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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Technisches
Gebiet: Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Herstellung von technisch angefertigten Holzprodukten, und genauer
zur Verwendung von Mikrowellen zur Beschleunigung der Härtung von
Harzen, die in technisch angefertigten Holzprodukten verwendet werden.
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Stand
der Technik: Technisch angefertigte Holzprodukte werden durch Kombinieren
von Holzfasern und einem Harz, das während seiner Härtung fest
wird und die Fasern aneinander bindet, hergestellt.
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Herkömmlich wurden
Holzfasern in der Form von Furnierschichten oder Stücken von
Holzfasern mit verschiedenen Größen durch
Zusammenpressen in einer erhitzten Presse hergestellt. Die Hitze
von der Presse wird durch einfache Hitzeleitung von den Pressplatten
in das Holz zu den Holzfasern und zum Bindematerial übertragen.
Wenn das Bindematerial erhitzt wird, wird seine Härtungszeit
verringert. Nach einem bestimmten Ausmaß an Zeit bei einer bestimmten
Temperatur und einem bestimmten Druck ist das Bindematerial vollständig gehärtet und
kann es aus der Presse freigegeben werden. Bevor das Bindemittel
vollständig
gehärtet
ist, werden die Holzfasern und das Bindemittel in einer Presse unter Druck
gesetzt, um so viele Holzfasern als möglich in einen Kontakt mit
dem Bindemittel zu bringen. Wenn es auf diese Weise gepresst und
dann gehärtet
wird, weist das sich ergebende Produkt die höchsten Stärke- und Haltbarkeitseigenschaften
auf, die erhalten werden können.
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Da
Holz ein guter Isolator ist, weist das Übertragen von Hitze durch Holz
mittels Leitung bestimmte Grenzen auf. Wenn die Dicke eines Holzstücks, das
erhitzt und gepresst wird, zunimmt, nimmt auch das Ausmaß der Zeit,
die in der Presse benötigt
wird, um Hitze zur Mitte des Werkstücks zu übertragen, zu. Beginnend in
den Dreißigern
des 20. Jahrhunderts wurde herausgefunden, dass Hochfrequenz(HF)energie
erfolgreich verwendet werden könnte,
um Energie durch Schichten von Holz und Leim zu führen, um die
innere Masse zu erhitzen und eine schnellere Härtung des Leims zu verursachen.
Einige Weisen zur Ausübung
von HF- und Mikrowellenenergie auf diese Produkte fanden sich in
Vorrichtungen, die einem riesigen Waffeleisen ähnlich sind, durch das HF-Energie von einer
Platte durch die technisch angefertigte Holz"waffel" zur anderen Platte geführt wird.
Ein anderes Verfahren ist, einen Materialblock zu bilden, der aus
Holzfurniersträngen
besteht, die mit einem Klebstoff kombiniert sind, den Block dann in
einer Presse anzuordnen und ihn von der Oberseite, von der Unterseite
und von zwei Seiten her zusammenzudrücken, und das Innere des Blocks
während
der Druckausübung
mit Mikrowellen zu bestrahlen, die von einer oder beiden Seiten
des Blocks her gerichtet werden. Um dem Druck, der durch die Presse
ausgeübt
wird, zu widerstehen, betritt Mikrowellenenergie, die durch die
Seiten des Blocks angelegt wird, die Presskammer durch ein Fenster,
das stark genug ist, um dem Druck der Presse zu widerstehen, und
das auch für
Mikrowellenenergien transparent ist. Ein Beispiel einer bekannten
Vorrichtung und eines bekannten Verfahrens dieser Art ist in
US-A-4,186,044 offenbart
(Oberbegriff von Anspruch 1 und 35).
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Mikrowellen
erhitzen den Block während
einer derartigen Presstätigkeit
durch Anregung und eine sich drehende Schwingbewegung von polaren Molekülen, wie
etwa Wassermolekülen,
im Inneren des Blocks, die durch die schwingenden elektrischen Felder,
die Teil des Mikrowellensignals sind, erzeugt wird.
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Wenn
die Mikrowellensignale ein Holzprodukt vor und während des Pressens treffen,
wird ein Teil der Mikrowellen zur Mikrowellenquelle, die die Mikrowellen
ursprünglich
erzeugt hat, reflektiert. Dieses Reflexionssignal wird gewöhnlich zu
einer ableitenden Blindlast kanalisiert, die mit einer Vorrichtung in
der Mikrowellenquelle selbst verbunden ist. Diese reflektierte und
abgeleitete Mikrowellenleistung wird vergeudet und wird nicht bei
der Erhitzung des Holzprodukts verwendet. HF-Energie wird in einer ähnlichen
Weise in einen Block aus technisch angefertigtem Holzmaterial gerichtet.
HF-Energie wird direkt in den Laminataufbau oder in den Block gerichtet,
wo sie die polaren Moleküle
in den Materialien des Laminataufbaus anregt. Diese Wechselwirkung
erzeugt in den polaren Molekülen
Hitze, die die Verkürzung
der Härtungszeiten
für Bindemittel
verursacht.
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Doch
ein Problem, dem man bei der Verwendung von HF-Energie begegnete,
ist, dass die Energie dann, wenn die Hochfrequenz in einer parallel
zu den Leimzeilen verlaufenden Richtung in einen Block aus Furnier-
und Leimschichten gerichtet wird, und wenn der verwendete Leim eine
alkalische Lösung von
Phenol-Formaldehyd-Harz ist, eine Bogenbildung und ein Kriechen,
insbesondere entlang der Leimschicht, verursachen kann. Die Bogenbildung und
das Kriechen werden umso mehr zum Problem, je dicker die Leimschicht
ist, oder je höher
der Wassergehalt des Leims ist. Der Grund für diese unerwünschte Auswirkung
ist eine verhältnismäßig hohe Leitfähigkeit
des Harzes, die zu einem Durchschlagen führen kann, wenn das elektrische
Feld von der Mikrowelle entlang einer einzelnen Achse vereinigt wird.
Das Problem der Bogenbildung wird stark verringert, wenn das elektrische
Feld senkrecht zu den Ebenen angelegt wird, die durch die Holzfurnierschichten
und die dazwischen befindlichen Leimschichten gebildet werden.
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Ein
anderes Problem, dem man bei der Herstellung von technisch angefertigten
Holzprodukten begegnet, ist, dass Energie, die in den Block gerichtet
wird, während
dieser unter Druck steht, verursachen kann, dass Feuchtigkeit in
den Holzschichten rasch verdampft oder verkocht. Wenn der Druck auf den
Block aufgehoben wird, können
die sich ausdehnenden Gase ein Zerplatzen verursachen, wenn der Druck
von den sich ausdehnenden Gasen größer als die Stärke des
Bindematerials ist, das die Holzfasern zusammenhält.
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Noch
ein anderes Problem, dem man bei der Herstellung von technisch angefertigten
Holzprodukten, die durch Mikrowellen erhitzt werden, welche von der
Seite des Blocks zur Mitte des Blocks gerichtet werden, während der
Block in einer Presse unter Druck steht, begegnet, ist, dass die
Breite des Materials, durch das die Mikrowellenenergie verlaufen kann,
damit die Mitte des Materials erhitzt wird, begrenzt ist. Blöcke, die
viel breiter als 61 cm (24 Zoll) sind, sind mit Mikrowellenenergie,
die von der Seite her angelegt wird, schwer zu erhitzen. Wenn diese Blöcke nicht
nur in der seitlichen Abmessung breit sind, sondern auch in der
senkrecht zur Längsachse verlaufenden
Abmessung dick sind, sind sie aufgrund ihrer Dicke auch schwer durch
Leitung von den Pressplatten zu erhitzen. Daher ist die Dicke von
Blöcken
in der Presse durch die herkömmlichen
Techniken des Erhitzens durch Leitung von den Pressplatten und von
der Seite her gerichtete Mikrowellenenergie begrenzt.
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Ein
anderes Problem bei der gegenwärtigen Technologie
der Anfertigung von technisch angefertigten Holzprodukten ist, dass
der Prozess gegenüber
Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt ziemlich empfindlich ist. Da
das Holz selbst breite Schwankungen in der Dichte und im Feuchtigkeitsgehalt
aufweisen kann, ist eine übliche
Vorgangsweise, das Holz zu einem gleichmäßigen und niedrigen Feuchtigkeitsgehalt
zu trocknen und dann genug Wasser zurückzugeben, um die Holzfasern
auf den bevorzugten Feuchtigkeitsgehalt zu bringen. Diese Vorbereitung
der Holzfasern ist teuer und zeitraubend.
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Demgemäss ist es
eine Aufgabe der Erfindung, ein Mittel bereitzustellen, durch das
breite Werkstücke
gleichmäßig durch
Mikrowellenenergie erhitzt werden können, und bei dem die Breite
keinen Faktor oder keine Beschränkung
darstellt. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, ein Mikrowellenerhitzungssystem
bereitzustellen, in dem Wasserdampf vom Werkstück entweichen kann, wodurch
die Möglichkeit
eines Zerplatzens in den Holzfasern verringert wird.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein System bereitzustellen, das
eine größere Schwankung
im Feuchtigkeitsgehalt der Holzfasern aufnehmen kann, als beim Stand
der Technik gestattet ist. Im Zusammenhang mit der Fähigkeit,
mit einer größeren Schwankung
im Feuchtigkeitsgehalt der Holzfasern arbeiten zu können, ist
es eine Aufgabe der gegenwärtigen
Erfindung, infolge der verringerten Ausgaben für die Vorbereitung der Holzfasermaterialien
bei einem verringerten Preis tätig
zu sein.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Mikrowellenerhitzungssystem
bereitzustellen, das eine maximale Leistungsfähigkeit bei der Verwendung
der Mikrowellenenergie bereitstellt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, fähig zu sein, einen Block aus
faserigem Material so auf eine gegebene Temperatur zu erhitzen,
dass die Hitze wie durch die Bedienungsperson gewählt gleichmäßig über den
Block verteilt werden kann oder in der Mitte des Blocks oder in
einem anderen Bereich des Blocks maximiert werden kann. Als Ergebnis
dieser Fähigkeit
ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Menge, die durch
eine Presse für technisch
angefertigtes Holz verarbeitet werden kann, infolge der durch die
Verwendung des Mikrowellenerhitzungssystems der Erfindung verringerten Presszeit
zu erhöhen.
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Um
dies zu erreichen, ist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet und
stellt das Verfahren die Merkmale des kennzeichnenden Teils von
Anspruch 35 bereit.
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Nach
der vorliegenden Erfindung werden die obigen und andere Aufgaben
und Vorteile durch ein System zur Herstellung eines bemaßten Materials wie
etwa technisch angefertigten Holzprodukten unter Verwendung eines
faserigen Bestandteils und eines Bindematerials erreicht. Beim faserigen
Bestandteil kann es sich um verschiedenste Arten von Holz-, Pflanzen-
oder nichtorganischen Fasern in verschiedenen Längen, Ausrichtungen, und Stückgrößen handeln.
Das Bindematerial kann jedes beliebige Material sein, das fest wird,
während
es härtet, und
dessen Härtungsgeschwindigkeit
durch Hitze beschleunigt wird. Gewöhnlich wird Harnstoff-Formaldehyd-Harz verwendet, doch
können
auch andere Bindematerialien wie etwa vernetzendes Polyvinylacetatharz,
Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Resorcin-Phenol-Formaldehyd-Harz,
aliphatische und Polyvinylacetatharz-Emulsionsharzklebstoffe, oder
andere Harze, deren Härtung
mit Hitze beschleunigt wird, verwendet werden. Der faserige Bestandteil
im Bindematerial wird, typischerweise in abwechselnden Schichten,
zu einem Block organisiert, und Mikrowellen werden benutzt, um die
Mittelbereiche des Blocks zu erhitzen, bevor der Block zum Pressen
in einer Presse angeordnet wird. Der Block wird mit einer Mikrowellenenergie-Wanderwelle
bestrahlt, die absorbiert wird, während sie durch den Block verläuft, und
dann in den Block zurück
reflektiert wird, wo mehr Energie absorbiert wird, während sie
erneut durch den ganzen Block hindurch verläuft, und die Energie der verbleibenden
Welle wird beim Verlassen des Blocks abgefühlt. Die zurückgestrahlte Energie
von der auftreffenden Welle und alle anderen Reflexionen von Furnier-
und Leimschichten werden kombiniert, und die kombinierte reflektierte
Energie wird durch Sensoren gemessen. Einstellvorrichtungen werden
verwendet, um eine induzierte Reflexion zu erzeugen, die die reflektierte
Energie auslöscht. Dieses
System beinhaltet eine oder mehrere Mikrowellenquellen zum Bestrahlen
und Erhitzen des Blocks, bevor er die Presse betritt. Es beinhaltet
auch ein oder mehrere Wellenleiternetzwerke, um eine Mikrowellen-Wanderwelle
von der Mikrowellenquelle zum Block zu führen. Das System beinhaltet
auch einen oder mehrere Umformer, die Rechteckwellenleitermoden-
in Rundmagnetmoden-Mikrowellenenergie umformen. Das System beinhaltet
auch einen oder mehrere Rundmagnetmoden-Mikrowellenapplikatoren.
Das System beinhaltet auch mikrowellenreflektierende Oberflächen, die
vom Eintrittspunkt der Mikrowellen in den Block her an der gegenüberliegenden
Seite des Blocks angeordnet sind. Die reflektierenden Oberflächen reflektieren
die Mikrowellen-Wanderwelle, die eine gegenüberliegende Seite des Blocks
verlässt,
direkt in den Block zurück.
Das System beinhaltet auch einen oder mehrere Sensoren, um die Mikrowellenenergie,
die nach der Reflexion durch den Block geführt wird, wie auch andere reflektierte
Mikrowellenenergie zu messen. Diese Mikrowellenenergie-Sensoren
melden die gemessene Energie an ein Computereinstellsystem.
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Das
System beinhaltet auch ein Computereinstellsystem, das die gemeldete
Mikrowellenenergie, die durch die Mikrowellenenergie-Sensoren gemessen
wird, verwendet, um Regulierungen zu berechnen, die nötig sind,
um die Menge der reflektierten Mikrowellen, die zur Mikrowellenquelle
zurück verlaufen,
auf ungefähr
Null zu verringern. Dieses System beinhaltet auch ein Mittel zur
Einstellung der Mikrowellen auf Basis eines Signals vom Computereinstellsystem.
Schließlich
beinhaltet das System eine Presse mit Platten, die die Schichten
des faserigen Bestandteils im Bindemittel zusammenpressen und sie
zusammenhalten, während
das Harz seine Härtung
beendet.
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Das
oben beschriebene System kann so gestaltet sein, dass die Mikrowellen
die einzige Quelle für
Hitze sind, die auf den Block ausgeübt wird. Das System kann auch
so gestaltet sein, dass eine ergänzende
Hitzequelle benutzt wird, um die Blöcke zu erhitzen, während sie
sich in der Presse befin den. Die ergänzende Hitze, die auf die Blöcke in der
Presse ausgeübt
wird, kann Mikrowellenenergie sein, die senkrecht zur Längsachse
des Blocks auf den Block ausgeübt
wird. Dieses System kann auch so gestaltet sein, dass die ergänzende Hitze,
die auf den Block ausgeübt
wird, während
sich dieser in der Presse befindet, vom Anlegen von Mikrowellenenergie
an die Seite oder an die Seiten des Blocks, parallel zu den Leimzeilen,
stammt. Beim Mittel zur Lieferung von ergänzender Hitze zum Block, während sich
dieser in der Presse befindet, kann es sich um Rundmagnetmoden-Mikrowellenenergie
handeln. Beim Mittel zur Lieferung von ergänzender Hitze zum Block, während sich
dieser in der Presse befindet, kann es sich auch um Erhitzen der
Platten der Presse und Verwenden der Fortleitung, um Hitze von den
Platten zu den Schichten des Blocks zu übertragen, handeln.
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Das
System kann so gestaltet sein, dass es sich beim Mittel zur Einstellung
der erzeugten Mikrowellen um eine oder mehrere kapazitive Sonden
handelt, die durch ein Signal vom Computereinstellsystem aktiviert
werden und dem Computereinstellsystem gestatten, die Phase der angelegten
Mikrowelle zu steuern. Die kapazitiven Sonden induzieren Reflexionen,
die eine entgegengesetzte Phase und eine gleiche Größe wie die
reflektierte Mikrowellenenergie aufweisen. Das System kann mikrowellenreflektierende
Aufbauten verwenden, um Mikrowellenreflexionen durch andere Teile
des Systems auszugleichen.
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Nach
einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist die Erfindung eine
Vorrichtung zur Erzeugung von Hitze in einem Block. Der Block besteht
wie bei der vorhergehenden Ausführungsform
aus einem faserigen Bestandteil und einem Bindematerial, das härtet, und
dessen Härtungsgeschwindigkeit
durch Hitze beschleunigt wird. Der Block wird in einer Presse gepresst,
während
das Bindematerial härtet.
Hitze wird im Block durch Bestrahlen des Blocks mit einer Wanderwelle
von Mikrowellenenergie erzeugt, die durch den Block verläuft, in
den Block zurück
reflektiert wird, abgefühlt
wird, und eingestellt wird, um die reflektierte Mikrowellenenergie
auszulöschen.
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Diese
Vorrichtung besteht aus einer oder mehreren Mikrowellenquellen,
um den Block zu bestrahlen, und einem oder mehreren Wellenleiternetzwerken,
um eine Mikrowellen-Wanderwelle von der Mikrowellenquelle zum Block
zu führen.
Sie beinhaltet auch einen oder mehrere Umformer, die Rechteckwellenleitermoden-
in Rundmagnetmoden-Mikrowellenenergie umformen. Sie besteht auch
aus einer Anzahl von Rundmagnetmoden-Mikrowellenapplikatoren. Sie
besteht auch aus mikrowellenreflektierenden Oberflächen, um
die Mikrowellen-Wanderwelle, die durch den Block verlaufen ist und
eine gegenüberliegende
Seite des Blocks verlassen hat, direkt in den Block zurück zu reflektieren.
Sie besteht auch aus einem oder mehreren Sensoren, um die Mikrowellenenergie,
die nach dem Verlassen des Blocks und der Reflexion in den Block
zurück
durch den Block geführt
wird, zu messen. Diese Sensoren melden die gemessene Energie an
ein Computereinstellsystem. Die Vorrichtung beinhaltet auch ein
Computereinstellsystem, das die gemeldete Mikrowellenenergie, die
durch die Sensoren gemessen wird, verwendet, um Regulierungen zu
berechnen, die nötig sind,
um die Menge der reflektierten Mikrowellen, die zur Mikrowellenquelle
zurück
verlaufen, auf ungefähr Null
zu verringern.
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Die
Vorrichtung beinhaltet auch ein Mittel, um die erzeugten Mikrowellen
auf Basis eines Signals vom Computereinstellsystem einzustellen.
Die Vorrichtung zur Erzeugung von Hitze in einem Block kann so gestaltet
sein, dass die Mikrowellenenergie senkrecht zur Längsebene
des Blocks oder parallel zur Querachse des Blocks angelegt wird.
Beim Mittel zur Einstellung der erzeugten Mikrowellen kann es sich
um eine oder mehrere kapazitive Sonden handeln, die durch ein Signal
vom Computereinstellsystem aktiviert werden. Die Vorrichtung zur
Erzeugung von Hitze in einem Block kann sich außerhalb der Presse befinden,
so dass der Block erhitzt wird, bevor er die Presse betritt. Die
Vorrichtung zur Erzeugung von Hitze in einem Block kann sich auch
innerhalb der Presse befinden, so dass der Block erhitzt wird, während er
in der Presse unter Druck steht.
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Noch
ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines bemaßten
Materials, wie etwa technisch angefertigten Holzprodukten, unter
Verwendung eines faserigen Bestandteils und eines Bindematerials.
Beim faserigen Bestandteil kann es sich um Holz-, Pflanzen- oder andere
Fasern mit verschiedenen Größen, Längen und
Dicken handeln. Das Bindematerial kann ein beliebiges aus einer
Anzahl von Bindematerialien sein, deren Härtung durch die Ausübung von
Hitze beschleunigt wird. Der faserige Bestandteil und das Bindematerial
werden typischerweise in Schichten angeordnet, um einen Block zu
bilden. Der Block weist eine Mitte, eine Längs- und eine Querachse auf.
Das Verfahren besteht aus dem Kombinieren des faserigen Bestandteils
und des Bindematerials zu einem Block; dem Bestrahlen des Blocks
mit einer Wanderwelle von Mikrowellenenergie von einer Mikrowellenquelle,
die als Rechteckwellenleitermoden-Mikrowellenenergie entlang eines Rechteckwellenleiternetzwerks
geführt
wird; dem Umformen der Mikrowellenenergie unter Verwendung eines
Modenumformers von einem Rechteckwellenleitermodus in einen Rundmagnetmodus;
dem Bestrahlen des Blocks mit einer Wanderwelle von Rundmagnetmoden-Mikrowellenenergie;
dem Reflektieren der Wanderwelle von Mikrowellenenergie in den Block
zurück,
nachdem sie durch den Block verlaufen ist; dem Abfühlen der
reflektierten Mikrowellenenergie, die sich zur Quelle der Mikrowellenenergie
bewegt; dem Verwenden von Einstellsonden, um die reflektierte Mikrowellenenergie
durch induzierte Reflexionen mit einer entgegengesetzten Phase und
einer gleichen Größe auszulöschen; dem
Führen
des Blocks in einer fortlaufenden Bewegung durch das Mikrowellenenergiefeld;
dem Führen
des Blocks durch eine Presse, die für einen Zeitraum, im Ver lauf
dessen das Bindematerial vollständig
härtet,
einen Druck auf den Block ausübt;
und dem Führen
des Blocks aus der Presse.
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Dieses
Verfahren benutzt Mikrowellensensoren, die sich im Wellenleiter
befinden. Die Mikrowellenenergie wird eingestellt, indem durch die
Verwendung von Einstellsonden Reflexionen induziert werden, die
der reflektierten Mikrowellenenergie gleich sind und diese auslöschen. Die
Verwendung von Rundmagnetmoden-Mikrowellen kann die einzige Quelle
von Hitze in einem System sein, oder kann in Verbindung mit ergänzender
Hitze verwendet werden, die auf den Block ausgeübt wird, während sich dieser in der Presse
befindet. Die ergänzende
Hitze, die auf den Block ausgeübt
wird, wenn sich dieser in der Presse befindet, kann in der Form
von Mikrowellenenergie sein, oder kann durch Erhitzen der Platten der
Presse und Gestatten, dass die Hitze von den Platten in den Block
geleitet wird, geliefert werden.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung, die Mikrowellenenergie
verwenden, welche durch den Block verläuft, in den Block zurück reflektiert
wird, abgefühlt
wird, und die Mikrowellenenergie eingestellt wird, um die reflektierte
Mikrowellenenergie auf ungefähr
Null zu verringern, optimieren somit die Verwendung von Energie
beim Erhitzen eines Blocks aus einem faserigen Material und einem
Bindematerial, der zu einem bemaßten Material wie etwa technisch
angefertigten Holzprodukten gepresst werden soll. Wenn sie in einem
Vorerhitzungsschritt, bevor der Block die Presse betritt, verwendet wird,
erhitzt die Mikrowellenenergie den Block auf eine Temperatur, die
für die
Härtung
in der Presse optimal ist und das Ausmaß der notwendigen Hitze, die auf
den Block ausgeübt
werden muss, während
sich dieser in der Presse befindet, verringert. Da die Mikrowellenenergie
durch eine Anzahl von Mikrowellenapplikatoren senkrecht zur Längsebene
des Blocks angelegt wird, kann ein Block mit jeder beliebigen Breite
untergebracht werden. Da die Energie senkrecht zur Ebene der Leimzeilen
ausgeübt
wird, wird die Gefahr einer Bogenbildung oder eines Kriechens der
Energie durch die Leimzeilen stark verringert. Da die Energie durch
eine Anzahl von Einstellsystemen angelegt wird, die fortlaufend
für eine
optimale Energielieferung eingestellt werden, während sich der Block durch
die Mikrowellenerhitzungsvorrichtung bewegt, berücksichtigt diese Vorrichtungen Schwankungen
in der Dichte, im Feuchtigkeitsgehalt des Materials, im Feuchtigkeitsgehalt
des Bindemittels, und andere Variable im Block, um eine gleichmäßige Verteilung
der Hitze zur Mitte des Blocks zu liefern.
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Noch
andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten
leicht aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung offensichtlich werden, in der ich nur die bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung einfach durch Darstellung der besten Weise, die von
mir zur Ausführung der
Erfindung ins Auge gefasst wurde, gezeigt und beschrieben habe.
Wie man erkennen wird, kann die Erfindung in verschiedenster offensichtlicher
Hinsicht abgewandelt werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Demgemäss
sollen die Zeichnungen und Beschreibungen als erläuternd und
nicht als beschränkend
betrachtet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Presse mit Vorkehrungen
für ein
seitliches Anlegen von Mikrowellenenergie an den Block in der Presse.
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2 ist
eine seitliche geschnittene Ansicht einer herkömmlichen Mikrowellenquelle,
eines Wellenleiters, und eines Blocks in einer Presse.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Presse mit dem Vorerhitzungssystem
dieser Erfindung.
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4 ist
eine seitliche geschnittene Ansicht eines Abfühlabschnitts.
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5 ist
eine seitliche geschnittene Ansicht eines Einstellabschnitts.
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6 ist
eine seitliche geschnittene Ansicht einer Einstellsonde.
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7 ist
eine perspektivische geschnittene Ansicht einer Mikrowellenquelle,
eines Wellenleiters, eines Mikrowellenapplikators, und eines Blocks
in einer Vorerhitzungskammer.
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8 ist
eine geschnittene perspektivische Ansicht der Vorerhitzungskammer,
die die Feldanhaltemechanismen zeigt.
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9 ist
eine geschnittene Seitenansicht der Vorerhitzungskammer.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht eines Mikrowellenapplikators, die sein
Hitzeverteilungsmuster auf der Fläche des darunter befindlichen Blocks
zeigt.
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11 ist
eine Draufsicht auf sechs Mikrowellenapplikatoren, die das Zusammenwirken
ihrer Erhitzungsbahnen zeigt.
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12 ist
eine schematische Darstellung, die das Einstellsystem zeigt.
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13 ist
eine geschnittene Ansicht eines Signalrichtungssensors.
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DIE BESTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 bis 12 ist die
Erfindung vorteilhaft gezeigt. 1 zeigt
eine vereinfachte Ansicht eines herkömmlichen Systems, um unter
Verwendung des Anle gens von Mikrowellenenergie, während sich
das Werkstück
in einer Presse 14 befindet, Furnierstränge zusammenzuleimen, um technisch
angefertigtes Holz zu bilden. Obwohl das Werkstück 12, das nachstehend
als ein Block bezeichnet werden wird, von jeder beliebigen Dicke sein
könnte,
ist die Erhitzung in der Presse mit Mikrowellenergie am besten für dickere
Blöcke
geeignet, um die Eigenschaft der Mikrowellen, die Mitte eines Blocks
zu durchdringen und zu erhitzen, zu nutzen. Beim Stand der Technik
besteht der Block 12 aus Schichten von Holzsträngen und
Leim (auch als Bindematerial oder Klebstoff bekannt). Der Block
betritt eine Presse 14, die aus einem oberen fortlaufenden Band 20 und
einem unteren fortlaufenden Band 22 besteht. Die beiden
Bänder
werden in der Pressplatte 16, die Druck auf den Block ausübt, zusammengebracht.
Wie in 2 gezeigt wird Mikrowellenenergie von einer Quelle 38 in
einen Rechteckwellenleiter 18 gerichtet, während sich
der Block 12 in der Platte 16 der Presse 14 befindet.
Die Mikrowellenenergie betritt die Presse 14 durch ein
Fenster 42, das für
Mikrowellenenergie transparent ist, aber dem durch die Presse ausgeübten Druck
widerstehen kann. Die Mikrowellenenergie erhitzt die Mitte des Blocks
und beschleunigt das Festwerden, oder die Härtung, des Leims. Nach einer
angemessenen Zeit bei einer erforderlichen Temperatur und einem
erforderlichen Druck verlässt
der Block 12 die Presse 14.
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3 zeigt
eine vereinfachte Ansicht der Erfindung. Das System zur Herstellung
von technisch angefertigtem Holz der Erfindung beinhaltet eine Mikrowellenquelle 38,
gerade Wellenleiterabschnitte 40, Wellenleiter-Winkelstücke 56,
und Wellenleiter-T-Stücke 54.
Diese Wellenleiterbestandteile können
aus jedem beliebigen leitfähigen
Material bestehen, werden aber typischerweise aus Aluminium bestehen.
Sie bilden ein Wellenleiternetzwerk 90, das Bestandteile
der herkömmlichen
Technologie benutzt, um Mikrowellenenergie in der Form von Rechteckwellenleitermoden-Mikrowellenenergie
von der Mikrowellenquelle 38 zu Applikatoren 24 zu
beför dern.
Jede Wellenleiterquelle 38 liefert Energie durch ein Wellenleiternetzwerk 90 zu
einem Paar von Applikatoren 24 über der Erhitzungskammer 34 und
einem Paar von Applikatoren unter der Erhitzungskammer 34.
Somit würden
drei Mikrowellenquellen 38 benötigt werden, um 12 Applikatoren 24 anzuregen. Selbstverständlich sind
bei der praktischen Ausführung
der Erfindung andere Gestaltungen von Quellen 38 zu Applikatoren 24 möglich.
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Ein
Sensorabschnitt 104 und ein Signalrichtungssensor 107 sind
in das Wellenleiternetzwerk 90 aufgenommen. Jeder Sensorabschnitt 104 enthält wie in 4 gezeigt
vier Mikrowellensensoren 106. Dabei handelt es sich um
Sensoren nach der herkömmlichen
Technologie. Sie erzeugen ein Signal, das zu einem Computer 108 geleitet
wird, der in der besten Ausführungsweise
der Erfindung am Sensorabschnitt 104 angebracht ist. Die
Sensoren 106 sind so im Sensorabschnitt 104 angeordnet,
dass die Reflexionsphasenverschiebung entlang des Wellenleiters
in der Reflexion 90 Grad beträgt.
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Der
Signalrichtungssensor 107 ist ein zylinderförmiger Sensor,
der in ein zylinderförmiges
Gehäuse 126 passt.
Wie in 13 gezeigt verbindet sich das
Gehäuse 126 mit
dem Sensorabschnitt 104 und umgibt es eine Öffnung in
der Sensorabschnittwand. Distanzstücke 128 sitzen auf
einer Lippe des Sensorabschnitts 104, die durch das Gehäuse 126 umgeben
ist. Der Signalrichtungssensor 107 ruht auf einer Anzahl
von Distanzstücken 128.
Ein O-Ring 130 dichtet den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 126 und
dem Signalrichtungssensor 107 ab. Der Signalrichtungssensor 107 beinhaltet
eine Schleife 132, zwei Schrauben 134, einen verlustbehafteten
Widerstand 136, einen Signaldetektor, ein Ausgangskabel
und eine Ringkappe. Der Signalrichtungssensor 107 ist zwischen
der Mikrowellenquelle 38 und den Sensoren 106 angebracht.
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An
der von der Mikrowellenquelle 38 her entgegengesetzten
Seite des Sensorabschnitts 104 ist ein Einstellabschnitt 60 angebracht.
Der Einstellabschnitt 60 beinhaltet vier felddivergente
kapazitive Sonden 62, die nachstehend als Einstellsonden 62 bezeichnet
werden, und die um 8,06 Zoll voneinander beabstandet sind. 5 zeigt
den Einstellabschnitt 60 und die Einstellsonden 62.
Der Einstellabschnitt 60 ist 54 Zoll lang. Die Einstellsonden 62 erstrecken
sich 0 bis 3 Zoll in den Einstellabschnitt 60. Die Einstellsonden 62 sind
aus silberbeschichtetem Messing hergestellt.
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Die
Einstellsonde 62 ist wie in 6 ausführlicher
gezeigt ein zylinderförmiger
Aufbau mit einem ersten Ende 112, einem zweiten Ende 114,
und abgerundeten Ecken 110. Das erste Ende 112 der
Einstellsonde 62 kann auch eine rundere Form aufweisen, die
sich einer halbkugelförmigen
Form annähert.
Die Einstellsonde 62 ist von einem Sondengehäuse 64 umgeben.
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Am
zweiten Ende 114 der Einstellsonde 62 befindet
sich eine mit einem Gewinde versehene Basis 88, die durch
Schrauben 116 an der Einstellsonde 62 befestigt
ist. Eine Ankersäule 118 ist
am ersten Ende 112 mit dem Inneren der Einstellsonde 62 verbunden.
Eine Schraube 76 ist an der Ankersäule 118 befestigt.
Die Schraube 76 ist durch die mit einem Gewinde versehene
Basis 88 geschraubt, verläuft durch ein Drucklager 86,
und endet in einer Welle 120. Die Welle 120 ist
durch eine Kopplung 84 mit der Motorwelle 74 verbunden.
Die Motorwelle 74 erstreckt sich von einem Schrittmotor 70.
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Jede
Einstellsonde 62 beinhaltet ferner einen oberen Begrenzungsschalter 66 und
einen unteren Begrenzungsschalter 68, die ebenfalls in 6 gezeigt
sind. Zwischen den Begrenzungsschaltern befindet sich ein Begrenzungsschalteraktivator 72.
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Zwischen
der Einstellsonde 62 und dem Sondengehäuse 64 befinden sich
Gleitlager 82 aus Teflon® und
ein gleitender Erdkontakt 80.
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Nach
dem Einstellabschnitt 60 verbinden sich die geraden Abschnitte 40 des
Wellenleiters durch Flansche 44 mit einem Modenumformerabschnitt 92.
Die inneren Einzelheiten des Modenumformerabschnitts 92 sind
in 7 gezeigt. Im Modenumformerabschnitt 92 befinden
sich Ausgleichsaufbauten 48, bei denen es sich um zylinderförmige Aufbauten
handelt, die typischerweise aus Aluminium bestehen, obwohl ein anderes
leitendes Material ebenfalls geeignet ist. Im Inneren des Modenumformerabschnitts 92 befindet
sich auch ein Rundmagnetmoden-Umformer 46, der als ein
Modenumformer 46 bezeichnet werden wird. Der Modenumformer 46 ist
ein dreistufiger Aufbau, wobei jede Stufe eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
In der besten Ausführungsweise
ist der Modenumformer 46 9,75 Zoll breit und 4,88 Zoll
hoch. Jeder Schritt weist eine Höhe
von 1,62 Zoll und einen Krümmungsradius
von 5,5 Zoll auf. Direkt unter dem Modenumformer 46 und
am Modenumformerabschnitt 92 befestigt befindet sich ein
Ausgangsabschnitt 50, Dieser wiederum ist an einem Rohr 52 zur
Bildung eines Felds mit rundem Querschnitt angebracht. Das Rohr 52 zur
Bildung eines runden Felds ist 40 Zoll hoch und weist wie der Ausgangsabschnitt 50 einen
Durchmesser von 11 Zoll auf. Das Rohr 52 zur Bildung eines
Felds mit runden Querschnitt wiederum ist an der Erhitzungskammer 34 befestigt.
An der Grenzfläche
zwischen dem Rohr 52 zur Bildung eines Felds mit rundem
Querschnitt und dem Erhitzungsabschnitt 34 befindet sich ein
Fenster aus Teflon®. Wenn es an einem Ausgangsabschnitt
angebracht ist, umfasst jedes Rohr zur Bildung eines Felds mit rundem
Querschnitt einen Applikator 24.
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Die
in 5 gezeigte Erhitzungskammer 34 ist im
Allgemeinen eine rechteckige Kammer, durch die der Block 12 verlauft,
bevor er die Presse 14 erreicht. Eine andere bevor zugte
Ausführungsform
der Erfindung verwendet das Mikrowellensystem der Erfindung, um
Mikrowellenenergie an einen Block 12 anzulegen, während sich
dieser in der Presse 14 und unter Druck befindet.
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Die
Erhitzungskammer 34 ist von einem Wassertank 94 umgeben,
der als ein Absorber für
Mikrowellenenergie dient, die von der Erhitzungskammer 34 gestreut
wird. Der Wassertank 94 ist mit einer Wasserlösung gefüllt, die
zu einem Kühler
(nicht gezeigt) geführt
wird. Die Erhitzungskammer 34 weist eine erste Öffnung 96 auf,
durch die der Block 12 die Erhitzungskammer 34 betritt.
Die Erhitzungskammer 34 weist auch eine zweite Öffnung 98 auf,
durch die der Block 12 die Erhitzungskammer verlässt. Dreiviertelwellenleiterwellenlängen-Wellensperren 100 umgeben
die erste und die zweite Öffnung 96 und 98. Dabei
handelt es sich im Allgemeinen um rechteckige Abschnitte, die an
der Seite, die zum Block 12 gerichtet ist, offen sind,
aber an allen anderen Seiten geschlossen sind. Jede Wellensperre 100 ist
in einer Entfernung vom offenen Ende, die drei Vierteln der Wellenleiterwellenlänge gleich
ist, kurzgeschlossen.
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An
der Seite der Erhitzungskammer 34 gegenüber jedem Applikator 24 befindet
sich eine reflektierende Oberfläche 102.
Dabei handelt es sich um eine flache Oberfläche, die Mikrowellen reflektiert.
Andere bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung benutzen reflektierende Oberflächen, die gekrümmt sind,
um Mikrowellenenergie zu bündeln oder
zu zerstreuen, oder die hinsichtlich der Position und der Form einstellbar
sind.
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Im
Betrieb wird ein Block 12 durch aufeinanderfolgende Schichten
von Furnier und Leim gebildet. Diese betreten die Erhitzungskammer 34 auf
einem fortlaufenden Band (nicht gezeigt), das für Mikrowellenenergie transparent
ist, und der Block 12 ist ebenfalls ein fortlaufendes Stück. Während der
Block in einer fortlaufenden Bewegung durch die Erhitzungs kammer 34 verläuft, wird
wie in 3 gezeigt Mikrowellenenergie von oben und unten
durch den Block gerichtet. Diese Mikrowellenenergie stammt von einer
Anzahl von Mikrowellenquellen 38, vorzugsweise einer Mikrowellenquelle
für jeweils
vier Applikatoren 24. Die Mikrowellenenergie verläuft durch
ein Wellenleiternetzwerk 90, durch den Sensorabschnitt 104 und
den Einstellabschnitt 60, und erreicht den Modenumformerabschnitt 92,
der in 7 ausführlicher
gezeigt ist. Im Modenumformerabschnitt 92 begegnet die
Mikrowellenenergie dem Modenumformer 46, der die Mikrowellenenergie
von Rechteckwellenleitermoden(TE10)- in
Rundmagnetmoden(TM01)-Mikrowellenenergie
umformt. Obwohl am besten Rundmagnetmodenenergie benutzt wird, um
den Block 12 zu erhitzen, sind andere Moden von Mikrowellenenergie
zur Verwendung durch dieses System möglich. Diese anderen Moden
könnten
ein abklingendes Feld beinhalten. Der Begegnung der Mikrowellenenergie
mit dem Modenumformer 46 ist zu eigen, dass Reflexionen
der Mikrowellenenergie auftreten, und diese Reflexionen bewegen
sich zur Mikrowellenquelle 38 zurück. Sie werden durch gleiche
und entgegengesetzte Wellenmuster, die durch Ausgleichsaufbauten 48 im
Mikrowellenweg errichtet werden, ausgelöscht.
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Nach
dem Verlassen des Modenumformerabschnitts 92 bewegt sich
die Mikrowellenenergie durch den Ausgangsabschnitt 50 und
in das Rohr 52 zur Bildung eines Felds mit rundem Querschnitt.
Der Ausgangsabschnitt 50 wirkt als ein Fresnelscher Feldunterdrückungsabschnitt.
Dieser Abschnitt gestattet, das die Fresnelschen Felder, die in
der direkten Umgebung des Modenumformers eine hohe Stärke aufweisen,
abfallen, während
sich die Mikrowellen, die sich nun im neuen symmetrischen Rundmagnetmodus
befinden, zur Erhitzungskammer 34 bewegen. Wenn sie das
Rohr 52 zur Bildung eines Felds mit rundem Querschnitt
verlässt,
betritt die Mikrowellenenergie die Erhitzungskammer 34 in
einem Rundmagnetmodus. In diesem Modus betritt die Mikrowellenenergie
die Erhitzungskammer 34 und den Block 12 in der
Erhitzungs kammer 34 als eine auftreffende Welle mit zwei
gesonderten elektrischen Feldkomponenten, die mit der Betriebsmikrowellenfrequenz
schwingen. Dies setzt den Block 12 elektrischen Feldern
in zwei Achsen, einer axialen, oder entlang der Achse der Bewegung
des eintreffenden Mikrowellensignals verlaufenden, und einer radialen, von
der Mitte des Applikators 24 verlaufenden, aus.
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Dieses
System setzt den Block 12 einem System von Feldern aus,
die bei der Umwandlung der Energie der Mikrowellen in Hitze, die
im Block erzeugt wird, höchst
leistungsfähig
sind. Diese doppelte Feldbestrahlung des Blocks 12 verringert
auch die Bogenbildung und Kriechwege entlang der Leimzeilen, die
bei Mikrowellen, welche entlang einer einzelnen Achse parallel zu
den Leimzeilen eines Blocks 12 angelegt werden, ein Problem
darstellen, auf ein Mindestmaß.
Da diese Mikrowellenenergie senkrecht zur Längsachse des Blocks 12 angelegt
wird, ist zudem die Breite eines Blocks 12 nicht durch
die Grenzen des Eindringens der Mikrowellenenergie von der Seite
des Blocks beschränkt. 9 zeigt
die Anordnung von Bänken
von Applikatoren 24 über
und unter dem Block 12. Die über dem Block 12 angeordneten Applikatoren 24 in 9 zeigen
einen Querschnitt und eine Endansicht des Modenumformerabschnitts 92. 10 zeigt
die Erhitzungsbahn 36, die sich aus einer Bewegung des
Blocks durch die äußere Erhitzungszone 30 und
die vom Applikator 24 projizierte innere Erhitzungszone 32 ergibt. 11 zeigt
die Erhitzungsbahnen 36 am Block 12, die sich
aus einer Bank von sechs Applikatoren 24 ergeben. In der
bevorzugten Ausführungsweise
sind die Mittelpunkte der Applikatoren 24 21,8 cm (8,57
Zoll) beabstandet, wobei eine erste Gruppe von drei Applikatoren 24 so angeordnet
ist, dass ihre Mitten 38,1 cm (15 Zoll) von den Mitten einer anderen
Gruppe von drei Applikatoren entfernt sind. Die Mitten der ersten
Gruppe von drei Applikatoren 24 sind 19,05 cm (7½ Zoll)
vom Ende der Erhitzungskammer 34 beabstandet, die selbst
152,4 cm (60 Zoll) breit ist. Eine ähnliche Bank würde an der
entgegengesetzten Seite des Blocks angeordnet sein. In der besten
Ausführungsweise der
Erfindung würde
die Höchstbreite
eines Blocks 12 geringfügig
schmäler
als die Außenkanten
der äußeren Applikatoren 24 sein.
Obwohl eine Bank von sechs Applikatoren gezeigt ist, besteht für die Anzahl der
Applikatoren, die verwendet werden könnte, keine Beschränkung. Um
einen breiteren Block 12 zu erhitzen, sind Bänke von
8, 10 oder mehr Applikatoren möglich.
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Während die
auftreffende Mikrowellenenergie vom Applikator 24 durch
den Block 12 verläuft, wird
etwas davon im Block absorbiert und verläuft etwas davon durch den Block 12.
Die Mikrowellenenergie, die durch den Block 12 verläuft, trifft
eine reflektierende Oberfläche 102,
die unter dem Block 12 angebracht ist und sich wie in 7 gezeigt
an der Oberseite der Bodenfläche
der Erhitzungskammer 34 befinden kann. Die reflektierende
Oberfläche 102 reflektiert
die auftreffende Mikrowellenenergie als eine reflektierte Welle
direkt in den Block 12 zurück, wo sie erneut durch den
Block verläuft.
Die auftreffenden und die reflektierten Wellen bilden eine Stehwelle,
die sich im Block 12 befindet, und erhitzen das Wasser
im Holz der Furnier und in den Leimschichten. Die Überlagerung
der auftreffenden und der reflektierten Wellen führt zu einem Interferenzmuster von
Stehwellen, die sich zwischen dem Applikator 24 und der
reflektierenden Oberfläche 102 befinden. Dieses
Muster von Stehwellen wird aufgrund der elektrischen Feldvektoren,
einem vom Applikator ausgehenden und dem anderen von der reflektierenden
Oberfläche
ausgesandten, die sich aufbauend vermehren, zu einer erhöhten elektrischen
Feldstärke
im Inneren des Aufbaus des Blocks 12 führen. Der maximale Verlust,
und somit die beste Mikrowellenabstimmung auf den Aufbau des Blocks 12 wird
auftreten, wenn sich das höchste
elektrische Feld dort befindet, wo sich die höchsten Mikrowellenverluste befinden,
was in der Mitte des Blocks 12 ist.
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Wenn
die auftreffende Mikrowelle den Applikator 24 verlässt, verläuft sie
durch eine Anzahl von Ebenen, die Reflexionen verursachen. Die erste
derartige Ebene wird erreicht, wenn die Mikrowellenenergie die Erhitzungskammer 34 betritt.
Die nächste Reflexionsebene
ist die erste Furnierschicht, gefolgt von der ersten Leimschicht.
Jede Schicht von Furnier und Leim verursacht weitere Reflexionen,
und jede Reflexionswelle selbst führt zu kleineren Reflexionen,
wenn sie durch die Furnier- und Leimschichten verläuft. Da
jede dieser reflektierten Wellen eine zugehörige Größe und Phase aufweist, die
das Mikrowellenäquivalent
der Stärke
und der Richtung ist, kombinieren sich die Reflexionen vektoriell
und vermehren sie einander oder löschen sie einander aus. Die
summierte Reflexionswelle von allen Reflexionsoberflächen, einschließlich der
reflektierten Welle, die sich aus der durch den Block verlaufenen
und von der reflektierenden Oberfläche reflektierten auftreffenden
Welle ergab, bewegt sich in einer Richtung, die zu jener der auftreffenden
Wellen entgegengesetzt ist, durch den Applikator 24, durch
den Modenumformerabschnitt 92, und durch den Einstellabschnitt 60 und
in den Sensorabschnitt 104 zurück. Diese summierte reflektierte
Welle wird wie in der schematischen Darstellung von 12 gezeigt
abgefühlt
und eingestellt. Da jeder Applikator 24 seinen eigenen
Sensorabschnitt 104 und Einstellabschnitt 60 aufweist,
kann jeder Applikator 24 einzeln und unabhängig eingestellt
werden, um sich an Veränderungen
in Reflexionen, die durch eine sich verändernde Dichte des Holzes oder
einen sich verändernden Wassergehalt
unter einem bestimmten Applikator verursacht werden, anzupassen.
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Im
Sensorabschnitt 104 stellen die Sensorsonden 106 die
Phase und die Größe der reflektierten
Mikrowellenstrahlung, die den Sensorabschnitt 104 erreicht,
fest. Die Sensorsonden 106 sind im Sensorabschnitt 104 so
angeordnet, dass die Reflexionsphasenverschiebung entlang des Wellenleiters in
der Reflexion 90 Grad beträgt. Diese Sensoren stellen
eine vollständige
Vektordarstellung bereit. Die Sensorsonden 106 sind genau
ein Achtel der Wellenleiterwellenlänge bei der Betriebsfrequenz
des Systems beabstandet. Die Informationen von allen vier Sensorsonden 106 werden
zum Computer 108 gesendet. Der Computer 108 verwendet
die Eingänge von
den vier Sensorsonden 106, um den Vektorreflexionskoeffizienten
zu bestimmen.
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Auf
Basis dieser Informationen, die für jeden Applikator 24 einzeln
berechnet werden, berechnet der Computer 108 die nötige Phase
und Größe, die benötigt werden,
um der reflektierten Energie völlig entgegenzuwirken,
und sendet er ein Signal zum Schrittmotor 70 jedes Applikators.
Der Schrittmotor dreht die Welle 74, und die angebrachte
Schraube 76 bewegt die Einstellsonde 62 in den
oder aus dem Einstellabschnitt 60. Wenn die Einstellsonde 62 in den
Einstellabschnitt 60 ausgefahren wird, bringt sie kapazitive
Ungleichmäßigkeiten
ein, die auch als eine induzierte Reflexion bezeichnet werden könnten. Da
die Einstellsonden 62 auch um eine Phasenverschiebung von
90 Grad bei der Mittenbetriebsfrequenz beabstandet sind, kann ihre
Regulierung zur Erstellung eines Stehwellenmusters führen, das
zu einer induzierten Reflexion führen
wird, die sich mit allen anderen Reflexionen summieren wird und
sie auslöschen
wird. Die induzierte Mikrowellenreflexion weist eine entgegengesetzte
Phase und die gleiche Größe wie die
reflektierten Mikrowellen auf. Auf diese Weise wird die reflektierte
Energie beseitigt und die gesamte Energie der Mikrowelle benutzt,
um den Block 12 zu erhitzen. Aufgrund der Echtzeit-Regulierungen
der induzierten Reflexion werden Unregelmäßigkeiten in der Holzdichte,
im Wassergehalt, in der Leimdicke, und im Wassergehalt des Leims
ausgeglichen, und wird eine gleichmäßige und leistungsfähige Erhitzung
erreicht und aufrechterhalten. Dies gestattet, dass Furnierschichten
mit mehr Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt ohne Vortrocknung verarbeitet
werden.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil bei der Verwendung des Abfühlsystems ist die Option seiner
Verwendung als Qualitätsüberwachung.
Jegliche plötzliche Änderung
in den abgefühlten
Daten würde
die Bedienungsperson auf einen Zustand aufmerksam machen, der untersucht
werden sollte. Zu diesem Zweck ist ein Computer 144 bereitgestellt.
Der Computer 144 ist durch Lichtleiterkabel mit jedem Computer 108 an
jedem Sensorabschnitt 104 verbunden.
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Zwischen
der Mikrowellenquelle 387 und den Sensoren 106 befindet
sich ein Signalrichtungssensor 107, der in 13 gezeigt
ist. Diese Vorrichtung ist dazu aufgebaut, Mikrowellenleistungspegel abzufühlen, die
aus nur einer Richtung kommen, und fühlt den Leistungspegel ab,
der von der Mikrowellenquelle 38 kommt. Die Schleife 132 des
Signalrichtungssensors 107 fühlt sowohl elektrische als
auch magnetische Wellen von den Mikrowellensignalen im Wellenleiter
ab. Diese Signale kombinieren sich an beiden Enden der Schleife
als Vektoren. Diese Vektoren weisen abhängig von der Bewegungsrichtung der
Mikrowellen im Wellenleiter, mit dem der Sensor verbunden ist, an
einem Ende der Schleife die gleiche Größe und eine entgegengesetzte
Richtung auf, und am anderen Ende der Schleife die gleiche Größe und die
gleiche Richtung auf. Die Signale, die in der unerwünschten
Richtung, von der Erhitzungskammer 34, verlaufen, werden
zum verlustbehafteten Widerstand 136 umgeleitet und zerstreut.
Die Signale, die in der gewünschten
Richtung, von der Mikrowellenquelle 38, verlaufen, werden
zum Detektor 138 und durch das Ausgangskabel 140 zum
Computer kanalisiert. Der Computer verwendet den abgefühlten Leistungspegel
der Mikrowellenquelle 38 als einen Teil der Informationen
bei der Berechnung der Einstellsignale, die für die Einstellsonden 62 benötigt werden.
Da der Signalrichtungssensor 107 in nur einer Richtung
gegenüber
dem Fluss von Mikrowellenenergie empfindlich ist, wird er durch
das Interferenzmuster, das durch die Überlagerung der beiden Wellen,
die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, nicht beeinflusst.
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Etwas
der Mikrowellenenergie, die die Erhitzungskammer 34 betritt,
wird vom Block weg reflektiert. Drei Mechanismen sind angeordnet,
um das Entweichen von jedweder dieser reflektierten Mikrowellen
zu verhindern. Wie in 8 gezeigt ist die Erhitzungskammer 34 von
einem Wassertank 94 umgeben. Die Wände des Wassertanks 94 bestehen
aus einem Material, das für
Mikrowellenenergie transparent ist, wie etwa Polyethylen hoher Dichte.
Das Fluid 124 im Wassertank 94 ist eine wässrige Lösung, die vorzugsweise
Propylen oder Ethylenglykol enthält. Das
Fluid 124 im Wassertank 94 wird zu einem herkömmlichen
Kühler
(nicht gezeigt) gerichtet, um jegliche Hitze, die im Fluid 124 erzeugt
wird, abzuleiten.
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Zusätzlich zum
Wassertank 94, der mit dem Fluid 124 gefüllt ist
und die Erhitzungskammer 34 umgibt, befinden sich Dreiviertelwellenleiterwellenlängen-Sperren 100 um
die erste Öffnung 96 zur
Erhitzungskammer und die zweite Öffnung 98 zur
Erhitzungskammer. Diese sind ebenfalls in 8 gezeigt. Diese
Wellenleitersperren sind bereitgestellt, um den elektrischen Feldern
in den gesperrten Abschnitten eine vollständige Bildung zu gestatten,
damit den Feldern der Erhitzungskammer 34 ein passendes
Feldprofil von der Sperre geboten wird, um die elektrischen Felder
von einem Verlassen der Erhitzungskammer 34 abzuhalten.
Durch diese drei Vorrichtungen, den Wassertank 94 und die
Wellensperren 100 an beiden Enden der Erhitzungskammer 34,
wird ein Entweichen von unerwünschten
Mengen von Mikrowellenenergie aus der Vorrichtung verhindert.
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Der
Block 12 wird in der Erhitzungskammer 34 auf 50
bis 90 C°,
und vorzugsweise auf 80 °C
erhitzt, bevor er in die Presse 14 verläuft. Die Presse kann eine herkömmliche
Presse der Industrie für technisch
angefertigtes Holz sein, die den Block unter Druck setzt und zusätzliche
Hitze auf den Block ausübt.
Die Hitze kann von erhitzten Platten 16, von herkömmlichen
seitlich gerichteten Mikrowellenquellen, oder von seitlich oder
aufwärts
gerichteten Rundmagnetmoden-Mikrowellenapplikatoren stammen.
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Nach
der besten Ausführungsweise,
die für die
Anwendung dieser Erfindung ins Auge gefasst ist, werden Aufbauten
aus faserigem Material und Bindematerial unter Verwendung von Mikrowellenenergie in
einem fortlaufenden Strom erhitzt, bevor sie eine fortlaufende Presse
betreten, die weitere Hitze und Druck auf den Aufbau aus faserigem
Material und Bindematerial ausübt.
Holzfasern mit verschiedensten Abmessungen und Gestaltungen sind
die bevorzugte Faser, obwohl jede beliebige Pflanzenfaser und eine
Anzahl von anorganischen Fasern ebenfalls verwendet werden könnte.
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Die
Holzfasern können
aus Stücken,
die so klein wie Sägemehl
sind, bis zu Schichten aus Holzfurnier mit verschiedenen Dicken
bestehen. Technisch angefertigte Holzprodukte, die alle Größen von Holzfasern
zwischen diesen Bereichen verwenden, sind möglich und beinhalten Produkte
wie Holzspanplatten, laminiertes Furnierholz, Holz mit ausgerichteten
Strängen,
Sperrholz, Platten mit ausgerichteten Flachspänen, Platten aus Plättchen,
verfilzten Verbundwerkstoff, laminierten Verbundwerkstoff, kurz- und
langstrangiges Holz, geschichtete strukturelle Holzspanplatten,
Bioverbundwerkstoff, Bagasse-Platten, Strohpappe, Faserplatten mit
mittlerer Dichte und andere Produkte. Variable in diesen Produkten
beinhalten die Größe der Holzfasern,
die Quelle der Holzfasern, die Ausrichtung der Holzfasern, die Länge und
die Breite der Holzfaserstücke, und
die Art des Harzes, das die Fasern zusammenhält. Neben Holz können viele
andere Quellen von Pflanzenfasern benutzt werden, wie etwa Zuckerrohrfasern,
aus denen der Zucker gepresst wurde, Kokosnussfasern, Baumwollfasern,
Gras- oder Strohfasern, oder praktisch jede beliebige Quelle von Pflanzenfasern.
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Andere
Fasern, wie etwa Glasfasern oder Kunststofffasern, können verwendet
werden. Diese Fasern mit verschiedenen Größen, Ausrichtungen, Längen und
Quellen werden durch ein Bindemittel, das erstarrt und fest wird,
während
es härtet,
zusammengehalten. Bei diesem Bindemittel kann es sich um ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz,
ein vernetzendes Polyvinylacetatharz, Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz,
Resorcin-Phenol-Formaldehyd-Harz, aliphatische
und Polyvinylacetatharz-Emulsionsharzklebstoffe, und andere Bindemittel,
die fest werden, während
sie härten,
und deren Härtung
mit einer erhöhten
Temperatur beschleunigt wird, handeln.
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Obwohl
jede beliebige Pflanzenfaser verwendet werden könnte, beinhalten einige sehr
praktische Möglichkeiten
Fasern von Zuckerrohr, aus denen der Zucker gepresst wurde, Kokosnussfasern, Gras-
oder Strohfasern, Baumwollfasern, oder praktisch jede beliebige
andere Quelle von Pflanzenfasern. Anorganische Fasern, die Möglichkeiten
zur Verwendung bei dieser Anwendung darstellen, beinhalten Glasfasern
und Kunststofffasern verschiedenster Arten.
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Wenn
Holzfasern verwendet werden, wird die beste Ausführungsweise der Erfindung Schichten aus
Holzfurnier mit einer Dicke von ungefähr 0,32 cm bis 0,25 cm (1/8
Zoll bis 1/10 Zoll) und einer Breie von zumindest 1,22 m (4 Fuß) benutzen.
Diese Furnierplatten werden so lang als möglich sein und werden zusammengesetzt
werden, um eine fortlaufende Matte von Furnierschichten von 8,9
cm bis 25,4 cm (3½ Zoll
bis 10 Zoll) zu bilden. Obwohl eine Nominalbreite von 1,22 m (4
Fuß) erwartet
wird, ist geplant, dass die Vorrichtung und das Verfahren Holz mit
einer Breite von 2,44 m (8 Fuß)
oder größer unterbringen
werden. Es wird nicht erwartet, dass die Breite des Blocks eine
Beschränkung
dieses Systems darstellt.
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Diese
Erfindung ist auf eine Anzahl von Härtungsmitteln anwendbar. Die
Eigenschaft, die in einem Härtungsmittel
vorhanden sein muss, ist, dass Hitze das Festwerden des Härtungsmittels
beschleunigt. Die Quelle wird bei 915 oder 2450 MHz tätig sein,
was das vorgesehene industrielle Band in den Vereinigten Staaten
ist. In anderen Ländern
könnten andere
Wellenlängen
von 100 bis 10.000 MHz benutzt werden. Eine Mikrowellenenergiequelle
für diese
Erfindung ist eine herkömmliche
Mikrowellenleistungsquelle. Der Leistungsausgang beträgt nominell 75
kWh für
jeden Sender, der durch das System verwendet wird. Die gegenwärtige Gestaltung
des Systems verlangt, dass drei Mikrowellenquellen 38 und zwölf Applikatoren 24 benutzt
werden.
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Obwohl
die vorliegende bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, versteht sich eindeutig,
dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern innerhalb
des Umfangs der folgenden Ansprüche
auf verschiedenste Weisen praktisch ausgeführt werden kann.