DE1121246B - Dielektrische Heizvorrichtung mit einem Hochfrequenzgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft dielektrische Heizvorrichtungen mit einem Hochfrequenzgenerator.

In Geräten, die sehr große Elektroden verwenden, sind die Zuleitungen vom Generator zu der spannungführenden Elektrode oder den Elektroden normalerweise verhältnismäßig lang. Das ergibt einen Verlust des Nutzeffektes des den Elektroden zugeleiteten Stromes oder Abstimmungsschwierigkeiten oder auch beides. Eine weitere ungünstige Wirkung, die bei der Verwendung von großen Elektroden auftritt, ist die Erzeugung stehender Wellen an den Elektroden, welche einen ungleichmäßigen Spannungsverlauf an den Elektroden ergeben. Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, diese Schwierigkeiten zu beseitigen.

Eine Art von bekannten dielektrischen Heizgeräten verwendet konzentrische Anschlußleitungen, deren Länge einem Bruchteil der Wellenlänge entspricht (z. B. einem Sechzehntel, einem Achtel oder einem Viertel einer Wellenlänge), um den Hochfrequenzgenerator mit der Elektrode zu verbinden, jedoch schafft diese Anordnung keine gleichmäßige Spannung auf der Elektrode, auch wenn das Ende der Zuleitung an mehreren Punkten an den Elektroden angeschlossen wird. Es ist praktisch notwendig, abstimmende Leitungsschleifen zwischen den Elektroden oder zwischen der stromführenden Elektrode und der Bodenplatte zu verwenden, um eine gleichmäßigere Spannungsverteilung auf der Elektrode zu erhalten. Diese der Abstimmung dienenden Leitungsschleifen machen das Gerät nicht nur komplizierter, sondern versperren auch den Durchgang von Werkstoff durch das Gerät, wenn er fortlaufend der einen Seite des Elektrodensystems zugeführt und auf der anderen Seite herausgeführt werden soll.

Es ist weiter bekannt, den Generator mit einer Elektrode über einen Pfad zu verbinden, der aus einer Mehrzahl von elektrisch parallelgeschalteten Leitern besteht. Es ist aber auch mit einer derartigen Anordnung nicht möglich, die Hochfrequenzenergie gleichzeitig weiter auseinanderliegenden Punkten einer relativ großen Arbeitselektrode so zuzuführen, daß die Elektrode mit einer im wesentlichen gleichförmigen Hochfrequenzspannung versorgt wird.

Man hat nun gefunden, daß diese ungleichmäßige Spannungsverteilung zum mindesten teilweise von der Anwendung genau abgestimmter Übertragungsleitungen mit hoher Reaktanz abhängig ist.

Entsprechend ist die elektrische Heizvorrichtung nach der Erfindung mit einem Hochfrequenzgenerator, dessen Ausgangsklemme zur Zufuhr hochfrequenter Wechselspannung an eine Arbeitselektrode über einen

Dielektrische Heizvorrichtung
mit einem Hochfrequenzgenerator

Anmelder:

Radio Heaters Limited,
Wokingham, Berkshire (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 2. Juli 1957 (Nr. 20 884)

und 22. Januar 1958 (Nr. 2189)

Edmund Christopher Stanley,

Wokingham, Berkshire (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

Pfad angeschlossen ist, von dem mindestens ein Teil zwei oder mehr parallele, an der Elektrode endende elektrische Verbindungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Verbindungen abgeglichene leitende Pfade bilden, die mit der Elektrode an weit auseinanderhegenden Punkten in Verbindung stehen, wobei ein wesentlicher Teil eines jeden Pfades als Abschnitt einer Hochfrequenzübertragungsleitung niedriger Impedanz ausgebildet ist, die aus einem Mittelleiter innerhalb einer äußeren Abschirmung besteht und deren Länge weniger als ein Achtel der Wellenlänge der Vorrichtung beträgt.

Der Mittelleiter, der eine verhältnismäßig große Oberfläche haben soll, kann zweckmäßigerweise aus einem breiten Kupferstreifen gebildet werden. Mit der einen geringen Widerstand ergebenden Übertragungsleitung in dem der Erfindung entsprechenden Gerät ist das Abstimmen der Leitung nicht schwierig, und dieses Merkmal in Verbindung mit der Aufteilung und dem Ausgleich der Zuleitungen zwischen dem Generator und der Elektrode und dem Anschluß dieser Teile an weit voneinander getrennten Stellen einer Elektrode ermöglicht es, eine im wesentlichen gleich-

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mäßige Spannung auf der ganzen, verhältnismäßig Nach Wunsch können auch mehr als zwei Übergroßen Elektrode hervorzurufen. Der wirksame Wider- tragungsleitungen an der Ausgangsklemme des Genestand der Übertragungsleitungen sollte so niedrig wie rators angeschlossen werden. Die dem Generator fernmöglich sein, d. h. möglichst weniger als 20 Ohm, liegenden Enden dieser Leitungen werden an weit jedoch können schon bei Zuleitungen mit einem wirk- 5 voneinander getrennten Stellen an der Elektrode ansamen Widerstand von 30 oder sogar 35 Ohm ge- geschlossen,
nügende Ergebnisse erzielt werden. Die Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung bei

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung hängt einer offen überbrückten Presse. Bei den üblichen die Elektrode oder die Elektroden an einer querver- offen überbrückten Pressen wird jedoch die Elektrode laufenden Strebe zwischen den senkrechten Trägern io oder werden die Elektroden von einer horizontalen und die abgeglichenen Zuleitungen gehen von dem Strebe, die zwei senkrechte Stützen verbindet, getrasich auf ihrem Wege zu der Elektrode oder den Elek- gen, wobei in dieser Anordnung der Werkstoff, weltroden unter der Elektrodenanordnung befindlichen eher geschweißt werden soll, das Gerät von vorne Generator durch die senkrechten Träger hindurch nach hinten zwischen den senkrechten Stützen durch- oder dicht an ihnen vorbei, so daß der dem Gerät 15 läuft. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Gerät jedoch ist die zwischen den Trägern zugeführte Werkstoff nicht Längsachse der Elektrode 30 mit Bezug auf eine Linie durch die Leitungen vom Generator zu den Elektro- versetzt, welche die vorderen Seiten der zwei senkden behindert wird. Gemäß einer weiteren Ausgestal- rechten Stützen 32 verbindet, so daß der Werkstoff, tung des Erfindungsgegenstandes ist die Elektrode in welcher geschweißt werden soll, fortlaufend durch das bezug auf eine Verbindungslinie der zwei Träger so 20 Gerät von vorne nach hinten zwischen den Stützen 32 versetzt, daß der zu erwärmende Werkstoff auch in oder von der einen Seite zur anderen Seite geführt einer parallelen Richtung zu dieser Linie durch das werden kann, wobei keine Behinderung durch die Gerät geführt werden kann, ohne daß sich eine Be- Stützen 32 vorhegt, da die Elektrode 30 versetzt ist. hinderung durch die Träger oder die Zuleitungen Um eine Behinderung des zu schweißenden Werkstofvom Generator zur Elektrode ergibt. 35 fes durch die Zuleitungen von der Elektrode 30 zum

Um die Erfindung verständlicher zu machen, wer- Generator 34 im Boden des Gerätes zu vermeiden,

den nachfolgend verschiedene ihrer Ausführungsarten, werden diese Zuleitungen schräg von der Elektrode 30

unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. weggeführt, was nachstehend näher erklärt wird. Wie

Fig. 1 zeigt eine einfache Ausführung eines dielek- in dem in Fig. 1 dargestellten Falle ist der Ausgangstrischen Schweißgerätes entsprechend der Erfindung; 30 kreis des Generators mit zwei ausgeglichenen Über-

Fig. 2 zeigt eine offen überbrückende, dielektrische tragungsleitungen verbunden. Ihre Enden 38 treten

Schweißpresse, in Übereinstimmung mit der Erfin- durch die Bettplatte 36 des Gerätes hindurch. Die

dung; Enden des Mittelleiters in den Ubertragungsleitungen

Fig. 3 ist eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, sind durch biegsame Leiter 40 entweder direkt mit den

auf das in Fig. 2 dargestellte Gerät; 35 entgegengesetzten Seiten der Elektrode, oder, wie es

Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein in der Fig. 2 dargestellt ist, mit leitfähigen Brücken-Förderbandsystem mit abgeglichenen, dielekrischen teilen 42 verbunden, die an den sich gegenüberliegen-Heizelektroden; den Seiten der Elektrode 30 vorgesehen sind. Jedes

Fig. 5 zeigt die Zuordnung eines Abstimmkreises der Brückenteile 42 ist an der Elektrode über zwei

zum Ausgangskreis des dielektrischen Heizgerätes. 40 Punkte angeschlossen, von denen einer an der Vor-

In Fig. 1 ist die obere Elektrode 6 durch einen iso- derseite der Elektrode und einer an der Rückseite

lierten Aufsatz 8 mit einer Säule 10 verbunden, die liegt. Die schräge Anordnung der biegsamen Streifen

senkrecht bewegbar vorgesehen ist, damit die Elek- 40 zur Vermeidung einer Behinderung des Werk-

trode 6 in bezug auf das Preßbett 12, welche die Stückes durch die Leitung von der Elektrode zum

untere Elektrode bildet, angehoben oder herabgelas- 45 Generator kann am deutlichsten in der Draufsicht der

sen werden kann. Der Behälter des Generators 14 ist Fig. 3 erkannt werden.

mit zwei Übertragungsleitungen 16 und 18 verbunden, Die Brücken 42 bilden in ihrer Wirkung ein Paar deren Mittelleiter 20 mit dem Ausgangskreis des Ge- paralleler, induktiver Widerstände zwischen den Enden nerators verbunden sind, welcher hier durch den ver- der biegsamen Leiter 40 und der Elektrode 30. Diese änderlichen Kondensator 22 und den induktiven Wi- 50 zusätzlichen induktiven Widerstände ermöglichen eine derstand 24 symbolisch dargestellt ist. Die Übertra- Ausrichtung der Spannung an der Elektrode und ergungsleitungen 16 und 18 mit ihren Mittelleitern 20, möglichen einen größeren Nutzeffekt des vom Genedie vorzugsweise aus breiten Kupferstreifen bestehen, rator zur Elektrode zugeführten Hochfrequenzstrobilden Übertragungsleitungen mit niedrigem Wider- mes. Sie ermöglichen ferner eine gleichmäßigere Spanstand von einer Länge, die geringer ist als ein Achtel 55 nungsverteilung auf der Oberfläche der Elektrode,
der Länge der Betriebswelle des Gerätes. Die dem Wie in dem in Fig. 2 dargestellten Falle ist die Generator gegenüberliegenden Enden des Leiters 20 Elektrode 30 mit einer senkrechten Säule 44 verbunsind durch biegsame Leiter 26 an sich gegenüber- den, die von einer Deckplatte 46 getragen wird, die liegenden Seiten der Elektrode 6 angeschlossen. Das sich nach vorn heraus von den senkrechten Stützen 32 Preßbett 12 ist mit dem Leitungen 16 und 18 über die 60 erstreckt. Die Elektrode 30 läßt sich in senkrechter Leitungen 28 verbunden. Die Zuleitung vom Gene- Richtung bewegen.

rator zur Elektrode 6 wird somit in zwei ausgeglichene In der Fig. 4 ist ein ausgeglichenes Elektroden-Zuleitungen aufgeteilt, deren größerer Abschnitt aus system dargestellt, in dem zwei gleiche Elektroden 48 einer Übertragungsleitung mit einem niedrigen Wider- über einem Förderband 50 angeordnet sind, auf dem stand gebildet wird, deren Abstimmung nicht schwie- 65 der zu erhitzende Werkstoff durch das Elektrodenrig ist. Demzufolge wird eine wesentlich gleichmäßi- system läuft. Die Enden der Ausgangskoppelspule 52 gere Spannung auf der Elektrode 6 hervorgerufen als des Generators sind mit den sich in der Mitte befindes bisher möglich war. liehen Leitern 54 der zwei Ubertragungsleitungen ver-

bunden, deren äußere Leiter 56 einen hohlen, rechteckförmigen Querschnitt besitzen. Beide Übertragungsleitungen teilen sich in zwei weitere Übertragungsleitungen 58 auf, die einen rechtwinkligen Knick besitzen, damit sie sich in geringem Abstand von der Ebene der Förderbandunterseite und der Elektroden erstrecken. Die Enden der sich in der Mitte befindlichen Leiter 60 in diesen Übertragungsleitungen sind über biegsame Leiter 62 mit leitfähigen Brückengliedern 64 auf sich gegenüberliegenden Seiten der Elektrode verbunden. Die mit den Elektroden 48 verbundenen Brückenteile sind weit voneinander getrennt. Beide Enden der Ausgangswicklung 52 besitzen ein großes Hochfrequenzpotential in bezug auf das geerdete Förderband. Die Anordnung ermöglicht es, daß abgeglichene Hochfrequenzspannungen im wesentlichen gleichmäßig auf der ganzen Oberfläche der beiden Elektroden verteilt werden können.

Der sich in der Mitte befindliche Leiter der Übertragungsleitung kann an Stelle einer Streifenform auch kastenförmig ausgebildet sein.

Es kann in einigen Fällen günstig sein, Vorrichtungen zum Abstimmen der Enden der Übertragungsleitungen, welche dem Generator entfernt liegen, vorzusehen, um sicherzustellen, daß die geforderte Elektrodenspannung auf die Elektrode, trotz der verschiedenen elektrischen kapazitiven Widerstände von verschiedenen, in einem System verwendeten Elektroden gebracht wird. In diesem Falle kann ein induktiver Widerstand 66 zwischen dem Ende des in der Mitte befindlichen Leiters 68 der Übertragungsleitung und der Erde eingeschaltet werden. Dieser zusätzliche induktive Widerstand 66 wirkt in Serie liegend mit dem biegsamen Leiter 70, der den sich in der Mitte befindlichen Leiter 68 der Übertragungsleitung mit der Elektrode 72 verbindet. Das Verhältnis des induktiven Widerstandes, aus dem verbindenden Bügel an der Elektrode und dem hinzugefügten Widerstand zwischen dem Ende der Übertragungsleitung und der Erde bildet in seiner Wirkung einen Anpassungstransformator, der es ermöglicht, die Hochfrequenzspannung auf der Arbeitsplatte oder Elektrode zu verändern. Diese Anordnung ermöglicht somit, die elektrische Ladung der Übertragungsleitung zu verändern, um günstigste Bedingungen für Strom- und Spannungsübertragung zur Arbeitselektrode zu erhalten.

Wenn es erforderlich erscheint, kann ein elektrischer Kondensator 74, z. B. ein Plattenkondensator oder ein keramischer dielektrischer Kondensator, mit dem induktiven Widerstand 66 in Reihe geschaltet werden, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist, um als Sperrkondensator für Gleichstrom oder geringe Niederfrequenzspannungen in solchen Fällen zu wirken, in denen solche Spannungen an die Elektrode von Lichtbogen-Löschkreisen angelegt werden. Die Schaltung der den Lichtbogen löschenden Vorrichtungen wäre in dieser Art nicht möglich, wenn der induktive Widerstand 66 keinen Kondensator 74 besäße.

Wenn es gewünscht wird, kann eine Anzahl von jeweils zwei ausgeglichenen Übertragungsleitungen verwendet werden, um mehrere Elektrodenplatten an die Ausgangsklemme eines gewöhnlichen Hochfrequenzgenerators anzuschließen. Zum Beispiel kann eine Elektrode für jeden Abschnitt eines Ofens verwendet werden oder für jedes Fach eines Trockenofens mit mehreren Fächern. Die Paare der Übertragimgsleitungen können direkt mit der Ausgangsklemme des Generators oder auch mit einem gemeinsamen Abschnitt einer Übertragungsleitung verbunden werden, der dann selbst an der Ausgangsklemme des Generators endet.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Dielektrische Heizvorrichtung mit einem Hochfrequenzgenerator, dessen Ausgangsklemme zur Zufuhr hochfrequenter Wechselspannung an eine Arbeitselektrode über einen Pfad angeschlossen ist, von dem mindestens ein Teil zwei oder mehr parallele, an der Elektrode endende elektrische Verbindungen enthält, dadurch gekenn zeichnet, daß die parallelen Übertragungsleitungen (16, 18,20) abgeglichene leitende Pfade bilden, die mit der Elektrode (6) an weit auseinanderliegenden Punkten in Verbindung stehen, wobei ein wesentlicher Teil eines jeden Pfades als Abschnitt einer Hochfrequenzübertragungsleitung niedriger Impedanz ausgebildet ist, die aus einem Mittelleiter (20) innerhalb einer äußeren Abschirmung (16, 18) besteht und deren Länge weniger als ein Achtel der Wellenlänge der Vorrichtung beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelleiter (20) der Übertragungsleitungen (16,18, 20) aus Streifen Metall gebildet und die äußeren Mäntel Leitungen mit einem rechteckigen Querschnitt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Generator (14) abgewandten Enden der Mittelleiter (20) an der Elektrode (6) über biegsame Leiter (26) angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren verschiedenen Elektroden Strom von einem gemeinsamen Hochfrequenzgenerator (14) zugeführt wird, und jede einzelne Elektrode (6) an der Ausgangsklemme des Generators (14) mittels eines Paares von Ubertragungsleitungen niedriger Impedanz (16, 18, 20) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungsleitungsabschnitt, der an die Ausgangsklemmen des Generators (14) angeschlossen ist, mit einer Anzahl von Übertragungsleitungen mit kleiner Impedanz gemeinsam ist, welche entsprechende Elektroden mit dem Generator verbinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 in Verbindung mit Hochfrequenzgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der Ausgangskoppelspule (52) des Generators ein hohes Hochfrequenzpotential in bezug auf die Erde besitzen und beide Enden der Ausgangskoppelspule (52) mit dem Mittelleiter (54) des Abschnittes einer Übertragungsleitung (54, 56) von geringer Impedanz verbunden sind, der wiederum in der Mitte eines weiteren Paares von abgeglichenen Übertragungsleitungen (58) mit geringer Impedanz endet, deren Enden (62, 64) an den gegenüberliegenden Seiten einer von zwei Elektroden (48) anschließen, die sich oberhalb oder unterhalb einer geerdeten Stelle oder eines Förderbandsystems (50) befindet, auf dem das zu erwärmende Werkstück liegt, und daß das andere Ende der Ausgangsspule (52) des Generators in ähnlicher Weise mit einem Abschnitt einer Übertragungsleitung (54, 56) mit geringer Impedanz und

darauf mit der Mitte eines abgeglichenen Paares von Abschnitten einer Übertragungsleitung verbunden ist, welche wiederum auf entgegengesetzten Seiten der zweiten Elektrode (48) angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Schweißen von thermoplastischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägervorrichtung (44, 46) für die Elektrode an einer zwischen Tragegliedern (32) befestigten querverlaufenden Strebe befestigt ist, wobei die Trägervorrichtung für die Elektrode so angeordnet ist, daß die Elektrode (30) in bezug auf die Achse der Trageglieder (32) versetzt ist, so daß zu schweißendes Material durch die Presse in einer Richtung parallel zu der Linie, welche die Trageglieder verbindet, führbar ist, ohne daß die Trageglieder (32) dabei behindern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher, als Brücke (42) ausgebildeter induktiver Widerstand zwischen das Ende des Mittelleiters einer jeden Übertragungsleitung und die Elektrode geschaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Ende eines jeden Mittelleiters und der Elektrode eine Anzahl parallelgeschalteter zusätzlicher, als Brücken (42) ausgebildete induktive Widerstände (42) enthält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende eines jeden Mittelleiters mit einem Ende eines biegsamen Leiters (40) verbunden ist, von dessen anderem Ende sich zusätzliche, in Form von Brücken (42) ausgebildete induktive Widerstände zu gegenüberliegenden Seiten der Elektrode erstrecken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsenden der Mittelleiter (20) von Übertragungsleitungen (16,18) mit geringer Impedanz durch induktive Widerstände (66) abgestimmt sind, welche zwischen das Ausgangsende (68) des Mittelleiters einer jeden Übertragungsleitung und Erde geschaltet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Kondensator (74) in Reihe mit dem zusätzlichen induktiven Widerstand (66) zwischen Erde und dem Ausgangsende des Leiters der Übertragungsleitung geschaltet ist, um Gleichstrom- oder Niederfrequenzspannungen zu sperren, die an die Elektrode (72) durch lichtbogenlöschende Kreise gelegt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 946 384;
USA.-Patentschrift Nr. 2 783 349.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 109 758/466 12.61