Vorrichtung zum dielektrischen Erwärmen von Stoffen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich tung zum dielektrischen Erwärmen von Stoffen mit mindestens einem Mikrowellengenerator und einem oder mehreren Hohlleitern und Reflektoren.
Es sind Vorrichtungen zum dielektrischen Er wärmen von Stoffen bekannt. Diese weisen jedoch im allgemeinen den Nachteil auf, dass deren Arbeits raum dem Gut nicht angepasst werden kann. Wo eine solche Anpassung vorgesehen ist, muss sie aber entweder auf kompliziertem Wege vorgenommen werden oder sie ist sehr beschränkt verwendbar.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaf fung einer Vorrichtung, welche mühelos und in kurzer Zeit dem zu behandelnden Gut angepasst werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass am Hohlleiter Feldstärke- und Eindringtiefe änderbar gestaltende Mittel angeordnet sind.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand von Figuren erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt in schematischer Darstellung durch eine Vorrichtung zum dielektrischen Erwärmen von Stoffen mit zwei Hochfrequenzgeneratoren und auswechselbaren Feldformern, Fig. 2-4 Ansichten verschiedener Feldformer in Aufsicht, schematisch dargestellt, Fig.5-7 Schnitte durch die Feldformer gemäss den Fig.2-4 entsprechend den Schnittlinien V-V,
VI-VI und VII-VII, Fig. 8-10 die durch die Feldformer gemäss den Fig.2-4 erzielbaren Feldstärken in Funktion der Breite der Öffnungen der Feldformer, Fig. 11 eine Vorrichtung für dielektrisches Er wärmen in Automaten oder Fliessband im Längs schnitt in schematischer Darstellung. Die in Fig.l dargestellte Vorrichtung besitzt zwei Mikrowellengeneratoren 1 mit zugehörenden Hohlleitern 2. Die Hohlleiter 2 sind auf in der Höhe verstellbaren Stützen 3 angeordnet.
Sie weisen konisch verlaufende Strahlungsköpfe 4 auf, deren vordere Enden der Aufnahme von Feldformern 5 dienen. Die Feldformer 5 sind auswechselbar.
Auf der Höhe der Strahlungsköpfe 4 sind Reflek- torplatten 6 vorgesehen, die bezüglich eines Gutes 7, welches hier die Form einer Platte aufweist, in Richtung eines Pfeiles 19 verstellbar sind.
Die Stützen 3 erlauben, die Hohlleiter bezüglich des zu behandelnden Gutes 7 in die richtige Lage zu bringen, während der teleskopische Aufbau der Hohlleiter gestattet, diesen genau auf den Mikro wellengenerator abzustimmen und damit im Hoch frequenzraum eine fortschreitende Welle zu erzeugen. Die Reflektorplatte 6 dient ebenfalls der Beein flussung des Mikrowellenfeldes im Gut 7. Der Strah lungskopf 4 kann ein- oder mehrteilig ausgeführt werden.
Die Feldformer sind auswechselbar. Entsprechend dem im Gut 7 zu erzeugenden Feld können andere Formen, beispielsweise gemäss den Fig. 2-4, gewählt werden. Jeder dieser Feldformer erzeugt ein ganz spezifisches Feld bzw. eine entsprechende Feldstärke und zugehörige Eindringtiefe, wie dies aus den Fig. 8-10 ersichtlich ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung eignet sich beispielsweise für Holzverleimungen oder für Buch bindeautomaten. Um die Anlage in Betrieb zu neh men, wird diese entsprechend dem Gut mit Hilfe der Stützen 3 in die richtige Höhenlage gebracht. Hierauf werden die Generatoren 1 in Betrieb ge nommen und die Hohlleiter 2 mit Hilfe der teleskop- artigen Verschiebemöglichkeit abgestimmt.
Entspre chend dem zu behandelnden Gut setzt man in. den Strahlungskopf 4 einen Feldformer ein, der bei spielsweise eine der Formen gemäss den Fig.2-4 aufweisen kann.
Der in Fig. 2 dargestellte, mit einem Schlitz 9 versehene Feldformer 8, der mit zwei breiteren, durch den Schlitz 9 verbundenen Seitenöffnungen versehen ist, ergibt im Bereiche des Schlitzes 9 eine grosse Feldstärke E über der Schlitzlänge L mit entsprechend kleiner Eindringtiefe in das Gut 7 gemäss der Kurve 16 (Fig.2). Die Seitenöffnungen 10 dagegen ergeben eine Feldstärkeverteilung ent sprechend der Kurve 15.
Der Feldformer 11 nach Fig. 3, dessen Energie- Ausstrahlungsöffnung 12 rechteckförmig ist, zeigt das in Fig. 9 dargestellte Bild der Feldstärke. Die Kurve 17 ist die Kurve normalerweise verwendeter Feldformer.
Der in Fig.4 ersichtliche Feldformer 13 mit der Öffnung 14 ergibt einen sehr flachen Verlauf der Feldstärke, wie dies der Kurvenverlauf 18 in Fig. 10 zeigt, dafür aber eine grosse Eindringtiefe.
Der in Fig.2 dargestellte Feldformer 8 wird beispielsweise für kleine Leimflächen benützt, wäh rend derjenige gemäss Fig. 4, der eine grosse Tiefen wirkung besitzt, zur Behandlung senkrechter Leim fugen dient.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 11 kann beispiels weise für eine dielektrische Erwärmung von Gütern in automatischen oder Fliessbandverfahren verwendet werden. Sie besitzt einen Mikrowellengenerator 30 mit anschliessendem Hohlleiter 31. Der Hohlleiter 31 ist in der Höhe verschiebbar in Resonanzraum- begrenzungsteilen 32 angeordnet. Sie wird von seit lichen Abschlusswänden 33 und 34, die den Arbeits raum begrenzen, isoliert.
An der Wand 33 befindet sich ein Lagerbock 35 mit einer Walze 37, während die Abschlusswand 34 einen Lagerbock 36 mit einer Walze 38 aufweist. Über diese Walzen läuft ein zu behandelndes Gut 40 oder ein Förderband, auf welchem das entsprechende Gut aufgelegt wird.
Der Hohlleiter 31 besitzt ebenfalls einen Strah lungskopf 4 mit einem Feldformer 5, der ent sprechend der vorzunehmenden Behandlung im Sinne der vorstehenden Beschreibung ausgewechselt werden kann.
Gegenüber dem Feldformer 5 ist eine verschieb bare Kondensatorplatte 39 vorgesehen. Diese Kon- densatorplatte 39 kann als Nachstimmglied und Reflektorplatte für das Mikrowellenfeld im Arbeits raum verwendet werden. Die Kondensatorplatte 39 kann, da, wie in Fig. 2 ersichtlich, ein aus Keramik, Glasfasern oder ähnlichem bestehender Isolator 44 angebracht ist, auch für das Einspeisen von HF Energie grösserer Wellenlänge in den Arbeitsraum verwendet werden.
Zur Energieerzeugung ist ein entsprechender Hochfrequenzgenerator 42 für Mittel und Langwellen vorgesehen.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 11 arbeitet wie folgt: Das zu behandelnde Gut 40 wird in den Behandlungs raum zwischen den Hohlleiter 31 und die Konden- Batorplatte 39 auf den Walzen 37 und 38 eingescho ben. Hierauf wird der Hohlleiter 31 bezüglich dieses Gutes 40 in seiner Höhe verstellt, ebenso die Kon- densatorplatte 39.
Nachdem der Hochfrequenzgene- rator 30 und allenfalls der Generator 42 in Betrieb genommen sind, wird der Hohlleiter 31 auf Grund seiner teleskopartigen Bauweise auf den Mikrowellen generator 30 und das Feld des Generators 42 mittels der Kondensatorplatte 39 abgestimmt. Entsprechend dem zu behandelnden Gut wird ein Feldformer 5 eingesetzt. Auch die Resonanzraumbegrenzungsteile 32 werden verstellt, bis die optimalen Bedingungen entsprechend der Behandlung des Gutes 40 erzielt sind.
Hierauf wird das Gut 40 fortlaufend in den Behandlungsraum geschickt, wo es dem Einfluss der Mikro- und längern Wellenbehandlung ausgesetzt wird. Auf Grund des erhaltenen Resultates des über die Walze 38 ausgeschleusten Gutes 40 ist eine Veränderung des dielektrischen Feldes und damit der Behandlung des Gutes 40 während des Betriebes möglich. Diese kann insbesondere mittels der Höhen verstellung des Hohlleiters 31 und Verstellung der Platte 39 erfolgen, ebenso durch die Veränderung der Grösse der ausstrahlenden Öffnung im Feldformer 5.
Diese Bauweise ermöglicht, sowohl eine Nah feldeinwirkung durch die gezielte, aus den Feld formern 5 austretende und teilweise direkt ins Gut 40 übergehende Mikrowellenenergie als auch eine Fern- feld'einwirkung infolge Reflexion der Wellen in einem einzigen Arbeitsraum zu verwirklichen.
Die in Fig. 11 dargestellte Vorrichtung kann eine beliebige Breite aufweisen und mit mehreren, aus verschiedenen Hochfrequenzgeneratoren und Hohl leitern aufgebauten Strahlungsköpfen ausgerüstet sein.
Device for the dielectric heating of materials The present invention relates to a device for the dielectric heating of materials with at least one microwave generator and one or more waveguides and reflectors.
There are known devices for dielectric heating of substances. However, these generally have the disadvantage that their working space cannot be adapted to the property. Where such an adaptation is provided, however, it must either be carried out in a complicated way or it can be used in very limited ways.
The present invention aims to create a device which can be easily and quickly adapted to the material to be treated.
The device according to the invention is characterized in that means that make the field strength and penetration depth changeable are arranged on the waveguide.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are then explained with reference to figures. It shows: FIG. 1 a section in a schematic representation through a device for dielectric heating of substances with two high-frequency generators and exchangeable field formers; 2-4 according to the section lines VV,
VI-VI and VII-VII, Fig. 8-10 the field strengths that can be achieved by the field shaper according to FIGS. 2-4 as a function of the width of the openings of the field shaper, FIG. 11 shows a device for dielectric heating in machines or assembly lines in the longitudinal direction section in schematic representation. The device shown in Fig.l has two microwave generators 1 with associated waveguides 2. The waveguides 2 are arranged on supports 3 adjustable in height.
They have conical radiation heads 4, the front ends of which are used to accommodate field formers 5. The field shapers 5 are interchangeable.
At the level of the radiation heads 4, reflector plates 6 are provided which can be adjusted in the direction of an arrow 19 with respect to an item 7, which here has the shape of a plate.
The supports 3 allow the waveguide with respect to the item to be treated 7 in the correct position, while the telescopic structure of the waveguide allows this exactly to match the micro wave generator and thus to generate a progressive wave in the high frequency area. The reflector plate 6 also serves to influence the microwave field in the good 7. The radiation head 4 can be made in one or more parts.
The field formers are interchangeable. According to the field to be generated in the good 7, other shapes, for example according to FIGS. 2-4, can be selected. Each of these field shapers generates a very specific field or a corresponding field strength and associated penetration depth, as can be seen from FIGS. 8-10.
The device shown in Fig. 1 is suitable, for example, for gluing wood or for book binding machines. In order to put the system into operation, it is brought to the correct height with the help of the supports 3 according to the property. The generators 1 are then put into operation and the waveguides 2 are matched with the aid of the telescopic displacement option.
Corresponding to the material to be treated, a field shaper is inserted into the radiation head 4, which can have one of the shapes according to FIGS. 2-4, for example.
The field shaper 8 shown in Fig. 2, provided with a slot 9, which is provided with two wider side openings connected by the slot 9, results in a large field strength E in the area of the slot 9 over the slot length L with a correspondingly small penetration depth into the material 7 according to curve 16 (Fig. 2). The side openings 10, on the other hand, result in a field strength distribution corresponding to the curve 15.
The field shaper 11 according to FIG. 3, the energy emission opening 12 of which is rectangular, shows the image of the field strength shown in FIG. The curve 17 is the curve of normally used field shapers.
The field shaper 13 shown in FIG. 4 with the opening 14 results in a very flat profile of the field strength, as shown by the curve 18 in FIG. 10, but with a large penetration depth.
The field former 8 shown in Figure 2 is used, for example, for small areas of glue, while the one according to FIG. 4, which has a great depth effect, is used to treat vertical glue joints.
The device according to FIG. 11 can, for example, be used for dielectric heating of goods in automatic or assembly line processes. It has a microwave generator 30 with an adjoining waveguide 31. The waveguide 31 is vertically displaceable in resonance space delimiting parts 32. It is isolated from side walls 33 and 34 that delimit the work area.
On the wall 33 there is a bearing block 35 with a roller 37, while the end wall 34 has a bearing block 36 with a roller 38. An item 40 to be treated or a conveyor belt on which the corresponding item is placed runs over these rollers.
The waveguide 31 also has a radiation head 4 with a field shaper 5, which can be exchanged accordingly to the treatment to be carried out in the sense of the above description.
Compared to the field shaper 5, a displaceable capacitor plate 39 is provided. This capacitor plate 39 can be used as a tuning element and reflector plate for the microwave field in the work space. Since, as can be seen in FIG. 2, an insulator 44 made of ceramic, glass fibers or the like is attached, the capacitor plate 39 can also be used for feeding HF energy of greater wavelengths into the working space.
A corresponding high-frequency generator 42 for medium and long waves is provided to generate energy.
The device according to FIG. 11 works as follows: The material 40 to be treated is inserted into the treatment space between the waveguide 31 and the condenser plate 39 on the rollers 37 and 38. The height of the waveguide 31 is then adjusted with respect to this material 40, as is the capacitor plate 39.
After the high-frequency generator 30 and possibly the generator 42 are put into operation, the waveguide 31 is matched to the microwave generator 30 and the field of the generator 42 by means of the capacitor plate 39 due to its telescopic design. A field former 5 is used in accordance with the material to be treated. The resonance space delimitation parts 32 are also adjusted until the optimal conditions corresponding to the treatment of the goods 40 are achieved.
The material 40 is then continuously sent to the treatment room, where it is exposed to the influence of the micro and long wave treatment. On the basis of the result obtained for the goods 40 discharged via the roller 38, a change in the dielectric field and thus the treatment of the goods 40 during operation is possible. This can take place in particular by adjusting the height of the waveguide 31 and adjusting the plate 39, and also by changing the size of the radiating opening in the field shaper 5.
This design enables both a near field effect through the targeted microwave energy exiting from the field formers 5 and partially passing directly into the product 40 and a far field effect as a result of the reflection of the waves in a single workspace.
The device shown in FIG. 11 can have any width and be equipped with a plurality of radiation heads constructed from different high-frequency generators and hollow conductors.