DE102014116819A1

DE102014116819A1 - Verfahren und Anordnung zur dielektrischen Erwärmung von Kunststoffrohren

Info

Publication number: DE102014116819A1
Application number: DE102014116819.4A
Authority: DE
Inventors: Roland Gesche; Joachim Scherer
Original assignee: Aurion Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Aurion Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-19

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Anordnung zur dielektrischen Erwärmung von Kunststoffrohren oder anderen rohrförmigen Gebilden beliebigen Querschnitts aus dielektrischem Material beschrieben. Dabei ist mindestens eine Innenelektrode vorgesehen, die sich im Inneren des Kunststoffrohres befindet und mindestens zwei Außenelektroden, die das Kunststoffrohr umgeben. Die Innenelektrode ist in axialer Richtung des Rohres so ausgedehnt, dass eine mindestens teilweise Überdeckung mit mindestens zwei Außenelektroden besteht. An mindestens zwei Außenelektroden wird eine hochfrequente Wechselspannung angelegt. Das System Außenelektrode-Rohr-Innenelektrode-Außenelektrode bildet dabei eine Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren, deren Dielektrikum jeweils durch den Kunststoff der Rohrwand gebildet wird. Es erfolgt eine dielektrische Erwärmung im Bereich der Überlappung zwischen Innen- und Außenelektroden. Diese kann z. B. genutzt werden, um das Rohr für einen Biegevorgang zu erwärmen.

Description

Gebogene Rohre aus diversen Polymeren finden vielfältige Anwendungen im Automobilbau, der Luftfahrtindustrie, der Medizintechnik und in diversen industriellen Bereichen. Diese werden meist aus geraden Rohren durch thermische Verformung hergestellt. Hierzu werden in der Regel Verfahren genutzt, die mit Heißluft oder Heißdampf arbeiten. Diese Verfahren sind im Energieverbrauch sehr ineffizient, erzeugen hohen Ausschuss und erfordern viel Handarbeit.
Aufgabenstellung ist, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, bei der die Erwärmung möglichst energieeffizient und damit auch kostengünstig erfolgt und weiterhin gut automatisierbar ist. Ein Ansatz ist die lokale Erwärmung mit Infrarotstrahlen oder die lokale Erwärmung mit geheizten Biegebacken, wie sie in DE 102 22 256 B4 beschrieben wird. Diese Verfahren haben jedoch starke Einschränkungen der biegbaren Geometrien zur Folge.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Erwärmung dielektrisch im Material selbst durch die Einkopplung von hochfrequenter elektromagnetischer Energie erfolgt. Dadurch ist kein Wärmeübergang erforderlich und die Masse des zu erwärmenden Nicht-Rohrmaterials ist minimal. Ein solches Verfahren ist in DE 696 13 130 T2 beschrieben. Hierbei sind Hochfrequenz-Elektroden zur Einkopplung des elektrischen Feldes außerhalb des zu biegenden Rohres angeordnet. Dies führt jedoch dazu, dass das Rohr ungleichmäßig erwärmt wird und durch den relativ großen Elektrodenabstand hohe Feldstärken erforderlich sind, was die Gefahr von Überschlägen erhöht und die Effizienz mindert.
Eine günstigere Anordnung zur dielektrischen Erwärmung eines Rohres ist eine koaxiale Struktur, bei der sich eine Innenelektrode 1 im Inneren des Rohres 2 und eine Außenelektrode 3 außerhalb des Rohres befindet (1). Solche Anordnungen sind in DE 2010 037 334 A1 und EP 2 399 717 A2 beschrieben.
Hier besteht jedoch das Problem, den Innenleiter auf einem für die Hochfrequenzeigenschaften wichtigen kurzen Weg anzuschließen (2). In der einen axialen Richtung des Rohres befindet sich das restliche Rohr und damit maximal nahezu die gesamte Rohrlänge, auf der anderen Seite der Elektrode befindet ich in axialer Richtung die Biegestelle 4, an der keine Kontaktierung des Innenleiters möglich ist. Die Zuführung vom Hochfrequenzgenerator 6 zur Innenelektrode 1 muss demnach über eine lange Halterung 5 erfolgen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst, indem zwei Außenelektroden 7, 8 vorgesehen werden und die Innenelektrode 1 so gestaltet wird, dass eine Überdeckung mit beiden Außenelektroden vorhanden ist (3). Der Halter der Innenelektrode 9 hat jetzt nur noch eine mechanische Funktion und kann aus isolierenden Materialien gefertigt werden. Die Verbindungen zwischen den Außenelektroden 7, 8 und dem Hochfrequenzgenerator 6 können vorteilhaft kurz ausgeführt werden.
Der Hochfrequenzgenerator kann asymmetrisch aufgebaut sein, dann ist eine der beiden Außenelektroden 7, 8 geerdet. Er kann auch vorteilhaft symmetrisch und/oder potentialfrei aufgebaut sein. Eine Impedanzanpassung zur Realisierung der notwendigen hohen Feldstärken ist in 6 integriert.
Zur Verbindung zwischen dem Hochfrequenzgenerator 6 und den Außenelektroden 7 und 8 können bei symmetrischem Betrieb symmetrische Leitungen, z. B. Paralleldrahtleitungen (sogenannte Hühnerleitern), Verwendung finden.
Der Verfahrensablauf stellt sich wie folgt dar: Gemäß 3 wird das zu bearbeitende Rohr 2 von links bis über die Elektroden 1, 7, 8 geschoben. Es wird Hochfrequenz aus dem Generator 6 mit der integrierten Impedanzanpassung eingespeist, das Rohr erwärmt sich im Elektrodenbereich. Das Rohr wird weiter geschoben, bis sich die erwärmte Stelle in der Biegevorrichtung 4 befindet. Dort wird der erwärmte Bereich des Rohres gebogen und anschließend abgekühlt. Anschließend kann das Rohr weiter vorgeschoben und eine weitere Biegestelle im Bereich der Elektroden positioniert werden.
Wenn verschiedene Geometrien (Radien, Winkel) entlang eines Rohres gebogen werden sollen, kann es erforderlich sein, unterschiedlich lange Bereiche eines Rohres in der erfindungsgemäßen Apparatur zu erwärmen. Hierzu kann mindestens eine Außenelektrode beweglich angeordnet werden, um den Erwärmungsbereich zu verändern oder auch die Elektroden während der Erwärmung zu bewegen.
Weiterhin können erfindungsgemäß mehrere Außenelektroden 10, 11, 12, 13 (4) vorgesehen werden, die aus einem Generator 14 mit entsprechend vielen Ausgängen gespeist werden. Die Ausgänge können in Phase und Amplitude einstellbar gestaltet werden, damit kann die Länge des Erwärmungsbereiches und die Energieverteilung über diesen Bereich eingestellt werden. Weiterhin kann bei dieser Anordnung auch der Innenleiter 1 elektrisch in mehrere Segmente geteilt werden, wodurch sich weitere Optimierungsmöglichkeiten ergeben.
Der Halter der Innenelektrode 9 kann erfindungsgemäß auch verkürzt und mit einer magnetischen Fixierung 15, 16 (5) versehen werden. Dieses System kann vor Beginn der Behandlung von der Biegestellen-Seite her eingeführt werden. Damit kann das Rohr beliebig lang sein und z. B. von einer Trommel abgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10222256 B4 [0002]
DE 69613130 T2 [0003]
DE 2010037334 A1 [0004]
EP 2399717 A2 [0004]

Claims

Verfahren und Anordnung zur Erwärmung linear ausgedehnter dielektrischer Hohlkörper mittels Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Innenelektrode im Inneren des Hohlkörpers und mindestens zwei Außenelektroden außerhalb des Hohlkörpers vorgesehen werden, wobei eine Überlappung zwischen Innenelektrode und mindestens zwei Außenelektroden besteht, und mindestens zwei Außenelektroden mit einer Hochfrequenzversorgung verbunden sind.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenelektrode und zwei Außenelektroden verwendet werden.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Außenelektroden eine symmetrische Hochfrequenzversorgung angelegt wird.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Außenelektroden vorgesehen werden, die mit Hochfrequenz beaufschlagt werden, wobei die Amplituden und Phasenlagen einstellbar sind.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und das Verfahren zum Biegen von Kunststoffrohren verwendet wird.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode(n) durch eine magnetische Halterung im Rohr fixiert werden und dadurch während des Rohrvorschubes ihre Position relativ zu den Außenelektroden beibehalten.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsfrequenz zwischen 10 kHz und 10 GHz liegt.