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Vorrichtung zum Parallelbetrieb von mindestens zwei Hochfrequenzgeneratoren
mit je einem kapazitiven Belastungswiderstand Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Parallelbetrieb von mindestens zwei Hochfrequenzgeneratoren mit je einem kapazitiven
Belastungswiderstand, insbesondere mit je einem Elektrodensystem für kapazitive
Wärmebehandlung, unter Verwendung einer Ausgleichsleitung.
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Der Parallelbetrieb von zwei (oder mehr) Generatoren ist dadurch von
Bedeutung, daß kleinere Leistungseinheiten kombiniert und damit in größeren Stückzahlen
gebaut werden können und daß bei Ausfall eines Generators der Betrieb mit der oder
den übrigbleibenden, beispielsweise mit der halben Hochfrequenzleistung weitergeführt
werden kann.
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Einrichtungen zum Parallelbetrieb mehrerer Hochfrequenzgeneratoren
durch einfache Verbindungsleitungen zwischen den »heißen« Elektroden, wenn die Elektrodensysteme
geringen Abstand haben, sind schon bekanntgeworden. Größere Generatoren an einer
Durchlaufanlage mit je einem Elektrodensystem, die nicht miteinander verbunden sind,
müssen - bei unterschiedlicher Beschickung - durch mechanische Verstellvorrichtungen
des Elektrodenabstandes ständig so geregelt werden, daß die Generatoren annähernd
gleichbelastet sind. Das macht bei mechanisch geregelten Verstellvorrichtungen große
Schwierigkeiten. Liegen bei Generatoren größerer Leistung die Elektrodensysteme
weiter auseinander, beispielsweise infolge der Vergrößerung der Generatorenschränke,
so wird bei einer einfachen Verbindung der »heißen« Elektroden und bei Frequenzen
in der Nähe von 107 Hertz eine praktisch gleichmäßige Lastübernahme auf beide Generatoren
zwischen Leerlauf und Vollast nicht mehr erreicht.
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Es sind schon Schaltungen bekanntgeworden, bei denen einer der Hochfrequenzgeneratoren
die Steuerleistung für den oder die anderen mitliefert. Bei dieser Bauweise werden
die einzelnen Hochfrequenzgeneratoren bei gleicher Leistung verschieden gebaut,
da in einzelnen Generatoren die Gitterkreise entfallen. Diese Unterschiedlichkeit
setzt aber die Anwendbarkeit dieser Bauweise herab.
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Es ist weiterhin zum Erreichen einer größeren Hochfrequenzleistung
im Werkstück bekannt, die Schwingkreise von zwei oder mehreren Generatoren zu einem
gemeinsamen Schwingkreis zusammenzufassen. Die entsprechend zu bemessenden Verbindungsleitungen
zwischen den einzelnen Generatoren führen dabei den verhältnismäßig hohen resultierenden
Schwingkreisstrom, wobei die resultierende Schwingkreisgüte erheblich kleiner als
die der ursprünglichen Schwingkreise ist.
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Es ist weiterhin bekannt, Hochfrequenzgeneratoren mit einer gleichen
und festen Frequenz auf ein gemeinsames Behandlungsgut arbeiten zu lassen, wobei
die beiden Generatoren durch entsprechende 2/4- bzw. 2/2-Leitungen voneinander entkoppelt
sind, so daß eine gegenseitige Beeinflussung nicht stattfindet. Im Gegensatz zu
den bekannten Anordnungen besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in
der Schaffung einer Vorrichtung zum Parallelbetrieb von mindestens zwei Hochfrequenzgeneratoren,
die es ermöglicht, die gesamte Hochfrequenzgeneratorleistung je nach dem Betriebszustand
der Anlage auf die verschiedenen Elektrodensysteme einzeln oder gemeinsam zu übertragen,
wobei die entstehende Frequenzdrift zwischen Vollast und Leerlauf keinen Einfluß
auf den Parallelbetrieb haben soll, so daß ein Festfrequenzbetrieb nicht vorzuliegen
braucht. Darüber hinaus soll die Kreisgüte der einzelnen Generatoren erhalten bleiben.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Ausgleichsleitung so angeordnet
ist, daß sie die Verbindungsleitungen zwischen den Generatorausgängen und den zugehörigen
Belastungswiderständen verbindet und so ausgebildet ist, daß sie eine galvanische
Verbindung darstellt, die im Hinblick auf die Generatorbetriebsfrequenz und den
Abstand der Belastungswiderstände hochfrequenzmäßig kapazitiven Charakter aufweist.
Mit Vorteil dient als Ausgleichsleitung ein Vierpol mit hochfrequenzmäßig kapazitivem
Charakter. Als eine besonders vorteilhafte Lösungsmöglichkeit kann als Ausgleichsleitung
eine
koaxiale Leitung verwendet werden, vorzugsweise mit rundem Querschnitt. Diese kann.
so ausgeführt werden, daß ihr Wellenwiderstand kleiner als ihr Abschlußwiderstand
und ihre elektrische Länge (definiert als llfe-; l ist dabei die geometrische
Länge des Leiters, s die Dielektrizitätskonstante des umgebenden Mediums) kleiner
als ein Viertel der Wellenlänge (in Luft) der Betriebsfrequenz ist. Nach einer weiteren
zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann als Ausgleichsleitung auch eine koaxiale
Leitung mit rechteckigem, insbesondere quadratischem Querschnitt dienen. Koaxiale
Leitungen mit rundem Querschnitt sind wegen des einfachen und billigen Aufbauen
besonders vorteilhaft. Die rechteckigen koaxialen Leitungen passen sich besonders
gut schon vorhandenen Abschirmschächten an. Weiter sind die Ausgleichsleitungen
mit Vorteil abschaltbar, um mit einem Hochfrequenzgenerator allein arbeiten zu können
oder weitere Generatoren bei erhöhtem Leistungsbedarf zuschalten zu können.
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Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Bedienung kapazitiver
Hochfrequenzanlagen mit mehr als einem Hochfrequenzgenerator sehr vereinfacht, so
daß ungelernte Kräfte damit betraut werden können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil
der neuen Vorrichtung ist es, daß untereinander gleich gebaute Generatoren benutzt
werden können, so daß für die Parallelschaltung mehrerer Generatoren keine Änderungen
an serienmäßig gefertigten Hochfrequenzgeneratoren nötig werden.
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Die Schwierigkeiten einer einfachen Verbindung zwischen den »heißen«
Elektroden bei größeren Abständen liegt darin, daß bei den hohen Frequenzen und
dem großen Abstand jede einfache Verbindungsleitung bereits einen beachtlichen induktiven
Blindwiderstand darstellt. In Verbindung mit anderen Bauteilen können dann Resonanzgebilde
entstehen, die entweder von der Grundwelle des Hochfrequenzgenerators oder den zahlreich
vorhandenen Oberwellen erregt werden können und dabei unerwünschte Spannungsüberhöhungen
und andere Störungen hervorrufen oder die ein Umschwingen der Generatoren auf eine
andere Grundwelle, bei der günstigere Phasenbedingungen für die Rückkopplung vorliegen,
eintreten lassen können.
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Die Gleichheit der Lastabgabe von zwei oder mehr Generatoren ist bei
einer Vorrichtung nach der Erfindung auch bei stark unterschiedlicher Belastung
der zugehörigen Elektrodensysteme mit zu erwärmendem Gut gegeben. Befindet sich
das Gut - beispielsweise in einem Durchlaufsystem - nur in einem der parallel geschalteten
Behandlungskondensatoren, so geben doch die parallel geschalteten Hochfrequenzgeneratoren
ohne jede Umschaltung praktisch die gesamte zur Verfügung stehende Hochfrequenzleistung
auf das Gut in dem einen Elektrodensystem ab. Die beiden Generatoren arbeiten dabei
auf gleicher Frequenz.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt.
Die Verbindungsleitungen zwischen Generator I und der einen Behandlungselektrode
sind mit 1, die zwischen Generator Il und der anderen Behandlungselektrode mit 2
bezeichnet. Beide Systeme von Verbindungsleitungen einschließlich ihrer Abdeckungen
(Schirme) 3 und 4 (zum Teil nicht dargestellt) sind durch die Ausgleichsleitung
verbunden, die aus dem Innenleiter 5 und dem Außenleiter 6 besteht. Die bewegliche
Verbindung zur Behandlungselektrode für den Generator II trägt das Zeichen 7. Eine
entsprechende Verbindung ist auch am Generator I vorhanden, aber nicht dargestellt.
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In Fig.2 ist ein hochfrequentes Ersatzschaltbild als Beispiel für
eine Einrichtung mit Parallelschaltung durch einfache Leitungen bei größerer räumlicher
Entfernung angegeben, bei der also ein stabiler Betrieb nicht möglich ist. Darin
ist 11 der Schwingkreis des Generators I und 12 der des Generators II. Die zugehörigen
Gehäuse bzw. Schächte sind mit 13 und 14 bezeichnet. Zwischen den Platten
der Behandlungselektroden (Elektrodensysteme) 15 und 16 liegt je ein Stück 17 und
18 des zu erwärmenden Gutes. Die beweglichen Verbindungen 7 zwischen den Hochfrequenzgeneratoren
I und II und den zugehörigen Behandlungselektroden sind als Transformationsleitungen
19 und 20 ausgebildet. Zwischen diesen liegt die Leitung für die Parallelschaltung,
die hochfrequenzmäßig für den Fall einer gewöhnlichen Leitungsverbindung als Induktivität
21 dargestellt ist.
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In Fig. 3 ist die Vorrichtung nach der Erfindung hochfrequenzmäßig
dargestellt, also unter der Voraussetzung, daß die Verbindungsleitungen zu den Elektrodensystemen
durch eine koaxiale Leitung bei gleicher räumlicher Entfernung der Elektrodensysteme
wie in Fig. 2 verbunden sind. Die koaxiale Leitung ist so bemessen, daß ihre Länge
kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der Betriebsfrequenz der Generatoren ist
und ihr Wellenwiderstand kleiner als ihr Abschlußwiderstand ist. Unter diesen Voraussetzungen
stellt im Ersatzschaltbild Fig. 3 die koaxiale Leitung 22 eine galvanische, aber
hochfrequenzmäßig kapazitive Verbindung dar. Offene koaxiale Leitungen oder belastete
koaxiale Leitungen, deren Abschlußwiderstände zwischen oo und ihrem Wellenwiderstand
liegen, bis zu einem Viertel der Wellenlänge haben kapazitiven Charakter. Die mechanische
Ausführung der Koaxialleitung ist bei Fig. 1 beschrieben. Die Gehäuse bzw. Schirme
der Generatoren sind geerdet, wie angedeutet.