Anordnung zur Behandlung von Stoffen im hochfrequenten Wechselfeld. Bei Anordnungen zur Behandlung von Stoffen und Werkstücken für industrielle Zwecke besteht vielfach die Aufgabe, irgend einen Stoff oder ein Gut auf eine bestimmte Temperatur aufzuheizen. Als Beispiel sei die Behandlung von Metallen im elektromagne tischen Feld, z. B. das Oberflächenhärten von Stahl oder die Behandlung von Stoffen im hochfrequenten Kondensatorfeld, z. B. Trock nen oder Verleimen von Holz, genannt. Die Ilessung der Temperatur während der Be handlungszeit macht im allgemeinen grosse Schwierigkeiten. Man hat daher versucht, die Temperatur durch Zufuhr vorbestimmter Energiemengen zu erreichen.
Die Hochfre- quenzleistung musste zu dem Zwecke durch entsprechende Regeleinrichtungen auf einem bestimmten Wert, konstant gehalten werden, um dadurch bei vorgegebener Behandlungszeit die dem Behandlungsgut zugeführte Gesamt energie und damit dessen Endtemperatur fest zulegen. . Ein anderes Mittel zur Erreichung einer bestimmten Temperatur besteht in der Verwendung eines Energiezählers, der nach der Zufuhr einer bestimmten Energiemenge den Hochfrequenzgenerator abschaltet. Vor aussetzung der genannten Steuerungsverfah ren ist. -unbedingte Gleichmässigkeit des Aus gangszustandes der zu behandelnden Objekte. Diese Gleichmässigkeit bezieht sich z.
B. auf Grösse, Gewicht, Form, spezifische Wärme, Anfangstemperatur, spezifischen Widerstand, Permeabilität bzw. bei Holz statt dessen Feuchtigkeit, Dielektrizitätskonstante und di- elektrische Verluste. Fast alle diese Grössen ändern sich jedoch mit der Temperatur. Auf jeden Fall ist es schwierig, durch Zufuhr einer bestimmten Energiemenge eine genau defi nierte Temperatur zu erreichen. Besonders gross sind die Schwierigkeiten bei Holz wegen des verhältnismässig unsicheren Feuchtigkeits gehaltes.
Gegenstand der Erfindung ist eine An ordnung zur Behandlung von Stoffen im hoch- frequenten Wechselfeld, bei der die geschil derten Nachteile und Schwierigkeiten beseitigt sind. Gemäss der Erfindung erfolgt die Unter brechung der Behandlung selbsttätig in Ab hängigkeit einer mit der Temperatur des be handelten Stoffes veränderlichen elektrischen Grösse des Hochfrequenzgenerators. Die Er findung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Hochfrequenzgenerator während des Behand lungsvorganges verschiedene Belastungszu stände durchläuft.
Bei der Oberflächenerwär mung von Stahl zum Zwecke der Härtung steigt beispielsweise die Belastung des Hoch- frequenzgenerators im Anfang langsam an, um dann gegen Schluss der Behandlungszeit sehr schnell abzufallen. Diese Leistungsab nahme liegt im Bereich der Überschreitung des Curie-Punktes des behandelten Werkstof fes. Bei der Holzverleimung steigt die Be lastung zunächst langsam und gegen Ende der Behandlungszeit sehr schnell an.
Diese Be lastungsänderungen und die mit ihnen ver bundenen Änderungen anderer Zustandsgrö ssen des die Hoehfrequenzenergie liefernden Hochfrequenzgenerators werden erfindungs gemäss dazu benützt, um den Hochfrequenz generator in einem mit Bezug auf die er reichte Temperatur erwünschten Zeitpunkt abzuschalten und dadurch die Behandlungs zeit zu beenden. Bei Hochfrequenz-Röhren- generatoren wird mit besonderem Vorteil die Änderung des Gitterstromes bzw. der Gitter vorspannung benützt, nun den Generator ab zuschalten.
Vielfach kann es zweckmässig sein, den Generator bei Erreichung des vorbe stimmten Wertes einer seiner Kenngrössen nicht unmittelbar, sondern mit einer bestimm ten Zeitverzögerung abzuschalten. Bei der Oberflächenerwärmung von Stahl liegt bei spielsweise der Punkt der Leistungskennlinie, bei der die Leistung abfällt, bzw. der Punkt der Gitterstromkennlinie, bei der dieser Strom anzusteigen beginnt, nicht genau in dem Zeit punkt, in dem die erwünschte Temperatur er reicht wird. Dieser Zeitpunkt liegt vielmehr etwas später, und es wird daher in diesem Fall eine Zeitverzögerung zweckdienlich sein.
In Fig.1 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltung eines selbsterregten, einstufigen Hochfrequenzgenerators darge stellt. Der Generator wird mit Hilfe eines Re lais RH abgeschaltet, dessen Ruhekontakt mit dem Gitterwiderstand Rg in Reihe geschaltet ist. In dem Stromkreis des Relais RH liegt noch ein Schalter S, der dazu verwendet wird, um den Generator neu in Betrieb zu setzen. Das Relais RII ist ein übliches Gleichspan nungsrelais, welches anspricht, sobald die Spannung am Gitterwiderstand Rg einen be stimmten Grenzwert überschreitet.
Durch den Ruhekontakt des Relais wird der Gitterstrom kreis unterbrochen bzw. liegt nach dem An sprechen des Relais im Gitterkreis der Wider stand dieses Relais, der wesentlich grösser ist als der vorher eingeschaltete Gitterwiderstand Rg. Da das Relais<I>RH</I> nach der Abschaltung an der vollen Gitterspannung liegt, hält es sich selbst, und sein Arbeitskontakt bleibt so lange geöffnet, bis durch den Schalter S der Relaisstromkreis unterbrochen wird.
In Fig.2 ist eine weitere Ausführungs form der Erfindung dargestellt. In diesem Fall liegt ein Spannungsrelais RHl an den Klemmen des Gitterwiderstandes Rg. Da. bei der Gitterunterbrechung der Spannungsabfall des Gitterwiderstandes Null wird, ist eine un mittelbare Betätigung des Gitterschalters Gs durch das Spannungsrelais nicht möglich. Aus diesem Grunde ist ein Hilfsrelais RH2 vorge sehen, das den Erregerkreis des Gittersehalters Gs beim Ansprechen des Relais RHl schliesst und dadurch gleichzeitig einen Selbsthalte stromkreis einschaltet..
Je nach den beson deren Betriebsumständen können die Relais mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung arbeiten, damit die lIochfrequenzbehandlun-- etwas später beendet. wird, als der Gitterstrom anzuwachsen beginnt.
Einen vielfach nicht. zui vernachlässigenden Einfluss auf die erreichte Behandlungstem peratur hat die Netzspannung und damit die über einen Gleichrichter der Generatorröhre zugeführte Gleichspannung. Bei sehr starken Belastungsänderungen am Ende des Beliand- Iungsvorganges, die insbesondere beim Ober flächenhärten von Stahl beobachtet werden, tritt die Gitterstromänderung bzw. die Ände rung der C;
ittervorspannung so plötzlich ein und ist so gross, dass die Abschaltung bei Netz- spannungssehwankungen von 5 % etwa bei dem gleichen Endzustand des zu behandelnden Werkstückes erfolgt. Die Unterschiede der Temperaturen am Ende des Behandhingsvor- gangesunter der Voraussetzung einer Abschal tung bei dem gleichen Gitter stromwert sind für verschiedene Nennspannungen verhältnis mässig gering.
Bei andern Behandlungsvor gängen kann es jedoch vorkommen, dass die den Abschaltvorgang einleitende Belastungs änderung des Hochfrequenzgenerators so ge ring ist, dass die entsprechende Gitterstrom- änderung durch Schwankungen der Netzspan nung wesentlich beeinflusst wird. In diesem Fall ist es zweckmässig, besondere Hilfsmittel anzuwenden, die den Einfluss der Netzspan nungsschwankungen kompensieren. Eine vor teilhafte Kompensationsschaltung ist in Fig. 3 dargestellt.
An der Spannung des Gitter widerstandes Rg eines Hoehfrequen7genera- tors liegt die Spule 1 eines Relais, das eine zweite Spule 2 besitzt die über einen Wider stand 4 an die gleichgerichtete Netzspannung angeschlossen ist. Die beiden Spulen 1 und 2 wirken gegeneinander. Bei erhöhter Netzspan nung wird daher der Hochfrequenzgenerator erst dann abgeschaltet, wenn der Gitterstrom bzw. die Gittervorspannung um ein bestimm tes Mass den vorher festgelegten Grenzwert überschritten hat.
Zu der Spule 2 kann noch ein spannungsabhängiger Widerstand, bei spielsweise eine Glühlampe 3, parallel geschal tet werden, wenn andere Formen der Abhän gigkeit von der Netzspannung erwünscht sind. An Stelle des Parallelwiderstandes 3 kann auch eine gesättigte Drosselspule angewendet werden, um bestimmte Abhängigkeiten zwi schen der Netzspannung und der von dieser abzuleitenden Kompensation zu erreichen.
Arrangement for the treatment of substances in a high-frequency alternating field. In arrangements for the treatment of substances and workpieces for industrial purposes there is often the task of heating any substance or good to a certain temperature. As an example, consider the treatment of metals in the electromagnetic field such. B. the surface hardening of steel or the treatment of substances in the high-frequency capacitor field, z. B. Dry or gluing wood, called. The Iessung the temperature during the treatment Be generally makes great difficulties. Attempts have therefore been made to reach the temperature by supplying predetermined amounts of energy.
For this purpose, the high-frequency power had to be kept constant at a certain value by means of appropriate control devices in order to thereby establish the total energy supplied to the material to be treated and thus its final temperature for a given treatment time. . Another means of reaching a certain temperature is to use an energy meter which switches off the high-frequency generator after a certain amount of energy has been supplied. The prerequisite for the aforementioned control procedures is. - unconditional uniformity of the initial state of the objects to be treated. This evenness relates e.g.
B. on size, weight, shape, specific heat, initial temperature, specific resistance, permeability or, in the case of wood, moisture, dielectric constant and dielectric losses. However, almost all of these quantities change with temperature. In any case, it is difficult to achieve a precisely defined temperature by supplying a certain amount of energy. The difficulties with wood are particularly great because of the relatively uncertain moisture content.
The invention relates to an arrangement for the treatment of substances in the high-frequency alternating field, in which the disadvantages and difficulties described are eliminated. According to the invention, the interruption of the treatment takes place automatically as a function of an electrical variable of the high-frequency generator that changes with the temperature of the substance being treated. The invention is based on the knowledge that a high-frequency generator runs through various loading conditions during the treatment process.
When surface heating of steel for the purpose of hardening, for example, the load on the high-frequency generator increases slowly at the beginning and then drops very quickly towards the end of the treatment time. This decrease in performance is in the area where the Curie point of the treated material is exceeded. When gluing wood, the load increases slowly at first and very quickly towards the end of the treatment time.
These load changes and the associated changes in other state variables of the high-frequency energy supplying high-frequency generator are used according to the invention to switch off the high-frequency generator at a desired time with respect to the temperature reached and thereby end the treatment time. In the case of high-frequency tube generators, the change in the grid current or the grid bias voltage is used with particular advantage to switch the generator off.
In many cases it can be useful not to switch off the generator immediately when the predetermined value of one of its parameters is reached, but rather with a certain time delay. In the case of surface heating of steel, for example, the point on the power curve at which the power drops, or the point on the grid current curve at which this current begins to rise, is not exactly at the point in time at which the desired temperature is reached. Rather, this point in time is somewhat later, and a time delay will therefore be expedient in this case.
In Figure 1, as an embodiment of the invention, the circuit of a self-excited, single-stage high frequency generator provides Darge. The generator is switched off with the help of a relay RH, the break contact of which is connected in series with the grid resistor Rg. In the circuit of the relay RH there is also a switch S which is used to restart the generator. The relay RII is a common DC voltage relay, which responds as soon as the voltage across the grid resistor Rg exceeds a certain limit value.
By the normally closed contact of the relay, the grid circuit is interrupted or is after the relay to speak in the grid circle of the resistance of this relay, which is much greater than the previously switched on grid resistance Rg. Since the relay <I> RH </I> after the shutdown is due to the full grid voltage, it holds itself, and its normally open contact remains open until the relay circuit is interrupted by switch S.
In Figure 2, a further embodiment of the invention is shown. In this case a voltage relay RHl is connected to the terminals of the grid resistor Rg. Da. When the grid is interrupted, the voltage drop in the grid resistance becomes zero, direct actuation of the grid switch Gs by the voltage relay is not possible. For this reason, an auxiliary relay RH2 is provided, which closes the excitation circuit of the grid holder Gs when the relay RH1 responds and thereby simultaneously switches on a self-holding circuit.
Depending on the particular operating conditions, the relays can work with a predetermined time delay so that the high-frequency treatment ends a little later. as the grid current begins to grow.
Often not. The mains voltage and thus the direct voltage fed to the generator tube via a rectifier have a negligible influence on the treatment temperature reached. With very strong changes in load at the end of the Beliand- Iungsvorganges, which are observed in particular when surface hardening of steel, the grid current change or the C change occurs;
The preload occurs so suddenly and is so great that it is switched off in the event of mains voltage fluctuations of 5% when the workpiece to be treated is in the same final state. The differences in temperatures at the end of the treatment process, assuming a shutdown at the same grid current value, are relatively small for different nominal voltages.
In other treatment processes, however, it may happen that the change in load on the high-frequency generator that initiates the shutdown process is so small that the corresponding change in grid current is significantly influenced by fluctuations in the mains voltage. In this case, it is advisable to use special aids that compensate for the influence of the mains voltage fluctuations. A partial compensation circuit is shown in FIG.
The coil 1 of a relay is connected to the voltage of the grid resistor Rg of a high frequency generator, which has a second coil 2 which is connected to the rectified mains voltage via a resistor 4. The two coils 1 and 2 act against each other. In the case of increased mains voltage, the high-frequency generator is therefore only switched off when the grid current or the grid bias voltage has exceeded the predetermined limit by a certain amount.
A voltage-dependent resistor, for example an incandescent lamp 3, can be connected in parallel to the coil 2 if other forms of dependency on the mains voltage are desired. Instead of the parallel resistor 3, a saturated choke coil can also be used in order to achieve certain dependencies between the mains voltage's rule and the compensation to be derived from this.