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Mittels Hochfrequenz arbeitende Trocknungsvorrichtung Bei der Trocknung
von verschiedenen Materialien, wie z. B. Holz, darf die Hochfrequenzenergie nicht
während des ganzen Trocknungsprozesses mit gleichbleibender Intensität auf das Trockengut
einwirken, da das zu trocknende Material dadurch geschädigt werden kann. Wie bereits
veröffentlicht wurde, muß beispielsweise bei Holz nach einer anfänglich starken
Erwärmungsperiode die Hochfrequenzenergie laufend gedrosselt werden, um so zu verhindern,
daß im Zentrum der Holzstücke ein starker Druckanstieg erfolgt, der Risse und Sprünge
in dem Holz verursachen kann.
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Diese Forderung kann bei absatzweiser Trocknung dadurch erreicht werden,
daß in einer Trockenkammer die zugeführte Hochfrequenzenergie dem Trockengut und
seinem momentanen Feuchtigkeitswert entsprechend reguliert wird. Der Nachteil dieser
Anlage liegt ohne Zweifel darin, daß der Hochfrequenzsender nur eine kurze Zeit
unter voller Belastung arbeitet und während des übrigen Trocknungsprozesses gedrosselt
ist. Dadurch verschlechtert sich aber der Wirkungsgrad der Trocknung erheblich,
da die Heizleistung des Senders auch bei nur geringer Hochfrequenzenergieerzeugung
weitgehend aufrechterhalten werden muß.
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Es ist bekannt, das Trockengut mittels eines Förderbandes nacheinander
durch mehrere Hochfrequenzfelder unterschiedlicher Intensität zu schikken, wobei
jede Stufe entweder einen eigenen Sender oder eine eigene Ankopplungsschaltanordnung
für einen gemeinsamen Sender aufweist, um somit die getrennte Einstellbarkeit der
pro Zeiteinheit übermittelten Hochfrequenzenergie jeder Stufe zu ermöglichen. Anlagen
dieser Art haben sich jedoch als unbefriedigend erwiesen, da einerseits der technische
Aufwand sehr groß war und andererseits in Anbetracht der hohen, für Trocknungszwecke
zur Verwendung gelangenden Frequenzen - in der Regel werden Frequenzen zwischen
5 und 30 MHz benutzt - eine elektrische Verkopplung zwischen den einzelnen Trockenabschnitten
nur schwer zu vermeiden war. Diese Verkopplungen sind insofern als ein Nachteil
zu betrachten, da bei vielen Trockengütern genaue Bedingungen für die Feldstärke
eingehalten werden müssen, wenn Schädigungen des Trockengutes vermieden werden sollen.
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Zur Vermeidung dieser einzelnen, weitgehend unabhängig voneinander
arbeitenden Trockenabschnitte ist auch bereits bekannt, Schaltmittel, wie beispielsweise
Kondensatoren und Induktivitäten, an einer einzelnen Elektrode derart anzuordnen,
daß sich die natürliche Spannungsverteilung, welche durch die Frequenz und die räumliche
Anordnung der Elektrode, die Erdungsverhältnisse usw. gegeben ist, nicht ausbilden
kann; vielmehr wird angestrebt, eine den Bedürfnissen des Trockengutes angepaßte
Feldverteilung zu erhalten. Anordnungen dieser Art weisen jedoch den Nachteil auf,
daß sich eine einmal eingestellte, für das Trockengut günstige Feldverteilung während
des Trocknens nicht aufrechterhalten läßt, da das Trockengut selbst bzw. dessen
Feuchtigkeit das Feld kapazitiv belastet und somit verändert. Diese Belastung läßt
sich praktisch nicht vorher bestimmen, da verschiedene Trockengüter mit unterschiedlichem
Feuchtigkeitsgehalt in die Trockenanlage eingebracht werden könnten. Wenn beispielsweise
an einem Ende der Gesamtelektrode eine sehr starke kapazitive Belastung auftritt,
ändert sich die gesamte Feldverteilung zwangläufig. Neben diesen Nachteilen ist
die erwähnte Anlage wegen der erforderlichen Schaltelemente zweifellos relativ teuer.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile weitgehend dadurch zu
vermeiden, daß das Trockengut selbst auf Grund seiner kapazitiven Belastung für
das Hochfrequenzfeld dieses derart beeinflußt, daß die für das jeweilige Gut erforderliche
Feldverteilung erhalten bleibt. Darüber hinaus wird erreicht, daß die dem Trockengut
übermittelte Gesamtenergie beim Durchlauf von selbst abnimmt. Zur Erreichung dieser
Vorteile werden neben dem bei jeder HF-Trocknungsanlage erforderlichen Anpassungsglied
keine
die Feldverteilung beeinflussenden Schaltelemente gebraucht.
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Die Erfindung betrifft somit eine mittels Hochfrequenz arbeitende
Trocknungsvorrichtung, welche aus einem langgestreckten, als geerdete Elektrode
verwendbaren Transportband, aus einer über dem Transportband angeordneten Hochpotentialelektrode
und aus einem Hochfrequenzgenerator besteht und stehende Wellen entsprechend der
dabei auftretenden ungleichmäßigen Spannungs- bzw. Feldverteilung längs der langgestreckten
Elektroden verwendet, wobei sich die Hochpotentialelektrode längs des gesamten Durchlaufweges
des Trockengutes erstreckt und aus mehreren - elektrisch miteinander verbundenen,
aber relativ zueinander und zum Transportband verstellbaren Teilstücken besteht.
Kennzeichnend für die Einrichtung gemäß der Erfindung ist nun, daß der Einspeisepunkt
für die Hochfrequenzenergie, in Durchlaufrichtung gesehen, in der zweiten Hälfte
der Gesamtelektrode angeordnet ist und der vom Einspeisepunkt gesehene längere Teil
der Gesamtelektrode eine kleinere Länge als ein Viertel der Wellenlänge der eingespeisten
Hochfrequenzenergie aufweist, so daß die Elektrodenspannung vom Einspeisepunkt aus
zu den Elektrodenenden hin stetig ansteigt, und daß ferner am Einspeisepunkt ein
mit dem Generator verbundenes Spannungsregelorgan zur Konstanthaltung der Spannung
vorgesehen ist.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Hochfrequenztrockenanlage,
F i g. 2 einen Querschnitt durch die Darstellung der F i g. 1.
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Die in F i g. 1 dargestellte Trocknungsapparatur besteht aus einem
langgestreckten Trockentunnell, durch. den ein aus Metallgliedern zusammengesetztes
Transportband 2 längs hindurchläuft. An der Ein-und Austrittsstelle des Bandes in
die Kammer ist je eine Öffnung 3 frei gelassen, die mittels der Schieber 4 mehr
oder weniger je nach der Höhe des Trockengutes 22 abgedeckt werden kann. Das Transportband
läuft um die Rollen 5, von denen eine durch einen Motor mit einstellbarer Drehzahl
angetrieben wird. Ferner liegen an dem Transportband 2 Spannrollen 6 und 7 an, um
ihm so eine ausreichende mechanische Spannung zu verleihen. Zweckmäßigerweise werden
ferner Walzbürsten (nicht dargestellt) zur Säuberung des Transportbandes vorgesehen.
In dem Trockentunnel läuft das Band auf einer perforierten Unterlage 8, während
es bei der Rückführung über Rollen 9 geleitet wird, die zwischen den Stützen
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des Trockentunnels angeordnet sein können.
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Die Hochpotentialelektrode ist ebenfalls perforiert und besteht bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus den drei Abschnitten 11, 12 und 13, die
durch elastische Verbindungsstücke 14 und 15 elektrisch aneinander angeschlossen
sind. Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, haben die Elektrodenabschnitte U-förmigen
Querschnitt, der nach unten, also zu dem Trockengut geöffnet ist. Zur mechanischen
Verstärkung der Elektrode können nach oben abragende Zwischenrippen vorgesehen sein,
welche elektrisch jedoch ohne Einfluß sind. Die Elektrodenabschnitte hängen einzeln
an Bändern, Stangen oder Seilen, die über die Isolatoren 16 an Rollen 17 befestigt
sind. Diese Rollen oder andere derartige Vorrichtungen können von Hand oderelektrisch
mittels der Verstelleinrichtungen 18 rotiert werden, so daß der Abstand der einzelnen
Elektrodenabschnitte zu dem Trockengut verändert werden kann.
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An dem Elektrodenabschnitt 11 ist ferner noch eine Zusatzelektrode
21 angebracht, die in ihrer relativen Lage zu dem Elektrodenabschnitt 11 verändert
werden kann. Durch derartige Zusatzelektroden kann erreicht werden, daß die elektrische
Feldstärke an bestimmten Stellen des Tunnels erhöht wird, womit an diesen Stellen
auch die Energieeinwirkung auf das Trockengut erhöht ist. Die Zusatzelektrode 21
an der Eingangsöffnung des Trockentunnels bezweckt z. B. daß das kalte Wasser im
Naßgut zunächst rasch auf annähernd Siedetemperatur erhöht wird, ohne daß der eigentliche
Trocknungsvorgang beginnt.
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In eine Seitenwand des Tunnels ist am unteren Ende eine Öffnung 19
eingelassen, durch die Warmluft in. den Trockenraum einströmt. Dieser Warmluftstrom
dient dazu, die aus dem Trockengut austretende Feuchtigkeit aufzunehmen und abzuführen;
insbesondere wird durch diesen Luftstrom ein Kondensieren der verdampften Flüssigkeit
an den Innenwänden oder den Elektroden vermieden. Durch die bei 20 angedeutete Öffnung
wird die nun mit Feuchtigkeit beladene Luft wieder abgesaugt. Um dem Luftstrom freien
Zugang zu dem Trockengut und den Elektroden zu ermöglichen, sind wie bereits erwähnt,
die Unterlage des Transportbandes 8, das Transportband 2 selbst sowie die Elektrode
durch Perforation bzw. Gitterstruktur luftdurchlässig. Bei dieser Anordnung wird
zweckmäßig ein mit Luft gekühlter Hochfrequenzsender verwendet; die den Sender verlassende
Kühlluft kann dann direkt durch die Öffnung 19 in den Trockenraum geleitet werden,
womit sich ein eigenes Aggregat zur Warmlufterzeugung erübrigt.
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Der Ausgang des Hochfrequenzsenders ist über ein Anpassungsglied mit
der durch den Pfeil bei 25 angedeuteten Stelle des Elektrodenabschnittes 13 verbunden.
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Vor einer Erklärung der Wirkungsweise der Anlage soll kurz der Trockenvorgang
am Beispiel von Holz erläutert werden.
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Wenn Hochfrequenz ganz allgemein auf ein feuchtes Trockengut einwirkt,
wird in erster Linie das eingeschlossene Wasser auf Grund seiner meist wesentlich
größeren dielektrischen Verlustwinkel erwärmt. Bei einem Holzstück befindet sich
jedoch der Punkt größter Feuchtigkeitskonzentration im Zentrum, da durch Lagerung
die Flüssigkeit an den weiter außen liegenden Stellen meistens schon etwas weiter
verdunstet ist. Würde nun über längere Zeit eine gleichbleibende hohe Hochfrequenzenergie
auf das Holzstück einwirken, so würde sich das eingeschlossene Wasser zunächst bis
auf Siedetemperatur erwärmen und anschließend verdampfen. Da sich im Kern jedoch
mehr Feuchtigkeit befindet als in der Umgebung, wird hier auch die Verdampfung einsetzen,
womit auch der Druck im inneren des Holzstückes wegen mangelnder Ausgleichsmöglichkeit
mit der Umgebung stark ansteigt. Wenn man nun bei weiterer Beibehaltung des Hochfrequenzfeldes
ein Austreten der verdampften Flüssigkeitsteile des Holzkernes auf Grund der engen
Poren des Holzstückes unmöglich ist, entstehen Risse, die das Holz unter Umständen
unbrauchbar machen. Bei einer Hochfrequenztrocknung von Holz ist daher anzustreben,
daß nach einer anfänglichen, schnellen Erhitzung bis
auf hohe Temperaturen
unter Siedepunkt die Energie so gedrosselt wird, daß ein zu hoher Druck im Inneren
der Holzstücke nicht entstehen kann. In der Praxis hat sich nun herausgestellt,
daß nach der anfänglichen schnellen Erhitzung bis gegen die Siedetemperatur eine
langsame Energieverminderung während des Trockenprozesses bis zur Austrocknung die
besten Ergebnisse bringt. Die zugeführte Energiemenge und die Stärke der Drosselung
während des Prozesses hängt vom Material, d. h. von der spezifischen Wärme sowie
von der Dampfdurchlässigkeit ab.
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Der Hochfrequenzgenerator erzeugt vorzugsweise eine Frequenz von über
5 MHz, z. B. von 14 MHz, da erfahrungsgemäß bei Frequenzen dieser Größenordnung
die besten Ergebnisse erzielt werden können. Wird nun bei geeigneter Anpassung die
Hochfrequenzenergie an der mit 25 bezeichneten Stelle eingespeist, bildet sich auf
der Elektrode eine stehende Welle, wodurch sich zwischen der Hochpotentialelektrode
11, 12 und 13 und dem als Elektrode wirkenden Transportband 2 eine von der Lage
im Tunnel abhängige Spannung aufbaut.
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Beim Einspeisepunkt 25 wird beispielsweise die Ankopplung der Elektrode
an den Sender derart vorgenommen, daß hier eine endliche Spannung zwischen der Erd-
und der Hochfrequenz-Elektrode besteht. Von dem Einspeisepunkt aus steigt die Spannung
nach beiden Seiten infolge der Ausbildung einer stehenden Welle an. Wird nun Trockengut
in den Tunnel eingebracht, wird dem Feld auf Grund des dielektrischen Verlustwickels
nicht nur Energie entzogen, sondern auf Grund der Dielektrizitätskonstanten der
Feuchtigkeit auch sehr stark kapazitiv belastet. Bei einer derartigen kapazitiven
Belastung, beispielsweise am Eingang des Trockentunnels, »verkürzt« sich die stehende
Welle, d. h., die Spannung steigt an. Bei einer weiteren kapazitiven Belastung -welche
jedoch während des Betriebes vermieden werden sollte - würde die Spannung am Kanaleingang
wieder sinken, da sich nun das Spannungsmaximum an einer Stelle zwischen Eingang
und Einspeisepunkt befindet. Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß bei
maximaler Senderbelastung die höchstmögliche Spannung genau am Eingang des Trockentunnels
liegt. Bei Leerlauf, d. h. ohne Belastung, ist die Spannung am Eingang entsprechend
niedriger, sie ist jedoch auch dann immer die höchste Spannung, welche zu diesem
Zeitpunkt an irgendeinem Teil der Elektrode liegt.
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Die Elektrodenabschnitte können nun entsprechend der zu trocknenden
Holzsorte eingestellt werden, ebenso die Vorschubgeschwindigkeit.
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Da die Feldstärke infolge der Belastung nicht absinken darf, wird
die Spannung am Einspeisepunkt durch eine entsprechende Nachregelung konstant gehalten.
Die Auslastung des Senders wird nun dadurch erreicht, daß die Anlage je nach Feuchtigkeitsgehalt
des Trockengutes mit einer mehr oder weniger großen Menge beschickt wird, damit
die verbrauchte Energie der Leistungskapazität des Senders entsprechend angepaßt
wird. Bei einem längere Zeit gelagerten Holz, das also bereits vorgetrocknet ist,
kann beispielsweise die ganze Breite des Transportbandes belegt werden, während
bei einem frisch geschlagenen Holz nur zwei Drittel der Breite des Transportbandes
ausgenützt werden darf, um den Sender nicht zu überlasten. Kommt nun beispielsweise
Holz zur Trocknung, das den doppelten Feuchtigkeitsgehalt gegenüber vorher behandeltem
Holz aufweist, steigt die Leistungsaufnahme bei gleichbleibender Hochfrequenzspannung
am Speisepunkt durch den vergrößerten Verlustfaktor tg iü an, wird aber noch durch
das Ansteigen der Spannung längs der Elektrode, bedingt durch die höhere Dielektrizitätskonstante
E, bei einem bestimmten Verhältnis von Holzdicke zum Luftabstand zwischen den Elektroden
am Eingang des Trockentunnels beispielsweise um 15% erhöht. Durch diese Selbstregulierung
bei der beschriebenen Anlage können somit in relativ weiten Grenzen Hölzer verschiedenen
Feuchtigkeitsgrades im gleichen Trocknungsprozeß behandelt werden. Voraussetzung
hierfür ist jedoch, wie bereits erwähnt, daß die Spannung am Einspeisepunkt konstant
gehalten wird.
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Bewegt sich nun das Holz mit dem Transportband durch den Trockentunnel,
wird das Holz bei der Zusatzelektrode 21 zunächst bis auf etwa unter Siedetemperatur
erhitzt, da einerseits auf Grund des geringeren Abstandes der Zusatzelektrode von
der Gegenelektrode, andererseits wegen der höheren Spannung, die an diesem Ende
der Elektrode herrscht, eine besonders hohe Feldstärke erzielt wird. Die Zusatzelektrode
muß dabei so eingestellt werden, daß das Holz bei diesem Trockenabschnitt die Siedetemperatur
nicht ganz erreicht, so daß der Verdampfungsprozeß noch nicht einsetzt. In den anschließenden
Trockenabschnitten nimmt nun die Hochfrequenzenergie laufend so weit ab, daß immer
nur gerade die Energie zugeführt wird, die eine dem Holz unschädliche Flüssigkeitsmenge
entzieht. Nachdem diese unschädliche Flüssigkeitsmenge jedoch von dem absoluten
Feuchtigkeitsgehalt stark abhängt, muß die zugeführte Energie im Laufe des Trocknungsprozesses
auch weiterhin abnehmen, was durch eine entsprechende Einstellung der Elektroden
ohne weiteres erreicht werden kann. Es ist jedoch dabei zu beachten, daß der tatsächliche
Abstand der Elektroden nur in einem sehr geringen Bereich verändert werden muß,
da die Spannung auf Grund der stehenden Welle im vorderen Teil des Trocknungstunnels
an sich schon höher ist als an den weiter hinten gelegenen Abschnitten des Tunnels.
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Die beschriebene Anordnung kann abgeändert und anderen Verwendungsmöglichkeiten
angepaßt werden. So kann es beispielsweise für andere Trockengüter ausreichen, eine
durchgehende Elektrode vorzusehen, wo hingegen bei anderen Trockengütern eine wesentlich
größere Zahl von Unterteilungen der Elektrode nötig werden kann. Ferner kann es
bei bestimmten Bedingungen von Vorteil sein, mehrere derartige Trockenanlagen hintereinander
anzuordnen, die nacheinander von dem Trockengut durchlaufen werden.