DE2027674B2 - Einrichtung zur gleichmäßigen kapazitiven Erwärmung von breiten Bahnen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur gleichmäßigen kapazitiven Erwärmung von breiten Bahnen aus dielektrischem Material, insbesondere Papier, bei der die Bahnen an Streufeldelektrodenanordnungen entlangführbar sind, welche aus einer Vielzahl von quer zur Laufrichtung der Bahnen in gleichmäßigen Abständen nebeneinanderliegenden stabförmigen Elektroden bestehen, die über in Stabrichtung verstellbare Zuleitungen abwechselnd mit unterschiedlichen Polen einer Hochfrequenzquelle verbunden sind.

Dielektrische Heizvorrichtungen mit Streufeldelektroden sind bekannt. Die Elektrodenstäbe bilden dabei eine Reihe von Kondensatoren mit Luftdielektrikum. Wenn ein Material, das erhitzt werden soll, in die Nähe der Elektroden gebracht wird, z. B. auf eine Distanz von etwa 5 bis 10 °/o des Abstandes zwischen benachbarten Stäben, dann wird das Feld zwischen den Stäben so abgelenkt, daß es durch das Material geht. Die Stärke der Feldablenkung hängt vom dielektrischen Verlustfaktor (etan<J) des Materials ab.

Streufeldelektroden werden mit Erfolg in kontinuierlichen Herstellungsverfahren verwendet, insbesondere zur Behandlung dünner Materialschichten, z. B. zum Trocknen von Leder, Papier, Teppichen usw.

Bei Erhitzung von derartigen Bahnen ergeben sich Schwierigkeiten dann, wenn die Breite der Elektrodenanordnung in der Größenordnung der angewendeten Wellenlänge liegt. Es ergeben sich hier Spannungsmaxima und -minima längs der Kondensatorfeldelektroden, da stehende Wellen auftreten. Auch wenn die Länge der Elektrodenstäbe ¹A der Wellenlänge nicht überschreitet, ergibt sich doch beim Anlegen der Hochfrequenzspannung, vom Speisepunkt der Behandlungselektroden aus gesehen, zum jeweiligen Ende der Behandlungselektroden hin ein Spannungsanstieg. Dieser Spannungsanstieg ist umso beträchtlicher, je mehr die Länge der Elektrodenstäbe sich der Viertel-Wellenlänge nähert.

In der Praxis hat sich ergeben, daß schon bei Elektrodensystemen, die langer als V»o der Wellenlänge sind, Spannungsüberhöhungen eintreten, die zur ungleichmäßigen Erwärmung des zu trocknenden Gutes führen.

Zur Vermeidung übermäßiger Spannungsänderungen längs der Elektroden ist es bereits bekannt, an den Enden der Behandlungselektroden Drosseln anzuschließen, die so dimensioniert sind, daß das Spannungsmaximum in die Mitte der Elektroden verlegt wird. Ferner ist es auch bekannt, die Feldelektroden in Teilstücke aufzuteilen und über Abgriffe besonderer Hochfrequenzleitungen zu speisen (vgl. deutsche Patentschrift 886 193). Alle diese Maßnahmen bringen jedoch nur begrenzt Abhilfe bzw. sind konstruktiv außerordentlich aufwendig.

Es ist weiterhin eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Elektroden in mindestens zwei gleichartige Gruppen aufgeteilt sind und an die Elektrodengruppen unmittelbar eine Kondensatoranordnung mit veränderbarer Kapazität angeschlossen ist, durch welche der Schaltkreis abgestimmt werden kann. Hierbei ist jeweils eine Hälfte der Elektroden jeder Gruppe unmittelbar an einer Anschlußleitung der Hochfrequenzquelle und die jeweils andere Hälfte jeder Gruppe an je eine feststehende Kondensatorplatte angeschlossen, wobei jeweils eine zweite, verschiebbare Kondensatorplatte als Koppelelement für eine kapazitive Serienkopplung beider Elektroden dient. Bei Bedarf sind auch die feststehenden Anschlußkondensatorplatten in Stabrichtung versetzbar. Auch durch eine derartige Einrichtung ist eine Spannungsvergleichmäßigung nur beschränkt realisierbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dafür zu sorgen, daß sich bei Elektroden mit einer Länge bis Vs der Wellenlänge der angewandten Frequenz auf einfache Weise eine Spannungsverteilung ergibt, die bis auf einige Prozent gleichmäßig ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer dritten Ebene zwischen zwei in zueinander parallelen Ebenen angeordneten derartigen Streufeldelektrodenanordnungen ein Speisesystem liegt, das aus abwechselnd mit den unterschiedlichen Polen der Hochfrequenzquelle verbundenen, jeweils zwischen gleichpoligen Elektroden der Streufeldelektrodenanordnungen angeordneten Einzelstäben von gleicher Länge wie die Elektroden der Streufeldelektrodenanordnungen besteht, und die in Stabrichtung verstellbaren Zuleitungen zu den Elektroden als die Einzelstäbe mit diesen verbindende Kontaktschieber ausgebildet sind.

Durch Verschieben der Kontaktschieber kann so-

mit jeweils im Zusammenwirken mit dem zentralen Einzelstab die Spannungsverteilung in Längsrichtung der beiden zugehörigen Elektroden beeinflußt und vergleichmäßigt werden. Außerdem ergibt sich durch diese Anordnung der Elektroden ein raumsparendes Erwärmungssystem, das wirtschaftlich arbeitet, da die Elektrodensysteme mit geringeren Kapazitätswerten und damit Eigenverlusten gebaut werden können.

Bei einer besonders vorteilhaften Konstruktion wird jeder Einzelstab jedes Speisesystems jeweils an beiden Enden an die Hochfrequenzquelle angeschlossen und bei einer Elektrodenlänge von λ/5 zwei Kontaktschieber jeweils um i/15 von den Enden entfernt angeordnet. Auf diese Weise läßt sich eine Spannungskonstanz von ± 1,5 % erreichen; ohne die Zentralspeisung würde sich eine Spannungsänderung längs der Elektrode bis zu 20 °/o ergeben.

Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Maßnahmen kann auch noch vorgesehen werden, die Elektroden in Längsrichtung zu unterteilen, den Genera- »o tor durch geeignete Drosseln und/oder Kondensatoren zu kompensieren und sonstige an sich bekannte Feldvergleichmäßigungsmaßnahmen anzuwenden.

An Hand eines Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine kapazitive Hochfrequenz-Heizvorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 1 längs der Linie H-II und

F i g. 3 die Spannungsverteilung auf einer stabförmigen Elektrode.

Wie aus Fi g. 1 ersichtlich, wird die zu trocknende Papierbahn mit einer Breite von 4 m in Richtung des Pfeiles 2 zunächst durch das Streufeld £ der Streufeldelektrodenanordnung 11, anschließend über eine Umlenkrolle 3 und dann durch das Streufeld der Streufeldelektrodenanordnung 13 geführt. Jede Streufeldelektrodenanordnung 11 bzw. 13 besteht aus einer Vielzahl von in gleichmäßigen Abständen in einer Ebene nebeneinanderliegenden stabförmigen Elektroden 5 bzw. 7, die abwechselnd mit Hochfrequenzspannung unterschiedlicher Polarität gespeist sind.

Zur Spannungsversorgung dient ein Speisesystem 12, welches zwischen den beiden Streufeldelektrodenanordnungen 11 und 13 angeordnet ist, und zwar derart, daß die drei Systemeil bis 13 in drei zueinander parallelen Ebenen liegen. Jeder der Einzelstäbe 6 des Speisesystems 12 ist über Kontaktschieber 9 mit den beiden zugeordneten außen liegenden Elektroden 5 und 7 verbunden. Die Einzelstäbe 6 sind ihrerseits beidseitig und abwechselnd mit jeweils einem Pol der nicht gezeigten Hochfrequenzquelle verbunden (Klemmen 8). Da die Kontaktschieber 9 in Richtung der Doppelpfeile 10 verschiebbar sind, kann in Verbindung mit den zentral zwischen den beiden Elektroden 5 und 7 liegenden Einzelstäben 6 eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Spannung längs der Elektroden erzwungen werden. Dies beruht darauf, daß die Ströme in den mittleren Einzelstab 6 und in den äußeren Elektroden 5, 7 jeweils entgegengesetzt gerichtet sind, und sich dadurch die Feldverteilung entsprechend vergleichmäßigt.

Einige Angaben mögen dies verdeutlichen; so ist z.B. bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel bei einer Behandlungsfrequenz von f = 13,56 MHz die Länge / der Elektroden 5 und 7 und des Einzelstabes 6 etwa 4 m; ebenso die Breite der Bahn 1.

Diese Länge entspricht etwa Vs der Wellenlänge. Die beiden Kontaktschieber 9 sind von den Enden des Einzelstabes 6 etwa 1,3 m (A/15) entfernt. Der Abstand zwischen den beiden Kontaktschiebern 9 beträgt etwa 1,4 m.

Fig. 3 zeigt die Spannungsverteilung auf einer Elektrode 5 mit Einspeisung über Kontaktschieber 9; und zwar zeigt die gestrichelte Kurve b die Spannung U₁, die sich bei Versorgung über ein zentrales Speisesystem ergibt und Kurve α (durchgezogen) die Spannung U₂, die sich ergeben würde, wenn das mittlere Speisesystem nicht vorhanden wäre.

Zweckmäßigerweise sollten die einzelnen Elektrodenanordnungen — in Laufrichtung der Bahn gesehen — nur eine Länge von etwa der halben Bahnbreite haben, um einen einwandfreien Bahntransport zu gewährleisten. Bei höheren Geschwindigkeiten kann die notwendige Trockenzeit durch Hintereinanderschalten mehrerer Elektrodensysteme erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur gleichmäßigen kapazitiven Erwärmung von breiten Bahnen aus dielektrischem Material, insbesondere Papier, bei der die Bahnen an Streufeldelektrodenanordnungen entlangführbar sind, welche aus einer Vielzahl von quer zur Laufrichtung der Bahnen in gleichmäßigen Abständen nebeneinanderliegenden stabförmigen Elektroden bestehen, die über in Stabrichtung verstellbare Zuleitungen abwechselnd mit unterschiedlichen Polen einer Hochfrequenzquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dritten Ebene zwischen zwei in zueinander parallelen Ebenen angeordneten derartigen Streufeldelektrodenanordnungen (11,13) ein Speisesystem (12) Hegt, das aus abwechselnd mit den unterschiedlichen Polen der Hochfrequenzquelle verbundenen, jeweils zwi- ao sehen gleichpoligen Elektroden (5,7) der Streufeldelektrodenanordnungen angeordneten Einzelstäben (6) von gleicher Länge wie die Elektroden der Streufeldelektrodenanordnungen besteht, und die in Stabrichtung verstellbaren Zuleitungen »5 zu den Elektroden als die Einzelstäbe mit diesen verbindende Kontaktschieber (9) ausgebildet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelstab (6) des Speisesystems jeweils an beiden Enden an die Hochfrequenzquelle angeschlossen ist und daß bei einer Elektrodenlänge von etwa Vs der Wellenlänge der Behandlungsfrequenz die Kontaktschieber (9) jeweils um Λ/15 von den Enden der Elektroden entfernt angeordnet sind.