DE965594C

DE965594C - Einrichtung zur Waermebehandlung organischer Substanzen im elektromagnetischen Feld sehr kurzwelliger Schwingungen

Info

Publication number: DE965594C
Application number: DEB34942A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl-August Heyne; Paul Mueller; Ole Scholz
Original assignee: Deutsche Elektronik GmbH
Current assignee: Deutsche Elektronik GmbH
Priority date: 1955-03-20
Filing date: 1955-03-20
Publication date: 1957-06-13

Description

AUSGEGEBEN AM 13. JUNI 1957

B 34942 VIIId j 2i h

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Wärmebehandlung organischer Substanzen im Hochfrequenzfeld, bei denen das Behandlungsgut in einem Hohlraum einer sehr kurzwelligen gerichteten Strahlung, z. B. aus einem Topf- oder Hornstrahler, ausgesetzt ist. Um das zu erwärmende Gut, z. B. Kunststoffe oder Nahrungsmittel, in möglichst kurzer Zeit auf die erforderliche Temperatur zu bringen, sind Leistungen erforderlich, die von einer Generatorröhre allein noch nicht aufgebracht werden können. Sobald zwei oder mehr Röhren parallel auf einem von metallischen Wänden umkleideten Hohlraum arbeiten, treten jedoch beträchtliche Schwierigkeiten auf, die durch die Rückwirkungen der Röhren aufeinander bedingt sind.

Als Ausweg hat man die Generatorröhren auf hinreichend verschiedenen Frequenzen schwingen lassen. Diese Lösung hat aber den großen Nachteil, daß die einzelnen Generatoreinheiten in ihren elektrischen und konstruktiven Daten voneinander abweichen, also nicht mehr untereinander austauschbar sind. Man hat deshalb bei einer anderen Anordnung die Röhren auf derselben Frequenz betrieben und die Tatsache ausgenutzt, daß zwei mit ihren Vektoren senkrecht aufeinanderstellende Felder in Hohlleitern sich gegenseitig nicht beeinflussen. Zu diesem Zweck wurden zwei Generator-

7D9 534/127

röhren, bezogen auf die Querschnittsebene eines axialsymmetrischen Rohres, räumlich um 90⁰ gegeneinander versetzt eingekoppelt. Diese Lösung ist jedoch auf zwei Röhren beschränkt. Man kann auch mehrere Röhren auf einen Hohlleiter koppeln, wenn sie nicht gleichzeitig arbeiten.

Das ist z. B. der Fall, wenn sie mit Wechselspannung und im Wechseltakt betrieben werden; da der Anodenstromflußwinkel im allgemeinen wesentlich unter 90⁰ liegt, kann man so drei, maximal vier, parallel arbeitende Röhren verwenden. Ein Leistungsgewinn läßt sich mit diesem Impulsbetrieb jedoch nur in dem Maße erzielen, wie die Röhren in der Impulsspitze im Verhältnis der Impulszeiten zu den -pausen über ihre Dauerstrichleistung belastet werden können.

Die Erfindung geht demgegenüber einen anderen Weg, um die gegenseitige Rückwirkung mehrerer parallel betriebener Generatoren ohne Beschränkung ihrer Anzahl zu beseitigen, der zudem zu einer sehr vorteilhaften und anpassungsfähigen Konstruktion einer Einrichtung zur Wärmebehandlung organischer Substanzen im Hochfrequenzstrahlungsfeld führt. Die Abmessungen des Arbeitshohlraumes, in dem das Gut der Strahlung ausgesetzt wird, sind in aller Regel sehr viel größer als die Wellenlänge der Hochfrequenzschwingung und als die Abmessungen eines einspeisenden Hohlleiters oder eines Erregerelementes, z. B. Dipoles. Es hat sich daher als nicht vorteilhaft erwiesen, den Hochfrequenzgenerator unmittelbar an den Arbeitshohlraum anzukoppeln.

Die Erfindung schlägt vor, jeden Generator in einen eigenen Hohlleiter einzukoppeln und diesen in einer Grundschwingung zu erregen und die Hohlleiter im Abstand einer halben Rohrwellenlänge von der Einkoppelstelle oder eines Vielfachen davon annähernd parallel zueinander in einen Hohlleiter übergehen zu lassen, dessen Querschnitt gleich der Summe der Querschnitte der einzelnen Hohlleiter ist und der seinerseits in den Hohlraum mit dem Behandlungsgut mündet. Die Rückwirkung eines Hohlleiters auf einen anderen über den gemeinsamen Hohlraum läßt sich mit ^A5 dieser sehr einfachen Anordnung zwar nicht vollständig vermeiden, sie geht aber bereits im Leerlauf auf ein Maß zurück, daß die Dämpfung des in sich geschlossenen Gebildes durch das verlustbehaftete Behandlungsgut ausreicht, um sie vernachlässigbar klein zu machen.

Vorteilhaft wird die Konstruktion so ausgeführt, daß die Übergänge zwischen den: einzelnen Hohlräumen zur Widerstandsanpassung allmählich verlaufen. Dies läßt sich an der Einmündungsstelle der Einzelhohl leiter in den Sammelhohlleiter dadurch erreichen, daß die Öffnungen der Einzelhohlleiter schräg angeschnitten sind, derart, daß sie sich zur gemeinsamen Achse hinneigen. Dieser Schnitt kann im einfachsten Falle in einer Ebene, aber auch in einer gekrümmten Fläche geführt werden. Der Sammelhohlleiter geht zweckmäßig über ein Trichterstück in den Querschnitt des Hohlraumes über. Zur Beeinflussung der Energiebele- I gung an dieser Übergangsstelle — sei es, um die Strahlung im Hohlraum zu konzentrieren oder um durch die Konfiguration des Feldes hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten einzuebnen — kann es vorteilhaft sein, in oder vor den Öffnungsflächen der Einzelhohlleiter passive, schwingungsfähige Elemente, z. B. Dipole, anzuordnen.

Eine einfache und zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein an einer Stirnseite verschlossenes Hohlrohr, das durch eine der Anzahl der Generatorröhren entsprechende Zahl von Trennwänden, die durch seine Längsachse gehen, vom Boden aus auf einem Teil seiner Länge gleichmäßig in eine Anzahl Sektorstücke unterteilt ist, in die die Generatorröhren oder die Energieleitungen von diesen in einer Viertelrohrwellenlänge über dem Boden einkoppeln, und das über einen Kegel- oder Pyramidenstumpf in einen Hohlraum von vorzugsweise geometrisch ähnlichem Querschnitt übergeht.

Im praktischen Betrieb kann der Fall eintreten, daß der Arbeitsraum der Einrichtung nur mit einem sehr kleinen oder gar keinem Behandlungsgut beaufschlagt ist. Es war bereits darauf hingewiesen worden, daß eine gewisse Rückwirkung der einzelnen Hohlleiter untereinander bestehenbleibt, die jedoch infolge der Bedämpfung des Raumes durch das Behandlungsgut auf ein vernachlässigbares Maß herabgedrückt wird. Diese Bed'ämpfung würde dann wegfallen, und im Gegenteil würde von der der Eintrittsseite der Strahlung gegenüberliegenden und zweckmäßig sogar als Reflektor auf den Einsatzort des Behandlungsgutes ausgebildeten Wandung des Arbeitshohlraum.es eine starke Reflexion verursacht werden, die bis zur Zerstörung der Generatorröhren führen könnte. Um dies zu vermeiden, wird gemäß weiterer Erfindung die Einrichtung so ausgebildet, daß die dem Sammalhohlleiter gegenüberliegende Wandung des Arbeitshohlraumes mindestens zum Teil, und zwar, in Richtung der Strahlung gesehen, im Schatten des Behandlungsgutes, als Absorber ausgebildet ist. Die Absorberfläche wird nur so groß gewählt, daß die erwähnten Rückwirkungen bei leerem Hohlraum nicht schädlich werden können. Wird die Arbeitsfläche voll bestückt, so gelangt nur wenig Energie an die Reflektorwand, fast gar keine an den Absorber; nahezu die volle Energie wird also im Behandlungsgut verbraucht. Mit abnehmender Größe des Behandlungsgutes gelangt ein wachsender Teil der Strahlungsenergie in den Absorber, so daß der Behandlungsraum im Betrieb immer hinreichend belastet ist. Wie Versuche ergaben, steigt dabei die spezifische, vom Gut aufgenommene Energie noch an.

In. einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Weiterbildung besteht der Wandteil vor dem Absorber aus strahlungsdurehlässigem Material, hinter dem eine Wasserschicht angeordnet ist. Die Dicke der Wasserschicht im Absorber muß so bemessen sein, daß die eindringende Energie auch wirklich absorbiert wird, also etwa das Ein- bis Zweifache der Wellenlänge in Wasser betragen. Dann ist es

Claims

möglich, sowohl den Wandungsteil des Hohlraumes vor der Wasserschicht wie die sie nach außen abschließende Wandung aus leicht durchlässigem Werkstoff herzustellen, so daß man einen Durchblick in den Arbeitsraum während des Arbeitsganges bei vclkm Strahlungsschutz erhält. Diese Anordnung unterscheidet sich also wesentlich von den bekannten, bei denen die Einblicköffnung in den Behandlungsraum hohl rohr- oder reusenartig ausgebildet und der Durchmesser des Hohlrohres oder der Reusen kleiner als die Grenzwellenlänge der Strahlung gehalten ist. Bei den bekannten Anordnungen ergaben sich Schwierigkeiten bei der Beobachtung seitlich liegender Teile des Arbeitsraumes, die bei der !5 neuen, nicht unterteilten Einblicköffnung nach der Erfindung fortfallen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. ι zeigt eine Einrichtung zur Wärmebehandlung organischer Substanzen im Hochfrequenzfeld im Längsschnitt,

Fig. 2 das Unterteil der Einrichtung in der Draufsicht und

Fig. 3 eine besondere Ausführungsform des Oberteils im Querschnitt.

In Fig. ι ist eine Einrichtung zur Wärmebehandlung organischer Substanzen im hochfrequenten Strahlungsfeld dargestellt, bei der die Strahlung von unten aus einem zylindrischen Hohlleiter 1 mit einem konischen Übergangsstuck 2 durch eine für die Strahlung praktisch verlüstfrei durchlässige Auflage 3 für das Behandlungsgut 4 in den Hohlraum 5 übergeht, der als Behandlungsraum dient. Die Einrichtung besteht also aus zwei Teilen, dem Unterteil zur Erzeugung des Feldes und dem darüberliegenden Behandlungsraum, der nach oben durch eine gewölbte Kappe 6 abgeschlossen ist. Ober- und Unterteil skid kontaktlos über eine ringförmige 2/4-Falle miteinander verbunden. In das am Boden 7 verschlossene Hohlrohr 1 koppeln vier schematisch angedeutete Hochfrequenzgeneratoren 8¹ bis S⁴ ein, die z. B. mit Magnetfeldröhren ausgerüstet sind. Das Hohlrohr ist, wie aus Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 1 deutlicher zu er-•*5 kennen ist, durch Längswände 9 in vier Sektorstücke io¹ bis io⁴ unterteilt, in die die Generatoren über Dipole 11 einkoppeki. Die Wände 9 sind an der offenen Seite abgeschrägt, um einen allmählichen Übergang von den Hohlleitern 10 in das gemeinsame Hohlrohr 1 zu schaffen, das, bedingt durch die Konstruktion, die gleiche Querschnittsfläche hat wie die vier Sektorhohlrohre zusammen. In der Darstellung nach Fig. 1 hat die Zwischenwand trapezförmigen Schnitt. Der Verlauf der Kante 12 kann aber auch nach einer anderen Funktion in Abhängigkeit von der Rohrlänge gestaltet sein, so daß sich z. B. ein Kantenverlauf ergibt, der in Fig. 1 mittels der gestrichelten Linie 13 angedeutet ist. Die günstigste Schnittform ist jeweils durch Versuch zu ermitteln. Sie ist in gewissem Maße von den Abmessungen des Hohlleiters 1 und der Anordnung des Behandlungsraumes 5 über ihm abhängig. In den Sektorstücken wird 'durch die Dipole π eine /Z₁₀-WeIIe angeregt, bei der die Feldstärke in den Ecken der Sektorrohre, insbesondere in den auf der Rohrachse zusammenstoßenden Ecken, gering ist. Dadurch entsteht in der Achse des zylindrischen Arbeitsraumes ein Feldstärkeminimum. Dieses Minimum kann durch den schrägen Schnitt der Trennwände eingeebnet werden. Sofern dies nicht ganz gelingen sollte, können in den öffnungen der Sektorrohre auch einige geeignet angebrachte und ausgerichtete frei schwingende Dipole 14 angeordnet werden. Diese Dipole werden z. B. als Metallstäbe in einen kleinen Plexiglashohlkegel eingesetzt, der seinerseits rittlings auf den Trennwänden 9 sitzt und dessen Oberkante in Fig. 2 mit der gestrichelten Linie 15 angedeutet ist.

Fig. 3 zeigt die Anordnung eines Absorbers im Deckel 6 des Behandlungsraumes im Schatten des gestrichelt angedeuteten Behandlungsgutes 4. Der Deckel besitzt eine Doppelwandung, die kreisförmig ausgeschnitten ist. In die Ausschnitte sind zwei Glas- oder Plexiglasscheiben 16 eingekittet, der Raum zwischen den Wänden ist mit Wasser oder einer geeigneten Absorberflüssigkeit 17 ausgefüllt. Die in Richtung des Pfeiles 18 bei fehlendem Behandlungsgut in den Absorber eindringende Strahlung wird in der auf etwa eine Wellenlänge bemessenen Schicht absorbiert, während gleichzeitig der Einblick von oben in den Behandlungsraum. S ungehindert möglich ist.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, insbesondere brauchen Strahler und Behandlungsraum nicht in einer Achse senkrecht übereinander angeordnet zu sein. Wenn der Einblick in den Behandlungsraum nicht nötig ist oder nicht in Richtung der Hauptachse des Strahlungsfeldes erfolgt, kann der Absorber auch in anderer Weise ausgebildet sein, z. B. aus einer Graphitschicht bestehen.

PA ΤΕΝΤΑ Ν SPRUCH ΕΙ. Einrichtung zur Wärmebehandlung organischer Substanzen im elektromagnetischen. Feld sehr kurzwelliger Schwingungen, bei der das Behandlungsgut in einem Hohlraum einer von mehreren Generatoren erzeugten gerichteten Strahlung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeich¹-net, daß jeder Generator in einen eigenen Hohlleiter einkoppelt und diesen in einer Grundschwingung erregt und daß die Hohlleiter im Abstand einer halben Rohrwellenlänge von der Einkoppelstelle oder eines Vielfachen davon annähernd parallel zueinander in einen gemeinsamen Hohlleiter übergehen, dessen Querschnitt gleich der Summe der Querschnitte der einzelnen Hohlleiter ist und der seinerseits in den Hohlraum mit dem Behandlungsgut mündet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen den einzelnen Hohlräumen zur Widerstandsanpassung allmählich verlaufen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen der Einzelhohlleiter in den Sammelhohlleiter schräg an-

geschnitten sind, derart, daß sie sich zur gemeinsamen Achse hinneigen.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelhohlleiter über' ein Trichterstück in den Querschnitt des Hohlraumes übergeht.
5- Einrichtung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Energiebelegung in der ÖiFnungsfläche des

ίο Sammelhohlleiters in oder vor den öffnungs-

-flächen der Einzelhohlleiter passive, schwingungsfähige Elemente angeordnet sind.
6. -Einrichtung nach Anspruch ι bis 5, gekennzeichnet durch ein an einer Stirnseite (7) verschlossenes Hohlrohr (1), das durch eine der x^nzahl der Generatorröhren (8) entsprechende. Zahl von Trennwänden (9), die durch seine Längsachse gehen, vom Boden, aus auf einem Teil seiner Länge gleichmäßig in eine Anzahl

ao Sektorstücke (10) unterteilt ist, in die die Generatorröhren oder die Energieleitungen (11) von diesen in einer Viertelrohrwellenlänge über dem Boden einkoppeln, und das über einen Kegel- oder Pyramidenstumpf (2) in einen Hohlraum (5) von vorzugsweise geometrisch ähnlichem Querschnitt übergeht.
7. Einrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Sammelhohlleiter (1) gegenüberliegende Wandung (6) des Arbeitshohlraumes (5) mindestens zum Teil, und zwar, in Richtung der Strahlung gesehen, im Schatten des Behandlungsgutes (4), als Absorber ausgebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wandung (6) aus stxahlungsdurchlässigem Werkstoff besteht, hinter dem eine Wasserschicht (17) angeordnet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Wasserschicht vom Ein- bis Zweifachen der in ihr wirksamen Wellenlänge und dadurch, daß sowohl der Wandungsteil des Hohlraumes vor der Wasserschicht wie die sie nach außen abschließende Wandung aus lichtdurchläfsigem Werkstoff bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 609 736/318 12.56 (709 534/127 6. 57)