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Anordnung zur Herstellung von Körpern aus durch Wärme zu verfestigenden
Stoffen Es ist bekannt, daß man Stoffe verschiedenster Art vorteilhaft durch die
Einwirkung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes, insbesondere eines Ultrakurzwellenfeldes
mit einer Wellenlänge von weniger als ioo m erwärmen kann. Beispielsweise ist es
bekannt, daß Formkörper aus durch Wärme abbindenden Preßmassen besonders vorteilhaft
im elektrischen Hochfrequenzfeld hergestellt werden können, da sich die durch das
Hochfrequenzfeld erzeugte Wärme unmittelbar im Innern der zu erwärmenden Masse bildet,
so daß alle Schwierigkeiten, die bei einer Wärmezuführung von außen her infolge
der meist schlechten Wärmeleitfähigkeit der Preßmassen auftreten, vollkommen vermieden
werden. Das Wärmeverhalten der verschiedenen Stoffe, d. h. ihr Temperaturanstieg
im Hochfrequenzfeld in der Zeiteinheit bei gleichen Betriebsbedingungen, ist jedoch
nicht für alle Stoffe das gleiche, sondern es ist von charakteristischen Eigenschaften
der Stoffe selbst abhängig. So ist beispielsweise die durch das Hochfrequenzfeld
hervorgerufene Wärmebildung um so größer, je größer der Verlustwinkel des zu erwärmenden
Gutes ist. Andererseits ist der durch- das Hochfrequenzfeld hervorgerufene Temperaturanstieg
um so kleiner, je größer das spezifische Gewicht und die spezifische Wärme des zu
erwärmenden Stoffes ist. Auch von der Dielektrizitätskonstante und den Abmessungen
des Körpers, insbesondere in Richtung der Feldkraftlinien, ist die Wärmebildung
im Hochfrequenzfeld abhängig. Entsprechend dem unterschiedlichen Erwärmungsgrad
ist auch die Zeit, innerhalb der eine bestimmte Endtemperatur erreicht wird, recht
verschieden. Im allgemeinen brauchen diese
Betriebsgrößen jedoch
bei der Erwärmung des Gutes im Hochfrequenzfeld nicht besonders berücksichtigt zu
werden, da man es ohne weiteres in der Hand hat, eine gewünschte Endtemperatur des
zu erhitzenden Gutes durch entsprechende Änderung der Spannung und der Frequenz
des zur Erzeugung des Hochfrequenzfeldes dienenden Hochfrequenzerzeugers sowie auch
der Behandlungsdauer zu erreichen. Durch Änderung der Spannung und Frequenz ist
es im allgemeinen auch möglich, eine gewünschte Endtemperatur in einer bestimmten
vorgeschriebenen Zeitspanne zu erreichen. Alle diese Anpassungen an die besondere
Art eines Gutes und sein Verhalten im elektrischen Hochfrequenzfeld können für jedes
zu behandelnde Gut durch entsprechende Probeversuche leicht ermittelt werden.
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Auf Schwierigkeiten stößt man aber bei der Erwärmung eines Gutes im
Hochfrequenzfeld, wenn das Gut aus zwei oder mehr aneinandergereihten Teilen besteht,
die im Hochfrequenzfeld unterschiedliche Wärmeverhalten aufweisen. Stimmt man beispielsweise
bei einem solchen Gut die Spannung und die Frequenz des Feldes sowie die Behandlungsdauer
auf einen dieser Gutteile ab, dessen Erwärmungsgrad im Hochfrequenzfeld geringer
ist als der der andere Gutteile, so haben die anderen Gutteile, sobald der erste,
die gewünschte Endtemperatur erreicht hat, die Endtemperatur bereits überschritten
und sind mehr oder minder erhitzt. Umgekehrt würden bei einer Abstimmung des Hochfrequenzerzeugers
auf den' Gutteil mit dem größten Erwärmungsgrad die übrigen Gutteile, sobald der
erste die gewünschte Endtemperatur erreicht hat, noch nicht genügend hochgeheizt
sein.
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Wegen dieser Schwierigkeiten mußte man bisher auf die Erhitzung solcher
zusammengesetzter Teile im Hochfrequenzfeld meistens verzichten, und man sah sich
gezwungen, jeden einzelnen Teil des Gutes zunächst allein für sich im Hochfrequenzfeld
zu behandeln und die einzelnen Teile erst nachträglich miteinander zu verbinden,
da es nur auf diese Weise möglich war, die Betriebsgrößen des Hochfrequenzerzeugers
dem unterschiedlichen Temperaturverhalten eines jeden einzelnen Teiles richtig anzupassen.
Es ist jedoch begreiflich, daß ein solches Verfahren in vielen Fällen recht nachteilig
sein kann. Insbesondere muß man auf die Möglichkeit verzichten, daß sich die einzelnen
Gutteile schon während ihres Abbindens zwangsläufig miteinander fest vereinigen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, die diese Nachteile in
überraschend einfacher Weise beseitigt. Die Anordnung nach der Erfindung besteht
darin, daß das Gut in einer solchen Lage zwischen den einander gegenüberstehenden
Feldelektroden angeordnet wird, daß die Trennungsflächen der einzelnen Gutteile
im wesentlichen in der Feldrichtung liegen, und daß durch entsprechende Anordnung
tind Ausbildung der Feldelektroden, beispielsweise durch entsprechende Bemessung
des gegenseitigen Abstandes der Feldelektroden, die Feldstärken in jedem einzelnen,
durch die Trennungsflächen abgegrenzten Feldabschnitt so groß (gegebenenfalls verschieden
groß) ist, daß in allen Gutteilen der zeitliche Temperaturanstieg, bedingt durch
ihre die Wärmebildung im Hochfrequenzfeld beeinflussenden stofflichen Eigenschaften
und bzw. oder durch ihre Ausdehnung im Feld zum mindesten annähernd der gleiche
ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, das Verhältnis
zwischen der Gutausdehnung in der Richtung der Feldlinien und der Feldlänge für
jeden einzelnen Gutteil besonders abzustimmen und dadurch den Temperaturanstieg
in den einzelnen Gutteilen derart aneinander anzupassen, daß die einzelnen Gutteile
trotz des ihnen eigenen unterschiedlichen Wärmeverhaltens im Hochfrequenzfeld alle
den gleichen oder doch zum mindesten annähernd den gleichen Temperaturanstieg aufweisen.
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An Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
werden die Anordnungen nach der Erfindung und ihre Wirkungsweise noch näher erläutert.
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In Fig. i ist ein durch Wärmeeinwirkung zum Abbinden zu bringender
Formkörper i dargestellt, der aus den drei aneinandergereihten Einzelteilen I, 1I
und III zusammengesetzt ist. Der Formkörper ist zwischen den beiden plattenförmigen
Elektroden 2 und 3 angeordnet, die an einen geeigneten Hochfrequenzerzeuger angeschlossen
werden. Wird durch Einschalten des Hochfrequenzerzeugers zwischen den Elektröden
ein Hochfrequenzfeld erzeugt, so erwärmt sich der Formkörper unter der Einwirkung
der ihn durchdringenden Kraftlinien.
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Es sei nun angenommen, daß die beiden Teile I und III aus gleichem
Stoff bestehen, während der Teil 11
aus einem anderen Stoff besteht, und zwar
aus einem Stoff anderen Wärmeverhaltens als die Teile I und 1I1. Somit ist auch
der Erwärmungsgrad des Teiles II ein anderer als der der Teile I und 11I, was erfindungsgemäß
vermieden werden soll.
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Die Fig. 2 zeigt den gleichen Formkörper i in einer Anordnung nach
der Erfindung, wobei angenommen ist, daß die Teile I und III einen viel kleineren
Erwärmungsgrad im Hochfrequenzfeld haben als der Teil Il. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich, ist auch hier der Formkörper derart zwischen den beiden einander gegenüberstehenden
Feldelektroden 2' und 3' angeordnet, daß die Trennungsflächen der einzelnen Gutteile
parallel zur Feldrichtung liegen. Erfindungsgemäß ist jedoch der gegenseitige Abstand
der beiden Elektroden für die einzelnen Gutteile, wie aus der Zeichnung ersichtlich,
verschieden gewählt. Während bei der Anordnung nach Fig. i der Abstand der Elektroden
von den Gutteilen I und 111 mehr als doppelt so groß ist wie der Elektrodenabstand
von dem Gutteil 1I, ist er bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung infolge der
besonderen Ausbildung der Elektroden nur noch um ein weniges größer als der Elektrodenabstand
von dem Gutteil II. Hierdurch ist die Feldstärke in den einzelnen Feldabschnitten
verschieden groß, und zwar bei richtiger Bemessung erfindungsgemäß so verschieden
groß, daß in allen drei Gutteilen der zeitliche Temperaturanstieg, bedingt durch
ihre die Wärmebildung beeinflussenden stofflichen Eigenschaften und ihre Ausdehnung
im Feld, zum mindesten annähernd der gleiche ist.
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Die Größe des gegenseitigen Elektrodenabstandes für die einzelnen
Gutteile und das Verhältnis dieser Elektrodenabstä.nde zueinander kann auf verschiedene
Weise
ermittelt werden. Beispielsweise können die Elektroden zum mindesten an den Übergangsstellen
biegsam oder gelenkig ausgebildet werden, so daß das richtige Verhältnis der Elektrodenabstände
zueinander unter Zuhilfenahme von in die einzelnen Gutteile eingeführten Thermometern
durch Probieren ermittelt werden kann. Eine andere Möglichkeit zur Ermittlung der
richtigen Verhältnisse der Elektrodenabstände besteht darin, daß man die einzelnen
Elektrodenabstände rechnerisch ermittelt. Hierbei ist zu beachten, daß sich durch
die Änderung des Elektrodenabstandes das Verhältnis dieses Abstandes zu der Ausdehnung
des Gutes in der Feldrichtung ändert, wodurch sich auch der Spannungsanteil ändert,
der dem einzelnen Gutteil an der an die Elektroden angelegten Gesamtspannung zukommt.
Sind dem Fachmann die verschiedenen stofflichen Eigenschaften des zu behandelnden
Gutes, die auf den Erwärmungsgrad des Gutes im Hochfrequenzfeld von Einfluß sind,
bekannt, so ist er in der Lage, erfindungsgemäß diejenigen Elektrodenabstände zu
errechnen, bei denen die von dem Elektrodenabstand abhängigen Sp4nnungsanteile die
Unterschiede der stofflich abhängigen Erwärmungsgrade der einzelnen Gutteile aufheben.
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In Fig. 3 ist der Formkörper i der gleiche wie bei trig. i und 2,
doch ist angenommen, daß die Teile i und 3 einen viel größeren Erwärmungsgrad im
Hochfrequenzfeld haben als der Teil 11. Um auch hier wiederum den gleichen
zeitlichen Temperaturanstieg in allen drei Teilen zu erhalten, sind die Elektroden
2" und 3" umgekehrt gekröpft als die Elektroden der Fig. 2.
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Zum Vergleich mit den Beispielen der Fig. 2 und 3 sei noch der Fall
besprochen, daß alle drei Teile des Formkörpers i aus dem gleichen Stoff bestehen,
mithin auch das gleiche Wärmeverhalten haben, soweit dieses durch ihre stofflichen
Eigenschaften bedingt ist. Trotzdem würden sich in diesem Fall die einzelnen Teile
des Formkörpers, wenn man sie in der in Fig. i gezeigten Weise zwischen ebenen Elektroden
anordnen würde, infolge ihrer verschieden großen Ausdehnung in der Feldrichtung
unterschiedlich erwärmen. Auch in diesem Fall kann jedoch erfindungsgemäß eine gleiche
Erwärmung aller drei Teile erreicht werden, indem die Elektroden beispielsweise
die in Fig. 2 gezeigte Form erhalten. Die genauen gegenseitigen Abstände der Elektroden
in den einzelnen Feldabschnitten und ihr Verhältnis zueinander können auch hier
in der oben geschilderten Weise errechnet oder durch Versuche ermittelt werden.
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Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die gleiche Erwärmung
der unterschiedlichen Teile jeweils dadurch erreicht, daß die Feldstärke in den
einzelnen Feldabschnitten, bedingt durch den gegenseitigen Abstand der Elektroden
in den einzelnen Feldabschnitten, auf das Wärmeverhalten der einzelnen Gutteile
im Hochfrcquenzfeld, bedingt durch die stofflichen Eigenschaften der Gutteile und
ihre räumliche Ausdehnung in der Feldrichtung sowie auch in der Ebene senkrecht
dazu, erfindungsgemäß in einer ganz bestimmten Weise aufeinander abgestimmt wird.
In besonderen Grenzfällen kann es daher bei der Erwärmung zweier stofflich und räumlich
unterschiedlicher Körperteile im Hochfrcquenzfeld sogar vorkommen, daß die stoffliche
Abhängigkeit des Erwärmungsgrades und die räumliche Abhängigkeit des Erwärmungsgrades
der beiden Körperteile in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, daß sich zur
Erzielung des gleichen Erwärmungsgrades erfindungsgemäß für beide Körperteile auch
der gleiche Elektrodenabstand als erforderlich ergibt. In diesem seltenen Grenzfall
würden also die Elektroden die in Fig. i gezeigte ebene Form haben können. Auch
dieser Grenzfall der Anordnung nach der Erfindung unterscheidet sich jedoch von
dem bisher bekannten wesentlich, denn der gegenseitige Abstand der beiden ebenen
Elektroden darf dabei nicht beliebig groß sein, sondern muß einen ganz bestimmten,
erfindungsgemäß auf das unterschiedliche Wärmeverhalten der beiden Körperteile genau
abgestimmten Wert haben. Erwähnt sei, daß es bei diesem Grenzfall der Anordnung
nach der Erfindung, sofern das Gut nicht mehr als zwei verschiedenartige Teile nebeneinander
besitzt, gleichgültig ist, ob die Trennfläche der einzelnen Gutteile senkrecht oder
parallel zur Feldrichtung liegt.
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Eine weitere Ausbildung der Anordnung nach der Erfindung ist noch
in Fig. 4 und 5 im Aufriß und Grundriß gezeigt. Ein Körper 4 ist aus mehreren aufeinandergeschichteten
Brettern, z. B. aus Holz, zusammengesetzt, die miteinander verleimt werden sollen
wobei die zum Abbinden des Leimes erforderliche Wärme durch die Einwirkung eines
Hochfrequenzfeldes erzeugt wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die einzelnen
Bretter in der Mitte unterteilt, wobei die einzelnen Brettstücke überlappt sind.
Ferner sei angenommen, daß die linken Brettstücke aus einem anderen Holz bestehen
als die rechten Stücke, beispielsweise die linken aus Hartholz und die rechten aus
Weichholz.
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Die Verleimung im Hochfrequenzfeld geschieht gemäß einem früheren
Vorschlag vorteilhaft derart, daß die Leimflächen in der Feldrichtung liegen. Die
Elektroden müssen demnach längs der Leimflächenkanten angeordnet werden, so daß
sich auch in diesem 'Fall, ähnlich wie bei den Beispielen der Fig. i bis 3, im Feld
nebeneinander Gutteile unterschiedlichen Wärmeverhaltens befinden, wobei wiederum
die Trennflächen der einzelnen Gutteile im wesentlichen in der Feldrichtung liegen.
Um auch in diesem Fall erfindungsgemäß im linken und rechten Teil des Formkörpers
die gleiche Erwärmung zu erzielen, haben die Elektroden 5 und 6 die in Fig. 5 gezeigte
Form, wobei angenommen ist, daß das Holz des linken Körperteiles einen größeren
Erwärmungsgrad im Hochfrequenzfeld hat als das Holz des rechten Körperteiles. (In
Fig. 4 sind die Elektroden zur besseren Übersichtlichkeit der Anordnung nicht mitgezeichnet).
Bemerkenswert ist hierbei, daß sich die schrägen Teile der Elektroden über die gesamte
Länge des mittleren, geschäfteten Teiles des Körpers erstrecken. Die Feldstärke
nimmt also im mittleren Körperteil von links nach rechts allmählich zu, da auch
das im mittleren Feldabschnitt befindliche Volumen der rechten Bretterstücke von
links nach rechts allmählich zunimmt.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht an die beschriebenen Ausführungsbeispiele
gebunden, sondern
kann in mannigfacher Weise abgewandelt werden.
Die Anzahl der aneinandergereihten verschiedenartigen Teile des Gutes kann beliebig
sein. Der Aggregatzustand des Gutes kann beliebig sein, auch die Elektrodenformen
können mannigfach abgewandelt werden. Besteht beispielsweise bei der in Fig. 4 und
5 gezeigten Anordnung der Formkörper nur aus dem mittleren, geschäfteten Teil, dessen
Wärmeverhalten im Hochfrequenzfeld sich von einem Ende zum anderen allmählich ändert,
indem also die beiden Endteile fortgelassen sind, so werden auch an den El(ktroden
die beiden Endstücke fortgelassen, so daß nur der schräge Mittelteil der Elektroden
verwendet wird. Wesentlich ist bei allen Ausbildungsformen, daß die Feldstärke in
den einzelnen Feldabschnitten erfindungsgemäß an das verschiedene Wärmeverhalten
des Gutes angepaßt wird. An sich kann die Feldstärke in den einzelnen Feldabschnitten
auch durch Änderung elektrischer Betriebsgrößen des Hochfrequenzerzeugers, beispielsweise
durch Änderung der an die Feldelektroden angelegten Spannung oder Frequenz, erfolgen,
doch ist bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen durchweg angenommen, daß diese
elektrische Betriebsgrößen unverändert bleiben sollen, da dann die Möglichkeit besteht,
mit ein- und demselben Hochfr(-quenzerzeuger bei unveränderter Einstellung seiner
B°triebsgrößen nacheinander Gut verschiedenster Art zu behandeln. , Schließlich
sei noch erwähnt, daß die beschriebenen Elektroden mit in den einzelnen Feldabschnitten
unterschiedlichem gegenseitigem Abstand auch in solchen Fällen mit Vorteil verwendet
werden können, wenn sich das Gut in den einzelnen Feldabschnitten in einem bestimmten
gewollten Verhältnis verschieden stark erwärmen soll.