Spezial-Mikrowellenheizungen: 2.45GHz bis in den zweistelligen kW-Bereich

Die Heuermann HF-Technik GmbH (HHF) hat in den letzten Jahren spezielle Mikrowellenheizungen entwickelt. Diese erlauben die Mikrowellenenergie in einem sehr kleinen Volumen zu konzentrieren und somit schnelle Heizvorgänge durchzuführen.

Diese Spezial-Mikrowellenheizungen sind besonders zur Erwärmung der folgenden Applikationen geeignet:

    • Kleben, Schmelzen, Heizen
    • (Regelbare) Einstellung einer gewünschten Prozesstemperatur im ms-Bereich,
    • Erwärmung von planaren Feststoffen und/oder metallischen Oberflächen,
    • Erwärmung von Flüssigkeiten, Dämpfen oder Gasen,
    • Erwärmung innerhalb von Zuführungsschläuchen.

Diese Spezial-Mikrowellenheizungen sind besonders zur Erwärmung der folgenden Stoffe geeignet:

    • Dielektrische wie auch metallische Folien
    • Dielektrische planare Materialien mit größerer Dicke,
    • Geschichtete planare Materialien aus verschiedenen Werkstoffen,
    • Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase.

Zur Energieeinspeisung können entweder für Leistungen bis 200W Generatoren von HHF oder im kW-Bereich Industrie-Magnetrons eingesetzt werden. Auch die letzteren werden von HHF beigestellt.

In der Praxis müssen diese Anlagen kundenspezifisch aufgestellt werden. Unsere Spezial-Mikrowellenheizungen basieren auf drei Grundkonstruktionen:

  1. Bandleitungsheizung

Bei der Bandleitung handelt es sich um eine spezielle offene Mikrowellenleitung, die wenig abstrahlt und für planare Anwendungen bestens geeignet ist. Fotos der HHF-Bandleitung sind in Fig. 1 dargestellt.

Fig. 1: Einfachste Bandleitung von HHF zur Erwärmung von planaren Materialien

Fig. 2 illustriert die Bandleitung im Schnitt. Typische Werte sind: b=15mm und h=2mm. Die Länge der Leitung ist fast beliebig einstellbar. Weiterhin kann die Leitung auch Meander-förmig aufgebaut werden. In diesem kleinen Volumen lassen sich 2000W und mehr konzentrieren. Die Energie kann bei Bedarf sogar von beiden Seiten eingespeist werden.

Fig. 2: Schnittbild der einfachsten HHF-Bandleitung

Fig. 3 zeigt an, dass die gesamte Mikrowellenenergie sich nur im Inneren der Bandleitung konzentriert. Trotz der hohen Energiekonzentration ist die Eigenerwärmung der Leitungen sehr gering. Zusätzlich ist die Abstrahlung dieser offenen Leitung in den zulässigen Bereichen.

Fig. 3: Berechnete Energiedichte in der HHF-Bandleitung

Die Bilder 3a, 3b und 3c zeigen die neuste Bandleitung aus mehreren Ansichten. Trotz der hohen Energiekonzentration verhindert hier eine Keramikbeschichtung einen Plasmadurchbruch. Die chaotische Struktur erlaubt die Erwärmung von Metallfolien.

Fig. 3a: Bandleitung mit chaotischen Schnitt und Keramikbeschichtung
Fig. 3b: Bandleitung mit chaotischen Schnitt und Keramikbeschichtung - Draufsicht
Fig. 3c: Bandleitung mit chaotischen Schnitt und Keramikbeschichtung - Zoom

Vergleich mit Hohlleiterlösungen: Bei Folienanwendungen wird unsere Bandleitung typisch mit den Abmessungen: b=15mm und h=1mm ausgelegt. Vergleicht man die hier erzielte Energiedichte mit der in einem LS-Hohlleiter für 2.45GHz-Anwendungen so ergibt sich der Faktor von 249!

Rapid Heating / Rapid Thermal Processing (RTP): Es wird auch eine Speziallösung mit 45 Grad-Zugängen am Ein- und Ausgang angeboten, siehe Bilder 3a-c. Mit diesen Bandleitungen, die über die volle Länge in Richtung der Leitung durchquert werden, können große Energiemengen in kurzer Zeit (für ein Streifen) zugeführt werden. In einer zehntel Sekunde lassen sich weit über 100Grad C erzeugen.

Projektpartner: Bei Anwendungen über 400W, die dann i.d.R. durch Magnetrons betrieben werden, arbeiten wir sehr eng mit dem Unternehmen Fricke und Mallah Microwave Technology GmbH (kurz :fm) zusammen. :fm hat für Großprojekte auch die Projektleitung.

Link zur Fricke und Mallah Microwave Technology GmbH: www.microwaveheating.net/.

Weitere Informationen erhalten Sie über info@microwaveheating.net.

Fig. 4: Logo der Fricke und Mallah Microwave Technology GmbH
  1. Kanülenplasmajet

In vieler Hinsicht stellt der PCA-Jet von HHF eine preiswerte und ohne Sicherheitstechnik nutzbare Konkurrenz zum Laser dar. Mit dem PCA-Jet lassen sich in kurzer Zeit Energien mit hoher Energiedichte auf die Oberflächen transportieren und somit u.a. Rapid-Heating / Rapid Thermal Processing (RTP) unterstützen.

Fig. 5: Spezialplasmajet von HHF zur Erwärmung von flüssigen oder festen Materialien
Fig. 6: Spezialplasmajet von HHF zur Erwärmung von Blech im Zehntelsekundenbereich

Eine zu Fig. 6 gehörige Temperaturaufnahme mit dem stark erwärmten inneren Punkt ist im Bild 7 dargestellt.

Fig. 7: Temperaturbild des vom Kanülenjet erwärmtes Bleches

Mehr Details zu diesem Jet findet man auf der Seite: www.hhft.de/index.php?page=plasma&subpage=ps_p4/.

Auf den Plasmaseiten werden auch die zugehörigen 200W-Generatoren und verfügbaren Module beschrieben. Letztere eignen sich bestens für die Integration dieser Rapid-Heating-Lösung in ihre Anlagentechnik.

  1. Schlauchheizung

Bei der reinen Schlauchheizung handelt es sich um eine spezielle perfekt geschirmte Mikrowellenleitung, die für die Erwärmung von Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen bestens geeignet ist. Ein Schnittbild der HHF-Schlauchleitung ist in Fig. 8 dargestellt.

Fig. 8: Schlauchleitung von HHF zur Erwärmung von flüssigen oder gasförmigen Materialien

Bei dieser Schlauchheizung lassen sich die durchfließenden oder durchströmenden Stoffe über eine größere Länge aufheizen. Somit können recht große Energien eingekoppelt werden.

3.1 Perforierte Schlauchheizung

Bei der perforierten Schlauchheizung handelt es sich auch um eine spezielle sehr gut geschirmte Mikrowellenleitung, die für die Erwärmung von Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen bestens geeignet ist. Ein Schnittbild der perforierten Schlauchleitung ist in Fig. 9 dargestellt.

Fig. 9: Perforierte Schlauchleitung von HHF zur Erwärmung von flüssigen oder gasförmigen Materialien

Bei dieser perforierten Schlauchheizung lassen sich die durchfließenden oder durchströmenden Stoffe von oben von unten durchführen. Somit kann man Stoffe über eine größere Breite aufheizen. Aufgrund der kurzen Verweilzeit in der Leitung können keine sehr großen Energiemengen eingekoppelt werden.

Diese Heizungsanlagen lassen sich nur kundenspezifisch installieren. HHF bietet Ihnen hier den vollen Support. Gerne können auch hierbei ihre hausintenen Resourcen dabei eingebunden werden. Bei Interesse an diesen Produkten sollten Sie uns telefonisch oder per Mail kontaktieren.

Weitere Informationen erhalten Sie von Info@HHFT.de.