DE950947C - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung der Randzonenueberhitzung eines im dielektrischen Hochfrequenzfeld anzuwaermenden nichtmetallischen Werkstueckes - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung der Randzonenüberhitzung eines im dielektrischen Hochfrequenzfeld anzuwärmenden nichtmetallischen Werkstückes Bei einem zwischen den Elektroden eines Hochfreque@nzkondensators befindlichen, insbesondere planparallelen nichtmetallischen Werkstück, welches erwärmt werden soll, ergeben sich Verzerrungen des vor dem Einlegen .des Werkstückes homogenen elektrischen Feldes dadurch, daß das eingelegte Werkstück durchweg eine höhere Di@elektrizitätskonstante hat als etwa die umgebende Luft. Diese Erscheinung .hat zur Folge, d,aß das Werkstück sich im den Randzonen stärker erwärmt als die sonstigen Teile des Werkstückes, und zwar ist die Übertemperatur in der Randzone um so größer, je höher die Dielektrizitätskonstante dies zu erwärmenden Werkstoffes ist. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Randüberhitzungen diadurch zu vermeiden, daß man das Werkstück in eine Masse einbettet, die eine wenigstens angenähert gleiche Diele@ktrizitätskonstante hat. Das Einbetten in beispielsweise pulverförmige Masse ist jedoch umständlich und ist mit Vorteil nur bei unregelmäßig gestalteten Werkstücken anzuwenden. Häufig handelt es sich jedoch um Gegenstände mit planparallelen Begrenzungsflächen, die für eine gleichmäßige Erwärmung lediglich .eine Anpassung der Elelktrodengröße erfordern würden.
• Es ist bekannt, bei Anordnungen zum eJektrschen Schweißen @die_ allseitig bewegbare Gegenelektrode - in einen angepaßten Isoliierkörper einzubringen, wobei dieser Isolierkörper als Rahmen auch noch die Funktion übernimmt, das zu schweißende Werkstück aufzunehmen. Für die vorliegende Aufgabe, eine gleichmäßige Erwärmung des Werkstückes beim Schweißen zu bewirken, gibt aber diese bekannte Anordnung keine Anregung, da die Erhitzungsiabsichten beim Schweißen von gänzlich anderen Gesichtspunkten ausgehen als .im vorliegenden Falle, wo auf eine gleichmäßige Erwärmung eines Werkstückes hingezielt wird, ohne daß eine :einer Schweißverbindung entsprechende Wirkung beabsichtigt ist.
• Unter Verwendung eines Rahmens kann eine Feldverzerrung am Rande von planparallelen, zu erhitzenden Werkstücken dadurch vermieden werden, daß gemäß dier Erfindung das Werkstück nur in Richtung quer zu den Feldlinien von einem festen Rahmen aus nichtleitendem Material umgeben wird, der von Elektroden mitüberdeckt wird und' dessen Innenkonturen dem jeweiligen Umriß des Werkstückes entsprechen, während die Dicke des Rahmens in Richtung der Feldlinien etwa gleich der Dicke des Werkstückes ist, wenn Werkstück und Rahmen aus Material mit gleicher Dielektrizitätskonstante bestehen und bei verschiedenen Dielektrizitätskonstanten die Dicke des Rahmens entsprechend größer gewählt wind als die Dicke des Werkstückes, sofern seine Dielektrizitätskonstante kleiner ist als diejenige des Werkstückes, und umgekehrt.
• Die Breite ,des Rahmens quer zur Richtung der Feldlinien braucht dabei nur so groß zu sein, wie es mit Rücksicht auf die verlangte Te:mperaturgleichmäßiigkeit in dem anzuwärmenden Werkstück erforderlich ist, so daß bei jeder Größe die Randverzerrung der Feldknien innerhalb dies Rahmens verläuft. Der Rahmen selbst kann aus Einzelteilen bestehen und zusammensetzbar oder einstellbar sein.
• Die Erfindung ist im nachstehenden an einigen in der Zeichnung dargestellten Aus.führungsbeispielen erläutert.
• Fig. i zeigt einen Kondensator mit eingelegtem Werkstück ohne Anwendung. der Vorrichtung nach der Erfindung; Fig. 2a, :2b zeigen ein von einem ringförmigen Raihmen umgebenes Werkstück in Draufsicht und im Schnitt, Fig. 3 a, 3 b stellen ein reehteclages Werkstück mit eiintim zuisammensetzbaren Rahmen in Draufsicht und im Querschnitt dar.
• In Fi.g. i ist zwischen die Platten i, 2 eines Hochfrequenzkondensators ein planparalleles WerkstÜck 3 eingelegt. Die elektrischen Kraftlinnen q. zwischen den Kondensatorplatten i, 2 nehmen den angedeuteten Verlauf, d. h., das ursprünglich homogene elektrische Feld wird so verzerrt, daß in den Randzonen des Werkstückes 3 ein Zusammendrängen der elektrischen Feldlinden und somit eine übermäßige Werkstofferwärmung eintritt.
• Zur Vermeidung dieser Erscheinung wird um das jeweilige Werkstück 3 ein aus nichtmetallischem Werkstoff bestehender Rahmen 5 nach Fig. 2 a, 2 b bzw. 3 a, 3 b gelegt, dessen Innenkonturen dem ieweiligen Umriß des Werkstückes mindestens nahezu entsprechen. Die Breite des Rahmens 5 braucht quer zur Richtung der Feldlinien nur so groß zu sein, wie es mit Rücksicht auf die verlangte Temperaturgleichmäßigkeit in dem anzuwärmenden Werkstück notwendig erscheint. Der Rahmen 5 kann aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie das anzuwärmende Werkstück 3. In diesem Falle isst die Stärke dies Rahmens 5 in Richtung der Feldlinien genauso groß zu wählen wie die des Werkstückes 3. Liegt die Anwärmtemperatur des Werkstückes an der Grenze des Wertes, der eine Zerstörung des Werkstückes zur Folge hätte, so :ist für den Rahmen ein Werkstoff zu wählen, der einen geringeren Verlustfaktor (tg a) oder eine höhere Temperaturbeständigkeit als der Werkstoff des Werkstückes hat.
• Ein anderer Werkstoff wird im allgemeinen eine andere Dielektrizitätskonstante E haben als der Werkstoff des anzuwärmenden Stückes. Trotzdem ist es möglich, eine hinreichend gleichmäßige Feldverteilung =im Werkstück zu erreichen, wenn man bei einem Rahmenmaterial mit kleinerem E als dem des Werkstückes die Rahmenstärke in Richtung der Feldlinien um so viel größer wählt als das Werkstück, wie es mit Rücksicht auf das kleinere s erforderlich ist; eine solche Anordnung zeigt Fig. 2 a. Im umgekehrten Falle ist selbstverständlich die Rahmenstärke kleiner zu wählen als diie dies Werkstückes, wie es Fig. 3 b erkennen läßt.
• Als Rahmenmaterial mit geringem Verlustfaktor kommen beispielsweise Kunststoffe, Silikone, keramische Stoffe u. dgl. in Betracht; vorteilhaft ist hierfür beispielsweise Polystyrol III, das einen besonders niedrigen Verlustfaktor hat.
• Die Verwendung eines Rahmenmaterials mit geringem tg d hat im übrigen den Vorteil, daß der Rahmen besonders wenig Hochfrequenzenergie aufnimmt. Die Wirtschaftlichkeit und diie Au@snutzbarkeit dies Hochfrequenzgenerators werden in diesem Falle durch Verwendung des Schutzrahmens kaum verringert.
• Bei rechteckigen ocker vieleckigen Werkstücken nach Fig. 3 a, 3 b. kann der Rahmen 5 aus Leisten gebildet werden. Sie können so lang gewählt werden, daß sie für die größten vorkommenden Kantenlängen ausreichen; auch können sie aus Stücken zusammengesetzt sein. Es ist also nicht erforderlich, für verschiedenartige Abmessungen der Werkstücke verschieden lange Leisten zu verwenden. Die einzelnen, Rahmenleisten können z. B. lösbar miteinander verbunden und gegebenenfalls einstellbar angeordnet werden. In manchen. Fällen reicht es aus, wenn die Rahmenleisten aneinander angelenkt werden, für runde Teile z. B. in Form einer Gliederkette.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Vermeidung der Rand zonenübenhitzung eines im elektrischen Hochfrequenzfeld zu erwärmenden, nichtmetallischen, planparallelen Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, deß das Werkstück nur in Richtung quer zu den Feldlinien von einem festen Rahmen aus nie htleibendem Material umgeben wird, der von den Elektroden mitüberd@eckt wird und. dessen Innenkonturen dem jeweiligen Umriß des Werkstückes entsprechen, während die Dicke des Rahmens in Richtung der Feldlinien etwa gleich der Dicke des Werkstückes ist, wenn Werkstück und Rahmen aus Material mit gleicher Dielektrizitätskonstante bestehen und bei verschiedenen Dielektnizdtätskonstanten diieDicke des Rahmens entsprechend größer gewählt wird als die Dicke dies Werkstückes, sofern seine Dielektrizitätskonstante kleiner .ist als diejenige des Werkstückes, und umgekehrt.
2. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, draß die Breite des Rahmens (5) quer zur Richtung der Kraftlinien so groß gewählt wird, daß die verlangte Temperaturgleichmäßigkeit in dem anzuwärmenden Werkstück (2) gewährleistet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (5) aus einem Werkstoff besteht, der einen möglichst kleinen dielektrischen Verlustfaktor hat.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenwerkstoff eine höhere Temperaturheständigkeit als der Werkstoff des Werkstückes hat.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei abweichenden Dielektrizitätskonstanten der Werkstoffe von Werkstück und Rahmen die- Rahmenstärke in Richtung der Feldlinien von der des Werkstückes im Sinne einer möglichst gleichmäßigen Feldverteilung im Werkstück ebenfalls abweicht.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (5) aus beliebig langen, z. B. lösbar miteinander verbundenen Streifen besteht, die an die Kanten dies Werkstückes (3) angelegt werden (Fig. 3 a, 3 b). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 887 687, 649 587.