EP0085319A1 - Einrichtung zur kapazitiven Erwärmung sowie deren Verwendung - Google Patents

Einrichtung zur kapazitiven Erwärmung sowie deren Verwendung Download PDF

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EP0085319A1
EP0085319A1 EP83100274A EP83100274A EP0085319A1 EP 0085319 A1 EP0085319 A1 EP 0085319A1 EP 83100274 A EP83100274 A EP 83100274A EP 83100274 A EP83100274 A EP 83100274A EP 0085319 A1 EP0085319 A1 EP 0085319A1
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EP
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walls
capacitor plates
heated
capacitor
dielectric constant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP83100274A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eckhard Schulz
Paul Prof. Dr. Farwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sicowa Verfahrenstechnik fuer Baustoffe GmbH and Co KG
Original Assignee
Sicowa Verfahrenstechnik fuer Baustoffe GmbH and Co KG
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B7/00—Moulds; Cores; Mandrels
    • B28B7/40—Moulds; Cores; Mandrels characterised by means for modifying the properties of the moulding material
    • B28B7/42—Moulds; Cores; Mandrels characterised by means for modifying the properties of the moulding material for heating or cooling, e.g. steam jackets, by means of treating agents acting directly on the moulding material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating

Definitions

  • the invention relates to a device for capacitive heating of a material according to the preamble of claim 1 and its use.
  • Devices of this type are used, for example, to dry plate-like materials, such as wood fiber boards, or to harden their binders.
  • the capacitor plates are brought into contact with the material to be heated and the latter is heated to the desired temperature in the electrical field generated between the capacitor plates by a high-frequency generator.
  • the resonant circuit of which should work as resonantly as possible is complex and problematic. This is especially true for materials that are conductive, liquid, and have a relatively high dielectric constant.
  • a pourable raw mixture which consists of a heat-activated binder, such as cement with appropriate accelerators, foam, water, sand and, if necessary, other additives, for example for the production of lightweight building blocks based on lime silicate or also of gas or foam concrete or of coarse ceramic material, to be manufactured.
  • a raw mixture is sought which contains a correspondingly large amount of foam together with a large amount of water in order to achieve the lowest possible cullet bulk density, the water content being able to reach 50% by weight or more in order to achieve cullet bulk densities down to 0.2 g / cm 3 to achieve.
  • Limiting the mixture by means of the capacitor plates, which then form part of the shaping device, would lead to an uncontrolled and thus uneven supply of heat and furthermore to severe losses.
  • the object of the invention is therefore to provide a device according to the preamble of claim 1, in which the losses can be kept to a minimum and the energy supply to the material to be heated takes place evenly, even if the material to be heated is relatively due to a high water content has a high dielectric constant, so that there is an essentially homogeneous and also rapid heating of the material even over a larger volume.
  • the exemplary embodiment relating to the production of blanks for building materials from a pourable raw mixture which, in addition to a heat-activatable, preferably hydraulic binder, contains high amounts of water and foam, sand and other aggregates, whereby the raw mixture is heated is used to initiate strength-forming reactions of the binder, for example cement with accelerator, for a sufficient but short time so that the blanks have the strength sufficient for demolding and subsequent transport.
  • a heat-activatable, preferably hydraulic binder contains high amounts of water and foam, sand and other aggregates, whereby the raw mixture is heated is used to initiate strength-forming reactions of the binder, for example cement with accelerator, for a sufficient but short time so that the blanks have the strength sufficient for demolding and subsequent transport.
  • a farm 1o for example made of plastic material, which can be closable.
  • the mold 10 is located on a machine frame 11, which can, among other things, carry devices for filling the mold 10, for demolding the blanks formed and for transferring them to a transport device (these devices not being shown).
  • capacitor plates 12 Adjacent to the opposite side walls 10a of the mold 10, capacitor plates 12 are arranged parallel to it and extending over the entire surface of the side walls 10a. In particular, the capacitor plates 12 extend in both dimensions so far beyond the adjacent side walls 10a that the most uniform possible power density is achieved.
  • the two capacitor plates 12 are connected to a high-frequency generator 13.
  • the capacitor plates 12 are supported, for example, via insulators 14 by means of supports 15 on the machine frame 11 and are held adjacent to the side walls 10a.
  • the capacitor plates 12 are arranged at a short distance from the side walls 1oa with the formation of an air gap 16 between a respective capacitor plate 12 and an adjacent side wall 1oa, the capacitance of the capacitor plates 12, the air gaps 16 and the side walls 1oa being adjusted accordingly by adjusting the air gap 16 and the farm content 17 - the raw mixture from which the blank is produced - the multilayer capacitor formed can be optimally matched to the generator power, so that the resonant circuit of the high-frequency generator 13 oscillates at the resonance frequency. If necessary, a parallel capacitance 21 to the multilayer capacitor can be provided for optimal adaptation of the high frequency, which can be realized by an additional capacitor plate at a distance from one of the capacitor plates 12.
  • the capacitance of the multilayer capacitor also changes.
  • the setting of the width of the air gap 16 by means of the stepping motor 20 via a control circuit can be carried out automatically with adaptation to the generator power.
  • a farm 10 is shown in the exemplary embodiment, which e.g. could consist of a mold box that can be lifted off a base plate, optionally with a lid, but instead a shaping device can also be provided, which consists of a channel in which a strand of raw mixture is transported and heated in the area between the capacitor plates and thus solidified. After exiting the channel, the strand can then be cut into the individual blanks. This has the advantage that the heating can be carried out more slowly over a longer distance without impairing the cycle time.
  • the multilayer capacitor according to the invention can also be used for purposes other than the manufacture of blanks for building materials, where a corresponding liquid or moist material is to be heated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur schnellen und homogenen kapazitiven Erwärmung eines leitfähigen, flüssigen Materials (17) mit relativ hoher Dielektrizitätskonstante mit einem Mehrschichtkondensator aus an einen Hochfrequenzgenerator (13) angeschlossenen Kondensatorplatten (12) und hierzu benachbart und parallel an deren Innenseite angeordneten Wänden (10a) aus einem elektrisch isolierenden Material mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante, zwischen denen das zu erwärmende Material (17) aufgenommen wird, wobei zwischen den Wänden (10a) und den Kondensatorplatten (12) jeweils ein Luftspalt (16) vorgesehen ist, dessen Breite in Abstimmung der Kapazität des Mehrschichtkondensators auf die optimale Generatorleistung eingestellt ist. Die Einrichtung kann zur Herstellung von Rohlingen für Baumaterialien verwendet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kapazitiven Erwärmung eines Materials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung.
  • Derartige Einrichtungen werden beispielsweise verwendet, um plattenförmige Materialien, etwa Holzfaserplatten, zu trocknen oder deren Bindemittel auszuhärten. Hierzu werden die Kondensatorplatten in Anlage an das zu erwärmende Material gebracht und letzteres in dem von einem Hochfrequenzgenerator zwischen den Kondensatorplatten erzeugten elektrischen Feld auf die gewünschte Temperatur erwärmt.
  • Je nach Art des zu erwärmenden Materials können hierbei mehr oder weniger große, vermeidbare Verluste und ferner eine unkontrollierte Energiezufuhr etwa bei hohem Wassergehalt auftreten, wobei ferner das Abstimmen der Kapazität auf die Generatorleistung, dessen Schwingkreis möglichst in Resonanz arbeiten sollte, aufwendig und problematisch ist. Dies trifft erst recht für Materialien zu, die leitfähig und flüssig sind sowie eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Rohlinge für Baumaterialien, insbesondere Wandbausteine, in einer Formgebungseinrichtung zur Aufnahme einer gießfähigen Rohmischung, die aus einem wärmeaktivierbaren Bindemittel, etwa Zement mit entsprechenden Beschleunigern, Schaum, Wasser, Sand und gegebenenfalls sonstigen Zuschlägen etwa zum Herstellen von Leichtbausteinen auf Kalksilikatbasis oder auch von solchen aus Gas- oder Schaumbeton oder aus grobkeramischem Material besteht, hergestellt werden sollen. Hierbei wird eine Rohmischung angestrebt, die zum Erzielen einer möglichst niedrigen Scherbenrohdichte eine entsprechend große Menge Schaum zusammen mit einer großen Menge Wasser enthält, wobei der Wasseranteil 5o Gew.-% und mehr erreichen kann, um Scherbenrohdichten bis herab zu o,2 g/cm3 zu erzielen. Hierbei würde ein Begrenzen der Rdhmischung durch die Kondensatorplatten, die dann einen Teil der Formgebungseinrichtung bilden, zu einer unkontrollierten und damit ungleichmäßigen Wärmezufuhr und ferner zu starken Verlusten führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der die Verluste minimal gehalten werden können und die Energiezufuhr zu dem zu erwärmenden Material gleichmäßig erfolgt, auch wenn das zu erwärmende Material etwa aufgrund eines hohen Wassergehaltes eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante besitzt, so daß sich eine im wesentlichen homogene und ferner schnelle Erwärmung des Materials auch über ein größeres Volumen ergibt.
  • Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den UntEransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der beigefügten Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, die im Schnitt eine Form mit einer Heizeinrichtung zeigt, wobei sich das Ausführungsbeispiel auf die Herstellung von Rohlingen für Baumaterialien aus einer gießfähigen Rohmischung, die neben einem wärmeaktivierbaren, vorzugsweise hydraulischen Bindemittel, hohe Wasser- und Schaumanteile, Sand und andere Zuschläge enthält, bezieht, wobei die Erwärmung der Rohmischung vorgenommen wird, um festigkeitsbildende Reaktionen des Bindemittels, etwa Zement mit Beschleuniger, während einer ausreichenden, aber kurzen Zeit in Gang zu setzen, so daß die Rohlinge die zum Entformen und zum nachfolgenden Transport ausreichende Festigkeit aufweisen.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Farm 1o beispielsweise aus Kunststoffmaterial bestehend vorgesehen, die verschließbar sein kann. Die Form 1o befindet sich auf einem Maschinengestell 11, das unter anderem Einrichtungen zum Füllen der Form 10, zum Entformen der gebildeten Rohlinge und zum Überführen von diesen auf eine Transporteinrichtung tragen kann (wobei diese Einrichtungen nicht dargestellt sind) .
  • Benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenwäuden 10a der Form 10 sind Kondensatorplatten 12 parallel hierzu und sich über die gesamte Fläche der Seitenwände 1oa erstreckend angeordnet. Insbesondere erstrecken sich die Kondensatorplatten 12 in beiden Dimensionen so weit über die benachbarten Seitenwände 1oa hinaus, daß eine möglichst gleichmäßige Leistungsdichte erzielt wird. Die beiden Kondensatorplatten 12 sind mit einem Hochfrequenzgenerator 13 verbunden. Die Kondensatorplatten 12 werden beispielsweise über Isolatoren 14 mittels Stützen 15 am Maschinengestell 11 abgestützt und benachbart zu den Seitenwänden 1oa gehalten.
  • Die Kondensatorplatten 12 sind mit geringem Abstand zu den Seitenwänden 1oa unter Ausbildung eines Luftspaltes 16 zwischen jeweils einer Kondensatorplatte 12 und einer benachbarten Seitenwand 1oa angeordnet, wobei durch entsprechendes Einstellen des Luftspaltes 16 die Kapazität des aus den Kcndensatorplatten 12, den Luftspalten 16 sowie den Seitenwänden 1oa und dem Farminhalt 17 - der Rohmischung, aus der der Rohling hergestellt wird - gebildeten Mehrschichtkondensators auf die Generatorleistung optimal abgestimmt werden kann, so daß der Schwingkreis des Hochfrequenzgenerators 13 mit der Resonanzfrequenz schwingt. Gegebenenfalls kann zur optimalen Anpassung der Hochfrequenz eine Parallelkapazität 21 zum Mehrschichtkondensator vorgesehen sein, die durch eine zusätzliche Kondensatorplatte in Abstand zu einer der Kondenstorplatten 12 realisiert sein kann.
  • Da sich jedoch gegebenenfalls die Zusammensetzung der Rohmischung ändern kann, etwa wenn eine andere Scherbenrohdichte des Rohlings eingestellt wird, ändert sich dann auch die Kapazität des Mehrschichtkondensators. Um auch in einem solchen Fall zu erreichen, daß die Kapazität optimal auf die Generator leistung abgestimmt ist, kann man eine Einrichtung zum Einstellen des oder der Luftspalte 16 versehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel darin besteht, daß die Stütze 15, die eine Kondensatorplatte 12 über einen Isolator 14 trägt, in Führungen 18 geführt und beispielsweise mit einem Schneckengetriebe 19 verbunden ist, das etwa manuell und/oder durch einen Schrittschaltmotor 2o zum Einstellen der Breite des Luftspaltes 16 betätigbar ist.
  • Gegebenenfalls kann die Einstellung der Breite des Luftspaltes 16 mittels des Schrittschaltmotors 20 über einen Regelkreis (nicht dargestellt) automatisch unter Anpassung an die Generator leistung erfolgen.
  • Zwar ist in dem Ausführungsbeispiel eine Farm 1o dargestellt, die z.B. aus einem von einer Bodenplatte abhebbaren Fornkasten gegebenenfalls mit Deckel bestehen könnte, stattdessen kann aber auch eine Formgebungseinrichtung vorgesehen sein, die aus einem Kanal besteht, in dem ein Strang aus Rohmischung transportiert und im Bereich zwischen den Kcndensatorplatten erwärmt und damit verfestigt wird. Nach Austreten aus den Kanal kann dann der Strang in die einzelnen Rohlinge zertrennt werden. Dies hat den Vorteil, daß ohne Beeinträchtigung der Taktzeit die Erwärmung langsamer über eine längere Strecke hinweg vorgenommen werden kann.
  • Es wird somit eine echte kapazitive Erwärmung trotz der elektrisch leitfähigen und eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante aufweisenden Rohmischung bei optimaler Nutzung der Generatorleistung erzielt, wobei zudem mit erniedrigter Frequenz gearbeitet werden kann, wodurch sich die technische Realisierung vereinfacht. Entsprechend dem Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätskonstanten des zu erwärmenden, leitfähigen Materials wird zusätzlich eine Jcule'sche Erwärmung dieses Materials geliefert. Da die Wände 1oa eine relativ geringere Di-elktrizitätskonstante als das zu erwärmende Material und insbesondere ein geringeres Produkt aus Verlustwinkel und Dielektrizitätskonstante besitzt, bleiben die Wände 1oa trotz der Erwärmung des leitfähigen, flüssigen Materials im wesentlich kalt. Zudem wird eine hohe Durchschlagfestigkeit erhalten und die Wahl der Generatorspannung unproblematischer.
  • Der erfindungsgemäße Mehrschichtkondensator läßt sich auch für andere Zwecke als zum Herstellen von Rohlingen für Baumaterialien verwenden, wo ein entsprechendes flüssiges oder auch feuchtes Material erwärmt werden soll.

Claims (9)

1. Einrichtung zur kapazitiven Erwärmung mit zwei an einen Hochfrequenzgenerator (13) angeschlossenen Kondensatorplatten (12), zwischen denen das zu erwärmende Material (17) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen eines leitfähigen, flüssigen Materials (17) mit relativ hoher Dielektrizitätskonstante ein Mehrsdhichtkondensator aus den Kondensatorplatten (12) und hierzu benachbart und parallel an deren Innenseite angeordneten Wänden (1oa) aus einem elektrisch isolierenden Material mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante, zwischen denen das zu erwärmende Material (17) aufgenommen wird, gebildet ist, wobei zwischen den Wänden (1oa) und den Kondensatorplatten (12) jeweils ein Luftspalt (16) vorgesehen ist, dessen Breite in Abstimmung der Kapazität des Mehrschichtkondensators auf die optimale Generatorleistung eingestellt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (1oa) aus einen elektrisch isolierenden Material mit relativ kleinem Produkt von Verlustwinkel und Dielektrizitätskonstante im Vergleich zu diesem Produkt des flüssigen, leitfähigen Materials (17) bestehen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (1oa) aus Plastikmaterial bestehen.
4. Einrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorplatten (12) bezüglich der benachbarten Wände (loa) verstellbar angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Kondensatorplatten (12) von den benachbarten Wänden (1oa) über einen Regelkreis an die Generatorleistung anpaßbar ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (1oa) Teil einer Formgebungseinrichtung (10) für das zu erwärmende Material (17) sind.
7. Einrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parallelkapazität (21) zu den Kondensatorplatten (12) zur optimalen Anpassung der Hochfrequenz an das zu erwärmende Material (17) vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kondensatorplatten (12) in beiden Dimensionen wesentlich größer als die benachbarte Wand (1oa) ist.
9. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Herstellen von Rohlingen für Baumaterialien, insbesondere Wandbausteinen, mit einer Formgebungseinrichtung zur Aufnahme einer gießfähigen Rohmischung (17), die ein wärmeaktivierbares, vorzugsweise hydraulisches Bindemittel neben Wasser, gegebenenfalls Schaum und anderen Bestandteilen enthält.
EP83100274A 1982-01-30 1983-01-14 Einrichtung zur kapazitiven Erwärmung sowie deren Verwendung Withdrawn EP0085319A1 (de)

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