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Einrichtung zum Erhitzen, insbesondere Trocknen, eines Gutes durch
die Einwirkung eines kapazitiven Hochfrequenzfeldes Es ist bekannt, Holz und vieles
andere Gut im kapazitiven Hochfrequenzfeld, vorzugsweise in einem elektrischen Ultrakurzwellenfeld
mit einer Wellenlänge von weniger als roo m, zu erhitzen, sei es, um das Gut zu
trocknen, oder sei es, um in dem Gut irgendwelche sonstigen physikalischen, chemischen
oder biologischen Wirkungen hervorzurufen. Nachteilig kann es bei der Durchführung
dieses Verfahrens sein, daß sich die Eigenschaften des Gutes, soweit sie auf die
Wärmebildung im Hochfrequenzfeld von Einfluß sind, während der Feldeinwirkung ändern:
Soll beispielsweise ein nasses Gut im Hochfrequenzfeld getrocknet werden, so hat
das in das Feld eingebrachte Gut zunächst je nach seiner Art und seinem Feuchtigkeitsgehalt
eine Dielektrizitätskonstante und einen dielektrischen Verlustwinkel bestimmter
Größe. Mit fortschreitendem Trocknungsvorgang werden jedoch die dielektrischen Verluste
und vielfach auch die Dielektrizitätskonstante. kleiner. Auch in Abhängigkeit von
der zunehmenden Temperatur können sich die elektrischen Verluste des Gutes ändern.
Alle diese Änderungen haben zur Folge, daß die vom Gut aufgenommene Hochfrequenzenergie
mit fortschreitender Trocknung bzw. Erhitzung kleiner und kleiner wird und gegen
Ende der Trocknung vielfach nur einen geringen Bruchteil der zu Beginn des Trocknungsvorganges
aufgenommenen
Energie beträgt. Somit wird aber auch die Belastung
der zur Erzeugung des Hochfrequenzfeldes dienenden Hochfrequenzeinrichtung; meistens
eines Röhrengenerators, mit fortschreitendem Arbeitsgang immer kleiner. Die Hochfrequenzeinrichtung
arbeitet dann unwirtschaftlich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß. die Generatorröhren
durch diese Belastungsänderung zerstört werden können. Erfolgt .die Hochfrequenzbehandlung
beispielsweise im Primärkreis der Hochfrequenzeinrichtung, so nimmt der Gitterstrom
der Generatorröhre mit zunehmender Trocknung so stark zu, daß das Gitter der Generatorröhre
bzw. Generatorröhren und .somit diese selbst zerstört werden können.
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Man kann diesem Nachteil dadurch - begegnen, daß man mit fortschreitendem
Arbeitsgang den Hochfrequenzerzeuger mehr und mehr nachregelt, und zwar derart,
daß man die Kopplung zwischen dem Gitterkreis und dem Schwingungskreis verringert
und somit die Gitterbelastung herabsetzt. Gegen Ende des Trocknungsvorganges ist
dann der Gitterkreis nur noch sehr lose gekoppelt. Das Zerstören der Gitterröhren
wird hierdurch verhindert, jedoch auf Kosten der Wirtschaftlichkeit, denn der Wirkungsgrad
der Hochfrequenzeinrichtung ist bei loser Kopplung des Gitterkreises ebenfalls ziemlich
gering.
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Gegenstand der Erfindung ist eine- Anordnung, die die genannten Nachteile
auf eine ganz andere Weise verhindert. Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, durch
die die Dämpfung, die die zur Erzeugung des Hochfrequenzfeldes dienende Hochfrequenzeinrichtung
durch das Gut erfährt, selbsttätig konstant gehalten wird. Stellt man bei einer
solchen Anordnung den Wirkungsgrad der Hochfrequenzeinrichtung zu Beginn der Feldeinwirkung
auf einen bestimmten, möglichst günstigen Wert ein, also auf einen Wert, bei dem
einerseits die Feldeinwirkung möglichst kräftig ist und andererseits auch die Gitterbelastung
.einen zulässigen Wert hat, so wird dieser eingestellte günstige Wirkungsgradwährend
der ganzen Feldeinwirkung dauernd selbsttätig im wesentlichen konstant gehalten.
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Für die Ausbildung der Anordnung nach der Erfindung gibt es verschiedene
Möglichkeiten, und zwar sowohl hinsichtlich der Art und Weise, wie die erfindungsgemäß
anzubringenden Mittel wirken, als auch hinsichtlich der Betriebsgrößen, in deren
Abhängigkeit diese Mittel arbeiten. An Hand der Zeichnung sollen einige vorteilhafte
Möglichkeiten hierfür gezeigt werden.
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In Fig. i der Zeichnung ist eine Hochfrequenzeinrichtung dargestellt,
die in an sich bekannter Weise aus zwei Schwingkreisen besteht: einem Primärkreis
i und einem Sekundärkreis a. Die beiden Schwingungskreise sind miteinander induktiv
gekoppelt, doch kann auch eine käpazitiveKopplung vorgesehen sein. Das zu behandelnde
Gut wird zwischen den Elektroden des im Sekundärkreis befindlichen Lastkondensators
angeordnet. Die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärkreis ist veränderlich. Erfindungsgemäß
werden nun Mitte13 vorgesehen, die den Grad der Kopplung zwischen Primär- und Sekundärkreis
mit fortschreitendem Arbeitsgang selbsttätig ändern, und zwar derart, daß die Dämpfung
der Hochfrequenzeinrichtung durch das Gut stets konstant bleibt. In der Zeichnung
sind diese Mittel 3 nur :andeutungsweise wiedergegeben. Die in der Zeichnung nicht
dargestellte Kopplung zwischen Gitterkreis und dem Schwingkreis dagegen kann -während
der gesamten Einwirkungsdauer des Feldes unverändert bestehenbleiben. Sie wird vor
oder zu Beginn der Arbeit auf einen günstigen Wert fest eingestellt.
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Das zur Veränderung der Kopplung zwischen Primärkreis und Sekundärkreis
bzw. zur Konstanthaltung der Dämpfung vorgesehene Mittel kann beispielsweise als
Elektromagnet ausgebildet werden, der über geeignete mechanische Steuerglieder auf
die Kopplung einwirkt. Die Tätigkeit dieses Mittels kann beispielsweise in Abhängigkeit
vom Anodenstrom des Generators erfolgen. Sie kann aber statt dessen auch in Abhängigkeit
vom Gitterstrom der Hochfrequenzeinrichtung erfolgen.
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Eine andere Möglichkeit zur Konstanthaltung der Dämpfung der Hochfrequenzeinrichtung
besteht darin, daß der Elektrodenabstand des Lastkondensators verändert wird. Je
größer die elektrischen Verluste des zu behandelnden Gutes, unter sonst gleichen
Bedingungen sind, um so größer werden die zwischen den Elektroden und dem zu behandelnden
Gut vorzusehenden Luftzwischenräume und somit auch um so größer der gegenseitige
Abstand der beiden Elektrodenplatten sein. Die erfindungsgemäß vorzusehenden Mittel.
müssen daher so eingerichtet werden, daß sie bei abnehmenden elektrischen Verlusten
den Elektrodenabstand verringern. Die Frequenz des Primärkreises wird auch in diesem
Fall auf den Sekundärkreis abgestimmt. Erfolgt die Behandlung des Gutes dagegen
im Primärkreis, so fällt diese besondere Abstimmung fort.
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Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der Anordnung nach der Erfindung
besteht darin, daß dem Lastkondensator ein besonderer veränderlicherKondensator
parallel geschaltet wird und daß die erfindungsgemäß vorzusehenden Mittel auf diesen
Zusatzkondensator einwirken. Ein solcher Zusatzkondensator ist in der Fig. i der
Zeichnung gestrichelt angedeutet. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin; daß
an dem Zusatzkondensator keine höheren Hochfrequenzspannwngem als die am Lastkondensator
liegenden auftreten. Man wird diese Anordnung daher in solchen Fällen verwenden,
wenn bei einer unmittelbaren Verstellung des Lastkondensators Funkenüberschläge
zu befürchten sind.
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Alle bisher beschriebenen Ausführungsarten der Anordnung nach der
Erfindung haben das gemeinsame Merkmal, daß die dabei erfindungsgemäß vorgesehenen
Mittel auf irgendwelche Teile des Hochfrequenzerzeugers einwirken, die auf den Dämpfüngsfaktor
einen Einfluß haben. Es ist aber gemäß der weiteren Ausbildung der Anordnung nach
der Erfindung auch möglich, die erfindungsgemäß vorzusehenden
Mittel
auf das zu behandelnde Gut selbst einwirken zu lassen, und zwar beispielsweise derart,
daß sie den Zufluß des zu behandelnden Gutes zum Hochfrequenzfeld steuern. Nehmen
also die elektrischen Verluste des der Feldeinwirkung ausgesetzten Gutes ab, so
wird dem Feld in einem solchen Maße frisches Gut zugeführt, daß die Gesamtdämpfung
des Gutes konstant bleibt.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 2 der Zeichnung gezeigt,
und zwar in Form eines Ultrakurzwellenfeldschmelzofens für Kunststoffe u. dgl. Der
Ofen q. hat einen Rost, der aus Stäben 5 und 6 besteht. Die Stäbe 5 sind miteinander
stromleitend verbunden und bilden de eine Elektrode des Hochfrequenzfeldes, während
die ebenfalls miteinander stromleitend verbundenen Stäbe 6 die andere Elektrode
des Feldes bilden.
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Auf dem Rost befindet sich das zu schmelzende körnige oder auch pulverförmige
Gut 7, das aus. einem Trichter 8 zugeführt wird. Das geschmolzene Gut wird in einem
geeigneten Trog 9 aufgefangen. Durch das Abtropfen des geschmolzenen Gutes nimmt
der Dämpfungsfaktör des Schwingkreises ab, durch die Zuführung neuen Gutes aus dem
Trichter 8 nimmt er wieder zu. An dem Trichter 8 befindet sich eine regelbare Gutzuführungsvorrichtung
io, die im dargestellten Fall aus einem drehbaren Sternfächer besteht. Das erfindungsgemäß
vorgesehene Steuermittel ist wiederum mit 3 bezeichnet; es regelt im vorliegenden
Fall die Umdrehungsgeschwindigkeit der Vorrichtung io und somit die Geschwindigkeit
des Gutzulaufs wiederum derart, daß die von dem Gut 7 hervorgerufene Dämpfung der
Hochfrequenzeinrichtung konstant bleibt.
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Auch bei dieser Anordnung kann das erfindungsgemäß vorzusehende Regelmittel
in gleicher Weise wie bei allen anderen Ausführungsbeispielen in Abhängigkeit von
Stromänderungen (Anodenstrom oder Gitterstrom) wirken, die durch die Veränderungen
des im Feld befindlichen Gutes hervorgerufen werden. Eine weitere Möglichkeit zur
Steuerung der Regelmittel besteht darin, daß die Regelmittel in Abhängigkeit von
dem Streufluß des Lastkondensators wirken, denn auch dieser Streufluß ist abhängig
von dem erfindungsgemäß konstant zu haltenden Dämpfungsgrad. Ein Beispiel für eine
solche Anordnung ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt. Von der Hochfrequenzeinrichtung
ist lediglich der Lastkondensator mit dem darin befindlichen Gut i i wiedergegeben.
In der Nähe des Lastkondensators befindet sich eine Gasentladungslampe 12, an deren
Polen eine Stromquelle 13 liegt. Die Spannung dieser Stromquelle ist etwas niedriger
als die Brennspannung der Lampe. In dem Stromkreis der Lampe liegt ferner ein Relais
3, das erfindungsgemäß die Gutzuführung steuert. Zur Gutzuführung kann beispielsweise
eine Fördereinrichtung vorgesehen sein.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Werden während der
Trocknung bzw. Erhitzung, des Gutes die eielektrischen Verluste und die D e i
- lektrizitätskonstante des Gutes mit zunehmendem Trocknungsgrad kleiner,
so steigt die Hochfrequenzspannung im Lastkondensator an. Entsprechend nimmt die
Feldstärke des Streufeldes zu. Die Lampe 2 ist in solcher Entfernung vom Lastkondensator
angeordnet, daß sie mit zunehmendem Streufeld zündet. Hierdurch wird die Gutzufuhr
so lange in Tätigkeit gesetzt, bis durch entsprechende Zunahme des Dämpfungsfaktors
das Streue Feld wieder seinen urspünglichen kleinen Wert annimmt und die Lampe wieder
zum Erlöschen bringt. Die erforderliche Behandlungsdauer des Gutes kann durch entsprechende
Bemessung der Länge des Lastkondensators eingestevlt werden.
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Noch eine Möglichkeit zur Steuerung der Regelmittel nach der Erfindung
besteht darin, daß sie in Abhängigkeit von der sich ändernden Temperatur des Gutes
wirken, da auch diese ein Maß für den Dämpfungsgrad der Hochfrequenzeinrichtung
durch das Gut sind. Ein Beispiel hierfür ist in der Fig. q. der Zeichnung dargestellt.
Ein Gut 1q. befindet sich zwischen den Elektroden 15 und 16 des Lastkondensators
einer Hochfrequenzeinrichtung. In der Nähe des Gutes ist eine Thermosäule 17 angeordnet,
die aus mehreren Thermoelementen zusammengesetzt ist. Die einzelnen Thermoelemente
sind, wie in der Zeichnung angedeutet, mit Strahlungsauffangplättcheni 18 versehen.
Im Stromkreis der Thermosäule befindet sich ein Relais 3. Nimmt die Temperatur des
erhitzten Gutes i¢ zu, so erwärmt sich die Thermosäule 17 entsprechend und ruft
einen elektrischen Strom hervor, der das Relais 3 zum Ansprechen bringt und über
dieses wiederum die Gutzufuhr steuert.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht an die in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, sondern kann in mannigfacher Weise
abgewandelt werden. So können beispielsweise die in Fig.3 und q. gezeigten Regelmittel
nach der Erfindung statt auf die Gutzuführung auch entsprechend der Fig. i auf die
Kopplung zwischen Primär- und Sekundärkreis oder auch auf die in ihrem Abstand veränderlichen
Elektroden des Lastkondensators einwirken. Ferner ist es nicht immer erforderlich,
daß der Dämpfungsfaktor vollkommen genau konstant gehalten wird, sondern es wird
gewöhnlich ausreichend sein, wenn der Dämpfungsfaktor wenigstens annähernd, also
nur innerhalb bestimmter Grenzwerte, konstant gehalten wird. Die Anordnung nach
der Erfindung ist auch nicht an die Behandlung des Gutes in einem Kondensatorfeld
gebunden, sondern kann auch bei der Behandlung eines Gutes im hochfrequenten elektrischen
Spulenfeld sinngemäß Verwendung finden.