DE1615504A1 - Mikrowellen-Heizeinrichtung - Google Patents

Description

Be a β h r β 1 b U ng Patentgesuch

der Fa. Varian Associate·, 301 Industrial Way,San Carlos, Californlen. lUS.A«.

betreffend t ·'"""*

"(ftikrovelien-Heizeinrichtung"

= = = 38 S S 3 = = SSS=S=SS SS SSS = S SS SS

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung for die Beheizung von Material mittels hochfrequenter elektromagnetischer Felder. Sie bezieht sich insbesondere auf eine solche mit Mikrowellen arbeitende Einrichtung, mit der kontinuierlich durchlaufende Werkstücke gleichmäßig beheizt »erden können»

Die Mikrowellen-Beheizung von Materialien mittels hoch- frequenter elektromagnetischer- Felder ist eine häufig auege« übte und, in bestimmten Fällen, die bestgeeignet· Methode für die Beheizung von Materialien« Aus verschiedenen Gründen ist jedoch die praktische Anwendung der BSikrowellen-Heiztechnik recht beschränkt, insbesondere für industrielle Anwendungsfälle. Beispielsweise iet es häufig erwünscht, Werkstücke relativ großer Abmessungen gleichmäßig zu beheizen, wobei unter großen Abmessungen die Größenordnung von A , der

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freien Wellenlänge der angewandten Energie, zu verstehen iet. Ir allgemeinen ist das Verfahren bisher so ausgeübt aorden_f daß derartige Werkstücks in erregteHohlraumresonstoren oder Hohlleiter eingebracht wurden. Normalerweise seist das stehende Wellenmustsr, dee in derartigen Einrichtungen erzeugt wird, örtliche Bereich· meximeler und minimaler elektriecher FeIdintehsität auf, die voneinander: durch einen Abstand von j getrennt sind. Leider «erden deshalb bei der Erhitzung eolcher relativ große? Werkstücks Teils derselben, die im Bereich maximaler elektriecher Feldinteneität liegen, in «eeentlich grBSsrsm SaSe aufgeheizt ale andere Abschnitte, die Im Bereich minimaler elektrischer Feldinteneität liegen. Dies führt zu Wärmespitzen, die in den Werkstück an voneinander durch Abstände gleich j getrennten Stellen eraeugt werden, und damit zu einer ungleichförmigen Erwärmung das Werkstücks.

Um den Einfluß der Feldverteilung auf die Heizwirkung auszuschließen, ist es bekannt, Rlultimodus-Hohlraumresonatoren anzuwenden. Die gesamte Heizenergie, die in allen Abschnitten des Hohlraumresonators vorhanden iat, wird gleichmäßiger verteilt, indem die Feldverteilung periodisch geändert wird und damit der Schwingungsmodus in dem Hohlraumresonator. Für die Durchführung einer solchen Elektromagnetischen Feldverteilungsverschiebung sind verschiedene Techniken vorgeschlagen worden. So ist es z.B_e üblich, die Frequenz des Signale zu modulieren, das für die Erregung des Hohlraumresonator erzeugt wird, das Volumen des Hohlraumresonators mechanisch zu ändern, indem sine verformbare Wandung dee _f Resonators oder eine in iha engeordnete membran bewegt wird, und einen* gebläseähnlichen Aufbau umlaufen zu lassen, um so den elektrischen, für das elektromagnetische Feld zur Verfügung stehenden Raum zu ändern. Obwohl darartige Heizeinrichtungen für bestimmte Anwendungen sich als brauchbar

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erwiesen haben, waren aie doch in vieler Hinsicht unzulänglich, .inabesondere in solchen Fällen, wo kontinuierlich bewegte Werkstücke zu erhitzen waren, in anderen Fällen, wo große Volumina zu erhitzen waren, sowie in solchen Fällen, wo die Hitze mit groggg^gistungsuaisatzerzeugt wird, beiapielaweiae 20 kW/werden.

Um ein kontinuierlich bewegtea Werkstück zu erhitzen, iet es notwendig, die Heizeinrichtung »it Öffnungen für den Durchlaß des Werkstück« zu versehen. Wenn in dem Hohlraumresonator Offnungen vorgesehen sind, kann elektromagnetische Energie' aus der Heizeinrichtung entweichen und in der Umgebung verloren gehen. Infolge dieser Energieverluste sind derartige Heizeinrichtungen durch einen schlechten Wirkungsgrad gekennzeichnet. Darüber hinaus können bei hohen Leistungsumsätzen derartige entweichende elektromagnetische Felder gefährlich für das-Bedienungspersonal sein und zusätzlich Interfcrenzst;örungen für Rundfunksendungen und dgl. hervorrufen. .

Zu den vorgenannten Nachteilen der meisten bekannten Dikrowellen-Heizeinrichtungen weisen diejenigen, die einen gebläseartigen ffloduswandler oder einen Hloduswandler des beweglichen Denbrantyps aufweisen, andere Nachteile auf, die ihr Anwendungsgebiet stark beschränken, und zwar insbesondere bei hohen Leietungaumaätzen. In derartigen Heizeinrichtungen wird der Hoduswandler durch einen ITIotor in Bewegung gesetzt, der außerhalb des Hohlraumresonators angeordnet ist. Der motorantrieb wird mit z.B. einem gebläseähnlichen ffloduswandler durch die Wandung des Hohlraumresonators hindurch über eine geeignete Kupplung verbunden« Die Kupplung gestattet der elektromagnetischen Energie, aus dem Hohlraumresonator zu entweichen und in der Umgebung verloren zu gehen. Hinzu, kommt, daß bei hohen Leistungsumsätzen Funkenentladungen

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zwischen dan beweglichen und den stationären Teilen der Kupplung erfolgen. Wenn die Erhitzung in einer verunreinigungsfreien Ungebung durchgeführt werden eoll, let eine derartige Funkenbildung unzulässig· Dies würde nimlich dazi führen, daß von den Teilen, zwischen denen der Funke gezogen ist, material abgesprüht wird, was zusätzlich zur Beschädigung des behandelten Bateriala führen kann. Natürlich verunreinigt daa abgesprühte Material die Ungebung dee Hohlraunresonators und damit die Ungebung, in der die Wärmebehandlung durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung hat eich die Aufgabe gestellt eine Rlikrowellen-Heizeinrichtung zu schaff en, die die vorgenannten Grenzen und Nachteile der bisher bekannten derartigen Einrichtungen überwindet· Die Dikrowellen-Heizein'richtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch mindestens einen fflultifiodue-Hohlraumreeonator, in den elektromagnetische Felder durch Aufnahme von elektromagnetischer Energie aus einer Quelle erregt werden und an welchen Resonator Klultimodus-Hohlleiter angekoppelt sind für die übertragung elektromagnetischer Energie aus dem Resonator auf die Hohlleiter, um in diesen elektromagnetische Felder zu erzeugen, sowie durch Einrichtungen für die Änderung der elektromagnetischen Feldverteilung innerhalb dee Hohlraumresonator. Durch die Anwendung von Multimodus-Hohlleitern, d.h. Hohlleitern mit einer Größe, die die elektromagnetischen Wellen verschiedener Modusmuster übertragen können, wird der Wirkungsgrad der Arbeiteginge wesentlich gesteigert· Dae zu beheizende IHerketück wird in den Hohlleiter eingeführt. Für die Beheizung eines kontinuierlich bewegten Werkstücks wird ein Hohlleiter mit offenen Enden angewandt, der aus zwei im ixialabstand angeordneten Hohlleiterabschnitten besteht. Der lultimodus-Hohlraumresonator wird für die Erregung dee Htultimodus-Hohl-

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leitere angekoppelt, während das Werkstück durch den* Hohlleiter bewegt wird.

Der Wirkungegrad wird auf ein Optimum dadurch gebracht, daß für die Änderung der elektromagnetischen Feldverteilung im Hohlraumresonator ein quirlartiger Modueeandler vorgesehen iat,der drehbar, innerhalb dee Hohlraumresonator angeordnet ist mit seiner Drehachse in Ausfluchtung Mit den Hohlleitern,und daS der loduswändler eine lehrzahl von Flügeln aufweist, die in die Drehachse schneidenden Ebenen in Axialabstand und Umfangsabstand angeordnet sind und in Achsnähe einen Rau« für den Durchlas der zu erhitzenden Teile freilassen· Damit wird periodisch die Feldverteilung und damit das (Klodusmuster in sowohl dem (flultimodus-Hohlrauareaonator als auch in den Hohlleitern geändert· Der quirlartige Btodueuiandler ist in dem oben genannten Ausführungsbeiepiei,bei dem zwei in Axialabetand voneinander angeordnete Hohlleiter vorgesehen aind, zwischen diesen Multimodua-Hohlleiterabschnitten in deren Zwischenspalt angeordnet, wobei sich die Flügel radial in den Hohlraumresonator erstrecken. Uienn der Hlodusutandler z.B. durch eine heiße Luftströmung, die gegen seine Flügel gerichtet wird, dreht, so erfolgt eine periodische Änderung des fflodusmustars innerhalb des Hohlraumresonators und des Hohlleiters, und vorzugsweise werden TE-Modus angekoppelt und dazu gebracht, in den Hohlleitern zu rotieren. Durch die periodische Ämdirung des Slodusmusters wird die Gleichförmigkeit dsr gesaiatan Wärmeenergie, die in allen Abschnitten des Hohlleiters vorhanden ist, varbessert. Indem jedoch gleichzeitig das Kodusauster in den Hohlleitern zur Rotation gebracht wird, inabesondere, wenn, der Hohlleiter so angeregt wird, daß elektromagneiieche Wellen in einem TE-Kodus übertragen werden, wird die gesamte Wärmeenergie in allen Abschnitten des Hohlleiters vollkommen gleichförmig.

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mit der Mikroeellen-Heizeinrichtung gemäß der Erfindung 1st also eine neuartige Heizeinrichtung geechaffen «orden, in der Werkstücke.gleichförmig Mittels hochfrequenter elektromagnetischer Felder erhitzt «erden.

Insbesondere iet die Rikroaellen-Keizeinrichtung gemäß der Erfindung für kontinuierlich durchlaufende Werkstücke bestimmt. Dabei ist Sorge dafür getragen, daß bsi der gleichförmigen Beheizung der kontinuierlich durchlaufenden Werkstücke der Anteil der slsktromagnetiachen Energie, der in die Umgebung enteeicht, minimal gemacht wird. Dabei «erden alle Teile der (nikro«ellen<»Heizeinrichtung, die dae Werkstück aufnehmen, ganz gleichförmig beheizt. Die Mikrowellen-Heizeinrichtung gemäß der Erfindung ist außerdem für die gleichmäßige Beheizung von Werkstücken gseignet, deren Abmessungen in der Größenordnung der freien Wellenlänge der Betriebefreiqusnz oder größer, sind. Dabei können sehr hohe Leistungen in Wärme umgesetzt «erden.

Die Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der !ikro&ellen-Heizeinrichtung gemäß der Erfindungf

Fig. 2 ist ein Längsschnitt in Seitenansicht durch die Einrichtung nach Fig. 1}

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den quirlartigen j fflodusvanxiler gemäß der Erfindung etwa längs der Linie JiWWin Fig. 2| und

Fig. 4 stellt ein Blockdiagramm eines Systems für die Wärmebehandlung von ffiataslal unter Verwendung der fflikroeallen-Haizsimichtüng gemäß der Erfindung ^dar·

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In den Fig. 1 und 2 umfaßt die Rlikroufeilen-Hsizeinrichtung ge mal der Erfindung einen ersten und einen zweiten Hohlleiter 11 bzw. 12 in axialem Abstand mit offenen Enden, «eiche Hohlleiter aus Aluminium oder edbem anderen leitenden material bestehen. Jeder Hohlleiter besitzt in einer Ebene senkrecht zur Fortpflanzungerichtung der elektromagnetischen Wellen einen Querschnitt mit einer Größe, die für die übertragung einer Vielzahl von FortpflanzungsiRodue genügt. Obwohl verschiedene Arten von Multlmodus-Hohlleitern für die Verwirklichung der Erfindung angewandt werden können, so wird jedenfalls die Fortpflanzung der elektromagnetischen Wellen in verschiedenen Modusmustern und die gleichförmige Beheizung eines Werkstücks, das "durch die Kultimodua-Hohlleiter 11 und 12 geführt wird, erleichtert durch die Verwendung von runden Hohlleitern. Der Durchmesser der runden Multimodus-Hohlleiter wird so gewählt, daß er größer ist als der Abreißdurchmesser des dominierenden Modus und vorzugsweise größer als 2 . Die Länge jedes Hohlleiters 11 -.-■".· -. ■ -

und 12 wird so gewählt, daß eine wirksame Beheizung des durchgeführten Werkstücke sichergestellt ist und gleichzeitig das Entweichen elektromagnetischer Energie in die Umgebung minimal gemacht wird. Eine Länge von mehr als 3/4 λ und vorzugsweise von etwa 3 X ist für übliche materialien genügend.

Die Rlultimodus-Hohlleiter 11 und 12 werden für die übertragung elektromagnetischer Wellen durch einen ffiultimodue-Hohlraumresonator 13 aus Aluminium oder einem anderen leitenden material angeregt. Die Größe und die Ausbildung des Resonators 13 werden so gewählt, daß eine große Anzahl verschiedener ttodusmuster in ihm erregt werden können. In bevorzugter Ausführungeform wird ein rechteckiger Hohlraumresonator angewandt alt Seitenwandungen 14 und 16, Endwandungen 17 und 18, einerDeckwandung 19 und einer Boden-

wandung 21, die alle miteinander/beispielsweise durch Lichtbogenschweißung, verbunden* sind und damit einen Hohlraum ausbilden. Die Höhe, die Breite und die Tiefe des Hohlraums 22 werden groß gegen X gewählt, beispielsweise etwa 10 ^ mal 3 λ mal 7 % , und es werden solche Abmessungen gewählt, die keine ganzzahligen Vielfache voneinander sind, so daß die Anzabl der verschiedenen fflodua, die in dem Hohlraum erregt werden können, maximal gemacht uiird.

Die Hlultimodus-Hohlleiter 12 und 13 sind so angeordnet, daß sie sich vom Zentrum einander gegenüberliegender Resonator-Seitenwandungen 14 und 16 weg erstrecken. Die rechteckige Ausbildung des Hohlraum-Resonators 13 stellt sicher, daß an den gleichgerichteten Achsen des Hohlraumresonators 13 und der Hohlleiter 11 und 12 ein elektromagnetisches Feld vorhanden ist. Jede der Resonator-Seitenwandungen 14 und 16 ist mit einer runden Öffnung 23 im Zentrum versehen, um den Hohlraum des Resonators 13 mit den Hohlleitern 11 und 12 zu verbinden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Hohlleiter 13 und die Hohlleiter 11 und 12 aus dünnem Aluminiumblech von 3 mm Stärke aufgebaut. Um die Hohlleiter 11 und 12 fest mit dem Hohlraum-Resonator 13 zu verbinden, ist eine Aluminiumscheibe 26, 4,5 mm dick und 60 cm im Durchmesser, an jeder der Resonatorseitenwandungen 14 und 16 mittels Schrauben 27 befestigt, die in Sa&ggewindelöcher der Seitenwandungsn eingeschraubt werden. Jede der Aluminiumscheiben 26 ist mit einer Öffnung 2Θ in Ausfluchtung mit der Öffnung 23. der Seitenwandung versehen, an der die Scheibe 26 befestigt ist. In jedes Paar fluchtender Öffnungen 23 und 28 ist eins der Enden 31 bz«. 32 der mit offenen Enden versehenen Hohlleiter 11 bzw. 12 saugend eingesetzt. Die Hohlleiterenden und 32 bilden die Kopplungslöcher von den Hohlleitern 11 und 12 zum Hohlraum 22. Jeder Hohlleiter 11 bzw. 12 let

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mittels Aluminiumwinkeln 33 von 6 mm Stärke, 30 cm Länge und 20 cm Höhe sicher an seinem Platz gehalten. Die Winkel werden mit der Scheibe 26 und den Hohlleitern 11 bzw. 12 durch lichtbogenschweißung befestigt.

= Damit der Zugang zum Hohlraum 22 erleichtert wird,um beispieleweise eine Reinigung vorzunehmen, ist die Endwandung .17 lösbar an dem Resonator 13 angeordnet. Wie in¹--'FIg* 1 dargestellt, ist die Endwandung 17 an der Deckwandung, der Bodenwandung und den Seitenwandungen des Hohlraumresonators 13 mittels Schrauben 34 befestigt, die in die Resonatorwandungen eingeschraubt werden, um so die umgelegten Kantenabschnitte 36 der Eifmuandung 17 an jenen zu befestigen.

Der Dflultimodus-Hohlraumresonator 13 und die Hohlleiter 11 und 12 werden erregt, indem elektromagnetische Energie in den Hohlraumresonator 13 über eine Speisewellenieitung 37 eingeführt wird. Um die Anzahl der IKIodus maximal zu machen, die in dem Hohlraum-Resonator 13 erregt werden können, ist der Speisewellenleiter 37 mindestens um i von den nächstgelegenen Wandungen entfernt, und bildet einen Winkel von beispielsweise 45° mit diesen Wandungen.

Um eine gleichmäßige Erwärmung des Werkstückes zu: erreichen, das durch die* nOultimodus-Hohlleiter 11 und 12 geführt wird_r ist ein quirlartiger IKloduswandler 41 vorgesehen, der periodisch die elektromagnetische Feldverteilung in dem IKIuItimodus-Hohlraumresonator 13 und den Hohlleitern 11 und 12 ändert. Jede der bekannten Bauarten für denffloduswandler kann angewandt werden, um das Modusmuster zu ändern. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 wird jedoch eine Ausführungsform der Mikrowelien-Heizeinrichtung gemäß der Erfindung beschrieben, in der ein neuartiger quirlähnlicher Hloduswandler 41 angewandt wird, der sowohl der Änderung der

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Feldverteilung dient ale auch dar Kopplung der slektronagnetischan Energie von Hohlraum-Resonator 13 auf die Multimodus-Hohlleiter 11 und 12. Im einzelnen umfaßt der quirlartige Itlodusuiandler. 41 eine lehrzahl von Flügeln 42 bis 49 aus Aluminium einer Dicke von 1,25 mm, die eine in allgemeinen rechteckige Form besitzen und eich in tlmfangsabstand radial nach außen erstrecken·

Die Flügel 42 bis 49 sind an Halbringen 11 und 52 aus 6 mm etarkaa Aluminium, welche in ixialabstand angeordnet sind, in gleichmäßiger Verteilung um deren Umfang mittel· Lichtbogenschweißung befestigt, und zwar jeweils an einander gegenüberliegenden Stellen. Die Halbringe werden lösbar mittels Schrauben 54 und Muttern 53 miteinander verbunden· Der quirlartige ffloduswandler 41 ist drehbar innerhalb des Hohlraum-Resonators 13 derart gelagert, daß er sich zwischen den Resonatorssitenwandungen 14 und 16 in Axialausrichtung mit den Multiroodus-Hohlleitern 11 und 12 erstreckt. Der Innendurchmesser des 'quirlartigen fflcduswandlers 41 ist von gleicher Größe wie der Durchmesser der runden iultimodus-Hohlleiter 11 und 12.

Für die Lagerung das quirlartigen Moduswandlars 41 sind einander gegenüberliegende Ecken jedes der Flügel 42 bis 49 mit Ausnehmungen 56 bzw. 5? längs der nach innen gerichteten Kante 58 der Flügel versehen. Die äußere) Oberfläche der Enden 31 und 32 der Hohlleiter 11 und 12 gegenüber den AuenehmeRungsn 56 und 57 weisen Umfangsnuten 61 und 62 gegenüber den Ausnehmungen 56 und 57 auf. Der quirlartige Iüodu8wandler 41 ruht drehbar auf den Hohlleiteranden 31 und 32 über ringförmigen Tetrafluoräthylenbuchaen 63 und 64, die klemmend in die Ausnehmungen 56 und 57 eingesetzt sind, jedoch lose in den Nuten 61 und 62 drehbar sind· Un

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eine Fu^enbildeng zwischen den quirlartigen Hoduswandler 41 und den Hohlleiterenden 31 und 32 bzw. den Hohlraueirs-

(MU02 4SO37O

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senator 13 minimal zu machen, ist der fflodusqandler 41 von den

Hohlleiteranden und von dem Resonator um mindestens ~ entfernt; ■-,-""* - -. \^; 7- ;. -■■ .: :'.-.-■" -.-■-■ "-

Für die Drehung des quirlartigen fflodusiuandlers 41 ist eine Einlaßöffnung 66 mit einer Luftleitung 60 la der Deckuiandung 19 dee Hohlraum-Resonators für die Ankopplung eines Gebläses 65 (s. Fig.4) vorgesehen, um so eine Luftströmung gegen den quirlartigen ffloduswandler 41 zu richten. Für den Antrieb des quirlartigen Hloduswandlera 41 können auch andere mechanische oder elektrische Einrichtungen verwendet werden. Derartige Einrichtungen erfordern jedoch entweder eine nechaniacha Kupplung durch die Hohlraum-Resonatoriuandungen oder durch die Hohlleiter. Wie oben erwähnt, kann die Kupplung durch die Hohlraura-Resonatorwandung Lichtbogenbildung- und Energieverlustprobleme aufwerfen, insbesondere bei hohem Laistungsunsatz. Andererseits erfordert eine Kupplung durch dia Hohlleiter hindurch« daß das Werkstück von einer hohlen Antriebswelle· umgeben ist· Das Vorhandensein einer solchen hohlen Antriebswelle verhindert jedoch, daß flüchtige Stoffe, die aus da« Werkstück mährend der Behandlung entweichen, abgeführt werden, während der offene Aufbeu,dar in den Fig. dargestellt ist, ein solches Entweichen ermöglicht. Der Antrieb Mittels Luftströmung besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß der Hohlraum-Resonator13 belüftet wird, und, falls Heißluft* verwandet wird, unteretüzt man so den Auf heizprolaf des behandelten Werkstücks«

Im Betrieb wird der quirlartige lüoduswandler 41 mittels einer Heißluftströmung in Umdrehung varsetzt₉ so daß die elektromagnetische Feldverteilung innerhalb des Hohlraum-Resonators 13 und der Hohlleiter 11 und12 periodisch geändert wird. Die periodische Änderung der elektromagnetischen Feldverteilung wird gesteuert durch die Drehzahl des quirlartigen moduswandlars und das AusmBß der Änderungen wird bestimmt

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durch die elektrisch wirksame Form des Hohlleiters 22, die durch den umlaufenden quirlartigen Wloduswandler 41 definiert ist. Die auf die Hohlleiter 11 und 12 gekoppelten fflodusmuster werden bestimmt durch die Badial- und Longitucjinalabrnessungen der Flügel, und durch die Knotenabstände zwischen benachbarten Flügeln des !TlodusBandlere 41. Durch die Wahl der Flügel 42 bis 49 mit einer Länge, größer als j wird die Radielabmessung der Flügel zu einem weniger kritischen Faktor bezüglich dec Kopplung der elektromagnetischen Energie a/obi Resonator 13 auf. die/ Hohlleiter 11 und 12. Weiterhin kann durch Verwendung von Flügeln mit unterschiedlichen Radiplabmessungen die elektrische Form des Hohlraums 22, die sich dem elektromagnetischen Feld im Hohlraum 22 darbietet, dazu gebracht werden, eine Mehrzahl von Formen anzunehmen. Demgemäß wird die Anzahl der Rlodusmueter, die im-Hohlraum 22 erzeugt werden können, erheblich gegenüber der Anzahl vergrößert, die man mit einem quirlartigen Rloduswandler erzeugen könnte, der Flügel gleichmäßiger Radialabmessung besäße. In einer Ausführungsform waren die Flügel 42 und 46 3/4 2 lang, die Flügel 43,45,47 und 49 7/8 X lang, und die Flügel 44 und 48 besaßen eine Länge gleich X . Ein so ausgebildeter quirlartiger ffloduswandier erzeugt eine periodische änderung des filoduemusters mit zwei Zyklen pro Umlauf des Wandlers 41.

Neben der Wirkung der periodischen Änderung des fllodusmusters des elektromagnetischen Feldes im Hohlraum .22, dient der quirlartige Ifloriuswandier 41 noch dazu, die elektromagnetische Energie für die Erregung der Hohlleiter 11 und 12 zu koppeln, .so daß diese elektromagnetische Wellen führen. Zusätzlich dazu saird das elektromagnetische iüellenmueter, das innerhalb und .zwischen den HohllBitsrn 11 und 12 auegefeildst fflirdj, zur Rotation gebraeht» sobald- der quirlastige • SJodussaodle'r 41 EotisfW Dia" Uaiaufperiode des Ufellansausters

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ist gleich dec Umlauf periods des Iflodusuiandlers 41, dividiert durch die Anzahl der Uariationszyklen in der Länge der Flügel auf dlsro fflodusieandler 41. Oa vorzugsweise elektromagnetische Felder. Im TE-Dodus übertragen werden, die quer zux Hanllaiterachse Hichtzirkuiare elektrische Feldvektoren aufweisen, wird die Knotenlänge zwischen benachbarten Flügeln des Kloduswandlers kleiner als Λ gewählt, mit /I_v als der Abreißwellenlänga der zwlschenjbenachbarten Flügeln übertragenen elektromagnetischen Energie. Für den dargestellten Wandler beträgt diese Länge "x. UJird der quirlartige Woduswandler 41 so ausgebildet, so warden TE-Iflodus mit zirkulären elektrischen Feldvektoren und TW-lüodus nicht in dem Raum zwischen den Flügeln erregt*

Um den elektromagnetischen Energiebetrag minimal zu halten, der aus den Hohlleitern 11 und 12 entweicht, sind Fallen 69 und 71, z.B. verlustbehaftete Ulellenleiter, an jedem dar äußeren Enden der Hohlleiter angeordnet, um die entweichende Strahlung zu absorbieren. Jeder der verlustbehafteten y/ellBnleiter 69 und 71 umfaßt einen Aluminium-Hohlielter 72, der eine wasserführende Rohrschlange 73 einschließt. Die Rohrschlange wird mittels EndanschlMge/i 74 innerhalb des Hohlleiters 72 gehalten. Die Röhre 73 je eines veriustbehafteten Wellenleiters 69 bzw. 71 sind in Reihe geschaltet über ein Verbindungsrohr 76. Eins Pumpe mit einem Vorratsbehälter (nicht gezeigt) ist zwischen die Anschlüsse 77 und 78 geschaltet, um UJassar durch die in Reihe geschalteten Schlangen 73 zu pumpen. Die verlustbehafteten UJellenleiter 69 und 71 sind mittels Tragstangen 79 an den Winkeln 33 befestigt, und eine Halterung 81 ist an dem Hohlietter 13 angeordnet. Um das Efjtweichen der elektromagnetischen Energie aus der Einrichtung/weiter zu vermindern, erstrecken sich did äußeren Enden 68 des Hohlleiters 12; und des Hohlleiterβ/ dessen äußeres Ende

nicht sichtbar ist, bia in den zugeordneten uerluatbeheftetan Wellenleiter 71 bzw. 69. um eine Lunge von- 3. Ea wurde festgestellt, daß unter normalen Betriebsbedingungen mit einer Eingangeleistung von 20 kW, dia da» Hohlraumresonator 13 zugeführt wird:, 15 η gewöhnlichen Gartenschlauches, auf gerollt in eine Länge von 60 ca, dia aua den Hohlleitern 11 und entweichende Energie auf wesentlich weniger als 10 mtlf/cm herunterdrückt, welcher Wert sich ala Standardwert für ungefährliche Betriebsbedingungen allgemein durchgesetzt hat·

In Fig. 4 ist die Blikrowellen-Heizeinrichtung, die gemäß Figuren 1 bis 3 aufgebaut ist, in UUrkvsrbindung gezeigt, um ein kontinuierlich hindurchbewegtes glasfaserverstärktes Epoxydharzrohr 82 auszuhärten, daft ein^Außendurchmesasr von 12,5 cm und eine Wandstärke von etwa 9 Mi beaitzt. Die Abmessungen des Blultimodus-Hohlraumresonators 13 betragen 450 mm Breite, 1200 mm Höhe und 1200 mm Länge. Jeder der runden ßlultimodua-Hohlleiter 11 und 12 let 400 mm lang>

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und besitzt einen Innenduehmeasar von 150 mm. Eine Klystronbestückte Energiequelle 83 mit einem Netzteil 84 liefert 20 kill Leistung bei 2450 RIHz in den Hohlraumresonator 13 über einen Kopplungswellenleiter 86 und den Speaaewellenleiter 37. Un die Klystromquelle 83 gegen zerstörende Reflektionen zu schützen, kann dia Klystroiiquelle 83 an den Hohlraum-Resonator 13 übereinen Richtungskoppler 87 angeschlossen werden. Dar Richtungskoppler 87 kann an einen Detektor 88, z.B# ein LeistungaraeQinstrunient, angeschlossen sein, das auf Signale von dem Richtungskoppler anspricht, um so ein Signal zu erzeugen for die Erregung eines Relais y 89 für die Abschaltung dar Energiezufuhr zur Klystroiiquelle 83. Won der zugeführten Eingangelsiatung von 20 kW wurden 17 kUl in IBMrms umgesetzt für die Erhitzung des kontinuierlich durchbewegten ferketücks 82. Da das Werkstück 82 kontinuierlich die Energie absorbiert, während

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■a durch dia Hohlleiter 11 und 12 bewegt wird, war nur ein Verlust von 1 IcUI Leistung an jedew der äußeren Enden der Hohlleiter 11 und 12 festzustellen, die von den verlustbehafteten Wellenleitern 69 und 71 aufzunehmen waren. Der quirlartige ffloduswandler 41 lief «it 16 Umdrehungen pro ■inute un. Ip Betrieb zeigte es eich, daß das Rohr 82 aus glaefaaerveratärktem Epoxydharz mit einer freschwindigkeit von etwa 45 cm pro Binute durch die Blikrotuellen-Heizeinrichtung bewegt werden konnte und vollkommen ausgehärtet auetrat« DaagamäQ können etwa 27m von glasfaserverstärktem Epoxydharzrohr in 1 Stunde ausgehärtet werden· falle dieses {Satarial mit konventionellen Leitungsheizeinrichtungen e-a-a werden müßte, ist ebenfalls eine Aushärtungszeit von 1 Stunde erforderlich. Ua jedoch mit der gleichen Geechwindigkait arbeiten zu können wie die Heizeinrichtung gemäß der Erfindung, wie sie oben in Einzelheiten beschrieben wurde, iat eine Einrichtung von zehnfacher GröQe erforderlich, als ge*äö vorliegender Erfindung.

Neben den beschriebenen Aneendungsbeiepielkann die Wikrowellen-HeisEeinriehtung geeäß der Erfindung aush aodera Arten von Rikrswailanheizung durchführen» Z.B_e kann die Heizeinrichtung verwendet aerden, um gieichz@itig dielsktrisch und induktiv Kahl® zu e:rhitt:0n_s ader. fall@.di©'s .grfsörasefrt mini ι auf' -indfuUtiveö leg®- leitendes lat®rial su ®%foiiz&ne Öls ilk^®söllsn-liai2Siflriehfcürii. gesia'S der Erfindung hat sich JeeSoets als bBBendsrs vorteilhaft for dia h Eatesial

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BADORtGfNAL

die innerhalb der Hohlleiter 11 und 12 und dee Hohlraum-Resonators 13 angeordnet werden» vorgesehen sein. In diesen Fällen könnten die äußeren Enden 67 und 68 z.B. mittels eines Kurzschlußkörpers oder einer UJasserbelastung geschlossen werden. Weiter kann eine Mehrzahl von Multimodus-Hohlraumresonatoren mit dem Hohlleiter in Stufen gekoppelt sein, falls es notwendig märe, die Heizzeit zu vergrößern. Solche stufenweise
angeordneten Hohlraum-Resonatoren wären durch Hohlleiter
entsprechender Länge, z.B. 3«1 zu verbinden, um eine
Kopplung zwischen den aufeinanderfolgenden Hohlraum-Respnatorsn zu verhindern. .

- Patentansprüche -

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Claims (1)

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P a t en t and ρ r ü c h β

1. Mikroiuellen-Heizeinrichtung gekennzeichnet durch mindestens einen fflultimodus-Hohlraumresonator (13)₍ in|dem elektromagnetische Felder durch Aufnähme von elektromagnetischer Energie aus einer Quelle (83) erregt meiden und an welchen Hohlraum-Resonator (13) ßlultimodus-Hohlleiter (11,12) angekoppelt sind für die übertragung elektromagnetischer Energie aus dem Resonator auf die Hohlleiter (11,12), um in diesen elektromagnetische Felder zu erzeugen, sowie durch Einrichtungen (41,60) für die Änderung der elektromagnetischen Feldverteilung innerhalb des Hohlraum-Resonators (13). "

2. Mikrouiellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zujBi axial fluchtend angeordnete, in axialem Abstand an zu/ei einander gegenuberliegsnden Seitentfandungen (14,16) des Resonators (13) angekoppeite lilultimodus-HOhlleiterabschnitte (11,12). . ^J

3. ildikrouisllen-Heizsinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daQ für die Änderung der elektromagnetischen Feldverteilung ipi Hohlraum-Resonatot (13) ein quirlartiger Iflodusmandler (41) vorgesehen ist, der drehbar innerhalb des Hohlraum-Resonators angeordnet ist, mit seiner Drehachse in Ausfluchtung mit den Hohlleiterabschnitten (11,12), und daß der Rlodusivandler sine mehrzahl von Fllgeln (42 bis 49) aufmeist, die in die Drehachse schneidenden Ebenen in Äxialab-. stand und Umfangsabstand angeordnet sind und in Aehsnähe einen Raum für den Durchlaß der zu erhitzenden Teile freilassen»

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4. Blikroaisllen-Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung dar Flügel (42 bia 49) in Richtung der Achse des Moduawandlara (41) größer ist ala mit X als freie lilellanlinga dar Arbeitefrequenz.

- 5. fflikroBJsllan-Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Roduavandler (41) Flügel aufweist, die in Richtung nach außen unterschiedliche Abmessungen aufweisen.

6. Mikrowellen-Heizainrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den nächstgelegenen Teilen benachbarter Flügel höchstens X_n beträgt, welcher Wert der Abreißwellenlänge der elektranagnetischan Energie entspricht, die zwischen diesen benachbarten Flügeln über« tragen wird.

7. Klikrowellan-Heizainrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum-Resonator (13) rechteckige Form besitzt, und daß dia Hohlleiterabschnitte (11,12) einen runden Querschnitt auf«eisen.

8. Klikroaellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (42 bis 49) iaj wesentlichen die Form rechteckiger Blätter besitzen, die in Uafangsabstand auf einem Ringträger (51,52) angeordnet sind und sich von diesem radial in den Resonator (13) erstrecken, und daß die Flügel (42 bis 49) so auf dam Ringträger (51,52) varteilt sind, daß eine periodische änderung dar Radialabmessung aufeinanderfolgender Flügel (42,43j43,44fetc.) vorliegt.

BADQRtGlMAL -19-

■ 9. füikroMiellen-Heizeinrichtung nach Anspruch θ, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenabstand zwischen benachbarten Flügeln höchatene j betrügt*

10. Bikroeeilen-Heizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß, die Hohlleiterabschnitte (11,12) offene Enden besitzen für den kontinuierlichen Durchlauf von Werkstücken.

11. filikrouellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Luftströmungsantrieb (60,66,65) für die Drehung dee Boduewandlers (41).

12. Blikrowellen-Haizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterabschnitte für den Durchtritt eines kontinuierlich bewegten Werkstücks geeignete offene Enden aufweisen.

13. Üflikroufellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes Hohlleiterabschnittes größer als 3/4 Λ- ist, mit Λ als freie Wellenlänge der zugefÜhrten elektromagnetischen Energie.

14. Kikroisellsn-HeizBinrichtung nach Anspruch 13_S gskann«

ssiehfaet durch ®n den End©o der beiden Hohlleiieraijsehnitts (II9I2) angeordnats werlustbehaftete Ittel-lenleites' (71_S72) für dl© UfasefegiiHf umt aus den Hohlleitesabschnitten (H I₀12} s@iehsnd8n En

15«, iikroBfflHen-HBissinrichtung nach

daS der Hohlleit.Br offene E denen sich ©ißdsstsng sine nach außen, wisn de© Hohllsltsr

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16. Rlikroweilen-Heizeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein verlustbehafteter Wellenleiter am Ende des Hohlleiters angeordnet ist, das sich nach außen von dem Hohlraum-Resonator wegerstreckt für die Absorption der elektromagnetischen Energie, die aus dem Hohlleiterende entweicht.

17. Iflikroivellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustbehaftete Wellenleiter eine rohrförmig« leitende Innenoberfläche (72) aufweist, länge der eine Leitung (73) für den Durchlauf eines dielektrisch wirksamen Fluids für die Energieabsorption angeordnet ist.

18.Iflikroweilen-Heizeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (73) aus einer Rohr- oder Schlauchschlange besteht, die in Axialausrichtung mit de* rohrförmigen leitenden Innenoberfläche angeordnet ist.

19. lülikrowellen-Heizeinrichtung, gekennzeichnet durch einen Hlultimodus-Hohlraumresonator für die Aufnahme elektromagnetischer Energie, von einer Quelle für die Erregung elektromagnetischer Feldmustsr in dem Hohlraum-Resonator, und durch einen quirlartigen Ölodusujandler, drehbar angeordnet um eine Achse innerhalb des Hohlraum-Resonators, welcher quirlartige Hlodustuandlsr mindestens ein sich nach außen von der Achse und in Richtung der Achse erstreckende« Blatt aufweist, sowie durch Einrichtungen für die drehbare Lagerung dee quirlartigen fflödusuiandlers innerhalb des Hohlraum-Resonators.

20. Rlikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,, daß der quirlartige ffloduswandlei eine mehrzahl von Blättern aufweist, einschließlich solcher von unterschiedlichen Abmessungen in Radialrichtung, jedoch mit Axialabmessungen, die größer als i sind.

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21· Bikrotuellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter eine im allgemeinen rechteckige Form besitzen und im Umfangsabstand um eine Ringanordnung angeordnet sind, und sich radial von deren Achse uiegerstrecken, und daß die Blätter in Ümfangsrichtung so aufeinanderfolgen, daß die Radialabmessungen aufeinanderfolgender Blätter sich periodisch andern,

22« ITIikrouiellen-Helzeinrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einettGebläseantrieb für den quirlartigen Wlodusuiandler.

23. ÜOikrouJsllen-Heizeinrichtung nach Anspruch 19» gekennzeichnet durch mindestens einen Hohlleiter für die Aufnahme und Fortpflanzung elektromagnetischer Energie von dem fllultimadus-Hohlraum-Resonator. -'

24. nOikrotuellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der quirlartige fllodusuiandler um eine Achse drehbar gelagert ist, die mit der Achse der Hohlleiter fluchtet.

25. Mikrowellen-Heizeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt bzw. die Blätter in radialem Abstand von der Achse angeordnet ist bzw; sind.

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