DE972333C

DE972333C - Anordnung zur Bearbeitung thermoplastischer Folien im hochfrequenten Kondensatorfeld

Info

Publication number: DE972333C
Application number: DEP32828D
Authority: DE
Inventors: Tankred V Dipl-Ing Hauteville
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1949-01-30
Filing date: 1949-01-30
Publication date: 1959-07-02

Description

Anordnung zur Bearbeitung thermoplastischer Folien im hochfrequenten Kondensatorfeld Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bearbeitung thermoplastischer Folien im hochfrequenten Kondensatorfeld, bei der die Hochfrequenzenergie bis zu der über den Folien bewegbaren Elektrodeneinrichtung zweipolig zugeführt wird, und findet ihre Anwendung besonders beim Schweißen oder Schneiden. Bei bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Bearbeitung von thermoplastischen Folien macht die Zuführung der Hochfrequenz an die Schweißstelle häufig Schwierigkeiten. Dies ergibt sich daraus, daß bei unmittelbarer und aus konstruktiven Gründen teilweise ungeschirmter Zuführung ungleiche Potentialverteilungen auftreten, die lageabhängige Stromkreise ergeben. Das macht sich besonders unangenehm bemerkbar, wenn die Hände der Bedienungspersonen bei Bedienungsvorgängen in die Nähe der Stromkreise kommen.
Diese Nachteile bekannter Anordnungen werden gemäß der Erfindung für die eingangs erwähnte Anlage dadurch vermieden, daß die Energieankopplung an eine unter den Folien befindliche leitende Grundplatte mittels der bewegbaren Elektrode durch das Arbeitsgut hindurch über eine Kapazität CR erfolgt, die wesentlich größer ist als die Kapazität der Arbeitselektrode Cs gegen diese Grundplatte und die so zur Arbeitselektrode angeordnet ist, daß ein Arbeitsfeld praktisch nur zwischen Arbeitselektrode und Grundplatte auftritt.
Es ist zwar schon bekannt, durch Aufteilung auf zwei im wesentlichen gleich große Kapazitäten eine Energieübertragung zum Zweck der Hochfrequenz- erhitzung gleichzeitig durch beide Kapazitäten zu bewirken. Durch diese bekannte Anordnung wird aber das Problem einer zweckmäßigen Energieaufteilung bei solchen Anordnungen nicht berührt oder nahegelegt, bei welchen nur an einer einzigen Stelle ein anpaßbare, genau dosierte und von Zufälligkeiten unabhängige Energie zum Zweck der Hochfrequenzschweißung od. dgl. übertragen werden soll.
Bei den bekannten Anordnungen, bei denen das Problem der Vermeidung ungleicher Potentialverteilung sowie von schädlichen Streukapazitäten bereits durch zweipolige Energiezuführung zu den bewegbaren Arbeitselektroden gelöst wurde, ist aber die weitere Aufgabe, den einen Pol der bewegbaren Zuführung an eine unter den Folien liegende Arbeitsplatte anzukoppeln, ohne daß ein Arbeitsfeld zwischen den beiden bewegten Elektroden auftritt, noch nicht gelöst worden.
Der so gekennzeichneten Erfindung liegt eine Uberlegung zugrunde, die im folgenden beispielsweise für die Ankopplung nur einer Schweißelektrode durchgeführt ist: Bezeichnet man nämlich entsprechend Fig. I die Schweißelektrodenkapazität mit Cs und die Ankopplungskapazität mit CR, so ist die Leistung in der Schweißelektrodenkapazität AS = # CS . U52.tg& und mit As Is As = JS2 (I) a>C5.tg und entsprechend die in der Ankopplungskapazität AR = C v ds (2) (2) worin jeweils co die Kreisfrequenz, U die Spannung, J den Strom und 6 den Verlustwinkel, tg 8 also den sogenannten Verlustfaktor kennzeichnet.
Wegen der Reihenschaltung der Kapazitäten ist natürlich Js = JR = J Je größer also die Kapazität ist, desto geringer ist die in ihr verbrauchte Leistung. Will man also wunschgemäß die Leistung in der Elektrodenkapazität Cs möglichst groß, die in der Zuleitungskapazität dagegen möglichst klein machen, so muß Cs < CR (3) sein.
Der Einfluß der Verlustwinkel ist in Gleichung (3) vernachlässigt. Erfolgt die kapazitive Energiezuführung wie in dem anschließend zu beschreibenden Ausführungsbeispiel durch das Schweißgut hindurch, so ist ohnehin <3s = AR= 8. Für diesen Fall ergibt sich insbesondere das Verhältnis der Leistungen zu As CR AR CS (4) Die Leistungsdichten sind dann AS AR NS = VS NR = VR, (5) worin V die Volumina kennzeichnen.
Wegen der konstanten Dicke des Arbeitsgutes sind die Volumina den Kapazitätsflächen und damit unter zulässiger Vernachlässigung der Feldstreuungen (Materialdicke gering) den Kapazitäten direkt proportional. Auf Grund dieser Tatsache ergibt sich mit den Gleichungen (5) aus der Gleichung (4) das Verhältnis der für das Ausmaß der Erwärmung maßgebenden Leistungsdichten zu so daß also das Ausmaß der in der Elektrodenkapazität erwünschten, in der Zuleitungskapazität unerwünschten Erwärmung umgekehrt proportional dem Quadrat der Kapazitäten ist.
In dem weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Erfindung in ihrer Anwendung auf ein von Hand über das auf einer Arbeitsplatte liegende Arbeitsgut geführtes Rollenschweißgerät beschrieben. Bei dieser Anwendung ergeben sich folgende weiteren wesentlichen Merkmale, die die Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahme deutlich erkennen lassen.
Rollenschweißelektrode und metallene Arbeitsplatte dienen als Arbeits- (Schweiß-) Kapazität.
Die hierbei als Gegenelektrode zur Rollenschweißelektrode dienende Metallplatte durfte bei Anordnungen bisher bekannter Art und insbesondere bei den meist verwendeten sehr hohen Betriebsfrequenzen nur verhältnismäßig geringe Ausmaße haben, um das Auftreten ungleicher Potentialverteilungen wenigstens möglichst weitgehend zu vermeiden. Das gleiche gilt im beschriebenen Sinne für die Bemessung der Leitungen der Stromzuführungen. Infolge der Einpoligkeit des beweglichen Teiles (Rollenschweißgerät) ist ein zweipoliger Anschluß der gegebenenfalls abzuschirmenden Zuführung nicht möglich, so daß also die Abstimmung des von der Spule und den Zuleitungen einschließlich der Elektroden gebildeten Schwingkreises handempfindlioh und lageabhängig ist.
Im Sinne der Erfindung sind nun die erwähnten Nachteile in einfacher Weise dadurch zu beheben, daß die Energie der als Gegenelektrode dienenden Arbeitsplatte kapazitiv durch das Arbeitsgut hindurch über eine Kapazität zugeführt wird, die wesentlich größer ist als die Arbeitskapazität und mit dieser in Reihe liegt, und zwar beispielsweise mittels einer Zu- bzw. Rückleitungselektrode, die vorteilhafterweise ein Teil des Rollenschweißgerätes ist und beispielsweise ebenfalls in Form einer mitgeführten Rolle oder Walze ausgebildet sein kann.
Als Dielektrikum dient sowohl für die Arbeits- als auch die Zuleitungselektrode das Schweißgut selbst.
Gemäß Gleichung (6) ist die Kapazität der Zuleitungselektrode wesentlich größer zu machen als die der Arbeitselektrode, die Zuleitungselektrode also beispielsweise breiter als die Arbeitselektrode auszuführen.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine saubere Anpassung des eigentlichen Arbeitskreises an das Zuführungskabel ermöglicht wird und die Notwendigkeit sowohl einer Längenbegrenzung des Zuführungskabels als auch einer räumlichen Begrenzung der Arbeitsplatte wegfällt. Sowohl die Zuleitungs- als auch die Arbeitselektrode sind in der diesem Ausführungsbeispiel entsprechenden Vorrichtung dem Zweck entsprechend in Form einer von Hand über das Arbeitsgut zu führenden Einrichtung vereinigt.
Auch wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Achsen der beiden Rollen gegeneinander beweglich gelagert sind, wird es gelegentlich zum Zwecke der Erzielung von Nähten mit kleinem Krümmungsradius notwendig sein, die eigentliche Arbeitsrolle durch eine allseits beweglich gelagerte Kugel zu ersetzen. Um auch die Beweglichkeit der größeren (Rückleitungs-) Elektrode zu erhöhen, kann es gelegentlich vorteilhaft sein, diese als eine metallische Platte relativ großer Ausdehnung auszuführen, die in möglichst geringem Abstand auf Kugeln gelagert über das Arbeitsgut hinweggeführt wird. Dadurch ist auch ein gleichbleibender Abstand der Rückleitungselektrode von dem Arbeitsgut gewährleistet.
Wird die Arbeitselektrode als Rolle ausgebildet, so ist es zur Vermeidung der Ausübung eines starken Rollendruckes durch die Zuleitungselektrode auf die im Hochfrequenzfeld erhitzte Materialstelle von Vorteil, diese Rolle mit Endscheiben aus isolierendem Material oder mit beidseitig in engem Abstand von der Arbeitselektrode angebrachten Führungsrollen aus isolierendem Material zu versehen.
Will man die Anordnung zum Schneiden von Folien benutzen, so ist es zweckmäßig, die Arbeitselektrode genügend schmal oder zugeschärft auszubilden. Um mit wechselnder Geschwindigkeit arbeiten zu können, wird die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Steuereinrichtung ausgestattet, die die Leistung des Hochfrequenzgenerators entsprechend der Arbeitsgeschwindigkeit bzw. der Dicke des Materials selbsttätig regelt.
Außerdem ist eine Vorrichtung zur Abstimmung des eigentlichen durch die Elektroden gebildeten Arbeitskreises vorgesehen.
In den Fig. 2 bis 4 sind beispielsweise Ausführungen derartiger von Hand zu betätigender Rollen- bzw. Schneidgeräte in schematisierter Form dargestellt. Fig. 2 gibt in rein funktionsmäßiger Darstellung ein Beispiel eines der Erfindung entsprechend ausgebildeten Schweißgerätes wieder, bei dem die Elektroden als Rollen ausgebildet sind.
Die schmale Arbeitselektrode ist mit I, die Rückleitungselektrode, die in dieser Ausführung starr mit der Arbeitselektrode verbunden ist, mit 2 bezeichnet. Über Kontaktfedern 3 und 4 wird diesen Rollen die Hochfrequenzspannung zugeführt. 5 und 6 sind die zu verarbeitenden Folien, die auf der metallischen Tischplatte 7 beliebiger Größe aufliegen. 8 ist eine Einrichtung zur Abstimmung des elektrischen Arbeitskreises und g die abgeschirmte Hochfrequenzzuführung. Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem die Arbeitselektrode I inmitten eines metallischen Gehäuses angeordnet ist, dessen unterer Abschluß die als Rückleitungselektrode dienende metallische Platte 2 bildet. I0 sind die Laufkugeln.
Mit Hilfe einer Feder I I wird die Arbeitselektrode unter mäßigem Druck auf das Arbeitsgut aufgedrückt. I2 ist der auf dem Oberteil des Gehäuses angeordnete Handgriff. Die Bezugszeichen 3, 5, 6, 7, 8, 9 entsprechen den Bezugszeichen in Fig. 2.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt; sie kann z. B. auch angewendet werden, wenn die galvanische Energiezuführung aus irgendwelchen anderen als den genannten Gründen nicht möglich oder unzweckmäßig ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Anordnung zur Bearbeitung thermoplastischer Folien im hochfrequenten Kondensatorfeld, insbesondere zum Schweißen oder Schneiden, bei der die Hochfrequenzenergie bis zu der über den Folien bewegbaren Elektrodeneinrichtung zweipolig zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieankopplung an eine unter den Folien befindliche leitende Grundplatte mittels der bewegbaren Elektrode durch das Arbeitsgut hindurch über eine Kapazität (CR) erfolgt, die wesentlich größer ist als die Kapazität der Arbeitselektrode (cis) gegen diese Grundplatte und die so zur Arbeitselektrode angeordnet ist, daß ein Arbeitsfeld praktisch nur zwischen Arbeitselektrode und Grundplatte auftritt.
2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselektrode als Rolle geringer, die Rückleitungselektrode als Rolle relativ großer Breite ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Arbeits- und der Rollenelektrode starr oder gegeneinander verschiebbar in einem aus verlustarmem Material bestehenden Gehäuse angeordnet sind.
4. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselektrode als eine in einem Käfig allseitig drehbar gelagerte Kugel ausgebildet ist.
5. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückleitungselektrode als eine starr oder beweglich mit der Lagerung der Arbeitselektrode verbundene, vorzugsweise metallische Platte ausgebildet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Platte ausgebildete Rückleitungselektrode mittels in ihr gelagerter oder in Aussparungen der Rückleitungselektrode eingreifender im Gehäusekörper gelagerter Kugeln in möglichst geringem Abstand vom Arbeitsgut gehalten wird.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselektrode insbesondere zum Schneiden dünner Folien schmal bzw. zugeschärft ausgeführt ist.
8. Anordnung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur elektrischen Abstimmung des durch die Elektroden gebildeten Arbeitskreises vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 045 523, 2 288 26S, 298 o38, 2422 525.