Zwischen dem überstehenden Abschnitt 26 und der Seitenwand 48 befindet sich ein kleiner Spalt; daher ist die Seitenwand 48, d. h. deren Fläche in Richtung des überlappenden Abschnitts 26, mit einem geeigneten Dichtungsmaterial (nicht gezeigt) bedeckt, das ein Epoxyharz sein kann. Die Verwendung eines Dichtungsmaterials auf der Seitenwand 48 ist für das erfindungsgemäße Mikrowellenheizgerät nicht unbedingt erforderlich; •sie ist auch nicht neu. Beispielsweise kann es zur stärkeren Dämpfung oder zur Verhinderung des Eindringens von Gegenständen P in den erwähnten Spalt zusätzlich verwendet werden.

Zum Schutz der kreuzpolarisierten Strahlungsantenne 66 gegen Abnutzung sollte eine ähnliche Bedeckung oder Beschichtung aufgebracht werden; diese Beschichtung wurde in den Zeichnungen nicht gezeigt; sie sollte jedoch ein Schutzschichtmaterial sein, das Übertragungsschaltungen nicht beeinflußt.

Wie deutlich ersichtlich ist, ändert die Antenne 66

* ihre Ebene an den vier Ecken der Zugangsöffnung 22. Eine dieser Ecken wurde in Fig. 1 und 2 mit der Bezugsziffer 68 bezeichnet, und die gleiche Ecke erscheint in den verschiedenen Schaltbildern nach Fig. 4 bis 6. In den Aus führungs formen nach Fig. 4 und 5 wurde jedoch eine andere Verbindungsart alt; in der Aus führungs form nach Fig. 6 verwendet. Ks ist zu erinnern, daß die Strahlungsvorrichtung 42 aus einzelnen Einheiten 42B, 42R, 4 2T und 42L besteht.

In der Aur> führungs form nach Fi{*. 4 sind die verschiedenen Antennen 66 an drei der Ecken dB miteinander verbunden, um

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eine Antennenanordnung in Serienschaltung zu bilden. In anderen Worten, die in Fig. 4 gezeigte Form oder Muster führt zu einer relativ langen Antenne, die aus den verschiedenen Einzelantennen 66 zusammengesetzt ist, und zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung wurde ein Ende der Antennenanordnung mit der Bezugsziffer 70 und das andere Ende mit der Bezugsziffer 72 bezeichnet. Aus Fig. 4 ergibt sich, daß das Ende 70 durch einen Kondensator 7*1 abgeschlossen ist, dessen eine Seite oder Platte mit dem Ende 70 und dessen andere Seite oder Platte mit dem Gangorgan 44 bei 76 verbunden ist. Die verschiedenen Gangorgane 44 sind bei 78 an Masse gelegt. Es ist zu bemerken, daß der Kondensator 74 eine niedrige Impedanz, tatsächlich einen Kurzschluß, soweit Mikrowellenfrequenzen betroffen sind, zu dem metallischen Gangorgan 44 bildet. Für Gleichstrom bildet der Kondensator 74 andererseits eine Isolierung oder einen offenen Kreis.

Im folgenden wird die Detektoreinrichtung zur überwachung oder Ermittlung der Menge der von der Strahlungsvorrichtung 42 aufgenommenen Mikrowellenenergie beschrieben. Das andere Ende 72 der Antennenanordnung nach Fig. 4 ist mit der

Kathode einer Diode 82 verbunden, deren Anode bei 84 mit dem Gang 44 verbunden ist. Mit dem Ende 72 der Antennenanordnung nach Fig.4 ist ebenfalls eine mit 86 bezeichnete Mikrowelleninduktivität mit hoher Reaktanz verbunden. Die Induktivität 86 ist mit einer Signalschaltung verbunden, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 88 bezeichnet ist. Die Schaltung 88 enthält ein Potentiometer 90, dessen Schleifer mit der Induktivität 86 verbunden ist. Das Potentiometer 90 int an dan Tor eines gesteuerten Silizlum-

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schalters 92, beispielsweise aus der Serie General Elcetric 3N58, geschaltet; das Tor ist mit der Bezugsziffer 94 bezeichnet. Aus Fig. 4 ergibt sich, daß die Anode des Schalters 92 mit einer Relaisspule 96 verbunden ist, die normalerweise offene Kontakte 98 (Arbeitskontakte) besitzt. Mit den normalerweise offenen Kontakten 98 ist eine Warnlampe 100 zusammengeschaltet, die von einer Energiequelle, beispielsweise der Batterie 102, versorgt wird. Wird die Relaisspule 96 energiert, schließen sich daher die Kontakte 98 und energieren die Lampe 100, und liefern damit die Warnung, daß eine übermäßige Strahlungsmenge vorliegt.

Bei der überwachung oder Ermittlung der Mikrowellenenergie nach Fig. 5 ist das Ende 70 der in Serie geschalteten Antennenanordnung in der gleichen Weise wie nach Fig. 4 angeschlossen, und daher erscheint der Kondensator 74 wieder in dieser Figur. In gleicher Weise ist das Ende 72 über die gleiche Diode 82 mit dem Gangorgan 44 verbunden. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 unterscheidet sich Von der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 durch einen zusätzlichen Abschluß 104. Dieser zusätzliche Abschluß 104 liegt in Form eines absorbierenden Mediums, beispielsweise Ferrit oder Graphitmaterial, vor und ist bei 105 an Masse gelegt. In der Ausfuhrungsform nach Fig. 5 gewährleistet der zusätzliche Abschluß 104 die Absorbtion übermässiger Energiemengen, die jeder Antenne 66 geliefert wurden.

Fig. 6 zeigt eine unabhängige überwachungsschaltungeverbindung der verschiedenen Wellengänge 44, Insbesondere ist zu beachten, daß keine der Kckon 68 elektrisch miteinander verbunden elndj um sie von den miteinander verbundenen Ecken zu

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unterscheiden, sind sie mit den Bezugsziffern 6Ba versehen. Die Ausführungsform nach Fig. 6 dient dazu, jeden Fehler, der auftreten könnte, besonders zu lokalisieren; die Signalanordnung setzt den Benutzer davon in Kenntnis, auf welcher Seite der Zugangsöffnung 22 der Fehler auftritt. Dazu werden vier dem Kondensator 74 entsprechende Kondensatoren verwendet und zwar ein solcher Kondensator für jede Antenne 66. In gleicher Weise ist das Ende jeder Antenne 66, das dem Ende, mit dem der Kondensator 7 M verbunden ist, gegenüberliegt oder davon fern liegt, direkt mit einer einzelnen Signalschaltung 88 verbunden. Da die Gangorgane ^H voneinander elektrisch isoliert sind, ist an den Stellen 1O6B, 1O6A, 1O6r und 1O6L eine getrennte Masse vorgesehen. Demzufolge hat jede Schaltung 88 ihre eigene Warnlampe 100. Um mit der hinsichtlich der verschiedenen Seiten der Zugangsöffnung 22 angenommenen Bezeichnung übereinzustimmen, sind die verschiedenen Schaltungen 88 durch den zuvor benutzten zusätzlichen Buchstaben voneinander unterschieden. Demzufolge ist die Schaltung 88 für die Bodenseite der Zugangsöffnung 22 mit der Bezugsziffer 88B bezeichnet, die Schaltung für,die rechte Seite mit der Bezugsziffer 88R, die Schaltung für die obere Seite mit der Bezugsziffer 88t und die Schaltung für die linke Seite mit der Bezugsziffer 88L.

Betriebsweise

Ist die Tür 2k geschlossen, so daß die Zugangsöffnunn; 22 gesperrt ist, liegt der abgesetzte Panelabschnitt 28 an der Federdichtung 32 an, genauer gesagt an dem federnden oder flexib-

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len Dichtungsstreifen 36. Demzufolge ist die von dem Generator 16 gelieferte Mikrowellenenergie zum größten Teil in de Kochraum 14 eingeschlossen. Wie zuvor am Stand der Technik erläutert wurde, genügen solche Türdichtungen jedoch nicht immer ausreichend den im Strahlungssteuergesetz angegebenen Regeln.

Demgemäß ist jede Streuung, die zwischen der Tür 24 und der Federdichtung 32 entweicht, auf die Strahlungsvorrichtung 42 gerichtet. Die Gangorgane 44 aus Metall reflektieren jede Streuenergie, die nicht gleich von der Antenne 66 aufgenommen wurde. Wegen der gewissen Verlustbehaftung des dielektrischen Materials 62 wird ein Teil der Mikrowellenenergie gedämpft, wenn sie vom Innern der Gangorgane 44 reflektiert wird. Aufgrund der Ausrichtung der kreuzpolarisierten Antenne 66 wird die Mikrowellenenergie, die durch diese Primärdichtung entweicht, nicht nur aufgefangen sondern längs der Antenne ^rin Art einer übertragungsleitung weitergeleitet. Die in Fig. 4 gezeigte Serienschaltung verstärkt die Dämpfung; sowohl für einen am Boden liegenden Entweichmgsweg als auch einem an den Seiten oder an der Oberseite der Zugangsöffnung 22 liegenden Entweichungsweg wird die Energie aufgenommen, und die gesamte Vorrichtung 42 dient zum Verbrauchen der Energie, die von der Wellengang-Übertragungsleitung aufgenommen wurde, die die Strahlungsvorrichtung 42 bildet. Dies gilt sowohl für elektrische als auch magnetische Transversalwellen, und die nicht verbrauchte Energie wird über die gesamte Antennenanordnung zum Kondensator 74 geleitet. Wie zuvor angegeben wurde, dient der Kondensator 74 als tatsächlicher Kurzschluß für jede Energie, die das Ende 70 der Antennenanordnung nach Fig. 4 erreicht. Überschreitet die

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entweichende Strahlung einen vorbestimmten Pegel, der durch Einstellung des Potentiometers 90 wählbar ist, liegt ein Triggersignal an dem Tor Sk des gesteuerten Siliziumschalters 92 an, was zur Energierung der Relaisspüle 76 und zum gleichzeitigen Schließen des normalerweise offenen Kontakts 98 führt. Dadurch wird die Warnlampe 100 erleuchtet und der Benutzer davon in Kenntnis gesetzt, daß der Ofen 10 nicht richtig funktioniert. Die Kontakte 98 können ebenfalls dazu verwendet werden, den Mikrowellengenerator 16 auszuschalten und damit den Ofen 10 vollständig außer Betrieb zu setzen und dessen weitere Benutzung zu verhindern, bis der die Streuung herbeiführende Zustand beseitigt wurde.

Als zusätzliche Maßnahme absorbiert die als zusätzlicher Abschluß 104 bezeichnete Belastung jede Mikrowellenenergie, die bei Benutzung der Schaltungsanordnung nach Fig. k nicht verbraucht werden würde. Die Ausführungsform nach Fig. 5 arbeitet in der gleichen Weise wie die Ausführungsform nach Fig. Ί.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 dient jede Strahlungseinheit 42B, 42R, Ί2Τ und 42L zum Verbrauchen jeder Streustrahlung, die von der bestimmten Einheit empfangen wurde. Der Vorteil bei der Verwendung der Ausführungsform nach Fig. 6 liegt darin, daß die bestimmte Lampe 100, d. h. die mit der Schaltung 88b, 88R, 88t oder 88L verbundene Lampe 100, den Fehler lokalisiert und dem Benutzer die bestimmte Stelle angibt, so daß der Fehler in der Primärdichtungsanordnung schnell korrigiert werden kann.

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Es ist zu bemerken, da£ dennoch kein unangenehmer Strahlungspegel in der Umgebung vorliegen kann. Dies gilt unabhängig von der Größe und der Polarisierung der Mikrowellenenergie.

Wenn zwar die Testausführungsform dem Aufbau des Ofens 10 stark ähnelt, unterscheidet sie sich davon jedoch in gewisser Hinsicht, und daher ist der abgeänderte Ofen nach Fig. 7 mit der Bezugsziffer 110 bezeichnet. Der Ofen 110 besitzt eine Kammer k 112, die einen Kochraum" "114 enthält. Eine Vorderwand 120 liefert die Zugangsöffnung 122. Die flache Oberfläche f auf der Vorderseite des Ofens 110, d. h. die nach vorn gerichtete Fläche der Vorderwand 120, beträgt etwa 5,08 cm (2 engl. Zoll). In anderen Worten, der Rand hat eine Weite von etwa 5,08 cm (2 engl. Zoll), die sich über die Zugangsöffnung 122 erstrecken.

Die mit der Bezugsziffer 124 in Fig. 7 bezeichnete Tür unterscheidet sich etwae von der Tür 24. Die Tür 124 besitzt einen Randabschnitt oder Rand 126, einen abgesetzten Panelabschnitt 128 und eine ümfangs-Verbindungswand, 130. _v

Die Federdichtung 132 besitzt einen Montagestreifen 134, und der dem zu^or erwähnten Streifen 36 entsprechende divergierende Dichtungsstreifen besteht aus zwei Abschnitten 136a und 136b. Der Abschnitt 136a spreitzt sich tatsächlich von dem Streifen 134 weg, während der Abschnitt 136b zu dem Streifen 134 parallel ist. Die Breite des Abschnitts 136b wurde mit der Bezugsziffer k angegeben und beträgt 1,778 cm (0,7 engl. Zoll) bei dem Teatofen 110. Zwischen den Montagestreifen 13^ und die Ab-

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schnitte 136a» 136b ist eine Versteifung 133 eingesetzt. Der überlappende oder überstehende Randabschnitt oder Rand 126 hat eine Breite von etwa 2,5*1 cm (1. engl. Zoll).

Die in Fig. 7 gezeigte Strahlungsvorrichtung k2 entspricht genau der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung. Die Innenabmessungen des Gangorgans M, d. h. der Aussparung oder Nut 52, wurden mit der Bezugsziffer h bezeichnet und die Breite mit der Bezugsziffer w. In der Testausführungsform beträgt h = 1,27 cm (1/2 engl. Zoll) und w = 1,27 cm (1/2 engl. Zoll).

Das tatsächlich verwendete dielektrische Material 62 besitzt eine Dielektrizitätskonstante 11,2 und einen dielektrischen Verlusttangens 0,04, was vom Massachusetts Institute of Technology bei einer Frequenz von 3000 mHz gemessen wurde. Das verwendete Material war ein Polyesterharz der Firma Ashland Chemical Company, einer Abteilung der Ashland Oil & Refining Company; Modifikationen dieses Materials sind in dem technischen Bulletin 11*18, Juni 1968, sachgemäß beschrieben. Solche Materialien sind höchst wünschenswert, da sie Feuchtigkeit in der Größenordnung von 50 Gew.-J6 enthalten.

Für eine Betriebsfrequenz von 2^50 + 20 mHz hat die in Fig. 3 im einzelnen gezeigte Antenne 66 die folgenden Abmessungen: a = 0,68 cm (0,268 engl. Zoll) b = 0,68 cm (0,268 engl. Zoll) c = 0,762 cm (0,3 engl. Zoll) d = 0,0013 cm (0,032 engl. Zoll)

e = 1,11 cm (0,1*37 engl. Zoll) 209832/0605

Es ist zu bemerken, daß e in der vorstehenden Liste die Breite der Drucksehaltkarte 6H ist. In der obigen Liste fehlt die Stärke der die Antenne 66 bildenden Kupferschaltungsführung; in'der Praxis beträgt sie 0,0711 cm (0,0028 engl. Zoll). Die Stärke des Substrats 65 beträgt 0,0584 cm (0,023 engl. Zoll).

Der gesteuerte Siliziumschalter 92 wurde bereits bezeichnet als General Electric 3N58. Die Diode 82 wurde noch nicht ^ bezeichnet. Diese Diode wird durch eine epitaxiale, planare,

passivierte Diode der Hewlett-Packard-Serie 5082 gebildet, deren Aufbau eine Kombination eines konventionellen pn-überganges und einer Schottky-Sperrschicht benutzt. Dieser Gleichrichter hat wünschenswerterweise die hohe Durchbruchspannung und die Temperaturkennwerte von Silizium, die Einschaltspannung von Germanium und die Ansprechgeschwindigkeit einer Schottky-Sperrschicht-Majoritätsträgervorrichtung.

Die Abmessungen des Kochraums H¹I betragen 30 cm Tiefe, W 39 cm Breite und 2¹I cm Höhe. Die von dem Generator 16 gelieferte Hohlraumenergie betrug 700 Watt. Die Frequenz betrug, wie vorstehend erwähnt wurde, 2^50 + 20 MHz.

Strahlungsuntersuchungsergebnisse

Wenn zwar ausgedehnte Untersuchungen unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt wurden, erscheint nur eine Zusammenfassung erforderlich, um die von dem erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgerät herbeigeführten Vorteile einzuschätzen. Die angegebene

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Strahlungsüberwachung und der Betriebsablauf umfaßten folgende Betriebsarten:

1) 700 Watt in eine Belastung mit 275 cm^ Wasser normal geschlossene Tür

2) 700 Watt in den leeren Ofen
normal geschlossene Tür

3) 700 Watt in eine Belastung mit 275 cm^ Wasser

unnormal geschlossene Tür - gegen 0,127 cm (0,05 engl. Zoll) Papierabstandsscheiben (5,08 χ 3,18 cm (2,0 χ 1,25 engl. Zoll)), die an der rechten, linken, oberen und unteren Seite angeordnet waren

4) 700 Watt in den leeren Ofen

unnormal geschlossene Tür gegen 0,127 cm (0,050 engl. Zoll) Papierabstandsscheiben (5»O8 χ 3,18 cm (2,0x 1,25 engl. Zoll)), die an der rechten, linken, oberen und unteren Seite angeordnet waren

Ohne die Verwendung des erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgeräts würden Bedingungen nach 3) und 4),bei denen die Türdichtungen fehlerhaft waren, übermäßige Strahlungspegel von 20 Milliwatt pro cm in einem Abstand von 5 cm von dem Ofen ergeben. Mit dem Einbau des Wellengangübertragungssystems lagen alle Tests für jede Betriebsart unter dem von dem Bundesstrahlungsstandard vorgeschriebenen maximalen Strahlungspegel. Zusätzlich wurden Maßnahmen zum Ausschalten des derates getroffen, wenn unangenehm hohe Spannungen erschienen, jedoch die ermittelten Spannungen aufgrund der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Mikrowellenheizgeräts nicht gefährliche Pegel in der Umgebung erreichten.

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Claims (20)

1. Patentansprüche

   1,/Mikrowellenheizgerät, gekennzeichnet durch eine Kammer (12) mit einem darin befindlichen Kochraum (14), eine Einrichtung (16) zum Zuführen von Mikrowellenenergie zu dem Kochraum (I¹O, eine Zugangsöffnung (22) in einer Kammerwand (20), durch die ein zu erwärmender Gegenstand eingesetzt werden kann, eine über die Randabschnitte (26) der Kammerwand (20) stehende Tür (24), die sich an der Zugangsöffnung (22) befindet, und eine Strahlungsvorrichtung (42), die sich zumindest über eine Seite der Öffnung (22) erstreckt und metallische Gangorgane (42B, 42R, 42T, 42L) besitzt, die eine längliche Aussparung (52) bilden, die an ihrer näher zur Zugangsöffnung (22) befindlichen Seite unter Bildung eines Spaltes (54) offen ist, dessen Breite sich in Querrichtung zwischen Kammerwand (20) und Tür (24) erstreckt, wobei die Strahlungsvorrichtung (42) ferner eine Antenneneinrichtung (66) aufweist, die in der Aussparung (52) angeordnet ist.
2. 2. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsvorrichtung (42) an einer Stelle zwischen der Kammerwand (20) und einem dieser gegenüberstehenden Abschnitt der Tür (24) angeordnet ist.
3. 3. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsvorrichtung (42) ein in der Aussparung (52) enthaltenes dielektrisches Material (62) aufweist, das die Antenneneinrichtung (66) trägt.
4. 4. MikrowQllenheizgerat nach einem der Ansprüche 1 bis

   ORIGINAL INSPECTED

   3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (66) eine erste Serie von in Abstand befindlichen Abschnitten (66a) aufweist, die näher an der Kammer (14) angeordnet sind, eine zweite Serie von zur ersten Serie versetzt angeordneten in Abstand befindlichen Abschnitten (66b), die näher zur Tür (2*0 angeordnet sind, und eine dritte Serie von .Verbindungsabschnitten (66c), die sich zwischen den Abschnitten (66a, 66b) der ersten und zweiten Serie erstrecken.
5. 5. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (66a, 66b) der ersten und zweiten Serie einander parallel sind und daß die Abschnitte (66c) der dritten Serie dazu senkrecht sind.
6. 6. Mikrowellenheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (66) die Form eines flachen Bandes hat, das in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Zugangsöffnung (22) liegt.
7. 7. Mikrowellenheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsvorrichtung (42) eine Abschlußeinrichtung (74) an ihrem einen Ende aufweist, die einen Pfad relativ niedriger Impedanz zwischen der Antenneneinrichtung (66) und den Gangorganen (42B, 42R, 42T, 42L) bildet.
8. 8. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußeinrichtung (74) einen Kondensator

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   aufweist, der die Hochfrequenzenergie von der Antenneneinrichtung (66) zu den Gangorganen (42B, 42R, 42T, 42L) kurzschließt.
9. 9. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (88), die mit dem anderen Ende der Strahlungsvorrichtung (42) verbunden ist und die Größe der γοη der Strahlungsvorrichtung (42) aufgenommenen Mikrowellenenergie überwacht.
10. 10. Mikrowellenheizgerät nach Anpruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (88) einen Steuerschalter (92) und eine Einrichtung (82) aufweist, die einen Teil der von der Strahlungsvorrichtung (42) aufgenommenen Mikrowellenenergie gleichrichtet und dem Steuerschalter (92) Gleichstrom liefert und dessen Betätigung herbeiführt, wenn der diesem zugeführte Gleichstrom einen vorbestimmten Pegel erreicht.
11. fc 11. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsvorrichtung (42) eine Anzahl von in Serie geschalteten Antennenelementen aufweist und daß der Kondensator (74) an ein Ende der in Serie geschalteten Antennenelemente angeschlossen ist.
12. 12. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Abschlußeinrichtung (104) am anderen Ende der in Serie geschalteten Antennenelemente, die übermäßige Mengen von den Antennenelementen gelieferter Energie absorbieren kann.

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13. 13. Mikrowellenheizgerät, gekennzeichnet durch eine Kammer (112) mit einem darin befindlichen Kochraum (114), eine Zugangsöffnung (122) in einer Kammerwand, durch die ein zu erwärmender Gegenstand eingesetzt wird, eine über den der Zugangsöffnung (122) benachbarten Randabschnitt (126) der Kammerwand überstehende Tür (124), eine primäre Strahlungsdichtungseinrichtung (132), die an den Randabschnitten (126) der Kammerwand in der Nähe der Zugangsöffnung (122) befestigt ist und mit der Tür (124) in Berührung stehen kann, und eine Strahlungseinrichtung (42), die außerhalb der primären Dichtungseinrichtung (132) an den Randabschnitten (126) der Kammerwand befestigt ist und Mikrowellenenergie verbraucht, die bei geschlossener Tür (124) hinter die primäre Dichtungseinrichtung (132) gelangt, wobei die Strahlungseinrichtung (42) ferner ein kreuzpolarisiertes Antennenelement (.66) aufweist, das allgemein in der Ebene der offenen Seite des Gangorgans (44) angeordnet ist, mit dem es verbunden ist.
14. 14. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Gangorgane (44) zur Bildung einer Gangform in Serie miteinander verbunden sind, die längs den Seiten der Zugangsöffnung (122) verläuft und in der die einzelnen Antennenelemente zur Bildung eines einheitlichen Aufbaus ebenfalls in Serie verbunden sind, und daß eine Einrichtung zwischen ein Ende der so gebildeten Antennenanordnung (66) und ein Ende der miteinander verbundenen Gangorgane (44) geschaltet ist und zumindest einen Teil der zu der Antennenreihe (66) gestrahlten Mikrowellenenergie verbraucht, die hinter die primäre Dichtungseinrichtung (132) gelangt ist. 2 0 983 2/060 6
15. 15t Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine mit der Antennenreihe (66) verbundene Fühlereinrichtung zur Ermittlung der Menge der zu der Antennenanordnung (66) gestrahlten Mikrowellenenergie.
16. 16. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinrichtung mit dem anderen Ende der Antennenreihe oder Antennenanordnung (66) verbunden ist.
17. 17. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine mit der Antennenreihe (66) verbundene Absorbierungseinrichtung zum Absorbieren übermäßiger Mengen von zu der Antennenanordnung (66) gestrahlter Energie.
18. 18. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorbierungseinrichtung mit dem anderen Ende der Antennenreihe (66) verbunden ist.
19. 19. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die zwischen ein Ende jedes Antennenelements und das Qangorgan (M), mit dem das Antennenelement verbunden ist, geschaltet sind zum Verbrauchen zumindest eines Teils der zu den Antennenelementen gestrahlten Mikrowellenenergie.,
20. 20. Mikrowellenheizgerät nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch mit dem anderen Ende der Antennenelemente verbundene Fühlereinrichtungen zum Ermitteln der Menge der zu jedem Antennenelement gestrahlten Mikrowellenenergie.

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