DE2329440A1 - Mikrowellengeraet - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 2 3 294 AO

DR.-PHIL. G. NICKtL · DK.-ING. J. DORNER

8 MÖNCHEN 15 LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 1O4

TEL. COeil) 555719

München, den 28. Mai 1973 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 56

Amana Refrigeration Inc., Amana, Iowa, Vereinigte Staaten von Amerika

Mi krowe11eng β rä t

Die Erfindung betrifft ein Mikrowellengerät mit einer Kammer mit leitenden Wänden, mit einem Generator, der Mikrowellen mit mindestens einer vorbestimmten Betriebsfrequenz liefert, und mit einer Einrichtung zur Übertragung der elektromagnetischen Energie in die Kammer.

Solche Mikrowellengeräte dienen zur Erwärmung von Gegenständen. Als Generator kann eine beliebige Mikrowellenquelle verwendet werden, z. B. ein Magnetron, wie es bei den Radaranlagen im zweiten Veitkrieg verwendet wurde. Die Mikrowellenenergie des Generators wird durch einen Hohlleiter in das Innere der Kammer geleitet. In der Kammer sind mehrere Energieschwingungszustände möglich. Die Generatoren werden mit niederfrequentem Netzweohselstrom betrieben, weloher Stromversorgungseinrichtungen speist, die hohe Gleichspannungen erzeugen. Der Veohselwirkungsbereich wird von der zentralen Emissionskathode und der in Umfangsriohtung angeordneten Hohlraumresonatoranode bestimmt. Die Elektronen werden in Riohtung auf die Hohlraumresonatoren beschleunigt

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und die speichenartig verteilte Raumladung rotiert längs einer !■ wesentlichen spiralartigen Bahn in dem Wechselwirkungsbereich und löst die hochfrequenten Schwingungen aus. In solchen Vorrichtungen bezeichnet man den bevorzugten TE „ -Schwingungszustand als TT -Modus, und meistens verwendet man, zur Gewährleistung des richtigen Phasenzustandes der Energie, den -$ - Modus, wobei N die Anzahl der Hohlraumresonatoren bezeichnet.

In verschiedenen Ländern haben Behörden und Ämter Bestimmungen erlassen, welche vorschreiben, daß bei Mikrowellenöfen der Austritt hochfrequenter Energie gesteuert oder unterdrückt wird. Für Mikrowellenöfen sind Frequenzen von entweder 915 MHz oder 2450 MHz vorgeschrieben. Im privaten Bereioh wird vorwiegend die letztgenannte Frequenz verwendet. Der Begriff "Mikrowelle" bedeutet in der folgenden Beschreibung den Anteil des elektromagnetischen Energiespektrums, dessen Wellenlängen in der Größenordnung von 1 m bis 1 mm liegen und dessen Frequenzen oberhalb 300 MHz liegen.

Bei dem Schutz von Mikrowellenvorrichtungen bilden die längliohen Energiedichtungen um die ZugangsÖffnung ein besonderes Problem. Dieses Problem resultiert daraus, daß die Generatoren außer der Betriebsfrequenz von 2450 noch die entsprechenden Oberschwingungen erzeugen. Außerdem liefern die Generatoren Schwingungen in angrenzenden Schwingungszuständen, z. B. im 7> - i -Modus. Es ist deshalb zur Erhöhung der Sicherung soloher Mikrowellenöfen notwendig, Energiedichtungen vorzusehen, welche die Oberschwingungen der Grund schwingung des als Generator verwendeten Magnetrons absorbieren. Solche Sicherheitsvorrichtungen umfassen zusätzliche, längliche, energieabsorbierende Körper aus Gummi oder Plastik, welche Kohlenstoffderivate oder Ferrite oder dergleichen enthalten; diese Körper sind neben der Ofentür vorgesehen und bilden eine zweite Energiedichtung.

Diese Körper werden aber in Betrieb sohnell erwärmt, wodurch

* wird '

ihre Lebenszeit verkürzt/und andere Probleme hervorgerufen werden.

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Bei herkömmlichen Mikrowellenofen werden rechteckige Wellenleiter zur Übertragung der Energie von dem Generator verwendet. Solche Wellenleiter stellen naturgemäß Hochpaßfilter mit einer Schwellwert- oder Grenzfrequenz dar, unterhalb welcher die Anregungsfelder exponentiell abnehmen. Die Grenzfrequenz hängt sowohl von der Geometrie des Wellenleiters als auch von dem besonderen angeregten Schwingungszustand ab. Für den normalen TE. „-Schwin-

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gungszustand beträgt die Wellenlänge der Grenzfrequenz ungefähr A =2a, wobei "a" die Breite des Weilenleiters ist. Es ist deshalb schwierig, in den rechteckigen Wellenleitern besondere Filter zur Dämpfung der höheren Schwingung, also ein Tiefpaßfilter, vorzusehen. Dies hat dazu geführt, daß man verwandte Energie geduldet hat, welche durch Absorbtion in Dichtungsmaterial beeinflußt wurde, welches im Bereich der Ofentür angeordnet war.

Einige primäre, fundamentale Energiedichtungen, welche elektrische Drosseln bilden, sind aus den US-Patentschriften 3 162 169 und 3 58k 177 bekannt. Diese elektrischen Drosseln sind im allgemeinen im Bereich der Öffnung des Ofens oder in der Ofentür selber vorgesehen. Solche Energiedrosseln sind jedoch im allgemei- nen so ausgelegt, daß sie primär nur die entweichende Energie der Betriebsfrequenz und des Betriebsschwingungszustandes beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Filtervorrichtung für Mikrowellengeräte zu schaffen, welche auf die Schwingungszustände höherer Ordnung und die Oberschwingungen der Betriebsfrequenz von 2450 bzw. 915 MHz anspricht.

Diese Aufgabe ist bei einem Mikrowellengerät mit einer Kammer mit leitenden Wänden, mit einem Generator, der Mikrowellen mit mindestens einer vorbestimmten Betriebsfrequenz liefert, und mit einer Vorrichtung zur Übertragung der elektromagnetischen Energie in die Kammer dadurch gelöst, daß in der Übertragungseinrichtung ein Tiefpaßfilter angeordnet ist, welches für Oberschwingungen der Betriebsfrequenz undurchlässig ist.

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Nach einer Ausführungsfore der Erfindung weist das Filter einen Körper auf, von dem Rippen abstehen. Die Rippen können in gleichmäßigen Abständen angeordnet sein, sie können aber auch in unterschiedlichen Abständen auf dem Körper angeordnet sein. Die Rippen stehen vorzugsweise symmetrisch zu einer Referenzebene von dem Körper ab.

Die Übertragungseinrichtung ist nach einer bevorzugten Ausführungsform ein rechteckiger Wellenleiter mit breiten und mit schmalen Begrenzungswänden.

Die Rippen sind zweckmäfligerweise senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Energie im Wellenleiter angeordnet. Die Rippen sind vorzugsweise parallel zu den breiten Begrenzungswänden und in einem solchen Abstand von diesen angeordnet, daß sie mit diesen einen Ausbreitungsweg bilden.

Der Körper des Filters kann an den schmalen Begrenzungswänden befestigt sein. Er besteht vorzugsweise aus leitendem Material.

Naoh einer Weiterbildung der Erfindung sind an den Enden des Körpers im Übertragungsweg der Energie Einrichtungen zur Anpassung der elektrischen Impedanz des Filters an die des Wellenleiters vorgesehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die äußeren Enden der Rippen im gleichen Abstand zu den gegenüberliegenden breiten Begrenzungswänden so angeordnet, daß parallele Energieübertragungswege mit etwa identischen Transmissionseigenschaften gebildet werden.

Die Dimensionen der breiten und der schmalen Begrenzungswände sind entsprechend der gewünschten Grenzfrequenz des Wellenleiters bestimmt, und das Filter kann mehrere Abschnitte aufweisen, welche Leerlauf- und Kurzschlußleitwerte derart bestimmen, daß

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Energie in einem ausgewählten Frequenzband oberhalb der Grenzfrequenz nicht hindurohgelassen wird. Der Körper des Filters kann aus Leichtmetall bestehen.

Die Grenzwellenlänge des Wellenleiters entspricht etwa der doppelten Ausdehnung seiner breiten Begrenzungswand, und die Zentralfrequenz der Ausbreitungsenergie liegt vorzugsweise bei 2450 MHz.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Filter eine Grenzfrequenz bei etwa 2800 bis 3200 MHz₁ und sein Sperrband umfaßt die Oberschwingungen der Betriebsfrequenz.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das Filter verschiedene Abschnitte mit verschieden hohen Rippen auf, und diese Abschnitte haben verschiedene Grenzfrequenzeigenschaften zur Aufrechterhaltung einer scharfen Grenzfrequenz und einer hohen Dämpfung im Sperr- oder Unterbrechungsband. Duroh das Herausfiltern der Sohwingungszustände höherer Ordnung und der Oberschwingungen entfällt die Notwendigkeit, zusätzlich zur primären Energiedichtung nooh absorbierende Körper um die Ofentür herum anzuordnen. Deshalb können anstelle der bisher verwendeten Dichtungen aus Gummi oder Plastik, welche Kohlenstoffderivate oder Ferrite oder dergleichen enthielten, einfache Plastik- oder Gummimaterialien verwendet werden, welche wesentlich billiger sind .

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeiohnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mikrowellenofens, teilweise im aufgebrochenen Sohnitt,

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Figur	2	5
Figur	3	6
Figur	4
Figuren 4a und 4b
Figur
Figur

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einen vertikalen Schnitt durch die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung,

eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines eriindungsgemäflen Wellenleiterfilters,

eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Teilansichten der in Figur 4 gezeigten Ausführungsfor»,

eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform und

einen Teil der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform in vergrößerter Darstellung, welche einen Teil einer herkömmlichen Türabdichtung zeigt, die als Drossel ausgebildet ist.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Mikrowellenofen 10 dargestellt. Der Ofen umfaßt leitende Boden- und Deckenwände 12 und Seitenwände 14, welohe eine Kammer 16 begrenzen, welche eine Öffnung (nicht sichtbar) aufweist, die durch eine Tür 18 verschlossen ist, die seitlich oder am Boden angelenkt oder auch verschiebbar ist und mit Hilfe eines Griffes 20 betätigt werden kann. Auf einer Steuerplatte 22 neben der Tür sind Zeitschalter 24 und 26 und Einschalt-, Ausschalt- und Lichtknöpfe 28, 30 bzw. 32 angeordnet.

Die elektromagnetische Energie wird von einem Magnetron 34 erzeugt. Solohe Generatoren sind bekannt, und weitere Einzelheiten ergeben sich aus dem Aufsatz "Microwave Magnetrons", Radiation Laboratory Series, Vol. 6 von G.B. Collins, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1948 und aus der ÜS-Patentsohrift 3 531 613 .

Solche Generatoren werden von Hochspannungs-Versorgungsschaltungen 36, die ebenfalls bekannt sind, mit Energie versorgt. Die erzeugte Energie wird über eine Stmdenantenne 38, welche sich in einem dielektrischen Dom 40 befindet, an die Ofenkammer wei-

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tergegeben. Die Energie wird in einen Abgabeabschnitt 42 eines rechteckigen Wellenleiters, in welohen der Dom durch eine Öffnung 44 hineinragt, abgegeben. Die Decke 12 der Ofenkammer trägt den Wellenleiterabsohnitt 42. Dieser Abschnitt ist an einem Ende durch eine Abschlußwand 46 geschlossen, und die Antenne 38 befindet sich in einem vorbestimmten Abstand von dieser Wand 46, damit die Mikrowellenenergie optimal abgegeben werden kann. Diese Energie wird über das innere, offene Ende 48 des Wellenleiterabschnitts an die Ofenkammer 16 abgegeben. Die Verteilung der Energie zur Entwicklung des gewtinsohten Erwärmungsmusters wird mit Hilfe bekannter Einrichtungen, z. B. mit Hilfe eines Flügelrades 50 erreicht, welohes mehrere Paddel 52 aufweist und von einem Motor 54 angetrieben wird, der von der Deoke 12 gehalten wird. Die zu erwärmenden Gegenstände werden in der Kammer 16 auf einer dielektrischen Platte 56 getragen, welche eine Vertiefung in der Bodenwand 12 überspannt, damit die Verteilung der elektromagnetischen Energie auf alle Seiten der Gegenstände erleichtert wird.

Ein Wellenleiterfilter 58, welches im wesentlichen eine geriffelte Form aufweist, ist in dem Abgabebereich 42 des Wellenleiters zwischen der Antenne 38 und dem offenen Ende 48 angeordnet. Die Abstände zwischen dem Ende des Wellenleiterfilters 58 und der inneren Kante 60 des inneren Endes und zwisohen dem Wellenleiterfilter 58 und der Antenne 38 sind vorzugsweise gleich groß,- damit man eine effektive Anpassung zwischen den entsprechenden Teilen erhält. Das Wellenleiterfilter ist an den schmalen Wänden 62 in einem solchen Abstand von den breiten Wänden 64 des Wellenleiters angeordnet, das zwei im wesentlichen gleiche und identische Wege 66 und 68 für die Energiefortpflanzung begrenzt werden.

Anhand der Figuren 3 und 4 wird jetzt das geriffelte Wellenleiterfilter 58 beschrieben und analysiert. In einem Aufsatz "Analysis of a Wide-Band Waveguide Filter" von Seymour B. Cohn,

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erschienen in Proceedings of the IRE, Juni 1949, 651-656 wird ein hohler, Hochpaßfiiter für einen rechteckigen Wellenleiter beschrieben und diskutiert. Solche Ausbreitungsvorrichtungen haben normalerweise eine ihnen innewohnende, charakteristische Grenzfrequenz, welche für die TE. „-Schwingungsart zweimal die

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Dimension ⁿa^M der breiten Wellenleiterwände beträgt. Eine Energie unterhalb dieser Grenzfrequenz klingt exponentiell ab, und deshalb bestand bisher, im Hinblick auf die körpereigenen Ausbreitungseigenschaften, kaum ein Bedarf an weiterer Filtern. In dem oben genannten Aufsatz wird versucht, die Bandbreite solcher Filter dadurch zu erhöhen, daß eine Reihe alternierender Rippen und Abstände vorgesehen wird, welche Einschnürungen und Kammern begrenzen, die für die Energieausbreitung innerhalb ihrer Grenzen ein verlustfreies Filter bilden. Jeder Abschnitt des gesamten Filters hat eine vorbestimmte Grenzfrequenz, und der gesamte Leitwert des Filters (der Kehrwert der Impedanz) steht in einem Verhältnis zum Kurzschluß- und Leerlaufleitwert jedes Abschnittes. Alle Leitwerte sind bezüglich der charakteristischen Leitwerte eines rechteckigen Wellenleiters mit einer Breite "a" und einer Höhe ^Mb" normalisiert. Der charakteristische Leitwert des Leiters ist umgekehrt proportional zu "b", falls "a" konstant gehalten wird. Der Filter kann in identische, spiegelbildliche Abschnitte unterteilt sein, und die Parameter der klassischen Filtertheorie werden in dem Aufsatz zur Bestimmung der Höhe der Rippen und zur Bestimmung der Einschnürungen zwischen diesen verwendet, um ein Unterbrechungsband oder einen Zurückweisungsbe reich mit einer Hauptwe11enlänge A^ zu entwickeln.

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In Figur h ist ein halber Bereich 70 dargestellt. Eine Reihe von Formeln und Konstruktionsüberlegungen sind aus dem Artikel "Design Relations for Wide-Band Waveguide Filter" von demselben Autor in Proceedings of the IRE, Juli 1950, 799-803 bekannt. In diesem Aufsatz bezeichnet das Symbol J die Breite der Kammern, durch welche die Energie sich ausbreitet, und das Symbol ι ' bezeichnet die Begrenzungen zwischen den Kammern. Das Symbol b™

! / U U

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bezeichnet die Höhe des Endabschnitts des Wellenleiters, durch welche die Energie hindurchgelangt. Die Hälite eines jeden Weilenlei terabschnitts 70 ( 1/2) kann zu einem in Figur ^a gezeigten, kurzgeschlossenen Abschnitt reduziert werden. In ähnlicher Weise hat der genannte Autor die Leerlaufleitwerte mit Hilfe eines in Figur hb gezeigten Modells analysiert.

Bei der Mikrowellenheizung werden zugewiesene Frequenzen von 2450 MHz oder 915 MHz verwendet, und die Energie, welche innerhalb der Ofenkammer verteilt werden soll, soll möglichst dicht bei diesen Frequenzen liegen. Eine breitbandige Ausbreitung hat deshalb geringe Folgen, und die Aufmerksamkeit wird ausschließlich auf die Unterdrückung von dem Magnetron fremden Schwingungszuständen und von Oberschwingungen der Betriebsfrequenz gerichtet. In Figur h stellt der halbe Abschnitt, der durch die ausgezogene Linie 72 angedeutet wird, das Modell dar, welches der genannte Autor zur Berechnung der Bildleitwerte des gesamten Filters und der Kurzschluß- und Leerlaufleitwerte jedes Abschnitts verwendet. Die gestrichelte Linie lh bezeichnet eine Heferenzebene, welche in der genannten Analyse eine Grenze bei der Berechnung der Grenzwellenlänge für den Durchlaßbereich und für den Unterbrechungsbereich eines rechteckigen Wellenleiters bildet. In dem Ausführungsbeispiel fällt die Linie lh mit der Längsachse eines Wellenleiterabschnitts zusammen. Aus der genannten Analyse wurde eine Gleichung zur Ableitung eines Wertes

b_M entwickelt, der gleich b™,^/-;—7 7 2 ist. Dabei bezeichnet

~\ ^fil^/e2) \

das Symbol A die GrenzwellenläBge^& 'des Filters, \ „ bezeichnet die Abstimmungsweilenlänge, bei welcher die Filterimpedanz auf die Abschlullimpedanz abgestimmt ist, und b,_r bezeichnet die flöhe des Abschlußbereiches des Leiters. Mit Verwendung der BiIdpurameter wird es möglich, sowohl die Höhe der Kippen und der Endabschnitte, als auch die Dicke der dazwischenliegenden Begrenzungsabschnitte zu berechnen. Der symmetrische Aufbau wird aus dem identischen Modell entwickelt, welches durch die Grenzlinie 72' bestimmt ist.

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Gemäß der Erfindung wurde, anstatt die Energie über eine Wellenleiterfilteranordnung zu übertragen, eine feste oder dissipative Anordnung entwickelt. Die Energie wird längs eines Weges 66, der von einem halben Filterabschnitt 72 gebildet wird, weitergeleitet, und der Rest der elektromagnetischen Energie wird längs eines identischen Weges 6s geleitet, der von dem Abschnitt 72¹ gebildet wird. Die äquivalenten Kapazitäten und Induktanzen werden theoretisch bestimmt und normalisiert, damit die entsprechenden Grenzleiterwellenlängen der gesamten Filteranordnung bestimmt werden und ein Unterbrechungsband oder ein Zurückweisungsbereich begrenzt wird, dessen Frequenz höher als die Grenzfrequenz des Wellenleiters ist. Solche Einrichtungen, die allgemein Tiefpaßfilter genannt werden, haben eine obere Grenze der Unterbrechungsbänder bei einem festen Wert, z.B. bei der sechsfachen Grenzfrequenz des Filters. Durch geeignete Transformation der Theorie definieren die Rippen die Begrenzungen, und die Räume zwischen ihnen bilden die Kammern. Die elektromagnetische Energie gelangt nicht durch die Filteranordnung hindurch, sondern sie wird stattdessen um den Filter herumgeleitet, dessen Enden zur wirksameren Anpassung der Impedanzen des Wellenleiterfilters an den übrigen Aufbau in den transformierenden Abschnitten 76 und 78 enden.

Wie man in Figur 3 sieht, umfaßt das Wellenleiterfi1ter 58 eine Anzahl von Rippen 80 und 82 gleicher Höhe auf beiden Seiten eines Körpers 84, wodurch eine gerillte Anordnung entsteht. Die dazwischenliegenden Räume b6 werden von den Hippen gebildet und sind sowohl für das schmale Übertragungsband als auch für das breite Unterbrechungs- oder Sperrband schmaler als die Kaminerbrei te (Jt) in den oben genannten Aufsätzen.

Sowohl die normalisierte, charakteristische Grenzwe1Lenlänge Z_n j des Filters als auch die gewünschte Minimalgrenze des Sperrbandes für eine vorbestimmte Höhe b_rp des Abgabeabschni tts eines rechteckigen Wellenleiters können mit einem Unterbrechungs- oder Sperrband bestimmt werden, welches vorzugsweise von 3000 MHz

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bis 6000 MHz erreicht. Für den Betrieb des Mikrowellenofens mit einer Frequenz von 2450 MHz lag die Grenzfrequenz in einem Fall zwischen 2800 und 3200 MHz. Das Unterbreohungs- oder Sperrband reichte von 3000 bis 6000 MHz und umfaßte sowohl die benachbarten Energiesohwingungszustände als auch die erste Oberschwingung der Betriebsfrequenz. Die Antenne 38 wurde zur optimalen Anpassung in einem Abstand von ungefähr 3,175 cm oder einer viertel Wellenlänge von der Abschlußwand k6 des Abgabeabschnitts des Wellenleiters angeordnet. Das Ende des Wellenleiterfilters 58 oder das Ende des Anpassunge- und Umwandlungsbereichs 76 befand sich in einem Abstand von ungefähr 3,6513 om von der Antenne 38. Das Ende des Anpassungs- und Umwandlungsabschnitts 78 des Wellenleiterfilters befand sioh in einem Abstand von ungefähr 3,6513 cm von der inneren Kante 60 des offenen Endes 48 des Abgabebereichs des Wellenleiters. An dem Körper 84 sind Löcher 88 vorgesehen, die dazu dienen, den Wellenleiter 58 so an den Seitenwänden 62 zu befestigen, daß die Enden der Rippen 80 und 82 in einem Abstand von den Wänden 64 des Wellenleiters und relativ zu diesem zentriert angeordnet werden. In Figur 3 sind die Rippen mit ungleichmäßigem Abstand voneinander dargestellt, was für ei-' nige Anwendungsfälle günstig ist, während die Rippen 90 in den Figuren 1 und 2 mit gleichmäßigem Abstand voneinander dargestellt sind, was für andere Anwendungsarten günstig ist. Der mit Rillen versehene Wellenleiter kann aus einem beliebigen Leichtmetall, z. B. Aluminium, bestehen, und es können große Streifen solcher Strukturen sehr billig hergestellt und danach in beliebige Längen zerschnitten werden. Die Rippen weisen auf beiden Seiten des Körpers die gleichen Abstände auf. Der Wellenleiterfilter kann eine beliebige Anzahl von Abschnitten aufweisen.

Es kann auch eine größere Anzahl von verschiedenen Abschnitten verwendet werden, wobei jeder Abschnitt eine schärfere, charakteristische Grenzfrequenz für verschiedene Sperrbereiche aufweist. Ein solcher Aufbau kann abgeschrägt sein, was zur Anpassung der Filterimpedanz an die Impedanz des Abgabebereichs des

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rechteckigen Weilenleiters beiträgt. Die ersten Rippen 92 in Figur 5 haben eine Sperrbandfrequenz um 3500 MHz. Die weiteren Rippen 94 haben eine charakteristische Grenzfrequenz bei 4500 MHz. Die Rippen 96 haben eine Grenzfrequenz bei 5500 MHz. Es sind auch Anpassungs- und IJbertragungsabschnitte 98 vorgesehen. Diese verschiedenartige Anordnung von Abschnitten weist verschiedene Grenzfrequenzwerte auf, welche alle unerwünschten oder falschen Energieanteile unterdrückt, die außerhalb des gewünschten Detriebsschwingungszustandes und der gewünschten Betriebsfrequenzen liegen, wodurch der Wirkungsgrad der Erwärmung mit Mikrowellen erhöht wird.

Es wurde also ein besonderes Tiefpaßfilter für rechteckige WeI-ienleiterabschnitte entwickelt. Durch die Unterdrückung oder wesentliche Reduzierung unerwünschter Energieschwingungen ergeben sich bestimmte Vorteile gegenüber den bekannten Mikrowellenofen, welche periphere, längliche stark energieabsorbierende Dichtungsmaterialien verwenden, die die Zugangsöffnung umgeben, und eine primäre, drosselartige Energieabdichtung, die in Figur 6 gezeigt ist. Die Tür 18 umfaßt eine Platte 100 und ringförmige Teile 102, die in herkömmlicher Weise zu einer einstückigen Anordnung miteinander verbunden sind. Perforationen 104 in der Metallplatte 100 ermöglichen es, beim Kochvorgang in den Ofen zu schauen, während sie gleichzeitig einen Verlust der in die Kammer 16 eingestrahlten Energie verhindern. In dem ringförmigen Teil 102 wird ein äußeres Fenster 106 gehaLten. Ein inneres Fenster 108 mit einem durchsichtigen Bereich schützt die Perforationen vor Beschädigung und erleichtert die Reinigung des Innenraumes des Ofens. Beide Fenster können aus einem Thermoplast hergestellt sein. Ein Bolzen 110, der an einem Rahmen 112 befestigt ist, sitzt mit Preßsitz in einer Öffnung in der Platte 100. Sowohl das Fenster 106 als auch die Türfassungen 114 in Figur 1 können mit geeigneten Klebstoffen in ihrer Lage befestigt sein.

Eine elektrische Drossel 116 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Tür und bildet eine längliche, primäre Energieabdichtung,

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welche mit engem Sitz in die leicht abgeschrägten Wände 118 der leitenden Seitenwände 12 und 14 paßt. Die Drossel umfaßt einen aufrechten, peripheren Wandabschnitt 120, welcher mit der gegenüberliegenden leitenden Wand 118 für die elektromagnetische Energie einen Auslaßweg 122 bildet, welche sich in Umfangsrichtung um die Zugangsbffnung erstreckt. Der Ausgangspunkt der Energie ist bei dem Spalt 124 angedeutet. Das ringförmige Teil 102 ist stufenförmig ausgebildet, und es bildet sowohl eine leitende Außenwand 126, die einen Teil der Drossel darstellt, als auch ein vorderes Seitenteil 128, welches über den Umfangswänden des Ofens liegt. Das Ringteil 102 begrenzt zusammen mit der Wand 120 einen zweiten Weg 130 von vorbestimmten Dimensionen für die elektromagnetische Energie, welche durch den peripheren Spalt 124 eintritt. Die parallelen Wege 122 und 130 sind mit Körpern 132 aus dielektrischem Material, z. B. aus Polystyren oder Polypropylen gefüllt. Der Spalt 13²I bildet sowohl den Eingang als auch den Ausgang der frequenzempfindlichen Kammer, welche von den Drosselwänden begrenzt wird, die den Weg I30 umgeben. Die beschriebene Anordnung kann als primäre Abdichtung für hochfrequente Energie bezeichnet werden, welche für beliebige andere Energie, welche bei der Betriebsfrequenz um den peripheren Spalt 124 entweicht, einen Weg des kleinsten Widerstandes bildet.

Entsprechend den Prinzipien der Energieübertragung wird eine solche Drosselanordnung primär so ausgewählt, daß sie an dem Drosseleingang eine hohe Serienreaktanz aufweist und einen Kurzschluß von der Oberfläche 136 der Abschlußwand her für die Energie reflektiert. Die Dimensionen der Drossel werden üblicherweise so ausgewählt, daß sie an dem Ursprungspunkt oder dem Spalt 124 einen Kurzschluß für die austretende Energie bewirken oder ungefähr die halbe Wellenlänge der Betriebsfrequenz betragen. Durch solche Energieabdichtungen werden die Betriebssohwingungszustände effektiv gedämpft, während jedoch die Zustände höherer Ordnung und die Oberschwingungen der Betriebsfrequenz von der beschriebenen Drossel nicht effektiv abgedämpft werden. Zusätzlich zu der primären Energieabdichtung weisen Mikrowellenofen längliche,

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stark energieabsorbierende Körper auf, welche als Dichtungen und 140 zwischen der Wand 128 und den peripheren Wänden 142 angeordnet sind. Solche Körper aus stark absorbierendem Material können aus Gummi oder aus Plastik bestehen, welches Kohlenstoffabkömmlinge, Ferrite oder ähnliche Stoffe enthält; sie können mit geeigneten Klebstoffen an den metallischen Wänden befestigt sein. Diese sekundären Energiedichtungen werden bei längerem Betrieb aufgrund der Absorbtion von Energie erwärmt, und sie können sich verwerfen, verschmoren und nicht mehr ordentlich funktionieren.

Die vorliegende Erfindung, welche die Oberschwingungen eliminiert oder zumindest wesentlich reduziert, macht die Verwendung zusätzlicher energieabsorbierender Körper neben der Zugangstür überflüssig. Statt solcher peripherer Dichtungen, die normalerweise schwarz sind, können jetzt weiße Plastikmaterialien oder solche mit lebhaften Farben verwendet werden, welche dem Ofen ein ansprechenderes Äußeres verleihen und außerdem leicht zu reinigen sind. Die bisher verwendeten, kohlenstoffhaltigen Üichtungsmaterialien sind teuer und können jetzt leicht durch andere Materialien ersetzt werden, die lediglich ein Zehntel so teuer sind. Die zusätzlichen Kosten des Tiefpaßwellenieiters, der zur Unterdrückung der ungewünschten Schwingungszustände und der Oberschwingungen dient, verursachen nur minimale Kosten, so daß insgesamt 50% oder mehr der Kosten für das bisher verwendete Dichtungsmaterial eingespart werden können.

Das offenbarte, wirksame Tiefpaßfilter für rechteckige Wellenleiter eignet sich insbesondere zur Verwendung in Mikrowellenvorrichtungen mit einer schmalbandigen Betriebsfrequenz. Es besitzt eine wellenartige Gestalt und die abwechselnd aufeinanderfolgenden Rippen, welche die dazwischenliegenden Räume begrenzen, sowie die eingeschnürten Bereiche können in jedem Abschnitt gleichförmig oder ungleichförmig angeordnet sein. Praktisch können auch mehrere ungleiche Filterabschnitte mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen vorgesehen sein. Es sei betont, daß die Mikrowellenofen nur ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des beschriebenen und beanspruchten Filters darstellen.

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Claims (16)

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   Patentansprüche

   1/ Mikrowel1engerät mit einer Kammer mit leitenden Wänden, mit einem Generator, der Mikrowellen mit mindestens einer vorbestimmten Betriebsfrequenz liefert, und mit einer Einrichtung zur Übertragung der elektromagnetischen Energie in die Kammer, gekennzeichnet durch ein in der Übertragungseinrichtung (42) angeordnetes Tiefpaßfilter (58),welches für Oberschwingungen der Betriebsfrequenz undurchlässig ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (58) einen Körper (76) aufweist, von dem Rippen (80, 82) abstehen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (80, 62) in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (80, 82) in unterschiedlichen Abständen angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung naoh einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (80, 82) symmetrisch zu einer Referenzebene von dem Körper (76) abstehen.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung ein rechteckiger Wellenleiter (42) mit breiten und mit schmalen Begrenzungswänden (64, 62) ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn-

   mit ihrer.größten Abmessung zeichnet, daß die Rippen (80, 82)/senkrecht zur Ausbreitungs-

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   richtung der Energie im Wellenleiter (42) angeordnet sind.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (80, 82) parallel zu den breiten Begrenzung Stränden (64) und in einem Abstand von diesen so angeordnet sind, daß sie mit diesen einen Ausbreitungsweg bilden.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (76) an den schmalen Begrenzungswänden (62) befestigt ist.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (76) des Filters (58) aus leitendem Material besteht.
11. 11. Vorrichtung naoh einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Körpers (76) im Übertragungsweg der Energie Einrichtungen (98) zur Anpassung der elektrischen Impedanz des Filters (58) an die des Wellenleiters (42) vorgesehen sind.
12. 12. Vorrichtung naoh einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden der Rippen (80, 82) im gleichen Abstand zu den gegenüberliegenden breiten Begrenzungswänden (64) angeordnet sind, so daß parallele Energieübertragungswege (66, 68) mit etwa identischen Transmissionseigenschaften gebildet werden.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionen der breiten und der schmalen Begrenzungβwände (64, 62) entsprechend der gewünschten Grenzfrequenz des Wellenleiters (42) bestimmt sind und daß das Filter (58) mehrere Abschnitte aufweist, welche Leerlauf- und Kurzsohlußleitwerte derart bestimmen, daß die Energie in einem ausgewählten Frequenzband oberhalb der Grenzfrequenz nicht hindurohgelassen wird.

    • 16-

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14. 14. Vorrichtung naoh einem der Anaprüohe 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (76) aus Leichtnetall besteht.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüohe 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwellenlange des Wellenleiters (42) etwa der doppelten Ausdehnung seiner breiten Begrenzungswand (64) entspricht und die Mittenfrequenz der Ausbreitungsenergie etwa bei 2450 MHz liegt.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüohe 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (58) eine Grenzfrequenz bei etwa 2800 bis 3200 MHz hat und daß sein Sperrband die Obersohwingungen der Betriebsfrequenz umfaßt.

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