Announcement: there is an English version of this forum on Hallo in die Runde, bin gerade bei der Konzeptionierung eines Mikrowellen-Heizsystems. Es soll mit einem Magnetron in einen Hohlleiter eingekoppelt werden und daraus in einen Heizraum 200 - 300 °C. Nun steht der Hohlleiter direkt in den Heizraum rein und wir können den nicht wirklich kühlen... Nun zu meiner Frage: Hat irgendwer schon Erfahrung mit höheren Betriebstemperaturen bei Hohlleitern? Was halten die aus bzw. was passiert wenn die sich auf ca. 150 °C erwärmen? Ich kann mir denken, dass dann die Verluste etwas steigen oder gibt's da noch was? Vielen Dank schonmal, Hubert
Hubert schrieb: > Nun zu meiner Frage: Hat irgendwer schon Erfahrung mit höheren > Betriebstemperaturen bei Hohlleitern? Was halten die aus bzw. was > passiert wenn die sich auf ca. 150 °C erwärmen? Nachdem Hohlleiter ja aus Messing oder Kupfer bestehen, sollte die Gefahr, dass die das Tropfen anfangen, nicht gegeben sein. Und die Wärmeleitung ist auch ganz gut, sodass du sowieso aufpassen musst, dass die unterwegs nicht zuviel Wärme abstrahlen. Also gut isolieren!
Hallo Helmut, danke für deine Antwort. Das klingt ja recht simpel, ja wegen Materialermüdung vom Kupfer habe ich keine sorge, eher dass die HF-Eigenschaften bei höheren Temperaturen sich Verändern. Weil was ich bis jetzt kenne sind die Betriebstemperaturen für Hohlleiter von z.b. Spinner. Hier wird eine max. Temperatur von 50 °C angegeben: https://products.spinner-group.com/de/rechteck-hohlleiter-r-32-gerades-leitungsstueck-362-mm-udr-bn267677V0001
Hubert schrieb: > Weil was ich bis jetzt kenne sind die Betriebstemperaturen für > Hohlleiter von z.b. Spinner. Hier wird eine max. Temperatur von 50 °C > angegeben: Was soll da für ein Effekt passieren, dass der Hohlleiter seine Eigenschaften verändert? (Ehrlich gemeinte Frage)
Das wäre ja jetzt die Frage an die Experten hier ;-) Aber was ich mir mit meinem Wissen zusammenreimen kann ist folgendes: Im Hohlleiter wird ja hohe Leistung im EM-Feld übertragen. Soweit ich weiß entstehen durch die EM-Welle in den Wänden des Hohlleiters z.T. recht hohe Wandströme. Was ist hier zum Beispiel mit dem elektrischen Leitwert von Kupfer, der sinkt ja mit der Temperatur - also müssten doch irgendwie die Verluste in der Übertragung steigen oder? Also im Endeffekt würde die Dämpfung des Hohlleiters steigen (zumindest ein bisschen) oder bin ich da am Holzweg?
Sicher weiß der Hersteller mehr dazu. Allgemein wäre die Frage der Ausdehnung und einer sinnvollen Befestigung zu lösen, je nachdem wieviel thermischer Stress entsteht. Bei 200-300 Grad sollte jedenfalls der Aufbau so sein, dass die Wärme sich nicht im Hohlleiter sammelt.
Der Einfluss der Temperatur kann durch Regulation der Restluftfeuchtigkeit kompensiert werden, wenn es so genau weden muss.
Dieter D. schrieb: > Der Einfluss der Temperatur kann durch Regulation der > Restluftfeuchtigkeit kompensiert werden, wenn es so genau weden muss. Du meinst damit die Frequenzcharakteristik oder?
Hubert schrieb: > Nun steht der Hohlleiter direkt in den Heizraum rein und wir können den > nicht wirklich kühlen... Na und? Um welche Frequenzen und Leistungen geht es denn, und wie heiss wird es da? Gewöhnlich schliesst man den Hohlleiter zur Last hin mit einem Fenster aus PTFE oder Mica ab. Das nicht nur um das Eindringen von Schmutz zu vermeiden, sondern auch um die Anpassung HL-Luft zu verbessern .
Hohlleiter haben eine Bandbreite von ca 50%. Wenn er ein Schwingkreis ist must du mechanisch Kompensieren.
Hubert schrieb: > Du meinst damit die Frequenzcharakteristik oder? Fuer Deine Anwendung duerfte das keinen Sinn machen. Vernuenftiges Glasfenster, ggf. temperaturfestes Silikon am Rand, mehr laesst sich da nicht machen.
Hp M. schrieb: > Na und? > Um welche Frequenzen und Leistungen geht es denn, und wie heiss wird es > da? Mit der Frequenz sind wir mindestens bei 2,45 GHz besser wären eher 5 GHz, nur ist die Magnetron Auswahl hier auf den ersten Blick nicht so gut... Leistung wäre pro Hohlleiter 15 kW, das ist das stärkste CW-Magnetron das wir bei 2,45 GHz gefunden haben. Besser wäre auch mehr wenn wir es schaffen mit mehreren Magnetrons in einen Hohlleiter einzukoppeln. Die Temperatur am Ausgang vom Hohlleiter können wir mit Isolierung auf ca. 200 Grad begrenzt halten... darunter wirds nicht gehen... Im Ofen werden wir eher mehr erreichen - ca. 500 °C
P.S. Ich kann mir denken, dass dann die Verluste etwas steigen oder gibt's da noch was? Die Frage nach der Temperatur hattest du ja schon beantwortet. Frequenz und Leistung fehlen noch, evtl auch die Art des Generators (Triode, Magnetron, IOT, Klystron) Wenn nichts dagegen spricht, nimm einen HL aus Aluminium. Bei Messing oder Kupfer besteht die Gefahr, dass es oxidiert. Alu ist auch von der Dämpung besser als Messing. Gold und Silber ist sehr teuer und diffundiert evtl in Kupfer hinein ---> schlechter als alles andere. P.S.: Hubert schrieb: > eistung wäre pro Hohlleiter 15 kW, das ist das stärkste CW-Magnetron > das wir bei 2,45 GHz gefunden haben. Besser wäre auch mehr wenn wir es > schaffen mit mehreren Magnetrons in einen Hohlleiter einzukoppeln. Vermutlich auch preisgünstiger und redundant. Bei 15kW braucht man vermutlich noch keinen Kompressor um Überschläge zu vermeiden. Muss mal nachsehen, wieviel da geht.
:
Bearbeitet durch User
Hp M. schrieb: > Bei 15kW braucht man vermutlich noch keinen Kompressor um Überschläge zu > vermeiden. > Muss mal nachsehen, wieviel da geht. Normaldruck oder leichter Ü-Druck im Innenbereich ist eigentlich ein muss für uns... Die Maximalleistung im Hohlleiter hatte ich noch gar nicht am Schirm, was gibts denn da für Werte?
Hubert schrieb: > Die Maximalleistung im Hohlleiter hatte ich noch gar nicht am Schirm, > was gibts denn da für Werte? Da ist noch Luft nach oben ;) https://indico.cern.ch/event/245685/contributions/1565266/attachments/421127/584776/waveguidelimits.pdf
Ok, danke einmal für die super Antworten! Da sind wir ja noch meilenweit entfernt :-D Und noch einen Frage: Das Einkoppeln von mehrerern Magnetrons in einen Hohlleiter macht auch keine Probleme, oder können sich die dann auch gegenseitig auslöschen?
Hubert schrieb: > oder können sich die dann auch > gegenseitig auslöschen? Ja. Magnetrons brauchen zum ordnungsgemässen Betrieb eine nach Stärke und Phasenlage im Datenblatt genannte Festreflexion, sonst kann die Schwingung abreissen, oder es schwingt auf einer falschen Frequenz an. Beide Male kann es zur (thermischen) Überlastung des M kommen. Wegen eines Power Combiners solltest du mal die Hersteller fragen. Die dürften das schon ausprobiert haben. Ich vermute, dass es mittels unterschiedlicher Polarisationen und/oder Ferrit-Zirkulatoren geht. Evtl können dir dabei auch die Fachleute des verbliebenen Restes von Valvo in HH weiterhelfen: https://valvo.com/
:
Bearbeitet durch User
Es ist nicht ausgeschlossen, dass je nach Bauart und Hersteller Teile des Hohlleiters oder des Flansch gelötet sind. Das wäre eine mögliche Erklärung für die relativ niedrige spezifizierte Temperatur des weiter ober verlinkten Hohlleiters.
Hubert schrieb: > Nun steht der Hohlleiter direkt in den Heizraum rein Warum eigentlich? Kann man den nicht bündig zum Raum abschließen wie in jeder Mikrowelle auch? Sorry für die Laienfrage.
Udo S. schrieb: > Hubert schrieb: >> Nun steht der Hohlleiter direkt in den Heizraum rein > > Warum eigentlich? > Kann man den nicht bündig zum Raum abschließen wie in jeder Mikrowelle > auch? > Sorry für die Laienfrage. Das ist sogar eine sehr gute Frage. Ansich strahlt ein Hohlleiter relativ schlecht in die Freiraumwelle ab, wenn er einfach offen gelassen wird. Da braucht man dann in der Regel schon irgendeine Form der Anpassung Hornantenne, oder wie bei der Mikrowelle die entsprechende Aufweitung, um ein Einstrahlen in die Kammer zu ermöglichen, da im Hohlleiter selten eine TEM Mode vorherrscht. Udo S. schrieb: > Was soll da für ein Effekt passieren, dass der Hohlleiter seine > Eigenschaften verändert? > (Ehrlich gemeinte Frage) Tut er auch. Dafür wäre allerdings wichtig, was für ein Hohleiter es ist und welche Mode benutzt werden soll. Klassisch werden im Labor Rechteckhohlleiter verwendet mit Innenmaßen Kantenlänge: a auf a/2) mit Anregung einer TE10 Mode (auch H10 Mode genannt). Siehe: https://www.radartutorial.eu/03.linetheory/tl12.en.html Hierbei bildet sich über die die gesamte Breite a des Hohleiters ein elektisches Feld von oben nach unten aus. Die Feldstärke folgt dabei von links nach rechts der Verteilung eines "halben Sinuses". Diese Dimension ist die frequenzbestimmende Größe des Hohhleiters bei dieser Mode und bestimmt die Grenzfrequenz, ab der die Mode ausbreitungsfähig wird. Erwärmt sich der Hohlleiter, wird der rechteckige Hohlraum größer. Dadurch sinkt erstmal die Grenzfrequenz sämtlicher Moden. Wenn man bspw bei Raumtemperatur sowieso schon knapp unter der Grenzfrequenz der TE20 Mode wäre, könnte es schon passieren, dass durch thermische Ausdehnung gerade die "Schwelle" überschritten wird und die TE20 Mode oder die orthogonale TE01 langsam anfängt ausbreitungsfähig zu werden. Da das aber kein scharfer Übergang ist, kann man auch das als verschwindend geringen Einfluss einstufen. Wenn vorher keine nennenswerten Fehlmoden im Hohlleiter waren, sind auch nach minimaler Ausdehnung wenig vorhanden. Da reden wir ja nicht über Veränderungen im 2 stelligen Prozentbereich. Größeren Einfluss hat aber vermutlich, die Tatsache, dass die gängigen Metalle schlechter leiten, wenn sie warm sind. Somit erhöht sich der Verlust der Wandströme im Hohleiter. Hängt aber auch vom Hohleiter und der verwendeten Mode ab. Rundhohleiter haben auch Ausbreitungsmoden mit sehr wenig Wandströmen und sind da bspw. gut geeignet, um bei schlechten Leitfähigkeiten gute Ergebnisse zu erzielen. Alternative ist tatsächlich den Hohleiter bzw die Antenne vorne luftdicht abzuschließen mit einem RF transparenten Fenster (abhängig von Frequenz!). (Viele Fusionsreaktoren verwenden Mikrowellenhohlleiter zum Heizen und haben ein Diamantfenster, dass sie von der Brennkammer abtrennt. Diamant deshalb, weil das gut Wärme leitet und die Absorption im Fenster dadurch gut abgeführt werden kann.) Einen abgeschlossenen Hohlleiter kann man dann mit Gas füllen. Das haben wir immer so gemacht, weil wir das Problem hatten, dass unsere Feldstärken so hoch waren, dass es durch normale Luft Durchschläge im Hohleiter gegeben hat. Deshalb haben wir ihn dann mit SF6 geflutet. Wenn man den gesamten Aufbau doppelwanding macht, also bspw den Hohleiter in ein Rohr steckt, dass vorne Luftdicht ist, aber RF durchlässt, kann man dann im Hohleiter Gas zur Kühlung einleiten, das im Außenrohr dann vorne an der Öffnung zurückfließt. Da würde vermutlich Raumluft/Druckluft reichen. Wenns richtig gut kühlen soll, Wasserstoff nehmen, wie in den Kraftwerksgeneratoren :) Klingt aber alles überdimensioniert. Wenn dein Hohleiter aus normalen Materialen ist, sollte er das alles so aushalten. Man muss nur bei den Verschraubungen aufpassen. Die können sich verspannen und dadurch die Transmission verschlechtern, oder man bekommt sie nach dem Abkühlen nicht mehr richtig auf, weil sich die Edelstahl-Schraube ins Messing gefressen hat durch die unterschiedlichen Koeffizienten. EDIT: Wie oben schon angemerkt wurde, sind natürlich sämtliche Hohleiter, die angelötete Flansche o.ä. haben, offensichtlich ein Problem :).
:
Bearbeitet durch User
Allenfalls waere noch interessant, was das Ganze soll. Mehrere Magnetrons auf einen Wellenleiter machen wenig Sinn. Zumal es Magnetrons mit nach oben offener Leistungsskala gibt. Es gibt welche die Megawatt Puls bringen .. Weshalb habe ich das Gefuhl, dass die Anwendung ein Furz ist, welcher so eh nicht funktioniert.
Bana A. schrieb: > Es gibt welche die Megawatt > Puls bringen .. Ja, aber deren mittlere Leistung ist auch nur ungefähr so hoch, wie ein gewöhnlicher Mikrowellenherd. Da der TE schreibt, dass an seinem Arbeitsplatz ein leichter Überdruck herrscht, nehme ich an, dass es sich um einen Reinstraum handelt. Vllt sogar in der Halbleiterindustrie. M.W. wird da auch mit Mikrowellenplasmen geätzt.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.