DE1813554C3 - Vorrichtung zur Mikrowellenheizung eines langgestreckten dielektrischen Körpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Mikrowellenheizung eir.es langgestreckten dielektrischen Körpers, bei der eine Relativbewegung /wischen der Mikrowellenenergiequelle und dem zu erwärmenden Material erfolgt, wobei zumindest eine Mikrowcllenenergiequelle vorgesehen ist, die in einer Kammer 6c. mit Modenverteilern angeordnet ist.

Ils ist bekannt. MikroweHenenergie 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 Mikro- 6.'i wellenkammcranordnung zu verwenden, die einen Einlaß für die Mikrowellcnstrahiung aufweist. Der zu erwärmende Körper wird in der Mikrowellenkammer angeordnet und der Strahlung atisgesct/t, die von einci geeigneten Quelle, wie beispielsweise einem Magnc tron über den Einlaß zugeführt wird. Das bckanmcsu Beispiel einer Anwendung dieses Verfahrens besteht ir der Erwärmung von Nahrungsmitteln.

Eine Erwärmung mit Hilfe von Mikrowellen hat ge genüber den üblichen Erhitzungsverfahren, welche eint Erwärmung der den Körper umgebenden Atmosphäre mit sich bringen (so daß die Wärme von der Atmosphäre auf den Körper übertragen w ird), folgende Vorteile:

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

b) die Kammer kann derart ausgebildet sein, daß in wesentlichen die einzigen der Strahlung ausgesetzten Substanzen — die dafür nicht durchlässig sine und reflektierend wirken — diejenigen des zu er hitzenden Körpers sind. Auf diese Weise kann im wesentlichen die gesamte erzeugte Energie ir Wärme im Körper umgewandelt werden, so daß hier ein vernachlässigbarer Wärmeverlust auftreten kann. Diese Tatsache, kombiniert mn der Tatsache, daß eine Strahlung von beträchtlicher Intensität sehr leicht erzeugbar ist, bedeutet, daß der Körper sehr viel schneller und in den meisten Füllen auch viel wirtschaftlicher erwärmt werden kann als durch konventionelle Verfahren.

Ein bei der Mikrowellenerwärmung auftretendes Problem besteht dann, daß stehende Strahlungsmustcr auftreten, die eine im wesentlichen gleichmäßige Tcmperaturverteüung 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 Mikrowellenenergiequelie 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 die Temperatur wesentlich hoher 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 Midkrowcllenkammer hindurchgeführt, so daß die Gefahr von heißen Punkten vermieden wird. In vHen Fällen ist eine derartige kontinuierliche Hindurchbewegung des Körpers durch die Mikrowellenkammer aus betriebsiechnischen Gründen nicht möglich, sondern es ist eil orderlieh, daß das /u erhitzende Material beispielsweise in Form eines langgestreckten Körpers abschnittsweise durch die Kammer hindurchbewegt wird, wodurch trotz der Verwendung von Modenverteilern die Gefahr von heißen Punkten oder Stellen auf dem /u 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 Erwiirmungsvorrichtung erforderliche Bewegung behindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kammer langgestreckt und zui Aufnahme eines größeren Abschnittes des langgestreckten dielektrischen Körpers vorgesehen ist und daß die Kammer bei stationärem langgestreckten Körper zusammen mit

den Mikrowellenencrgicquellcn und den Modenvertei-In durch eine Vorrichtung in eine schwingende Hin- und Herbewegung versetzt ist. deren Hub eine gleichförmige Verteilung der Mikrowcüenenergie über den gesamten stationären Körper ergibt. S

Auf diese Weise wird die Entstehung von heißen Punkten oder Stellen auf dem /u erhitzenden Körper sicher vermieden, ohne daß weitere Bearbeitung- oder Verarbeitungsschriite des langgestreckten dielektrischen Körpers behindert werden. ■ Eine bevorzugte Anwendung findet die erlindungsgemäße Vorrichtung bei der Vulkanisation oder beim Pressen von ?n 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 hmeinbewegt. angehalten, erwärmt und dann aus der Kammer herausbewegt.

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

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 Ausiührungsform 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 Drosselvorrichtung für die Mikrowellcnkammer nach den F i g. I und 2.

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

Die Kammer 1 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 Herbewcgungscinheit 8 ist mit der Kammer 1 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 1! der Kammer 1 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 1? begrenzt, welche die Emission von Mikrowellenenergie aus de:- Kammer 1 heraus durch die Schulze 12 verhindern.

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

Dicht benachbart zum entfernt von der Einheit 8 liegenden Ende der Kammer 1 ist eine Flachformp-i-sse 15 vorgesehen. Die Presse 15 weist einen festliegenden Körper 16 und eine bewegliche Platte 17 auf. Der Körper !6 weist eine festliegende Platte 18 auf. Die bewegliche Piatie 17 und die befestigte Platte 18 weisen zusammenarbeitende durch Dampf erhitzte Metalloberflächen auf, zwischen denen das Gummiförderband zum Zwecke der Formung angeordne' 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 können ferner in Zusammenwirkung mit der festliegenden Platte 18 das zwischen den Platten 17 und 18 an geordnete 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 schemalisch gezeigter hydraulisch betätigter Greifer vorgesehen, der dann, wenn er betätigt wird, das Gummiförderband ergreift. Benachbart z.j dem Ende der Presse 15, welches von der Kammer 1 an 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 u id streckt es in einem vorbestimmten Ausmaß. Der Greifer 22 und die Streckvorrichtung 23 sind derart angeordnet, daß sie das 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. I muß ein Abschnitt von Gummiförderbändern 24 vulkanisiert werden, der mehrere gummiimprägnierte Leinwandschichten aufweist, die zwischen Gummi-Außcnüberzügen 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 Mikrowellencnergie versorgt und die Moden-Verteiler 4 werden zur gleichen Zeil durch die Elektromotoren 5 gedreht, wobei die Hin- und Herbewegungseinheit 8 zum Zwecke der Hin- und Herbewegung der Kammer 1 um 2,54 cm bezüglich der des Ciummilorderbandes betätigt isi.

Der erwähnte Bandahschnitl wird durch die Mikrowellenenergic in der Kammer 1 auf eine Temperatur 'wischen 80" C und 100' C erhitzt Wenn die erforderliche Temperatur erreicht ist, so werden Greifer 22 und Streckvorrichtung 23 gelöst. Das Gummiförderband wird sodann (mittels nicht gezeigter Vorrichtungen) durch die Vorrichtung hindtirchbewegl. bis sich de. erwärmte Handabsehnitt zwischen den Platten 17 und 18

der Presse 15 befindet. Sodann wird der Greifer 22 und die Streckvorrichtung 23 wiederum betiitigt. 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 /wischen die Platten 17 und 18 eingespannt ist. Wahrend dieses Arbeitsvorganges erstreckt sich das Gummiförderband noch immer geradlinig durch die Vorrichtung. Die mit Dampf durch den Einlad 20 versorgten Platten 17 und 18 steigern die Temperatur in dem erwärmten Band noch weiter bis zur Vulkanisationstcmpcratur /wischen 135"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 Dnikkcs vulkanisieren das Gummiförderband.

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

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

Ks sei darauf hingewiesen, dall die in der Kammer 1 untergebrachte Abschniulänge die gleiche ist. wie die des durch die Presse 15 vulkanisierten Abschnitts.

Die Kammer 1 ist auch für eine Verwendung in Verbindung mii einer kontinuierlichen Presse geeignet, hl diesem Falle wird die Bandanordnung kontinuierlich durch die Kammer 1 und die kontinuierliche Presse hindurchgeführt.

ILs können auch Vorrichtungen vorgesehen sein, um plattenförmig^ Material in der Kammer zu führen und/oder platlcnföriniges Material durch die Kammer hindurch/ulransportiere-i

Ks wurde festgestellt, daß Bandanordnungen mit diskreten, sich voitlioh /ur Bandanordnung erstreckenden Mc'uilleinsäi/en in der beschriebenen Vorrichtung erhitzt und bearbeitet werden können.

Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung ähnelt der in 1 ι g. 1 gezeigten Vorrichtung im Prinzip, ist jedoch un tcrschiedlich ausgebildet. In F i g. 2 sind die Stempel 14 weggelassen und die Mikrowelleneinheit. die eine bei 30 dargestellte Mikrowellenkanimer aufweist, wird von einem starren Stützrahmen 31 getragen: der Stützrahmen 31 ist am einen Ende mittels eines Schwenkzapfens 32 an einem festliegenden Ständer 33 befestigt: mit seinem anderen Knde ist der Stutzrahmen 31 mittels eines Schwenkzapfens 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 abbewegbar ist.

Im folgendenden wird die Ausbildung der Mikrowcilcnemheit beschrieben. Die Kammer 30 besteht aus einer Anzahl rechteckiger Zellen 35 {zwei davon sind im Schnitt dargestellt) mit offenen Enden: die Zellen sind in einem Rahmen 3f> befestigt, der längsvcrlaufcnde I Träger 3/ aufweist, welche senkrechtstehende Portalrahmen W fuhren zwischen denen die Zellen 35 gchahcn sind Der Rahmen 3h kann auf dem Siui/rah men 31 eiiu- luvien/te I angsbewegunp ausluhien. und /war mittels der von den Trägern 37 getragenen Rollen 39. Die Rollen 39 können in am Stützrahmen 31 befestigten Führungen 40 rollen. Kin im Stützrahmen 51 befestigter Motor 41 treibt eine Schw ingungsvoirichuing 42. die mit dem Rahmen 36 gekuppelt ist. um so die Kammer 30 nach hinten 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 Luden austreten kann, durch welche das zu erwärmende Gummiband 24 verläuft. Das Band 24 wird durch die Kammer 30 muteis eines kontinuierlichen Förderbandes 44 durchgeführt, welches aus Polypropylen oder einem anderen für Mikrowellenenergie im wesentlichen durchlässigen Werkstoff besteht. Das Band 44 erstreckt sich durch die Kammer 30 und läuft über an dem Stützrahmen 31 he festigte 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 durchbewegt w ird.

Kin 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 Mikrowellen energie im wesentlichen durchlässigen Werkstoff: (.Li^ Lager 30 ist starr in der Kammer 30 befestigt, um se cm Durchhängen des Bandes 44 zu verhindern.

|ede Zelle 35 besitzt ihre eigene Mikrowellcnquellc.

die bei 51 an der Oberseite schemalisch dargestellt ist. und wobei damit jeweils ein Moden-Verteiler 52 ver bundcn ist.

Im Betriebszustand wird die Rolle 45 derart angetrieben, daß sie in die Kammer 30 einen Abschnitt des Bandes 24 hineinbringt dessen l.änue gleich der Lange der Kammer ist. Die Rolle 45 wird so !ann angehallen. Der Motor 41 wird in Gang gesetzt und /ur gleichen Zeit werden die Mikrowellenquellen 51 und die M<> den-Vcrtcilcr 52 in Betrieb gesetzt. Das Band 24 isi somit der Miktrowellencnergie ausgesetzt, welche das Band auf die erforderliche Temperatur aufheizt. Da·- Auftreten von heißen Flecken wird durch die Motion Verteiler vermindert und die heißen Flecken werden durch die Schwingungswirkung der Kinheit 42 kontinuierlich vorwärts und rückwärts längs des Bandes bewegt.

Da die Mikrowcllcnhcizwirkungen die Tendenz haben, sich benachbart zu Metallflächen zu vermindern. so sollte das l-ager 50 in der Weise angeordnet scm.

daß das Förderband 44 und das Band 24 so weit als möglich entfernt von irgendweichem darunterliegen den Metall unterstützt wird. Zu diesem Zweck kann das Lager selbst innerhalb der Kammer 30 muteis eines Traggebildes angeordnet sein, welches vollständig oder teilweise aus einem für Mikrowellencnergie durchlässigen Werkstoff besieht. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß das l-ager vorzugsweise mit der Kammer schwingt, wie dies in dem beschriebenen Beispiel der Fall ist.

Die an den offenen Enden der Mikrowellenraumanordnung in der Vorrichtung vorgesehenen Mikrowcllenspcrrcn können irgendeine geeignete bekannte Ausbildung aufweisen, um den Austritt schädlicher Mikrowellencnergie zu verhindern. Ihre genaue Ausbildung hängt von den Abmessungen und den I.igenschafien lies durch die Vorrichtung zu verarbeitenden Werkstul Ies ah Line derartige Verengung weist upischer Wei-.c einige hohle Mikriiuellcnelcnier·!^. da*. hcilM Räume.

aiii, die miteinander verbunden sein können, wobei die Abmessungen dieser Kiemente so gewühlt sind, daß sie die Mikrowcllenleistung in tier Weise ausrichten und ändern, daß irgendeine Strahlung des offenen Außenendes der Verengung unterhalb des zugelassenen maximalen Leistungspegels liegen.

Ein Beispiel einer derartigen Verengung isi in I' ι g. i dargestellt; diese Verengungsanordnung wc st ein einzelnes hohl hergestelltes Ahiminiumglied 60 auf. welches eine RcchieckölTnung 61 am Außenende und eine weitere Reehteeköffnung 62 am anderen Ende aufweist, an welchem die Verengungsvorichtung an tier Außen-

scite tier Kntlw andiing 63 einer Mikrowellenkammer befestigt ist. Das Glied 60 besitzt drei Paare querverlautender, den Kanalquerschnitt vergrößernder Teile 64 bis 66; jedes dieser Teile bildet ein Mikrowellenelement derart, daß die \ ei größerien Teile — wie oben diskutiert — zur Ausrichtung und Änderung der durch die Öffnung 62 entweichenden Mikrowellenleistung dienen.

Ks sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Mikmwellenelemenie der Dämpfungsvorrichtung nicht querverlaufen oder den Kanalquerschniu haben müssen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Mikrowellenheizung eines langgestreckten dielektrischen Körpers, bei der eine Relativbewegung zwischen der Mikrowellenenergiequelle und dem zu erwärmenden Material erfolgt, wobei zumindsi eine Mikrowellenenergicquelle vorgesehen ist. die in einer Kammer mil Modenverteilern angeordnet ist, dadurch ge- to kennzeichnet, daß die Kammer (II) langgestreckt und zur Aufnahme eines größeren Abschnittes des langgesti eckten dielektrischen Körpers (24) vorgesehen ist, und daß die Kammer (11) bei stationärem langgestrecktem Körper (24) zusammen mit den Mikrowellenenergiequellen (2) und den Modenverteilerc (4) durch eine Verrichtung (8, 9, 10; 41, 42) in eine schwingende Hin- und Herbewegung versetzt ist, deren Hub eine gleichförmige Verteilung der MikroweHenenergie 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, weiches 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 MikroweHenenergie im wesentlichen durchlässigen Werkstoff besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine aus einem für MikroweHenenergie 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 Kammer (30) eine Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Zellen (35) aufweist, von denen jede eine Mikrowellenenergie-Quelle (51) und eine Moden-Verteilungsvorrichtung (52) aufweist. y>