DE1813554B2 - Vorrichtung zur Mikrowellenheizung eines langgestreckten dielektrischen Körpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Mikrowellenheizung eines langgestreckten dielektrischen Körpers, bei der eine Relativbewegung zwischen der Mikrowellenenergiequelle und dem zu erwärmenden Material erfolgt, wobei zumindest eine Mikrowellenenergiequelle vorgesehen ist, die in einer Kammer mit Modenverteüern angeordnet ist.

Es ist bekannt, Mikroweilenenergie zu verwenden, um Wärme in solche Stoffe einzubringen, die für eine Mikrowellenstrahlung nicht durchlässig sind oder diese reflektieren. Zu diesem Zweck ist es üblich, eine Mikrowellenkammeranordnung zu verwenden, die einen Einlaß für die Mikrowcllenstrahlung aufweist. Der /u erwärmende Körper wird in der Mikrowellenkammer angeordnet, und der Strahlung ausgesetzt, die von einer geeigneten Quelle, wie beispielsweise einem Magnetron über den Einlaß zugeführt wird. Das bekannteste Beispiel einer Anwendung dieses Verfahrens besteht in der Erwärmung von Nahrungsmitteln.

Eine Erwärmung mit Hilfe von Mikrowellen hat gegenüber den üblichen Erhitzungsverfahren, welche eine Erwärmung der den Körper umgebenden Atmosphäre mit sich bringen (so daß die Wärme von der Atmosphäre re auf den Körper übertragen wird), folgende Vorteile:

a) Die Atmosphäre selbst wird durch die Mikrowellen nicht erhitzt.

b) die Kammer kann derart ausgebildet sein, daß im wesentlichen die einzigen der Strahlung ausgesctzten Substanzen — die dafür nicht durchlässig sind und reflektierend wirken — diejenigen des zu erhitzenden Körpers sind. Auf diese Weise kann im wesentlichen die gesamte erzeugte Energie in Wärme im Körper umgewandelt werden, so daß hier ein vernachlässigbarer Wärmeverlust auftreten kann. Dies:; Tatsache, kombiniert mit der Tatsache, daß eine Strahlung von beträchtlicher Intensität sehr leicht erzeugbar ist, bedeutet, daß der Körper sehr viel schneller und in den meisten Fällen auch viel wirtschaftlicher erwärmt werden

kann als durch konventionelle Vtrfahren.
Ein bei der Mikrowellenerwärmung auftretendes Problem besteht darin, daß stehende Strahlungsmuster auftreten, die eine im wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung über die Oberfläche des Körpers hinweg erschweren; dieses Problem tritt deshalb auf, weil die innerhalb des Körpers erzeugte Wärme durch eine auf den Körper in einem geradlinigen Strahl oder in Strahlen gerichtete Strahlung erzeugt wird (und zwar direkt von der Mikrowellenenergiequelle und/oder durch Reflexion an geeigneten Oberflächen). In der Praxis können dann an der Oberfläche des Körpers durch diese stehenden Muster heiße Punkte auftreten, d. h. Punkte an denen d'e Temperatur wesentlich höher ist als an den umgebenden Teilen der Oberfläche.

Aus diesem Grunde ist es bereits bekannt (britische Patentschrift 6 68 835) Bodenverteiler vorzusehen, die eine Änderung des Strahlungsmusters hervorrufen. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein zu erhitzender Körper weiterhin kontinuierlich durch die Midkrowellenkammer hindurchgeführt, so d;iß die Gefahr von heißen Punkten vermieden wird. In vielen Källen ist eine derartige kontinuierliche Hindurchbewegung des Körpers durch die Mikrowellenkammer aus betnebstechnisehen Gründen nicht möglich, sondern es ist erforderlich, daß das zu erhitzende Material beispielsweise in Form eines langgestreckten Körpers abschnittsweise durch die Kammer hindurchbewegt wird, wodurch trotz der Verwendung von Modenverteüern die Gefahr von heißen Punkten oder Stellen auf dem zu erhitzenden Körper besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Mikrowellenheizung eines langgestreckten dielektrischen Körpers zu schaffen, bei dem die übrige Bearbeitung des langgestreckten Körpers stationär erfolgen kann und nicht durch eine gegenüber der Erwärmungsvorrichtung erforderliche Bewegung behindert wird.

Diese Aufgabe wird erlindungsgemäß dadurch gelöst, da'J die Kammer langgestreckt und zur Aufnahme eines größeren Abschnittes des langgestreckten dielek· irischen Körpers vorgesehen ist und daß die Knmmci bei stationärem langgestreckten Körper zusammen mil

den Mikrow.ellencnergiequellen und den Modcnvcrtcilcrn durch eine Vorrichtung in cine schwingende Hin- und Herbewegung versetzt ist. deren Hub eine gleichförmige Verteilung der Mikrowellenenergie über den gesamten stationären Körper ergibt..

Auf diese Weise wird die Entstehung von heißen Punkten oder Stellen auf dem zu erhitzenden Körper sicher vermieden, ohne daß weitere Bcarbeitungs- oder Verarbeitungsschritte des langgestreckten dielektrischen Körpers behindert werden.

Eine bevorzugte Anwendung findet die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Vulkanisation oder beim Pressen von zu vulkanisierenden Gummimaterialien beispielsweise in Form einzelner Platten oder länglicher Bahnen oder Streifen wie Förder- und Transmissionsriemen Anwendung, da bei derartigen Materialien auf einen Erhitzungsschritt immer ein Preßschritt folgt. Hierbei wird der Körper, der langer ist als die Kammer schrittweise und abschnittsweise in die Kammer hineinbewegt, angehalten, erwärmt und Jann aus der Kammer herausbewegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspriichen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische teilweise weggeschnitten dargestellte Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung in Kombination mit einer dampfgeheizten Flachformpresse,

F i g. 2 teilweise im Schnitt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 3 eine aufgeschnittene allgemeine Ansicht einer typischen Drosselvoi richtung für die Mikrowellenkammer nach den F i g. I und 2.

In F i g. 1 ist eine rechteckige Mikrowellcnkammer 1 gezeigt und weist zwei mit einer Mikrowellencncrgiequelle 3 der Frequenz 2450 MHz verbundene Eingänge 2 auf. leder Eingang 2 ist mit einem von zwei Modeverteilern 4 versehen, die innerhalb der Kammer 1 angeordnet sind und jeweils von einem Elektromotor 5 angelrieben werden.

Die Kammer I wird von geflanschten Rädern 6 getragen, die mit Schienen 7 in Eingriff stehen und längs diesen laufen können. Eine einen Elektromotor und einen Hebel aufweisende Hin- und Herbewegungscinheit 8 ist mit der Kammer t durch eine Verbindungsstange 9 und einen Schwenkzapfen 10 verbunden, um die Kammer 1 längs der Schienen 7 hin und her zu verschieben. Die Frequenz und der Hub der hin- und hergehenden Bewegung der Einheit 8 betragen, ungefähr 6 Zyklen pro Minute bzw. ungefähr 15 cm.

Die entgegengesetzten Enden 11 der Kammer I weisen Horizontalschlitze 12 auf, die den Durchlaß eines Gummiförderbandes (das in der Kammer 1 erhitzt werden soll) in, durch und aus der Kammer heraus zulassen.

Die Schlitze 12 sind durch Verengungen 13 begrenzt, welche die Emission von Mikrowellenenergie aus der Kammer I heraus durch die Schlitze 12 verhindern.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung werden die Kammer I. die Schienen 7 und die Hin- und Herbewegungseinheit 8 von vertikalen hydraulischen Stempeln 14 getragen. Die Stempel 14 können die Kammer 1, die Schienen 7 und die Einheit 8 in vertikaler Riehtung bewegen.

Dicht benachbart zum entfernt von der Einheit 8 liegenden Ende der Kammer I ist eine l-'lachformpresse 15 vorgesehen. Die Presse 15 wem einen festliegenden Körper 16 und eine bewegliche Platte 17 auf. Der Körper 16 weist eine festliegendePlatte 18 auf. Die bewegliche Platte 17 und die befestigte Platte 18 weisen zusammenarbeitende durch Dampf erhitzte Metalloberflächen auf, zwischen denen das Gummiförderband zum Zwecke der Formung angeordnet werden kann, um verdichtet zu werden.

Die bewegliche Platte 17 wird von drei hydraulischen Stempeln 19 getragen. Die Stempel 19 können die bewegliche Platte in Vertikalrichtung bewegen, und sie kennen ferner in Zusammenwirkung mit der festliegenden Platte 18 das zwischen den Platten 17 und 18 angeordnete Gummiförderband einem Druck von mindestens 175 000kg/m² aussetzen.

Die Platten 17 und 18 werden durch Dampf erhitzt, der in die Presse 15 durch einen Einlaß 20 zugeführt und von der Presse 15 durch einen Auslaß 21 abgezogen wird. Die Schlitze 12 und die Platten 17 und 18 sind derart ausgerichtet, daß das Gummiförderband geradewegs durch die Kammer 1 zwischen den Platten 17 und 18 hindurchlaufen kann.

Benachbart zu dem von der Presse 15 entfernt liegenden Ende der Kammer 1 ist ein bei 22 schematisch gezeigter hydraulisch betätigter Greifer vorgesehen, der dann, wenn er betätigt wird, das Gummiförderband ergreift. Benachbart zu dem Ende der Presse 15, welches von der Kammer 1 am weitesten weg liegt, ist an der beweglichen Platte 17 eine bei 23 schematisch gezeigte hydraulisch betätigte Streckvorrichtung vorgesehen; wenn die Streckvorrichtung nach dem Ergreifen des Gummiförderbandes durch den Greifer 22 betätigt wird, so ergreift sie das zwischen dem Greifer 22 und der Streckvorrichtung 23 hängende Gummiförderband und streckt es in einem vorbestimmten Ausmaß. Der Greifer 22 und die Streckvorrichtung 23 sind derart angeordnet, daß sie dr.s Gummiförderband an einer Stelle ergreifen, in der das dazwischenhängende Band geradlinig durch die Schlitze 22 und zwischen den Platten 17 und 18 hindurch verläuft.

Die Stempel 14 und 19 werden mit einem hydraulischen Strömungsmittel über ein von einer nicht gezeigten Quelle kommendes Rohr 25 versorgt. Sämtliche Stempel 14 und 19 sind derart angeordnet daß sie synchron miteinander arbeiten.

Bei einem Beispiel der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 1 muß ein Abschnitt von Gummiförderbändern 24 vulkanisiert werden, der mehrere gummiimprägnierte Leinwandschichten aufweist, die zwischen Gummi-Außenüberzügen verbunden sind. Der Bandabschnitt 24 ist in der Kammer 1 angeordnet und der Greifer 22 und die Streckvorrichtung 23 sind zum Zwecke des Ergreifens und Streckens der Bandanordnung betätigt. Die Kammer 1 wird von der Quelle 3 mit Mikrowellenenergie versorgt und die Moden-Verteiler 4 werden zur gleichen Zeit durch die Elektromotoren 5 gedreht, wobei die Hin- und Herbcwcgungscinheit 8 zum Zwecke der Hin- und Herbewegung der Kammer 1 um 2,54 cm bezüglich der des Gummiförderbandes betätigt ist

Der erwähnte Bandabschnitt wird durch die Mikrowellenenergic in der Kammer I auf eine Temperatur /wischen 80 C und 100 C erhitzt. Wenn die erforderliche Temperatur erreich! ist, so werden Greifer 22 und Streckvorrichtung 23 gelöst. Das Gummiförderband wild sodann (mittels nicht gezeigter Vorrichtungen) durch die Vorrichtung hinclurchbewegt. bis sich der erwärmte B.indabschnitt zwischen den Platten !/ und 18

der Presse 15 befindet. Sodann wird der Greifer 22 und jic Streckvorrichtung 23 wiederum betätigt, um die Bundanordnung zu ergreifen und zu strecken. Sodann werden die Stempel 14 und 19 mit einem hydraulischen Strömungsmittel gespeist, um so die bewegliche Platte 17, die Kammer 1, die Hin- und Herbewegungseinheit 8, den Greifer 22 und die Streckvorrichtung 23 so weil anzuheben, bis der erwärmte Abschnitt des Bandes 24 fest zwischen die Platten 17 und 18 eingespannt ist. Während dieses Arbeitsvorganges erstreckt sich das Gummiförderband noch immer geradlinig durch die Vorrichtung. Die mil Dampf durch den F.inlaß 20 versorgten Platten 17 und 18 steigern die Temperatur in dem erwärmten Band noch weiter bis zur Vulkanisationstemperatur zwischen 1 35'C und 180 C und üben dabei darauf einen Druck annähernd im Bereich von 175 000 bis 315 000 kg/m-' aus.

Die Kombination dieser Temperatur und des Drukkcs vulkanisieren das Gummiförderband.

Die Vorrichtung kann einen Bereich unterschiedlicher Dicken und Breiten des Gummilörderbandes bestreichen, und die erforderliche Zeil zur Erwärmung dieser Bänder auf eine Temperatur zwischen 80' C und 100 C kann im wesentlichen durch Einstellung der durch die Quelle 3 gelieferten Leistung konstant gehalten werden.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird gleichzeitig ein Gummiförderbandabschniit im Raum 1 erhitzt und ein bereits in der Kammer 1 erhitzer Abschnitt in der Presse 15 vulkanisiert.

Is sei darauf hingewiesen, daß die in der Kammer 1 untergebrachte Abschnitilange die gleiche ist. wie die des durch die Presse 15 vulkanisierten Abschnitts.

Die Kammer 1 ist auch für eine Verwendung in Verbindung mit einer kontinuierlichen Presse geeignet, in diesem falle wird die Bandanordnung koniinuierlich durch die Kammer 1 und die kontinuierliche Presse hindurchgcführt.

r.s können auch Vorrichtungen vorgesehen sein, um plattenförmigen Material in der Kammer zu führen und/oder plattenförmigen Material durch die Kammer hindurchzutransporticrcn.

Ks wurde festgestellt, daß Bandanordnungen mit diskreten, sich seitlich zur Bandanordnung erstreckenden Mcialleinsätzen in der beschriebenen Vorrichtung erhitzt und bearbeitet werden können.

Die in I i g. 2 dargestellte Vorrichtung ähnelt der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung im Prinzip, ist jedoch unterschiedlich ausgebildet. In F i g. 2 sind die Stempel 14 weggelassen und die Mikrowellencinheit. die eine bei 30 dargestellte Mikrowellcnkammcr aufweist, wird von einem starren Stützrahmen 31 getragen; der Stützrahmen 31 ist am einen Knde mittels eines Schwenkzapfens 32 an einem festliegenden Ständer 33 befestigt: mit seinem anderen Kndc ist der Stützrahmen 31 mittels eines Schwenkzapfen 34 an einem Teil der Presse 15 befestigt, welche die untere Platte 17 trägt und welcher bezüglich der oberen Platte 18 durch Stempel 19 auf und abbcwcgbar ist.

Im folgendenden wird die Ausbildung der Mikrowelleneinhch beschrieben. Die Kammer 30 besteht aus einer Anzahl rechteckiger Zellen 35 (zwei davon sind im Schnitt dargestellt) mit offenen F.ndcn; die Zellen sind in einem Rahmen 36 befestigt, der längsverlaufcndc I-Träger 37 aufweist, welche senkrcch'stehende i'ortairahmen 38 führen, zwischen denen die Zellen 35 jiclialtcn sind. Der Nahmen 3b kann auf dem Stützrahmen 31 eine begrenzte Längsbewegung ausfuhren, und zwar mittels der von den Trägern 37 getragenen Rollen 39. Die Rollen 39 können in am Stützrahmen 31 befestigten Führungen 40 rollen. F.in im Stützrahmen 31 befestigter Motor 41 treibt eine Schwingungsvorricliitung

S 42. die mit dem Rahmen 36 gekuppelt ist. um so die Kammer 30 nach hinicn und nach vorne in Schwingungen zu versetzen.

An jedem Knde der Kammer 30 sind Verengungen 43 vorgesehen, damit aus diesen keine Mikrowellenenergie durch die Öffnungen an seinen Knden austreten kann, durch welche das zu erwärmende Gummiband 24 verläuft. Das Band 24 wird durch die Kammer 30 mittels eines kontinuierlichen Förderbandes 44 durchgeführt, welches aus Polypropylen oder einem anderen für Mikrowellenenergic im wesentlichen durchlässigen Werkstoff besieht. Das Band 44 erstreckt sich durch die Kammer 30 und lauft über an dem Stützrahmen :U befestigte Rollen 45 bis 49. Die Rolle 45 ist durch einen Motor angetrieben, so daß das Förderband 44 und das Gummiband 24 durch den Raum in der in der Zeichnung angegebenen Richtung diirchbewcgt wird.

Lin bei 50 schematisch gezeigtes Lager erstreckt sich durch die Kammer 30. und zwar über deren gesamte Länge hinweg. Das Lager 50 ist aus einem schweren Polypropylen oder aus einem anderen für Mikrowellenenergic im wesentlichen durchlässigen Werkstoff: das Lager 30 ist starr in der Kammer 30 befestigt, um so ein Durchhängen des Bandes 44 zu verhindern.

)cde Zelle 35 besitzt ihre eigene Mikrowellenquelle.

die bei 51 an der Oberseite schematisch dargestellt ist. und wobei damit jeweils ein Moden Verteiler 5·2 verbunden ist.

Im Betriebszustand wird die Rolle 45 derart angetrieben, daß sie in die Kammer 30 einen Abschnitt des Bandes 24 hineinbringt, dessen Länge gleich der Länge der Kammer ist. Die Rolle 45 wird sodann angehalten. Der Motor 4t wird in Gang gesetzt und zur gleichen Zeit werden die Mikrowellenqucllen 51 und die Moden-Vcrtc'ler 52 in Betrieb gcscl/i. Das Band 24 ist somit der Mikmiwellcnencrgie ausgesetzt, welche das Band auf die erforderliche Temperatur aufheizt. Das Auftreten von heißen Flecken wird durch die Moden-Verteiler vermindert und die heißen Flecken werden durch die Schwingungswirkung der Kinhcit 42 kontinuicilich vorwärts und rückwärts längs des Bandes bewegt.

Da die Mikrowcllcnhcizwirkungcn die Tendenz haben, sich benachbart zu Meiallflächen zu vermindern, so sollte das Lager 50 in der Weise angeordnet sein.

daß das Förderband 44 und das Band 24 so weit als möglich entfernt von irgendwelchem darunterliegenden Metall unterstützt wird. Zu diesem Zweck kann das Lager selbst innerhalb der Kammer .30 mittels eines Traggcbildcs angeordnet sein, welches vollständig oder teilweise aus einem für Mikrowellenenergic durchlässigen Werkstoff besteht. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß das Lager vorzugsweise mit der Kammer schwingt, wie dies in dem beschriebenen Beispiel dei Fall ist.

Die an den offenen Knden der Mikrov-ellcnrauman Ordnung in der Vorrichtung vorgesehenen Mikrowcl lensperrcn können irgendeine geeignete bekannte Aus bildung aufweisen, um den Austritt schädlicher Mikro wellenenergie zu verhindern. Ihre genaue Ausbildunj hängt von den Abmessungen und den Kigenschaftci des durch die Vorrichtung zu verarbeitenden Werkstol fes ab. F.ine dcrariigc Verengung weist typischer Weis einige hohle Mikrmvelienclemenn·. das heißt Räumt

Ί Q15

auf, die miteinander verbunden sein können, wobei die Abmessungen dieser Elemente so gewählt sind, daß sie die Mikrowellenleistung in der Weise ausrichten und ändern, daß irgendeine Strahlung des offenen Außenendes der Verengung unterhalb des zugelassenen maximalen Leistungspegels liegen.

Ein Beispiel einer derartigen Verengung ist in F i g. 3 dargestellt; diese Verengungsanordnung weist ein einzelnes hohl hergestelltes Aluminiumglied 60 auf, welches eine Rechtecköffnung 61 am Außenende und eine weitere Rechtecköffnung 62 am anderen Ende aufweist, an welchem die Verengungsvorichtung an der Außenseite der Endwandung 63 einer Mikrowellenkammc befestigt ist. Das Glied 60 besitzt drei Paare quervc laufender, den Kanalquerschnitt vergrößernder Teil 64 bis 66; jedes dieser Teile bildet ein Mikrowellenclc ment derart, daß die vergrößerten Teile — wie obe diskutiert — zur Ausrichtung und Änderung der durc die Öffnung 62 entweichenden Mikiowcllenlcistun dienen.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Mikrowe lenelemente der Dämpfungsvorrichtung nicht quervc laufen oder den Kanalquerschnill haben müssen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen *>9i

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Mikrowellenheizung eines langgestreckten dielektrischen Körpers, bei der eine Relativbewegung zwischen der Mikrowcllenenergiequelle und dem zu erwärmenden Material erfolgt wobei zumindst eine Mikrowellencncrgicquelle vorgesehen ist. die in einer Kammer mil Moden\erteilern angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (11) langgestreckt und zur Aufnahme eines größeren Abschnittes des langgestreckten dielektrischen Körpers (24) vorgesehen ist, und daß die Kammer (11) bei stiitionärem langgestrecktem Körper (24) zusammen mit den Mikrowellenenergiequellen (2) und den Modenverteilem (4) durch eine Vorrichtung (8. 9. 10: 41. 42) in eine schwingende Hin- und Herbewegung versetzt ist, deren Hub eine gleichförmige Verteilung der Mikrowellenenergie über den gesamten stationären Körper ergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Stützvorrichtungen (22, 23, 44) zur Halterung des dielektrischen Körpers (24) stationär und unabhängig von der Kammer.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung ein Förderband (44) aufweist, welches unabhängig von der Kammer befestigt ist, jedoch zusammen mit dem langgestreckten dielektrischen Körper (24) durch Öffnungen in der Kammer hindurchverläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderband (44) aus einem für Mikrowellenenergie im wesentlichen durchlässigen Werkstoff besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnef durch eine aus einem für Mikrowellenenergie im wesentlichen durchlässigen Werkstoff bestehende Auflage (50) zur Abstützung des Förderbandes (44).

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erwärmende langgestreckte dielektrische Körper (24) ein Gummistreifen oder -band ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kam-mer (30) eine Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Zellen (35) aufweist, von denen jede eine Mikrowellenenergie-Quelle (51) und eine Moden-Verteilungsvorrichtung (52) aufweist.