DE2441456A1 - Hochfrequenz-heizvorrichtung - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ÖSTERREICH 2441

Wien ; . /

Erlangen, den 2 8. AUG. 1974 Werner-von-Siemens-Str.

73/9822 Hnn/Po

Hochfrequenz-Heizvorrichtung

Es wird die Priorität der österreichischen Patentanmeldung A 7694/73 vom 5.September 1973 beansprucht.

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-, vorzugsweise Mikrowellen-Heizvorrichtung zur Heissdruckverbindung elektrisch nichtleitender Werkstoffe, vorzugsweise zur Verbindung von Holz- oder holzähnlichen Werkstoffen mit heissbindenden Kunststoffolien.

Es ist seit langem bekannt, Holzplatten zur Erzielung eines gefälligen Äusseren, einer widerstandsfähigeren Oberfläche und anderer praktischer Vorteile, etwa der leichteren Reinigung mit Kunststoffschichten zu versehen. Der-

509810/0353 _₂

- 2 - VPA 73/9822

artige beschichtete Platten werden, wie etwa früher die sogenannten Furnierplatten, bei welchen dünne Edelholzschichten verwendet sind, in grossem Ausmass in fast allen Bereichen der holzverarbeitenden Industrie, vor allein in der Möbel- und Innenausstattungsherstellung, aber auch zu anderen Zwecken verwendet. Beim Zuschnitt dieser Platten stört in vielen Fällen, vor allem, wenn es sich um stärkere Abmessungen handelt, der nicht abgedeckte Schnittrand, v/o das unbearbeitete Material zum Vorschein kommt. An diesen Stellen werden daher verschiedene Arten von Abdeckstreifen verwendet, die der Beschichtung in Farbe und Musterung entsprechen und welche, wie bereits früher bei der Verwendung von Furnierplatten durch Leimung befestigt werden. . ·- ' ·

In zunehmendem Mass werden jetzt aber auch Platten mit Beschichtung aus früher nicht üblichen Kunststoffen verwendet, die beispielsweise ganz besondere Wärmeresistenz, Verschleiss- oder Abriebfestigkeit oder chemische Beständigkeit aufweisen. Darüber hinaus stellt die stetig steigende Verarbeitungsgeschwindigkeit neue Anforderungen an die Technologie der Herstellung von festen und dauerhaften Verbindungen zwischen Holz und holzähnlichen Stoffen einerseits und den Beschichtungswerkstoffen andererseits. Es werden hier als neuere Entwicklungen vor allem thermoplastische Verbindungsmittel in Betracht zu ziehen sein, welche entweder zwischen dem Uberzugsmaterial und dem Holz gesondert eingebracht und unter dem Einfluss von äusserer Wärmezufuhr eine innige Verbindung durch ihre Verflüssigung herstellen oder es werden, beispielsweise bei der Verwendung von Abdeckstreifen diese bereits mit einem derartigen Material beschichtet in den Handel gebracht und dann, gleichfalls durch Wärmezufuhr die Verbindung hergestellt.

Diese Wärmezufuhr kann nun etwa durch mechanischen Kon-

509810/0353

- 3 - YPA 73/9822

takt mit einer flächenförmigen Wärmequelle, beispielsweise einer "bügeleisenähnlichen, flexiblen Wärmeplatte oder elektrisch beheizten Walzen- erfolgen. Derartige Einrichtungen sind bekannt und in allgemeiner Verwendung. Bei Befestigung von streifenförmigem Abdeckmaterial sind vor allem die beweglichen und entsprechend geformten Wärmeplatten von praktischem Interesse.

Bei näherer Betrachtung ergeben sich die Schwierigkeiten, die mit dieser Art der Wärmezufuhr verbunden sind. Die Abdeck- bzw. Beschichtungswerkstoffe haben eine nur geringe Wärmeleitfähigkeit. Die Schmelzpunkte der Verbindungswerkstoffe können nicht beliebig tief gelegt werden,, um die praktische Verwendung der fertigen"'""." beschichteten Plätten Eicht zu beeinträchtigen. Die Schichtdicken der Überzugswerkstoffe dürfen, keinesfalls zu .niedrig werden, um ihre Haltbarkeit nicnt zu gefährden. Da aber auf Grund der Schmelztemperatur der Verbindungswerkstoffe, der Wärmeleitfähigkeit des Überzugsmaterials und dessen Dicke die Wärmestromdichte an der Oberfläche, das heisst an der Wärmequelle vorgegeben ist, stehen die Temperatur der Wärmequelle und die Vorschubgeschwindigkeit des Systems zueinander in entgegengesetzter Beziehung. Bei technisch interessanten Produlctionsgeschwindiglceiten werden die zugeordneten Temperaturen sehr hoch. Ein Stillstand der Erzeugungsstrecke ' während des Betriebs führt rasch zu einer Überhitzung an der Kontaktstelle, zu einer örtlichen Beschädigung der Kunststoffschicht, zu deren Aufschmelzen oder unter Umständen auch Entflammung. Bei zu geringer Temperatur v/ird die erforderliche Verflüssigung des Verbindungsmaterials nicht erreicht, sodass die Prodüktionsgeschwindigkeit verringert werden muss, um"wieder zu einer ausreichenden Qualität zu gelangen.

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, andere Wärmequellen zur Erhitzung zu verwenden, die keinen direkten

5 0 9 8 10/03 S3

- 4 - VPA 73/9822

Kontakt mit der Oberfläche erfordern, sondern durch Erwärmung von innen.her wirken, wie dies beispielsweise bei der dielektrischen Erhitzung im Hochfrequenzfeld der Fall ist. Derartige Einrichtungen sind ihrer Natur nach wohl am besten geeignet, die gewünschten Wirkungen zu erzielen, sie sind aber naturgemäss aufwendig und vor allem dann, wenn grosse Flächen, bzw· breite Materialbahnen behandelt werden sollen, sind sehr grosse Hpchfrequenzleistungen in das Gut einzubringen. Einrichtungen zur Erzeugung dieser Leistungen unterliegen den strengen Vorschriften der örtlichen Nachrichtenbehörden hinsichtlich ihrer Frequenzgenauigkeit und Streustrahlungsfelder, sodass zwar ein technischer Ef r« . .· fekt durchaus zu erzielen ist, die Nebenwirkungen aber zu sehr hohen Kosten führen, die technisch an sich nicht erforderlich .. wurden, durch die erwähnten Vorschriften aber dennoch entstehen.

Die Verwendung von Mikrowellen zur Erhitzung des Gutes umgeht diese Schwierigkeiten. Gegenüber den rein dielektrischen Wärmeerzeugern, die etwa im Kurzwellenbereich arbeiten, sind die Abmessungen der Geräte kleiner und handlicher, vor allem aber ist es ohne grossen Aufwand möglich, eine Abstrahlung der Hochfrequenzenergie zu verhindern, da die in diesem Wellenlängenbereich üblichen Hohlraumresonatoren auch bei unmittelbarem Kontakt mit dem Behandlungsgut so ausgeführt werden können, dass ein Strahlungsvektor nicht auftreten kann.

Wenn auch durch andere Hilfsmittel, die Gegenstand eines gesonderten Schutzbegehrens sind, der Wirkungsgrad der dielektrischen Erwärmung gesteigert und damit der erforderliche Leistungsbedarf an Hochfrequenzenergie vermindert werden kann, bestehen doch Bedarfsfälle, bei denen - vor allem in allen Jenen Bereichen der Erzeugungstechnologie, bei denen unregelmässig geformte Flächen, zum Beispiel geschwungene Möbelteile, Gegenstände des

509810/0353

- 5 - YPA 73/9822

Kunsthandwerks und andere, nicht ebene Flächen zu behandeln sind - ein unmittelbarer mechanischer Kontakt zwischen dem zu behandelnden Gut und der Wärmequelle einerseits und andererseits eine nicht zu grosse wirksame Berührungsfläche zwischen dem Behandlungsgut und "dem ' Hochfrequenzerzeuger zweckmässig sind·

Die Erfindung besteht darin, dass als Hochfrequenzquelle ein in an sich bekannter Weise angeregter Hohlraumresonator vorgesehen ist und dass die Auskopplung der zur Erhitzung der zu verbindenen Werkstücke erforderlichen Leistung durch eine in direkter Berührung mit der zu verbindenden Stelle stehende Öffnung des Hohlraumresonator s erfolgt.

Die Auskoppelöffnung ist zweckmässig so ausgebildet, dass die zur dielektrischen Erwärmung des an ihr anliegenden Behandlungsgutes erforderliche elektrische Feldstärke des Hochfrequenzfeldes eine Vorzugsrichtung in der Richtung der Bewegung des an ihr anliegenden Gutes auf v/eist, senkrecht dazu können auch kleinere Werte toleriert werden. Als Form der Öffnung ergibt sich somit zwangsläufig eine rechteckige oder ovale Schlitzform von einem IIÖhen/Breitenverhältnis, dessen Absolutwert vom.zu behandelnden Material, der zur Verfügung stehenden Hochfrequenzleistung und von der. Bewegungsgeschwindigkeit des Behandlungsgutes abhängt. Es ist daher nach einem weiteren Erfindüngsgedanken zweckmässig, die die Koppelöffnung enthaltende Platte leicht auswechselbar zu gestalten, um allen in der Praxis möglichen Fällen auf einfache und zeitsparende Weise optimal zu entsprechen.

Der Hohlraumresonator ist nach der Erfindung quaderförmig eine besonders vorteilhafte Ausführungsform. An seiner oberen Deckfläche ist die Leistungsröhre,"vorzugs-

509810/0353

- 6 - VPA 73/9822

.; ' , 244 U

weise ein Magnetron angeordnet, welches mit seinem Koppels tift in 'den Hohlraum hineinragt· Für die untere Deckfläche gilt das vorstehend gesagte. Die Resonanzwellenlänge des Resonators ist durch seine Abmessungen vorgegeben, die Leistungsübertragung an das Werkstück wird aber in weiten Grenzen durch die Wahl der geeigneten unteren Deckplatte modifizierbar.

Falls eine fortlaufende Behandlung grösserer laufender Längen, beispielsweise in der Serienfabrikation von Möbeln zur Abdeckung von Schnittkanten erforderlich ist, wird nach einem v/eiteren Erfindungsgedanken eine teilweise Automatisierung dadurch ermöglicht, dass Einrichtungen vorgesehen sind, welche einen engen me'cha- ·■····■··--.;· nischen Kontakt zwischen der die öffnung aufweisenden Fläche des Hohlraumresonators und der Verbindungsstelle gewährleisten. Weiters sind Mittel zur relativen Bewegung der Verbindungsstelle gegenüber dem 7/erkstück erfindungsgemäss von Vorteil, beispielsweise angetriebene Transportrollen, welche für eine sichere Förderung der Werkstücke entlang der Koppelstelle in an sich bekannter Weise sorgen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung dargestellt.

Das Werkstück 1 wird hiebei entweder durch - in der Zeichnung nicht dargestellte - mechanische Vorrichtungen oder von Hand gegen das von einer Vorratsrolle 2 ablaufende Abdeckmaterial 3 gedrückt, wobei durch Anpressrollen 4- ein inniger Kontakt zwischen V/erkstück und - im dargestellten Fall streifenförmigem - Abdeckmaterial gewährleistet wird. Die Leistungsröhre 5 regt mit ihrem Koppelstift 6 den Hohlraumresonator 7 zu Eigenschwingungen an. Mit 8 ist in der Zeichnung die Vakuumeinschmelzung des Koppelstiftes bezeichnet. Im dargestellten Schnitt AB wird deutlich, wie das Abdeck-

509810/0353

- 7 - VPA 73/9822

band 3 unter der Koppelöffnung 9 durchbewegt·-wird. An der Koppelstelle 9 wird jene Energiemenge zugeführt, die erforderlich ist, um das Verbindungsmaterial in jenen Zustand überzuführen, der die enge Verbindung zwischen Trägerwerkstoff und Beschichtung gewährleistet·

509810/0353

Claims (8)

1. 2 a AUG. 1974

   - ΰ - VPA 73/9822

   Patentansprüche

   π J Hochfrequenz-■, vorzugsweise Mikrowellen-Heizvorrichtung zur Heissdruckverbindung elektrisch nichtleitender Werkstoffe, vorzugsweise zur Verbindung von Holz- oder holzartigen Werkstoffen mit heissbindenden Kunststofffolien", dadurch gekennzeichnet, dass als Hochfrequenzquelle ein in an sich bekannter Weise angeregter Hohlraumresonator vorgesehen ist und dass die Auskopplung der zur Erhitzung der zu verbindenden Werkstücke erforderlichen Hochfrequenzleistung durch eine in direkter Berührung mit der zu verbindenden Stelle stehende Öffnung des Hohlraumresonators erfolgt.
2. 2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine schlitzförmige Auskoppe!öffnung vorgesehen ist.
3. 3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Anpressrollen vorgesehen sind, die einen engen mechanischen Kontakt zwischen der die Öffnung aufweisenden Fläche des Hohlraumresonators und der Verbindungsstelle gewährleisten.
4. 4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur relativen Bewegung der Verbindungsstelle gegenüber dem Werkstück vorgesehen sind,
5. 5. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraumresonator quaderförmig ausgebildet ist, wobei an seiner oberen Deckfläche die Mikrowellenröhre angeordnet ist und die gegenüberliegende untere Deckfläche die Öffnung zur leistungsauskopp-

   . lung aufweist.

   509810/0353

   - 9 - " VPA 73/9822
6. 6. Heizvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,- dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Bewegung der zu verbindenden Werkstücke oder des mit einer heissbindenden Folie zu versehenden Werkstückes und dieser Folie entlang der unteren Deckfläche des Hohlraumresonators über die Auskoppelöffnung vorgesehen sind.
7. 7. Heizvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Auskoppelöffnung versehene, die untere Deckfläche des Hohlraumresonators bildende Platte auswechselbar.-·.......

   ausgeführt ist. . '
8. 8. Heizvorrichtung nach einem öder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressrollen, die Einrichtungen zur Bewegung der zu verbindenden Werkstücke sowie die Mittel zur relativen Bewegung der Verbindungsstellen als Teile einer an sich bekannten Holzbearbeitungsmaschine ausgeführt sind und dass die Heizvorrichtung ein wirkender Bestandteil dieser Holzbearbeitungsmaschine ist.

   509810/03 5 3

   1ο

   Leerseite