DE1540698A1

DE1540698A1 - Circuit arrangement for high frequency welding equipment

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. Circuit arrangement for high-frequency welding devices High-frequency welding devices are often used in technology to produce welded joints between foils made of polymeric materials, e.g. B. of polyvinyl chloride used. In their application It has been found in practice that in many cases no good welded joints are made especially when foils of different composition or different Thickness to be welded. These errors that occur when operating the heavy equipment are essentially due to the fact that the welding circuit because of the different Thicknesses of the weld metal or of the different electrode surfaces are very different. Has a resonance frequency and also the energy coupling depends on the thicknesses of the weld metal or the size of the electrode surfaces.

Um die Schweißeigenschaften derartiger Werkstoffe feststellen zu können, hat man mit sogenannten Hochfrequenz-Schwc .To be able to determine the welding properties of such materials, one has with so-called high frequency 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.Test places examined the welding properties of the fabrics, however also in this case no consideration of the different operating conditions of the welding circuit, which also have an uncontrolled effect on the transmitter.

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.It has now been found that the disadvantages of the known circuit arrangements for such high-frequency devices can be remedied by the fact that the welding circuit, which contains the welding electrodes as a capacitance, over a fixed part of the Forming a resonance circle Impedance with one corresponding to the supply line Characteristic impedance value is coupled to this and between one pole of the input impedance and a welding electrode, a variable inductance is arranged.

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.This serves as an adapter of the welding circuit to the supply line So a welding circuit with taps, its resonance frequency with the generator frequency Should agree. It is made up of a variable inductor and a capacitor formed, in its dielectric space, d. H. between the welding electrodes, yourself the item to be welded is located. Because of the different thicknesses of the weld metal or the different electrode surfaces, this circle can have very different Capacities are brought into resonance by the variable inductance. The controllability is displaced by cores in a coil, e.g. B. through a silver pipe, for Reduction of inductance or realized by iron cores to increase inductance. So you can and do without wearing or corroding switch contacts can also be set continuously.

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.The coupling is preferably carried out in the capacitive branch, which is divided into two Is divided into halves, with a partial capacitance having the same impedance as that Has feed line, is used to couple the same.

In der Abbildung ist eine beispielsweise Ausführung der erfindungagemäBen Schaltungsanordnung schematisch dargestellt.The illustration shows an example of an embodiment of the invention Circuit arrangement shown schematically.

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.The feed line, which has an impedance of 50 ohms, for example, is connected to the input socket -l des Matching link connected. The welding circuit, designed as a resonance circuit, consists of an input capacitor 2, which has a size of 120 pF, a variable inductance 3 and a capacitance 4, formed by the welding electrodes and weld metal lying between them will. A capacitive voltage divider is used to measure the electrode voltage 5 the voltage applied to the welding electrodes via a measuring diode 6 and a high-frequency screening fed to a voltage recorder, not shown.

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.To carry out the welding, the adjustment of the welding circuit is required on the non-illustrated, for example quartz-controlled, high-frequency generator chosen so that it is optimal around the middle of the welding time, d. that is, then the welding circuit is in resonance, and a maximum of voltage on the electrodes lies. Another factor, however, specifies the desirable position of the adjustment maximum further. The temperature-dependent loss angle inevitably passes through the film, which is decisive for the part of the Transmitter power is a maximum when heated from 200 C to 1800 A. His With PVC, the exact temperature is mainly determined by the plasticizer content, also from the molecular structure and active fillers. It's in the middle of the viscoelastic area, i.e. between the glass and flow point. The adaptation maximum is now set in such a way that it coincides in time with the maximum loss angle, to get the highest possible energy utilization. Experiments were able to determine be that the loss angle increases briefly to 1, which means that then the entire offered RF energy in the weld metal is converted into heat.

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.To the course of the apparent power emitted by the generator as well as the course of the reactive power reflected by the matching transformer and the Being able to track the electrode voltage over the welding time will be all of these Sizes with recorders that are synchronized with the transmitter by a welding timer and turned off.

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.The circuit arrangement according to the invention has the advantage that a optimal adjustment of the generator, which can be regulated over a wide range, with regard to the properties of the material to be welded is possible. It is here too possible due to deliberate deviations of the optimum adaptation with the welding time or the loss angle maximum, sooner or later an adaptation to the material properties if, for example, breakdown occurs during the optimal fit. In this way it can be achieved that the point in time of the minimum dielectric strength does not coincide with the voltage maximum.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist sowohl bei sogenannten Schweiß-Testplätzen als auch bei betriebsmäßigen Schweißanlagen einsetzbar, wobei erreicht wird, daß Fehlschweißungen praktisch völlig ausgeschlossen sind.The circuit arrangement according to the invention is both in so-called Welding test stations can also be used in operational welding systems, whereby what is achieved is that faulty welds are practically completely ruled out.

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for high-frequency welding devices, characterized in that a welding circuit, which acts as a capacitance, the welding electrodes (4) contains, at a fixed, part of the welding circuit forming impedance (2) coupled to a characteristic impedance value corresponding to the supply line (1) is and between a pole of the input impedance (2) and a welding electrode a variable inductance (3) is arranged.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a capacitor is provided as the coupling impedance.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the adjustment maximum is set so that it is timed with the loss angle maximum coincides-. L e r s e i t e