DE1921065A1

DE1921065A1 - Verfahren und Vorrichtung zum dielektrischen Erwaermen von Objekten

Info

Publication number: DE1921065A1
Application number: DE19691921065
Authority: DE
Inventors: Mueller Paul Curt; Karl-Heinz Schneider
Original assignee: Denso Chemie GmbH
Current assignee: Denso Chemie GmbH
Priority date: 1969-04-25
Filing date: 1969-04-25
Publication date: 1970-11-12
Also published as: CH523646A; GB1300626A; US3666905A; FR2046494A5

Description

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DENSO - CHEMIE GMBH, 509 Leverkusen 6, Pelderstraße 24

Verfahren und Vorrichtung zum dielektrischen Erwärmen von

Objekten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen dielektrisohen Erwärmen von Objekten aller Art aus Kunststoff, Gummi od· dgl. mit Hilfe von Mikrowellenenergie· Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens mit einem die zu erwärmenden Objekte tragenden, durch die Vorrichtung laufenden !Förderband.

Die Erfindung kann zum Beispiel dazu verwendet werden, extrudierte oder gepreßte Kunststoff- und Gummistränge mit den verschiedensten Querschnitten im Durchlaufverfahren zu vulkanisieren oder auoh beispielsweise gewiokelte Polyester-Glasfaserstränge auszuhärten·

Eine dielektrisohe Erwärmung mittels Mikrowellen im Bereich vom 0,9 - 2,5 GHz ist nur dann möglich, wenn dl® Umgebungstemperatur und die Energieflußriohtung den zu behandelnden Objekten angepaßt werden können·

Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen entweder ein Rechteokhohlleiter mit H^Q-Mod-Anregung in Querrichtung oder aber ein Rundhohlleiter mit E-Mod-Anregtmg in Längariohtung dtr «w erwärmenden Gegenstände verlaufend vorgesehen. 1st· Dies« Vorrichtungen habtn gezeigt, daß eloh nur wenige Profile mit guter Qualität behandeln lassen« Schlechte Wirkungegrade und

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inhomogene Erwärmungen mit sogenannten "Schlangeneffekten", d.h. mit dioken und dünnen Stellen in Längsrichtung der Objekte, die duroh Fokusierung im Gegenstand bei hohen in einer Richtung wirkenden Feldstärken auftreten können, sind die unangenehmen Begleiterscheinungen derartiger Vorrichtungen·

Sie Aufgabe der Erfindung besteht darin, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und die dielektrische Erwärmung derart 2SU verbessern, daß auch Gegenstände mit komplizierten Formen, d.h. mit unregelmäßigen und unterschiedlich dicken Quersohnittsflachen schnell und gleichmäßig ohne die Gefahr Ortlioher Überhitzungen erwärmt und vulkanisiert oder ausgehärtet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein» gange genannten Art vorgeschlagen, daß die zu erwärmenden Objekte nacheinander mit in verschiedenen Winkeln gegenein·» ander verseist wirkenden Energiefluß behandelt werden· Dieser EnergieflxSweohsel kann mehrmals wiederholt werden, wodurch eine auoh bei kompliziertesten Profilen überall gleichmäßig© Wärmebehandlung ohne die Gefahr örtlioher Oberhitzungen-erfolgt· Die Winkel für den abwechselnden Energiefluß können zwischen etwa 45° und etwa 90° liegen·

Außerdem wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens vorgeschlagen, bei der das Förderband für die zu behandelnden Objekte in einem Hohlleiter läuft, in den in bestimmten Abständen voneinander weitere Hohlleiter mit anderer Anregung münden, an die ein Magnetron» generator angeschlossen sein kann· Auf diese Weise erhält man die gewünschte Wechselwirkung des Energieflusses zum gleichmäßigen Erwärmen der Gegenstände· Die vorgeschlagene Hohlleiter kombination ermöglicht es, den auf die Objekts einwlE« kenden unterschiedlichen Energiefluß mit einer EiBkopp@liaag zu erreichen«

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Auch kann man gemäß der Erfindung den At at and zwischen der Energiequelle und den Objekten einstellen, so daß die Vorrichtung in weiten Grenzen variabel und den jeweils gewünsohten Arbeitsergebnissen anpaßbar ist. Auch sind weitere, unten näher beschriebene veränderbare Bauteile vorhanden, um optimale Betriebsbedingungen schaffen zu können·

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht also grob gesprochen aus einer Hohlleiterkotabination und besitzt verschiedene Anpaßglieder und ggf. eine Energieverzweigung, so daß Objekte mit praktisch allen denkbaren Profilen erfolgreich, behandelt werden können· Laständerungen durch die Gegenstände können während des Betriebes durch die verschiedenen veränderbaren Parameter kompensiert werden, und nicht genügende Absorbtion der Hoohfrequenzenergie wird durch eine Wasserlast ausgeglichen· Es hat sich gezeigt, daß die vorgeschlagene Hohlleitereinheit elektrisch eine große Bandbreite besitzt und keinerlei kritische Schwingzustände eintreten können·

Durch die Hohlleiterzüge und die dazwischen liegender* Verbindungsglieder werden die Werkstücke einem ständig abwechselnden Energiefluß in Längs- und Querrichtung unterworfen. Man vermeidet somit dauernd in einer Richtung einwirkende hohe Feldstärken, die leicht zu Verbrennungen führen können«

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sohematisch dargestellt, und zwar zeigt

Pig· 1 eine Seitenansicht der gesamten Vorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt, nach Linie II - II in Pig· 1 und

Pig. 3 eine sohaubildliohe leilansioht einer in den Führungskanal für das Förderband eingesetzten selbstspannenden Teflonverkleidung.

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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei U-förmig verlaufenden Leiterzügen 1 und 2, die aus im Querschnitt rechteckigen Hohlleitern (H_1Q-Mod) zusammengesetzt sind. Die parallellaufenden Absohnitte dieser U-förmigen Leiterzüge 1 und 2 sind über senkrecht zu ihnen verlaufende Hohlleiterzwisohenstüoke 3 mit E-Mod-Anregung mit beispielsweise kreisförmigem Querschnitt verbunden, so daß die geraden Abschnitte der Leiterzüge rechtwinklig in die aus den miteinander fluchtenden Zwischenstücken 3> einem quadratisch ausgebildeten und als Resonanzraum dienenden Mittelstück 4 und als Wellenfallen ausgebildeten Hohlleiterendstücken 5 bestehenden Leitung münden, in welcher ein aus Teflon bestehendes Förderband 6 geführt ist· Das Förderband 6 wird von Umlenk- und Antriebsrollen 7 und 8 gespannt. Innerhalb der Vorrichtung ist sein Obertrum auf höhenverstellbar gelagerten Walzen 9 abgestützt· Die Walzen 9 bestehen beispielsweise aus Keramik oder sonstigem Isoliermaterial und können entweder alle gemeinsam oder auch einzeln höhenverstellbar sein·

In die äußeren Enden der beiden Hohlleiter züge 1 und 2 ist jeweils eine Wasser last 10 bzw« 11 mit Sohlauchanschlüssen eingebaut, welche bis dahin nicht absorbierte Mikrowellenenergie aufnehmen, so daß keine Mikrowellen aus der Vorrichtung austreten·

Auf die inneren Enden der Hohlleiter züge 1 und 2 ist teleskopartig mit Eontaktberührung ein U-förmig gebogenes Hohlleiterstüok 12 mit rechteckigem Querschnitt aufgesteckt· Die-« see Hohlleiter stück 12 kann über eine Exzentersoheibe 13 oder auch von Hand mehr oder weniger stark auf die Hohlleiter züge 1 und 2 geschoben werden· Am Hohlleiter stück 12 ist ein Hochfrequenzenergie lieferndes Magnetron 14 befestigt, welches über eine in das Hohlleiterstüok 12 hineinragende Einkoppelung 15 Hoohfrequenzenergie i« Mikrowellenbereich in das Hohl-

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leiterstück 12 und damit die gesamte Hohlleiterkombination bzw. das Hohlleitersystem eingibt. Dieses Hagnetron 14 sitzt vorzugsweise genau in der Mitte des U-förmigen Hohlleiterstüokes 2, kann jedooh auoh naoh reohts oder links verschoben werden, und zwar bis zu einer halben Rohrwellenlänge, um zusätzlich die Anpassung in den beiden Hohlleiter zügen 1 und 2 beeinflussen zu können.

Das zwischen den inneren geraden Abschnitten der beiden Hohlleiterzüge 1 und 2 angeordnete quadratische Mittelstück 4 kann selbsttätig oder von Hand mittels eines in einer Stichleitung 16 untergebrachten Schiebers 17 in Resonanz gebracht werden· Außerdem ist an die Stiohleitung 16 ein Rohrstutzen 18 Über ein (Jitter 19 angeschlossen, duroh. welohes in regelbaren Mengen und/oder mit regelbarer !Temperatur Heißluft oder ein heisses inertes Sohutzgas in den Innenraum 20 des Mittelstüokes 4 eingeleitet werden kann. Dieses Sohutzgas verläßt die Yorriohtung durch die an den äußeren Enden angeordneten Hohlleiterendstüoke 5. Duroh das Sohutzgas werden in der Vorrichtung beispielsweise beim Vulkanisieren von Gummi gebildete leiohtflüohtige und explosive Stoffe sohneil aus der Vorrichtung abgeleitet, ohne daß eine unerwünschte Abkühlung der in der Vorrichtung befindlichen zu behandelnden Objekte erfolgt·

Um zu verhindern, daß das Sohutzgas duroh die Hohlleiterzüge 1 und 2 strömen kann oder die Vorrichtung nioht duroh die Hohlleiterendstüoke 5 verläßt, ist die das Pörderband 6 aufnehmende Leitung mit einer aus zwei U-förnigen ineinanderpassenden Profilen 21 und 22 bestehenden Verkleidung versehen, die mittels Zugfedern 23 über die Außenkanten der Hohlleiterendstükke 5 gespannt sind und somit das duroh die Vorrichtung laufende Pörderband 6 umschließen, wie insbesondere Pig· 3 erkennen läßt· Hierduroh ergibt eioh ein etwa quadratieohtr Kanal, duroh den die zu erwärmenden Objekte 24 laufen·

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In Fig. 1 ist angedeutet, daß die zu erwärmenden Objekte im Bereich der Hohllei t er Zwischenstücke 3 etwa in Querrichtung entsprechend den Pfeilen 25 von Feldlinien durchsetzt werden, während die Feldlinien im Bereich der Hohlleiterzüge 1 und 2 etwa in Längsrichtung der Objekte 24 entsprechend den Pfeilen 26 verlaufene Dadurch ergibt sich ein mehrfacher Energieflußwechsel in den durch die Vorrichtung hindurohlauf enden Objekt ei um jeweils 90°· Biese Feldweohselwirkung ist für eine homogene Erwärmung insbesondere bei komplizierten Kunststoff- oder Grummiprofilen wichtig· Im als Resonanzraum dienenden Mittelstück 4 sind hingegen Feldlinien in beiden Richtungen vorhanden, was durch die Pfeile 27 und 28 angedeutet ist·

Durch die 7erstellung der Walzen*9 erreicht man ebenso wie durch die Verstellung des ü-förmigen Hohlleiterstüokes 12, daß die auf dem Förderband 6 befindlichen Objekte 24 stets in der günstigsten Lage durch den horizontalen Kanal hindurohlauf en, d«h· in der Lage, in der das Vulkanisieren oder Aushärten unter optimalen Bedingungen erfolgt, ohne örtliche Überhitzimgen befürchten zu müssen. .Normalerweise würde eine der beiden Verstellmögliohkeiten genügen, jedoch kann man mit der Verstellung der Walzen 9 eine Grobeinstellung vornehmen, während die Feineinstellung über die Exzentersoheibe 13 und das Hohlleiterstüok 12 erfolgt· Wenn man die Walzen 9 ungleich hooh anstellt, so daß das Obertrum des Förderbandes 6 schräg ansteigend oder abfallend durch die Vorrichtung läuft, kann nan unter Umständen nooh günstigere Arbeitsbedingungen erzielen» indem die Objekt« nacheinander mit verschiedenen Stellen in die jeweils günstigste Behandlungslage kommen, so daß am Ende der Vorrichtung ein gleichmäßig behandeltes Endprodukt vorliegt.

Obwohl in der Zeichnung die Hohlleiter züge 1 und 2 jeweils nur aus zwei aneinandergesetζten U-Absohnitten oder in Form eines einsigen vollständigen "Wellenzuges" dargestellt elnrL, ist es auch möglich aehrere Absohnitte dieser Art hinterein-

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ander anzuordnen, wenn eine häufigere Behandlung der Gegenstände erforderlich ist, bis die vom Magnetron 14 ausgehende Energie vollständig verbraucht wurde. Andererseits kann für kleinere Leistungen auch das als Energieverzweigung dienende U-förmige Mohlleitersttiok 12 entfallen und die Einkoppelung direkt in einen Hohlleiterzug 1 oder 2 in bekannter Weise erfolgen.

Ansprüche: 7

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Claims

Ansprüche:

1, Verfahren zum kontinuierlichen dielektrischen Erwärmen *"' von Objekten aus Kunststoff, Gummi od. dgl. mit Hilfe von Mikrowellenenergie, dadurch gekennzeichnet , daß die zu erwärmenden Objekte naoheinander mit in verschiedenen Winkeln gegeneinander versetzt wirkendem Energiefluß behandelt werden«.
2. Verfahren naoh Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiefluß in Winkeln zwischen etwa 45° bis 90° gegeneinander versetzt abwechselnd auf die Objekte einwirkt.
3, Verfahren nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Objekte mehrmals nacheinander mit gegeneinander versetztem Energiefluß behandelt werden*
4, Verfahren naoh Anspruch 1, 2 oder 3$ daduroh gekennzeichnet, daß der Energiefluß abwechselnd etwa in üängsriohtung und etwa in Querrichtung der zu erwärmenden Objekte erfolgt
5. Vorrichtung zum kontinuierlichen dielektrischen Erwärmen von Objekten aus Kunststoff, Gummi od· dgl. mit einem die zu erwärmenden Objekte tragenden, durch die Vorrichtung laufenden förderband zum Durchfuhren des Verfahrene nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das förderband (6) in einem Hohlleiter (3) läuft, in den in bestimmten Abständen voneinander weitere Hohlleiter (1, 2) mit anderer Anregung münden.
6. Vorrichtung naoh Anspruoh 5, daduroh gekennzeichnet, daß die in den das förderband (6) aufnehmenden Hohlleiter (3) mündenden Hohlleiter zu den erstgenannten Hohlleitern wenigstens einmal überkreuzenden Hohlleiterzügen (1, 2) verbunden sind, die wenigstens an einem Ende mit einem versohiebbaren Anschlußstück (12) versehen sind, welchee einen Magnetrongenerator (14, 15) trägt.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Hohlleiterzüge (1, 2) vorhanden sind, auf deren eines Ende jeweils das eine Ende des als Energieverzweigung dienenden Hohlleiterstüokes (12) teleskopartig aufgesteckt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlleiterstück (12) U-förmig ausgebildet und gegenüber den Hohlleiterzügen (1, 2) verstellbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetrongenerator (14, 15) für asymmetrische Einkoppelung aus seiner Mittellage zu den Seiten des U-förmigen Hohlleiterstüokes (12) verschiebbar ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüohe 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sein Mittelstüok (4) quadratisoh ausgebildet und ein Resonanzraum (20) ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, daduroh gekennzeichnet daß an den Resonanzraum (20) eine Stiohleitung (19) mit einem verstellbaren Schieber (17) angeschlossen ist.
12. Vorrichtung naoh Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stiohleitung (16) ein von einem Gitter (19) abgedecktes Ansohlußrohr (18) zur Zufuhr von luft oder Schutzgasen mit regelbarer Temperatur und/oder Menge mündet.
13· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüohe 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Obertrum des Förderbandes (6) in gespanntem Zustand über verstellbare Stützwalzen (9) geführt ist.

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14· Torrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwalzen (9) gemeinsam verstellbar sind.
15· Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwalzen (9) einzeln und unabhängig -voneinander verstellbar sind.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterzüge (1, 2) aus Rechteckhohlleitern (H^-Mod) und die Zwischenstücke (3) aus Hohlleitern für E-Mod-Anregung bestehen·

β Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterendstücke (5) am Anfang und Ende der Vorrichtung als Wellenfalle ausgebildet ^ind, so daß keinerlei Wellen im besagten Bereich austreten können·

18« Vorrichtung naoh einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetrongenerator (14, 15) in einem explosionsgeschützt en Raum installier* und durch eine bekannte Hohlleiterübertragung mit dem U-förmigen Hohlleiter stück (12) gasdicht verbunden ist.

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L e e r i e it e