DE3734958A1 - Keramik-abdeckscheibe mit einer optimierten geometrie fuer mikrowellenherde - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausführung einer Keramik-Abdeckscheibe in ei­ nem Mikrowellenherd, wobei die mit einer optimierten Geometrie ausgestattete Ke­ ramik-Abdeckscheibe die Einkopplungsöffnung in der Garraumdecke des Mikrowellen­ herdes, die zur Energieübertragung von einem Rechteck-Hohlleiter zum Garraum ei­ nes Mikrowellenherdes notwendig ist, abdeckt und gleichzeitig zur Halterung einer Drehantenne geeignet ist, mit Hilfe derer eine Vergleichmäßigung der Energiever­ teilung im Garraum des Mikrowellenherdes herbeigeführt wird.

Eine Schmutzfangplatte schützt die Keramik-Abdeckplatte und die Drehantenne vor Verschmutzungen vom Garraum her.

Mikrowellenherde mit keramischen Abdeckplatten sind durch die deutschen Ge­ brauchsmuster 81 18 149.3 und 84 25 450.5 bereits bekanntgeworden. Der speziellen Ausführung der keramischen Abdeckplatten wird jedoch keine weitere Beachtung ge­ schenkt, vielmehr geht es um die Problematik, mit Hilfe einer Schmutzfangplatte Kurzschlüsse im Bereich der Abdeckplatte zu verhindern, die durch die Ablagerung ölhaltiger Brat- und Garrückstände auf der Abdeckplatte und der Drehantenne her­ vorgerufen werden.

Mit der Verbesserung der Energieverteilung im Garraum der Mikrowellenherde geht auch ein erhöhter Wirkungsgrad von Mikrowellenheizung einher. Mit der heute übli­ chen Kombinations-Betriebsweise von Mikrowelle und Grill und den gewachsenen zu­ gehörigen Leistungsstufen kommt es im Worst-Case-Betrieb zwischen der Drehanten­ ne und den umliegenden Metallflächen zu Durchschlägen.

Die zwischen der Antenne und den umliegenden metallischen Flächen induzierte Spannung verändert sich räumlich während der Drehung des Antennenarms. Sowohl eine ungünstige Formgebung der beteiligten Oberflächen als auch eine schlechte Po­ sitionierung und Gestaltung der Keramikscheibe kann eine stark inhomogene Feld­ verteilung erzeugen, womit Feldstärke-Überhöhungen verbunden sind. Somit wird während der Erwärmungsphase die Durchschlagsfeldstärke partiell erreicht und eine Gasentladung gezündet. Dadurch wird die Keramik-Abdeckscheibe zerstört, zumindest geschädigt und eine normale Betriebsweise des Mikrowellenherdes ist nicht mehr ge­ geben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Keramik-Abdeckscheibe so aus­ zubilden, daß eine möglichst homogene Feldverteilung entsteht und eine Verlängerung des Luftdurchschlagweges erreicht wird, so daß bei Worst-Case-Betrieb die Durch­ schlagsspannung nicht erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Keramik-Abdeckscheibe einen Ringscheibenaufbau mit oberen und unteren Ringwänden und Ringkammern besitzt, die um einen Antennen-Durchfüh­ rungszylinder in Form konzentrischer Ringe angeordnet sind und daß die Keramik-Ab­ deckscheibe einen Außenringkörper besitzt, der die Anordnung der Keramik-Abdeck­ scheibe an der Garraumdecke ermöglicht.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es gelungen, die Feldstärke im kritischen Durchführungsbereich abzubauen und auch für den Worst-Case-Betrieb Durch­ schlags-Feldstärken zu unterbinden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Anhand der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung in Gegenüber­ stellung zum Stand der Technik beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Keramik-Abdeckscheibe im Schnitt,

Fig. 1b eine Draufsicht der Anordnung unter Fig. 1a,

Fig. 2a eine andere weiterentwickelte, erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Keramik-Abdeckplatte im Schnitt,

Fig. 2b eine Draufsicht der Anordnung unter Fig. 2a,

Fig. 3a eine schematische Ansicht eines Mikrowellenherdes, wie er Stand der Technik ist,

Fig. 3b eine Schnittfigur nach A-B der Fig. 3a,

Fig. 3c Äquipotentiallinien (Niveaulinien des elektrischen Potentials) der Schnittfigur 3b,

Fig. 4a eine nach den Fig. 2a, b zwischen Hohlleiter und Garraum an der Garraumdecke angeordnete Keramik-Abdeckscheibe mit Drehantenne und Schmutzfangplatte im Schnitt,

Fig. 4b ein D-Feld für die Schnittfigur 4 a,

Fig. 4c ein ϕ-Feld für die Schnittfigur 4 a.

Aus Fig. 1a ist erkennbar, daß um einen Antennen-Durchführungzylinder 1 in Form von konzentrischen Ringen eine obere Innenringwand 2, eine obere Ringkammer 3, eine obere Außenringwand 4, ein Außenringkörper 5, eine untere Außenringwand 6, eine untere Ringkammer 7 und eine untere Innenringwand 8 angeordnet ist. Als sta­ bilisierendes Element und zum Grundaufbau notwendig ist der Ringkörper 9 vorhan­ den.

Der Antennen-Durchführungszylinder 1 besteht aus zwei Teilen, wobei der obere Teil den größeren Radius aufweist. An der Nahtstelle, wo sich der untere Zylinder ver­ jüngt, wird ein dielektrischer Lagerring eingebracht, der auch ein Lagerzylinder sein kann bis zur Länge der oberen Innenringwand 2. Elektrostatisch betrachtet wäre eine Absenkung der Feldstärke im Luftspalt wünschenswert, was z.B. durch einen Lagerzylinder mit ε rel < 9, wegen = ε o×ε rel×, geschehen kann. Desweiteren sind die oberen und unteren Innen- und Außenringwände geeignet, den Luftdurchschlags­ weg zu verlängern und damit gegenüber dem Stand der Technik Durchschlagsfeld­ stärken zu vermeiden.

Eine Weiterentwicklung der Anordnung nach Fig. 1a ist in Fig. 2a dargestellt. Um den Antennen-Durchführungszylinder 10 sind ebenfalls in Form konzentrischer Ringe die obere Innenringwand 11, die obere Ringkammer 12, die obere Außenringwand 13, der Außenringkörper 14, die untere Außenringwand 15, die untere Ringkammer 16 und die untere Innenringwand 17 angeordnet. Der Ringkörper 18 ist für den Grund­ aufbau notwenig und stellt ein stabilisierendes Konstruktionselement dar. Der kon­ struktive Aufbau der Weiterentwicklung der Anordnung nach Fig. 2a unterliegt fol­ genden Gesichtspunkten:

• - Elektrostatische Feldberechungen
• - Betrachtungen aus der Gasdurchschlagstheorie
• - Folgen der hohen Betriebsfrequenz.

Das Zusammenwirken der genannten Betrachtungsweisen bezüglich der Durchschlags­ spannung ergibt eine kritische Abschätzung für die Keramik-Abdeckscheibe im Worst-Case-Betrieb.

Ergebnis der kritischen Abschätzungen, unter der Voraussetzung, daß die obere Be­ triebstemperatur zwischen 300-400°C liegt, ist eine wahrscheinliche Durch­ schlagsspannung von 4,3-6 kV. Die Geometrie der Keramik-Abdeckscheibe nach Fig. 2a, b hielt den Belastungen des Worst-Case-Betriebes, die durch den Betrieb des Mikrowellenherdes mit maximaler Leistung für Mikrowelle und Grill bei leerem Garraum gegeben sind, für die Testzeitvorgabe von 30 Minuten stand.

Die Geometrie der Keramik-Abdeckscheibe von Fig. 2a, b, gestaltet nach den oben­ genannten drei Hauptkriterien, wird in der Folge durch die Beschreibung der Fig. 3a, b, c und 4a, b, c weiterhin erörtert.

Die Fig. 3a, b zeigen in schematischer Ansicht den Stand der Technik für Mi­ krowellenöfen mit Grill und Drehantennenanlage. Nach Fig. 3a wird durch das Mag­ netron 31 die Mikrowellenleistung in den Rechteck-Hohlleiter 32 abgestrahlt. Über ein Antriebsrad 33 wird ein Antennenschaft 34, der mit einem Antennenrohr 35 ver­ bunden ist, angetrieben. Das Antennenrohr 35 ist im Antennen-Durchführungszy­ linder der Keramik-Abdeckscheibe 36 gelagert. Ein Haltering 37, der zur Aufnahme der Keramik-Abdeckscheibe 36 und einer Schmutzfangplatte 38 geeignet ist, wobei die Schmutzfangplatte 38 den Antennenarm 39 vor Einwirkungen vom Garraum 40 her schützt, ist an der Garraumdecke 41 befestigt. Die Heizstäbe 42 des Grills sind angedeutet. Die dem Stand der Technik entsprechende Keramik-Abdeckscheibe 36 wird in Fig. 3c mit ihrem Umfeld, bestehend aus Rechteck-Hollheiter 32, Antenn­ tenrohr 35, Schmutzfangplatte 38 und Antennenarm 39 mit dem zugehörigen Poten­ tialfeld im Schnitt dargestellt. Besonders dichte Äquipotentiallinienabschnitte sind gleichbedeutend mit Gebieten hoher Feldstärken, Inhomogenitäten des Potentialfeldes sind Quellen von Feldstärkenänderungen.

Wegen =-grad d ergeben sich sehr starke Feldstärkenkonzentrationen in der Nä­ he des Antennen-Durchführungszylinders. Die Keramik-Abdeckscheibe 36 ist daher den Worst-Case-Bedingungen nicht gewachsen. Für eine Variante der Keramik-Ab­ deckscheibe nach Fig. 2a, b werden in den Fig. 4a, b, c eine Schnittfigur mit Umfeld sowie die zugehörigen Schnittbilder eines Potentialfeldes und eines D-Feldes dargestellt.

Fig. 4a zeigt den Rechteck-Hohlleiter 51 mit dem Antennenschaft 52, der in der Keramik-Abdeckscheibe 43 gelagert ist. An der Garraumdecke 44 befestigt ist ein Haltering, zu dem die Keramik-Abdeckscheibe 43 und die sie vor Verschmutzung vom Garraum 45 her schützende Schmutzfangplatte 46 gelagert sind. Der Antennen­ arm 47 ist am Antennenschaft 42 festgeschraubt. Die Keramik-Abdeckscheibe 43 stellt eine Variante der Keramik-Abdeckscheibe nach Fig. 2a dar und erfüllt die Worst-Case-Bedingungen sehr gut. Die oberen und unteren Innen- und Außenringwän­ de sowie die obere und untere Ringkammer entsprechen den Anordnungen nach Fig. 2a, nur daß die Keramik-Abdeckscheibe 43 exakt gegenüberliegende Außenringwände besitzt. Daß diese Anordnung vorteilhaf te Auswirkungen für die Erhöhung der Durch­ schlagsfestigkeit aufweist, ist den Fig. 4b, c zu entnehmen.

Fig. 4b, die das D-Feld der Schnittfigur 4 a zeigt, und Fig. 4c, die das Potential­ feld ϕ der gleichen Schnittfigur zeigt, sind unter den Bedingungen der Elektrostatik für: f=0, Annahme idealer Leiter und Nichtleiter sowie Raumladungsfreiheit, gül­ tig. Die im Potentialfeld ϕ in Fig. 4c erkennbaren Vergleichmäßigungen der Feld­ liniendichte sind Auswirkungen der neuen Geometrie der Keramik-Abdeckscheibe. Besonders günstig und vorteilhaft wirkt sich die Gestaltung der oberen und unteren Innenringwand in Form eines Dreiecksquerschnittes bezüglich der resultierenden Durchschlagsfestigkeit aus. Aus diesen Gründen erscheint die Lösung bezüglich der Anordnung nach Fig. 2a, b optimal.

Claims (14)

1. Keramik-Abdeckscheibe mit einer optimierten Geometrie für Mikrowellenherde, wobei die Keramik-Abdeckscheibe die Einkoppelungsöffnung in der Garraum - decke, die zur Mikrowellenergie-Übertragung von einem Rechteck-Hohlleiter zum Garraum des Mikrowellenherdes notwendig ist, abdeckt und gleichzeitig zur Halterung einer Drehantenne geeignet ist, mit deren Hilfe eine Vergleichmäßi­ gung der Energieverteilung im Garraum des Mikrowellenherdes herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik-Abdeckscheibe einen Ringscheibenaufbau mit oberen, dem Rechteck-Hohlleiter zugewandten, Ringwänden und Ringkammern und unteren, dem Garraum zugewandten, Ring­ wänden und Ringkammern besitzt, die um einen Antennendurchführungszylinder in Form konzentrischer Ringe angeordnet sind, wobei die Keramik-Abdeck­ scheibe einen Außenringkörper besitzt, durch den sie an der Garraumdecke be­ festigt ist.

2. Keramik-Abdeckscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen oberen Innenringwänden (2, 11) und oberen Außenringwänden (4, 13) obere Ringkammern (3, 12) eingebettet sind.

3. Keramik-Abdeckscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen unteren Innenringwänden (8, 17) und unteren Außenringwänden (6, 15) untere Ringkammern (7, 16) eingebettet sind.

4. Keramik-Abdeckscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anten­ nendurchführungszylinder (1, 10) durch die Innenseiten der oberen Innenring­ wände (2, 11) und der unteren Innenringwände (8, 17) gebildet werden und durch die Innenseitenlängen von den oberen und unteren Innenringwänden (2, 11; 8, 17) in zwei Zylinderabschnitte geteilt sind, wobei der obere Zylinderra­ dius der größere ist und in der entstehenden Auflagefläche am Übergang der beiden Zylinderabschnitte ein dielektrischer Lagerring angeordnet ist.

5. Keramik-Abdeckscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Au­ ßenringkörper (5) mit seiner oberen Ringfläche in der oberen Außenringwand (4) mittig angesetzt ist und seine untere Ringfläche in einer Flucht mit der Bodenfläche für den dielektrischen Lagerring liegt.

6. Keramik-Abdeckscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß der Au­ ßenringkörper (14) mit seiner oberen Ringfläche in einer Flucht mit der am Ringkörper (18) ansetzenden Bodenfläche der oberen Außenringwand (13), der Bodenfläche der oberen Ringkammer (12) und der am Ringkörper (18) anset­ zenden Bodenfläche der oberen Innenringwand (11) liegt.

7. Keramik-Abdeckscheibe nach den Ansprüchen 2, 3 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Innenringwände (2, 8), die Außenringwände (4, 6) und der Außen­ ringkörper (5) beidseitige 45°-Abschrägungen besitzen.

8. Keramik-Abdeckscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obe­ ren Innenringwände (2, 11) gegenüber den oberen Außenringwänden (4, 13) er­ höht sind.

9. Keramik-Abdeckscheibe nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Innenringwand (2), die untere Innenringwand (8), der Ringkörper (9), die obere Außenringwand (4) und die untere Außenringwand (6) einen H- förmigen Querschnitt ergeben.

10. Keramik-Abdeckscheibe nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der oberen Innenringwand (11) der Querschnittsflä­ che der unteren Innenringwand (17) gegenüberliegt und daß die Querschnitte der Innenringwände (11, 17) modifizierte rechtwinklige Dreiecke sind.

11. Keramik-Abdeckscheibe nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Außenringwand (13) zur unteren Außenringwand (15) radial ver­ setzt angeordnet ist.

12. Keramik-Abdeckscheibe nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Ringkammer (3) der unteren Ringkammer (7) gegenüberliegt und daß die Querschnittsflächen der oberen und unteren Ringkammern (3, 7) annähernd gleich sind.

13. Keramik-Abdeckscheibe nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Ringkammer (12) der unteren Ringkammer (16) gegenüberliegt und sich die Querschnittsflächen der oberen und unteren Ringkammern (12, 16) wie 1 : 2 verhalten.

14. Keramik-Abdeckscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ke­ ramik-Abdeckscheibe und die Drehantenne durch eine Schmutzfangplatte (46) vor Verschmutzung vom Garraum her geschützt sind.