DE3021381A1

DE3021381A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung fadenfoermiger gebilde

Info

Publication number: DE3021381A1
Application number: DE19803021381
Authority: DE
Inventors: Andre-Jean Berteaud; Henri Guillemaut; Michel Manoury; Jean-Francois Rochas
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1979-06-07
Filing date: 1980-06-06
Publication date: 1980-12-18
Also published as: FR2458610B1; JPS56333A; IT8022628A0; FR2458610A1; IT1131515B

Description

Anmelderin: Agence Nationale de Valorisation de la Recherche (ANVAR) 13, rue Madeleine Michelis

F-92522 Neuilly s/Seine

Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung fadenförmiger Gebilde

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Fäden, die durch mindestens einen Ultrahochfrequenz-Hohlraumresonator geführt werden, insbesondere bei großen Geschwindigkeiten.

In der Folge der Beschreibung wird mit "fadenförmiges Gebilde", "fadenförmiges Element" oder "Faden" ein dünnes, weiches oder starres Element von großer Länge bezeichnet. Diese Ausdrücke bezeichnen Textilfasern aller Art (Fäden chemischen, mineralischen oder organischen Ursprungs) in jeder beliebigen Form (raono- oder multifile Fäden, gesponnene, doublierte, gezwirnte Garne) nicht nur für textile Verwendung (Gewebe, Gewirke), sondern auch für andere Gebiete, wie zum Beispiel für die Herstellung von optischen Fasern.

Bei allen Behandlungsverfahren für durchlaufende Fäden, die eine thermische Behandlung erfordern, liegt das Hauptproblem in der schnellen Wärmezufuhr, da die Wärme den Faden regelmäßig bis zum Kern und gleichmäßig auf der ganzen Fadenlänge durchdringen muß. Bekanntlich haben die Temperatur der Behandlung und ihre Gleichmäßigkeit einen großen Einfluß auf die Fadenqualität·

Es ist bekannt, daß die thermische Behandlung je nach dem behandelten Material, der Feinheit des Garns und seiner Durchlaufgeschwindigkeit unterschiedlich ist. So läßt sich leicht einsehen, daß man schneller den Kern eines dünnen Fadens erreicht, als den eines dickeren.

030051/0794

3Q21381

Es ist auch bekannt, daß man einen Faden nicht oberhalb einer bestimmten Temperaturgrenze behandeln kann, ohne ihn zu beschädigen. Das Problem des Wärmeaustausches ist ein sehr wichtiger Punkt bei der Texturierung oder der Umhüllung durch Beschichtung oder Polymerisation. Die Techniker haben verschiedene Lösungen in Betracht gezogen unter Anwendung eines der drei großen Prinzipien des Wärmeübergangs, nämlich der Konvektion, der Strahlung, der Wärmeleitung oder einer Kombination ^von diesen.

Jedoch ist man aufgrund der heutigen Geschwindigkeiten gezwungen, die Länge der Behandlungsöfen erheblich zu vergrößern. Dies erhöht den Platzbedarf der Maschinen. Darüber hinaus erfordern diese Lösungen einen erheblichen Energieverbrauch.

Es wurde bereits vorgeschlagen, das in der Textilindustrie bekannte Prinzip des Heizens durch Hochfrequenz oder Ultrahochfrequenz anzuwenden.

Wenn auch die Anwendung dieses Prinzips in manchen Fällen zu guten Ergebnissen führt, zum Beispiel für das Trocknen von Garnspulen, das Trocknen von Gewebestücken oder Polstermaterial, muß man zugeben, daß dieses Verfahren sich auf dem Gebiet der Behandlung von Fäden kaum entwickelt hat, obwohl seine Anwendung vor mehr als 2 0 Jahren für die Texturierung in Betracht gezogen worden war (US-PS 2 823 513)

Die Nichtentwicklung dieser Technik, trotz der Vorteile, die sie bringt, nämlich der Schnelligkeit, dem großen energetirchen Wirkungsgrad, dem Fehlen der Um-Weltverschmutzung, läßt sich zweifellos damit erklären, daß es sehr schwierig ist, die Temperatur zu regulieren und eine präzise Behandlung zu erzielen, was eine unentbehrliche Bedingung für gute Fadenqualität ist. Darüber hinaus bedingt die Anwendung von Ultrahochfrequenz große Überspannungskoeffizienten. Man ist be-

03OO51/O7SU

grenzt durch die Stabilität der heutzutage zur Verfüfung stehenden Generatoren, die zu wesentlichen Energieverlus-ten führen.

Bekanntlich werden mit Ultrahochfrequenz (UHF) Schwingungen zwischen 900 und 30.000 Megahertz, d.h. zwischen 0,9 und 30 GHz bezeichnet. In der Praxis arbeitet man bei 2,45 GHz. Dies ist der in Frankreich genormte Frequenzbereich. Es können selbstverständlich auch andere Frequenzen verwendet werden, besonders wenn

-JO diese Frequenzen dem Verfahren besser angepaßt sind.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, Fäden mit Hilfe einer elektromagnetischen oder Mikrowellen-Bestrahlung bei 2,45 GHz zu erwärmen, wie in der US-PS 3 557 334 von E.I. Du Pont de Nemours beschrieben.

Das Problem, das sich bei der Durchführung dieses Verfahrens stellt, ist das der Kopplung Welle-Faden die lose ist, da das Volumen gering ist und bekanntlich die Verlustleistung folgender Formel entspricht:

^Pdis = 2 TT f £" ν E²

bei der

- f die Frequenz der Welle,

- ζ," den Dielektrizitätsverlust, - ν das Volumen des Materials,

- E das elektrische Feld auf diesem Material bezeichnet.

Um den schwachen Wert ν auszugleichen, hat man versucht, entweder die Frequenz zu erhöhen oder das elektrische Feld E. Die Erhöhung der Frequenz ist durch folgende Nachteile begrenzt: Verminderung der Maße des Hohlraumresonators, was eine Erniedrigung des Durchschlagsbereichs mit sich bringt, Mangel an für diese Verwendung geeigneten Generatoren, hoher Preis der Ausrüstung. Um das elektrische Feld E zu vergrößern, kann man einen Hohlraumresonator mit hoher Überspannung ver-

Q30051/079Ü

wenden. Dieses stößt aber auf zwei beträchtliche Schwierigkeiten. Zunächst die Notwendigkeit einer Quelle von Mikrowellen mit sehr gleichmäßigen Frequenzen, zweitens die Notwendigkeit, einen kritischen Bereich nicht zu überschreiten, oberhalb dessen ein Plasma erregt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zu schaffen, das gleichzeitig schnell, wirtschaftlich, präzise und wirksam ist und bei dem die Nachteile der bisher angewandten Verfahren vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur thermischen Behandlung von Fäden, die durch mindestens einen Ultrahochfrequenz-Hohlraumresonator geführt werden, gemäß der Erfindung, der Uber-Spannungskoeffizient des Hohlraumresonators durch Erhöhung seiner Verluste erniedrigt wird und daß die dabei verlorene Energie in der Nähe des zu behandelnden Fadens in Infrarot-Energie umgewandelt wird.

Auf diese Weise wird der durchlaufende, zu heizende Faden gleichzeitig der Bestrahlung durch Mikrowellen und der Infrarot-Bestrahlung unterworfen.

In dem erfincungsgemäßen Verfahren wird der zu behandelnde Faden parallel zu dem elektrischen Feld im Inneren des UKF-Hohlraumresonators durch diesen hindurchgeführt. Jedoch könnte eventuell das elektrische Feld auch senkrecht zur Bewegung des zu behandelnden Fadens sein.

Gemäß der Erfindung wird zur Erniedrigung des Überspannungskoeffizienten des Hohlraumresonators durch Erhöhung seiner Verluste und zur Umwandlung dieser Verlustenergie in Infrarot-Energie, in der Nähe des zu behandelnden Fadens in Längsrichtung im Inneren des Hohlraums ein Material angeordnet, das Dielektrizitätsverluste im Ultrahochfrequenz(UHF)-Bereich aufweist und das mindestens einen zur Längs-

030051/079A

Q

achse des Hohlraums achsparallelen Kanal aufweist, durch den der Faden hindurchgeführt wird und der ihn umschließt, ohne daß jedoch der Faden die Kanalwand berührt .

Auf diese Weise kann bei geeigneter Materialauswahl die verlorene UHF-Energie teilweise wieder^gewonnen werden als Infrarot-Strahlung. Als Werkstoff mit dielektrischen Verlusten kann jedes Produkt verwendet werden, das hohe Verluste im UHF-Bereich aufweist, beispielsweise Keramik, Glas oder andere Materialien auf der Basis von Siliziumverbindungen· Der Fachmann kann dieses Material leicht auswählen in Abhängigkeit von dem Preis und den erwünschten Ergebnissen. Er kann auch aufgrund dieser Angaben experimentell die genauen Maße festlegen für das Element mit den Dielektrizitätsverlusten sowie für den Hohlraumresonator, in dem dieses Element angeordnet ist. Sehr gute Ergebnisse werden erzielt, indem man einen Werkstoff auf Keramikbasis mit 30% Siliziumoxid verwendet.

In der Folge der Beschreibung wird zur Vereinfachung das Element aus einem Material, das beträchtliche Dielektrizitätsverluste im UHF-Bereich aufweist, als "Rohrelement" bezeichnet. Darüber hinaus wird in der Beschreibung dieses Element für eine Anwendung beschrieben, in der es einen einzigen Längskanal aufweist. Dieses Element ist in der Längsachse des Hohlraumresonators angeordnet, aber selbstverständlich könnten darüber hinaus auch andere Typen von Rohrelementen, zum Beispiel mit mehreren Längskanälen, vorgesehen werden.

Dadurch wäre die Möglichkeit gegeben, mehrere Fäden gleichzeitig zu behandeln oder mehrere Rohrelemente zu verwenden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Diese Vorrichtung zur thermischen Behandlung von

030051/0794

mindestens einem bewegten Faden besteht im wesentlichen aus einer Zuführeinrichtung für den zu behandelnden Faden, einem Resonanzsystem, bestehend aus einem Mikrowellen-Generator, mindestens einem Erreger-Hohlleiter, c der an den Generator angeschlossen und zum Transport der von diesem erzeugten Energie bestimmt ist, mindestens einem Kopplungsorgan, das den Hohlleiter mit mindestens einem Hohlraumresonator verbindet, der gegenüberliegende Öffnungen für den Durchlauf des zu behandelnden Fadens

^q aufweist, sowie einer Aufnahmeeinrichtung für den behandelten Faden. Gemäß der Erfindung ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren eines jeden Hohlraumresonators ein Rohrelement angeordnet ist, das aus einem hohe Dielektrizitätsverluste im UHF-Bereich

«c aufweisenden Material besteht und in dem sich mindestens ein Kanal befindet, dessen Achse parallel zur Längsachse des Hohlraumresonators ist und mit der die Öffnungen im Hohlraumresonator verbindenden Achse zusammenfällt, und daß der für den Durchlauf des Fadens be-

2Q stimmte Kanal im Rohrelement derart ausgebildet ist, daß eine Berührung der Kanalwandung durch den Faden ausgeschlossen ist. Dabei ist das Rohrelement dazu bestimmt, den Überspannungskoeffizienten des Hohlraumresonators zu erniedrigen und die Verlustenergie in Infrarot-Energie umzuwandeln. Das Rohrelement kann einen beliebigen Querschnitt haben. Es kann zylindrisch oder auch anders ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß ist dieses Rohrelement koaxial verschiebbar auf einem ^tützrohr aus sich nicht erwärmen-

3Q dem Material, zum Beispiel aus Quarz, geführt, das in der Längsachse des Hohlraumresonators angeordnet ist.

Die Anwendung der Erfindung·kann wie folgt zusammengefaßt werden:

Bekanntlich hat ein Hohlraumresonator mit gegebenem Durchmesser eine Frequenz mit einer bestimmten Resonanz f,

G30051/0794

die experimentell unter Anwendung der MAXWELLschen Gesetze ermittelt wird. Wenn man diese Frequenz erregt, gelangt die ganze Energie in den Hohlraumresonator, wo stehende Wellen erzeugt werden. Wenn man in den Hohlraum eine Frequenz f.. sendet, die von f verschieden ist, wird die Energie umso mehr reflektiert, als f.. von f unterschiedlich ist.

Führt man in den Hohlraum einen Fremdkörper ein, zum Beispiel einen durchlaufenden Faden, besteht die Tendenz, die Resonanzfrequenz herabzusetzen. Ebenso erhöhen sich die Dielektrizitätsverluste, wenn der Fremdkörper sich erhitzt und die Resonanzfrequenz verringert sich auch. Bei kontinuierlichem Betriebszustand muß die vom Generator abgegebene Frequenz der des Hohlraumresonators entsprechen, um heizen zu können, was eine ständige Anpassung der Frequenz des Hohlraumes an die des Generators und umgekehrt erfordert. Gemäß der Erfindung wird ein rohrförmiger Körper in den Hohlraumresonator eingeführt, der Dielektrizitätsverluste aufweist, so daß die vom Generator ausgestrahlte Energie durch dieses rohrförmige Material absorbiert wird. Mit anderen Worten: Das Einführen dieses Materials verändert die Form der Kurve der reflektierten Energie und erweitert die Bandbreite des Hohlraumresonators.

Auf diese Weise wird der größte Teil der Energie durch das dielektrische Material aufgenommen und in Infrarot-Strahlung umgewandelt. Dies ermöglicht es, den durchlaufenden Faden sowohl durch die Einwirkung der so erzeugten infraroten Bestrahlung als auch durch die Einwirkung der Mikrowellen zu beheizen.

030051/0794

Die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile werden durch die folgende Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele verdeutlicht, die in der anliegenden ; Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 schematisch ein Resonanzsystem in einer Ausführung gemäß der Erfindung, ;

Fig. 2 eine summarische Darstellung einer Einrichtung zur Fadenbeschichtung, in der ein solches System benutzt ist, :

Fig. 3 eine Ausführungsvariante eines Resonanzsystems gemäß der Erfindung mit zwei Hohlraum-Resonatoren, die in Reihe angeordnet sind, ; Fig. 4 bis 11 verschiedene Ausführungsformen von j Vorrichtungen, die entsprechend der Erfindung die '■ ■j 5 ■th.enr.i.sche Ee'r.ar.dlur.cj ven durchlaufend??" Fädo:\ ermöglichen.

In der Beschreibung werden zur Vereinfachung die gleichen Elemente durch gleiche Bezugszeichen, eventuell mit einem Index a,b,... bezeichnet.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Resonanzsystems, das die Behandlung eines in Bewegung befindlichen Fadens ermöglicht.

Bei dieser Ausführung besteht das Resonanzsystem aus: - einem Mikrowellengenerator 1 an sich bekannter Bauart, zum Beispiel einem Generator von 1 kW mit 2,45 GHz, wie er von den Firmen SNEA oder SAREM in den Handel gebracht wird;

einem Erreger-Hohlleiter 2, aer mit dem Generator verbunden und dazu bestimmt ist, die vom Generator ausgesandte Energie weiterzuleiten, und der im vorliegenden Fall den Querschnitt eines Dreikantprismas hat; einem Kopplungsorgan 3 bekannten Typs, bestehend zum Beispiel aus einer Irisblende, auch manchmal "Kopplungsfenster " genannt, das den Hohlleiter 2 mit einem Hohlraum-Resonator 4 verbindet und dazu bestimmt ist,

030051/0794

in der Impedanz den Hohlraum des Resonators oder Applikators an den Hohlleiter anzupassen. Der Applikator 4 ist zylindrisch und bildet den resonanzerzeugenden Hohlraum, beispielsweise vom Wellentyp TM_01n bei 2,45 GHz (das heißt ohne maximales elektrisches Feld auf einem Querradius, sondern'nur einem Maximum im Zentrum, das konstant ist auf der gesamten Länge des Applikators). Dieser zylindrische Applikator 4 hat zwei Öffnungen 5,6, die im vorliegenden Fall in der Mittellängsachse angeordnet sind und dazu bestimmt sind, die Durchführung des zu behandelnden Fadens 10 zu ermöglichen.

Das Resonanzsystem weist ferner ein Stützrohr 7 aus Quar ζ auf, das in Längsrichtung durch den Hohlraum 4 verläuft und durch die öffnungen 5 und 6; ein zylindrisches, mit dem Stützrohr 7 koaxiales Rohrelement 8, das erfindungsgemäß aus einem Material mit Dielektrizitätsverlusten, zum Beispiel aus gesintertem Aluminiumoxid, besteht und in dieser Ausführungsform gleitend auf dem Rohr 7 angebracht ist, welches eine als Anschlag dienende Ausbauchung 9 aufweist.

In dieser Ausführung ist dieser Hohlraum (Applikator) 4 der - wie oben gesagt - zum Wellen typ TM.... _n bei 2,45 GHz erregt wird, aus rostfreiem Stahl hergestellt oder aus einem entsprechenden Material, wie Messing, Duraluminium, Kupfer oder aus einem anderen leitenden Metall. Er hat folgende Charakteristiken:

- Innendurchmesser	1	80	mm
- Länge		60	mm
- Rohrelement 8 aus gesinter
tem Aluminiumoxid
Innendurchmesser		13	mm
Außendurchmesser		16	mm
- Stützrohr 7 aus Quar ζ
Innendurchmesser		10	mm
Außendurchmesser	12	mm

030051/0794

Die Länge des Rohrelementes 8 ist derart ausgelegt, daß der Hohlraum mit dem Generator 1 abgestimmt werden kann durch eine einfache Längsverschiebung des Quar zrohres 7, das dabei das Rohrelement 8 durch den Anschlag 9 mitnimmt.

Selbstverständlich kann man auch andere Typen von Hohlräumen verwenden als den hier beschriebenen zylindrischen Hohlraum, vorausgesetzt, daß gemäß der Erfindung innerhalb jedes Hohlraums ein Rohrelement angeordnet wird, das aus einem Material besteht, welches hohe Dielektrizitätsverluste im UHF-Bereich aufweist, und in welchem sich mindestens ein Längskanal befindet, dessen Achse parallel zur Längsachse des Hohlraums 4 ist und der vorteilhafterweise mit diesem vereinigt "ist. Der zu behandelnde Faden läuft durch das Innere dieses Kanals.

Es könnten beispielsweise Hohlräume vom sogenannten "Typ Groove" verwendet werden, wie sie in der französischen Patentanmeldung 77/1 3»3 vom 6. Mai 1977 beschrieben sind. Es können auch andere Maße für das Rohrelement aus Aluminiumoxid und für sein Stützrohr aus Quartz gewählt werden, um das Volumen der Behandlungskammer zu verändern. In der Praxis genügt es, diese Maße und die des Hohlraums festzulegen, um eine Abstimmung des Ganzen auf die Frequenz des Generators, zum Beispiel 2,45 GHz, zu erreichen.

Die Anlage weist auch im Fadenlauf davor und dahinter Zuführ- und Aufwickelorgane für den zu behandelnden Faden 10 auf, die jedoch zur Vereinfachung in Fig. 1 nicht dargestellt sind.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, auf dem Rohrelement 8 Temperaturen zu erreichen, die zwischen 800° und 1.500⁰C liegen. Mit einer derartigen Vorrichtung wurde bei 2,45 GHz ein multifiler textiler synthetischer Faden aus Polyester mit einer Feinheit von 150 den/46

030051/0794

Filamenten, mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von ;

700 m/Min bei einem Temperaturgefälle von 1000⁰C ^!

pro Sekunde durch eine UHF-Leistung von 300 bis 500 W beheizt.

Es wurde so ein Ofen für UHF-Strahlen und Infra- \

rotstrahlung geschaffen, dessen thermische Stabilität j

sehr hoch und kontrollierbar ist und dessen elektrische Überspannung unter Belastung schwach ist.

Der thermische Wirkungsgrad ist hervorragend und IQ die Behandlungstemperatur kann sehr hoch sein. Ein solcher Ofen würde vorteilhaft einen fünf- bis zehnmal längeren herkömmlichen Texturier-Ofen ersetzen.

Fig. 2 zeigt eine Einrichtung für das Umhüllen von Fäden mittels Polymer. Sie weist auf:

- ein Zuführungsorgan 11 für den zu behandelnden Faden 10;

- Umlenkrollen 12,13,14;

- einen Imprägnierbottich 15, in dem sich zum Beispiel 2Q ein Polymer in Lösung befindet, welches der Faden 10 durchläuft;

- zwei in Reihe angeordnete Applikatoren 4a, 4b, beide in der gleichen Ausführung wie im Beispiel der Fig. 1, von denen der erste dazu dient, das Lösungsmittel aus der Polymerlösung in dem Bottich 15 zu verdampfen, der zweite den Überzug zu härten oder ihn auf dem Faden 10 zu polymerisieren; sowie

- ein Aufwickelorgan 23 für den mit Polymer beschichteten Faden nach der Behandlung.

3Q Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die zwei aufeinanderfolgende thermische Behandlungen eines Fadens, beispielweise wie die oben beschriebenen, ermöglicht. Bei dieser Ausführungsform werden die beiden in Reihe angeordneten Hohlraumresonatoren 4a,4b mittels einem einzelnen UHF-Generator 1 erregt, zum

030051/0794

ORIGINAL INSPECTED

Beispiel einem Generator mit einer Leistung von 1kW, wie er von der Firma SNEA in den Handel gebracht wird.

Dieser Generator 1 ist erfindungsgemäß mit einem Hohlleiter 2 verbunden, der sich anschließend in zwei elementare Hohlleiter 21a, 21b teilt, an deren Verbindungspunkt sich eine verstellbare Klappe 22 befindet, die zur Kanalisierung und Verteilung der Energie bestimmt ist, je nach Bedarf entweder zum Hohlleiter 21a oder zum Hohlleiter 21b.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnungen sind besonders geeignet zum Ummanteln von Fäden, zum Beispiel für die Herstellung von Siliziumoxid-Fäden, die mit Polyvinyliden beschichtet und als optische Fasern verwendbar sind. Es wurden mit Leichtigkeit Herstellungsgeschwindigkeiten von 50 bis 60m/Min erreicht und eine Leistungsverteilung von 300 W auf den Hohlleiter 21a und 400 W auf den Hohlleiter 21b.

Die Figuren 4 bis 11 stellen verschiedene Varianten der Erfindung dar. In diesen Varianten werden mehrere Hohlraumresonatoren 4 von einem einzelnen Mikrowellengenerator 1 gespeist; diese Hohlräume 4 sind an einen Hohlleiter 2 angekoppelt, der von diesem Generator 1 gespeist wird.

Diese Ausführungsformen sind besonders interessant durch die Tatsache, daß heutzutage die Hersteller von Ultrahochfrequenz-Generatoren Module mit einer Leistung von 1 kW konstruieren, die relativ preiswert sind, da sie in großen. Mengen hergestellt werden. Diese Leistung ist jedoch vier- bis fünfmal größer als die für einen einzigen Applikator erforderliche. Darüber hinaus kann es für einige Anwendungen von Interesse sein, einen Faden mehrfach hintereinander thermisch zu behandeln oder eine Lage von Filamenten parallel zu behandeln. Die in den Fig. 4 bis 11 dargestellten Ausführungsformen ermöglichen es, diese

030051 /0794

Ziele zu erreichen.

In der ersten Bauart, wie sie in den Fig. 4 bis 7 dargestellt ist, werden die Applikatoren 4a, 4b an die große Fläche des Hohlleiters 2 gekoppelt, die Achse der Hohlräume 4a, 4b steht dabei senkrecht zu der Achse des Erregungs-Hohlleiters 2. In dieser Ausführung ist die Kopplung in bekannter Weise durch eine Irisblende ausgeführt.

Fig. 4 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, in dem zwei (oder auch mehr) Fäden simultan behandelt werden können. Die Hohlräume 4a, 4b werden durch einen einzelnen Generator 1 gespeist.

Fig. 5 zeigt, teilweise im Schnitt, eine Ausführung, mit welcher die Behandlung beispielsweise an einem mit großer Geschwindigkeit bewegten Faden durchgeführt werden kann. In dieser Ausführung sind die beiden Hohlräume 4a, 4b in Reihe angeordnet zu beiden Seiten des Erreger-Hohlleiters 2, der von einem einzelnen Generator 1 gespeist wird. Wie in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist die Achse der Hohlräume 4a, 4b senkrecht zur Achse des Hohlleiters 2. Selbstverständlich befindet sich erfindungsgemäß im Mittelbereich der Hohlräume 4a, 4b ein Rohrelement 8 aus einem Material mit Dielektrizitätsverlusten im UHF-Bereich.

Die Fig. 6 und 7 zeigen Varianten, in denen die Hohlleiter 2 nicht geradlinig, sondern derart ausgebildet sind, daß sie es ermöglichen, mehrere erfindungsgemäße Hohlraum-Resonatoren 4 zu speisen _f wobei die einen Hohlräume in der Verlängerung der anderen angeordnet sind.

Die Fig. 8 bis 11 zeigen eine zweite Variante des Zusammenbaus. Nach dieser Variante wird die Kopplung der Hohlräume 4 auf der großen Fläche des Hohlleiters 2 so ausgeführt, daß die Achse der Hohlräume 4 in einer Ebene liegt, die parallel zu der Ebene ist,

83ÖÖ51/07I4

in der sich die Achse der Wellenfortpflanzung in dem Leiter 2 befindet.

Die Kopplung dieser verschiedenen Hohlräume 4 erfolgt durch eine Antenne mit der Form einer offenen Schleife, wie sie in Fig. 8 schematisch dargestellt ist. Die Hohlräume 4 sind so orientiert, daß die Erregung in der Art und Weise der gewünschten Beheizung begünstigt wird.

Eventuell besteht die Möglichkeit, die Hohlräume 4, wie es in Fig. 11 schematisch dargestellt ist, unter einem beliebigen Winkel O( in der gleichen Ebene auszurichten, vorausgesetzt, daß die Antennenrichtung berücksichtigt wird.

Eine solche Anordnung ermöglicht es, eine Lage von parallelen Fäden mit einem beliebigen Abstand (siehe Fig. 7) zu behandeln oder aber denselben Faden einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Behandlungen zu unterwerfen.

Derartige erfindungsgemäße Ausführungen erlauben, wie schon gesagt, die Verwendung preiswerter Ultrahochfrequenzgeneratoren, und darüber hinaus werden durch die relativ schwachen Überspannungswerte jedes Applikators praktisch die Probleme der wechselseitigen Kopplungen zwischen Hohlräumen beseitigt. Tatsächlich werden Frequenz-Verstimmungen von einem Hohlraum praktisch nicht auf die anderen übertragen, so daß es möglich ist, wenn man es wünscht, verschiedene Temperaturen zu erhalten für jedes Element mit Dielektrizitätsverlusten (zum Beispiel aus Keramik).

Die vorstehenden Beispiele zeigen die Vorteile dieses Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Gegenüber den zur Zeit verwendeten Lösungen sind folgende Vorteile besonders erwähnenswert: - die Möglichkeit der genauen Festlegung der Temperatur des heizenden Rohrelements, also der Temperatur des

Q30051/079A

Fadens durch Regelung der vom Generator abgegebenen Leistung.

- Ein hohes Temperaturgefälle zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Rohrelementes, also Konzentration der Infrarot-Heizung im Inneren des Rohrelements.

- Die Möglichkeit, einen durchlaufenden Faden zu gleicher Zeit sowohl durch Infrarot- als auch durch UHF-Bestrahlung zu behandeln, oder mit jeglicher Kombination dieser Heizmittel, da die Infrarot-Bestrahlung aufgrund der Erhöhung der Fadentemperatur, also seiner Dielektrizitätsverluste, eine bessere Kopplung mit dem verbliebenen UHF-Feld ermöglicht. Außerdem besteht die Möglichkeit, das Beheizen in mehreren Phasen durchzuführen, indem man Hohlräume in Reihe verwendet. Diese Hohlräume können im übrigen entweder in unterschiedlicher Weise geregelt sein oder so ausgelegt sein, daß zum Beispiel der erste Hohlraum gemäß der Erfindung von einem Element aus einem Material mit hohen Dielektrizitätsverlusten ausgestattet ist, wodurch ein Vorheizen des Fadens durch Infrarot ermöglicht wird, während der zweite Hohlraum so ausgeführt ist, daß der Faden in üblicher Weise direkt durch UHF erhitzt wird. - Die Möglichkeit, unpolare Fäden zu behandeln, das heißt Fäden ohne Dielektrizitätsverluste.

~ Die Möglichkeit, innerhalb des heizenden Elements eine kontrollierte Atmosphäre zu schaffen, dort den Druck (Überdruck oder Vakuum) zu modifizieren oder eine Gasspülung durchzuführen.

- Die Möglichkeit, das als Stütze dienende Quar zrohr in der Ausführungsform der Fig. 1 zu benutzen, um ein Gas für eine zusätzliche Behandlung zu injizieren oder aufzufangen.
Deshalb kann man diese Technik erfolgreich benutzen für die thermische Behandlung von in Bewegung befindli-

Ö30051/079Ä

ORIGINAL INSPECTED

1 chen Fäden, beispielsweise

- beim Beschichten oder Ummanteln von Fäden, zum Bei-_ spiel optischen Fasern,

- beim Thermofixieren von Fäden, zum Beispiel bei 5 der Texturierung

- bei der Herstellung von Kohlenstoff-Fasern.

t¹

0S0Ö51/0794

■'li-i'- -i«■'■'■

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von Fäden, die durch mindestens einen Ultrahochfrequenz-Hohlraumresonator geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungskoeffizient des Hohlraumresonators (4) durch Erhöhung seiner Verluste erniedrigt wird und daß die dabei verlorene Energie in der Nähe des zu behandelnden Fadens (10) in Infrarot-Energie umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Faden (10) parallel zu dem elektrischen Feld im Inneren des UHF-Hohlraumresonators (4) durch diesen hindurchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erniedrigung des Überspannungskoeffizienten des Hohlraumresonators (4) durch Erhöhung sei^ner Verluste und zur Umwandlung dieser Verlustenergie in Infrarot-Energie in der Nähe des zu behandelnden Fadens (10) in Längsrichtung im Inneren des Hohlraums (4) ein Material angeordnet wird, das Dielektrizitätsverluste im Ultrahochfrequenz (UHF)-Bereich aufweist, und das mindestens einen zur Längsachse des Hohlraums (4) achsparallelen Kanal aufweist, durch den der Faden (10) hindurchgeführt wird und der ihn umschließt, ohne daß jedoch der Faden (10) die Kanalwand berührt.

4. Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mindestens einem bewegten Faden nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Zuführeinrichtung für den zu behandelnden Faden, einem Resonanzsystem, bestehend aus einem Mikrowellen-Generator, mindestens einem Erreger-Hohlleiter, der an den Generator ange-

030051/079A

ORIGINAL INSPECTED

schlossen und zum Transport der von diesem erzeugten Energie bestimmt ist, mindestens einem Kopplungsorgan, das den Hohlleiter mit mindestens einem Hohlraumresonator verbindet, der gegenüberliegende Öffnungen für den Durchlauf des zu behandelnden Fadens aufweist, sowie mit einer Aufnahmeeinrichtung für den behandelten Faden, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren eines jeden Hohlraumresonators (4) ein Rohrelement (8) angeordnet ist, das aus einem hohe Dielektrizitätsverluste i^m UHF-Bereich aufweisenden Material besteht und in dem sich mindestens ein Kanal befindet, dessen Achse parallel zur Längsachse des Hohlraumresonators (4) ist und mit der die Öffnungen (5,6) im Hohlraumresonator (4) verbindenden Achse zusammenfällt, und daß der für den Durchlauf"des Fadens bestimmte Kanal im Rohrelement (8) derart ausgebildet ist, daß eine Berührung der Kanalwandung durch den Faden ausgeschlossen ist.

^c. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement (8) aus Keramik, aus Glas oder aus einem Material auf der Basis von Siliziumverbindungen besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement (8) koaxial verschiebbar auf einem Stützrohr (7) aus sich nicht aufheizendem Material geführt ist, das in der Längsachse des Hohlraumresonators (4 ) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützrohr (7) aus Quarz besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanzsystem aufweist: - einen Mikrowellen-Generator (1),

Ö30051/079Ä

- einen ersten Hohlleiter (2) , der anschließend in zwei Hohlleiter (21a,21b) verzweigt ist, von denen jeder an einen Hohlraumresonator (4a,4b) angeschlossen ist, und

- eine an der Abzweigung der beiden Hohlleiter (21a, 21b) angeordnete, verstellbare Klappe (22) zur Verteilung der Energie auf die beiden Hohlleiter (21a, 21b) .

9- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellen-Generator (1) einen einzigen Hohlleiter (2) speist, auf dessen Breitseite über Irisblenden mehrere Hohlraumresonatoren (4 ) angeschlossen sind mit zum Hohlleiter (2) senkrechten Achsen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellen-Generator (1) einen einzigen Hohlleiter (2) speist, an dessen Breitseite kreisförmige Hohlraumresonatoren (4) angeschlossen sind, deren Achsen in einer Ebene liegen, die parallel zu der Ebene ist, in der sich die Achse der Wellenausbreitung im Hohlleiter (2) befindet, und daß die Kopplung jedes Hohlraumes (4) durch eine Antenne mit der Form einer offenen Schleife,deren Richtung einstellbar ist, ausgeführt ist.

Ö30051/07S4