DE2612927A1 - Energiekonzentration im mikrowellenfeld durch drehung - Google Patents

Description

• "Energiekonzentration im Mikrowellenfeld durch Drehung".
• Es handelt sich um eine gezielte und genau dosierbare Energiekonzentration bei der Behandlung grösserer technischer Objekte, die bei dieser Pehandlung einer Dehnung oder einem Schwund unterliegen. Erstere tritt in grossem Betrag z.B. bei Plastiken auf (Abbinden, Polymerisation), letztere z.F. bei Keramiken (Trocknen). Uni störende Deformationen, wie Rissbildungen, zu vermeiden, darf das Material keine Zungspannungen erhalten, sondern keinerlei Spannungen oder nur Druckspannungen. Im Fall der Dehnung muss also die Energieeinstrahlung in das Innere des Objekts einen bestimm ten Vorzug erhalten gegenüber der Einstrahlung in die Randgebiete, im all des Schwundes muss das @andgebiet leicht bevorzugt-werden.
• Konzentration durch Relativdrehung des Objekts gegenüber dem elektromagnetischen Feld ist an sich bekannt, z.B. bei der Anwendung extrem kurzwelliger Strahlung in der Medizin: Abb.1 zeigt z.B. die Bestrahlung eines eng begrenzten Volumens 1 in einem Patientenkörper durch eine Kobaldkanone 2. Der nur wenig divergente Strahl 3 trifft zuerst und am stärksten Haut und Zwischengewebe vor dem Ziel 1.
• In Ruheatellung würden sich untragbare Energieverteilungen ergeben wird der Körper relativ zum Strahl um eine Achse, die durch 1 geht,so bleibt der Strahl immer im Zielpunkt, wechselt aber die getroffenen Hautstellen und dasGewebe laufend aus. ei kugelförmiger Drehung um 1 als Mittelpunkt ist der Effekt der Konzentration um eine Grössenordnung verstärkt. Man erhält so Konzentrationen von 1 : 100 und mehr, je nach Durchmesser und Abstandsverhältnissen.
• Weiter sind Drehungen relativ zum Feld auch im Mikrowellengebiet bekannt z.B.tritt relative Drehung teilweise auch beim "Wobbeln" nit einem Drehflge oder beim Aufsetzen des Objekts auf einem Drehteller im inhomogenen Feld auf. Diese beiden Verfahren dienen aber nicht der Konzentration, sondern umgekehrt aussch)iesslich der Homogenisierung des Mikrowelleneffekts im Leitmittel im Objekt und erfassen das ganze Objekt gleichmässig und gleichphasig.
• Die hohe Konzentration nach Abb. 1 lässt sich im Mikrowellenfeld nur in Extremfällen verwirklichen, wenn nämlich die Wellenlänge klein ist gegeüber den: Objekt und die Absorption sehr gering.Aber auch bei den im MW-Feld üblichen Dimensionen und bei bestimmten häufig vorkommenden Absorptionswerten lässt sich durch Drehung eine ausreichende Konzentration errecher, da der (grad der Konzentration meist nicht mehr als die Grossenordnung von 10 - 20% erhalten darf, um die Dämpfung durch Absorption gerade zwar überzukompensieren, andererseits aber die Spannungsunterschiede unter einem niedrigen Maximalmass zu halten.
• In Abb. 2 sei 4 der Querschnitt durch ein zylinderformiges Cbjekt, z,?.
• den Strang einer Nasse, die zu trocknen ist. Durch das Fenster 5 in der .\nd des Arbeitsraumes trete die Primärstrahlung ein mit ltolarisation in Richtung der gestrichelten Linien. Beim Durchsetzen durch das Objekt bleiben die Linien gleicher Energiedichte am Rande etwas zurück, da die Einstrahlung im Wesentlichen senkrecht zur wellenfront erfolgt. Die eingetragenen Zahlen stellen den Energieabfall längs der Mittellinie dar, der bekanntlich e-funktionsartig verläuft und in der Kitte den praktisch vorkommenden ert 0,5 haben möge. In Ruhestellung wird der obere Cbjektteil stark bevorzugt, bei Drehung um die achse dagegen die bitte.
• Denn diese bleibt bei Drehung immer im 5o7--bereich, der übrige meil wird aber laufend ausgetauscht wie im Fall der Abb. 1, nur liegen die Konzentrationsgrade in der gewünschten niedrigen drössenordnung. Diese genauen kette sind jedoch meist noch zu hoch, es fehlt die Dosierungsm-glichkeit, auch ist die masse (z.B.Keramik) meist nicht mechanisch starr genug, um ohne Formänderung die Drehung auszuhalten.
• Zur Abschätzung der benötigten Konzentrationsgrade diene die experimentelle Feststellung, adss z.B. beim Trocknen es sich um mindestens zwei hintereinander folgende Vorgänge handelt: zunächst wird das freie Wasser verdampft, wobei die Temperatur des Gutes näherungsweise bei 100° stehen bleibt. Dann steigt die Temperatur auf 1150 und mehr und verweilt dort, bis das adhäsiv gebundene Wasser verdampft ist. Normalerweise wird der Vorgang hier abgebrochen, das kristallin oder chemisch gebundene Wasser bleibt unbeeinflusst. Der Dampfdruck des bei 1150 frei gewordenen Dampfes beträgt aber schon 2 Atmosphären.
• Um die echte mechanische Drehung des Objekt zu umgehen, wird daher erfindungsgemäss die notwendige Relativdrehung über eine Linearbewegung bewerkstelligt, die der linearen eewegungsform in einem Durchlaufofen entspricht und genau dosiert werden kann. Dies wird weiter unten mit den bb. 4 und 6 erläutert.
• Ein weiterefKonzentrationseffekt nämlch, der bei den angegebenen Vedingungen ebenfalls zu berücksichtigen ist und in gleichem Sinn verläuft, ist auf die Fresnel-Huygensschen Interferenzfiguren zurückzuführen und in der P 19 o7 448 bereits geschildert; Am Rand der Objektmasse sind Erregungspunkte zu denken, deren Felder sich bei den hier in betracht kommenden Dimensionen in der Mitte addieren.Ohne Drehung ist dieser Effekt ersichtlich ohne grosse Bedeutung, bei Drehung wirkt er im Zeitmite tel integral wir der Dreheffekt nach Abb. 1. Siehe Abb. 3.
• Abb. 4 zeigt nun die oben erwähnte Umformung der relativen Drehbewegung aus einer Linearbewegung, 6 ist der Arbeitsraum, der zur Homogenisierung der Bestuhlung oben und unten fenster 5 hat, aber mit aufeinander senkrecht stehender Polarisation, um gegenseitige Störungen zu vermeiden Benachbarte Fenster strahlen jeweils gleichphasig, z.B. nach dem Längsschnitt der bb. 5 aus passend gespeisten Hohlleitern und stellen dadurch eine eile bzw. Reihe einer "Tannenbaumantenne" dar, d.h.also sie stellen linien nahezu gleicher Energieverteilung parallel zu dem zylindrischen Cbjekt her. Das Cbjekt mendele nun auf einem band zwischen den Stellungen 7' bis 7 '''. '. Bei 7' wird nach den obigen Erläuterungen der Rand gegegenüber der Mitte bevorzugt, beim @andern in die Stellungen 7'' und 7''' wird die Richtung der primären Einstrahlung und die der ersten Reflektion ( die weiteren sind wegen der hohen Dämpfung von geringer Bedeutung) durch alle Winkel hindurchgedreht. Aus Symmetriegründen gibt es dann also immer eine optimale Elongationsweite der @endelbewegung z.B. bis zum Punkt 8, die gewünschte Erwärmungsverteilung liefert.
• bb. Ó stellteeine Aneinanderreihung von 3 Öfen dar zu einen Durchlaufofe wobei durch die Schotten 9 and die Wandform der gleiche Dreheffekt wie bei dem endelofen nach Äbb. 4 erzeugt wird.
• Decke

  erhalt

  die angedeutete tonnenförmige ';';lbung, deren genaue Form weicht experimentell bestimmt werden kann mit dem Zweck, etwa störende Interferenzen im Feld auszuebnen. ähnliche rofile erhalten die Seitenwände , jedoch ohne die Schotten, näherungsweise sinusförmig, um eine gleichförmige Beaufschlagung der nden des Objekts beim Vorbeilauf zu gewährleisten.
• Da die Gesamtverteilzeit des Objekts im Cfen die Grössenordnung einer Stunde haben kann, ist es u.U. noglich, dass die Verweildauer in den Stel lungen 7 zu gross wird und eine Rissbildung einsetzt. In diesem Fall müsste der Öfen verlängert werden, um bei gleicher Verweilzeit eine höhere Geschwindigkeit am Ort zu erreichen oder aber es wird erfindungsgemäs£ der Vorschubbewegung eine Pendelbewegung überlagert, z.B. mit dem Resultat 10 Schritte vor, 9 Schritte zurück, im Mittel also 1 Schritt je Zeiteinneit vor. Die geschwindigkeit unter den fenstern ist dann also 10 mal höher als die mittlere Durchlaufgeschwindigkeit.
• Ist das Objekt ein in: Verhältnis zum Durchmesser sehr kurzer Zylinder, z.2. ein Teller, Abb. 7 t 9, Ziffer 10, so muss bei Dehnung die Miite, bei Schwund der Rand des Tellers bevorzugt werden. In diesem Fall ist der Vorgang rein geometrisch beschreibbar; neim Einsatzofen liegt das Objekt auf einem sich mechanisch

  drehxxxienden

  Unterboden 11 und wird bei Dehnu@ aus demFenster 12, bei Schwund aus 13 bestrahlt. Beim Druchlaufofen liegt ein solches Objekt unsymmetrisch auf dem Band und erhält durch seitliche Abbremsung eine Drehbewegung, in einem anderen beispielsweisen Fall liegt es auf 2 Bändern unterschiedlicher Geschwindigkeit und wird durch Führungsstifte 14 auf einem dritten Band, die in seine Unterlage eingreifen, auf der Mittelleinie gehalten u.a.m.
• Die benötigten genauen Abstufungen der Energieverteilung nach den Abb. 1, 4 und 6 werden im wesentlichen durch die geometrischen Verhältnisse bestimmt, wie Form der Decke, Pendelelongation bzw Schottenabstand, und werden dadurch im erforderlichen Mass dosierbar. Das hat aber zur Voraussetzung, dass in Längsrichtung gleiche Amplitude herrscht, s. S.3 oben.
• Eei Verwendung von Kohlleitern als ænergiezuleitungen wird man die HF-quellen wie Magnetrons an die einen Enden der hohlleiter Setzen, um sie bei den grossflächigen eraten von der Seite ner leicht zugänglich zu machen. Bringt man nun in regelmässigen Abständen an den Stellen gleicher nase gleichgeformte Fenster an, so fällt ihre tusstrahlungsleistung e-Fkt.-f'vrmig vom Sender aus gerechnet ab. Erfindungsgemäss werden daher die Fenster mit gleicher Resonanzlänge versehen, ihre Breite wächst aber pass send zum Ende hin auf einen optimalem Wert. Experimentel ergibt sich für die Dreitenänderung ebenfalls nahe eine @-Funktion, jedoch steigend.
• Die Objekte liegen in allen Fällen auf einer Unterlage, die der Dehnungs-bzw. Schrumpfbewegung einen geringeren widerstand entgegensetzt als der inneren Kohäs@on des Objekts entspricht. Durch Formgebung und Konsistenz der Unterlage muss das Entweichen von Dampf, Gasen und Flüssigkeit störungsfrei möglich sein. Es gibt poröse Stoffe, auch Plastiken, die diese Forderungen erfällen, ggf. mit einem Gleitmittel.
• Die Enden der beschriebenen Durchlauföfen werden durch Fallen elektridch verschlossen, gleichzeitig für die senkrechte und wagerechte Polarisation.
• Daher bestehen die Fallen erfinaungsgemass aus #/4 Dipolen, die auf metallischer Unterlage stehen und an ihren freien Enden #/4 Dipole tragen. Beide Dipolgruppen stehen möglichst senkrecht zu der zu sperrenden Austrittsrichtung, soweit es die örtliche Geometrie zulässt. Diese Technik macht Gebrauch von der bekannten Sperrwirkung abgestimmter Verzögerungsleitungen für einen um die Resonanzwelle liegenden Bereich.

Claims (9)

1. Verfahren und Anordnung zur Erzielung rotationssymmetrischer @chichtungen verschieden star@er Energieeinstrahlungen in @bje@ten, die Während der Behandlung einen Schwand oder eine Dehrung erfähren, d.g., dass 1 durch Relativdrehung von Feld und Objekt geGeneinander um eine achse, die durch das C'bjekt echt, im leitmittel eine verschieden starke eaufschaltung der Innen- bzw. der Randportien des Objekts mit @@-Energie erfolgt.
2. 2. zur Ausführung von 1., indem bei langen Objekten die Relativdrehung durch @endelung des Objekts senkrecht zu einer Längserstreckung im Feld erhalten wird bzw. durch Durchlaufen gleichartiger hintereinander gestaffelter Feldformen.
3. 2. in Ergänzung von 2., indem ihre Falle des Durchlaufofens dem gieichmassigen Vorschub eine @endelbewegung vor und zurück überlagert wird.
4. 4. zur Ausführung von 1 im Falle eines insatzofens, indem bei im Verhaltnis zum Durchmesser kurzen Objekten diese auf einem drehbaren Untersatz gelagert werden.
5. 5. zur Ausführung von 2 und 4, indem bei Dehnung die Mittelpartien, bei Schwund die Bandpartien durch passende Wahl der Pendelungsbreite bzw.

   der Fensterlage bevorzugt werden.
6. 6. zur weiteren ;. Us führung von 4 mittels eines durchlaufofend, indem das Objekt durch einseitige abbremsung auf einem Band oder durch gegenläufige Reibung auf 2 fändern mit verschiedenen Geschwindigkeiten zusätzlich in Drehbewegung versetzt wird, wobei im letzteren Fall ggf. eine Mittelpunkts führung durch von einem dritten Band aus eingreifende Nocken erfolgt.
7. 7. Anordnung der Einstrahlungsquellen für die geschilderten Durchlauföfen, indem die tinstrahlung aus enstern oder Dipolen erfolgt, die in je einer @eile oder Reihe übereinander stehen, wobei die Quellen innerhalb einer eihe oder Zeile gleichphasisch und gleichpolarisiert sind und gleiche amplitude haben, zwischen den einander gegenüberbetliegenden Reihen und Zeilen aber auf einender senkrechte olarisation gewählt wird.
8. M. zur Ausführung von 7, indem die Senderöhre am Ende des Hohlleiters eingekoppelt wird, die Strahlungsfenster zwar gleiche Resonanzlänge, aber von ender aus gesehen zunehmende reite haben, derart, dass die gleiche Ausstrahlungsleistung je Fenster trotz der Dämpfung im Hohlleiter erhalten bleibt.
9. 9. Arbeitsraum für Ofen nach ab. Darstellung, indem entweder der Boden oder die Decke tonnenfvrmig aufgebogen wird, ggf. mit zwischenliegenden schotten, m Interferenzminimå auszugleichen.

   lo. Elektrischer iLbschluss der angegebenen Durchlauföfen durch mechanisch Offene Fahler, die @@@@@eichzeitig in beiden @@@risationsrichtungen sperren, dadurch, dass #/4 lange Säulen in Reihen und Zeilen mit #/4 Abstand -von einarder auf den metallischen Böden und Decken angebracht sind, die an ihren Enden wagerecht liegende #/2 - Dipole tragen, die ihrerseite senkrecht zur zu sperrendenXnss strahlrichtung stehen.