DE2642335B1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen dielektrischen Erwaermen mittels Mikrowellenenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Behandlungsraum, insbesondere mit einem als Mikrowellenhohlleiterkanal ausgebildeten Behandlungsraum, zum kontinuierlichen dielektrischen Erwärmen von strangförmigem Material, insbesondere aus Kunststoff oder Kautschuk, mittels Mikrowellenenergie, wobei mindestens ein Abstimmelement in die als Hohlleiterkanal ausgebildete Energiezuleitung vom Mikrowellengenerator zum Behandlungsraum hineinragend angeordnet und in einer Bohrung in der Hohlleiterwand verschiebbar geführt ist.

Der Mikrowellengenerator, die Energiezuleitung, der Behandlungsraum und die Last besitzen bei Mikrowellensystemen meist verschiedene Wellenwiderstände. Wenn die Wellenwiderstände des Mikrowellengenerators, der Energiezuleitung und des Behandlungsraumes einerseits und der Wellenwiderstand der Last andererseits verschieden sind, muß zwischen beide ein Transformationsglied geschaltet werden, das die Aufgabe hat, den Wellenwiderstand der Last an den Wellenwiderstand des Generators mit der Energiezuleitung und dem Behandlungsraum anzupassen. Eine optimale Energieausnutzung ist nur dann gewährleistet, wenn die gesamte im Mikrowellengenerator erzeugte Energie in der Last in Wärme umgesetzt wird. Das bedeutet, daß keine Reflexionen an der Last entstehen dürfen.

Um für eine reflexionsarme Anpassung der Last zu sorgen, wäre es möglich, ein oder mehrere Abstimmelemente, z. B. Stifte oder Schrauben, in die als Hohlleiterkanal ausgebildete Energiezuleitung für die Mikrowellenenergie verschiebbar hineinragend anzuordnen. Mit diesen Abstimmelementen, die als Anpassungstransformator wirken, ist es theoretisch möglich, jede beliebige Lastimpedanz an jede beliebige Generatorimpedanz anzupassen.

Bei sehr großen Unterschieden der Wellenwiderstände von Mikrowellengenerator und Last treten zwischen Anpassungstransformator und Last hohe Blindleistungen auf den Leitungen auf, die ein Mehrfaches der Wirkleistung erreichen können. Die als Folge der hohen Blindleistungen auftretenden überhöhten Feldstärkewerte im Spalt zwischen Abstimmstift und Stiftfüh rungsbohrung bzw. zwischen Abstimmschraube und Gewinde bewirken Lichtbogenentladungen, die zu Erosion und damit zur allmählichen Zerstörung der Kontaktstelle von Abstimmelement und Hohlleiterwand führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art derart auszubilden, daß eine gute Anpassung zwischen Mikrowellengenerator und Last ohne Gefahr von

ίο Überschlägen und Lichtbögen im Spalt zwischen dem Abstimmelement und seiner Führung in der Wand der Energiezuleitung ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bohrung auf einer Länge von A/4 von der Hohlleiterinnenwandebene einen Isolationsspalt mit dem Abstimmelement bildet, daß die Bohrung im Abstand von A/4 von der Hohlleiterinnenwandebene eine Querschnittserweiterung von einer Länge von A/4 aufweist, der sich wieder eine Querschnittsverengung anschließt.

Der notwendige elektrische Kontakt zwischen Abstimmelement und Hohlleiterwandebene wird durch Leitungstransformation hergestellt. Die Querschnittsänderungen der Bohrung wirken über die Leitungstransformationslängen wie ein elektrischer Kurzschluß zwischen Abstimmelement und Hohlleiterwand in der Hohlleiterwandebene.

Durch die Bohrungsquerschnittsaufweitung nach dem ersten A/4-Abschnitt ist die Energiedichte in dem querschnittsmäßig vergrößerten Abschnitt sehr viel kleiner als in dem Bereich des A/4-langen Isolationsspaltes, so daß an der Querschnittsverengung nach dem zweiten A/4-Abschnitt eine erheblich geringere Strombelastung auftritt als in der Hohlleiterwandebene. Das

-ss Kontaktproblem an der kanalfernen Querschnittsverengung ist daher nicht so gravierend.

Das Abstimmelement ist in dem ersten A/4-Bereich isoliert in der Bohrung angeordnet. Diese Isolation kann im einfachsten Fall durch einen engen Luftspalt erreicht werden. Zusätzlich kann das Abstimmelement und/oder die Bohrung mit einem isolierenden Überzug versehen werden.

Als wesentlicher Vorteil der Erfindung wird angesehen, daß eine Einstellung des Anpassungstransformators während des Betriebes der Mikrowellenanlage ermöglicht wird, ohne daß die schädlichen Lichtbogenentladungen und Überschläge in dem Spalt zwischen Abstimmelement und seiner Führung in der Hohlleiterwand der Energiezuleitung auftreten.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in schematischer Weise eine Mikrowellenanlage mit einem Behandlungsraum, der als Mikrowellenhohlleiterkanal ausgebildet ist;

Fig.2 zeigt im vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt aus der F i g. 1.

Ein von einem Extruder 3 extrudierter Kautschukstrang 4 wird mittels eines endlosen, von einem Motor 5 angetriebenen Förderbandes 6 kontinuierlich durch eine Einlaßöffnung 7 eines als Mikrowellenhohlleiterkanal ausgebildeten Behandlungsraumes 8 von annähernd quadratischem Querschnitt geführt Nach Passieren der gesamten Länge des Behandlungsraumes 8 tritt der nun dielektrisch erwärmte Kautschukstrang 4 durch eine Auslaßöffnung 9 aus und wird weiteren Behandlungsstufen, z. B. einer konventionellen Heizvorrichtung, zugeführt
Die Mikrowellenenergie wird an zwei Einkoppelstel-

len 11 und 12 in den Behandlungsraum 8 eingebracht. Die erste Einkoppelstelle 11 für die Mikrowellenenergie ist nach einem Viertel der Länge des Behandlungsraumes 8 angeordnet. Ein rechteckiger Hohlleiterkanal 13 ist waagerecht an einer Kanalseite angebracht und bildet eine Energiezuleitung 13. Die zweite Einkoppelstelle 12 für die Mikrowellenenergie ist nach ³A der Länge des Behandlungsraumes 8 angeordnet. Ein eine Energiezuleitung 14 darstellender Hohlleiterkanal 14, rechteckigen Querschnitts wie der erste Hohlleiterkanal 13, ist senkrecht auf der Kanaloberseite angebracht und verbindet einen Mikrowellengenerator 15 mit dem Inneren des Behandlungsraumes 8. Durch die um 90° gegeneinander verdrehte Einspeisung der Mikrowellenenergie werden zwei um 90° gedrehte Hio-Wellen angeregt Bei verschiedenen Strangprofilen des zu erwärmenden Materialstranges 4 ist so ein günstiger Energieabsorptionswinkel zwischen Profillippe und E-Feldlinie vorhanden.

An dem die Energiezuleitung 14 bildenden Hohlleiterkanal 14 ist ein Anpassungstransformator 16 angebracht Der Anpassungstransformator 16 weist eine Buchse 17 auf, die in einer Bohrung 18 der von einem Ansatz 19 verstärkten Wand 21 der Energiezuleitung 14 eingesetzt ist Die Mittelbohrung 22 der Buchse 17 ist unter Bildung eines engen Isolationsspaltes 23 in einem Bereich von λ/4 von der Hohlleiterinnenwandebene 24 gesehen geringfügig größer als der Durchmesser eines durch die Mittelbohrung 22 der Buchse 17 verschiebbar in die Energiezuleitung 14 hineinragenden Abstimmelementes 25. Nach einem Viertel der freien Wellenlänge erweitert sich der Bohrungsquerschnitt der Buchse 17. Diese Erweiterung 26 hat, in axialer Richtung der Buchse 17 gesehen, ebenfalls eine Ausdehnung von λ/4.

ίο Anschließend springt die Bohrung 22 wieder auf ihre ursprüngliche Größe zurück.

Eine hier nicht gezeigte Verstelleinrichtung greift über ein Lagerauge 27 an dem Abstimmstift 25 an, um eine Verstellmöglichkeit des Abstimmstiftes 25 zu erreichen.

Die Bohrungsquerschnittsaufweitung 26 der Buchsenbohrung 22 nach dem ersten λ/4-Abschnitt bewirkt eine wesentlich verringerte Energiedichte in dem querschnittsmäßig vergrößerten Abschnitt 26 der Buchsenbohrung 22. An der kanalfernen Querschnittsverengung 28 tritt daher eine erheblich geringere Strombelastung auf als in der Hohlleiterinnenwandebene 24. Die kanalferne Querschnittsverengung 28 braucht daher gegenüber dem Abstimmstift 25 nicht isoliert zu werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung mit einem Behandlungsraum, insbesondere mit einem als Mikrowellenhohlleiterkanal ausgebildeten Behandlungsraum, zum kontinuierlichen dielektrischen Erwärmen von strangförmigem Material, insbesondere aus Kunststoff oder Kautschuk, mittels Mikrowellenenergie, wobei mindestens ein Abstimmelement in die als Hohlleiterkanal ausgebildete Energiezuleitung vom Mikrowellengenerator zum Behandlungsraum hineinragend angeordnet und in einer Bohrung in der Hohlleiterwand verschiebbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) auf einer Länge von A/4 von der Hohlleiterinnenwandebene (24) einen Isolationsspalt (23) mit dem Abstimmelement (25) bildet, daß die Bohrung (22) im Abstand von A/4 von der Hohlleiterinnenwandebene (24) eine Querschnittserweiterung (26) von einer Länge von A/4 aufweist, der sich wieder eine Querschnittsverengung (28) anschließt