DE102018115827A1

DE102018115827A1 - Device for networking with controlled microwaves

Info

Publication number: DE102018115827A1
Application number: DE102018115827.0A
Authority: DE
Inventors: Jens Möckel
Original assignee: Gerlach Maschb GmbH; Gerlach Maschinenbau GmbH
Current assignee: Gerlach Maschb GmbH; Gerlach Maschinenbau GmbH
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-01-02
Also published as: WO2020002497A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vernetzen von einem oder mehreren in einem Produkt enthaltenen polaren Werkstoffen, insbesondere von Kautschuk, wobei das Produkt insbesondere die Form eines endlosen Strangprofils hat, mit einer durch mindestens eine Wandung gebildeten Kavität, und mit mindestens einer Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen zum Erwärmen des Werkstoffs, wobei die Mikrowellen in der Kavität ein Strahlungsfeld ausbilden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Um das Aufwärmen des oder der polaren Werkstoffe des Produkts zu verbessern, wird vorgeschlagen, die Vorrichtung mit Mitteln zu versehen, die dazu ausgebildet sind, das für die Erwärmung in der Kavität verwendete Strahlungsfeld gezielt für eine optimierte Absorption der Strahlungsenergie zu verändern. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Vernetzen einem oder mehreren in einem Produkt enthaltenen polaren Werkstoffen, insbesondere mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention relates to a device for crosslinking one or more polar materials contained in a product, in particular rubber, the product in particular having the shape of an endless extruded profile, with a cavity formed by at least one wall, and with at least one device for generating Microwaves for heating the material, the microwaves forming a radiation field in the cavity. The invention is based on the object. In order to improve the warming-up of the polar material (s) of the product, it is proposed to provide the device with means that are designed to target the radiation field used for heating in the cavity for an optimized absorption of the radiation energy to change. The invention also relates to a method for crosslinking one or more polar materials contained in a product, in particular with the device according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vernetzen von einem oder mehreren in einem Produkt enthaltenen polaren Werkstoffen, insbesondere von Kautschuk, wobei das Produkt insbesondere die Form eines endlosen Strangprofils hat, mit einer durch mindestens eine Wandung gebildeten Kavität, und mit mindestens einer Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen zum Erwärmen des Werkstoffs, wobei die Mikrowellen in der Kavität ein Strahlungsfeld ausbilden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Vernetzen von einem oder mehreren in einem Produkt enthaltenen polaren Werkstoffen, insbesondere von Kautschuk, wobei das Produkt insbesondere die Form eines endlosen Strangprofils hat.The present invention relates to a device for crosslinking one or more polar materials, in particular rubber, contained in a product, the product in particular having the shape of an endless extruded profile, with a cavity formed by at least one wall, and with at least one device for producing of microwaves for heating the material, the microwaves forming a radiation field in the cavity. The invention also relates to a method for crosslinking one or more polar materials, in particular rubber, contained in a product, the product in particular having the shape of an endless extruded profile.

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Vorrichtungen zum Vernetzen von Produkten, die aus polaren Werkstoffen bestehen oder solche enthalten. Zum Vulkanisieren von endlos extrudierten Kautschukprofilen kommen beispielsweise Anlagen zum Einsatz, in denen das Kautschukprofil durch eine Kavität hindurchgeführt und darin erwärmt wird. Zum Erwärmen des Kautschukprofils wird beispielsweise Heißluft eingesetzt, die in der Kavität am Kautschukprofil vorbeigeführt wird. Die im Wesentlichen durch Konvektion an das Kautschukprofil übertragene Wärme wird dann von außen in das Innere des Profils geleitet.There are a variety of different devices for cross-linking products that are made of or contain polar materials. For vulcanizing endlessly extruded rubber profiles, systems are used, for example, in which the rubber profile is passed through a cavity and heated therein. Hot air, for example, is used to heat the rubber profile and is guided past the rubber profile in the cavity. The heat, which is essentially transferred to the rubber profile by convection, is then conducted from the outside into the interior of the profile.

Um eine gleichmäßigere Erwärmung von außen und innen zu erreichen, werden unterstützend Mikrowellen verwendet, um das Innere des Kautschukprofils zu erwärmen. Die Mikrowellen regen die dipolaren Moleküle der Kautschukmischung zu Schwingungen an, woraufhin sich die Kautschukmischung erwärmt. Die Mikrowellen werden mit Magnetronen erzeugt und über Hohlwellenleiter zur Kavität übertragen, um dann an beispielsweise schlitzförmigen Kopplungsdurchgängen aus dem Hohlwellenleiter aus- und in die Kavität eingekoppelt zu werden. Zum Einkoppeln der Mikrowelle aus dem Hohlleiter in die Kavität sind sogenannte Schieber vorgesehen, mit denen die Phasenfront der Mikrowelle so angepasst werden kann, dass die Mikrowelle im Wesentlichen verlustfrei in die Kavität einkoppelt.In order to achieve more uniform heating from the outside and inside, microwaves are used to warm the interior of the rubber profile. The microwaves excite the dipolar molecules of the rubber mixture to vibrate, whereupon the rubber mixture heats up. The microwaves are generated with magnetrons and transmitted to the cavity via hollow waveguides, in order then to be coupled out of the hollow waveguide and coupled into the cavity, for example, at slot-shaped coupling passages. To couple the microwave from the waveguide into the cavity, so-called slides are provided, with which the phase front of the microwave can be adapted so that the microwave couples into the cavity essentially without loss.

Die in die Kavität eingekoppelten Mikrowellen bilden ein Strahlungsfeld mit Bereichen höherer Energiedichte und Bereichen niedriger Energiedichte aus, wobei sich insbesondere auch stehenden Wellen mit Intensitätsmaxima und -minima ausbilden. The microwaves coupled into the cavity form a radiation field with areas of higher energy density and areas of low energy density, standing waves with intensity maxima and minima being formed in particular.

Trotzdem ist die Erwärmung der zu vernetzenden Werkstoffe nicht immer zufriedenstellend, da beispielsweise bestimmte Bereiche im Querschnitt eines Kautschukprofils nicht ausreichend erwärmt werden und die Vernetzung in den wenig erwärmten Bereichen nicht ausreichend ist. Man hat bislang versucht, dem dadurch entgegenzuwirken, dass die Temperatur der Heißluft erhöht wird.Nevertheless, the heating of the materials to be crosslinked is not always satisfactory since, for example, certain areas in the cross section of a rubber profile are not adequately heated and the crosslinking in the less heated areas is insufficient. So far, attempts have been made to counteract this by increasing the temperature of the hot air.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie eine bessere Aufwärmung der zu vernetzenden Werkstoffe ermöglicht.An object of the invention is to develop a device of the type mentioned at the outset in such a way that it enables better heating of the materials to be crosslinked.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with a device according to claim 1. Advantageous developments of the device according to the invention are specified in the subclaims which refer back to claim 1.

Darüber hinaus wird diese Aufgabe auch durch ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen des Verfahrens sind in den auf Anspruch 12 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.In addition, this object is also achieved by a method according to claim 12. Advantageous further developments of the method are specified in the subclaims which refer back to claim 12.

Erfindungsgemäß sind bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art Mittel vorgesehen, die dazu ausgebildet sind, das für die Erwärmung in der Kavität verwendete Strahlungsfeld gezielt für eine optimierte Absorption der Strahlungsenergie vom Werkstoff zu verändern. Es wurde überraschend festgestellt, dass sich die Reflexionen von Mikrowellen am Werkstoff verändern und insbesondere minimieren lassen, wenn das Strahlungsfeld innerhalb der Kavität auf den zu vernetzenden polaren Werkstoff optimal eingestellt werden kann, wobei im Wesentlichen gilt, dass die Absorption von Energie und damit die Erwärmung des polaren Werkstoffs umso besser ist, je geringer die Reflexion am polaren Werkstoff ist. So ist es möglich, dass ein größerer Teil der über die Mikrowellen in die Kavität eingebrachten Energie tatsächlich vom Werkstoff absorbiert wird als bei vorbekannten Vorrichtungen. Neben den daraus entstehenden energetischen Vorteilen ist auch der Anteil der Mikrowellen, die reflektieren und sich zum Beispiel bei einer rohrförmigen Kavität unkontrolliert in Längsrichtung ausbreiten, geringer, so dass bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weniger Mikrowellenenergie abgefangen werden muss.According to the invention, means are provided in a device of the type mentioned at the outset, which are designed to specifically change the radiation field used for heating in the cavity in order to optimize absorption of the radiation energy from the material. It was surprisingly found that the reflections of microwaves on the material can be changed and, in particular, minimized if the radiation field within the cavity can be optimally adjusted to the polar material to be crosslinked, the essential principle being that the absorption of energy and thus the heating of polar material, the lower the reflection from the polar material, the better. It is thus possible for a larger part of the energy introduced into the cavity via the microwaves to actually be absorbed by the material than in the case of previously known devices. In addition to the resulting energy advantages, the proportion of microwaves that reflect and, for example, in the case of a tubular cavity expand uncontrollably in the longitudinal direction, is lower, so that less microwave energy has to be absorbed in a device according to the invention.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich die Lage von Orten hoher Energiedichte im Strahlungsfeld und die Lage von Orten geringerer Energiedichte verändern. Damit kann erreicht werden, dass Bereiche des Mikrowellenfeldes höherer Energiedichte in für die Erwärmung optimale Bereiche im Querschnitt des Werkstückprofils verlagert werden.With the device according to the invention, the location of locations of high energy density in the radiation field and the location of locations of lower energy density can be changed. It can thus be achieved that areas of the microwave field of higher energy density are shifted to areas in the cross section of the workpiece profile that are optimal for heating.

In einer Ausführungsform weist die Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen Mittel zum Einstellen der Frequenz der erzeugten Mikrowellen innerhalb eines Frequenzbandes auf. Dies hat zum einen den Vorteil, dass die Mikrowellenfrequenz auf die Absorptionsfähigkeit des Werkstoffs angepasst werden kann. Außerdem können, da die Wellenlänge der Mikrowelle von der Frequenz abhängt, über eine Veränderung der Frequenz die Wellenberge einer sich in der Kavität ausbildenden stehenden Welle gestaucht oder gestreckt werden. Dadurch kann die Lage der Bereiche hoher Energiedichte gezielt verändert und beispielsweise in einem Bereich positioniert werden, durch den das Werkstoffprofil hindurch läuft.In one embodiment, the device for generating microwaves has means for setting the frequency of the microwaves generated within a frequency band. On the one hand, this has the advantage that the microwave frequency is adapted to the absorption capacity of the material can be. In addition, since the wavelength of the microwave depends on the frequency, the wave crests of a standing wave forming in the cavity can be compressed or stretched by changing the frequency. As a result, the position of the areas of high energy density can be specifically changed and, for example, positioned in an area through which the material profile runs.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen Mittel zum Verschieben der Phase der erzeugten Mikrowellen auf. Durch eine Phasenverschiebung kann das Interferenzbild der Mikrowelle mit anderen Mikrowellen, beispielsweise mit von Wänden der Kavität reflektierten Wellen, vor allem aber mit Mikrowellen eines anderen benachbarten Mikrowellenemitters, in der Kavität deutlich verändert werden. Auch hierdurch lassen sich das Strahlungsfeld für die Absorption der Mikrowellen durch den Werkstoff optimieren.In a further embodiment, the device for generating microwaves has means for shifting the phase of the microwaves generated. The interference pattern of the microwave with other microwaves, for example with waves reflected from walls of the cavity, but especially with microwaves from another neighboring microwave emitter, can be significantly changed in the cavity by a phase shift. This also allows the radiation field for the absorption of the microwaves by the material to be optimized.

Besonders bevorzugt ist als Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen ein Halbleiter-Mikrowellengenerator vorgesehen. Die durch einen Halbleiter-Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen schwingen bei einer diskreten Frequenz und nicht, wie bei den in bekannten Vorrichtungen verwendeten Magnetronen, über einen gaußglockenförmigen Frequenzbereich verteilt, so dass das mit einem Halbleiterwellenelement erzeugte Strahlungsfeld gleichmäßiger ausgebildet ist. Auch unterliegt die Frequenz keinen unkontrollierbaren Schwankungen, wie es bei einem Magnetron der Fall ist. Weiterhin lässt sich die Frequenz bei der Erzeugung von Mikrowellen durch ein Halbleiterelement vorteilhaft auf einfache Weise steuern und innerhalb eines Frequenzbereichs verschieben. Halbleiterelemente unterliegen zudem im Gegensatz zu Magnetronen keiner oder nur sehr geringer Alterung, so dass sich die Eigenschaften der erzeugten Mikrowelle jederzeit sicher reproduzieren lassen. Die Frequenz von durch Halbleiterelementen erzeugten Mikrowellen ist nicht von der Impedanz der Umgebung einer Emitterantenne abhängig bzw. das Halbleiterelement kann so auf die Impedanz der Umgebung eingestellt werden, dass es Mikrowellen jeder Frequenz in eine beliebige Umgebung emittieren kann, so dass mit einem Halbleiterelement erzeugte Mikrowellen einer gewünschten Frequenz in beliebige Umgebungen eingespeist werden können. Letztlich weist ein Halbleiterelement keine Emitterantenne auf, die, wie bei einem Magnetron, eine hohe Anfälligkeit für Beschädigung durch reflektierende Mikrowellen aufweist. Auf aufwändige Schutzeinrichtungen, wie sie bei Magnetronen zum Schutz der Emitterantennen vor reflektierenden Mikrowellen vorgesehen sind, wie etwa Isolatoren oder Abschaltvorrichtungen, kann verzichtet werden.A semiconductor microwave generator is particularly preferably provided as the device for generating microwaves. The microwaves generated by a semiconductor microwave generator oscillate at a discrete frequency and not, as in the magnetrons used in known devices, distributed over a Gaussian-shaped frequency range, so that the radiation field generated with a semiconductor wave element is formed more uniformly. The frequency is also not subject to uncontrollable fluctuations, as is the case with a magnetron. Furthermore, the frequency in the generation of microwaves can advantageously be controlled in a simple manner by a semiconductor element and shifted within a frequency range. In contrast to magnetrons, semiconductor elements are not subject to aging, or only very little, so that the properties of the microwave produced can be reproduced safely at any time. The frequency of microwaves generated by semiconductor elements is not dependent on the impedance of the environment of an emitter antenna or the semiconductor element can be set to the impedance of the environment so that it can emit microwaves of any frequency in any environment, so that microwaves generated with a semiconductor element a desired frequency can be fed into any environment. Ultimately, a semiconductor element does not have an emitter antenna, which, like a magnetron, is highly susceptible to damage from reflecting microwaves. Complex protective devices, such as those provided for magnetrons to protect the emitter antennas from reflecting microwaves, such as isolators or switch-off devices, can be dispensed with.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Kavität Reflexionsflächen für Mikrowellen auf, deren Lage verstellbar ist. Es können beispielsweise an der Außenwand der Kavität, vorzugsweise im Querschnitt der Kavität gegenüber der Stelle, an der die Mikrowellen eingespeist werden, eine oder mehrere Reflexionsflächen vorgesehen sein, deren Lage verstellbar ist. Die Reflexionsflächen können beispielsweise durch eine Wandung der Kavität selbst gebildet werden, sofern diese in ihrer Position zum Einspeisungspunkt der Mikrowelle veränderlich ist. Es können aber auch in die Kavität eingesetzte Schirme sein, deren Position innerhalb der Kavität über eine geeignete Mimik veränderbar ist.In a further embodiment, the cavity has reflection surfaces for microwaves, the position of which is adjustable. For example, one or more reflecting surfaces, the position of which is adjustable, can be provided on the outer wall of the cavity, preferably in the cross section of the cavity opposite the point at which the microwaves are fed in. The reflection surfaces can, for example, be formed by a wall of the cavity itself, provided that its position relative to the microwave feed point can be changed. However, there can also be screens inserted into the cavity, the position of which within the cavity can be changed using suitable facial expressions.

Mit verstellbaren Reflexionsflächen kann man den Abstand der Reflexionsfläche zum Einspeisungspunkt der Mikrowelle in die Kavität auf genau ein Vielfaches von λ/2 der Wellenlänge A der Mikrowelle, um eine möglichst monomodale stehende Welle in der Kavität zu erzeugen. Allerdings ist es aufgrund vielfältiger Flächen der Kavität, an denen die Mikrowellen reflektieren können, schwierig, ein gleichmäßiges Strahlungsfeld zu erzeugen. Daher kann auch eine einfache Verschiebung von Reflexionsflächen unabhängig von der Wellenlänge λ der Mikrowelle zu einem für das Aufwärmen des Werkstoffs besseren Strahlungsfeld in der Kavität führen.With adjustable reflecting surfaces, the distance between the reflecting surface and the point where the microwave is fed into the cavity can be exactly a multiple of λ / 2 of the wavelength A the microwave in order to generate a standing wave in the cavity that is as monomodal as possible. However, it is difficult to generate a uniform radiation field due to the diverse areas of the cavity from which the microwaves can reflect. Therefore, even a simple shift of reflection surfaces regardless of the wavelength λ of the microwave can lead to a radiation field in the cavity that is better for heating up the material.

Das Strahlungsfeld kann durch verstellbare Reflexionsflächen in Bezug auf die Erwärmung des polaren Werkstoffs unabhängig von der Art der Mikrowellenquelle optimiert werden. Somit ist ein solches Mittel zum Verändern des Strahlungsfelds grundsätzlich auch in Verbindung mit einem Magnetron verwendbar. Ein Steuerungsmittel zum Einstellen der Frequenz oder der Phase der emittierten Mikrowelle ist nicht zwingend notwendig.The radiation field can be optimized by means of adjustable reflecting surfaces with regard to the heating of the polar material, regardless of the type of microwave source. Such a means for changing the radiation field can in principle also be used in conjunction with a magnetron. A control means for setting the frequency or the phase of the emitted microwave is not absolutely necessary.

Mit diesen Mitteln lassen sich Bereiche hoher Energiedichte auf die Position und die Geometrie des Werkstoffs anpassen und in einer entsprechenden Lage beispielsweise während eines kontinuierlichen Prozesses festhalten. Auf diese Weise kann ein aus dem Werkstoff bestehendes Produkt in bestimmten Bereichen gezielt erhitzt werden. In einem einfachen Beispiel kann das Energiedichtemaximum genau in den Mittelpunkt eines aus dem Werkstoff gebildeten, das Strahlungsfeld durchlaufenden, punktsymmetrischen Profils gelegt werden, um in Zusammenwirkung mit Wärmeleitungseffekten innerhalb des Profils eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Profils zu erzielen. In einem weiteren Beispiel ist eine gezielte Erwärmung eines Bereichs, etwa eines besonders materialstarken Bereichs bei komplexen Werkstoffgeometrien mit unterschiedlichen Wandstärken oder aus unterschiedlichen Materialien möglich.With these means, areas of high energy density can be adapted to the position and geometry of the material and held in a corresponding position, for example during a continuous process. In this way, a product made of the material can be specifically heated in certain areas. In a simple example, the energy density maximum can be placed exactly in the center of a point-symmetrical profile formed from the material and passing through the radiation field, in order to achieve the most uniform possible heating of the profile in cooperation with thermal conduction effects. In a further example, targeted heating of an area, for example a particularly thick area with complex material geometries with different wall thicknesses or from different materials, is possible.

Durch eine verbesserte Absorption der Mikrowellen im Produkt wird auch die Reflexion von Mikrowellen am Produkt deutlich reduziert. Somit kann der Mikrowellenanteil, der sich durch Reflexion in der Kavität ausbreitet, bei kanalartigen Kavitäten, die beispielsweise zum Vulkanisieren von Strangprodukten verwendet werden, auch in Längsrichtung des Kanals, deutlich reduziert werden, so dass Absorber an den Enden des Bereichs der Mikrowellenerhitzung in der Kavität im Idealfall nicht benötigt werden.Improved absorption of the microwaves in the product also significantly reduces the reflection of microwaves on the product. Thus, the microwave portion, which is reflected in the In the case of channel-like cavities that are used, for example, for vulcanizing extruded products, the cavity spreads can also be significantly reduced in the longitudinal direction of the channel, so that absorbers at the ends of the area of microwave heating in the cavity are ideally not required.

Insbesondere, wenn ein Halbleiter-Mikrowellengenerator verwendet wird, kann die Antenne unmittelbar an der Kavität angeordnet sein, da sie Mikrowellen beliebiger Frequenz in jede Umgebung emittieren kann. In diesem Fall kann auf einen Hohlleiter zum Zuleiten der Mikrowellen zur Kavität, wie dies beispielsweise bei einem Magnetron notwendig ist, verzichtet werden, so dass der bauliche Aufwand der Vorrichtung reduziert ist.In particular, if a semiconductor microwave generator is used, the antenna can be arranged directly on the cavity, since it can emit microwaves of any frequency in any environment. In this case, a waveguide for supplying the microwaves to the cavity, as is necessary, for example, with a magnetron, can be dispensed with, so that the structural complexity of the device is reduced.

Alternativ können Mikrowellen von der Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen mit einem Hohlwellenleiter oder einem Koaxialleiter zur Kavität übertragen werden. Beispielsweise ist es so möglich, die Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen unabhängig von der Lage eines Einkopplungspunktes an einer bevorzugten Stelle, beispielsweise einer gut zugänglichen Stelle, an der Vorrichtung zu platzieren.Alternatively, microwaves can be transmitted from the device for generating microwaves to the cavity with a hollow waveguide or a coaxial conductor. For example, it is possible in this way to place the device for generating microwaves on the device regardless of the position of a coupling point at a preferred location, for example an easily accessible location.

Ein bevorzugtes Frequenzband, in dem die Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen Mikrowellen erzeugen kann, ist das Frequenzband zwischen 2,4 und 2,5 GHz. Dieses Frequenzband ist für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Zwecke, wie z.B. die Nutzung von Mikrowellen zum Erhitzen von Gegenständen, reserviert. Dieses Frequenzband kann in den vielen Ländern lizenz- und genehmigungsfrei genutzt werden.A preferred frequency band in which the device for generating microwaves can generate microwaves is the frequency band between 2.4 and 2.5 GHz. This frequency band is for industrial, scientific and medical purposes, e.g. reserved the use of microwaves to heat objects. This frequency band can be used license-free and license-free in many countries.

Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch mehrere Einrichtungen zum Erzeugen von Mikrowellen, deren Mikrowellen so in die Kavität eingekoppelt werden, dass sie überlappende Mikrowellenfelder erzeugen. Die durch die einzelnen Einrichtungen erzeugten Mikrowellen überlagern sich dann und erzeugen ein gemeinsames Mikrowellenfeld. Diese Überlagerung kann zum Bestimmen und Verändern der Bereiche hoher Energiedichte genutzt werden. Wird beispielsweise die Phasenverschiebung zwischen den Mikrowellen verändert, können Verstärkungen und/oder Auslöschungen erzeugt werden, so dass gleichzeitig die Lage und die Energiedichte von Bereichen hoher Energiedichte verändert werden kann, um einen Bereich eines durch den Werkstoff gebildeten Produkts gezielt zu erwärmen. Vorzugsweise weisen alle Einrichtungen zum Erzeugen von Mikrowellen Mittel zum Verschieben der Phase der erzeugten Mikrowellen auf, um das Strahlungsfeld möglichst vielfältig beeinflussen zu können.Another preferred embodiment of the invention is characterized by several devices for generating microwaves, the microwaves of which are coupled into the cavity in such a way that they generate overlapping microwave fields. The microwaves generated by the individual devices then overlap and generate a common microwave field. This overlay can be used to determine and change the areas of high energy density. If, for example, the phase shift between the microwaves is changed, reinforcements and / or extinguishments can be generated, so that the position and the energy density of areas of high energy density can be changed at the same time in order to specifically heat a area of a product formed by the material. All devices for generating microwaves preferably have means for shifting the phase of the microwaves generated in order to be able to influence the radiation field in as many different ways as possible.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Messeinrichtung zum Bestimmen der durch den Werkstoff absorbierten Mikrowellenenergie, insbesondere an Hand eines Streuparameters, und/oder der Werkstofftemperatur auf. Aus diesen Messwerten lässt sich eine optimierte Ausbildung des Strahlungsfeldes ermitteln, indem beispielsweise festgestellt wird, bei welcher Wellenlänge und/oder bei welcher Phasenverschiebung sich das Produkt am schnellsten aufheizt. Auch die Lage des Produkts innerhalb der Kavität sowie die Produktgeometrie können messtechnisch erfasst werden und in eine Steuerung bzw. Regelung zur Erzeugung des Strahlungsfeldes einfließen. Ein Sensor, beispielsweise zur Messung eines Streuparameters, kann vorteilhaft im Kopf eines Mikrowellenemitters auf kompakte Weise verbaut sein oder durch den Kopf des Mikrowellenemitters selbst gebildet sein.In a particularly preferred embodiment, the device according to the invention has at least one measuring device for determining the microwave energy absorbed by the material, in particular on the basis of a scattering parameter, and / or the material temperature. An optimized formation of the radiation field can be determined from these measured values, for example by determining at which wavelength and / or at which phase shift the product heats up fastest. The position of the product within the cavity and the product geometry can also be measured and incorporated into a control system for generating the radiation field. A sensor, for example for measuring a scattering parameter, can advantageously be installed in a compact manner in the head of a microwave emitter or can be formed by the head of the microwave emitter itself.

Bevorzugt kann mit der mindestens einen Messeinrichtung ein Regelkreis aufgebaut werden, wobei die Frequenz und/oder Phase der emittierten Mikrowelle und/oder die Position einer oder mehrerer Reflexionsflächen jeweils eine Stellgröße und der Streuwert und/oder eine Produkttemperatur die Regelgröße sein können. Vorteilhaft kann die Erwärmung des Werkstoffs dann automatisiert durchgeführt und die Mikrowellenbehandlung automatisiert auf den jeweiligen Werkstoff bzw. dessen Zustand angepasst werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in einer Vorrichtung polare Werkstoffe von Produkten verschiedener Geometrien oder Zusammensetzung in wechselnder Folge vernetzt werden sollen.A control circuit can preferably be set up with the at least one measuring device, the frequency and / or phase of the emitted microwave and / or the position of one or more reflection surfaces each being a manipulated variable and the scatter value and / or a product temperature being the controlled variable. The heating of the material can then advantageously be carried out automatically and the microwave treatment can be automatically adapted to the respective material or its condition. This is particularly advantageous if polar materials of products of different geometries or compositions are to be crosslinked in an alternating sequence in one device.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zum Vulkanisieren von Kautschuk enthaltenden Produkten gedacht, und zwar vorzugsweise von Strangprodukten. Hierfür ist die Kavität kanalartig mit einer Öffnung zum Zuführen des Strangproduktes und einer Öffnung zum Abführen des Strangproduktes ausgebildet. Die Erfindung kann aber auch zum Vulkanisieren von polare Werkstoffe enthaltenden Produkten in einer im Wesentlichen geschlossenen Kavität verwendet werden. In beiden Ausführungsformen ist bevorzugt, wenn die Kavität jeweils mindestens eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung zum Zu- und Abführen von Heißluft aufweist, die innerhalb der Kavität am Produkt entlanggeführt wird.The device according to the invention is intended, in particular, for vulcanizing rubber-containing products, preferably preferably strand products. For this purpose, the cavity is designed in a channel-like manner with an opening for supplying the strand product and an opening for discharging the strand product. However, the invention can also be used to vulcanize products containing polar materials in an essentially closed cavity. In both embodiments it is preferred if the cavity in each case has at least one inlet opening and one outlet opening for supplying and removing hot air, which is guided along the product within the cavity.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vernetzen von einem oder mehreren in einem Produkt enthaltenen polaren Werkstoffen, insbesondere von Kautschuk, wobei das Produkt insbesondere die Form eines endlosen Strangprofils hat, in einer Kavität, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, hat die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erzeugen eines Strahlungsfeldes in der Kavität mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen zum Erwärmen des Werkstoffs,
b) Führen des Produkts durch die Kavität;
c) Messen einer für die in der Kavität reflektierten Mikrowellen repräsentativen Größe,
d) Verändern der Frequenz und/oder Phase von Mikrowellen und/oder der Position von Reflexionsflächen innerhalb der Kavität, um das Strahlungsfeld in Abhängigkeit von der gemessenen Größe zu verändern, um das Maß der in der Kavität reflektierten Wellen zu verringern.

A method according to the invention for crosslinking one or more polar materials, in particular rubber, contained in a product, the product in particular having the shape of an endless extruded profile, in a cavity, in particular with a device according to one of the preceding claims, has the following method steps:

a) generating a radiation field in the cavity with a device for generating microwaves for heating the material,
b) guiding the product through the cavity;
c) measuring a variable representative of the microwaves reflected in the cavity,
d) changing the frequency and / or phase of microwaves and / or the position of reflection surfaces within the cavity in order to change the radiation field as a function of the measured size in order to reduce the amount of waves reflected in the cavity.

Das Verfahren kann sowohl bei kontinuierlich betriebenen Vorrichtungen mit einer an gegenüberliegenden Seiten offenen, vorzugsweise kanalförmigen Kavität, durch die ein Strangprodukt hindurch geführt werden kann, als auch bei im Batchbetrieb betriebenen Vorrichtungen mit einer von allen Seiten geschlossenen Kavität zum Einsatz kommen. In einer bevorzugten Verfahrensform werden die Schritte c) und d) innerhalb eines Regelkreises wiederholt durchgeführt, insbesondere um die Lage des Strahlenfelds kontinuierlich an die sich mit der Temperatur des Werkstoffs verändernde Dipolarität des Werkstoffs oder - beispielsweise bei einer kontinuierlich betriebenen Vorrichtung - an eine sich verändernde Geometrie des Werkstoffs anzupassen und zu optimieren.The method can be used both in continuously operated devices with an open, preferably channel-shaped cavity on opposite sides, through which a strand product can be passed, and in devices operated in batch mode with a cavity closed on all sides. In a preferred method, steps c) and d) are carried out repeatedly within a control loop, in particular in order to continuously adjust the position of the radiation field to the dipolarity of the material, which changes with the temperature of the material, or, for example in the case of a continuously operated device, to a changing one Adapt and optimize the geometry of the material.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Strahlungsfeld kontinuierlich verändert. Auf diese Weise können Bereiche hoher Energiedichte des Strahlungsfeldes kontinuierlich innerhalb des Produktes bewegt werden, beispielsweise hin und her wandern. Auf diese Weise absorbiert jeder Bereich des Werkstücks über die Zeit gemittelt die gleiche Menge an Energie aus dem Strahlungsfeld und das Werkstück kann besonders gleichmäßig erwärmt werden. Ein Wandern des Energiedichtemaximums kann beispielsweise und besonders bevorzugt erzeugt werden, indem die Frequenz der erzeugten Mikrowellen kontinuierlich verändert wird. Insbesondere kann die Frequenz dafür innerhalb eines bestimmten Frequenzbands, beispielsweise zwischen den Frequenzen 2,4 und 2,5 GHz, oszilliert.In a preferred embodiment of the method, the radiation field is changed continuously. In this way, areas of high energy density of the radiation field can be moved continuously within the product, for example, moving back and forth. In this way, each area of the workpiece absorbs the same amount of energy from the radiation field averaged over time, and the workpiece can be heated particularly uniformly. A migration of the energy density maximum can be generated, for example and particularly preferably, by continuously changing the frequency of the microwaves generated. In particular, the frequency for this can oscillate within a certain frequency band, for example between the frequencies 2.4 and 2.5 GHz.

Auch können die Mikrowellen gepulst werden, beispielsweise mit einer Pulsfrequenz größer als 1 kHz. So kann bei einer gegebenen Leistung der Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen die über eine Zeit in einen Bereich eines aus dem Werkstoff gebildeten Werkstücks eingetragene Energie verringert werden. Auf diese Weise wird beispielsweise bei Werkstoffen mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit verhindert, dass Bereiche des Produktes, die das Strahlungsfeld in Bereichen hoher Energiedichte durchlaufen, zu stark erhitzt werden, und es wird erreicht, dass sich die Wärme innerhalb des Produktes über Wärmeleitung, selbst wenn sie vergleichsweise schlecht sein sollte, gleichmäßig verteilen kann.The microwaves can also be pulsed, for example with a pulse frequency greater than 1 kHz. Thus, for a given power of the device for generating microwaves, the energy introduced into a region of a workpiece formed from the material can be reduced over time. In this way, for example in the case of materials with a low thermal conductivity, areas of the product which pass through the radiation field in areas of high energy density are prevented from being overheated, and the heat is achieved within the product via thermal conduction, even if they should be comparatively bad, can distribute evenly.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird, wie sich aus dem Obenstehenden ergibt, auch durch die Verwendung eines Halbleiter-Mikrowellengenerators zum Vernetzen von einem oder mehreren in einem Produkt enthaltenen polaren Werkstoffen gelöst.The object on which the invention is based, as is evident from the above, is also achieved by using a semiconductor microwave generator for crosslinking one or more polar materials contained in a product.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures in which preferred exemplary embodiments of the invention are shown.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vulkanisierungseinrichtung für Strangprofile aus Kautschuk;
2 eine schematische Darstellung einer Kavität mit einer schematisch dargestellten stehenden Mikrowelle mit einer schlechten Energieübertragung in ein zu vulkanisierendes Kautschukprofil;
3 eine schematische Darstellung einer Kavität mit einer schematisch dargestellten stehenden Mikrowelle mit einer verbesserten Energieübertragung in das zu vulkanisierendes Kautschukprofil;
4 eine schematische Darstellung einer Kavität mit einer schematisch dargestellten stehenden Mikrowelle, ebenso mit einer gegenüber der Mikrowelle in 2 verbesserten Energieübertragung in das zu vulkanisierendes Kautschukprofil; und
5 eine schematische Darstellung einer Kavität mit zwei nebeneinander angeordneten Einkopplungspunkten für Mikrowelle.

Show it:

1 a schematic representation of a vulcanization device for extruded rubber profiles;
2 a schematic representation of a cavity with a schematically illustrated standing microwave with poor energy transfer into a rubber profile to be vulcanized;
3 a schematic representation of a cavity with a schematically illustrated standing microwave with an improved energy transfer into the rubber profile to be vulcanized;
4 is a schematic representation of a cavity with a schematically illustrated standing microwave, as well as with a microwave in 2 improved energy transfer into the rubber profile to be vulcanized; and
5 is a schematic representation of a cavity with two coupling points for microwave arranged side by side.

In 1 sind schematisch die wesentlichen Elemente einer Vorrichtung zum Vulkanisieren von Strangprodukten mit einer Kavität 1, einem außerhalb der Kavität 1 angeordneten Mikrowellengenerator 2 zum Erzeugen von Mikrowellen und einem Hohlleiter 3, durch den Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator 2 zu einem Einkopplungspunkt 4 zum Auskoppeln der Mikrowellen aus dem Hohlleiter 3 und Einkoppeln der Mikrowelle in die Kavität 1 gezeigt. Ein endloses Kautschukprofil 5 wird auf einem Transportband 6 durch die Kavität 1 hindurchgeführt. Die Kavität 1 ist kanalartig ausgebildet, so dass ein Heißluftstrom zum Aufheizen des Kautschukprofils daran vorbeiströmen kann. Das Kautschukprofil wird zusätzlich im Bereich des Einkopplungspunktes 4 einer Mikrowellenstrahlung 7 ausgesetzt, die im Idealfall von quer zur Transportrichtung des Kautschukprofils verlaufenden, monomodalen, stehenden Mikrowellen gebildet wird. Allerdings werden die Mikrowellen innerhalb der Kavität häufig am Kautschukprofil selbst und auch an den Seitenwänden der Kavität reflektiert, so dass sich ein Muster von sich überlagernden Mikrowellen bildet und sich einige der Mikrowellen auch längs der Kavität ausbreiten, wie mit den Pfeilen 8 angedeutet ist.In 1 are schematic the essential elements of a device for vulcanizing strand products with a cavity 1 , one outside the cavity 1 arranged microwave generator 2 for generating microwaves and a waveguide 3 , through the microwaves from the microwave generator 2 to an launch point 4 for decoupling the microwaves from the waveguide 3 and coupling the microwave into the cavity 1 shown. An endless rubber profile 5 is on a conveyor belt 6 through the cavity 1 passed. The cavity 1 is designed like a channel so that a hot air stream can flow past it to heat the rubber profile. The rubber profile is also in the area of the coupling point 4 a microwave radiation 7 exposed, which is ideally formed by monomodal, standing microwaves running transversely to the transport direction of the rubber profile. However, the microwaves within the cavity are often reflected on the rubber profile itself and also on the side walls of the cavity, so that a pattern of overlapping microwaves is formed and some of the microwaves also spread along the cavity, as with the arrows 8th is indicated.

2 zeigt schematisch eine für das Aufheizen des Strangprofils schlechte Anordnung des Strahlungsfeldes. Das Kautschukprofil 5 durchläuft die Mikrowellenstrahlung 7 in einem Bereich geringer Energiedichte (hier als Knotenpunkt der Welle dargestellt). Außerdem sind Wellenlänge und Höhe der Kavität nicht optimal aufeinander abgestimmt, so dass die eingekoppelte Mikrowelle mit der an der Unterseite der Kavität 1 reflektierten Welle keine monomodale stehende Welle ausbilden kann. 2 shows schematically a bad arrangement of the radiation field for heating the extruded profile. The rubber profile 5 passes through the microwave radiation 7 in an area of low energy density (shown here as the node of the wave). In addition, the wavelength and height of the cavity are not optimally matched to one another, so that the coupled microwave with that on the underside of the cavity 1 reflected wave cannot form a monomodal standing wave.

3 zeigt schematisch ein Strahlungsfeld, dass für den Energieeintrag in das Kautschukprofil optimiert ist. Die Wellenlänge der Mikrowelle wurde verändert (hier vergrößert), so dass zum einen der Bereich hoher Energiedichte der Mikrowellenstrahlung 7 (hier als Bauch der Welle dargestellt) in einen Bereich verschoben ist, durch die das Kautschukprofil hindurchläuft. Zum anderen ist die Wellenlänge auf die Höhe der Kavität 1 abgestimmt, so dass sich im Idealfall eine monomodale stehende Welle ausbilden kann. 3 shows schematically a radiation field that is optimized for the energy input into the rubber profile. The wavelength of the microwave was changed (enlarged here), so that on the one hand the area of high energy density of the microwave radiation 7 (shown here as the belly of the shaft) is moved into an area through which the rubber profile runs. On the other hand, the wavelength is at the level of the cavity 1 coordinated so that ideally a monomodal standing wave can form.

4 zeigt schematisch ein Strahlungsfeld, dass ebenso für den Energieeintrag in das Kautschukprofil optimiert ist. Die Wellenlänge der Mikrowelle wurde hier verkürzt und die dem Einkopplungspunkt 4 gegenüberliegende Reflektionsfläche, die durch die untere Wand der Kavität 1 gebildet wird, nach unten verschoben. Auch hier wird erreicht, dass zum einen der Bereich hoher Energiedichte der Mikrowellenstrahlung 7 (hier als Bauch der Welle dargestellt) in einen Bereich verschoben ist, durch die das Kautschukprofil hindurchläuft. Zum anderen ist die Wellenlänge auf die Höhe der Kavität 1 abgestimmt, so dass sich im Idealfall eine monomodale stehende Welle ausbilden kann. 4 shows schematically a radiation field that is also optimized for the energy input into the rubber profile. The wavelength of the microwave was shortened here and that of the coupling point 4 opposite reflection surface through the bottom wall of the cavity 1 is formed, shifted down. Here too it is achieved that, on the one hand, the area of high energy density of microwave radiation 7 (shown here as the belly of the shaft) is moved into an area through which the rubber profile runs. On the other hand, the wavelength is at the level of the cavity 1 coordinated so that ideally a monomodal standing wave can form.

In 5 ist eine Kavität 11 mit zwei Einkopplungspunkten 12, 13 für Mikrowellen dargestellt, die nebeneinander liegen, so dass sich die von den Einkopplungspunkten ausgehenden Mikrowellenfelder überschneiden. Durch eine Phasenanpassung der an den Einkopplungspunkten 12, 13 in die Kavität eingekoppelten Mikrowellen lässt sich ein Strahlungsfeld 14 mit einem Interferenzmuster erzeugen, bei dem möglichst viele Bereiche hoher Energiedichte im Bereich des durch die Kavität 11 hindurchgeführten Kautschukprofils 15 liegen. Die Einkopplungspunkte müssen nicht unmittelbar nebeneinander liegen, sie können beispielsweise auch an unterschiedlichen Wandungen der Kavität angeordnet sein oder einander gegenüber liegen. Es können auch mehr als zwei Einkopplungspunkte vorgesehen sein. Wichtig für eine Veränderbarkeit des Strahlungsfeldes ist bei diesem Ausführungsbeispiel, dass sich die aus den Einkopplungspunkten in die Kavität eingekoppelten Mikrowellen überlagern.In 5 is a cavity 11 with two coupling points 12 . 13 shown for microwaves that lie side by side so that the microwave fields emanating from the coupling points overlap. By adjusting the phase at the coupling points 12 . 13 a radiation field can be coupled into the cavity 14 generate with an interference pattern in which as many areas of high energy density as possible through the cavity 11 passed rubber profile 15 lie. The coupling points do not have to lie directly next to one another; for example, they can also be arranged on different walls of the cavity or lie opposite one another. More than two coupling points can also be provided. In this exemplary embodiment, it is important for the radiation field to be changeable that the microwaves coupled into the cavity from the coupling points overlap.

Claims

Device for crosslinking one or more polar materials, in particular rubber, contained in a product, the product in particular having the shape of an endless extruded profile, with a cavity formed by at least one wall, and with at least one device for generating microwaves for heating the Material, the microwaves in the cavity forming a radiation field, characterized in that means are provided which are designed to specifically change the radiation field used for heating in the cavity for an optimized absorption of the radiation energy.

Device after Claim 1 , characterized in that the device for generating microwaves has means for adjusting the frequency of the microwaves within a frequency band, in particular in a frequency band between 2.4 and 2.5 GHz.

Device after Claim 1 or 2 , characterized in that the device for generating microwaves has means for shifting the phase of the microwaves.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a semiconductor microwave generator is provided as the device for generating microwaves.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a device for generating microwaves is arranged directly on the cavity.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity has reflection surfaces for microwaves, the position of which is adjustable.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a hollow waveguide between a device for generating microwaves and the cavity.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of devices for generating microwaves, the microwaves of which are coupled into the cavity in such a way that they generate overlapping microwave fields.

Device according to one of the preceding claims, characterized by at least one measuring device for determining the microwave energy absorbed by the material, in particular on the basis of a scattering parameter, the material geometry, the material position and / or the material temperature.

Device after Claim 9 , characterized by means for changing the radiation field as a function of the microwave energy absorbed by the material or the material temperature.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity at least one inlet opening and at least one outlet opening for supplying and removing hot air, which is guided along the product within the cavity.

Process for crosslinking one or more polar materials, in particular rubber, contained in a product, the product in particular having the form of an endless extruded profile, in a cavity, in particular with a device according to one of the preceding claims, comprising the following process steps: a) generating a radiation field in the cavity with a device for generating microwaves for heating the material, b) guiding the product through the cavity; c) measuring a variable representative of the microwaves reflected in the cavity, d) changing the frequency and / or phase of microwaves and / or the position of reflection surfaces within the cavity in order to change the radiation field as a function of the measured size in order to reduce the amount of waves reflected in the cavity.

Procedure according to Claim 12 , characterized in that the radiation field with step d), in particular the frequency of the microwaves generated, is continuously changed.

Use of a semiconductor microwave generator to cross-link one or more polar materials contained in a product.