DE4124677A1 - Vorrichtung und verfahren zum aufheizen elektrisch nichtleitenden materials - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Aufheizen elektrisch nichtleitenden Materials gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 17 und ist beispielsweise zum Sintern komplex geformter keramischer Bauteile geeignet.

Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren zum Aufheizen elektrisch nichtleitenden Materials sind aus der GB-PS 9 26 958 bekannt. Dort wird allgemein das Auf­ heizen elektrisch nichtleitenden Materials in einem Mi­ krowellenofen mit Ofentür behandelt. Ist die Aufheizung einer relativ großen Menge elektrisch nichtleitenden Materials vorgesehen, so sind eine Vielzahl von Mikro­ wellenöfen notwendig, was die Anlagekosten erheblich verteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Aufheizen elektrisch nichtleitenden Materials anzugeben, mit der es möglich ist, auch relativ große Mengen an elektrisch nichtleitendem Material preiswert und zeitsparend aufzuheizen. Ferner soll ein preiswertes Verfahren zum Aufheizen relativ großer Mengen elektrisch nichtleitenden Materials aufgezeigt werden.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung in Verbin­ dung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens in Verbin­ dung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 17 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß eine preisgünstige Anlage und ein wirtschaftliches Verfahren zur Aufheizung elektrisch nichtleitender Bauteile geschaffen wird. Durch die Ver­ legung der üblicherweise im Behälter respektive Ofenraum mündenden Mikrowellen-Einspeisung in den abnehmbaren Deckel wird die Möglichkeit geschaffen, eine einzige, diesen Deckel aufweisende Energiespeiseeinheit zur auf­ einanderfolgenden Aufheizung einer Vielzahl von Behäl­ tern einzusetzen. Das Einbringen des elektrisch nicht­ leitenden Materials in einen Behälter und das Entnehmen des bereits wärmebehandelten Materials aus einem Behäl­ ter erfolgt unabhängig und zeitlich entkoppelt vom ei­ gentlichen Aufheizen. Hierdurch ist eine zeitsparende und wirtschaftliche Prozeßführung im Sinne eines "Fließ­ bandprozesses" möglich. Die aufwendige und teure, die Mikrowellenstrahlung produzierende Energiespeiseeinheit ist nur einmal erforderlich, während die preiswerten, die aufzuheizenden Materialien aufnehmenden Behälter in einer Vielzahl vorhanden sind. Zweckmäßig sind die Be­ hälter und die Einspeiseeinheit relativ zueinander be­ weglich, wodurch der vorstehend erwähnte "Fließbandpro­ zeß" durchführbar ist. Dies erfolgt entweder durch Ein­ satz einer mobilen Energiespeiseeinheit, die nacheinan­ der in entsprechende "Aufheiz-Positionen" zu den einzel­ nen Behältern gebracht wird, oder es erfolgt durch Ein­ satz einer stationären Energiespeiseeinheit, zu der die beweglichen Behälter nacheinander geschoben werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Auf­ heizen elektrisch nichtleitenden Materials,

Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit rotierendem Re­ flektorflügel (Modenrührer),

Fig. 3 eine Anwendungsvariante mit mehr als einem Stück eines elektrisch nichtleitenden Mate­ rials,

Fig. 4 eine Anwendungsvariante mit einem lediglich teilweise mit einem Isoliermaterial gefüllten Behälter,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante mit gekühlter Kammer,

Fig. 6 eine Aufsicht auf eine Ausführungsvariante mit mehreren stationären Behältern und einer ein­ zigen mobilen Energiespeiseeinheit,

Fig. 7 eine Ausführungsvariante mit mehreren mobilen Behältern und einer einzigen stationären Ener­ giespeiseeinheit,

Fig. 8 eine Ausführungsvariante eines mobilen Behäl­ ters.

In Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufheizen elektrisch nichtleitenden Materials darge­ stellt. Zur Aufnahme des elektrisch nichtleitenden Mate­ rials ist eine Kammer vorgesehen, bestehend aus einem Behälter 1 und einem Deckel 2. Sowohl Behälter als auch Deckel bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch gut­ leitenden Material (z.B Edelstahl). Im Deckel 2 mündet mindestens ein zu einem extern angeordneten Mikrowellen­ generator führender Hohlleiter (Wellenleiter). Im Aus­ führungsbeispiel sind zwei Hohlleiter 3, 4 vorgesehen, die an jeweils einen Mikrowellengenerator 5, 6 ange­ schlossen sind. Die Mikrowellengeneratoren 5, 6 produ­ zieren ein elektrisches Feld sehr hoher Frequenz ( 1 GHz). Die Mikrowellengeneratoren 5, 6 befinden sich auf einem Gestell 7 und sind mittels Hubvorrichtungen 8, 9 vertikal verschiebbar (siehe Pfeilrichtungen A, B). Zur präzisen Führung der Mikrowellengeneratoren 5, 6 während der Vertikalverschiebung und allgemein zur Halterung der Mikrowellengeneratoren ist das Gestell mit einer Füh­ rungsschiene 10 versehen, in die eine mit dem Mikrowel­ lengenerator 5 verbundene Gleitschiene 11 eingreift.

Gleichzeitig mit der Vertikalbewegung der Mikrowellenge­ neratoren 5, 6 wird der Deckel 2 gemäß Pfeilrichtung A vom Behälter 1 abgehoben oder gemäß Pfeilrichtung B auf den Behälter aufgesetzt. Falls die Vertikalbewegung aus Stabilitätsgründen nicht allein über die Hohlleiter 3, 4 (Wellenleiter) auf den Deckel übertragen werden kann, ist ein zusätzlicher Haltebügel 30 zwischen Deckel und Mikrowellengenerator vorzusehen.

Gemäß einer Ausführungsvariante (siehe Fig. 6) ist die aus den Mikrowellengeneratoren 5, 6, dem Gestell 7, den Hubvorrichtungen 8, 9 und den Schienen 10, 11 bestehende Mikrowellengeneratoranlage mobil und besitzt hierzu meh­ rere am Gestell 7 montierte Laufrollen 12, 13, die in entsprechenden Schienen eingreifen. Bei stationärer Aus­ bildung der Mikrowellengeneratoranlage entfallen die Laufrollen 12, 13. Die Energieversorgungszuleitung der Mikrowellengeneratoranlage ist mit Ziffer 14 bezeichnet.

Das in der Kammer aufzuheizende elektrisch nichtleitende Material 15 ist gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ganzflächig von einem elektrisch nichtleitenden Isolier­ material 16 umgeben. Dieses Isoliermaterial 16 nimmt die in die Kammer über die Hohlleiter 3, 4 eingebrachte Mi­ krowellenenergie weniger gut auf als das auf zuheizende Material 15 und ist andererseits wärmeisolierend. Auf diese Weise wird eine homogene Erwärmung des Materials 15 gefördert, auch wenn das Material sehr unregelmäßig geformt ist.

Mit Hilfe der aus Deckel 2, Hohlleiter 3, 4, Mikrowel­ lengeneratoren 5, 6, Gestell 7, Hubvorrichtungen 8, 9 und Schienen 10, 11 bestehenden Energiespeiseeinheit ist es in einfacher Weise möglich, eine Vielzahl von jeweils oben offenen Behältern sukzessive zu behandeln, d. h. das in den Behältern jeweils gelagerte Material auf vorge­ schriebene Temperaturen während vorgebbarer Zeiträume aufzuheizen. Vorzugsweise eignet sich die Anlage zum Sintern oder zur Wärmebehandlung keramischer Bauteile (= Materialien 15). Als Isoliermaterial dient vorzugs­ weise ein Isolierpulver oder ein Isolierfasermaterial.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante mit rotierendem Reflektorflügel (Modenrührer) dargestellt. Mit Hilfe des im Deckel 2 der Kammer angeordneten und von einer An­ triebseinheit 18 angetriebenen Reflektorflügels 17 wer­ den zum Deckel 2 reflektierte Mikrowellenstrahlen wieder zum Behälter 1 zurückgeworfen, wodurch eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Materials 15 gewährleistet ist.

In Fig. 3 ist eine Anwendungsvariante mit mehr als ei­ nem Stück eines elektrisch nichtleitenden Materials dar­ gestellt. Es sind eine Vielzahl einzelner Bauteile 19a, 19b, 19c... aus elektrisch nichtleitendem Material im Behälter angeordnet und dabei im Isoliermaterial 16 der­ art gelagert, daß sich benachbarte Teile gegenseitig nicht berühren.

In Fig. 4 ist eine Anwendungsvariante mit einem ledig­ lich teilweise mit einem Isoliermaterial gefüllten Be­ hälter dargestellt. Dabei ist jedoch zu beachten, daß ein Isoliermaterial 16 verwendet wird, das die Mikrowel­ lenenergie nur sehr wenig aufnimmt, um eine gleichmäßige Erwärmung des Materials 15 zu gewährleisten. In Fig. 4 ist ferner eine geschlossene Kammer mit auf dem Behälter 1 aufgesetztem Deckel 2 dargestellt. Es ist zu beachten, daß bei aufgesetztem Deckel 2 keine Mikrowellenstrahlung infolge Undichtigkeiten zwischen Deckel und Behälterrand aus der Kammer austritt, d. h. der Deckel 2 muß den Be­ hälter 1 relativ gut verschließen.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsvariante mit gekühlter Kammer dargestellt. Es sind getrennte Kühlvorrichtungen 20, 21 für den Deckel 2 bzw. den Behälter 1 vorgesehen. Beide Kühlvorrichtungen weisen jeweils getrennte Kühl­ mittelzuläufe 22 und Kühlmittelrückläufe 23 auf. Dabei ist es jedoch möglich, die Kühlvorrichtungen 20, 21 im Sinne einer Serienschaltung über Schnellschlußkupplungen miteinander zu verbinden. Die Kühlvorrichtungen 20, 21 können beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein, d. h. die Wandungen des Behälters und des Deckels sind als Hohlwandungen zur Zirkulation des Kühlmittels aus­ geführt. Andere Kühlvorrichtungen, z. B. unter Einsatz von mit den Außenwandungen des Behälters und Deckels kontaktierten Kühlrohren, sind ebenfalls verwendbar. Als Kühlmittel dient vorzugsweise Wasser. Der Zu-/Rücklauf des Kühlmittels erfolgt über teilweise flexible Kühlmit­ telschläuche, die mit einem externen Rückkühler verbun­ den sind.

Es sind auch Varianten einsetzbar, bei denen lediglich der Deckel 2 oder der Behälter gekühlt wird.

In Fig. 6 ist eine Aufsicht auf eine Ausführungsvarian­ te mit mehreren stationären Behältern und einer einzigen mobilen Energiespeiseeinheit dargestellt. Bei dieser Variante sind eine Vielzahl von Behältern 1a, 1b, 1c, 1d... in einer Reihe stationär angeordnet, während die Energiespeiseeinheit über ihre Laufrollen 12, 13 auf Schienen 24, 25 parallel zur Behälter-Reihe verschiebbar ist (siehe Pfeilrichtung C).

Mit einer derartigen, mehrere Behälter, jedoch nur eine Energiespeiseeinheit aufweisenden Anlage können die Be­ hälter 1a, 1b, 1c, 1d... bzw. die darin gelagerten Mate­ rialien (Bauteile) 15, 19a, 19b, 19c... sukzessive auf­ geheizt werden. Hierzu wird die Energiespeiseeinheit bei mittels der Hubvorrichtungen 8, 9 angehobenen Mikrowel­ lengeneratoren, Hohlleitern und Deckel exakt neben den jeweiligen zur Aufheizung bereitstehenden Behälter ge­ schoben. Anschließend wird der Deckel 2 auf den Behälter mittels der Hubvorrichtungen 8, 9 aufgesetzt (siehe Pfeilrichtung B gemäß Fig. 1). Nachfolgend erfolgt eine Aufheizung der im Behälter befindlichen Materialien. Ab­ schließend wird der Deckel mittels der Hubvorrichtungen 8, 9 wieder vom Behälter abgehoben (siehe Pfeilrichtung A gemäß Fig. 1), wonach die Energiespeiseeinheit zum nächsten zu behandelnden Behälter geschoben wird.

Im Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, daß der Deckel 2 auf dem Behälter 1a aufgesetzt ist und folglich eine Aufheizung der im Behälter 1a gelagerten Materialien erfolgt. Die weiteren, oben jeweils offenen Behälter 1b, 1c, 1d stehen zur Aufheizung bereit.

Nach erfolgter Aufheizung können die Behälter einer wei­ teren Behandlung zugeführt werden.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante mit mehreren mobilen Behältern und einer einzigen stationären Ener­ giespeiseeinheit dargestellt. Im Unterschied zur Varian­ te gemäß Fig. 6 können die einzelnen Behälter 1a′, 1b′, 1c′ 1d′, . . . dabei auf Schienen 26, 27 verschoben werden (siehe Pfeilrichtung D), während die Energiespeiseein­ heit fest installiert ist. Die sukzessive Arbeitsweise ist analog den Ausführungen unter Fig. 6 mit dem Unter­ schied, daß die einzelnen mobilen Behälter nacheinander unter den Deckel 2 der stationären Energiespeiseeinheit positioniert werden.

Als weitere Alternative ist auch eine Anlage anwendbar, bei der die einzelnen Behälter auf einem schrittweise bewegten Band stehen, wobei die Schrittweite der Bandbe­ wegungen dem Abstand L (siehe Fig. 7) zwischen zwei Behältern entspricht und die Zeitspanne zwischen zwei Schritten nach der notwendigen Aufheizzeitspanne bemes­ sen ist.

In Fig. 8 ist eine Ausführungsvariante eines mobilen Behälters dargestellt. Der Behälter 1a′ ist an seiner Bodenplatte mit mehreren Laufrollen 28, 29 versehen, die zum Eingriff in die Schienen 26, 27 der Anlage gemäß Fi­ gur 7 geeignet sind.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Aufheizen elektrisch nichtlei­ tenden Materials unter Verwendung von Mikrowellenstrah­ lung, mit einer einen Behälter und einen Deckel aufwei­ senden Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit mindestens einem Mikrowellengenerator (5, 6) ver­ bundener Hohlleiter (3, 4) im Deckel (2) mündet, während der das aufzuheizende Material enthaltende Behälter (1) selbst keine Mikrowellenstrahlen-Einspeisungen aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Deckel (2) vollständig vom Behälter (1) trennbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (2) mit einem rotierenden Reflektorflügel (17) mit eigener Antriebseinheit (18) versehen ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel (2) und/oder Behälter (1) mit einer Kühlvorrichtung (20 bis 23) ver­ sehen sind.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch nichtleitende Material (15, 19a, 19b, 19c) im Behälter (1) in einem elektrisch nichtleitenden, wärmeisolierenden Isoliermaterial (16) gelagert ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Hohlleiter (3, 4) starr mit dem mindestens einen Mikro­ wellengenerator (5, 6) verbunden ist und daß zum Abheben des Deckels (2) vom Behälter (1) oder zum Aufsetzen des Deckels auf den Behälter (1) Mikrowellengenerator und Deckel gemeinsam verschoben werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur mechanischen Verbindung zwischen Deckel (2) und Mikrowellengenerator (5, 6) ein zusätz­ licher Haltebügel (30) dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Mikrowellengene­ rator (5, 6) und der Deckel (2) mittels einer Hubvorrich­ tung (8, 9) verschiebbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mindestens eine Mikrowellengenerator (5, 6) auf einem Gestell (7) montiert ist, wobei eine Relativbewegung zwischen Mikrowellengenerator und Ge­ stell durch eine Führungsschiene (10) und eine Gleit­ schiene (11) ermöglicht ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gestell mit Laufrollen (12, 13) verse­ hen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus der Mikrowellengeneratoranlage (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11), dem mindestens einen Hohlleiter (3, 4) und dem Deckel (2) bestehende Energiespeiseeinheit über ihre Laufrollen (12, 13) zu einer Mehrzahl von jeweils mit elektrisch nichtleitendem Material (15, 19a, 19b, 19c) bestückten Behältern (1a, 1b, 1c, 1d) verschiebbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Schienen (24, 25) zur Führung der Laufrol­ len (12, 13) der Energiespeiseeinheit vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus der Mikrowellengeneratoranlage (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11), dem mindestens einen Hohlleiter (3, 4) und dem Deckel (2) bestehende Energiespeiseeinheit sta­ tionär angeordnet ist, während eine Mehrzahl von jeweils mit elektrisch nichtleitendem Material (15, 19a, 19b, 19c) bestückten Behältern (1a′, 1b′, 1c′, 1d′) zur Energiespei­ seeinheit verschiebbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Behälter (1a′, 1b′, 1c′, 1d′) jeweils mit Laufrollen (28, 29) versehen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laufrollen (28, 29) in Schienen (26, 27) eingreifen, die zur stationären Energiespeiseeinheit führen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verschiebung der Behälter (1a′, 1b′, 1c′, 1d′) über ein schrittweise bewegtes Band erfolgt.

17. Verfahren zum Aufheizen elektrisch nichtleiten­ den Materials mittels Mikrowellenstrahlen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektrisch nichtleitende Material in mehreren Behältern (1a, 1b, 1c, 1d) gelagert ist und daß eine Aufheizung der Behälter nacheinander jeweils durch Aufsetzen eines über mindestens einen Hohlleiter (3, 4) mit einer Mikrowellengeneratoranlage (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) verbundenen Deckels (2) erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Behälter (1a, 1b, 1c, 1d) und die aus der Mikrowellengeneratoranlage (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11), mindestens einem Hohlleiter (3, 4) und dem Deckel (2) bestehende Energiespeiseeinheit relativ zueinander verschoben werden, so daß jeweils ein Behäl­ ter unter dem Deckel positioniert ist, wonach der Deckel (2) auf den Behälter aufgesetzt und nachfolgend die Auf­ heizung durchgeführt wird.