195441. lajstromszámú szabadalom • Dielektromos hevítő generátor térerősségszabályozással
] 7 A találmány tárgya dielektromos hevítő generátor térerősségszabályozásai, amely elsősorban hőre lágyuló műanyagok melegalakítására vagy hegesztésére alkalmas. A szakirodalomból jól ismert, hogy a hőre lágyuló műanyagok rádiófrekvenciás generátorok segítségével jól alakíthatók és hegeszthetők. Ilyen berendezést ismertet például a 4.268.338 Isz. US szabadalmi leírás. Probléma azonban, hogy a megmunkálás minősége függ a hőmérséklet beállításának a pontosságától. Általában a hevítő generátoroknál a hőmérséklet beállítását időmérésre vezetik vissza. Az adott kimenő teljesítmény és az idő szorzata úi. a leadott hőmennyiséggel arányos, így a hevítési idő tartamának alkalmas megválasztását javasolja az átadandó hőmennyiség és ezáltal a hőmérséklet beállítására például az 1.380.525 és 1.532.077 lajstromszámű GB, valamint a 188.347 lajstromszámú HU szabadalmi leírás. További problémát jelent azonban, hogy ezek a megoldások sem veszik figyelembe a hevítendő anyagok hőmérsékletfüggő dielektromos tulajdonságait. Pedig a hőre lágyuló műanyagok egy csoportjánál az a hőmérséklettartomány, amelynél melegalakítási vagy hegesztési műveletet végre lehet hajtani, rendkívül keskeny és a megmunkálás közben változik. Így itt nem is a megmunkálási hőmérséklettartományról, hanem meghatározott összefüggés szerint változó hőmérsékletről lehet beszélni, amit lehetőleg nagy pontossággal be kell tartani. Ilyen anyagok például a poliamidok és a cellulózacetát. Ezeknek az anyagoknak a dielektromos jellemzői, azaz az e permittivitás és a tgú veszteségi tényező, lehetővé teszik dielektromos melegítési eljárás alkalmazását, de a megmunkálási hőmérséklet pontos beállítása különleges követelményeket támaszt a nagyfrekvenciás generátorral szemben. További követelményt jelent az a tapasztalati tény, hogy a nagyfrekvenciás feszültség ugrásszerű bekapcsolásánál az anyagban kedvezőtlen változások mennek végbe. Az átlátszó anyag például opálossá, a felület mattá válik. Ezeket a jelenségeket ki lehet küszöbölni, ha a nagyfrekvenciás feszültséget fokozatosan, meghatározott idő alatt emeljük a kívánt értékre. A dielektromos melegítés alapegyenlete a következő: /jV P = E2 . ej . tgA ahol P - hevítő teljesítmény, (W/cm3), E — nagyfrekvenciás térerősség az anyagban, (V/cm) és co — körfrekvencia, (rad/s). Az alapegyenletből következik, hogy a technológiai követelményeket olyan berendezéssel lehet kielégíteni, amellyel a térerősség nagyságát és időbeli lefutását nagy pontossággal, reprodukálhatóan be lehet állítani. Ugyanekkor nem csupán technológiai okokból, hanem az érvényes zavarvédelmi előírásoknak megfelelően a frekvencia értékét előírt pontossággal állandó értéken kell tartani. Ezért a kimenő teljesítmény szabályozására a körfrekvencia nem használható. A hevítő teljesítmény szabályozására tehát csak egy paraméter, az E térerősség jöhet szóba. Mivel a hevítés során a megmunkálandó anyag dielektromos jellemzői, konkrétan az e permittivitás és a tgA veszteségi tényező változnak, így nem csak az a feladat, hogy a megmunkálásnál a megfelelő értékű E térerősséget és a megfelelő hevítési időt beállítsuk, hanem az is, hogy az E térerősséget a megmunkálandó o anyag dielektromos jellemzői megváltozása szerint utánállítsuk. A munkakondenzátor egy meghatározott geometriai elrendezésénél az E térerősség szabályozása a munkakondenzátor két síkelektródája között mérhető átlagfeszülség szabályozására vezethető vissza. Adott geometriai elrendezés alatt értjük a hevítő generátor munkakondenzátorának és a munkakonden-' zátor .elektródái közé helyezett munkadarabnak a geometriai jellemzőit. A munkakondenzátor feszültségének szabályozására a szakirodalom a következő megoldásokat javasolja: — a generátorcső anódfeszültségének a szabályozását, — a generátorcső rácsán változó kitöltési tényezőjű periodikus lezáró feszültség alkalmazását és — a csatoló (illesztő) áramkörökben a csatolás mértékének a változtatását. Az anódfeszültség vagy szabályozó anódtranszformátor vagy fázishasításos (tirisztoros vagy tiratronos) egyenirányító segítségével változtatható. A szabályozó anódtranszformátor nagyméretű, súlyos és nem eléggé megbízható. A fázishasításos egyenirányító átlag/csúcs feszültségaránya a dielektromos hevítő generátornál kedvezőtlen, és a felharmonikusok is nehezen szűrhetők ki a hálózati részből. A változó kitöltési tényezőjű ;rácsszabályozásnál ugyancsak kedvezőtlen az átlag/csúcs feszültségarány. A felharmonikusok kiszűrése is jondot okoz, de a szűrő méretei kedvezőbben alakulnak, mint a fázishasításos módszernél, mert a szaggatás alapfrekvenciája legalább egy nagyságrenddel magasabbra választható. így ezt a módszert a gyakorlatban is alkalmazzák. Például az 1.380.525 lajstromszámú GB szabadalomban leírt berendezés változó kitöltési tényezőjű rácsszabályozásra épül. A csatolás mértékének megváltoztatásán alapuló, ugyancsak elterjedt megoldásnál a változó terhelő impedancia meg nem engedett frekvenciaváltozást, a generátorcső túlterhelését és a kábelen állóhullámok kialakulását okozza. Így ennél a módszernél gyakori a generátorcső meghibásodása és a rádiófrekvenciás kábel leégése. A gyakorlatban alkalmazott, ismert módszerekkel tehát még a kézi szabályozás sem oldható meg megbízhatóan, és így a szabályozás automatizálása sem célszerű. Az általunk kidolgozott találmány célja az ismertetett megoldások hiányosságainak a kiküszöbölése úgy, hogy a szabályozó elemek kis mérete és kis teljesítményigénye, a hálózati zavarok kis mértéke és a nagyfrekvenciás körök illesztettsége biztosítható legyen. Felismertük ugyanis, hogy a nagyfrekvenciás E térerősség, amely a P hevítő-teljesítmény beállítására alkalmas az ej körfrekvencia állandó értéken tartása mellett, kis méretű és kis teljesítményű szabályozó elemekkel és az illesztettség megtartásával is szabályozható, ha a munkakondenzátort egy olyan változtatható kapacitású, hangoló kondenzátorral „söntöljük”, amely a generátor anódkörétől egy impedancia-transzformátor közbeiktatásával van leválasztva. A találmány tehát dielektromos hevítő generátor térerősségszabályozással, mely hevítőfejet és hálózattal hatásláncban sorbakapcsolt hálózati kapcsolót, nagyfeszültségű transzformátort, nagyfeszültségű egyenirányítót, öngerjesztésű oszcillátort, célszerűen rádiófrekven5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
