DE1540698A1

DE1540698A1 - Schaltungsanordnung fuer Hochfrequenz-Schweissgeraete

Info

Publication number: DE1540698A1
Application number: DE19651540698
Authority: DE
Inventors: Werner Kratz
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1965-09-03
Filing date: 1965-09-03
Publication date: 1970-02-05

Description

Schaltungsanordnung für Hochfrequenz-Schweißgeräte Hochfrequenz-Schweißgeräte werden in der Technik häufig zur Herstellung von Schweißverbindungen zwischen Folien aus polymeren Werkstoffen, z. B. aus Polyvinylchlorid, verwendet. Bei ihrer Anwendung zeigt sich in der Praxis, daß in vielen Fällen keine guten Schweißverbindungen hergestellt werden, vor allem dann, wenn Folien verschiedener Zusammensetzung bzw. verschiedener Dicke verschweißt werden. Diese beim Betrieb der Schwer#geräte auftretenden Fehler sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß der Schweißkreis wegen der verschiedenen Dicken des Schweißgutes bzw. der unterschiedlichen Elektrodenflächen eine sehr unterschiedliche. Resonanzfrequenz besitzt und auch die Energieankopplung abhängig von den Dicken des Schweißgutes bzw. von der Größe der Elektrodenflächen ist.
Um die Schweißeigenschaften derartiger Werkstoffe feststellen zu können, hat man mit sogenannten Hochfrequenz-Schwc .
Testplätzen die Schwei#eigenschaften der Stoffe untersucht, jedoch auch in diesem Falle keine Rücksicht auf die unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Schweißkreises genommen, die zudem auf den Sender unkontolliert rückwirken.
Es wurde nun gefunden, daß sich die Nachteile der beka.,,..;-ten Schaltungsanordnungen für derartige Hochfrequenz-Gerate dadurch beheben lassen, daß der Schweißkreis, der als Kapazität die Schweißelektroden enthält, über eine feste, einen Teil des Resonanzkreises bildende Impedanz mit einem der Zuleitung entsprechenden Wellenwiderstandswert an diese angekoppelt ist und zwischen einem Pol der Eingangsimpedanz und einer Schweißelektrode eine variable Induktivität angeordnet ist.
Als Anpassungsglied des Schweißkreises an die Zuleitung dient hierbei also ein Schweißkreis mit Anzapfungen, dessen Resonanzfrequenz mit der Generatorfrequenz Ubereinstimmen soll. Er wird von einer variablen Induktivität und einem Kondensator gebildet, in dessen dielektrischem Raum, d. h. zwischen den Schweißelektroden, sich das zu verschweißende Gut befindet. Wegen der verschiedenen Dicken des Schweißgutes bzw. der unterschiedlichen Elektrodenflächen kann dieser Kreis mit sehr verschiedenen Kapazitäten durch die variable Induktivität in Resonanz gebracht werden. Die Regelbarkeit wird durch in einer Spule verschiebliche Kerne, z. B. durch ein Silberrohr, zur Induktivitätsverringerung bzw. durch Eisenkerne zur Induktivitätserhöhung verwirklicht. So kommt man ohne verschleißende bzw. korrodierende Schaltkontakte aus und kann zusätzlich stufenlos einstellen.
Vorzugsweise erfolgt die Ankopplung im kapazitiven Zweig, der in zwei Hälften geteilt ist, wobei eine Teilkapazität, die die gleiche Impedanz wie die Speiseleitung besitzt, zur Ankopplung derselben dient.
In der Abbildung ist eine beispielsweise Ausführung der erfindungagemäBen Schaltungsanordnung schematisch dargestellt.
Die Speiseleitung, die beispielsweise eine Impedanz von 50 Ohm besitzt, wird mit der Eingangsbuohse -l des Anpassungsgliedes verbunden. Der als Resonanzkreis ausgebildete Schweißkreis besteht aus einem Eingangskondensator 2, der eine Größe von 120 pF besitzt, einer variablen Induktivität 3 und einer Kapazität 4, die durch die Schweißelektroden und zwischen ihnen liegendem Schweißgut gebildet wird. Zur Messung der Elektrodenspannung wird über einen kapazitiven Spanungsteiler 5 die an den Schweißelektroden liegende Spannung über eine Meßdiode 6 und eine Hochfrequenz-Aussiebung einem nicht dargestellten Spannungsschreiber zugeführt.
Zur Durchführung der Verschweißung wird die Anpassung des Schweißkreises an dem nicht dargestellten, beispielsweise quarz-gesteuerten, Iiochfrequenz-Generator so gewählt, daß sie etwa in der Mitte der Schweißzeit optimal ist, d. h., daß dann der Schweißkreis in Resonanz ist, und ein Maximum an Spannung an den Elektroden liegt. Ein anderer Faktor präzisiert jedoch die wünschenswerte Lage des Anpassungsmaximums noch weiter. Zwangsläufig durchläuft nämlich der temperaturabhängige Verlustwinkel der Folie, der maßgebend für den sich in Wirkleistung (Wärme) umsetzenden Teil der Sender-Sche in-leistung ist, beim Erwärmen von 200 C auf 1800 a ein Maximum. Seine exakte Temperatur lage wird bei PVC hauptsächlich vom Weichmacher-Gehalt bestimmt, außerdem vom Molekülaufbau und aktiven Füllstoffen. Es befindet sich in der Mitte des viskoelastischen Bereiches, also zwischen Glas- und Fließpunkt. Das Anpassungsmaximum wird nun genau so eingestellt, daß es mit dem Verlustwinkelmaximum zeitlich zusammenfällt, um eine möglichst hohe Energieausnutzung zu bekommen. Durch Versuche konnte festgestellt werden, daß der Verlustwinkel kurzzeitig bis auf 1 ansteigt, was besagt, daß dann die gesamte angebotene Hf-Energie im Schweißgut in Wärme umgewandelt wird.
Um den Verlauf der vom Generator abgegebenen Scheinleistung sowie den Verlauf der vom Anpassungs-Transformator reflektierten Blindleistung und den der Elektrodenspannung über die Schweißzeit verfolgen zu können, werden alle diese Größen mit Schreibern, die synchron mit dem Sender von einem Schweißzeitgeber eine und ausgeschaltet werden, aufgezeichnet.
Die erfindungagemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß eine optimale in weiten Bereichen regelbare Anpassung des Generators im Hinblick auf die Eigenschaften des zu verschweißenden Materials möglich ist. Es ist hierbei auch möglich, durch gewollte Abweichungen des Anpassungsoptimums mit der Schweißzeit bzw. dem Verlustwinkelmaximum früher oder später eine Anpassung an die Materialeigenschaften vorzunehmen, wenn beispielsweise bei der optimalen Anpassung Durchschläge auftreten. Dadurch läßt sich erreichen, daß der Zeitpunkt der minimalen Durchschlagsfestigkeit nicht mit dem Spannungsmaximum zusammenfällt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist sowohl bei sogenannten Schweiß-Testplätzen als auch bei betriebsmäßigen Schweißanlagen einsetzbar, wobei erreicht wird, daß Fehlschweißungen praktisch völlig ausgeschlossen sind.

Claims

Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung für Hochfrequenz-Schweißgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißkreis, der als Kapazität die Schweißelektroden (4) enthält, an einer festen, einen Teil des Schweißkreises bildenden Impedanz (2) mit einem der Zuleitung (1) entsprechenden Wellenwiderstandswert an diese angekoppelt ist und zwischen einem Pol der Eingangsimpedanz (2) und einer Schweißelektrode eine variable Induktivität (3) angeordnet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kopplungsimpedanz ein Kondensator vorgesehen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpassungsmaximum so eingestellt ist, daß es mit dem Verlustwinkelmaximum zeitlich zusammenfällt-. L e e r s e i t e