DE3420280C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Preßharzportionen, die anschließend in eine Preßform eingegeben werden, mit einem Mikrowellengenerator, an den ein Hohlleiter angeschlossen ist und mit einer den Hohlleiter senkrecht zum elektrischen Feld der Mikrowelle durchsetzenden Positioniereinrichtung, die im Hohlleiter eine Aufnahme für das Preßharz aufweist.

Bei einer derartigen aus der US-PS 35 29 115 bekannten Vorwärmeinrichtung für Preßharz oder Kunstharz ist eine Mikrowellenquelle über eine Antenne an ein Hohlleitersystem angekoppelt. Dieses Hohlleitersystem weist eine gekrümmte Hohlleiteranordnung auf. Mit dieser bekannten Vorwärmeinrichtung wird eine geschlossene Schleife für den Mikrowellenenergiefluß erzeugt, welcher mit Hilfe eines gewundenen Hohlleiterabschnittes und mit Hilfe von Filtern eine oszillierende Charakteristik aufweist derart, daß die Energie abwechselnd in die eine und in die entgegengesetzte Richtung fließt. Diese bekannte Vorwärmeinrichtung ist besonders aufwendig und kompliziert.

Der Hohlleiter weist im Bereich der Preßharztabletten einen Spalt auf, der durch einen peripheren Teil einer drehbaren Scheibe ausgefüllt ist. Diese Scheibe enthält nun einen Trägereinschub, welcher aus einem Material besteht, das nicht oder nur unwesentlich erwärmt wird, wenn die Mikrowellenstrahlung eingeschaltet ist. Dieser Einschub enthält vier Trägertaschen, von denen jede eine Preßharztablette aufnimmt.

Die Preßharztabletten werden demnach mit Hilfe einer drehbaren Scheibe in ihrer Erwärmungsposition gewissermaßen trommelrevolverartig eingeschwenkt. Dies bedeutet, daß jeweils nur eine Preßharztablette sich in der Erwärmungsposition befindet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Preßharzportionen der eingangs genannten Art zu schaffen, die es gestattet, gleichzeitig eine Vielzahl von Preßharzportionen zu erwärmen und zwar mit optimalem Wirkungsgrad bei einfacher Ausbildung. Die Vorwärmung soll für die Preßharzportionen einheitlich und unabhängig von deren Form und Größe sein sowie innerhalb kurzer Zeit erfolgen. Auch soll die Vorrichtung sich zur Automatisierung der Eingabe und Entnahme der Preßharzportionen eignen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von Positioniereinrichtungen zur Aufnahme jeweils einer Preßharzportion vorgesehen ist, daß die Aufnahmen für die Preßharzportionen längs der Hohlleiterlänge an Stellen von Spitzen der durch die Mikrowelle im Hohlleiter gebildeten stehenden elektrischen Feldintensität ortsfest angeordnet sind, und daß jede Aufnahme eine von außen beschickbare Eingabeöffnung für die Preßharzportion sowie eine verschließbare Entnahmeöffnung aufweist.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß nicht nur eine schnelle Erwärmung der Preßharzportionen an den Stellen der Spitzen der durch die Mikrowelle im Hohlleiter gebildeten stehenden elektrischen Feldintensität möglich ist, sondern daß darüber hinaus eine leichte Eingabe und Entnahme dieser Preßharzportionen in und aus dem Hohlleiter möglich ist, wodurch die Beschickung und die Entnahme schneller ausgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die einzelnen Preßharzportionen gleichzeitig erwärmt werden können, dadurch, daß jede Preßharzportion sich in dem Bereich einer Spitze der elektrischen Feldintensität befindet. Dadurch, daß die Spitzen der Feldintensität zur Erwärmung der Preßharzportionen verwendet werden, ergibt sich der weitere Vorteil, daß insbesondere der Mittenbereich der Preßharzportionen auf eine Temperatur erhitzt werden kann, bei der dieser Mittenbereich fast flüssig ist, während die benachbarten Bereiche der Preßharzportionen aufgrund ihrer Entfernung von den Spitzen der Feldstärkeintensität geringere Temperaturwerte aufweisen. Diese benachbarten Preßharzportionsbereiche können daher noch einen festen Zustand aufweisen.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß aufgrund der Anordnung der Preßharzportionen längs des Hohlleiters eine gleichmäßige Erwärmung mit gleichen Charakteristiken für sämtliche Preßharzportionen erfolgt. Wenn z. B. eine Preßharzportion die Form einer Tablette aufweist, ist es wünschenswert, daß der Mittenbereich dieser Tablette auf eine höhere Temperatur gebracht wird als der benachbarte Randbereich. Bei Anordnung des Mittenbereiches in einer Spitze der Feldintensität wird dieser Bereich flüssig, während, wie zuvor erwähnt, der periphere Randbereich im festen Zustand gehalten wird. Somit ergibt sich der weitere Vorteil, daß unabhängig von der Dicke des Mittenbereiches aufgrund der Intensitätsspitze der Feldstärke gewissermaßen ein flüssiger Teig entsteht, der durch den noch festen Randbereich gehalten wird, so daß die Preßharztablettenform bis zum Preßvorgang aufrechterhalten bleibt. Der anschließende Preßvorgang wird dadurch erleichtert, daß aufgrund des flüssigen Zustandes des Mittenbereiches die Preßkraft entsprechend verringert sein kann. Auch ist es vorteilhaft, daß hierdurch die Preßzykluszeit verringert ist.

Durch die Gleichbehandlung der Preßharzportionen wird die Möglichkeit einer fehlerhaften Pressung verringert. Auch wird die Qualität des resultierenden Produktes verbessert. Die Hintereinanderanordnung der einzelnen Preßharzportionen erleichtert darüber hinaus die Eingabe und Entnahme dieser Portionen. Auf diese Weise wird die Zykluszeit weiter verringert.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Aufnahmen als zylindrische Hohlzylinder ausgebildet, deren eines Ende offen ist, während am anderen Ende ein Verschluß vorgesehen ist, und deren Wände nach innen einen Aufnahmeraum für die Preßharzportion begrenzen.

Jeder der hohlzylindrischen Aufnahmen ist eine zu ihr ausgerichtete Drossel zugeordnet, die auf den äußeren Oberflächen der Hohlleiterwände senkrecht zum elektrischen Feld aufsitzt.

In vorteilhafter Weise weist ein Ende des Hohlleiters ein perfektes Reflexionsende für die Mikrowelle zur Ausbildung einer stehenden Welle auf.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Ende des Hohlleiters als ein reflektionsloser Terminator ausgebildet. In vorteilhafter Weise nimmt dicht am Ende des Hohlleiters der Abstand zwischen den Wänden des Hohlleiters senkrecht zum elektrischen Feld gegen das Ende des Hohlleiters hin allmählich ab.

Gemäß einer anderen Ausführungsform nimmt dicht am Ende des Hohlleiters der Abstand zwischen den Wänden des Hohlleiters stufenweise allmählich zu seinem Ende hin ab.

In vorteilhafter Weise ist im Eingangsbereich des Hohlleiters ein den Mikrowellengenerator vor der vom Ende des Hohlleiters reflektierten Mikrowelle schützender Zirkulator vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines Vorwärmapparates,

Fig. 2(a)und 2(b) Darstellungen des Querschnittes des Wellen- bzw. Hohlleiters,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht von Positioniervorrichtungen für die Vorwärmvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Kennliniendarstellung der Temperatur des Mittelpunktes einer Preßharztablette in Abhängigkeit von der Vorwärmzeit,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Endes eines Wellen- oder Hohlleiters in der Form eines reflektionslosen Terminators, und

Fig. 6(a) und 6(b) die Darstellung eines gestuften Wellen- oder Hohlleiters und eines sich konisch verjüngenden Wellen- oder Hohlleiters.

Fig. 1 zeigt einen Vorwärmapparat, der einen Mikrowellengenerator 10 umfaßt, der eine Mikrowelle erzeugt von z. B. 2450 MHz. Des weiteren umfaßt er Hohlleiter 11 A, 11 B und 11 C, die mit dem Mikrowellengenerator 10 verbunden sind.

Der Mikrowellengenerator 10 kann ein Magnetron und eine elektrische Leistungsquelle aufweisen. Die Hohlleiter 11 A, 11 B und 11 C sind rechtwinkelige Hohlleiter vom TE₁₀ Modus. Als Beispiel sind die inneren Abmessungen des Querschnittes in den Fig. 2(a) und 2(b) dargestellt. Die drei Hohlleiter 11 A, 11 B und 11 C sind untereinander durch einen Zirkulator 13 verbunden, welcher die Interferenz der reflektierten Mikrowelle mit der erzeugten Mikrowelle des Generators 10 verhindert. Der Zirkulator 13 besitzt hierzu drei Anschlüsse. Der Eingangsanschluß ist über den Hohlleiter 11 A (Eingangshohlleiter) mit dem Mikrowellengenerator 10 verbunden, während einer der Ausgangsanschlüsse über einen Richtungskuppler 14 mit dem Hohlleiter 11 B (Ausgangshohlleiter) verbunden ist. Das Ende des Hohlleiters 11 B ist als Kurzschlußplatte ausgebildet und bildet somit ein perfektes Reflexionsende, so daß die reflektierte Mikrowelle erneut zum Erhitzen des im Hohlleiter 11 B positionierten Preßharzes übertragen wird, wie noch später beschrieben wird. Mit dieser Reflexion wird die Strahlungsleistung erhöht. Darüber hinaus erzeugt die Reflexion eine stehende Welle im Hohlleiter 11 B, wodurch bei geeigneter Positionierung des Preßharzes die Strahlungsleistung ebenfalls erhöht wird.

Ein zweiter Ausgangsanschluß ist mit dem Hohlleiter 11 C zur Absorbierung der reflektierten Welle verbunden. Für diesen Zweck ist ein reflektionsloser Terminator 15 am Ende des Hohlleiters 11 C vorgesehen. Strahlungsbleche oder Rippen 26 dienen zur Kühlung des Terminators 15. Mit dem Richtungskuppler 14 sind ein Eingangsleistungsdetektor 16 und ein Detektor 17 für reflektierte Leistung verbunden, die zur Regulierung der Leistung der Strahlung auf dem Preßharz verwendet werden.

Zur gleichzeitigen Vorerwärmung einer Vielzahl von Tabletten 21 wird eine Vorrichtung verwendet, die ein perfektes Reflexionsende aufweist. Wie dargestellt, sind viele Positionierungseinrichtungen 25 vorgesehen, um eine Vielzahl von Preßharzportionen in Position zu bringen, die in die entsprechenden Positionierungsvorrichtungen 25 eingebracht sind und zwar am Ort von Schwingungsbäuchen der stehenden Welle des elektrischen Feldes längs der Länge des Hohlleiters 11 B. Solche Schwingungsbäuche sind um λ _g /2 voneinander entfernt, wie dies aus der Fig. 3 zu sehen ist, wobei λ _g die Wellenlänge der Mikrowelle innerhalb des Hohlleiters darstellt.

Durch Verwendung eines perfekten Reflexionsendes zur Erzeugung einer reflektierten Welle und somit einer stehenden Welle und durch Positionieren der Vorräte des Harzes in den entsprechenden Schwingungsbäuchen wird die Erhitzungseffizienz verbessert und außerdem werden die Harzvorratsmengen einheitlich erhitzt. Es hat sich ergeben, daß diese Einheitlichkeit sogar dann sichergestellt ist, wenn Tabletten 21 in sechs Positionen in den Hohlleiter 11 B eingebracht sind.

Wie weiter aus Fig. 3 zu sehen ist, weisen die Positionierungseinrichtungen 25 zylindrische Aufnahmen 20 auf, die in den Durchbrüchen oder Ausnehmungen der oberen und unteren Wände des Hohlleiters 11 B befestigt sind und sich vertikal durch den Hohlleiter 11 B erstrecken. Die inneren Oberflächen jeder zylindrischen Aufnahme 20 legen ein Aufnahmeloch 18 fest, um die Preßharzportionen in Form von Tabletten 21 aufzunehmen und zu positionieren. Das Aufnahmeloch 18 ist so angeordnet, daß der Mittelpunkt jeder Tablette 21 mit einer Spitze der Verteilung der elektrischen Feldintensität innerhalb des Hohlleiters 11 B zusammenfällt, d. h. der Mittelpunkt jeder Tablette 21 wird mit den Lagen der Maximumwerte der Verteilung der elektrischen Feldintensität, also mit der Lage der Schwingungsbäuche der stehenden Welle des elektrischen Feldes E, längs der Längsrichtung des Hohlleiters in Deckung gebracht. Eine dieser Schwingungsbäuche befindet sich in einem Abstand von λ _g /4 vom reflektierenden Ende des Hohlleiters. Im dargestellten Beispiel werden die Mittelpunkte der Tabletten 21 in Deckung gebracht mit den Lagen der Schwingungsbäuche, die untereinander einen Abstand von (λ _g /2) haben. Bei in Deckung gebrachtem Mittelpunkt jeder Tablette jeweils mit der Spitze der Verteilung der elektrischen Feldintensität wird die Strahlungsleistung auf die Tablette 21 verstärkt. Die Erhitzungstemperatur im Zentralbereich (inneren Bereich) der Tablette 21 wird höher als die Erhitzungstemperatur im peripheren Bereich der Tablette 21. Folglich ist es möglich, den Innenbereich fast flüssig zu machen, während der periphere Bereich in einem halbfesten Zustand aufrechterhalten wird, so daß eine Deformation vermieden werden kann und das Handhaben der Tablette beim Einbringen in den Topf der Preßform einfach wird.

Jede zylindrische Aufnahme 20 ist aus hitzebeständigem, nicht metallischem Material, wie z. B. Polytetrafluoräthylen hergestellt. Zylindrische Drosseln 19 sind auf den äußeren Oberflächen der oberen und unteren Wände des Hohlleiters 11 B in Ausrichtung mit der zylindrischen Aufnahme 20 vorgesehen. Die Höhe der oberen Drosseln 19 ist vorzugsweise 50 mm. Diese Drosseln sollen eine Ableitung der Mikrowelle verhindern. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die zylindrische Aufnahme 20 bis zur selben Höhe nach oben wie die obere zylindrische Drossel 19 und ist durch diese Drossel bedeckt. Die untere Drossel 19 ist mit einem Verschluß 23 versehen. Wenn eine Tablette 21 in die zylindrische Aufnahme 20 eingebracht wird, wird die Tablette 21 durch die obere Oberfläche des Verschlusses 23 aufgenommen. Bei Beendigung der Vorwärmung der Tablette 21 in der Aufnahme 20 wird der Verschluß 23 geöffnet und die Tablette 21 fällt oder gleitet in den Topf 6 der Preßform 4 und wird durch einen Preßkolben 24 im Topf 6 aufgenommen. Somit kann das Zuführen und Erhitzen der Tablette vollkommen automatisiert werden.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur (°C) des Mittenbereiches der Tablette und der Erhitzungszeit (Sekunden) mit der Strahlungsleistung als Parameter. Die Frequenz der Mikrowelle ist hier 2450 MHz und die Tablette weist einen Durchmesser von 14 mm und ein Gewicht von 3,8 g auf. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, kann das Vorerhitzen in sehr kurzer Zeit mit geringer Energie erreicht werden. Die Herstellungszykluszeit kann daher reduziert werden. Die Leistungsversorgung und die Erhitzungszeit können eingestellt werden, um die Temperaturanstiegscharakteristiken zu optimieren.

In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Ende des Hohlleiters 11 B ein perfektes Reflexionsende. Es gibt aber Ausführungen, bei denen ein reflektionsloses Ende bevorzugt wird, da die reflektierte Welle mit der direkten Welle des Generators interferieren und auf diese Weise eine Störung in der Verteilung des elektrischen Feldes E hervorrufen kann.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 3 und zwar deswegen, weil es ebenfalls ermöglicht, gleichzeitig eine Vielzahl von Tabletten vorzuerhitzen. Es wird aber ein als Terminator 22 ausgebildetes reflektionsloses Ende anstelle eines perfekten Reflexionsendes verwendet. Die Teilung der Positionierungseinrichtungen 25 ist wiederum λ _g /2, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 3.

Die Einheitlichkeit oder Gleichmäßigkeit der Vorwärmung ist in diesem Falle niedriger im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 3. Sie ist jedoch noch ausreichend.

Zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit und Einheitlichkeit kann der Hohlleiter 11 B modifiziert werden, wie dies aus den Fig. 6(a) und 6(b) zu sehen ist. Wie in Fig. 6(a) dargestellt, kann die Höhe des Hohlleiters 11 B (die Dimension zwischen der oberen und unteren Wand senkrecht zum elektrischen Feld) stufenweise zum Ende hin verringert werden und zwar mit einer Teilung von λ _g /2. Die Aufnahmelöcher 18 der Positionierungseinrichtungen sind im Mittelpunkt jeder Stufe sowie um λ _g /2 voneinander entfernt angeordnet, derart, daß sie mit den Spitzen der Verteilung der elektrischen Feldintensität zusammenfallen.

In der Alternative gemäß Fig. 6(b) verläuft der Hohlleiter, insbesondere seine Höhe, zum Ende hin konisch anstatt gestuft zu sein, wie dies in Fig. 6(a) der Fall ist. Die konische Ausbildung ist vorgesehen, um eine bessere Gleichmäßigkeit und Einheitlichkeit im elektrischen Feld und somit beim Erhitzen zu erhalten.

Die Hohlleiter 11 A und 11 C können flexibel ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Hohlleiter 11 B in eine solche Position gebracht werden, daß die Aufnahmelöcher 18 mit den Harz-Töpfen ausgerichtet sind. Somit ist die Flexibilität bei der Gestaltung erhöht.

Tabletten, insbesondere solche, die einen Durchmesser von nicht mehr als 18 mm aufweisen, haben ein Ergebnis mit zufriedenstellenden Resultaten gebracht. Jedoch braucht das Preßharz nicht notwendigerweise in Form von Tabletten vorzuliegen. Es kann auch alternativ hierzu aus Pulver bestehen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Vorwärmen von Preßharzportionen, die anschließend in eine Preßform eingegeben werden, mit einem Mikrowellengenerator, an den ein Hohlleiter angeschlossen ist, und mit einer den Hohlleiter senkrecht zum elektrischen Feld der Mikrowelle durchsetzenden Positioniereinrichtung, die im Hohlleiter eine Aufnahme für das Preßharz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Positioniereinrichtungen (25) zur Aufnahme jeweils einer Preßharzportion (21) vorgesehen ist, daß die Aufnahmen (20) für die Preßharzportionen (21) längs der Länge des Hohlleiters (11 B) an Stellen von Spitzen der durch die Mikrowelle im Hohlleiter gebildeten stehenden Welle des elektrischen Feldes (E) ortsfest angeordnet sind, und daß jede Aufnahme (20) eine von außen beschickbare Eingabeöffnung für die Preßharzposition (21) sowie eine verschließbare Entnahmeöffnung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen als zylindrische Hohlzylinder (20) ausgebildet sind, deren eines Ende offen ist, während am anderen Ende ein Verschluß (23) vorgesehen ist, und deren Wände nach innen einen Aufnahmeraum für die Preßharzportion (21) begrenzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der hohlzylindrischen Aufnahmen (20) eine zu ihr ausgerichtete Drossel (19) zugeordnet ist, die auf den äußeren Oberflächen der Wände des Hohlleiters (11 B) senkrecht zum elektrischen Feld (E) aufsitzt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Hohlleiters (11 B) ein perfektes Reflexionsende für die Mikrowelle zur Ausbildung einer stehenden Welle aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Hohlleiters als ein reflektionsloser Terminator (22) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dicht am Ende des Hohlleiters (11 B) der Abstand zwischen den Wänden des Hohlleiters senkrecht zum elektrischen Feld (E) gegen das Ende des Hohlleiters hin allmählich abnimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dicht am Ende des Hohlleiters (11 B) der Abstand zwischen den Wänden des Hohlleiters stufenweise allmählich zu seinem Ende hin abnimmt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangsbereich des Hohlleiters ein den Mikrowellengenerator (10) vor der vom Ende des Hohlleiters reflektierten Mikrowelle schützender Zirkulator (13) vorgesehen ist.