DE3711150A1

DE3711150A1 - Hochfrequenz-duesenstab-trockner

Info

Publication number: DE3711150A1
Application number: DE19873711150
Authority: DE
Inventors: William A Cook
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1987-10-15
Also published as: GB2189015A; GB2189015B; GB8707212D0; US4638571A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren zur Behandlung sich kontinuierlich bewegender Bahnen und insbesondere die Tunneltrocknung von Bahnen, die vorher mit einem flüssigen Mittel beschichtet wurden. Die Erfindung kombiniert die Aus wirkungen des Auftreffens gasförmigen Fluides, das die Bahn behandelt und sie wahlweise abstützt, mit Hochfrequenzener gie-Übertragung auf die Bahn, vorzugsweise in dem Bereich der Radiofrequenzen, wodurch die Behandlung verbessert wird.

Trockner, bei denen Luft mit hoher Geschwindigkeit auf trifft, sind weithin in der Industrie zur Trocknung einer Vielzahl von bahnartigen Produkten wie Papier, photographi schen Filmen, beschichteten Geweben usw. in Gebrauch. In der fortgeschrittensten Form werden die Luftstrahlen aus den Düsenstäben auch benutzt, um die Bahn zum Schweben zu bringen und zu positionieren, während sie sich längs des Trocknungs weges bewegt, um so mechanische Berührung der Bahn mit dem Trockner zu vermeiden und den Aufbau von Bahnspannungen beim Weg durch den Trockner zu beseitigen. In dieser Form ergeben derartige Trockner allgemein einen guten Dienst und hohe Trocknungsgeschwindigkeit. Wie jedoch auch alle anderen Lufttrockensysteme besitzen sie verschiedene systembedingte Begrenzungen:

a) Das Produkt muß teilweise mehr getrocknet werden, als es dem zu erzielenden Trockenzustand entspricht, um sicher zustellen, daß irgendwelche feuchtere oder stärker be schichtete Bereiche vollständig durchgetrocknet sind, be vor sie den Trockner zu nachfolgenden Bearbeitungsstufen oder zu einem Aufwickelstand für die Bahn verlassen. Das ist insbesondere dann mühsam, wenn die bearbeitete Bahn anomale, stärker beschichtete Gebiete enthält, wie Kan ten, Sprungstellen der Beschichtung oder Spritzer. In vie len Fällen bestimmen solche Anomalitäten die größtmög liche Bearbeitungsgeschwindigkeit, statt die normalen Trockungsvorgänge am Produkt.
b) Um höhere Trocknungsgeschwindigkeit bei einer bestimmten Trockner-Wegstrecke zu erzielen, kann die Bedienungsper son nur entweder die Luftstrahlgeschwindigkeit oder die Lufttemperatur erhöhen. Keine der beiden Maßnahmen kann unbegrenzt durchgeführt werden, da außerordentliche Werte in beiden Fällen die Beschichtung oder die Grundbahn be schädigen können.
c) Wenn die Trocknungsgeschwindigkeit erhöht wird, tritt das Problem der "Hautbildung" bei einer anfangs nassen Be schichtungsfläche mehr und mehr hervor. Wenn die gesamte Trocknungsenergie oder zumindest der größte Teile von ihr durch die Oberfläche übertragen wird, entsteht über der Beschichtungsstärke ein Feuchtigkeitsgradient. Dadurch wird die Oberfläche trockner als die Tiefe der Schicht, und verliert so in den kritischen frühen Trocknungsphasen Beweglichkeit. Dadurch kann die Oberflächenspannung der Beschichtung nicht die Oberfläche zur Beseitigung von Un regelmäßigkeiten ausglätten, wie es bei jedem Beschich tungsvorgang sonst der Fall ist. Die beschriebene Wirkung ist den meisten bekannt, wenn sie sehen, daß Pinselstriche allmählich bei einer langsam trocknenden Lackbeschichtung verschwinden.

Viele Schwierigkeiten bei Luft- oder Strahlungstrocknern der beschriebenen Art können dadurch umgangen werden, daß die elektrische Heizungsenergie während des Trocknungsvorganges in die Bahn eingeführt wird. Um günstig zu wirken, braucht diese zusätzliche Zugabe nur einen Teil der zum Verdampfen des Lösungsmittels aus der Bahn nötigen Energie darzustel len. Bei den meisten praktischen Anwendungen muß ein guter Anteil der auf die Bahn auftreffenden Luftströmung dazu die nen, das verdampfte Lösungsmittel zu lösen und abzutragen. Die allgemeinen Eigenschaften dielektrischer Trocknung, die sie bei der Trocknung zu Herstellungszwecken nützlich machen, sind in vielen Schriften festgehalten. In Kürze sind diese Faktoren:

a) Bei dem typischen Fall, bei dem die feuchte Beschichtung hauptsächlich die HF-Verlustenergie aufnimmt, ergibt die dielektrische Heizung eine Kompensationswirkung, um das Trocknen von Beschichtungsanomalien in Quer- und Längs richtung der Bahn auszugleichen. Das ergibt sich deshalb, weil die Energie selektiv proportional zur Menge des ört lich vorhandenen dielektrische Verluste erzeugenden Lö sungsmittels in der Bahn absorbiert wird.
b) Weil die dielektrische Energie direkt im Innern der Schicht oder der Bahn befreit wird, wird ein gleichför miger Feuchtigkeitsgradient in Dickenrichtung erreicht. Dadurch wird der "Hautbildungs"-Effekt, wie er bereits früher beschrieben wurde, reduziert und es ergibt sich normalerweise eine verbesserte Oberflächenglätte bei be schichteten Bahnen.
c) Eine höhere Energieaufnahmegeschwindigkeit zum schnelle ren Trocknen kann oft deswegen erreicht werden, weil die dielektrische Kopplung die Begrenzungen des üblichen Kon vektions-Wärmeübergangs umgeht. So können Luftgeschwin digkeiten oder Temperaturen bei dem mit auftreffender Luft arbeitenden Trockner, die für das betreffende Erzeug nis zu hoch sind, vermieden werden.

Da die Vorteile des dielektrischen Trocknens, wie sie eben beschrieben wurden, allgemein bei der Trocknung zu Herstellzwecken gut bekannt sind, wurde viel Arbeit in die Entwicklung verbesserter dielektrischer Trockner so wohl im HF-, wie im VHF-Bereich eingesetzt. Einige An strengungen erwiesen sich dabei als recht nützlich, je doch wurden auch viele erreichten Fortschritte aus einer Vielzahl von Gründen wieder aufgegeben. Dem Fachmann sind folgende Schwierigkeiten bekannt:

a) Es erweist sich allgemein als eine gehörige Ingenieur- und Entwicklungsanstrengung, einen dielektrischen Trock ner für eine bestimmte Anwendung zu entwerfen, und die ser Vorgang ist deshalb normalerweise zeitraubend und teuer.
b) Bei üblichen dielektrischen Trocknern ist es schwierig, das Energieeingabeprofil längs des Trocknerweges vorher zusagen, und es ist genau so schwierig, es nach Einlei ten des Vorganges einzustellen. Bei empfindlichen Erzeug nissen ergibt sich ein sehr hohes technisches Risiko für den Betreiber der Anlage, der versucht, einige der sich anbietenden Vorteile der dielektrischen Heizung vollstän dig zu verwirklichen. Deshalb wählen sich viele Anlagen betreiber Systeme aus, die nur mit Luftstrahlen arbeiten, da diese rascher und vorhersehbarer betrieben werden kön nen.

Viele dieser Schwierigkeiten leiten sich von der Auslegung und dem Entwurf üblicher HF-Bahntrockner ab. Typischerweise besteht ein solcher aus einer leiterartigen Anordnung aus abwechselnd "heißen" und geerdeten Elektroden, die ein elek trisches Streufeld schaffen, das die naheliegende zu bear beitende Bahn erfaßt. Die Elektroden sind zuleitungsmäßig mit schweren HF-Leitersystemen zu einem gemeinsamen HF- Leistungsgenerator zusammengefaßt. HF-Generatorleistungen im 10 kW-50 kW-Bereich sind dabei weitgehend üblich. Bei die ser Anordnung ist es schwierig, die Aufbringerlänge zu ver größern oder den gemeinsamen Generator um mehr als 1/4 Wel lenlänge der Betriebsfrequenz zu entfernen, wegen der da bei entstehenden Steh-Spannungswellenauswirkungen. Bei einer solchen Anordnung ist der Spannungspegel über jedem Elektro denpaar und damit das elektrische HF-Feld im wesentlichen in der ganzen Anordnung gleich. Der Gesamtpegel kann von dem gemeinsamen Generator aus oder über verschiedene, dem Fachmann bekannte Kreis-Ankopplungen eingestellt werden. Bei dieser Anordnung kommt die Schwierigkeit, die Leistungs eingabe zur Bahn längs ihres Trocknungsweges durch das Elektrodensystem vorherzusagen oder zu lenken, von zwei größeren Effekten. Zunächst ändert sich die örtliche Ener giekopplung mit der Bahn in Abhängigkeit vom Kehrwert des Spaltes zwischen dem Elektrodenpaar und der Bahn. Wenn die Ebenheit oder die Positionierung der Bahn nicht so gut kon trolliert werden kann, ist die örtliche Energiezufuhr eben falls unkontrollierbar. Der zweite Faktor hat mit der kom plizierten Natur des dielektrischen Verlustfaktors des Ma terials zu tun, das die Energie aufnimmt. Bei HF-Systemen ist dies üblicherweise ein teilweise leitendes Lösungs mittel, das ionisierte gelöste Stoffe enthält. Bei Mikro wellensystemen (VHF-Systemen) kommen zusätzliche Mechanis men wie polare Molekülkopplung ins Spiel. Das Maß der ört lich übertragenen Energie hängt gleichzeitig von den ört lichen Zuständen der Lösungsmittelmenge, seiner Lösungs stoffkonzentration und seiner Temperatur ab. Alle diese Faktoren ändern sich längs des Trocknerweges in komplizier ter und voneinander abhängiger Weise.

Die Trocknungsanwendung braucht eine wirksame Kombination der besten Eigenschaften der Luftstrahltrock nung mit den besten Eigenschaften dielektrischer Trocknung. Wenn diese zusammen verwendet werden, ergibt sich ein Syn ergismus zur Erzeugung eines Trocknersystemes, das jeder Annäherungslösung mit einem der beiden Phänomene überlegen ist. Beide Wege tragen zu der Gesamtenergieübertragung auf die Bahn bei. Die HF-Energie trägt dazu bei, die Beschich tungsanomalien auszugleichen, während die auftreffenden Luft strahlen das abgedampfte Lösungsmittel wegtragen und dabei helfen, die Beschichtungstemperatur in der Nähe zum Taupunkt statt zu dem Siedepunkt zu halten.

Es sind einige industrielle Lösungen oder Lösungsversuche für dieses Problem bekanntgeworden, die sich mit der Kombi nation aus Luftstrahl- und dielektrischer Trocknung ergeben. Ein solches Ergebnis ist aus der US-PS 42 57 167 zu entneh men. Hier sind einzelne Luftstrahl-Düsenstäbe einer ziem lich konventionellen Auslegung als abwechselnd pola risierte Elektrodenstäbe eines Streufeld-HF-Kopplers verwendet. Das aktive HF-Streufeld wird zwischen den getrennten Düsenstäben erzeugt. Das führt allgemein zu we nig effizienter Kopplung dielektrischer Energie, da der op timale Düsenstab-Abstand normalerweise zu groß ist, um ein optimales HF-Feld zu errichten. Dies wird teilweise dadurch überwunden, daß zusätzliche Satelliten-Elektrodenstäbe zwi schen die Düsenstäbe wahlweise eingesetzt sind. Die gesamte Reihe von Düsenstäben, die als Elektroden wirken, wird von einem gemeinsamen HF-Leistungsgenerator angesteuert, wie es bei einer üblichen HF-Streufeld-Leiterelektrode der Fall ist.

Obwohl die in der US-PS 42 57 167 beschriebene Anordnung einen Weg zeigt, eine möglicherweise nützliche Kombination von Luftstrahl- und Dielektrizitäts-Trockung zu erreichen, ist sie doch allen technischen und Verfahrensproblemen un terworfen, die vorher den dielektrischen Trocknern zuge schrieben wurden. Darunter befinden sich die Probleme, we sentliche Mengen von HF-Leistung von einem entfernt liegen den Generator über die Gesamtlänge eines Tunneltrockners zu verteilen, der einige 30 m (hunderte Fuß) Länge besitzt. Die Anordnung schließt auch die Vielseitigkeit bei Versuchen aus, die optimale Anzahl und den optimalen Anbringungsort von HF-Heizzonen bei einem existierenden langen Tunnel trockner zu erproben und ein kontrollierbares Leistungsüber tragungsprofil in dieser Länge zu erreichen.

Es sind auch weitere Versuche bekanntgeworden, Luftstrahl- und Dielektrizitätstrocknung durch Verwendung von VHF- Leistungsquellen zu kombinieren. Die Mikrowellen-Leistungs zufuhren, die typischerweise mit schlangen förmigen Wellenleiterabschnitten arbeiten, bringen große Schwierigkeiten mit sich, gesteuerte Energieverteilung in Quer- und Längsrichtung der Bahn in der Bearbeitungszone zu erreichen.

Als Düsenstab wird hier ein Aufbau bezeichnet, der normaler weise länglich ist und sich quer zum Weg der sich bewegenden Bahn in enger Nachbarschaft dazu erstreckt. Der Düsenstab schafft Gasstrahlen durch einen oder mehrere Schlitz- oder Loch-Mündungen, die auf die naheliegende Bahn auftreffen. Diese auftreffende Strömung wird typischerweise dazu benutzt, die Bahn zu erhitzen, aufzubereiten und/oder zu trocknen. Zusätzlich kann die kinetische Energie der Gasströmung so gerichtet werden, daß sie eine Zone etwas höheren Druckes als der Umgebungsdruck schafft, um so die sich bewegende Bahn mechanisch zu positionieren und/oder abzustützen.

Als Luft wird hier jedes gasförmige Fluid bezeichnet, das fühlbare oder latente Wärme zu oder von der Bahn transportie ren kann, und normalerweise fähig ist, von der Bahn stammende Lösungsmitteldämpfe zu Sammelstellen von dem Bearbeitungs bereich weg abzuführen. Bei einer typischen Anwendung ist das Gas Luft mit gesteuerter Temperatur und Feuchtigkeit.

Als "nahe" wird hier der Bereich zwischen dem Düsenstab und der Bahn bezeichnet, soweit er innerhalb der Projektion des einzelnen Düsenstabaufbaues auf die Bahn liegt. In Abhängig keit von der jeweiligen Diskussion kann dieser Ausdruck mit Bezug auf die Bahnoberfläche, die Arbeitsfläche des Düsen stabes oder den Raum zwischen diesen beiden angewendet wer den. Dies ist der Bereich, in dem die auftreffenden Gasstrah len den größten Teil ihrer Wärmeübertragungswirkung entfalten und auch eine Druckabstützung für die Anordnung der Bahn schaffen, falls diese Eigenschaft bei der Auslegung eine Rolle spielt.

Hochfrequenz (HF) oder Radiofrequenz bedeutet hier eine elek trische Spannung oder einen solchen Strom, dessen/deren Pola rität sich periodisch mit der Zeit ändert. Als Frequenzbe reich für HF wird hier 0,5 MHz bis annähernd 500 MHz ange sehen. Für industrielle Heizungsanwendung gibt es gesetz liche und technische Betriebsvorschriften in einem der ISM (industrial, scientific and medical)-Bände im Teil 18 der Vorschriften der Federal Communications Commission. (ISM = industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendung; FCC = Bundeskomission für Nachrichtentechnik.)

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vor richtung zu schaffen, die es erlaubt, bei einer industriel len Bahntrocknung die Vorteile auszunutzen, die sich durch die Kombination von Luftstrahl- und dieelektrischer Trock nung ergeben, und zwar so, daß die hauptsächlichen techni schen und wirtschaftlichen Probleme früherer bekannter Ver fahren vermieden werden. Zusätzlich zu den durch das Ver fahren erbrachten Vorteilen ergibt die nachstehend beschrie bene neue Lösung beträchtliche kommerzielle Vorteile für den Betrieb eines bestehenden konventionellen Luftstrahl- Luftströmungstrockners, wenn dessen Wirksamkeit mit minima lem technischem Risiko und geringen Stillegezeiten verbes sert werden soll.

Dieses Ziel wird erreicht durch die vorliegende Erfindung einer Vorrichtung, die das Führen und Richten von Luftstrahlen eines üblichen Düsenstabes mit einer unab hängigen HF-Energieaufbringung vereinigt. Die elektrisch lei tenden, typischerweise aus Metall bestehenden Seiten- und Oberkanten des Gehäuses und die Düsenkanten werden benutzt, um Paare von Elektroden zu bilden, die üblicherweise mit Massepotential betrieben werden. Ein einziger oder mehrere Leiterstäbe sind zentral an der Oberfläche der Düsenstab anordnung angesetzt, die der zu bearbeitenden Bahn naheliegt. Dieser leitfähige Stab wirkt als die "heiße" elektrische Elektrode. Ein HF-Generator, der vorzugsweise innerhalb der Umhüllung des Düsenstab-Gehäuses liegt, führt HF-Leistung zu dieser Elektrode und errichtet ein HF-Streufeld mit jeder der seitlichen Masseelektroden, die sich in den benachbar ten Bereichen des Düsenaufbaues befinden und ebenfalls mit dem Generator verbunden sind. Diese elektrischen Streufelder sind im wesentlichen auf den Naheraum zwischen dem Düsen stab und der Bahn begrenzt. Sie treffen auf die naheliegende Bahn auf und dringen in diese ein, welche einer Trockung unterzogen wird, und koppeln zusätzliche Energie in diese ein durch den gleichen dielektrischen Verlustmechanismus, wie es bei anderen dielektrischen Trocknern der Fall ist.

Eine herausstehende Eigenschaft der elektrischen Schaltung erfindungsgemäßer Art besteht darin, daß sie aus eigenem die Stärke oder Intensität des elektrischen HF-Feldes über den Elektrodenpaaren erfaßt und richtet, wenn die nahe Bahn ihren Abstand von den Elektrodenflächen ändert. Sie tut das in solcher Weise, daß der Nennpegel der Leistungsübertragung von dem Gerät zu der Bahn bei normalen Spaltänderungen im wesentlichen konstant bleibt. Es ist auch möglich, den Nenn pegel der Leistungsübertragung dadurch einzustellen, daß die Versorgungsgleichspannung für die Schaltung extern geändert wird, wodurch der Leistungspegel längs des Trocknerweges im Hinblick auf optimale Trockungsergebnisse des Verfahrens gestaltet werden kann.

Die besprochenen Eigenschaften können in einer Anordnung re alisiert werden, deren Außenhülle im wesentlichen der eines üblichen Düsenstabes gleich ist. In den meisten Fällen kann die Anordnung so ausgelegt werden, daß sie in der Befesti gungslage festgeschraubt wird und irgendeinen üblichen Düsen stab bei einem bereits vorhandenen Luftströmungstrockner er setzt. Sie kann ohne Änderung an den bestehenden Luftzuführ- Leitungsverbinder angeschlossen werden. Die einzigen erfor derlichen Abwandlungen bei einer bestehenden Einrichtung sind die Hinzufügung von Niederspannungs-Gleichstromversorgung und wahlweise von Steuerkabeln, die durch den Trocknertunnel verlegt werden. Die Betriebssicherheit kann erhöht werden, wenn elektrische Eingriffsschalter bei den für die Bedienungs person zugänglichen Türen vorgesehen werden. Es wird auch notwendig sein, die elektrische Abschirmung des Trockner tunnels zu überprüfen bzw. zu verbessern oder eine weitere Umhüllung vorzusehen, um sicherzustellen, daß keine unzuläs sige elektromagnetische Strahlung an die Umgebung abgegeben wird.

Mit Hilfe der beschriebenen Merkmale können die angegebenen Ziele der Erfindung ohne weiteres erreicht werden.

a) Die eingebauten Anordnungen erlauben, wenn sie als direkte angeschraubte Ersatzteile für übliche Düsenstäbe benutzt werden, eine einfache mit geringem Risiko behaftete Ent wicklung kritischer Verfahrens- und Produktparameter durch direkte Untersuchungen bei der Vorrichtung. Die Einheiten können rasch in unterschiedlicher Anzahl oder Lage installiert und bewertet werden. Sog. "A/B"-Testvergleiche können erhalten werden, bei denen eine "Nurluft"-Trocknung duchgeführt wird, einfach durch Abschalten der elektrischen Leistung. Wenn aus bestimmten Gründen die zusätzliche HF- Energiezuführung schädliche Auswirkungen ergibt, kann die normale Bearbeitung einfach dadurch aufgenommen werden, daß die elektrische Leistung abgeschaltet oder die vorher vorhandenen Düsenstäbe wieder an ihre Stelle angeschraubt werden.
b) Werden bei jedem HF/Düsenstab-Modul integrale HF-Generato ren vorgesehen, so können die Anordnungen auch bei sehr großen Tunnellängen in jeder räumlichen Anordnung benutzt werden, ohne die technischen Probleme und Kosten anzu treffen, die mit dem Anschließen aller Düsenstäbe an ei nen gemeinsamen zentralen HF-Generator entstehen.
c) Die Verwendung von einzelnen Kleinleistungsgeneratoren bei jedem Modul ergibt zwei wertvolle Eigenschaften, die früher nicht zugänglich waren. Erstens kann der Leistungs pegel jeder Anordnung unterschiedlich oder fernsteuerbar gemacht werden, so daß ein besonderes HF-Leistungs-Zu führprofil längs der Trocknerweglänge errichtet wird. Das kann besonders dann nützlich sein, wenn sehr empfind liche Erzeugnisse bearbeitet werden. Zweitens ist es, da jede Modul-Leistungsversorgung in ihrer Gesamtabgabe begrenzt ist, unwahrscheinlich, daß irgendein anomal schwerer Beschichtungsfehler eine katastrophale Energie zuführung ergibt, wie wenn z.B. die Gesamtleistung eines gro ßen gemeinsamen HF-Generators von einem kleinen Anteil der Bahn aufgenommen wird.
d) Die elektrischen Schaltungseigenschaften, die die über tragene Leistung unabhängig von typischen Spaltänderungen im wesentlichen konstant halten, ergeben für die Bedie nung des Trockners eine größere Verfahrensbreite, als sie bei den früheren Geräten erreichbar war. Durch Reduzieren der Auswirkungen von Bahnspannung, Produktänderungen usw., die alle die Spaltbreite beeinflussen können, sollte es möglich sein, die Verfahrenswirksamkeit und die Qualitäts kontrolle zu verbessern.
e) Durch Aufnahme der Streufeld-Elektrodenelemente in die naheliegende Fläche des Düsenstabes werden verschiedene wichtige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erreicht. Der Nennspalt Elektrode zu Bahn ist allgemein kleiner und in diesem Bereich besser gesteuert als in dem Raum zwischen den Düsenstäben. Der kleinere Spalt ergibt eine bessere elektrische Kopplung als ein großer Spalt. Auch die Proportionierung der Abstände der Elektrodenelemente, des Spaltes und der dielektrischen Verlust-Eigenschaften des Materials können bei einer bestimmten Anwendung unabhängig von der Auslegung des Auftreff-Luftstrahles oder des Düsenstabes zum Düsenstababstand optimiert wer den.

Die Gesamtergebnisse der vorliegenden Erfindung infolge der beschriebenen Eigenschaften bestehen darin, daß die sich mit Trocknung von Bahnen befassende Industrie mit einer Mög lichkeit versorgt wird, die die maximalen Vorteile des kom binierten Luftstrahl- und HF-Trocknens ergibt, ohne daß schädliche Beeinflussungen und technische Risiken wie bei dem Stand der Technik auftreten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Tunneltrock ners unter Benutzung üblicher Düsenstäbe nach dem Stand der Technik zur Schaffung der Trocknungwir kung und mechanischer Abstützung der sich bewegen den Bahn,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Düsenstabes mit zugefügter HF-Heizaufbringung erfindungsgemäßer Art,

Fig. 3 eine Endansicht des Düsenstabes erfindungsgemäßer Art mit abgenommenem Enddeckel, mit teilweise auf geschnittener Behandlungsgas-Einlaßleitung,

Fig. 4 eine Teilansicht der Darstellung Fig. 3 mit schema tischer Darstellung der elektrischen HF-Streufelder im Naheraum und ihrer Beziehung zu der zu bearbei tenden Bahn,

Fig. 5A eine schematische Darstellung der Elemente der HF- Elektroden mit den wichtigen Kopplungsparametern,

Fig. 5B eine schematische Darstellung von Vielfachelektro den und -feldern innerhalb der Arbeitsfläche des Düsenstabes,

Fig. 5C und 5D Äquivalentschemen der Elektroden nach Fig. 5A bzw. 5B,

Fig. 6A und 6C graphische Darstellungen von Leistungsankopplungs- Eigenschaften unterschiedlicher Schaltungsanord nungen,

Fig. 6B und 6D Schaltschemen von zwei Reihen-Schaltungsanordnungen eines HF-Generators, und

Fig. 7 ein elektrisches Schaltschema des HF-Generators mit Anschlüssen für die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung eines typischen Luftströmungstrockners. Eine Grundbahn 1 wird entweder aus einem kontinuierlich verlaufenden Herstellungsvorgang oder von einer Zuführwalze 2 zugeführt. Die Bahn 1 durchläuft eine Beschichtungsstation 3, in der irgendein Material zur Verbesserung der Endprodukt-Eigenschaften auf eine oder auf beide Seiten der Grundbahn-Fläche aufgetragen wird. Die Auslegung der Beschichtungsstation kann irgendwelche Formen annehmen, die von der Natur der Beschichtung abhängen. Aus der Beschichtungsstation läuft die beschichtete Bahn in ei nen Trocknertunnel 4, dessen Länge der jeweiligen Bahnge schwindigkeit und -trocknungsrate angemessen ist. In dem Tunnel wird Energie auf die Bahn übertragen, um eine Aufhei zung, Trocknung und möglicherweise ein Verfestigen (Vulkani sieren) oder Aushärten des beschichteten Produktes zu bewir ken. Typischerweise besteht die größte thermische Belastung im Verdampfen eines Träger-Lösungsmittels, das als Teil des Beschichtungsgemisches aufgetragen wird. In anderen Fällen kann eine Flüssigkeit in der Grundbahn vorhanden sein, die getrocknet werden muß, ohne daß irgendeine Beschichtung auf getragen wird. Ein Beispiel dieser Bearbeitung ist das Ver dampfen von Wasser aus einer Papierbahn.

Nach dem Durchlauf durch den Trocknertunnel 4 sollte die erzeugte Bahn zufriedenstellend getrocknet sein. Nach dem Austritt läuft die Bahn normalerweise durch Walzen 5, die eine Zugkraft, einenSpannungsausgleich und eine Führung der Bahn erzeugen. Von da aus wird die Bahn typischerweise zu einer Vorratsspule 6 oder direkt zu weiteren Bearbeitungs schritten geführt.

Bei einem solchen Luftstrahl-Strömungstrockner wird die Energieübertragung durch die Einwirkung von Gasströmen 7 mit hoher Geschwindigkeit bewirkt, die auf eine oder auf beide Seiten der Bahn von einer Reihe von Düsenstäben 8 auftreffen, die mit Abstand längs des Bahnweges an einer oder an beiden Seiten desselben angeordnet sind. Allgemein ist das Gas Luft, deren Temperatur und Feuchtigkeit gesteuert beeinflußt wird und die den einzelnen Düsenstäben durch eine oder mehrere Verteilungsleitungen 9 zugeführt wird. Die Geschwindigkeiten der von den Düsenschlitzen austretenden und auf die Bahn auf treffenden Luft können, je nach Anwendung, von annähernd 61 m/min bis zu 1,83 km/min (200-6000 feet/minute) reichen. Zusätzlich zu dem Auslassen des auf die erzeugte Bahn zur guten Wärmeübertragung auftreffenden Gasstromes können die Düsenstäbe 8 auch die Funktion des Abstützens der Bahn bei ihrem Durchlauf durch die Länge des Trocknertunnels erfüllen. Das wird dadurch erreicht, daß eine Zone 10 erhöhten Gas druckes zwischen der Arbeitsfläche des Düsenstabes und dem benachbarten oder naheliegenden Abschnitt der erzeugten Bahn geschaffen wird. Im allgemeinen kann diese Strömungs- Stützwirkung dadurch erreicht werden, daß die Düsenstrahlen an entgegengesetzten Seiten der Arbeitsfläche eine Kompo nente besitzen, deren Tangentialgeschwindigkeit auf die Mit tellinie des Düsenstabes zu nach innen gerichtet ist. Das ge schieht zur Überwindung des Bernoullieffektes des die Zone 10 zwischen der Stabfläche und der Bahn verlassenden Gasstro mes, der, wenn ihm nicht entgegengewirkt wird, die Bahn gegen den Düsenstab anziehen läßt. Die Anforderungen und die ver schiedenen Auslegungen, die zur Erzielung einer stabilen Bahn abstützung mit guter Wärmeübertragung von dem strömenden Gas zur Bahn nötig sind, sind dem Fachmann wohlbekannt.

Bei der vorliegenden Erfindung sind die körperliche Umrah mung, die Wirkung des auftreffenden Luftstrahles und die Strömungs-Stabilisierung der Bahn in der gleichen Weise wie eben beschrieben weiterhin vorhanden. Die Düsenstäbe ergeben jedoch zusätzlich ein hochfrequentes elektrisches Feld, das in dem Naheraum zwischen Düsenstab und Bahn vorhanden ist. Dieser Naheraum ist der Raum zwischen der Arbeits fläche des Düsenstabes und ihrer Projektion auf die er zeugte Bahn. Diese Felderzeugung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Düsenstabanordnung 8 ist typischerweise vom gleichen körperlichen Umriß wie der eben beschriebene Luftströmungs- Düsenstab und wird mechanisch an Schienen im Tunnel usw. in der gleichen Weise wie nach dem Stand der Technik üblich, abgestützt. Aufbereitete Trockenluft 11 wird aus der gemein samen Verteilungsleitung 9 über eine Durchbruchsverbindung, die in dieser Ansicht nicht zu sehen ist, in den Düsenstab 8 übertragen und dort in dessen Innerem verteilt. Nach Durch laufen der Innen-Durchlässe im Düsenstabgehäuse tritt die Luft gleichförmig aus Düsen 12 in Längsrichtung des Stabes 8 aus. Diese Düsen sind hier als die typischen Schlitzstrahl düsen dargestellt, können jedoch auch die Form einer Reihe von Bohrungs-Mündungen oder anderen Durchbrüchen annehmen, wie teilweise durch die Pfeile 7 angedeutet, die die Luft strömung bei ihrem Austritt aus den Düsen bezeichnen. Die Düsenstabanordnung 8 ist quer zur Bewegungsrichtung der zu behandelnden Bahn 1 in bekannter Weise eingesetzt.

Anders als bei einem üblichen Düsenstab ist bei der vorlie genden Erfindung vorgesehen, daß ein elektrisch isolierter Elektrodenstab 13 oder mehrere solche Stäbe vorhanden ist bzw. sind, der bzw. die sich längs der Anordnung an der Ar beitsfläche 14 erstrecken, wobei diese Arbeitsfläche 14 die der zu bearbeitenden Bahn 1 zugewendete Fläche ist. Ein in dieser Fig. 2 nicht dargestellter HF-Generator, der vorzugs weise im Gehäuse des Düsenstabes 8 untergebracht ist, ist so angeschlossen, daß er ein elektrisches Feld mit hoher Frequenz (vorzugsweise im Radiofrequenzbereich) und hoher In tensität erzeugt, das durch Feldlinien 15 in Fig. 2 angedeu tet ist, und zwar zwischen der Elektrode 13 und den elek trisch leitenden Bestandteilen des Gehäuses des Düsenstabes 8. Vorzugsweise wird die Düsenstabanordnung auf Massepoten tial gehalten, schon aus Sicherheitsgründen, und, weil es elektrisch leichter durchzuführen ist. Das elektrische Feld 15 erstreckt sich teilweise in den elektrisch nichtleitenden, also dielektrischen Raum zwischen der Elektrode 13 und dem Düsengehäuse 8. Diese Feldlinien streuen in den benachbarten Raum aus, und durchschneiden teilweise die nahegelegenen Ab schnitte der zu behandelnden Bahn 1. Die elektrische Leistung zum Betreiben des HF-Generators wird üblicherweise über ein Kabel 47 von einer fernliegenden Gleichstrom-Leistungsver sorgung 41 zugeführt.

Die Schnittdarstellung Fig. 3 zeigt mehr Einzelheiten der in Fig. 2 schematisch dargestellten Anordnung. Diese (teil weise aufgeschnittene) Endansicht des Düsenstabgehäuses 8 bei abgenommenem Deckel zeigt die über der Arbeitsfläche der HF-beaufschlagten Düsenstabanordnung mit einem Abstand G von typischerweise ca. 1,6-12,7 mm (0,062-0,500 inch) ge führte zu bearbeitende Bahn 1. Aufbereitete Luft 11 tritt über den Verbindungsdurchbruch 20 (hier zur besseren Dar stellung aufgeschnitten gezeigt) in die Stabanordnung. Üblicher weise ist hier eine Sitzkragen- oder Ringdichtung 21 vorge sehen, um Fehlluft zu verhindern. Die Luft tritt zunächst in eine Verteilungskammer 22 innerhalb des Stabgehäuses. Aus diesem Raum kann sie in Längsrichtung der Düsenstabanord nung gleichförmig zu den Düsenschlitzen verteilt werden. Die gleichförmige Zuführung der Luft kann bei der gezeigten Auslegung durch einen kleinen Druckabfall verbessert werden, der mittels Verteilungsbohrungen 23 in inneren Schurzab schnitten von Prallplatten 24 erzielt wird. Nach Durchtritt durch die Verteilungsbohrungen strömt die Luft in den Räumen 25 zwischen den Außenwänden 26 des Gehäuses und den inneren Platten 24 nach oben. Von diesen Räumen 25 strömt die Luft weiter zu den Strahldüsen 12, die bei der gezeigten Ausle gung Schlitzdüsen sind, deren Seitenwände durch die Enden der Außenwände 26 des Gehäuses und der Prallplatten 24 ge bildet sind. Die Schlitzbreite ist allgemein enger als der Querschnitt der Zuführkammern 25 und so ausgelegt, daß sich das erwünschte Luftströmungsvolumen für den Auslegungswert der Strahlgeschwindigkeit ergibt. Die Abstandsstücke 28, die mit Abständen zwischen die Gehäusewände 26 und die Prall platten 24 eingesetzt sind, stellen eine Versteifungsmöglich keit für die ganze Anordnung dar, die genügend Steifigkeit für den Düsenspalt ergeben soll. Der Innen-Überdruck in der Zuleitung 9 kann bis zu mehr als 250 Pa (several inches water pressure) reichen, um gebräuchliche Auftreffgeschwin digkeiten zu schaffen. Wenn die Luftstrahlen 7 aus den Düsen mündungen 12 zum Auftreffen auf die zu bearbeitende Bahn 1 ausströmen, sind sie mit einem Geschwindigkeitsbestandteil nach innen versehen, d.h. etwas entgegengesetzt zu den Luft strahlen gerichtet, die von der Düse an der anderen Seite des Düsenstabes 8 herrühren. Dadurch wird in der Zone 10 über einem Teil der naheliegenden Arbeitsfläche 14 des Düsen stabes ein etwas höherer Druck erzeugt und damit sowohl die zu bearbeitende Bahn 1 abgestützt als auch eine Abhebekraft erzeugt, um zu verhindern, daß eine noch feuchte Bahn eine Berührung mit Teilen des Düsenstabes erfährt.

Die elektronischen Bestandteile des HF-Generators sitzen im Gehäuse in dem gestrichelt umschriebenen Raum 30. Diese Be standteile können auf einer gedruckten Schaltplatine 31 auf gebaut oder direkt an der Trennwand 32 befestigt sein. Eine Ausgangsklemme des Oszillatorkreises ist elektrisch über ei nen Leiter 33 mit dem Elektrodenstab 13 verbunden, während die andere Ausgangsklemme über den Leiter 35 mit dem Düsen stab-Gehäuse verbunden ist. Die Elektrode 13 ist an einer dielektrischen Platte 34 angebracht, die sowohl die mecha nische Abstützung, als auch die elektrische Isolierung und die Abdichtung für das Düsenstabgehäuse ergibt. Das bedeu tet, daß diese Isolationsplatte 34 aus einem qualitativ hochstehenden dielektrischen Material bestehen muß, das ver nachlässigbaren Verlust bei der Frequenz und der elektrischen Feldstärke in diesem Gebiet aufweisen muß, ebenso wie ent sprechende mechanische Eigenschaften bei der Temperatur, Feuchte und den anderen in diesem Gebiet herrschenden Zu ständen.

Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung zur besseren Erläuterung der Geometrie des elektrischen HF- Feldes, das zwischen der Elektrode 13 und den Düsenbestand teilen 24 und 26 errichtet wird. Der HF-Generatorkreis 36 erzeugt eine HF-Spannung V _HF an seinen Ausgangsklemmen. Eine Seite ist mit den Düsenbestandteilen 24, 26 verbunden, typi scherweise Blechteilen, und üblicherweise mit dem ganzen Maschinenrahmen elektrisch geerdet. Die andere HF-Klemme ist mit dem elektrisch isolierten Elektrodenstab 13 verbunden.

Dadurch werden Streufelder 15 in dem elektrisch nichtleiten den dielektrischen Raum erzeugt, der die Leiter umgibt, wie es in Fig. 4 gestrichelt dargestellt ist. Falls die zu bear beitende Bahn 1 sich in ziemlicher Nähe befindet, werden die Feldlinien in sie eintreten und sie werden dort konzentriert, da die Bestandteile der Bahn typischerweise eine größere Dielektrizitätskonstante als Luft besitzen und deswegen die Bahn eine geringere dielektrische Impedanz ergibt. Die Wir kung dieses Feldes in der Bahn besteht darin, daß ein elektrischer Verschiebungsstrom bei jeder Umkehr der Feldpo larität in der Bahn zum Fließen gebracht wird. Falls die Bahn oder ihre Beschichtung einen dielektrischen Verlustfak tor e _r′′ mit annehmbar hohem Wert besitzt, wird ein entspre chender Anteil des so erzeugten Wechselstromes direkt in der Masse der Bahn in Wärme verwandelt. Diese Heizungswirkung wird in den Gebieten konzentriert auftreten, in denen der höchste Verschiebungsstrom herrscht, also typischerweise in der Projektion des Spaltes S zwischen den Elektrodenelemen ten 13 und 24 auf die Bahn 1, d.h. also in den Bereichen 37 der Bahn.

Ein in Fig. 4 nicht dargestellter dielektrischer Bestandteil ist die isolierende Stützplatte 34 aus Fig. 3. Diese ist in Fig. 4 zur verbesserten Übersichtlichkeit weggelassen. Sie wird auch einen Anteil des elektrischen Feldes 15 einfangen und konzentrieren. Da sie mit Hinsicht auf geringen elek trischen Verlustfaktor ausgesucht wurde, wird keine merkbare Erhitzung ihres Materials auftreten. Sie stellt nur eine passive Kapazität dar, die in der HF-Generatorschaltung elek trisch ausgeglichen werden kann.

Die schematische Darstellung in Fig. 5A zeigt die wesentli chen Bestandteile der zwei Elektrodenspalten eines HF-Streu feld-Elektrodenkopplungssystems, wie es typischerweise für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. Ein durch die Auslegung zu erreichendes Ziel besteht darin, die maxi male Energiekopplung bei einer bestimmten gebräuchlichen Elektrodenspannung V _HF innerhalb des verfügbaren Arbeits raumes, in diesem Ausführungsbeispiel der Breite W 1 der Arbeitsfläche 14 der Düsenstabanordnung, zu erhalten. Diese Kopplung hängt von den Parametern des durchschnittlichen Spaltes G, des Elektrodenabstandes S, der effektiven Elek trodenbreiten W 2 und W 3, der Dielektrizitätskonstante e _r′ und des Verlustfaktors e _r′′ der durch die Bahn 1 erzeugten Belastung ab. Es ist üblich, diese Kopplungseigenschaften am besten anhand von Modellen in Labortests zu untersuchen, und aufgrund der so erzielten Ergebnisse kann der Konstruk teur die Elektrodenbreiten W 2 und W 3 und den Abstand S ent sprechend optimieren. Typischerweise werden bei geringeren Breiten des Spaltes G die optimalen Werte für die Abstände S und die Breiten W 2 und W 3 kleiner. Wenn so die beabsich tigte Anwendung eine zu behandelnde Bahn betrifft, die sehr dicht an der Arbeitsfläche des Düsenstabes vorbeiläuft, kann es eine optimale Auslegung erforderlich machen, daß mehr als die zwei in Fig. 5A gezeigten Streufelder benutzt werden. Eine sich so ergebende Ausgestaltung ist schematisch in Fig. 5B gezeigt, in der mehrfache "heiße" Elektroden 13 ab wechselnd mit geerdeten Elektroden 14 an der Frontfläche des Düsenstabes angebracht sind.

Die elektrische Kopplung der in Fig. 5A und 5B dargestell ten Anordnungen kann vernünftig durch eine elektrische Äquivalenzschaltung dargestellt werden, wie sie schematisch in Fig. 5C gezeigt ist. Bei dieser Schaltung stellt CS die Nebenschlußkapazitäten der Luftspalte S und des Stützisola tors 34 zwischen den Elektroden dar. CA stellt die Luft spalt-Kapazitäten zwischen der Fläche der Elektroden und der zu behandelnden Bahn dar. CP zeigt die kombinierte Kapa zität der Bahn und ihrer Beschichtung, und RP repräsentiert den elektrischen äquivalenten Parallelverlust der gleichen Kombination. Bei einer bestimmten Reihe von Parametern und einer bestimmten HF-Betriebsfrequenz kann die Äquivalent schaltung nach Fig. 5C weiter durch übliche elektrische Analyseverfahren zu der in Fig. 5D gezeigten vereinfacht werden. In Fig. 5D repräsentiert CE die äquivalente Kapazi tät der Last, und RS den äquivalenten Reihen-Verlustwider stand. Diese einfachere Form kann zur Betrachtung der Last effekte und der Beziehung zwischen der zwischen den Elektro den auftretenden Spannung V _HF und der durch den HF-Genera tor zugeführten Spannung V _G benutzt werden. Das wird bei späteren Diskussionen gebraucht, die eine zusätzliche Ver besserung der vorliegenden Erfindung behandeln.

Bei einer typischen dielektrischen Bahnheizung, bei denen Mehrfach-Streufeldelektroden direkt parallel zu dem gemein samen HF-Generator geschaltet sind, macht die Kapazität des Elektrodenaufbaues den Hauptteil der Kapazität des Resonanz kreises des Generators aus. Bei dieser Anordnung arbeiten die Elektroden als Paare oder als Gruppe im wesentlichen bei einer konstanten Spannung. Das bedeutet, daß der Wert V _HF in Fig. 5A oder Fig. 5B konstant ist. Dadurch entsteht eine Leistungsübertragungs-Kennlinie, wie sie in Fig. 6A durch die Kurve A dargestellt ist. Wenn die Spaltbreite G zwi schen der zu behandelnden Bahn und den Elektroden vergrößert wird, nimmt die zu der Bahn übertragene Leistung P entspre chend ab. Das ist eine natürliche Konsequenz davon, daß der elektrische Feldgradient konstant gehalten wird V_HF = konstant und die Schicht, die die elektrischen Feldlinien einfängt, nach auswärts bewegt wird, wodurch immer weniger elektrische Feldlinien dorthin gelangen. Das kann auch in der schematischen Schaltung nach Fig. 5C so gedeutet wer den, daß die Impedanz CA anwächst. Bekannte Geräte arbeiten in dieser Weise. Bei einer typischen Trocknungseinrichtung kann dadurch die Wirksamkeit unvorhersehbar werden, da es unmöglich ist, immer den Abstand Düse/Bahn, den Abstand G, genau zu steuern. Eine Vielzahl von Faktoren, wie Ände rungen der Bahnspannung, Kräuseln der Bahn und aerodynami sches Flattern, können alle dazu beitragen, daß periodisch oder unvorhersehbar der Spalt G in einer Weise geändert wird, die nicht voraussagbar ist.

Bei der vorliegenden Erfindung wird der Elektrodenkreis, der durch CE und RS in Fig. 5D gezeigt ist, mit einer in Reihe geschalteten Induktivität L kombiniert, wie Fig. 6B zeigt. Die Größe der in Serie geschalteten Induktivität L wird so ausgelegt, daß L und CE bei der Betriebsfrequenz F eine Serien-Resonanz ergeben. Wie in dem Gebiet der Elektro technik wohlbekannt ist, besitzt ein derartiger Kreis eine Anzahl von bestimmten Eigenschaften. Bei einer Ansteuerung mit Resonanzfrequenz kann die Wechselspannung V _{HF ,} die über CE und RS liegt, d.h. die Spannung über die Elektroden, viel größer als die Ansteuerspannung V(G) des Generators sein, die an den Eingangsklemmen des Kreises anliegt. Ins besondere ist die Elektrodenspannung V _HF gleich der Gene ratorspannung V(G) mal dem Qualitätsfaktor Q des Kreises. Dieser Qualitätsfaktor Q für Resonanzkreise ist in Lehrbü chern oder Tabellen für elektrische Schaltungen aufgeführt und kann für die Serienschaltung dadurch ermittelt werden, daß die Kreis-Reaktanz, die die Induktivität L oder die Ka pazität CE ergibt, durch den gesamten Reihen-Kreiswiderstand geteilt wird. Diese Spannungsverstärkungs-Eigenschaft ergibt eine technische Erleichterung, weil sie ein Verfahren her beiführt, eine Spannung von einigen 100 bis einigen 1000 V zu erzielen, wie sie an den Elektroden erwünscht ist, und zwar mit einem Festkörper-HF-Generator, der mit Gleichspan nungen von etwa 12-50 V betrieben wird.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 6B wird die Leistungs übertragungs-Kennlinie bei konstant gehaltener HF-Generator spannung V(G) durch die Kurve B in Fig. 6C dargestellt. Das bedeutet, daß hier die Leistungsübertragung mit wachsendem Spalt tatsächlich zunimmt. Der Grund dafür liegt darin, daß bei zunehmendem Spalt der äquivalente Reihenverlustwider stand RS abnimmt, dadurch Q anwächst, und die Elektroden spannung V _HF anwächst. Da die dielektrische Heizungswir kung mit dem Quadrat der elektrischen Feldstärke zunimmt, wird dadurch ein Anwachsen der Leistungskopplung bei an wachsendem Spalt bewirkt, wenn die Generatorspannung V(G) konstant gehalten wird.

Eine Leistungsübertragung, die mit wachsendem Spalt zunimmt, kann aber ebenso mühevoll sein wie die fallende Kennlinie A in Fig. 6A. Sie kann zu außerordentlich hohen Elektrodenspan nungen und Lichtbogenbildung führen, falls die Verlustlast, die durch den Widerstand RS dargestellt wird, zu klein wird. Deswegen sieht die Erfindung vor, daß ein viertes Element in die Ausgangsschaltung eingefügt wird, um eine bessere Charak teristik zu erhalten. Dieses zusätzliche Element ist ein Ballastwiderstand RB in der Reihenresonanz-Ausgangsschaltung, wie in Fig. 6D dargestellt. Wenn dieses Element hinzugefügt wird und angemessen festgelegt wird, kann eine Leistungs kopplungskennlinie C nach Fig. 6C erreicht werden. Die Anord nung nach Fig. 6D kann demnach so ausgelegt werden, daß sich eine im wesentlichen konstante Leistungsübertragung zu der zu behandelnden Bahn ergibt, auch, wenn der Spalt sich in dem Bereich seiner praktischen Extremwerte ändert. Diese Kennlinie wird erzielt, da der hinzugefügte Ballastwider stand Grenzen setzt für die Geschwindigkeit des Anstieges des Faktors Q bei der Bewegung der Last in einen niedrigeren Feldbereich. So steigt die Elektrodenspannung mit einer Rate an, die gerade ausreicht, um die Kopplung im wesentlichen kon stant zu halten.

Es wird klar sein, daß die Ohm′sche HF-Impedanz des Ballast widerstandes RB nicht in einem diskreten Bestandteil verei nigt sein muß, sondern daß hier die von vornherein vorhan denen Restverluste der Induktivität L oder der Leiter die allgemein zum Kreis gehören, benutzt werden können, um so einen Teil des erforderlichen Wertes oder seine Gesamtheit zu bilden. Die Hinzufügung dieses Merkmales, die im wesent lichen konstante Leistungsübertragung zu der zu bearbeitenden Bahn ergibt, schafft ein System, das ein leichter vorherseh bares Trocknungsverhalten und eine größere Betriebstoleranz bezüglich der verschiedenen, die Bahnstellung beeinflussen den Faktoren zeigt.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines HF-Generator systemes, mit dem die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung erzielt wird. Es wird die elektrische Leistung in üblicher Weise von einem ein- oder mehradrigen Netz 40 ent nommen. Die Leistung kommt in ein Netzteil 41, das üblicher weise eine getrennte Anordnung außerhalb des Trocknungstun nels 4 nach Fig. 1 und 2 ist. In einem Abschnitt 42 des Netz teiles 41 wird die ankommende Netzleistung in eine oder meh rere Gleichstrom-Leitungen aufgeteilt, deren Spannung fest liegt oder einstellbar ist. Das Netzteil kann auch eine zu sätzliche Schaltung 43 enthalten, in der die Stromwerte oder andere interessierende Parameter überwacht werden. Wahlweise kann die Spannungseinstellung, die Stromüberwachung, die EIN/AUS-Steuerung usw. über eine elektrische Verkabelung 45 ferngesteuert werden. Die Fernsteuerung kann in einem Steuer raum für den Vorgang oder bei einem Rechner liegen. Die ge samten erwähnten Auslegungen des Netzteils sind dem Fachmann wohlbekannt.

Die Ausgangsleitung des Gleichstrom-Netzteiles 41 ist an eine oder mehrere HF/Düsenstab-Anordnungen nach der Erfindung angeschlossen. In Fig. 7 sind die elektrischen Elemente eines solchen Düsenstabes mit HF-Elektrode in dem gestrichelt umfah renen Raum 46 enthalten. Die Verbindung zwischen dem Netzteil 41 und den zum Düsenstab gehörenden elektrischen Elementen 46 kann durch ein elektrisch isoliertes Vielfachkabel 47 hergestellt werden. Der Primär-Gleichspannungs-Leistungs strom V 1 (=) kommt über die Klemme 48 zu den einzelnen Bau teilen der Düsenanordnung 46. Bei der bestimmten Schaltungs auslegung nach Fig. 7 besitzt die Klemme 48 positive Polari tät. Von der Klemme 48 fließt der Strom durch ein die Induk tivität L 1 und die Kapazitäten C 1, C 2 und C 3 enthaltendes Tiefpaß-Netz. Die Funktion dieses üblichen Netzes besteht darin, die durchschnittliche Gleichstromleistung leicht zu der HF-Oszillatorschaltung zu leiten und es zu verhindern, daß aus dem Oszillator Hochfrequenzleistung zurück zum Netz teil fließt. Die Erzeugung von Hochfrequenz-Schwingungen wird durch die Kombination des Festkörper-Transistors Q 1, der Rückkoppel-Induktivität LF und des Serienresonanz- Ausgangskreises erhalten. Der Serienresonanz -Ausgangskreis besteht aus der Serieninduktivität L und der Kapazität und dem äquivalenten Leistungsverlustwiderstand der Heizelek trode 13; diese Werte sind in Fig. 6B als CE und RS darge stellt. Die Oszillatorwirkung ist relativ üblich und ist dem Fachmann wohlbekannt. Kurzgefaßt, ergibt sich bei der Wir kung die folgende Reihenfolge. Es sei angenommen, daß der Transistor Q 1 in der Nähe der Abschaltung ist und ein anstei gender Strom I 1 in den Serienresonanz-Ausgangskreis fließt. Während der Strom die Serien-Induktivität L durchfließt, in duziert eine gegenseitige magnetische Kopplung M zwischen ihr und der Rückkopplungs-Induktivitätsspule LF in der letzteren eine Spannung. Die Phasenlage der Induktivitäten ist so, daß diese Spannung eine weitere Reduzierung des Basisstromes für Q 1 bewirkt und damit diesen weiter zum Abschalten ansteuert. Diese Wirkung setzt sich fort, bis die Stromsättigung des Ausgangskreises, in Abhängigkeit von seinen Ohm′schen Impe danzen auftritt. Zu dieser Zeit fällt die in LF induzierte Spannung auf Null ab und beginnt dann umzukehren. Durch die Um kehrung wächst der Basisstrom im Transistor Q 1 und beginnt ihn in seinen Leitzustand zu bringen. Wenn Q 1 leitend wird, schafft er einen Rückstromweg I 2 für den Strom I 1 der früher eingeflossen ist und den Ausgangskreis aufgeladen hat. Die ser Strom kann nun über den Transistor Q 1 an Masse abfließen und die Schaltung zu dem Netzteil 41 über die Klemme 49 schlie ßen. Schließlich wird die Kapazität des Ausgangskreises ent laden und die Rückkopplungsspannung kehrt wieder um. Dadurch wird der Zyklus wieder begonnen.

Die Kombination aus Induktivität L 2 und Kondensator C 4 bil det einen Parallel-Resonanzkreis, der bei der Betriebs frequenz des Oszillators eine breite Resonanz besitzt. Da durch ergibt sich eine weitere Isolierung des Oszillators gegen das Netzteil, und es bildet sich eine Quelle für die HF-Stromimpulse, die zum Aufladen des Reihenresonanz-Aus gangskreises bei jedem Zyklus gebraucht werden.

Ein zweiter Gleichstromquellen-Eingang V 2 (=) liegt an der Anordnung 46 über die Klemme 50 an. Seine Funktion besteht darin, einen Anfangs-Basisansteuer-Strom I 3 für den Transi stor Q 1 zu schaffen. Das ist notwendig, um einen Anfangs- Ruhe-Kreisgewinn so zu schaffen, daß Spontanschwingungen entstehen können. Die Größe des Anfangs-Basisansteuerstro mes wird durch die Eingangsspannung V 2 (=) und die Wider stände R 1 und R 2 bestimmt. Nach dem Einsetzen der Schwingungen fließt die HF-Komponente des Rückkopplungssignales durch den Nebenschluß-Kondensator C 5, und wird an der Basis/Emitter- Strecke des Transistors Q 1 teilweise gleichgerichtet. Da durch wird zusammen mit dem Widerstand R 2 und den Dioden D 1 und D 2 der Transistor-Betriebsstrom I 4 rückgestellt, um C- Betrieb zu bewirken. Die Bedeutung des Ausdruckes "C-Betrieb" ist bekannt. Die gegenläufig geschalteten Dioden D 1 und D 2 ergeben auch eine Begrenzungswirkung zum Schutze der Basis/ Emitter-Strecke des Transistors Q 1 gegen Überspannung nach dem Beginn starker Schwingungen.

Der kleine Kondensator C 6, der parallel zur Basis/Emitter- Strecke des Transistors Q 1 liegt, arbeitet zusammen mit der Rest-Induktivität der Transistor-Basisleitung, die nicht in diesem Schaubild dargestellt ist. Diese Kombination dient dazu, die elektrische Impedanz des Rückkopplungssignals an die Impedanz der Basis/Emitter-Strecke anzupassen, wie dem Fachmann bekannt. Die Auswirkung des Ballastwiderstandes RB besteht darin, den Ausgangskreis mit konstanter Leistungs übertragungskennlinie zu versorgen, wie es anhand der Kurven B und C der Fig. 6C erklärt wurde.

Der bei dieser Schaltung benutzte Transistor muß zum Betrieb bei der Betriebsfrequenz der Schaltung geeignet sein. Allge mein wird ein Transistor benötigt, der besondes für angemes sene Verstärkung und erforderliche Leistungsbelastung bei der HF-Betriebsfrequenz ausgelegt ist. Neuere Arten von Feldeffekt-Transistoren sind für diesen Zweck gut geeignet.

Eine typische Reihe von Bestandteilen und Betriebswerten für die praktisch betriebene Schaltung sind nachfolgend gegeben:

Düsenstablänge475,2 mm (18 inch) Anzahl "heiße" Elektroden1 Ausgangsleistung v. Q 1100-150 W V 1 (=)28 V = V 2 (=)0-10 V Betriebsfrequenz (ISM)27,12 MHz C 15 µF C 2, C 3, C 50,01 µF L 1 (HF-Drossel)5 Wnd.
Draht-⌀ 0,64 mm
Innen-⌀ 6,53 mm
(#22,25″ I.D.) L 2 (Resonator)1,5 Wnd. Draht-⌀ 0,64
6,53 ⌀ (#22,25″ dia) C 468 pF C 60,05 µF Q 1MRF-327 R 1180 Ohm R 210 Ohm D 1, D 21N4005 L11 Wnd.
Draht-⌀ 2,05 mm
Innen-⌀ 38,1 mm
(#12 1,5″ I.D.) LF2 Wnd.
Draht-⌀ 2,05 mm
Innen-⌀ 38,1 mm
(#12 1,5″ I.D.) RB5 Ohm

Für den Fachmann auf dem Gebiet der Schaltungsauslegung ist erkennbar, daß unzählige Veränderungen bei der Auslegung von elektronischen Leistungsoszillatoren möglich sind. Die dar gestellte Auslegung ist für die bestimmte Anwendung prak tisch, kann jedoch nötigenfalls leicht verändert werden. Beispielsweise können längere Düsenstäbe mit höherer elek trischer Leistung es erforderlich machen, mehrere Transisto ren parallel zu betreiben. Es kann auch bei dem gegenwärtigen Fortschritt auf diesem Gebiet notwendig werden, neuere er hältliche Bauelemente einzusetzen, die technische Vorteile bieten. Es ist auch wahrscheinlich, daß die Leistungsver sorgung bei einer bestimmten Anwendung zusätzliche Sicher heit und Bequemlichkeit ergibt. Beispielsweise können Strom begrenzungen eingesetzt werden, um übergroße Abweichungen von der Elektrodenspannung zu verhindern, wenn die Last RS abnimmt, es kann thermischer Überlastungsschutz erreicht werden, usw.

Claims

1. Düsenstab (8) zur Behandlung einer Bahn (1) mit einem Gas, mit einem elektrisch leitfähigen Gehäuseaufbau (26) mit einem inneren Gasverteilungs-Sammelraum (22), der an eine Behandlungsgasquelle angeschlossen (über 9) ist,und mit einer mit Durchbrüchen (12) versehenen Oberfläche (14) in Nähe der Bahn (1), um einen Gasstrom von dem Stab (8) auf die Bahn zu lenken, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (13) isoliert an der mit Durchbrüchen versehenen Fläche des Düsenstabes (8) ange bracht ist und daß eine Hochfrequenz-Leistungsquelle (30; 46) zwischen der Elektrode (13) und dem Düsenstab-Gehäuse (26) angeschlossen ist, so daß eine Vielzahl von HF-Streu feldern (15) zwischen der Elektrode (13) und dem Gehäuse bauteil (26) errichtet wird, wobei diese Felder im wesent lichen auf den Naheraum von der mit Durchbrüchen versehe nen Fläche (14) und der Bahn (1) begrenzt ist, die nahe gelegene Bahn durchdringt (37) und Heizenergie von der HF-Quelle auf die Bahn überträgt.

2. Düsenstab nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Radiofrequenzquelle (30) inner halb des Gehäuseaufbaus (26) des Düsenstabes (8) ange bracht ist.

3. Düsenstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die HF-Leistungsquelle Schaltungsmittel zur Erzeugung von HF-Leistung enthält und Mittel (RB) zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Lei stungsübertragung zwischen dem HF-Leistungsgenerator und der Bahn bei normalen Änderungen des Abstandes (G) von der Bahn (1) zum Düsenstab (8) aufweist.

4. Düsenstab nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Mittel zur Aufrechterhaltung konstanter Leistungsübertragung eine Induktivität (L) und einen Ballastwiderstand (RB) in Reihenschaltung mit der Elek troden-Kapazität (CE) enthält, und daß der HF-Leistungs generator eine Ausgangsspannung (V(G)) besitzt, die auf einen nominellen konstanten Wert eingestellt ist und eine Frequenz, die gleich der Reihen-Resonanzfrequenz von In duktivität, Ballastwiderstand und Elektrodenkapazität (L, RB, CE) ist.

5. Vorrichtung zur Behandlung von Bahnen (1) und dergleichen mit einem gesteuerten Bahnenweg, einem Gehäuse (4) zur Aufrechterhaltung einer Behandlungs-Umgebung, einer Quelle und einer Abführung für gasförmiges Behandlungs- Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß min destens ein Düsenstab mit einer durchbrochenen Oberfläche und einem elektrisch leitfähigen Gehäuseaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4 vorgesehen ist, wobei die durchbro chene Oberfläche (14) Mittel (12) zum Richten des gasför migen Behandlungsfluides (7) zu der Bahn (1) besitzt und der Aufbau Mittel (13, 14) besitzt zur Erzeugung einer Vielzahl von elektrischen HF-Streufeldern (15), die im wesentlichen auf den Naheraum zwischen der mit Durchbrü chen versehenen Düsenstabfläche (14) und der Bahn (1) be grenzt sind, wodurch die Streufelder Energie von dem Feld (15) zu der Bahn (1) übertragen, und die Mittel zum Errich ten der Felder zumindestens eine isoliert an der mit Durchbrüchen versehenen Fläche des Aufbaues angebrachte Elektrode (13) und einen elektrisch zwischen Elektrode und dem Aufbau angeschlossenen HF-Leistungsgenerator umfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das gasförmige Behandlungsfluid auch dazu dient, die Bahn (1) mechanisch zu positionieren und/oder abzustützen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der HF-Leistungsgenerator in dem Aufbau des Düsenstabes mit durchbrochener Oberfläche an geordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Errich ten eines elektrischen HF-Streufeldes zusätzlich elek trische Einrichtungen enthalten, um Änderungen des Ab standspaltes Bahn/Düsenstab zu erfassen und die elektrische Feldstärke in der Weise zu ändern , daß die Leistungs übertragung von der HF-Leistungsquelle zu der Bahn über den normalen Änderungsbereich des Spaltes konstant gehal ten ist.