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Die Erfindung bezieht sich auf eine Form für die Wärmebehandlung von
Formkörpern im elektrischen Hochfrequenzfeld und ein Verfahren zur Herstellung solcher
Formen.
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Bei der Wärmebehandlung, wie z. B. Trocknen, Erhitzen, Aushärten von
Formkörpern, welche aus einem vor oder bei Beginn der Behandlung weichem Ausgangsmaterial
bestehen, ist es erforderlich, den Formkörper während der Behandlung in einer Form
zu lagern, welche Formveränderungen verhindert. Diese Form soll die Wärmebehandlung
nicht behindern, d. h., sie darf das zur Erhitzung dienende HF-Feld möglichst wenig
stören oder beeinflussen. Sie soll wenig Energie aus: dem Feld aufnehmen, so daß
diese möglichst vollständig zur Erwärmung des Formkörpers ausgenutzt wird. Die Oberfläche
der Form soll sich zwar miterwärmen, damit kein Kondenswasser auftritt, der übrige
Teil der Form soll aber kalt bleiben, um die Verluste niedrig zu halten. Trotz der
geforderten Oberflächenerwärmung dürfen keine größeren mechanischen Spannungen in
der Form auftreten, die zu Verwindungen oder Rissen führen können. Gefordert wird
außerdem für den Formkörper und damit die Form eine Maßgenauigkeit bis zu 0,1 mm
bei einer Länge von etwa 1 m. Diese Maßgenauigkeit muß bei der Erwärmung des Formkörpers
eingehalten werden. Die Form muß fernerhin eine ausreichende mechanische Festigkeit
aufweisen. Sie soll wärmedämmend (wärmeisolierend) wirken, um Wärmeverluste zu vermeiden,
und sie soll einfach, billig und schnell herzustellen sein.
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Diese Forderungen sind zum Teil widersprechender Art und konnten von
den bisher bekanntgewordenen Formen; weiche iüwesentlichen - nur aus einem Material
aufgebaut sind, insgesamt nicht erfüllt-werden. Wenn die Form nur aus einem Material
besteht, dann kann zwar beispielsweise bei glatter Oberfläche und kleinen Verlusten
eine große Maßgenauigkeit eingehalten werden, solange die Form kalt bleibt. Bei
Erwärmung treten jedoch mechanische Spannungen auf, die eine bleibende Verwindung
und Risse zur Folge haben. Würde man ein Material verwenden, das die nötige Temperaturbeständigkeit
aufweist, dann könnte die Form, wenigstens mit den bisher bekannten Materialien,
nicht mit der erforderlichen Oberflächenglätte und -härte hergestellt werden. Die
zum Hochfrequenzvorwärmen hartbarer Preßmassen bekanntgewordenen Behälter aus Pappe,
Holz oder Kunststoff sind daher als Formen ungeeignet, obwohlsie einen niedrigen
Verlustfäktor=äuftveisen"und somit Hochfrequenzfelder kaum störend beeinflussen.
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Durch die Erfindung soll eine Form geschaffen werden, welche die.
gestellten- Forderungen insgesamt erfüllt.
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Die Erfindung= betrifft- ehe Form für .die Wärmebehandlung von Formkörpern
großer Maßgenauigkeit im elektrischen Hochfrequenzfeld, enthaltend ein Material
mit kleiner Dielektrizitätskonstante und kleinem Verlustwinkel, und ist gekennzeichnet
durch eine Unterteilung der Form in eine dünne Formschale und einem aus dem Material
mit kleiner Dielektrizitätskonstante bestehenden Stützkörper.
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Bei der zweiteiligen Form nach der Erfindung wird die dünne Formschale
erwärmt. Hierbei treten bei geeigneter Wahl des Materials keine mechanischen Spannungen
auf; die dünne Schicht verformt sich vielmehr elastisch. Diese Verformung ist so
geringfügig, daß die Maßgenauigkeit erhalten bleibt. Der Stützkörper selbst bleibt
bei geeigneter Materialauswahl kalt und hält die gesamte Form verwindungsfrei fest.
Die Wärmeabfuhr durch den Stützkörper ist so gering, daß die dünne Schicht der Formschale
erwärmt bleibt und sich kein Kondenswasser in der Form bilden kann.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung solcher
Formen. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Formschale mit einem Granulat
mit kleiner Dielektrizitätskonstante und kleinem Verlustwinkel hinterfüttert und
dieses Granulat zu einem mechanisch widerstandsfähigen Körper verfestigt.
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In folgendem werden weitere Einzelheiten der Erfindung an Hand des
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels besprochen.
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Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Form im Schnitt. Der zu
behandelnde Formkörper 10 ist darstellungsgemäß im Schnitt halbkreisförmig. Er liegt
während der Behandlung in der beispielsweise aus einem Kunststoff bestehenden Formschale
12, welche nach einem der bekannten Aufbau-Verfahren hergestellt wurde. Die- Formschale
weist eine Wandstärke von wenigen Millimetern auf. Um ihr die notwendige Festigkeit
sowie eine zur bequemen Hantierung geeignete äußere Form zu geben, befindet sich
auf der Rückseite der Formschale 12 ein Stützkörper 14, welcher gemäß der
vorliegenden Erfindung aus einem Material mit kleiner Dielektrizitätskonstante und
kleinem Verlustwinkel besteht.
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Als Material für diesen Stützkörper stehen verschiedene Stoffe, insbesondere
Kunststoffe zur Verfügung, so beispielsweise Polyäthylen und Polystyrol, welche
eine niedrige Dielektrizitätskonstante a in der Größe von etwa 2,3 und einem kleinen
Verlustwinkel tgb von etwa 4 - 10-4 aufweisen. Weiterhin eignen sich als Material
für den Stützkörper auch Kunststoffe in Schaumform (Kunststoffschäume). Je nach
den Erfordernissen des Behandlungsverfahrens kann der Stützkörper noch.- einen Metallrahmen:16
beispielsweise aus Aluminium aufweisen oder in einem Formkasten gehalten sein.-.--,
-_: Die erfindungsgemäße Form hat den Vorteil, daß die Erwärmung durch das Hochfrequenzfeld
auf den zu behandelnden Formkörper und in einem bestimmten Maß auf die Formschale
beschränkt ist, da der Stützkörper infolge der elektrischen Werte seines Materials
praktisch keine Energie aus dem Feld aufnimmt und sich somit nicht erwärmt oder
sonst Energie verbaucht. -Die Formschale 12 besteht aus einem an die Erfordernisse
des Behandlungsverfahrens angepaßten Material. Beispielsweise muß die Formschale
widerstandsfähig sein gegen mechanische und chemische Beanspruchung durch. das zu
behandelnde Material. Die elektrischen Eigenschaften des Materials für die Formschale
sollen im allgemeinen so gewählt werden, daß sich die Formschale im HF-Feld nur
geringfügig erwärmt. Gegebenenfalls kann aber auch eine Wärmeleitung der Formschale
oder eine Aufheizung der Formschale durch das HF-Feld erwünscht sein, um den Behandlungsprozeß
zu unterstützen, z. B. indem sie die Bildung von Kondenswasser verhindert. In diesem
Fall muß das Material der Formschale entsprechende dielektrische Werte aufweisen.
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Der Stützkörper wiederum wirkt vorteilhafterweise wärmedämmend. Gemäß
einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht er aus einem Kunstharzschaum
oder
dem verfestigten Granulat eines Materials mit kleiner Dielektrizitätskonstante und
kleinem Verlustwinkel, wobei die einzelnen Teilchen des Granulats zu einem festen
Körper verbunden sind. Diese Ausbildung ergibt ein ganz besonders einfaches Verfahren
zur Herstellung der Form. Die obenerwähnten zur Herstellung des Stützkörpers geeigneten
Materialien sind im allgemeinen thermohärtende oder thermoplastische Stoffe. Die
zur Formgebung solcher Stoffe üblichen Verfahren, wie insbesondere der Spritzguß,
wären für den vorliegenden Fall der Herstellung des Stützkörpers viel zu umständlich
und kostspielig; zur Herstellung der selbst nur als Produktionshilfsmittel dienenden
Form müßte nämlich für jeden Stützkörper erst eine teure Spritzgußform angefertigt
werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Formschale durch einen Schaum
verstärkt oder das im allgemeinen als Granulat zur Verfügung stehende Rohmaterial
unmittelbar zur Hinterfütterung der Formschale verwendet, wobei die einzelnen Teilchen
des Granulats zu einem einen festen Körper bildenden Konglomerat verbunden werden.
Dies kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung dadurch erfolgen, daß man
ein kalthärtendes Kunstharz als Bindemittel für die einzelnen Teilchen des Granulats
verwendet.
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Bei der Herstellung des Stützkörpers geht man so vor, daß man die
mit Kunstharz-Bindemittel versehenen Granulatteilchen in der gewünschten Form auf
der Rückfläche der Formschale aufbringt und den so erhaltenen Stützkörper verfestigt.
Bei der Verwgndung eines Granulats aus Polystyrol haben sich kalthärtende Epoxydharze
ausgezeichnet bewährt. Es können aber auch andere Granulate wie Polyäthylen oder
auch vorgeschäumte Kunststoffe verwendet werden.
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Die Verfestigung des Granulats zu einem festen Stützkörper kann auch
durch andere Methoden erfolgen. So kann man z. B. die einzelnen Teile des Granulats
durch Behandeln mit einem Lösungsmittel oberflächlich erweichen und klebrig machen,
worauf nach dem Hinterfüttern der Schale das Lösungsmittel wieder ausgetrieben wird,
wodurch die einzelnen Teilchen oberflächlich miteinander verkleben. Man kann auch
die einzelnen Teilchen oberflächlich bis zu einer Temperatur erwärmen, bei der ein
oberflächliches Verkleben der Teilchen eintritt, und einen festen Stützkörper nach
Art eines Sinterverfahrens aufbauen.
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Die erfindungsgemäße Herstellung des Stützkörpers, ausgehend von einem
Granulat, ist außerordentlich vorteilhaft wegen seiner Einfachheit, da jegliche
formgebende oder spanabhebende Bearbeitung vermieden wird. Vielmehr kann das Hinterfüttern
der Formschale, die gewünschte Formgebung und die darauffolgende Verfestigung gänzlich
ohne oder nur mit ganz primitiven Hilfsmitteln ohne Anwendung von Druck und Wärme
erfolgen.
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Ein aus einem solche verfestigten Granulat bestehender Stützkörper
bietet weiterhin große Vorteile für die Wärmebehandlung im elektrischen HF-Feld,
da der Stützkörper gut wärmebeständig ist und wegen seines Aufbaus eine äußerst
geringe Wärmeleitung aufweist. Er wirkt somit wärmedämmend, so daß die im behandelten
Formkörper erzeugte Wärme auf diesen konzentriert bleibt. Die erfindungsgemäße Form
läßt sich auf vielen Gebieten der HF-Erwärmung verwenden, so beispielsweise zum
Aushärten und zur Trocknung von Formkernen für Gießformen, zum Vortrocknen von Gegenständen
aus plastischen Massen wie Porzellanmasse und Ton, welche vor dem eigentlichen Brennen
einem Trocknungsprozeß unterworfen werden. Die vorliegende Form und das Verfahren
ist weder auf dieses Anwendungsgebiet noch auf das erläuterte Ausführungsbeispiel
beschränkt.
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Auf Grund ihrer guten mechanischen Eigenschaften sind die beschriebenen
Formen auch geeignet zur Formgebung der Formkörper, also z. B. zur Herstellung von
Kernschieß- und -blasformen sowie zur Herstellung von Preßformen.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Form
gegeben, wobei selbstverständlich die Erfindung nicht auf die Einzelheiten dieses
Beispiels eingeschränkt sein soll.
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Die Formfläche bestand aus einer kaltgehärteten Epoxydharzmasse, die
im ungehärteten Zustand folgende Zusammensetzung besitzt: Gemisch eines flüssigen
Polyglycidyläthers, erhalten durch Kondensation von Epichlorhydrin und 2,2-Bis-(p-oxyphenyl-)propan,
welcher einen Epoxydgehalt von 5,3 Epoxydäquivalenten pro Kilogramm besitzt, mit
der äquivalenten Menge Triäthylentetramin. Dieses Gemisch war vor dem Abhärten versetzt
worden mit 150% Gewichtsteilen Quarzmehl. Der Stützkörper besteht aus einem Polystyrolgranulat,
gebunden mit einer gehärteten Epoxydharzmasse der oben angegebenen Zusammensetzung.
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Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf
die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Weiterhin ist selbstverständlich,
das Anwendungsgebiet bezüglich der verwendeten Frequenzen (Wellenlängen) des elektrischen
Hochfrequenzfeldes nicht eng begrenzt zu verstehen, sondern die Form ist sinngemäß
anwendbar in allen Frequenzbereichen, wie HF-Wellen, Mikrowellen usw.