Technische Informationen

Hochfrequenztechnik

In der Hochfrequenztechnik (HF-Technik) wird der Stoff von den zu verbindenden Elementen durch zwei Leisten, die eigentlich Kondensatorelektroden sind, zusammengedrückt und plastifiziert. In dem Kondensator wird elektrisches Wechselfeld erzeugt, wodurch die gesamte Stoffmasse erwärmt wird. Anschließend kühlt die Verbindung ab und die Elemente werden herausgenommen.

Bei den Kunststoffen, die typische Dielektrika sind, tritt eine Polarisation in dem elektrischen Feld (Ausrichtung von den gegensätzlichen elektrischen Ladungen in Übereinstimmung mit Ausrichtung von Feldlinien) ein. Wegen des Richtungswechsels der Feldwirkung ändert sich auch Orientierung der Makromoleküle. Bei Bewegungen der Makromoleküle tritt Reibung auf und bei Reibung wird wiederum Wärme erzeugt. Wird es jetzt ein Strom mit der entsprechend hohen Frequenz den Belägen zugeführt, werden die Makromoleküle in schnell ändernde Schwingungen gebracht.

Unter diesen Umständen kann die Menge der erzeugten Wärme ausreichend sein, um einige Stoffe zu plastifizieren.

Die Effizienz der Erwärmung hängt vor allem von der Wechselstromfrequenz sowie dem Koeffizient der dielektrischen Verluste ab. Mit zunehmendem Wert von tg Ro wächst der Umwandlungsgrad der elektrischen Energie in die Wärmeenergie und desto effizienter sind die Ergebnisse des Schweißvorgangs. Dieses Verfahren findet seine Anwendung vor allem bei der Verschweißung von PVC-Folien wegen deren hohen Koeffizienz der elektrischen Verluste.

Im Gegensatz zu den anderen Methoden erlaubt dieses Verfahren selbst die kompliziertesten Formen der Schweißnaht. Außerdem entspricht die Festigkeit der Verbindung der von PVC-Folie. Wegen des möglichen Durchbruchs können die Folien mit Stärke unterhalb 0,1 mm nicht mit der kapazitiven Methode verschweißt werden.

Aus Sicht der Physik...

Als Mikrowellen werden kurze elektromagnetische Wellen bezeichnet, deren Länge zwischen 1 mm und 1 m liegt. Es ist eine Art von Strahlung, die sich in Form von den gegenseitig durchdringenden elektrischen und magnetischen Schwingungen ausbreitet. Es sind die kürzesten Radiowellen.

Die untere Grenze vom Mikrowellenbereich stellen die Infrarotwellen dar, die obere Grenze dieses Bereiches wird durch technische Möglichkeiten der Erzeugung und Übertragung bestimmt, da hier spezielle Röhren und Übertragungslinien nötig sind.

Ein bisschen Geschichte

Die Zeit von Mikrowellen begann mit der Entdeckung von Radiowellen. Es geschah im Jahre 1888, als der deutsche Physiker Heinrich Hertz bemerkt hatte, dass Überschlag eines großen Funkens den Überschlag eines kleineren Funkens in der Funkenstrecke der Spulenwicklung aus Draht, die im gewissen Abstand vorhanden war, verursacht hatte. Diese Erfahrung führte zur Entdeckung von Radiowellen. Das erste Gerät, das die Mikrowellenstrahlung erzeugen konnte, wurde im England während des Zweiten Weltkrieges als Bestandteil von den Radaranlagen gebaut. Damals wurde auch der wesentliche Einfluss derartiger Strahlung auf die Erwärmung solcher Stoffe wie Wasser festgestellt.

Quellen und Erzeugungsmethoden

Die Quellen für Mikrowellenstrahlung sind meistens die Hochfrequenzströme, die in den Antennen der Sendeanlagen fließen. Die Mikrowellen entstehen ähnlich wie die Radiowellen, allerdings weisen sie höhere Frequenzen auf. Um die elektromagnetischen Wellen in der Mikrowellentechnik übersenden zu können, muss die Information als modulierte Amplitude der Trägerwelle kodiert werden. Die Mikrowellenausbreitung ist eigentlich auf den Bereich der direkten Sichtbarkeit beschränkt, weil sie nur im geringen Maße gebeugt und von der Ionosphäre reflektiert werden.

Natur und Eigenschaften
Die Mikrowellen werden von Gegenständen mit hoher Dichte reflektiert, sowie in der Erdatmosphäre und in anderen Medien gestreut und gedämpft. Diese Dämpfung wird vor allem durch Regen- oder Schneefall bedingt. Die Intensivität der Dämpfung ist von der Wellenlänge abhängig. Ein für die Mikrowellen typischer Effekt ist das Echo, das in den Radaranlagen benutzt wird. Für den Funkverkehr ist die Echoerscheinung ein echtes Problem, weil das Mehrfachecho für die Qualität von Rundfunksignalen benachteiligend ist. Die Mikrowellen werden auch in den Telekommunikations- und Fernsehleitungen verwendet.

Die Mikrowellenstrahlung unterliegt den gleichen bekannten Gesetzen, die auch z.B. für Ultraviolett-, Infrarotstrahlung usw. gelten. Im Gegensatz zu den anderen Arten von elektromagnetischen Wellen bewirkt die Mikrowellenstrahlung lediglich die Rotation von Molekülen in dem elektrischen Wechselfeld, ohne die Festigkeit von den bestehenden chemischen Verbindungen in den Molekülen anzugreifen. Die durch die Mikrowellenstrahlung beförderte Energie ist wesentlich kleiner als die Trennungsenergie von chemischen Bindungen, auch wenn sie so schwach wie die Wasserstoffbrücke sind. Für die Erwärmung durch Mikrowellen ist die dielektrische Polarisation verantwortlich. Sie ist auf die Polarisation von Molekülen der chemischen Verbindungen durch elektrisches Feld zurückzuführen. Bekannt die Wirkung von Mikrowellen auf die Organismen. Bei den Menschen können die Mikrowellen unter Umständen einen Temperaturanstieg, Müdigkeitsgefühle, Schläfrigkeit oder Aufregung, Kopfschmerzen, Apathie, Gedächtnis- und Wechselstoffstörungen verursachen. Sicher gefunden wird ein Bereich, in dem die durchschnittliche Stromdichte der Mikrowellenleistung unter 0,1 W/m? liegt. Liegt die Stromdichte über 100 W/m, ist die Zone sehr gefährlich und darf von den Menschen nicht betreten werden.

Anwendung

Die Mikrowellenstrahlen finden ihre Anwendung vor allem in den Radaranlagen. Ein Radar (eng. Radio Detection And Ranging) ist ein Gerät, das die Entfernungen ermittelt, indem es die Rundfunksignale zu einem Objekt aussendet und die erforderliche Zeit misst, in der das von diesem Objekt rückgestrahlte Signal zur Quelle zurückkehrt. Das Radar benutzt das Echophänomen. Im Jahre 1964 ist erstmals ein Echo von der Venus erfasst worden. Später hat man auch Echos vom Mars und Merkur empfangen. Die Radartechnik, welche sich der Mikrowellen bedient, findet auch ihre Anwendung in den Flugzeug-Transpondern, d.h. in den Funkortungsgeräten, mit denen die Flughöhe bestimmt wird.

Die Mikrowellen werden ebenfalls in den meteorologischen Radaren sowie in den Polizeiradaren zur Geschwindigkeitsmessung benutzt. Eine moderne Hausfrau kann kaum noch auf einen Mikrowellenherd verzichten. Die erzeugten Mikrowellen dringen in die in den Nahrungsmitteln enthaltenen Wassermoleküle und übertragen die gestrahlte Wärme, die dann auch in andere Teile der Nahrung geleitet wird. So können die Speisen schneller als in den herkömmlichen Herden erwärmt werden.

Die Mikrowellenstrahlung findet vielseitige Anwendung in der Telekommunikation, Meteorologie. Chemie sowie in den Haushaltgeräten. Da die Mikrowellen allerdings auch für Militär- und Telekommunikationszwecke verwendet werden, mussten einige verfügbare Betriebsfrequenzen der Mikrowellenanlagen für andere Anwendungen abgesondert werden. Meistens handelt es sich dabei um die Frequenz 2,45 GHz, obwohl inzwischen auch Anlagen für industrielle Zwecke zugelassen werden, die im Frequenzbereich von 0,915 GHz bis 18 GHz arbeiten. Die Mikrowellen werden auch in Funkortung, Funkverkehr (Rundfunk, Fernsehen, Telekommunikation), Satellitenfunk- und Fernsehtechnik (UHF Kanäle), Elementarteilchenphysik, Spektroskopie, Radioastronomie, elektrischer Heizung, aber auch in Medizin (Diagnose und Behandlung) vielseitig verwendet. Derzeit wird Energietransport mittels Mikrowellen geforscht.

Materialien die schweißbar (oder erwärmbar) sind:

• » Weich- und Hart-PVC,
• » Polyamid (PA),
• » Polyester (PES),
• » Polyurethan (TPU)
• » sowie einige TPO Sorten

• » Verschweißen von Polymeren