DE1110779B

DE1110779B - High frequency heating device

Info

Publication number: DE1110779B
Application number: DEA34832A
Authority: DE
Inventors: Andrew Alford
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-06-07
Filing date: 1960-06-07
Publication date: 1961-07-13

Description

Hochfrequenzheizeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenz-Heizeinrichtung, insbesondere einen Hochfrequenzofen, zum Erwärmen eines Gutes durch induzierte Ströme, wobei das Gut in einen Raumbereich eingebracht wird, in dem ein Hochfrequenzfeld erzeugt wird. Eine solche Einrichtung kann z. B. als Schmelz-und Wärmeofen zum Schmelzen von Metallen, zum Erhitzen von Metallen auf Löttemperatur. zum Kochen und Braten verschiedener halbleitender Nahrungsmittel usw. benutzt werden.High-frequency heating device The invention relates to a high-frequency heating device, in particular a high-frequency furnace, for heating goods by means of induced currents, the goods being introduced into a space in which a high-frequency field is generated. Such a device can, for. B. as a melting and heating furnace for melting metals, for heating metals to soldering temperature. used for cooking and frying various semiconducting foods, etc.

Die bekannten Einrichtungen für induktive Hochfrequenzerwärmung arbeiten nicht befriedigend unter Betriebsverhältnissen, bei denen Menge, Größe, Form und elektrische Eigenschaften des eingebrachten Gutes stark wechseln, da die verwendeten Hochfrequenzgeneratoren nicht geeignet sind, auf Belastungswiderstände, die in weiten Grenzen veränderlich sind, zu arbeiten. Zur Verbesserung der Heizwirkun- und des Wirkungsgrades ist es daher zweckmäßig, eine Einrichtung vorzusehen, durch die der Widerstand, auf den der Generator arbeitet, im wesentlichen konstant gehalten wird, ohne Rücksicht auf die Beschaffenheit des durch induzierte Ströme zu erhitzenden Gutes Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß zur Erzeugung des Hochfrequenzfeldes zwei gemeinsam und im wesentlichen in gleicher Weise auf alle Teile des Raumbereiches wirkende, gegenseitig entkoppelte, vorzugsweise die gleiche Impedanz aufweisende Strahler vorgesehen sind, daß die Speisung der Strahler mit von einem Hochfrequenzgenerator gelieferter Hochfrequenzenergie über eine Hochfrequenz-Differentialbrücke erfolgt, die zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist und so ausgebildet istg daß bei Belastung der Ausgänge mit gleichen Impedanzen die beiden Eingänge gegenseitig entkoppelt sind, und daß an einen der Eingänge ein Belastungswiderstand, an den anderen der Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist, während die beiden Strahler über getrennte Speiseleitungen mit je einem der Ausgänge verbunden sind.The known devices for inductive high-frequency heating do not work satisfactorily under operating conditions in which the quantity, size, shape and electrical properties of the goods brought in vary greatly, since the high-frequency generators used are not suitable for working with load resistances that can vary within wide limits. To improve the heating effect and the efficiency, it is therefore advisable to provide a device by which the resistance on which the generator works is kept essentially constant, regardless of the nature of the material to be heated by induced currents the invention, this object is achieved in such a way that to generate the high-frequency field two jointly and essentially in the same way acting on all parts of the room area, mutually decoupled, preferably having the same impedance radiators are provided that the supply of the radiator with one High-frequency generator supplied high-frequency energy takes place via a high-frequency differential bridge, which has two inputs and two outputs and is designed so that when the outputs are loaded with the same impedances, the two inputs are mutually decoupled, and that one of the inputs has a load resistor and the other the high-frequency generator is connected, while the two radiators are each connected to one of the outputs via separate feed lines.

Das Wesen der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild eines Hochfrequenzofens in schematischer Darstellung, an dem die Aufgabe der Erfindung erläutert werden soll, Fig. 2 einen bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Hochfrequenz-Differentialtransfonnator, in schematischer Darstellung, Fig. 3 eine erste Ausführungsforin einer Schaltung zum Betrieb einer Hochfrequenzheizvorrichtung nach der Erfindung, in schematischer Darstellung, Figl. 4 eine zweite Ausführungsforin, ebenfalls in schematischer Darstellung, und Fig. 5 eine Ausführungsform eines Hochfrequenzofens für Betrieb gemäß der Erfindung, in welcher zwei gekreuzte Dipole als Strahlerelemente vorgesehen sind.The essence of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. 1 shows a circuit diagram of a high-frequency furnace in a schematic illustration, in which the object of the invention is to be explained, FIG. 2 a high-frequency differential transformer usable in the present invention, in a schematic illustration, FIG. 3 a first embodiment of a circuit for operation a high-frequency heating device according to the invention, in a schematic representation, Figl. 4 shows a second embodiment, also in a schematic representation, and FIG. 5 shows an embodiment of a high-frequency furnace for operation according to the invention, in which two crossed dipoles are provided as radiator elements.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bestehend aus einem Hochfrequenzgenerator 1, der über eine Leitung 3 eine Spule 2 speist, in deren elektromagnetischem Wechselfeld sich ein halbleitender Gegenstand 4 befindet. Die Erhitzung des halbleitenden Gegenstandes wird durch von dem elektromagnetischen Wechselfeld induzierte Ströme verursacht. Diese Induktionsströme erzeugen ihrerseits ein sekundäres elektromagnetisches Feld. Dies Sekundärfeld erzeugt eine Gegen-EMK in der Spule 2, was in der Wirkung einem an das Ende der Speiseleitung3 angeschlossenen Belastungswiderstand gleichkommt. Dieser induzierte Belastungswiderstand wird natürlich abhängig sein von Größe, Form, Leitfähigkeit und Orientierung des Gegenstandes, wie auch von seinem Abstand von der Spule. Findet solch eine Heizvorrichtung z. B. zum Erhitzen von Nahrungsmitteln Verwendung, so werden die verschiedensten halbleitenden Gegenstände in das Feld der Spule eingebracht, und entsprechend werden sehr unterschiedliche Widerstandswerte am Ende der Speiseleitung3 und damit auch am Generator 1 auftreten. Da Hochfrequenzgeneratoren wenig geeignet sind, auf erheblich von einem Normalwert abweichende Widerstände zu arbeiten, ist eine Anordnung, wie sie Fig. 1 zeigt, zur Verwendung bei Hochfrequenzöfen für Industrie und Küchenzwecke ungeeignet. Zur Lösung der sich hieraus ergebenden Aufgabe dienen die in Fig. 3 und 4 dargestellten Schaltungs.-anordnungen nach der Erfindung. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Anordnungen ist ein Differentialtransformator, der in diesem Falle die Form einer Hochfrequenz-Differentialbrücke hat und dessen Aufbau und Wirkungsweise zunächst an Hand der Fig. 2 erläutert werden. In ein Gehäuse 51 von rechteckigem Querschnitt mündet eine Koaxialleitung 50, 52, die im Innern des Gehäuses U-förmig umgebogen ist und an der Gehäusewand blind endet. Die beiden Schenkel des Außenleiters 50 des U-förmigen Leitungsstückes sind durch einen Ringspalt voneinander getrennt, in welchem sich die Schenkelenden m und n gegenüberstehen und der von dem ebenfalls U-förmig gebogenen Innenleiter 52 überbrückt wird. Der Differentialtransformator (bzw. die Hochfrequenz-Differentialbrücke) weist vier Koaxialleitungsanschlüsse auf, von denen die z. B. bei Bildung der Summe und Differenz zweier Hochfrequenzspannungen normalerweise als Eingänge benutzten mit P und S, die als Ausgänge benutzten mit 1 und 11 bezeichnet sind. Die Außenleiter aller Anschlüsse sind mit dem Gehäuse 51 verbunden. Die Innenleiter der Anschlüsse 1 und 11 sind in der Nähe des Ringspaltes unmittelbar mit je einem der Schenkel des Außenleiters 50 verbunden, wogegen der Innenleiter des Anschlusses P mit den Schenkeln des U-fönnig gebogenen Außenleiters über zwischengeschaltete, die Schenkel verlängernde Leitungsstücke verbunden ist. Der Innenleiter des Anschlusses S ist mit dem Innenleiter 52 der Koaxialleitung identisch. 1 shows an arrangement consisting of a high-frequency generator 1 which feeds a coil 2 via a line 3 , in the electromagnetic alternating field of which there is a semiconducting object 4. The heating of the semiconducting object is caused by currents induced by the electromagnetic alternating field. These induction currents in turn generate a secondary electromagnetic field. This secondary field generates a back EMF in the coil 2, which has the same effect as a load resistance connected to the end of the feed line 3. This induced load resistance will of course depend on the size, shape, conductivity and orientation of the object, as well as on its distance from the coil. Finds such a heater z. B. used for heating food, the most diverse semiconducting objects are introduced into the field of the coil, and accordingly very different resistance values will occur at the end of the feed line 3 and thus also at the generator 1. Since high-frequency generators are not very suitable for working with resistances which deviate significantly from a normal value, an arrangement as shown in FIG. 1 is unsuitable for use in high-frequency ovens for industrial and kitchen purposes. The circuit arrangements according to the invention shown in FIGS. 3 and 4 are used to solve the problem arising therefrom. An essential component of these arrangements is a differential transformer, which in this case has the form of a high-frequency differential bridge and whose structure and mode of operation will first be explained with reference to FIG. A coaxial line 50, 52 opens into a housing 51 of rectangular cross-section, which is bent over in the interior of the housing in a U-shape and ends blindly at the housing wall. The two legs of the outer conductor 50 of the U-shaped line section are separated from one another by an annular gap in which the leg ends m and n face each other and which is bridged by the inner conductor 52 , which is also bent in a U-shape. The differential transformer (or the high-frequency differential bridge) has four coaxial line connections, of which the z. B. when forming the sum and difference of two high-frequency voltages normally used as inputs with P and S, which are used as outputs with 1 and 11 . The outer conductors of all connections are connected to the housing 51 . The inner conductors of the connectors 1 and 11 are connected in the immediate vicinity of the annular gap with one of the legs of the outer conductor 50, the inner conductor of the terminal P whereas the legs of the U-fönnig curved outer conductor via interposed, the legs lengthening pipe sections is connected. The inner conductor of the connection S is identical to the inner conductor 52 of the coaxial line.

Belastet man die beiden Ausgänge 1 und 11 mit gleichen Impedanzen und schließt man einen Hochfrequenzgenerator an den Eingang S an, so werden an den gegenüberliegenden Schenkelenden m, n und damit auch an den Anschlüssen 1, 11 gleiche, aber entgegengesetzte Spannungen erhalten. Diese Spannungen erzeugen auf den zwischen den Schenkelenden m bzw. n und dem Eingang P liegenden Leitungsstücken Wellen von gleicher, aber entgegengesetzter Amplitude, die sich am Eingang P aufheben, so daß dort keine Spannung erhalten wird. Werden die Ausgänge 1 und 11 mit ungleichen Impedanzen belastet, so haben die beiden Wellen, die entlang der verlängerten Schenkel des U-förmigen Leiters 50 wandern, verschiedene Amplituden und/oder eine von 180' abweichende Phasendifferenz und heben sich infolgedessen am Eingang P nicht mehr auf. Der in einem dort angeschlossenen Belastungswiderstand fließende Strom kann als Maß für die Ungleichheit der an den Ausgängen 1 und 11 liegenden Impedanzen angesehen werden.If the two outputs 1 and 11 are loaded with the same impedances and a high-frequency generator is connected to the input S , the same but opposite voltages are obtained at the opposite leg ends m, n and thus also at the connections 1, 11. These voltages generate waves of the same but opposite amplitude on the line pieces lying between the leg ends m or n and the input P, which are canceled out at the input P so that no voltage is obtained there. If the outputs 1 and 11 are loaded with unequal impedances, the two waves that travel along the extended legs of the U-shaped conductor 50 have different amplitudes and / or a phase difference other than 180 ' and consequently no longer stand out at input P. on. The current flowing in a load resistor connected there can be viewed as a measure of the inequality of the impedances at outputs 1 and 11.

Wird der Hochfrequenzgenerator an den EingangP angeschlossen, so werden an den beiden Ausgängen 1 und 11 Spannungen von gleicher Größe und übereinstimmender Phase erhalten, wenn die Ausgänge 1 und 11 mit gleichen Impedanzen belastet sind. An dem Eingang S tritt in diesem Falle keine Spannung auf. Sind die an 1 und 11 angeschlossenen Impedanzen ungleich, so haben die Spannungen an den Ausgängen 1 und 11 verschiedene Amplitude und/oder Phase, und an dem Eingang S tritt eine Spannung aui., so daß ein dort angeschlossener Belastungswiderstand eine Leistuna aufnimmt. Sind die an die Ausgänge 1 und 11 angeschlossenen Impedanzen gleich, so sind die beiden Eing .. n .a gge P und S in jedem Falle entkoppelt. Für die Zwecke der Erfindung sind die Anschlüsse 1 und 11 bzw. P und S untereinander vertauschbar.If the high-frequency generator is connected to input P, voltages of the same magnitude and matching phase are obtained at the two outputs 1 and 11 if outputs 1 and 11 are loaded with the same impedances. In this case, no voltage occurs at the S input. If the impedances connected to 1 and 11 are unequal, the voltages at outputs 1 and 11 have different amplitudes and / or phases, and a voltage appears at input S , so that a load resistor connected there absorbs power. If the impedances connected to outputs 1 and 11 are the same, the two inputs .. n .a gge P and S are decoupled in any case. For the purposes of the invention, connections 1 and 11 or P and S can be interchanged.

Eine Anordnung mit einem Differentialtransformator der beschriebenen Art zur Erregung der Hochfrequenzstrahler eines Induktionsofens ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Anordnung sind an Stelle eines einzelnen Strahlerelementes, z. B. einer Spule, ein Paar solcher vorgesehen, und zwar in diesem Fall zwei Spulen 21 und 22. Diese Spulen sind rechtwinklig zueinander angeordnet derart, daß sie keine Induktionswirkungen aufeinander ausüben. Wie Fig. 3 zeigt, kann ein Paar senkrecht zueinander angeordneter Cr quadratischer Spulen mit zusammen fallenden vertikalen Mittelachsen verwendet werden, wobei die Wicklungen ineinandergreifend und sich in kleinem Abstande kreuzend ancreordnet sind. Die Spulen können in geeigneter Weise mit Reflektoren kombiniert sein, z. B. durch Einbau in einen mit Metall ausgeschlagenen Kasten 28 (Fig. 3), dessen Seitenwände in der Zeichnung entfernt sind, um die Spulen sichtbar zu machen. Die Spulen 21, 22 sind beziehungsweise durch Speiseleitungen 23 und 24 mit dem Differentialtransformator 25 verbunden, wobei die Speiseleitung 23 am Anschluß II und die Speiseleitung 24 am Anschluß 1 angeschlossen und der Wellenwiderstand der Speiseleitungen an den der Anschlüsse angepaßt ist. Als Differentialtransformator wird vorzugsweise eine Hochfrequenz-Differentialbrücke, z. B. in der Ausführung nach Fig. 2, verwendet, die so ausgebildet werden kann, daß sie in der Wirkungsweise einem verlustlosen symmetrischen Differentialtransformator entspricht. Ein Hochfrequenzgenerator 26, der aus einem nicht mitdargestellten Netzanschlußgerät betrieben wird, ist am Anschluß P des Differentialtransformators 25 reflexionsfrei angeschlossen, während an dem Anschluß S des Differentialtransformators ein angepaßter Belastungswiderstand 27 gelegt ist. Die Speiseleitung 24 ist länger als die Speiseleitung 23 gemacht, und zwar vorzugsweise um eine Viertelwellenlänge für die Frequenz des Generators. Wenn Zi der vom Differentialtransfonnator aus gemessene Eingangswiderstand der Speiseleitung 23 und Z 2 der entsprechende Widerstand der Speiseleitung 24 ist, so gilt dann bei derartiger Wahl der relativen Längen der Speiseleitungen 23 und 24 die Gleichung Z, . 2# = Z02, wobei Z,) der Wellenwiderstand der beiden Leitungen 23 und 24 ist. Wenn sich im Feld der Spulen 21 und 22 keine leitenden oder halbleitenden Gegenstände befinden, so sind die zueinander reziproken Scheinwiderstände Zi und Z" fast reine Blindwiderstände. Unter diesen Umständen geht die Leistung, und zwar die gesamte Leistung, vom Generator durch den Differentialtransformator in den Abschlußwiderstand 27. Der am Anschluß P gemessene Eingangswiderstand des Differentialtransformators ist dann im wesentlichen ein reiner Wirkwiderstand gleich dem Anpassungswiderstand des Differentialtransformators. Wird nun ein halbleitender Gegenstand 20 in das Feld der Spulen 21 und 22 gebracht, so sind die Scheinwiderstände Z, und Z., nicht mehr reine Reaktanzen, sondem haben eine Wirkwiderstandskomponente, und die Leistung, die bisher fast gänzlich dem Abschlußwiderstand 27 zugeführt wurde, wird nun teilweise den Widerständen Zi und Z, zugeführt. Wenn Z, und Z., einander gleich und damit gleich Z, werden, so wird dem Abschlußwiderstand 27 keine Leistung mehr zugeführt, sondern die gesamte Leistung wird zur Erhitzung des halbleitenden Gegenstandes durch die Spulen verwendet. Wesentlich ist, daß, unabhän-gig von den Änderungen der Widerstände Z" Z" bei veränderlicher Größe bzw. Energieaufnahme des beheizten halbleitenden Gegenstandes der am Anschluß P des Differentialtransformators gemessene Widerstand im wesentlichen gleich dem Anpassungswiderstand des Differentialtransformators bleibt, so daß der Generator stets richtig belastet ist und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.An arrangement with a differential transformer of the type described for energizing the high-frequency emitters of an induction furnace is shown in Fig. 3. In this arrangement, instead of a single radiator element, e.g. B. a coil, a pair of such are provided, in this case two coils 21 and 22. These coils are arranged at right angles to one another in such a way that they do not exert any induction effects on one another. As shown in FIG. 3 , a pair of perpendicular Cr square coils with coincident vertical central axes can be used, with the windings interdigitated and closely spaced crisscrossing. The coils can be suitably combined with reflectors, e.g. B. by installation in a lined with metal box 28 (Fig. 3), the side walls of which are removed in the drawing to make the coils visible. The coils 21, 22 are respectively connected to the differential transformer 25 by feed lines 23 and 24, the feed line 23 being connected to connection II and the feed line 24 being connected to connection 1 and the characteristic impedance of the feed lines being matched to that of the connections. The differential transformer is preferably a high-frequency differential bridge, e.g. B. in the embodiment of FIG. 2, used, which can be designed so that it corresponds in the mode of operation of a lossless symmetrical differential transformer. A high-frequency generator 26, which is operated from a power supply unit (not shown), is connected to connection P of the differential transformer 25 without reflection, while an adapted load resistor 27 is connected to connection S of the differential transformer. The feed line 24 is made longer than the feed line 23 , preferably by a quarter wavelength for the frequency of the generator. If Zi is the input resistance of the feed line 23 measured by the differential transformer and Z 2 is the corresponding resistance of the feed line 24, then with such a choice of the relative lengths of the feed lines 23 and 24, the equation Z, applies. 2 # = Z02, where Z,) is the characteristic impedance of the two lines 23 and 24. If there are no conductive or semiconducting objects in the field of coils 21 and 22, the reciprocal apparent resistances Zi and Z "are almost pure reactances Terminating resistor 27. The input resistance of the differential transformer measured at connection P is then essentially a pure resistance equal to the matching resistance of the differential transformer. no longer pure reactances, but rather have an active resistance component, and the power that was previously supplied almost entirely to the terminating resistor 27 is now partly supplied to the resistors Zi and Z. If Z, and Z., become equal to each other and thus equal to Z, , the terminating resistor 27 is no longer supplied with power, but the entire power is used to heat the semiconducting object by the coils. It is essential that, irrespective of the changes of the resistances Z "Z" at variable size and energy consumption of the heated semi-conductive object, the measured of the differential transformer at the terminal P resistance remains substantially equal to the matching resistor of the differential transformer, so that the generator is correct is loaded and works with good efficiency.

Wenn auch die Anordnung nach Fig. 3 zufriedenstellend ist, ist es jedoch zweckmäßig, noch Mittel zum Abgleich der Reaktanzen der beiden Spulen vorzusehen. Eine derartige Anordnung zeigt Fig. 4. In dieser Anordnung sind zwei durch eine Einstellachse 33 gemeinsam veränderliche Kondensatoren 31 und 32 in Reihenschaltung mit den Spulen 21 und 22 verbunden. Durch Verstellen der Einstellachse im einen oder anderen Sinne werden die an den Enden der Leitungen 23, 24 liegenden Belastungswiderstände so verändert, daß der Unterschied der Ersatzwiderstände Zi und Z, für die Speiseleitungen 23 und 24 am Differentialtransformatr entweder zu- oder abnimmt. Je mehr die Widerstände Z, und Z2 einander gleichen, desto kleiner ist auch ihr Phasenwinkel.If the arrangement according to FIG. 3 is also satisfactory, it is, however, expedient to also provide means for balancing the reactances of the two coils. Such an arrangement is shown in FIG. 4. In this arrangement, two capacitors 31 and 32, which can be changed jointly by an adjustment axis 33, are connected in series with the coils 21 and 22. By adjusting the adjustment axis in one sense or the other , the load resistances at the ends of the lines 23, 24 are changed so that the difference in the equivalent resistances Zi and Z for the feed lines 23 and 24 at the differential transformer either increases or decreases. The more the resistances Z 1 and Z 2 are equal to one another, the smaller their phase angle is.

Wie oben beschrieben, nimmt die Leistung am Abschlußwiderstand 27, ab, wenn die Widerstände der Speiseleitungen. 23 und 24 mehr zu Wirkwiderständen werden. Die Größe dieser Abnahme ist ein Maß für die Wirksamkeit der Leistungsübertragung vom Generator zu den halbleitenden Gegenständen. Die von dem Widerstand 27 aufgenommene Leistung wird gemessen mit Hilfe eines Kristallgleichrichters 34, der über einen Kondensator 37 mit dem Innenleiter der Koaxialleitung zwischen dem Anschluß S des Differentialtransformators und dem Abschlußwiderstand 27 verbunden und in Reihe geschaltet ist mit einem Gleichstrommilliamperemeter 36 mit parallel geschaltetem Kondensator 35. Die Wirkung einer Verstellung der Einstellachse 33 kann am Milliamperemeter 36 abgelesen werden.As described above, the power at the terminating resistor 27 decreases when the resistances of the feed lines. 23 and 24 become more effective resistors. The size of this decrease is a measure of the effectiveness of the power transfer from the generator to the semiconducting objects. The power absorbed by the resistor 27 is measured with the aid of a crystal rectifier 34, which is connected via a capacitor 37 to the inner conductor of the coaxial line between the terminal S of the differential transformer and the terminating resistor 27 and is connected in series with a DC milliammeter 36 with a capacitor 35 connected in parallel . the effect of an adjustment of the adjusting axis 33 can be read on milliammeter 36th

Zur Erzielung einer möglichst guten Anpassung des Widerstandes der Spulen an den Wellenwiderstand der Speiseleitungen können zusätzlich zu oder an Stelle der nur beispielsweise und schematisch angeführten Reihenkondensatoren auch veränderliche Parallelkondensatoren, Reihen- oder Parallelinduktivitäten, Koppeleinrichtungen, veränderliche Hochfrequenzleitungsstücke, Umschalter, z. B. zur Veränderung der Windungszahl der Spulen, u. dgl. einzeln oder in Kombination vorgesehen sein. Die Anpassungselemente für die beiden Spulen sind vorzugsweise paarweise gleich und für beide Spulen gemeinsam veränderlich auszubilden, so daß die beiden Speiseleitungen auf übereinstimmende Impedanzen. arbeiten und infolgedessen das Produkt aus den Widerständen Zi und Z., gleich Z,2 bleibt. Wenn dies der Fall ist, bleibt dir vom Generator in den Differentialtransformator hineingemessene Widerstand in der Nähe eines festen WertesZ., auch wennZ, und Z., verschieden sind, und wenn weiter Z, gleich Z., gemacht wird, so entspricht die Belastung der Speiseleitungen ihrem Wellenwiderstand.To achieve the best possible adaptation of the resistance of the coils to the characteristic impedance of the feed lines, variable parallel capacitors, series or parallel inductances, coupling devices, variable high-frequency line sections, changeover switches, e.g. B. to change the number of turns of the coils, and the like. Be provided individually or in combination. The matching elements for the two coils are preferably identical in pairs and mutually variable for both coils, so that the two feed lines have matching impedances. work and as a result the product of the resistances Zi and Z., remains equal to Z, 2. If this is the case, the resistance measured by the generator into the differential transformer remains close to a fixed value Z., even if Z, and Z., are different, and if Z, equal to Z., is made, the load corresponds to Feed lines their wave impedance.

Wenn die Widerstandsanpassung zwichen den Speiseleitungen 23 und 24 und den Spulen 21 und 22 unabhängig voneinander durchgeführt würde, so wäre es möglich, die ScheinwiderständeZ1, Z., g ,leichzumachen, ohne daß dabei beide gleich Z, werden. Unter diesen Umständen würde der Abschlußwiderstand 27 keine Leistung vom Generator erhalten, und demzufolge würde das Milliamperemeter keine Anzeige liefern. Der Eingangswiderstand des Differentialtransformators 25 am Anschluß P würde dabei nicht angepaßt sein. Es ist daher wünschenswert, den Widerstand der beiden Spulen gleichmäßig zu verändem, damit man sich durch die Anzeige des Milliamperemeters davon überzeugen kann, ein wie großer Teil der Gesamtleistung zum Erwärmen des Gegenstandes aufgewendet wird, und diesen Teil nach Wunsch verändern kann, während der Eingangswiderstand des Differentialtransfonnators am Anschluß P nahezu konstant bleibt.If the resistance adjustment between the feed lines 23 and 24 and the coils 21 and 22 were carried out independently of one another, it would be possible to equalize the apparent resistances Z1, Z., g, without both becoming equal to Z. Under these circumstances, the terminating resistor 27 would not receive any power from the generator and consequently the milliammeter would not give an indication. The input resistance of the differential transformer 25 at the connection P would not be adapted. It is therefore desirable to vary the resistance of the two coils equally, so that one can see from the display of the milliammeter how much of the total power is used to heat the object, and change this part as desired, while the input resistance of the differential transformer at terminal P remains almost constant.

Die Blindwiderstände der Spulen im Leerlauf werden vorteilhaft so bemessen, daß sie zwischen dem 2- und 4fachen des Wellenwiderstandes der Speiseleitungen liegen. Allgemein wird man die Schaltimpedanz so bemessen, daß bei einer als normal anzusehenden Beschickung des Heizraumes mit Gut der nach Aufhebung der reaktiven Komponente verbleibende Wirkwiderstand dem Wellenwiderstand der Speiseleitungen möglichst nahekommt. Unter gewissen Umständen, wenn z. - B. ein langer dünner Gegenstand parallel zu der einen, aber senkrecht zu der anderen Spule liegt, haben die beiden Spulen ungleiche Wirkwiderstandskomponenten, und die Widerstände Zi und Z, sind nicht gleich, es sei denn, daß dies durch getrennte Anpassung erreicht wird. Demzufolge wird im allgemeinen ein wesentlicher Teil der Leistung an den Abschlußwiderstand 27 abgegeben, wodurch angezeigt wird, daß der Gegenstand nicht die richtige Lage im Feld der beiden Spulen hat und daher zur Verbesserung des Wirkungsgrades eine Lageänderung erfahren muß.The reactances of the coils when idling are advantageously dimensioned so that they are between 2 and 4 times the characteristic impedance of the feed lines. In general, the switching impedance is dimensioned in such a way that when the heating room is filled with material as normal, the effective resistance remaining after the reactive component has been eliminated comes as close as possible to the characteristic impedance of the feed lines. Under certain circumstances, e.g. - B. a long thin object parallel to the one, but is perpendicular to the other coil, the two coils unequal effective resistance components, and the resistors Zi and Z, are not the same, except that this is accomplished by separate adjustment. As a result, a substantial part of the power is generally delivered to the terminating resistor 27 , which indicates that the object is not in the correct position in the field of the two coils and must therefore be changed in position to improve efficiency.

Die im vorstehenden beschriebene Verwendung von Spulen als Strahlerelemente zur Erzeugung des gewünschten Hochfrequenzfeldes ist zweckmäßig bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen, z. B. Frequenzen von 50 MHz oder weniger; sobald mit höheren Frequenzen gearbeitet werden soll, sind andere Mittel vorzusehen, z. B. ein Paar Dipolantennen 29 und 30, die rechtwinklig zueinander und im Abstand von einer Viertelwellenlänge von den gegenüberliegenden Seiten des mit Metall ausgeschlagenen Kastens 28, wie Fig. 5 zeigt, angeordnet sind. Werden solche Antennen verwendet, so können sie durch Leitungen gespeist werden, die in gleicher Weise mit dem Differentialtransformator verbunden sind wie bei Verwendung von Spulen in Fig. 3 und 4. Bei der Verwendung von Antennen ist es ebenfalls wünschenswert, die Strahlungswiderstände der Antennen an die Speiseleitungen anzupassen. Die Mittel zur Anpassung können verschiedener Art sein, wie schon für die Spulen angegeben. Unter anderem können z. B. bewegliche Metallklappen in der Nähe der Antennen oder veränderliche Nebenschlußreaktanzen oder Kombinationen beider Mittel vorgesehen sein.The above-described use of coils as radiator elements to generate the desired high-frequency field is useful at relatively low frequencies, e.g. B. Frequencies of 50 MHz or less; as soon as higher frequencies are to be used, other means must be provided, e.g. B. a pair of dipole antennas 29 and 30 which are perpendicular to each other and spaced a quarter wavelength from the opposite sides of the metal-lined box 28, as shown in FIG. 5 , are arranged. If such antennas are used, they may be fed by conduits which are connected in the same manner with the differential transformer, as in use of the coils in FIGS. 3 and 4. In the use of antennas, it is also desirable for the radiation resistance of the antenna to the Adapt feed lines. The means of adaptation can be of various types, as already indicated for the coils. Among other things, z. B. movable metal flaps in the vicinity of the antennas or variable shunt reactances or combinations of both means can be provided.

Bei Verwendung von Hohlrohrleitungen wäre als Äquivalent der beschriebenen Hochfrequenzdifferentialbrücke ein sogenanntes »Magic Tee« vorzusehen.When using hollow pipelines, the equivalent would be the one described A so-called »Magic Tee« should be provided for high-frequency differential bridge.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. High-frequency heating device, in particular a high-frequency furnace, for heating a good by induced currents, the good being introduced into a spatial area in which a high-frequency field is generated, characterized in that two together and essentially in the same way for generating the high-frequency field Mutually decoupled radiators (coils 21, 22 or antennas 29, 30) which act on all parts of the room area and preferably have the same impedance are provided so that the radiators are fed with high-frequency energy supplied by a high-frequency generator (26) via a high-frequency differential bridge (25) , which has two inputs (P, S) and two outputs (1, 11) and is designed so that when the outputs are loaded with the same impedances, the two inputs are mutually decoupled, and that one of the inputs ( S or P) a load resistor (27), to the other (P or S) the high-frequency generator attached is lost, while the two radiators are each connected to one of the outputs via separate feed lines (23, 24).

2. Device according to claim 1, characterized in that a measuring instrument (36) for displaying the power consumed by the load resistor (27) is provided as a measure of the inequality of the impedances at the two outputs (1, 11) of the high-frequency differential bridge . 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the radiators with the outputs (1, 11) of the high-frequency differential bridge connecting feed lines (23, 24) have different lengths by a quarter wavelength. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that two frame coils (21, 22) perpendicular to one another are provided as radiators. 5. Device according to claim 4, characterized in that the frames (21, 22) are square and, with mutually perpendicular coil surfaces interlocking, are arranged around the space intended for receiving the goods. 6. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that two mutually perpendicular dipoles (29, 30) which are enclosed by a metal housing (28) and are arranged at a distance of a quarter wavelength from the adjacent housing wall are provided as radiators . 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that variable switching elements or switching means are assigned to the radiators for matching the radiator impedance to the characteristic impedance of the feed lines. 8. Device according to claim 7, characterized in that variable switching means for canceling the reactive component of the radiator impedance are assigned to the radiators. 9. Device according to claim 7 or 8, characterized in that actuating devices are provided through which the change of the switching elements or the actuation of the switching means takes place jointly for both radiators. 10. Device according to claim 7 or 8 and claim 9, characterized in that two variable capacitors (31, 32) with a common adjustment axis (33) are provided as variable switching elements. 11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the space intended for the introduction of the goods is delimited by a metallic housing (28) surrounding the radiators. C,