Werkstücks mit einer Mikrowelle und Verfahren zur Behandlung des Werkstücks mit der Mikrowelle

Die Erfindung betri f ft eine Werkstückbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Werkstücks mit einer Mikrowelle und ein Verfahren zur Behandlung des Werkstücks mit der Mikrowelle .

Bei Mikrowellenbehandlungen werden zu behandelnde Werkstücke durch Beaufschlagung mit elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenbereich behandelt . Der Frequenzbereich liegt im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz . Das zu behandelnde Werkstück kann ein flüssiges , festes oder gas förmiges Werkstück umfassen, das dielektrische Eigenschaften aufweist , die es erlauben, die Mikrowelle ganz oder teilweise zu absorbieren, beispielsweise eine wässrige Suspension, ein landwirtschaftliches oder chemisches Produkt , ein plasmabildendes Gas usw . Hierzu wird das zu behandelnde Werkstück in eine Behandlungskammer eines Resonators eingebracht , in dem sich die Mikrowelle ausbreitet . Mit Resonator ist hier ein abgeschlossenes Volumen gemeint , in das ein oder mehrere zu behandelnde Werkstücke zur Mikrowellenbehandlung eingebracht werden, und in das die Mikrowellenleistung zur Mikrowellenbehandlung geleitet wird und das ausgelegt ist , dass sich Mikrowellenresonanzen im Innern ausbilden können .

Weiterhin zählen auch Oberflächenbehandlungen der Werkstücke , wie z . B . Ätzen oder Abscheidung von Materialschichten, chemische oder thermochemische Behandlungen zu den Mikrowellenbehandlungen . Dabei kann das zu bearbeitende Werkstück auch erwärmt und damit getrocknet oder auf geschmol zen werden .

Eine solche Behandlungsvorrichtung ist beispielsweise aus der US 9 , 860 , 941 B2 bekannt .

Nachteilig an der US 9 , 860 , 941 B2 ist , dass der aktuelle Prozess fortschritt während der Mikrowellenbehandlung nicht genau bekannt ist .

Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung eine Werkstückbehandlungsvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zu schaf fen, durch die Werkstücke mit einer Mikrowelle behandelbar sind und bei denen der Prozess fortschritt genauer ermittelbar ist .

Die Aufgabe wird durch die Werkstückbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Werkstücks mit einer Mikrowelle gemäß dem Anspruch 1 und durch das Verfahren gemäß dem Anspruch 30 gelöst . Die Ansprüche 2 bis 29 beschreiben vorteilhafte

Weiterbildungen der Werkstückbehandlungsvorrichtung . Die Werkstückbehandlungsvorrichtung umfasst eine Signalverstärkungsanordnung, die zur Erzeugung eines Mikrowellensignals für die Bearbeitung eines Werkstücks dient . Das Mikrowellensignals hat eine Frequenz von vorzugsweise 300 MHz bis 300 GHz . Weiter vorzugsweise hat das Mikrowellensignals eine Frequenz von 2 GHz bis 10 GHz . Vorzugsweise hat das HF-Signal genau eine Frequenz , zum Beispiel 2 , 5 GHz , und ist weiter vorzugsweise frei von Modulationen . Die Signalverstärkungsanordnung umfasst eine Verstärkerstufe , die dazu ausgebildet ist , ein HF-Signal zu verstärken . Die Signalverstärkungsanordnung umfasst einen Signalausgang, um das verstärkte HF-Signal aus zugeben . An den Signalausgang ist ein Resonator anschließbar, in den das zu bearbeitende Werkstück einbringbar ist . Das zugeführte verstärkte HF-Signal wirkt innerhalb des Resonators als Mikrowelle auf das zu bearbeitende Werkstück ein . Die Werkstückbehandlungsvorrichtung umfasst außerdem eine Messeinrichtung und eine Verarbeitungseinrichtung . Die Verarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise ein Prozessor, zum Beispiel Mikrocontroller, und/oder programmierbarer Logikbaustein, z . B . ein FPGA, was eine Abkürzung für Field Programmable Gate Array ist . Die Verarbeitungseinrichtung kann noch einen integrierten und/oder einen externen Speicher umfassen . Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu ausgebildet , um mittels der Messeinrichtung eine werkstückspezi fische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , zu ermitteln, die in dem Resonator entsteht . Weiterhin ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet , um einen Verlauf einer Verschiebung dieser werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanzfrequenz , im Betrieb zu verfolgen . Mit „Verlauf" sind hier chronologisch angeordnete Daten der Frequenz gemeint . Diese Daten ergeben in einer grafischen Darstellung über der Zeit einen Kurvenverlauf, wenn sie miteinander verbunden werden. So haben Untersuchungen ergeben, dass sich z.B. die Resonanzfrequenz im Betrieb der Werkstückbehandlungsvorrichtung verändert. Wird beispielsweise ein Werkstück getrocknet oder auf geschmolzen, so verändert sich die relative Per- mittivität s _r des Werkstücks. Dadurch ändert sich z.B. auch die Resonanzfrequenz innerhalb des Resonators. Auch andere werkstückspezifische Frequenzen, die erkennbar sind, können sich dadurch ändern. Bevorzugt werden Werkstücke verwendet, deren Dimensionen sich während der Mikrowellenbehandlung nicht verändern. Die Abmessungen bleiben daher bevorzugt erhalten. Daher ändert sich während der Bearbeitung das freie Volumen im Resonator nicht. Die Verarbeitungseinrichtung ist weiterhin dazu ausgebildet, um den Verlauf der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf zu vergleichen, um in Abhängigkeit dieses Vergleichs eine Statusmeldung auszugeben, die zu einem Prozessfortschritt korrespondiert.

Mit der , werkstückspezifischen Frequenz', insbesondere , Resonanzf requenz ' , ist jeweils eine Frequenz gemeint, die durch den Resonator inklusive Werkstück gegeben ist. Da sich in der Regel nur die Eigenschaften des Werkstücks ändern, nicht die des Resonators, ist der Begriff , werkstückspezifische Frequenz' passend.

Durch die erfindungsgemäße Werkstückbehandlungsvorrichtung ist es auf besonders effiziente Art und Weise möglich noch während der Behandlung des Werkstücks gezielte Aussagen über den Prozessfortschritt zu machen. Bei vielen Werkstücken, wie beispielsweise Folien, ist eine Aussage nach Abschluss des Prozesses nur schwer möglich, weil sich das Werkstück sehr schnell abkühlt . Dadurch, dass für j edes Werkstück ein werkstückabhängiger Verlauf ermittelt und gespeichert wurde , kann durch einfache Maßnahmen überprüft werden, ob sich die werkstückspezi fische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , bei Behandlung des aktuellen Werkstücks genauso verändert wie es bei der gespeicherten werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , für das gleiche Werkstück der Fall ist . Abweichungen hiervon können unmittelbar, also in Echtzeit , ausgegeben werden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Statusmeldung einen Fortschrittsbalken, aus dem ersichtlich ist, in welchem Umfang das Werkstück bereits bearbeitet ist . Ergänzend oder alternativ umfasst die Statusmeldung eine Prozentanzeige , aus welcher ersichtlich ist , in welchem Umfang das Werkstück bearbeitet ist . Ergänzend oder alternativ umfasst die Statusmeldung eine Zeitanzeige , aus welcher ersichtlich ist , wie lange die Bearbeitung des Werkstücks bereits andauert und/oder wie lange die Bearbeitung noch dauern wird . Dadurch ist der aktuelle Prozess zustand für einen Bediener der Werkstückbehandlungsvorrichtung unmittelbar einsehbar .

In einer vorteilhaften Weiterbildung zeigt die Statusmeldung eine Zustandsänderung in dem Resonator und/oder für das zu bearbeitende Werkstück an . Die Zustandsänderung umfasst insbesondere eine Temperaturänderung und/oder eine Aggregats zustandsänderung und/oder eine Trocknungs zustandsänderung und/oder eine Feuchtigkeitsänderung . Dadurch ist es für einen Bediener der Werkstückbehandlungsvorrichtung unmittelbar möglich auf die Restfeuchte in dem Werkstück zu schließen . In Abhängigkeit der verdampften Feuchtigkeit ändert sich die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz. Durch Erfassung dieser Änderung ist der aktuelle Prozessfortschritt sehr genau messbar.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Statusmeldung einen Fehlerindikator, falls eine Abweichung des verfolgten Verlaufs der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet. Die Abweichung kann insbesondere eine Abweichung in der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, umfassen. Korrespondiert die sich ändernde werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, nicht mehr zu einer gespeicherten werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, die sich in dem Prozess einstellen sollte, so kann ein entsprechender Fehlerindikator ausgegeben werden. Umfassen die gespeicherten werkstückabhängigen Daten beispielsweise eine Frequenzänderung der Resonanzfrequenz von 2,5 GHz auf 2,52 GHz und ändert sich die Resonanzfrequenz lediglich von 2,5 GHz auf 2,51 GHz, so kann auf einen Fehler geschlossen und ein entsprechender Fehlerindikator ausgegeben werden. Ergänzend oder alternativ kann die Abweichung auch eine Abweichung im zeitlichen Verlauf umfassen, in welchem sich die werkstückspezifische Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, ändert. Umfassen die gespeicherten werkstückabhängigen Daten beispielsweise eine Frequenzänderung der Resonanzfrequenz von 2,5 GHz auf 2,52 GHz innerhalb von 30 Sekunden und ändert sich die Resonanzfrequenz von 2,5 GHz auf 2,52 GHz allerdings in 15 Sekunden, so kann auf einen Fehler geschlossen und ein entsprechender Fehlerindikator ausgegeben werden .

Die Statusmeldung kann auf einem Computerbildschirm ausgegeben werden, der beispielsweise an die Verarbeitungseinrichtung angeschlossen ist . Die Statusmeldung kann auch an ein entferntes Rechnersystem übertragen werden . So kann das entfernte Rechnersystem ein Smartphone , Tablet , Laptop und/oder PC umfassen . Das entfernte Rechnersystem kann eine Webseite aufrufen, auf welcher die Statusmeldung dargestellt wird oder eine entsprechende Applikation starten, durch die die Statusmeldung aufgerufen wird . Die Statusmeldung ist insbesondere eine optische Ausgabe . Ergänzend oder alternativ kann die Statusmeldung auch akustisch ausgegeben werden . Dies gilt insbesondere für den Fehlerindikator .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet , um die Verstärkerstufe derart anzusteuern, dass diese die Verstärkung des HF- Signals und/oder den Pegel des verstärkten HF-Signals erhöht , falls der verfolgte Verlauf der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , zeitlich langsamer erfolgt als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf . Ändert sich der Verlauf um beispielsweise 30% langsamer als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf , so kann die Leistung des verstärkten HF-Signals zum Beispiel um 30 % erhöht werden . Ergänzend oder alternativ ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet , um die Verstärkerstufe derart anzusteuern, dass diese die Verstärkung des HF-Signals und/oder den Pegel des verstärkten HF-Signals verringert , falls der verfolgte Verlauf der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , zeitlich schneller erfolgt als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf . Ändert sich der Verlauf um beispielsweise 30% schneller als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf , so kann die Leistung zum Beispiel um 30% verringert werden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet , um nach erfolgreicher Bearbeitung des Werkstücks und/oder für den Fall , dass eine Abweichung des verfolgten Verlaufs der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet , die Verstärkerstufe abzuschalten, zum Beispiel Versorgungsspannung abschalten, und/oder derart anzusteuern, dass die Verstärkung durch diese reduziert wird . Soll sich die werkstückspezi fische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , lediglich um 2 MHz erhöhen und erhöht sich die werkstückspezifische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , dagegen um 3 MHz , so kann ein entsprechender Schwellwert erreicht bzw . überschritten sein . Ergänzend oder alternativ kann ein entsprechender Schwellwert erreicht bzw . überschritten sein, wenn die Änderung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , binnen 30 Sekunden eintreten soll und bei dem aktuell zu bearbeitenden Werkstück allerdings bereits nach 20 Sekunden eingetreten ist . Ergänzend oder alternativ ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet , um ein Steuersignal zu erzeugen und an eine Signalgeneratorvorrichtung zu übertragen, wobei das Steuersignal die Signalgeneratorvorrichtung dazu veranlasst die Erzeugung des HF-Signals des verstärkten HF-Signals zu stoppen . Die Signalgeneratorvorrichtung kann Teil der Werkstückbehandlungsvorrichtung sein oder extern zur Werkstückbehandlungsvorrichtung angeordnet sein . In diesem Fall würde die Werkstückbehandlungsvorrichtung einen entsprechenden HF- Signaleingangsanschluss für das HF-Signal umfassen .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebi ldet ist , um eine Vorwärtsleistung in Richtung des Resonators zu messen und um eine Rückwärtsleistung vom Resonator zu messen . Bevorzugt wird dabei die Vorwärtsleistung des verstärkten HF-Signals gemessen, welches in Richtung des Resonators übertragen wird . Ebenfalls kann dann die Leistung des reflektierten Anteils des verstärkten HF-Signals kommend vom Resonator gemessen werden . Dabei handelt es sich um die Rückwärtsleistung . Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu ausgebildet , um anhand der gemessenen Vorwärtsleistung und um anhand der gemessenen Rückwärtsleistung die werkstückspezifische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , zu ermitteln .

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Messeinrichtung einen ersten Richtkoppler, wobei der erste Richtkoppler dazu ausgebildet ist , um die Vorwärtsleistung zu erfassen . Die Messeinrichtung umfasst weiterhin bevorzugt einen zweiten Richtkoppler, wobei der zweite Richtkoppler dazu ausgebildet ist , um die Rückwärtsleistung zu erfassen . Der erste und/oder zweite Richtkoppler sind vorzugsweise auf einer Leiterplatte auf gebaut . Die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung können über entsprechende A/D-Wandler digitalisiert werden . Diese A/D-Wandler können Bestandteil der Messeinrichtung oder der Verarbeitungseinrichtung sein . In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei der werkstückspezi fischen Frequenz das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung in einem vorgegebenen Bereich . In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei der Resonanz frequenz das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung maximal oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt . Dies bedeutet , das s die maximale Leistung in den Resonator übertragen werden kann . Die Reflexion vom Resonator zurück zur Signalverstärkungsanordnung ist in diesem Betriebs zustand minimal . Dadurch, dass sich die relative Permittivität s _r des Werkstücks während der Mikrowellenbehandlung ändert , ändert sich auch das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung . Durch Änderung der Frequenz des HF-Signals kann das Verhältnis wieder zu Gunsten der Vorwärtsleistung maximiert werden . Ausreichende Ergebnisse werden für viele Prozesse auch dann erreicht , wenn das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung in einem vorgegebenen Bereich, insbesondere maximal ist oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Messeinrichtung dazu ausgebildet , um die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung von dem verstärkten HF-Signal zu messen . Für den Fall , dass noch ein zweites verstärktes HF-Signal dem Resonator zugeführt wird, welches eine Frequenz umfasst , die von der Frequenz des HF-Signals abweicht , kann die Messeinrichtung auch dazu ausgebildet sein, die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung für das zweite verstärkte HF-Signal zu messen . Es kann dann ermittelt werden, ob die Frequenz des verstärkten HF-Signals der entsprechenden werkstückspezi fische Frequenz , insbesondere Resonanzfrequenz, entspricht und ob die Frequenz des zweiten verstärkten HF-Signals der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, entspricht. Werden beide verstärkte HF-Signale unterschiedlichen Anschlüssen des Resonators zugeführt, so können die werkstückspezifischen Frequenzen, insbesondere Resonanzfrequenzen für die jeweiligen verstärkten HF-Signale unterschiedlich sein, weil sich aufgrund der unterschiedlichen örtlichen Zufuhr in den Resonator unterschiedliche Moden ausbilden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, um den Verlauf der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz, insbesondere Resonanzfrequenz, im Betrieb dadurch zu verfolgen, dass sie eine Signalgeneratorvorrichtung derart ansteuert, dass die Signalgeneratorvorrichtung fortlaufend die Frequenz für das HF-Signal ändert. Dabei wird diejenige Frequenz für das HF-Signal beibehalten, für welche das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung maximal ist oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist. Die Frequenz kann anhand des gespeicherten werkstückabhängigen Verlaufs geändert werden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Signalgeneratorvorrichtung die Frequenz um einen bestimmten Frequenzwert, z.B. weniger als 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz, 10 MHz oder um weniger als 100 MHz, erhöht und/oder verringert und für die neu eingestellte Frequenz prüft, ob sich das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zugunsten der Vorwärtsleistung verbessert hat. Ist dies der Fall, so kann die neu eingestellte Frequenz beibehalten werden. Andernfalls wird die vorherige Frequenz beibehalten. Die neue Frequenz kann bis zur Prüfung für einen kurzen Zeitraum, insbesondere für weniger als 200 ms , 100 ms , 50 ms , 10 ms oder für weniger als 1 ms eingestellt werden . Dieses Vorgehen kann in regelmäßigen Abständen, insbesondere innerhalb von 50 ms , 100 ms , 500 ms , 1 Sekunde , 2 Sekunden wiederholt werden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Messeinrichtung dazu ausgebildet , um die Vorwärtsleistung und die Rückwärtsleistung von einem HF-Messsignal zu messen, welches dem Resonator zusätz lich zu dem verstärkten HF-Signal zuführbar ist . Die Leistung des HF-Messsignals ist dabei kleiner als die Leistung des verstärkten HF-Signals , wobei die Frequenz des HF-Messsignals von der Frequenz des verstärkten HF-Signals verschieden ist . Das HF-Messsignal wird lediglich zur Bestimmung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , angelegt und dient insbesondere nicht zur Mikrowellenbearbeitung des Werkstücks . Das HF-Messsignal kann über denselben Anschluss dem Resonator zugeführt werden, über welches auch das verstärkte HF-Signal zugeführt wird . Das HF-Messsignal kann auch über einen weiteren Anschluss dem Resonator zugeführt werden . Bevorzugt ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet , um den Verlauf der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , im Betrieb dadurch zu verfolgen, dass sie die Signalgeneratorvorrichtung derart ansteuert , dass diese fortlaufend die Frequenz für das HF-Messsignal ändert . Dabei wird diej enige Frequenz für das HF-Messsignal beibehalten, für welche das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung maximal ist oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist . Die Änderung kann zum Beispiel anhand eines gespeicherten werkstückabhängigen Verlaufs erfolgen . Ergänzend oder alternativ kann in periodischen Abständen die Frequenz erhöht und/oder erniedrigt werden, wobei anschließend für die neu eingestellte Frequenz geprüft wird, ob sich das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zugunsten der Vorwärtsleistung des HF-Messsignals ändert . In diesem Fall wird die neu eingestellte Frequenz für eine bestimmte Zeit beibehalten . Die Verarbeitungseinrichtung ist weiter dazu ausgebildet , um die Signalgeneratorvorrichtung derart anzusteuern, dass die Signalgeneratorvorrichtung die Frequenz für das HF-Signal ungefähr im selben Umfang, also insbesondere um denselben Frequenzwert , erhöht oder erniedrigt wie für das HF-Messsignal . Wird das HF-Messsignal um 1 kHz erhöht, um ein besseres Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zugunsten der Vorwärtsleistung zu erreichen, so kann die Frequenz für das HF-Signal ebenfalls um 1 kHz erhöht werden . Dabei kann eine Abweichung von weniger als 20 % , 10 % oder um weniger als 5 % des HF-Signals vom Messignal zugelassen oder vorgegeben werden . Die Frequenzen für das HF-Signal und das HF-Messsignal sind vorzugsweise um weniger als 1 kHz , 10 kHz , 100 kHz , 1 MHz oder vorzugsweise um weniger als 10 MHz voneinander verschieden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung einen oder mehrere in Reihe angeordnete Signalverstärker . Dabei kann es sich beispielsweise um Transistoren handeln . Der eine oder die mehreren in Reihe angeordneten Signalverstärker sind dazu ausgebildet , um das HF-Signal zu verstärken .

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung mehrere parallel angeordnete Signalverstärker, wobei die mehreren parallel angeordneten Signalverstärker dazu ausgebildet sind, um das HF-Signal parallel zu verstärken und an mehrere Signalausgänge simultan aus zugeben . Die Signalverstärker können in Form von Transistoren ausgebildet sein .

In einer vorteilhaften Weiterbi ldung sind einige oder alle der Signalausgänge mit verschiedenen Eingängen des Resonators verbindbar bzw . verbunden, wenn die Werkstückbearbeitungsvorrichtung einen Resonator umfasst . Dadurch kann ein besonders homogenes E-Feld innerhalb des Resonators erzeugt werden . Ergänzend oder alternativ kann eine Com- bineranordnung vorgesehen sein, über die einige oder alle der Signalausgänge mit einem gemeinsamen Eingang des Resonators verbindbar sind . Diese Combineranordnung kann einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung dazu ausgebildet , um ein zweites HF-Signal zu verstärken, welches z . B . von der Signalgeneratorvorrichtung erzeugt wird, wobei das zweite HF-Signal eine Frequenz aufweist , die von der Frequenz des HF-Signals verschieden ist . Dadurch können weitere Moden im Resonator angeregt werden . Das zweite verstärkte HF- Signal kann dieselbe Leistung aufweisen wie das verstärkte HF-Signal . Das zweite verstärkte HF-Signal kann auch eine geringere oder eine größere Leistung aufweisen als das verstärkte HF-Signal .

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Signalverstärkungsanordnung eine zweite Verstärkerstufe , die dazu ausgebildet ist , um ein zweites HF-Signal zu verstärken, welches z . B . von der Signalgeneratorvorrichtung erzeugt wird, wobei das zweite HF-Signal eine Frequenz aufweist , die von der Frequenz des HF-Signals verschieden ist . Die erste Verstärkerstufe und die zweite Verstärkerstufe können identisch oder verschieden aufgebaut sein .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das zweite verstärkte HF-Signal demselben Eingang am Resonator zuführbar wie das verstärkte HF-Signal . Werden unterschiedliche Verstärkerstufen für das HF-Signal und das zweite HF-Signal verwendet , so kann eine Combineranordnung verwendet werden, um beide verstärkte HF-Signale zusammenzufassen und demselben Eingang des Resonators zuzuführen .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet , um ein erstes Frequenz- Steuersignal zu erzeugen und an eine Signalgeneratorvorrichtung zu übertragen . Das erste Frequenz-Steuersignal umfasst eine Frequenzvorgabe , die die Signalgeneratorvorrichtung dazu veranlasst , um das HF-Signal mit der vorgegebenen Frequenz zu erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung aus zugeben . Dadurch kann die Frequenz des HF-Signals , bevorzugt sehr schnell , im Betrieb auf den gewünschten Zielwert , für den das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zu Gunsten der Vorwärtsleistung maximiert ist bzw . um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist , geändert werden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet , um ein zweites Frequenz-Steuersignal zu erzeugen und an eine Signalgeneratorvorrichtung zu übertragen . Das zweite Frequenz-Steuersignal umfasst eine Frequenzvorgabe , die die Signalgeneratorvorrichtung dazu veranlasst , um das zweite HF-Signal mit der vorgegebenen Frequenz zu erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung aus zugeben . Dadurch kann die Frequenz des zweiten HF-Signals , bevorzugt sehr schnell , im Betrieb auf den gewünschten Zielwert , für den das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zu Gunsten der Vorwärtsleistung maximiert ist bzw . um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist , geändert werden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbei- tungseinrichtung dazu ausgebildet , um anhand des ersten und zweiten Frequenz-Steuersignal die Frequenz für das HF- Signal und das zweite HF-Signal im Betrieb zu ändern . Dadurch können weitere Moden im Betrieb angeregt werden . Es wird außerdem dafür gesorgt , das s das Verhältnis zwi- sehen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung zugunsten der Vorwärtsleistung maximiert ist bzw . um weniger al s 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verarbei- tungseinrichtung dazu ausgebildet , um eine Signalgeneratorvorrichtung derart anzusteuern, dass diese die Frequenz für das HF-Signal derart ändert , dass die Frequenz der aktuellen werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , entspricht oder um weniger als 10 % da- von abweicht . Dadurch kann besonders viel Leistung zur Mikrowellenbearbeitung in den Resonator übertragen werden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein HF-Signal- eingangsanschluss vorgesehen, über den der Werkstückbe- handlungsvorrichtung das HF-Signal von einer Signalgeneratorvorrichtung zuführbar ist . Es kann noch weitere HF- Signaleingangsanschlüsse geben, um das zweite HF-Signal und/oder das HF-Messsignal zuzuführen . Das HF-Messsignal kann auch direkt dem Resonator zugeführt werden . Ergänzend oder alternativ umfasst die Werkstückbearbeitungsvorrichtung eine Signalgeneratorvorrichtung, wobei die Signalgeneratorvorrichtung einen Signalgenerator umfasst und wobei die Signalgeneratorvorrichtung dazu ausgebildet ist , um das HF-Signal zu erzeugen . Der Signalgenerator kann auch dazu ausgebildet sein, um das zweite HF-Signal und/oder das HF-Messsignal zu erzeugen . Alternativ dazu können weitere Signalgeneratoren verwendet werden, um das zweite HF- Signal und/oder das HF-Messsignal zu erzeugen . Diese weiteren Signalgeneratoren würden bevorzugt zu der Signalgeneratorvorrichtung gehören .

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Werkstückbearbeitungsvorrichtung einen Resonator, wobei die Signalverstärkungsanordnung mit dem Resonator elektrisch, insbesondere über ein Kabel oder einen Hohlleiter verbunden ist .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Signalverstärkungsanordnung dazu ausgebildet , um ein zweites HF- Signal zu verstärken, welches eine Frequenz umfasst , die von der Frequenz des HF-Signals verschieden ist . Der Resonator umfasst einen ersten Eingang, wobei das verstärkte HF-Signal dem Resonator an seinem ersten Eingang zuführbar ist . Der Resonator umfasst außerdem einen zweiten Eingang, wobei das zweite verstärkte HF-Signal dem Resonator an seinem zweiten Eingang zuführbar ist .

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Resonator einen Positionierer , wobei der Positionierer Aufnahmeelemente , wie beispielsweise Bol zen und/oder Klemmen bzw .

Klemmbacken umfasst , die derart angeordnet sind, dass das Werkstück lediglich in einer zulässigen Ausrichtung und/oder Winkellage in den Resonator einlegbar ist . Dadurch ist sichergestellt, dass das Werkstück nur in einer genau definierten Ausrichtung in den Resonator eingelegt werden kann, sodass ein Vergleich des Verlaufs der Verschiebung der werkstückspe zi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf nicht durch eine andere Ausrichtung des Werkstücks im Resonator beeinträchtigt wird .

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Mikrowellenbearbeitung eines Werkstücks mit einer Werkstückbehandlungsvorrichtung . Diese Werkstückbehandlungsvorrichtung ist insbesondere gemäß einem der vorherigen Aus führungsbeispiele aufgebaut, wobei mittels einer Signalverstärkungsanordnung ein Mikrowellensignal aus einem zugeführten HF- Signal erzeugt werden kann . In einem ersten Verfahrensschritt wird das zu bearbeitende Werkstück in einen Resonator eingelegt . In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein HF-Signal verstärkt und dem Resonator zugeführt . In einem dritten Verfahrensschritt wird eine werkstückspezifische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , ermittelt , die in dem Resonator entsteht . In einem vierten Verfahrensschritt wird ein Verlauf einer Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , verfolgt . In einem fünften Verfahrensschritt wird der Verlauf der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz , gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf verglichen und eine Statusmeldung ausgegeben, die zu dem Prozess fortschritt korrespondiert . Verschiedene Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben . Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugs zeichen auf . Die entsprechenden Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen :

Figuren 1 , 2 , 3 , 4 : verschiedene Aus führungsbeispiele einer Werkstückbehandlungsvorrichtung mit einem Resonator ;

Figur 5 : ein Verhältnis zwischen Rückwärtsleistung und Vorwärts lei stung;

Figuren 6 , 7 :

Änderungen in der Resonanz frequenz vor und nach Abschluss der Mikrowellenbehandlung;

Figur 8 : einen Verlauf der Resonanz frequenz während der Mikrowellenbehandlung;

Figur 9 : ein Aus führungsbeispiel einer Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung mit mehreren in Reihe angeordneten Signalverstärkern;

Figur 10 : ein Aus führungsbeispiel einer Verstärkerstufe der Signalverstärkungsanordnung mit parallel angeordneten Signalverstärkern; und

Figur 11 : ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Werkstückbehandlungsvorrichtung . Figur 1 zeigt ein Aus führungsbeispiel einer Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 . Die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 umfasst eine Signalverstärkungsanordnung 2 . Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst eine Verstärkerstufe 3 mit einem Signalverstärker 4 . Die Signalverstärkungsanordnung 2 ist dazu ausgebildet , um ein HF-Signal 5 zu verstärken . Die Signalverstärkungsanordnung umfasst einen Signalausgang 6 , um das verstärkte HF-Signal 7 aus zugeben . Vorzugsweise weist der Signalverstärker 4 ein Transistor auf , welcher weiter vorzugsweise in seinem linearen Bereich betrieben wird . Grundsätzlich kann die Signalverstärkungsanordnung 2 noch eine Dämpfungseinrichtung 30 , 31 umfassen, um das HF-Signal 5 oder das verstärkte HF-Signal 7 um einen einstellbaren Wert zu dämpfen, damit dieses eine vorbestimmte Signalleistung umfasst .

An den Signalausgang 6 ist ein Resonator 8 angeschlossen . In den Resonator 8 ist ein zu bearbeitendes Werkstück 9 einbringbar .

Weiterhin umfasst die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 eine Messeinrichtung 10 und eine Verarbeitungseinrichtung 11 . Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet , um mittels der Messeinrichtung 10 eine werkstückspezi fische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , wie zum Beispiel in Figur 5 dargestellt , zu ermitteln, die in dem Resonator 8 entsteht . Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist weiter dazu ausgebildet , um einen Verlauf 28 , wie z . B . in Figur 8 dargestellt , einer Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , im Betrieb der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 zu verfolgen . Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet , um den Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , gegenüber einem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 , wie z . B . in Figur 8 dargestellt , zu vergleichen, um eine Statusmeldung 13 aus zugeben, die zu einem Prozess fortschritt korrespondiert .

Die Statusmeldung 13 kann auf einem Computerbildschirm 14 ausgegeben werden, der beispielsweise an die Verarbeitungseinrichtung 11 angeschlossen ist .

Die Verarbeitungseinrichtung 11 kann dazu ausgebildet sein, um die Verstärkerstufe 3 derart anzusteuern, das s diese die Verstärkung des HF-Signals 5 erhöht falls der verfolgte Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezifischen Frequenz , insbesondere Resonanzfrequenz 12 , zeitlich langsamer erfolgt als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf 27 . Ergänzend oder alternativ kann die Verarbeitungseinrichtung 11 dazu ausgebildet sein, um die Verstärkerstufe 3 derart anzusteuern, dass diese die Verstärkung des HF-Signals 5 verringert falls der verfolgte Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanzfrequenz 12 , zeitlich schneller erfolgt als der gespeicherte werkstückabhängige Verlauf 27 .

Die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 umfasst außerdem einen HF-Signaleingangsanschluss 15, über den der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 das HF-Signal 5 von einer Signalgeneratorvorrichtung 16 zuführbar ist . In Figur 1 ist die Signalgeneratorvorrichtung 16 kein Bestandteil der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 . Es ist aber möglich, dass die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 die Signalgeneratorvorrichtung 16 umfasst . Zur Erzeugung des HF-Signals 5 umfasst die Signalgeneratorvorrichtung 16 einen Signalgenerator 17 .

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet , um die Signalgeneratorvorrichtung 16 derart anzusteuern, dass diese die Frequenz des HF-Signals 5 auf eine bestimmte Frequenzvorgabe hin ändert . Bevorzugt soll dabei die Frequenz des HF-Signals 5 der aktuellen werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , die im Resonator 8 entsteht , entsprechen oder um weniger als 10 % davon abweichen . Hierzu kann die Verarbeitungseinrichtung 11 ein erstes Frequenz-Steuersignal erzeugen und an die Signalgeneratorvorrichtung 16 übertragen . Das erste Frequenz- Steuersignal kann dabei eine Frequenzvorgabe umfassen . Anhand der Frequenzvorgabe kann die Signalgeneratorvorrichtung 16 das HF-Signal 5 mit der vorgegebenen Frequenz erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung 2 ausgeben .

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet , um nach erfolgreicher Bearbeitung des Werkstücks 9 die Verstärkerstufe 3 abzuschalten oder derart ansteuern, dass diese die Verstärkung des HF-Signals 5 reduziert und/oder ein Steuersignal zu erzeugen und an die Signalgeneratorvorrichtung 16 zu übertragen, welches die Signalgeneratorvorrichtung 16 dazu veranlasst die Erzeugung des HF- Signals 5 zu stoppen . Selbiges kann auch dann erfolgen, falls eine Abweichung des verfolgten Verlaufs 28 der Verschiebung der werkstückspe zi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet . Dies ist beispielsweise in Figur 8 dargestellt . Die Messeinrichtung 10 ist beispielsweise dazu ausgebildet , um eine Vorwärtsleistung P _fwd in Richtung des Resonators 8 zu messen und um eine Rückwärtsleistung P _bW d vom Resonator 8 zu messen . Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dann dazu ausgebildet , um anhand der gemessenen Vorwärtsleistung P _fwd und um anhand der gemessenen Rückwärtsleistung P _bwd die werkstückspezi fische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , zu ermitteln . Dabei wird insbesondere die Vorwärtsleistung P _fwd und die Rückwärtsleistung P _bwd von den verstärkten HF-Signal 7 gemessen .

Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass ein HF-Messsignal erzeugt und dem Resonator 8 zugeführt wird . Die Messeinrichtung 10 kann dann die Vorwärtsleistung und die Rück- wärtsleistung von dem HF-Messsignal messen . Änderungen in der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , des HF-Messsignals korrespondieren ebenfalls zum Prozess fortschritt .

Bei der Resonanz frequenz 12 ist das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung P _fwd und Rückwärtsleistung P _fwd zugunsten der Vorwärtsleistung P _fwd maximal oder weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt . In diesem Fall wird kaum Leistung aus dem Resonator 8 zurück in Richtung der Signalverstärkungsanordnung 2 reflektiert .

Die Messeinrichtung 10 umfasst bevorzugt einen ersten Richtkoppler 10a und einen zweiten Richtkoppler 10b . Der erste Richtkoppler 10a ist dazu ausgebi ldet , um die Vorwärtsleistung P _fwd des verstärkten HF-Signals 7 zu messen . Der zweite Richtkoppler 10b ist dazu ausgebildet , um die Rückwärtsleistung P _bwd des verstärkten HF-Signals 7 zu mes- sen .

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet , um den Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , im Betrieb dadurch zu verfolgen, dass sie die Signalgeneratorvorrichtung 16 derart ansteuert , dass die Signalgeneratorvorrichtung 16 fortlaufend die Frequenz für das HF-Signal 5 ändert . Dabei kann dann diej enige Frequenz für das HF-Signal 5 beibehalten werden, für welche das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung P _fwd und Rückwärtsleistung P _bwd zu Gunsten der Vorwärtsleistung P _fwd maximal ist oder um weniger al s 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt ist .

Vorzugsweise ist noch ein Zirkulator 25 vorgesehen . Der Zirkulator 25 ist bevorzugt zwischen der Signalverstärkungsanordnung 2 und der Messeinrichtung 10 angeordnet . Er ist dazu ausgebildet , um die Rückwärtsleistung P _bW d in einen Sumpf 26 abzuleiten, sodass diese nicht auf die Signalverstärkungsanordnung 2 tri fft . Der zweite Richtkoppler 10b könnte auch zwischen dem Zirkulator 25 und dem Sumpf 26 angeordnet sein . Dagegen sol l der Zirkulator 25 weiterhin derart ausgebildet sein, das s dieser das verstärkte HF-Signal 7 von der Signalverstärkungsanordnung 2 in Richtung des Resonators 8 leitet .

Figur 2 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 . Im Unterschied zu Figur 1 ist die Signalgeneratorvorrichtung 16 Bestandteil der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 . Dargestellt ist ebenfalls ein Beispiel , wie eine Feldverteilung eines E-Felds 18 im Resonator 8 aussehen kann . Dunklere Bereiche symbolisieren eine höhere Feldstärke für das E-Feld 18 als hellere Bereiche . Die Feldverteilung sieht bei einer anderen Resonanz frequenz 12 und/oder einem anderen zu bearbeitenden Werkstück 9 anders aus . Die Feldverteilung ändert sich ebenfalls mit zunehmendem Prozessfortschritt . So können Bereiche mit einer höheren Feldstärke für das E-Feld 18 dort entstehen, wo einige Sekunden vorher Bereiche mit einer niedrigeren Feldstärke zu finden waren .

Weiterhin ist ein Aus führungsbeispiel für die Statusmeldung 13 dargestellt . Die Statusmeldung 13 umfasst einen Fortschrittsbalken, aus dem ersichtlich ist , in welchem Umfang das Werkstück 9 bereits bearbeitet ist . Die Statusmeldung 13 umfasst ebenfalls eine Prozentanzeige , aus welcher ersichtlich ist , in welchem Umfang das Werkstück 9 bereits bearbeitet ist . In diesem Aus führungsbeispiel ist die Bearbeitung zu 48 % des Endzustands erfolgt .

Figur 3 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 . Im Unterschied zu Figur 2 umfasst die Statusmeldung 13 eine Zeitanzeige , aus welcher ersichtlich ist, wie lange die Bearbeitung des Werkstücks 9 bereits andauert und/oder wie lange die Bearbeitung noch dauern wird . In diesem Ausführungsbeispiel dauert die Bearbeitung des Werkstücks 9 seit 20 Sekunden an und wird voraussichtlich noch 45 Sekunden dauern .

Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Statusmeldung 13 eine Zustandsänderung in dem Resonator 8 und/oder für das zu bearbeitende Werkstück 9 anzeigt . Bei der Zustandsänderung kann es sich um eine Temperaturänderung, eine Aggregats zustandsänderung, eine Trocknungs zustandsänderung und/oder eine Feuchtigkeitsänderung handeln . In Figur 3 ist dargestellt , dass eine Temperaturänderung um 60 K stattgefunden hat .

Außerdem umfasst die Signalgeneratorvorrichtung 16 einen zweiten Signalgenerator 21 , der dazu ausgebildet ist , um ein zweites HF-Signal 19 zu erzeugen . Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst in diesem Aus führungsbeispiel eine zweite Verstärkerstufe 22 , der das zweite HF-Signal 19 zugeführt wird und die dazu ausgebildet ist , um das zweite HF-Signal 19 zu verstärken .

Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst außerdem einen zweiten Signalausgang 23 , an dem das zweite verstärkte HF- Signal 20 ausgegeben wird . Gepunktet dargestellt sind in Figur 3 Messleitungen und Steuerleitungen für das zweite HF-Signal 19 .

Weiterhin umfasst der Resonator 8 in diesem Aus führungsbeispiel einen ersten Eingang 8a und einen zweiten Eingang 8b . Dem ersten Eingang 8a wird das verstärkte HF-Signal 7 zugeführt . Dem zweiten Eingang 8b wird das zweite verstärktes HF-Signal 20 oder ein HF-Messsignal zugeführt . Dadurch werden verschiedene Moden innerhalb des Resonators 8 angeregt . Zu erkennen ist , dass sich die Feldverteilung für das E-Feld 18 geändert hat und weitere Bereiche mit einer höheren Feldstärke hinzugekommen sind .

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet , um ein zweites Frequenz-Steuersignal zu erzeugen und an die Signalgeneratorvorrichtung 16 und innerhalb dieser an den TI zweiten Signalgenerator 21 zu übertragen . Das zweite Frequenz-Steuersignal umfasst eine Frequenzvorgabe , die die Signalgeneratorvorrichtung 16 dazu veranlasst , um das zweite HF-Signal 19 mit einer vorgegebenen Frequenz zu erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung 2 aus zugeben .

Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet , um mittels des ersten und zweiten Frequenz-Steuersignals die Frequenz für das HF-Signal 5 und das zweite HF-Signal 19 im Betrieb fortlaufend und unabhängig voneinander zu ändern .

Für den Fall , dass die Signalgeneratorvorrichtung 16 ein HF-Messsignal anstelle des zweiten HF-Signals 19 erzeugt , kann das HF-Messsignal direkt dem zweiten Eingang 8b des Resonators 8 unter Umgehung der Signalverstärkungsanordnung 2 zugeführt werden . Es ist auch denkbar, dass das HF- Messsignal über die Signalverstärkungsanordnung 2 dem zweiten Eingang 8b des Resonators 8 zugeführt wird, wobei die Verstärkung des HF-Messsignal durch die Signalverstärkungsanordnung 2 minimal gehalten oder ausgeschaltet ist .

Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn die Messeinrichtung 10 die Vorwärtsleistung P _fwd und die Rückwärtsleistung P _bwd von einem der beiden verstärkten HF-Signale 7 , 20 mi sst . In diesem Aus führungsbeispiel umfasst die Messeinrichtung 10 noch einen dritten Richtkoppler 10c und einen vierten Richtkoppler l Od . Der dritte Richtkoppler 10c ist dazu ausgebildet , um die Vorwärtsleistung P _{fwd 2} des zweiten verstärkten HF-Signals 20 zu messen . Der vierte Richtkoppler l Od ist dazu ausgebildet , um die Rückwärtsleistung P _bwd 2 des zweiten verstärkten HF-Signals 20 zu messen . Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, um auch eine Resonanz frequenz 12 anhand der Vorwärtsleistung P _{fwd 2} und der Rückwärtsleistung P _bW d 2 des zweiten verstärkten HF- Signals 20 zu ermitteln .

Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Verstärkerstufe 3 der Signalverstärkungsanordnung 2 sowohl das HF- Signal 5 als auch das zweite HF-Signal 19 verstärkt . Die Verstärkerstufe 3 arbeitet in diesem Fall vorzugsweise breitbandig bzw . die Frequenzen des HF-Signals 5 und des zweiten HF-Signals 19 liegen derart nahe beieinander, das s beide HF-Signale 5 , 19 verzerrungs frei durch die Verstärkerstufe 3 verstärkt werden können .

Figur 4 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel der Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 . Wie auch in Figur 3 umfasst die Signalgeneratorvorrichtung 16 in Figur 4 einen Signalgenerator 17 und einen zweiten Signalgenerator 21 . Der Signalgenerator 17 ist dazu ausgebildet , um das HF-Signal 5 zu erzeugen . Der zweite Signalgenerator 21 ist dazu ausgebildet , um das zweite HF-Signal 19 oder ein HF-Messsig- nal zu erzeugen . Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst eine Verstärkerstufe 3 und eine zweite Verstärkerstufe 22 . Die Verstärkerstufe 3 ist dazu ausgebildet , um das HF- Signal 5 zu verstärken und als verstärktes HF-Signal 7 am Signalausgang 6 aus zugeben . Die zweite Verstärkerstufe 22 ist dazu ausgebildet , um das zweite HF-Signal 19 zu verstärken und als zweites verstärktes HF-Signal 20 am zweiten Signalausgang 23 aus zugeben .

Die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 umfasst eine Combi- neranordnung 24 . Der Signalausgang 6 und der zweite Signalausgang 23 sind mit der Combineranordnung 24 verbunden und werden über die Combineranordnung 24 mit einem gemeinsamen Eingang 8a des Resonators 8 verbunden . Die Messeinrichtung 10 ist an der gemeinsamen Verbindung zwischen der Combineranordnung 24 und dem Resonator 8 angeordnet und kann das verstärkte HF-Signal 7 und/oder das zweite verstärkte HF-Signal 20 bzgl . der Vorwärtsleistung und der Rückwärtsleistung messen . Grundsätzlich könnte die Messeinrichtung 10 noch über eine Filteranordnung verfügen, um lediglich ein verstärktes HF-Signal 7 , 20 oder beide verstärkte HF-Signale 7 , 20 getrennt voneinander zu messen .

In Figur 4 ist außerdem die Statusmeldung 13 dargestellt , die einen Fehlerindikator umfasst . Der Fehlerindikator gibt an, dass eine Abweichung des verfolgten Verlaufs 28 der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet . Diese Abweichung kann eine Abweichung in der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , oder im zeitlichen Verlauf umfassen, in welchen sich die werkstückspezi fische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , ändert .

Grundsätzlich kann ein Signalgenerator 17 verwendet werden, der dazu ausgebildet ist , um alle HF-Signale 5 , 19 , also das HF-Signal 5 , das zweite HF-Signal 19 und das HF- Messsignal zu erzeugen . Bevorzugt werden allerdings separate Signalgeneratoren 17 , 21 verwendet , um die j eweil igen HF-Signale 5 , 19 zu erzeugen .

Figur 5 zeigt eine S-Parametermessung für den Parameter Sn . Diese gibt die Höhe der Rückwärtsleistung über einen bestimmten Frequenzbereich an . Zu erkennen ist , dass unterschiedliche Resonanzen in dem Resonator 8 ausgebildet werden können . Überall dort , wo die Rückwärtsleistung einen niedrigen Wert hat wird ein besonders hoher Anteil des verstärkten HF-Signals 7 in den Resonator übertragen . Das Verhältnis zwischen Vorwärtsleistung und Rückwärtsleistung für das verstärkte HF-Signal 7 ist an diesen Stellen zu Gunsten der Vorwärtsleistung maximal oder um weniger als 5 % des Maximalwerts vom Maximum entfernt . Eingezeichnet ist eine mögliche Resonanz frequenz 12 , wobei die Verarbeitungseinrichtung 11 dazu ausgebi ldet ist , um die Signalgeneratorvorrichtung 6 derart anzusteuern, dass diese das HF-Signal 5 mit der entsprechenden Resonanz frequenz 12 erzeugt .

Figur 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in Figur 5 gepunktet eingezeichneten Bereichs . Die Resonanz frequenz 12 befindet sich in diesem Aus führungsbeispiel bei 2 , 5 GHz . Weiterhin findet für den Fall , dass die Signalgeneratorvorrichtung 16 das HF-Signal 5 mit einer Frequenz erzeugt , die der Resonanz frequenz 12 entspricht , eine Feldverteilung des E-Felds 18 statt , wie diese eingezeichnet ist . Eine derartige Feldverteilung des E-Felds 18 kann zu Beginn der Mikrowellenbearbeitung vorliegen . Durch Bearbeitung des Werkstücks 9 kommt es zu einer Verschiebung der Resonanz frequenz 12 und einer sich ändernden Feldverteilung des E-Felds 18 , wie diese in Figur 7 eingezeichnet ist .

Figur 7 zeigt ein Ende der Mikrowellenbearbeitung für das Werkstück . Die Resonanz frequenz hat sich hin zu 2 , 505 GHz verschoben . Die Verarbeitungseinrichtung 11 ist dazu ausgebildet , um einen Verlauf 28 dieser Verschiebung der Resonanz frequenz 12 im Betrieb zu verfolgen . Hierzu ist die Verarbeitungseinrichtung 11 dazu ausgebildet , um ein erstes Frequenz-Steuersignal zu erzeugen und an die Signalgeneratorvorrichtung 16 zu übertragen, wobei das erste Frequenz-Steuersignal eine Frequenzvorgabe umfasst , die die Signalgeneratorvorrichtung 16 dazu veranlasst , um das HF-Signal 5 mit der vorgegebenen Frequenz zu erzeugen und an die Signalverstärkungsanordnung 2 aus zusenden . Die Frequenzvorgabe entspricht dabei dem j eweils aktuellen Wert der sich ändernden Resonanz frequenz 12 bzw . ist um weniger als 10 % davon entfernt .

Figur 8 zeigt in einem Diagramm, das die Frequenz f über der Zeit t darstellt , einen beispielhaften gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 einer Resonanz frequenz 12 . Dieser gespeicherte werkstückabhängige Verlauf 27 ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt . Der durch die Verarbeitungseinrichtung 11 zusammen mit der Messeinrichtung 10 verfolgte Verlauf 28 der Verschiebung der Resonanz frequenz 12 ist in einer gestrichelten Linie dargestellt . Ab einer bestimmten Zeit to beginnt der verfolgte Verlauf 28 der Resonanz frequenz 12 von dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 abzuweichen . Diese Frequenzabweichung, Af , erreicht ab einem bestimmten Zeitpunkt einen Schwellwert bzw . überschreitet diesen . In diesem Fall erhöht sich die Frequenz des verfolgten Verlaufs 28 der Resonanz frequenz 12 zu stark . Bevorzugt wird in diesem Fall eine Statusmeldung 13 ausgegeben, die einen Fehlerindikator umfasst .

Figur 9 zeigt ein Aus führungsbeispiel der Verstärkerstufe 3 der Signalverstärkungsanordnung 2 . Die Signalverstärkungsanordnung 2 umfasst in diesem Fall mehrere in Reihe angeordnete Signalverstärker 4 , wobei die mehreren in Reihe angeordneten Signalverstärker 4 dazu ausgebildet sind, um das HF-Signal 5 bzw . um das zweite HF-Signal 19 zu verstärken .

Figur 10 zeigt ein Aus führungsbeispiel der Verstärkerstufe 3 der Signalverstärkungsanordnung 2 mit parallel angeordneten Signalverstärkern 4 . Die mehreren parallel angeordneten Signalverstärker 4 sind dazu ausgebildet , um das HF- Signal 5 parallel zu verstärken und optional an mehrere Signalausgänge 6 , 23 aus zugeben . Diese Signalausgänge 6 , 23 sind in Figur 10 über eine Combineranordnung 24 zusammengefasst . Zuvor kann das HF-Signal 5 mit einer Splitteranordnung 29 aufgeteilt und den j eweiligen Signalverstärker 4 zugeführt werden .

Figur 11 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bearbeitung des Werkstücks 9 mit einer Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 . Die Werkstückbehandlungsvorrichtung 1 ist insbesondere gemäß einem der vorherigen Aus führungsbeispiele aufgebaut , wobei mittels der Signalverstärkungsanordnung 2 das Mikrowellensignal aus dem zugeführten HF- Signal 5 erzeugt werden kann . In einem ersten Verfahrensschritt Si wird das zu bearbeitende Werkstück 9 in den Resonator 8 eingelegt . In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird das HF-Signal 5 verstärkt und dem Resonator 8 zugeführt . In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird die werkstückspezi fische Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , ermittelt , die in dem Resonator 8 entsteht . In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird der Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspe zi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , verfolgt . In einem fünften Verfahrensschritt S5 wird der Verlauf 28 der Verschiebung der werkstückspezi fischen Frequenz , insbesondere Resonanz frequenz 12 , gegenüber dem gespeicherten werkstückabhängigen Verlauf 27 verglichen und eine Statusmeldung 13 ausgegeben, die zu dem Prozess fortschritt korrespondiert .

Die Erfindung ist nicht auf die Aus führungsbeispiele beschränkt . Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar .