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Dielektrische Hochfrequenz-Heizvorrichtung Die Erfindung betrifft
eine dielektrische Heizvorrichtung zur Erwärmung von Bändern, Streifen oder ähnlichen
Materialien mittels elektrischer Felder sehr hoher Frequenz, die in einem Resonanzraum
erzeugt werden.
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Es ist ein Verfahren bekannt, bei welchem bandförmiges Material kontinuierlich
getrocknet wird, indem man es durch ein elektrisches Feld hindurchführt, welches
von einem Hochfrequenzgenerator unter Zwischenschaltung von Verbindungselementen
zwischen zwei parallelen Platten erregt wird. Dieses bekannte Verfahren arbeitet
jedoch mit einem ungenügenden Wirkungsgrad, weil durch Streufelder, Leitungswiderstände,
Öffnungen in den Bauelementen und Ungleichmäßigkeiten des elektrischen Feldes hohe
Energieverluste verursacht werden. Zur Vermeidung dieser Mängel wird .gemäß der
Erfindung eine dielektrische Hochfrequenz-Heizvorrichtung mit einem Resonanzkreis,
.der aus zwei parallelen, an ihren Rändern durch Impedanzplatten verbundenen Kondensatorplatten
besteht und mit dem Hochfrequenzgeneratorrohr eine Einheit bildet, in der Weise
ausgebildet, daß wenigstens eine der Kondensatorplatten eine Öffnung aufweist, durch
die das zu behandelnde Material in das zwischen den Kondensatorplatten erzeugte
elektrische Feld eingeführt wird.
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Die gemäß der Erfindung ausgebildete Heizeinrichtung ermöglicht es,
das elektrische Feld auf einer oder beiden Seiten des Materials und bis auf eine
genau einstellbare Tiefe einwirken zu lassen, auch ohne, daß ein unmittelbarer Kontakt
zwischen
Heizvorrichtung und dem zu behandelnden- Material besteht.
Richtung und Stärke des elektrischen Feldes im Material können in weiten Grenzen
auf beliebige Werte eingestellt werden. Das elektrische Feld kann auch auf ein bestimmtes
Gebiet begrenzt und an einer bestimmten Stelle konzentriertwerden, um eine starke
örtliche Erwärmung zu erzielen. Man kann also den Resonanzkreis jeweils so ausbilden,
daß er der gewünschten Verteilung der Hochfrequenzenergie in dem zu behandelnden
Material angepaßt ist, wobei er die doppelte Aufgabe eines Schwingungskreises und
von Elektroden zu erfüllen hat.
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Der Resonanzkreis kann im Vergleich zu einfachen Elektroden mit höheren
Frequenzen arbeiten, wodurch Energieverluste vermieden werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.
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Fig. i ist eine Draufsicht des trommelförmigen Resonanzkreises nach
der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ist eine Seitenansicht .des Resonanzkreises mit
ausgeschnittenen Teilen; Fig. 3 ist eine Seitenansicht des gleichen horizontal liegenden
Resonanzkreises für die Behandlung eines Materials, das sich in vertikale Richtun-
bewegt; Fig. 4. ist eine Draufsicht wie in Fig. 1 eines Resonanzkreises, der zwecks
Regulierung des Feldes mit inneren Kondensatorplatten ausgerüstet ist; Fig. 5 ist
eine Seitenansicht des Apparates der Fig. q. mit ausgeschnittenen Teilen, wobei
die Anordnung und Größe der inneren Kondensatorplatten gezeigt wird; Fig. 6 ist
ein Seitenschnitt entsprechend Fig. 5, wobei die zwei inneren Kondensatorplatten
mit Querrippen versehen sind, in der Absicht, eine lokale Konzentration des elektrischen
Feldes zu ermöglichen; Fig. 7 ist eine Teildraufsicht entsprechend Fig. d., wobei
die inneren Kondensatorplatten mit Längsrippen versehen sind; Fig. 8 ist eine Teilseitenansicht
entsprechend Fig. 5, wobei die zwei inneren Kondensatorplatten schräg aufgestellt
sind, in der Absicht, einen längeren Durchgangsweg für das Behandlungsmaterial zu
schaffen; Fig. 9 ist"ein vergrößerter Teilschnitt der Fig. 3, der die Lage des elektrischen
Feldes zu dem vorwärts bewegten Material zeigt; Fig. 1o ist ein ähnlicher Teilschnitt
der Fig..?, bei dem das elektrische Feld :die beiden gegenüberliegend-en Seiten
des vorwärts bewegten Materials durchsetzt; Fig. i 1 ist ein Teilschnitt entsprechend
Fig. 8, bei dem die Kondensatorplatten mit Seitenansätzen in Form von Kondensatorstreifen
versehen sind, die an den Öffnungen der Resonanztrommel angeordnet sind; Fig. 12
ist ein Teilschnitt eines eingezogenen Resonators ; Fig. 13 ist eine Seitenteilansicht
mit ausgeschnittenen Teilen eines zylinderförmigen Resonanzkreises, die mit speziellen
Schablonen für die Herstellung von Angelruten versehen ist; Fig.14 ist eine Teildraufsicht
entsprechend Fig. 13; Fig. 15 ist ein Teilschnitt längs der Linie 15-i5 der Fig.
1q..
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Der aus leitendemMaterialhergestellteResonanzkreis besteht im Prinzip
aus einem abgestimmten Stromkreis, der eine Induktivität und eine Kapazität in Parallelschaltung
besitzt. Der Kondensator wird durch zwei gegenüberliegende Wände des Raumes, die
Induktivität durch die übrigen Wände, die die Verbindung zwischen den Kondensatorplatten
darstellen, gebildet.
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In einem solchen Resonanzkreis wird die Anordnung der Induktivitäts-
und der Kapazitätswände durch die Anordnung des oder der elektrischen. Felder bedingt,
dessen Einstellung wiederum von der Art der Energieerzeugung im Krens abhängt.
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Beispielsweise können die Kapazitätswände eines zvlindri.schen Resonianzk
reises entweder- aus dien ebenen Endwänden des Raumes oder aus den der zylindrischen
Wand diametral gegenüberliegenden Teilen bestehen.
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Die Fig. i und 2 zeigen beispielsweise einen Resonator 3o, der auf
geeignete Isolatoren 31 aufgesetzt und direkt durch .eine geeignete Schaltung unter
Verwendung einer Vakuumröhre 32 bei einer gewünschten Frequenz, die gewöhnlich im
Gebiet sehr hoher Frequenzen (UKW) liegt, erregt wird.
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Die Frequenz wird zweckmäßig so gewählt; daß zwischen den Kondensatorplatten
sich eine halbe Wellenlänge ausbildet, wobei die maximale Feldspannung in der Nähe
der erwähnten Öffnung bzw. Öffnungen liegt.
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Der neue Resonator 3o nach Fig. 2 und 1 ist trommelförmig, d. h. zylindrisch,
und hat einen ziemlich großen Durchmesser im Vergleich zu seiner axialen Länge.
Die zwei Endwände 33, :die eben und parallel sein können und zwischen denen das
elektrische Feld schwingt,.nennen wir Kapazitätswände, die Hüllwand35 die-Induktivitätswand
des Resonators. Wenigstens eine der zwei Kapazitätswände 33 weist eine geeignete
Öffnung auf, die die Einführung des Materials in den Resonator und die darauffolgende
Einwirkung des zwischen den beiden Kapazitätswänden liegenden elektrischen Feldes
auf das Material gestattet.
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Vorzugsweise sind in beiden Wänden jeweils Öffnungen vorgesehen, um
die fortlaufende Durchführung ges Materials durch den Resonator zu ermöglichen.
Deshalb sind in den zwei Kapazitätswänden 33 gegenüberliegende Öffnungen vorgesehen,
die die Einführung :des bandförmigen Behandlungsgutes 37 in den Resonator gestatten,
wie in Fig. 2 wiedergegeben ist. Eine bekannte Form eines Resonanzraumes besteht
im Prinzip aus einer geschlossenen Hülle, die z. B. durch einen Wellenleiter erregt
wird und in der das elektrische Feld vollständig konzentriert ist. Eine Ausstrahlung
erfolgt nur innerhalb der räumlichen Abmessungen des Resonanzkreises, die ihrerseits
noch verkleinert
werden können. In einem solchen Raum würde eine
etwaige Öffnung sofort einen Verlust an elektromagnetischer Energie mit sich bringen;
dahingegen verursachen die für die Durchführung des Behandlungsmaterials vorgeschlagenen
Öffnungen im Schwingkreis keine die optimale Wirkung verringernden Energieverluste
infolge der verhältnismäßig niedrigen Frequenz und der Tatsache, daß das Behandlungsmaterial
auf Grund seiner Dielektrizitätskonstante selbst die Hauptkapazität des Schwingungskreises
darstellt.
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Die Fig. i und 2 zeigen ein Band 37, das aus drei Holzstreifen besteht,
die mittels zwei Klebeschichten 38 gut aneinanderhaften; die Einwirkung des Resonators
bewirkt das Härten und Polymerisieren der Klebeschichten, so daß die drei Holzstreifen
eine gleichmäßige Struktur bilden. Die zwei Öffnungen 36 können rechtwinklige Schlitze
sein, deren Größe dem Ouerschnitt des Behandlungsmaterials entspricht.
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Die Öffnungen können aber auch beliebige andere Dimensionen besitzen.
Beim Durchlaufen des Materials 37 durch den Resonator wird dieses gleichmäßig der
Einwirkung des zwischen den Öffnungen 36 liegenden elektrischen Feldes ausgesetzt.
Die Klebeschichten laufen parallel mit dem elektrischen Feld, das sich in der Ebene
erstreckt, in der sich das Material vorwärts bewegt.
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Die Klebeschichten 38 und die Holzstreifen 37 werden parallel zum
elektrischen Feld eingestellt, d. h. so, daß das auf die Klebeschichten einwirkende
elektrische Feld nicht auch zwangläufig Holz durchdringen muß. Der Erwärmungsgrad
bei dieser Paralleleinstellung ist proportional dem Produkt aus der Dielektrizitätskonstante,
dem Verlustfaktor und dem O_uädrat der in dem betreffenden Material entstehenden
Feldstärke; das Produkt der zwei ersteren Faktoren ist der Verbrauchsfaktor.
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Bei der Behandlung einer feuchten Klebeschicht ist der Erwärmungsgrad
hoch infolge des hohen Verlustfaktors und der hohen Dielektrizitätskonstanten und
weil die Leistung vollständig in der Klebeschicht verbraucht wird (an Stelle durch
das Holz teilweise absoirbiert zu werden).
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Ein anderer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung liegt darin, daß
die verfügbare Spannung des elektrischen Feldes über eine beträchtliche Länge der
Klebeschicht sowie über einen beträchtlichen Teil der elektrischen Feldlänge auf
die Klebeschicht einwirkt.
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Im Vergleich zu einer Klebeschicht, die- quer durch das elektrische
Feld geführt wird, hat diese Vorrichtung den beträchtlichen Vorteil, daß die Luftspalte
beiderseits der Klebeschichten bedeutend verkleinert und dadurch die in diesen Luftspalten
auftretenden Spannungsverluste entsprechend vermindert werden, so daß die wirksame
Feldstärke erhöht wird.
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Die Anordnung des elektrischen Feldes in Längsrichtung und parallel
zu dem vorwärts bewegten Material 37 hat den Vorteil, daß die Behandlungszeit jedes
Materialteilchens von der Geschwindigkeit abhängig ist, mit der sich das Material
durch den Resonator hindurchbewegt. Oft ist nämlich eine ziemlich lange, aber mäßige
Erwärmung des 'Materials einer kurzen., aber intensiven. Erwärmung vorzuziehen,
insbesondere z. B. beim Härten von synthetischen Kle!bmitte#ln .ln.
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Es ist klar, daß die Temperatur des Materials durch Änderung seiner
Vorschubgeschwindigkeit, ja die Temperaturerhöhung im umgekehrten Verhältnis zu
der Vorschubgeschwindigkeit des Materials steht und durch eine kontinuierliche Regelung
der Plattenspannung eingestellt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil des Materialtransportes durch den Resonator gemäß
Fig. i und 2 besteht darin, daß das Material gleichzeitig an zwei gegenübergesetzten
Seiten erwärmt und die Eindringtiefe des elektrischen Feldes in das Material beliebig
reguliert werden kann. Fig. io zeigt, wie bei der Behandlung von mit Längsklebeschichten
versehenen Holzstreifen im Resonator nur die Außenkanten der Klebeschichten durch
die Hochfrequenzenergie gehärtet werden. Die Eindringtiefe dieser Wärmebehandlung
wird durch die gestrichelten Linien 4.o angedeutet.
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Der Zusammenhalt der Holzstreifen wird durch seitlichen Druck während
des Transportes des Materials 37 durch den Resonator bewirkt; sobald jedoch die
Außenkanten der Klebeschichten gehärtet sind, ist es für den Zusammenhalt der Holzstreifen
nicht mehr notwendig, den mechanischen Druck aufrechtzuerhalten.. Die Mittelteile
der Klebeschichten härten allmählich ohne etwaige nachträgliche Erwärmung nach.
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Die Eindringtiefe wird erniedrigt, wenn die Dimension A vergrößert
und die Dimensionen B
und/oder C verkleinert werden.
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Andererseits ergibt sich aus Fig. i i eindeutig; daß die Eindringtiefe
dadurch erhöht werden kann, daß man die vorgesehenen Öffnungen möglichst klein wählt,
um den Abstand zwischen dem Metall des Resonators und dem durchgehenden Material
zu verringern. Weiter ergibt sich aus Fig. ii, daß die Eindringtiefe noch dadurch
erhöht werden kann, daß man diese Öffnungen durch Metallbänder 41 einrahmt. Im wesentlichen
sind diese Bänder .1.i als innere seitliche Ansätze der Kapazitätswände zu betrachten.
Das zu behandelnde Materialband .42 nach Fig. i i besteht aus zwei horizontalen
Holzschichten .l3 mit einer horizontalen Zwischenklebeschicht 44, wobei die Eindringtiefe
so bemessen wird, daß die innere Klebeschicht, ungeachtet ihrer entfernten Lage
und der Dicke des umgebenden Holzes, tatsächlich erwärmt wird.
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Fig. 3 ist die Abbildung eines Resonators nach Fig. i und 2, der für
eine Durchlaufbehandlung eines senkrecht vorwärts bewegten Materials auf die Seite
gestellt ist. So kann beispielsweise ein photographisches Filmband q:6 zwecks Trocknung
mittels Leitrollen 47 senkrecht durch die Öffnungen 48 des Resonators geführt werden.
Da man den Film vollständig dem umgebenden elektrischen Feld aussetzen will, ist
es nicht zweckmäßig, das Filmband innerhalb des Resonators 49 zu unterstützen.
Fig.9
zeigt das Eindringen des elektrischen Feldes in die Emulsions- und in die Rückschicht
des Films. Wie aus Fig.9 hervorgeht, ist das Filmband aus einer Emulsions- oder
Gelatineschicht 5o und einer Kunststoffunterlage aus Cellulo,searetat od. dgl. 51
aufgebaut. Angesichts des hohen Feuchtigkeitsgrades der Gelatineschicht in dieser
Herstellungsstufe wird auch der Energieverbrauch in .der Gelatineschicht höher sein
als im Acetatbünd 51.
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Die Erwärmung konzentriert sich auf die wassergesättigte Emulsionsschicht,
während die Kunststoffunterlage nur in geringem Maße erwärmt wird, so daß keine
Filmverzerrung eintritt.
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Die Fig. q. und 5 zeigen, wie die inneren plattenförmigen Kondensatorelemente
55 an den Kapazitätswänden 33 des Resonators 30 erfindungsgemäß angebracht
werden, um eine teilweise Ablenkung des im vorstehenden als längs gerichtet beschriebenen
elektrischen Feldes zu bewirken und dadurch eine quer gerichtete Eindringung desselben
in das vorwärts bewegte Material zu ermöglichen.
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Diese Anordnung von abnehmbaren Kapazitätsplatten 55 gestattet eine
-beliebige Verschiebung des elektrischen Feldes in einer Richtung, die jeweils den
verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung angepaßt werden kann.
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Der Resonanzkreis 53 nach Fig. q. und 5 enthält zwei Kapazitätswände,
an denen zwei Hilfskapazitätsplatten 55 befestigt sind, die mit Hilfe des Bolzens
56 einstellbar und/oder abnehmbar sind. Vergleichsweise wird der gegenseitige Abstand
der beiden Kapazitätsplatten 55 klein sein gegenüber dem Abstand zwischen ihren
Endkanten und den gegenüberliegenden Kapazitätswänden 5¢, so daß das elektrische
Feld zwischen den beiden Platten 55 quer durch das Bandmaterial 37 läuft.
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Nach Fig. 5 wird -das Bandmaterial 37 allmählich durch ein quer verlaufendes
elektrisches Feld geleitet, während die Klebeschichten parallel zu dem elektrischen
Feld liegen.
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Die Kapazitätsflächen des Resonanzkreises können mit Vorsprüngen versehen
sein, um eine Zusammenziehung des elektrischen Feldes zu bewirken. Beispielsweise
können die Kapazitätsplatten 55 Rippen, Erhöhungen oder andere zweckmäßige Vorsprünge
aufweisen. Fig.6 stellt zwei Platten 55 dar, die quer zu der Laufrichtung des Bandes
37 abnehmbare Querrippen 58 besitzen, so daß das gesamte Material der Reihe nach
zwei Zonen hoher elektrischer Feldstärke durchläuft.
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Nach Fig. 7 können die Kapazitätsplatten 55 abnehmbare Längsrippen
59 besitzen, um das elektrische Feld in einer Längszone, die parallel zu der Laufrichtung
des Materialbandes 37 liegt, zu konzentrieren. In diesem Fall ziehen die Rippen
58 das elektrische Feld auf die Ebene der Längsklebeschichten 38 des vorwärts bewegten
Bandes zusammen.
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Fig. 8 zeigt Hilfskapazitätsplatten, durch die das elektrische Feld
in verschiedenen Richtungen abgelenkt werden kann. Zu diesem Zweck sind die Kapazitätsplatten
6o schräg angeordnet, so daß sie einen schrägen Transportweg für das Band 37 bilden.
Die Längsausdehnung- der Behandlungszone wird dadurch vergrößert, während die Energiedichte
des elektrischen Feldes entsprechend erniedrigt wird.
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Die Einrichtung nach Fig.8 zur Behandlung eines fortlaufenden Bandes
37 weist einen längeren Durchgangsweg auf als die Einrichtung nach Fig. 5, so daß
jedes Materialteilchen weniger intensiv erwärmt wird als dort.
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Fig. 12 zeigt einen Resonator, dessen Kapazitätswände 61 eingezogen
sind, wodurch man einen ringförmigen Querschnitt mit zentraler Durchtrittsöffnung
erhält. Der Zweck dieser Vorrichtung ist, das elektrische Feld in der mittleren
Zone des Resonators zu konzentrieren und die Energiedichte des Feldes im Gebiet
der zwei Öffnungen 63 entsprechend zu erhöhen.
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Nach Fig. 13, 14 und 15 ist die vorliegende Erfindung besonders anwendbar
auf die Herstellung von laminierten Angelruten. Aus Fig. 14 geht hervor, daß die
Angelrute aus sechs Holzstreifen 65 besteht, deren jeder einen dreieckigen Querschnitt
besitzt und die zu einem Ganzen mit sechseckigem Querschnitt zusammengeheftet sind.
Die Holzstreifen werden durch Klebezwischenschichten 66 zusammengehalten.
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Für diesen Zweck wird ein Resonator 68 der zuvor beschriebenen Art
verwendet, der mit geeigneten Schablonen 69 ausgerüstet ist. Die Schablone 69 besteht
aus einer Reihe von radialen Druckelementen-70, die in den Resonator 68 hineinragen
und die Holzstreifen 65 durch einen radialen Druck, der von jedem Element 7o auf
den entsprechenden Streifen 65 ausgeübt wird, zusammenhalten, wie durch Fig. 14
dargestellt wird. Mindestens der mittlere Hauptteil jedes Druckelementes 7o besteht
aus einem Stoff schlechter Wärmeleitfähigkeit, z. B. einer geeigneten Keramik. Die
äußeren Enden der Elemente 7o werden zweckmäßig in Metall ausgeführt. In Fig. 15
besteht jedes Druckelement 7o aus einem keramischen Stab 71 mit einem Metallende
72, das fest auf dem Stab 71 sitzt und als Ansatz desselben zu betrachten ist. Die
Druckelemente 7o können innerhalb des Resonators 68 beliebig angeordnet: wenden,
wofern dabei der erforderliche radiale Druck sichergestellt ist.
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Die Elemente 70 sind an den gegenüberliegenden Seiten elastisch
durch geeignete Blattfedern 73 gehaltert, die an dem Haltestück 75 befestigt sind.
Dieses metallene Haltestück 75 besitzt einen Befestigungsflansch 76, mit dem das
Ganze seitlich in der Resonatoröffnung befestigt wird, sowie eine zylindrische Wand
77, an der die Blattfedern in geeigneter Weise angebracht werden können.
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Wenn ein freies Bündel von sechs mit Klebstoff überzogenen Holzstreifen
in die Schablone 69 geführt wird, federn die Druckelemente 7o weiter auseinander;
hierdurch entsteht ein .radialer Druck, der das Holzstreifenbündel während der Wärmebehandlung
zusammenzupressen vermag. Indem das Bündel in Längsrichtung durch den Resonator
geleitet wird, werden die Klebeschichten durch
Wärme und Druck gehärtet,
so daß an der anderen Seite des Resonators eine starklaminierte Rute austritt. Die
zwei metallenen Haltestücke 75 sowie die Metallblattfedern 73 und die Metallenden
72 sind als Ansätze der Kapazitätswände des Resonators zu betrachten, und das elektrische
Feld erstreckt sich zwischen den Metallenden 72 in der Weise, daß es im Lattenbündel
65 der Rute konzentriert ist. Zu diesem Zweck sind die Elemente 75, 73 und
72 vorzugsweise aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Aluminium,
hergestellt.