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Dokumentenidentifikation DE10157601A1 18.06.2003
Titel Vorrichtung zur Erwärmung von Pressgut bei der Herstellung von Werkstoffplatten
Anmelder Maschinenfabrik J. Dieffenbacher GmbH & Co, 75031 Eppingen, DE
Vertreter Hartdegen, A., Dipl.-Ing.(FH), 82205 Gilching
DE-Anmeldedatum 26.11.2001
DE-Aktenzeichen 10157601
Offenlegungstag 18.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.06.2003
IPC-Hauptklasse B27N 1/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Preßgut bei der Herstellung von Werkstoffplatten oder bei der Herstellung von Furnierschichtplatten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Vorrichtung zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten ist bekannt aus der DE 197 18 772 A1 und zur Herstellung von Furnierschichtplatten aus der DE 196 27 024 A1. Mit dieser Vorrichtung wird schon seit längerem in der Industrie die Vorwärmung des Preßgutes (Preßgutmatte, Preßgutstrang) mittels Mikrowellen erfolgreich eingesetzt. Bewährt hat sich diese Technologie im besonderen bei Verfahren zur Herstellung von sehr dicken Holzwerkstoffplatten, wie zum Beispiel bei der Herstellung von Furnierschichtholzplatten, die heute bis zu Dicken von 150 mm hergestellt werden und die ohne Vorwärmeinrichtung nicht wirtschaftlich herstellbar wären. Als Mikrowellenvorwärmaggregate kommen dabei überwiegend konventionell aufgebaute industriell gefertigte Mikrowellenheizgeräte, die als kontinuierliche Durchlauföfen konzipiert sind, zum Einsatz. Da bei der Herstellung von Holzwerkstoffplatten, die Plattenbreite um ein vielfaches größer ist als die Plattendicken, werden die Mikrowellen senkrecht zur Holzwerkstoffplattenebene eingestrahlt. Die Plattenbreiten liegen üblicherweise zwischen 1200 und 3900 mm und die Plattendicken bei 30 bis 150 mm. Die Erzeugung der Mikrowellen erfolgt in sogenannten Mikrowellengeneratoren, in denen die Hochfrequenzmodulation und die Magnetronröhren untergebracht sind. Aufgrund des hohen Mikrowellen-Leistungsbedarfs sind für eine Vorwärmeinrichtung eine Vielzahl von Generatoren notwendig, die meist pro Generator eine Ausgangsleistung von 75-100 kW besitzen und in abgeschlossenen elektrischen Schalträumen neben der Produktionsanlage untergebracht sind. Von dort werden die erzeugten Mikrowellen mittels Hohlwellenleitern zur eigentlichen Heizzelle in der Produktionsanlage geführt, wobei für jeden Generator ein Hohlwellenleiter notwendig ist. Um eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung im durchlaufenden Preßgut zu erreichen, werden die in den Hohlwellenleitern geführten Mikrowellen von den individuellen Generatoren kommend, weiter aufgezweigt und damit die Anzahl der energieführenden Hohlwellenleitern multipliziert, damit ein enges Raster an Einspeisestellen unterhalb und oberhalb der Heizzelle realisiert werden kann. Üblich ist heute eine Verzweigung 1 in 2 oder 1 in 4, das heißt, die aus vier Generatoren kommende Energie, die zunächst in vier Hohlleitern geführt wird, wird auf bis zu 16 Hohlwellenleiter unterverteilt, die in 16 Einspeisestellen münden. Die Einspeisung in die Heizzelle erfolgt mittels Rundhohlwellenleitern, die senkrecht stehend unterhalb und oberhalb der Heizzelle angebracht sind. Für jede Einspeisestelle ist eine Meß- und Regeleinrichtung erforderlich, mit der die Phasenanlage der Mikrowelle abgestimmt wird. Je nach Produktionsbreite der Anlage zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten, sind zur Erlangung einer ausreichend homogenen Energieverteilung zwischen 12 bis 36 Einspeisestellen notwendig.

Der Investitionsaufwand für eine derartige Mikrowellenvorwärmeinrichtung ist sehr hoch und hat sich deshalb bisher auch nur bei Anlagen zur Herstellung von Furnierschichtholzplatten durchsetzen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erwärmung, insbesondere Vorwärmung von Preßgut mittels Mikrowellenenergie zu schaffen, mit der die Investitionskosten für eine gleichwertige Anlage reduziert, die Anlagenverfügbarkeit erhöht und der Steuerungsaufwand verkleinert werden kann.

Die Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Mikrowellen-Vorwärmeinrichtung aus einer als Durchlaufofen ausgebildeten Heizzelle besteht, bei der die Einspeisung der Mikrowellen in das Preßgut über hintereinander angeordnete Stabantennen mit Reflektionsschirmen erfolgt, die horizontal liegend und quer zur Produktionsrichtung oberhalb und/oder unterhalb des Preßgutes innerhalb der Heizzelle angebracht sind, wobei den Stabantennen jeweils an den gegenüberliegenden Flächen des Preßgutes Reflektionsflächen zugeordnet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist nun ein grundlegend andersartiger Aufbau der Mikrowellen-Vorwärmeinrichtung gelungen, mit der die Investitionskosten für eine gleichwertige Vorrichtung um circa 30-50% reduziert werden können. Weitere Vorteile sind eine Minimierung des Steuerungsaufwandes und somit auch weniger störanfällige Komponenten sowie eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit.

Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, eine Heizzelle, bei der die Einspeisung nicht über angeschlossene Hohlwellenleiter, die senkrecht zur Produktebene stehen, erfolgt, sondern über stabförmige Leiter (Antennen), die horizontal liegend und quer zur Produktionsrichtung über bzw. unterhalb der Preßgutmatte bzw. Preßgutstranges innerhalb der Heizzelle angebracht sind. Die Zuführung der Mikrowellen kann weiterhin mittels Hohlwellenleiter von den Generatoren zur Heizzelle erfolgen, wobei aufgrund der Abstrahlungscharakteristik der Stabantenne, in der Regel keine zusätzliche Verzweigung der von den Generatoren kommenden Hohlwellenleiter notwendig ist, das heißt die Anzahl der Einspeisestellen entspricht der Anzahl der Generatoren. Für den Übergang von Hohlwellenleiter auf Stabantenne werden eigens dafür entwickelte Hohlleiterübergänge verwendet.

Die Abstrahlung erfolgt radial in alle Richtungen. Über die Länge der Stabantenne ergibt sich ein linearer Abfall der Abstrahlungsleistung, dessen Gefälle vom Verlustfaktor des vorzuwärmenden Preßgutes und dem Abstand der Antenne zum Produkt abhängt. Um die daraus folgenden ungleichmäßige Erwärmung über die Breite der Preßgutmatte zu kompensieren, werden als Gegenstand der Erfindung zwei oder eine geradzahlige mehrfache Anzahl an Stabantennen hintereinander angeordnet, wobei die Einspeisung wechselweise von links bzw. von rechts erfolgt. Damit kann erreicht werden, daß durch die Superposition der über die Breite linear abfallenden Erwärmungsprofile der einzelnen Stabantennen in der Summe eine gleichmäßige Erwärmung über die Breite des Preßgutes erzielt wird. Desweiteren ist es auch möglich beidseitig an die Stabantenne anzuschließen, das heißt, das sowohl die linke als auch die rechte Seite der Stabantenne jeweils mit einem Hohlwellenleiter verbunden wird. Solange die beiden Anschlüsse nicht von ein und derselben Quelle gespeist werden, gibt es hierbei keine Interferenzen, die sich störend auswirken könnten.

Den oben liegenden Stabantennen sind unterhalb der Preßgutmatte gegenüberliegende Reflektionsflächen zugeordnet. Damit wird die nach dem erstmaligem Durchgang durch die Preßgutmatte noch verbleibende Mikrowelle reflektiert und durchdringt ein zweites Mal die Preßgutmatte. Durch die zur Wellenlänge abgestimmte Positionierung der Reflektionsfläche in Relation zur Lage der Preßgutmatte kann hierdurch in Verbindung mit einer gezielten Anpassung der Phasenlage der eingespeisten Mikrowelle, eine Phasenüberlagerung und damit die Ausbildung einer stehenden Welle, vertikal und senkrecht stehend zur Preßgutebene, erzeugt werden, deren Maxima in der Mitte der Preßgutmatte liegen. Oberhalb der liegenden Stabantennen wird ebenfalls ein Reflektorschirm angebracht, der die von der Stabantenne radial nach oben abgestrahlten Mikrowellen nach unten zum Preßgut leitet. Durch die manuelle oder motorische Höhenverstellung von der unteren Reflektionsfläche kann die Lage der Maximas ideal auf die Mitte der jeweiligen Preßgutmatte fokusiert werden.

Bei der Ausführung der Mikrowellenheizzelle, gemäß der Erfindung, bildet sich axial über die Länge der Stabantenne eine stehende Welle, die zu einer mehr oder weniger stark ausgeprägten ungleichmäßigen Erwärmung in Form eines wellenförmigen Temperaturprofiles führen. Eine negative Auswirkung dieser Erscheinung wird in vorteilhafter Weise durch die Erfindung vermieden, daß die stehenden Wellen hintereinander liegender Stabantenne zueinander um R der Wellenlänge seitlich versetzt werden und sich somit die Minimas und die Maximas überlagern und gegenseitig auslöschen. Zur Beinflussung der Phasenlage der stehenden Welle, werden an der Seitenwand, an der die Stabantenne die Heizzelle durchdringt, mehr oder weniger tief einführbare Hülsen über die Stabantenne gestülpt und quasi über eine definierte Länge zusammen mit der Stabantenne ein Koaxialwellenleiter erzeugt. Mit der Position des Überganges von Koaxialwellenleiter auf Stabantenne, kann somit durch axiales Verschieben der Hülse, die Phasenlage verschoben werden. Die Abdeckhülsen können auch zur Anpassung der Abstrahlcharakteristik an unterschiedliche Formatbreiten der herzustellenden Holzwerkstoffplatte angepaßt werden.

Durch die geringe Anzahl an Einspeisestellen (= Stabantennen), die bevorzugt gleich der Anzahl der Mikrowellengeneratoren ist, ist es vorteilhafter Weise auch im Rahmen der Erfindung möglich, die MW Generatoren direkt auf die Heizzelle zu setzen. Lediglich die Hochfrequenz-Elektrokomponente würden in separaten Schaltschränken verbleiben. Damit kann die Energiezufuhr zur Heizzelle durch Elektrokabel erfolgen und es werden nur noch sehr kurze Hohlleiter zwischen den MW-Generatoren und der Stabantenne notwendig. Diese Ausführungsvariante führt zu einer weiteren Absenkung der Investitionskosten.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 Die Vorrichtung gemäß der Erfindung in Seitenansicht mit quer über das Preßgut angeordneten Stabantennen,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in Vorderansicht mit einseitiger Einspeisung der Mikrowellenenergie,

Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 2 mit zweiseitiger Einspeisung der Mikrowellenenergie,

Fig. 4 die Abstrahlungscharakteristik der Stabantennen und

Fig. 5 die Position der Stabantennen nach Fig. 3 mit Erwärmungsprofil auf das Preßgut.

In der Zeichnung ist mit Fig. 1 die Vorrichtung gemäß der Erfindung als Mikrowellen-Vorwärmeinrichtung in Seitenansicht und Schnitt B-B nach Fig. 2 und mit Fig. 2 in Vorderansicht und Schnitt A-A nach Fig. 1 dargestellt. Sie besteht in ihren Hauptteilen aus der Heizzelle 1, als Durchlaufofen ausgeführt, den ein- und auslaufseitig des Preßgutes 6 angeordneten Abschirmeinrichtungen 2 mit zwei oberhalb und zwei unterhalb des mit dem Transportband 7 bewegten Preßgutes 6 angeordneten Stabantennen 3 mit Reflektorschirmen 5 sowie den Stabantennen 3 jeweils auf der gegenüberliegenden Preßgutseite zugeordneten Reflektionsflächen 4. Das Preßgut 6 wird mit dem Transportband 7 über einen mikrowellendurchlässigen Auflagetisch 9 geführt und mit einem Abdeckband 8 niedergehalten, wobei beide Bänder 7 und 8 aus Kunststoff bestehen. Während in Fig. 2 die Einspeisung der Mikrowellenenergie in die Stabantennen 3 einseitig erfolgt, wird sie nach Fig. 3 von beiden Seiten über die Hohlwellenleiter 11 und den Hohlwellenleiterübergängen 10 durchgeführt. Die Abstrahlungscharakteristik der Stabantennen 3 mit zweiseitiger Einspeisung nach oben in das Preßgut 6 zeigt die Fig. 4.

Das Erwärmungsprofil der Stabantenne 3 nach Fig. 4 in Draufsicht auf das Preßgut 6 ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei zeigen sich die unterschiedlich weit über die Stabantennen 3 aufsteckbaren Hülsen 12 zur Beeinflussung der Phasenlage der stehenden Wellen. Bezugszeichenliste 1 Heizzelle

2 Abschirmeinrichtung

3 Stabantenne

4 Reflektionsfläche

5 Reflektorschirm

6 Preßgut

7 Transportband

8 Abdeckband

9 Auflagetisch

10 Hohlleiterübergang

11 Hohlwellenleiter

12 Abdeckhülse


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Erwärmung von Preßgut bei der Herstellung von Holzwerkstoffplatten oder bei der Herstellung von Furnierschichtplatten, wobei das Preßgut mittels einer Mikrowellenenergie abgebenden Mikrowellenvorwärmeinrichtung vorwärmbar ist und nach Überführung in eine Ein- oder Mehretagenpresse oder in eine kontinuierlich arbeitende Presse unter Anwendung von Druck und Wärme verpreßbar und aushärtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen- Vorwärmeinrichtung aus einer als Durchlaufofen ausgebildeten Heizzelle (1) besteht, bei der die Einspeisung der Mikrowellen in das Preßgut (6) über hintereinander angeordnete Stabantennen (3) mit Reflektionsschirmen (5) erfolgt, die horizontal liegend und quer zur Produktionsrichtung oberhalb und/oder unterhalb des Preßgutes (6) innerhalb der Heizzelle (1) angebracht sind, wobei den Stabantennen (3) jeweils an den gegenüberliegenden Flächen des Preßgutes (6) Reflektionsflächen (4) zugeordnet sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine oder mehrere Stabantennen (3) mit ihren Reflektionsflächen (4) aufeinanderfolgend oberhalb und unterhalb des Preßgutes (6) angeordnet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung der Mikrowellen von den Generatoren zur Heizzelle (1) Hohlwellenleiter (11) vorgesehen sind.
  4. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung der Mikrowellenenergie in die Stabantennen (3) wechselweise von links oder rechts einsteuerbar ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Übergang von den Hohlwellenleitern (11) zu den Stabantennen (3) jeweils ein Hohlwellenübergang (10) angeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung der Mikrowellenenergie Maxima in die Mitte des Preßgutes (6) jeweils eine manuelle oder motorische Höhenverstellung der Reflektionsflächen (4) und/oder der Stabantennen (3) vorgesehen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung der Mikrowellenenergie-Maxima in die Mitte des Preßgutes (6) jeweils manuell oder motorisch durch Höhenverstellung der Preßgutauflagen in der Heizzelle (1) erfolgt.
  8. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung der Mikrowellen in das Preßgut (8) über hintereinander angeordnete, mehrfach geradzahlige Stabantennen (3) mit Reflektionsschirm (5) erfolgt.
  9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung des MW- Energiemaximums innerhalb der Dicke des Preßgutes (6) einsteuerbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stehenden Wellen hintereinander liegender Stabantennen (3) zueinander seitlich versetzt sind.
  11. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung der stehenden Wellen hintereinander liegender Stabantennen (3) durch geeignete Abstimmungselemente vornehmbar ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung der stehenden Wellen, durch an der Seitenwand, an der die Stabantenne (3) die Heizzelle (1) durchdringt, mehr oder weniger tiefeinführbare Hülsen (12), die über die Stabantenne (3) gestülpt werden, erfolgt.
  13. 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellengeneratoren direkt auf der Heizzelle (1) gesetzt angebracht sind.






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