Vorrichtung zum Verbinden blattförmiger dielektrischer Materialien im hochfrequenten Kondensatorfeld. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung zum Verbinden blattförmiger dielek- trischer Materialien veränderlicher Gesamt dicke im hochfrequenten Kondensatorfeld mit einem auf Änderungen des hochfrequenten Kondensatorstromes ansprechenden Detektor.
Die Verwendung von Hochfrequenzfeldern zum Erwärmen und kontinuierlichen Verbin den von dielektrischem Material ist bekannt. Es war bisher üblich, die Vorschubgeseliwin- digkeit des Materials oder die Anodenspan nung des Oszillators zii verändern, uni die Schwankungen der Dicke des zii behandeln den Materials auszugleichen.
Dies kann von Hand ausgeführt, werden, in welchem Falle die Bedienungsperson Änderungen der Ma terialdicke zuvorkommen und die notwendi gen Änderungen in der Vorschubgeschwin- digkeit oder an der Spannung genau zur richtigen Zeit vornehmen muss. Diese Ab hängigkeit von der manuellen Bedienung ver ursacht Ausschuss und verringert die Arbeits- geschwindigkeit. Eine solche Einstellung kann auch automatisch vorgenommen werden, es ist aber schwierig, eine ausreichende Über einstimmung zwischen dein ersten Auftreten der Änderung der Materialstärke und der richtigen Einstellung der Betriebsbedingun gen zu erhalten.
Bei solchen Anordnungen, bei denen Relais und/oder Motoren verwen det. werden, ergibt der unvermeidliche Zeit unterschied fehlerhafte Resultate. Nenn selbsterregte Oszillatoren verwendet werden und die Anodenspannung verändert wird, um die Ausgangsleistung zu verändern, ergaben sich Schwierigkeiten infolge von Frequenz wanderung.
Damit in einem bestimmten Material bei gegebener Frequenz, Elektrodenform und Vorschubgeschwindigkeit pro Volumeneinheit stets die gleiche Wärmemenge erzeugt wird, muss der durch das Material fliessende Hoch frequenzstrom unbekümmert um die Ände rungen der Dicke konstantgehalten werden.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor so angeordnet und ausgebildet ist., dass er mit Hilfe mindestens eines Gleich richters vom Hochfrequenzstrom eine Regel spannung ableitet, welche von der Dicke des Materials im Kondensator abhängig ist und die die vom Hochfrequenzgenerator gelieferte Spannung derart steuert, dass die Stärke des Hoehfrequenzstroines im Kondensator auf einem mindestens angenähert konstanten Wert gehalten wird.
In den Figuren der beiliegenden Zeich nung ist eire Ausführungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt das Schaltschema desselben. Fig. 2 stellt den Zusammenhang zwischen Belastungsstrom und Dicke des Materials graphisch dar. Die Fig. 3 und 5 zeigen den Zusammen hang zwischen Materialdicke und Regel spannung.
Fig. 4 zeigt das Schaltschema einer Va riante des Detektors von Fig. 1.
In Fig. 2 zeigt die Kurve :1 den Zusam menhang zwischen Stromstärke und Dicke des zu verbindenden Materials für ideale Verhältnisse. Man sieht, dass der Strom im wesentlichen konstant ist, mit Ausnahme für ganz dünne Materialien, wo etwas grössere Ströme notwendig sind. Dies rührt von der stärkeren Abkühlung durch die Elektroden beim dünneren Material her.
Die Kurve B zeigt, wie die Stromstärke normalerweise abfällt, wenn :die Material stärke zunimmt, und zwar für einen üblichen selbsterregten Oszillator ohne irgendwelche automatische Regulierung. Man sieht, dass der Strom, wenn er nicht reguliert wird, und für eine bestimmte Dicke eingestellt ist, so rasch abfällt, dass selbst ein nur wenig .dickeres Material nicht genügend erwärmt wird.
Um über einen grossen Bereich von Ma terialstärken eine gleichmässige Erwärmung zu erhalten, muss ein Steuersystem angeord net werden, das automatisch :den Unterschied zwischen den Kurven A und B behebt. Fig. 1 zeigt ein solches System.
Dieses System be ruht auf der Anwendung der bekannten Ver- stärker-Belastungs-Effekte, nämlich (1) dem Bestreben des Belastungsstromes abzunehmen, wenn die Dicke der Last und damit der Wi derstand zunimmt und (2) das Bestreben der Ausgangsspannung des Verstärkers zuzuneh men, wenn :die Dicke der Last und damit der Widerstand zunimmt.
In Fig. 1 ist die koaxiale Übertragiuigs- leitung 1 am Belastungsende mit einer Neben schlussspule 2, einer Reihenschlussspule 3, einem Abstimmkondensator 4 und mit den Elektroden 5 und 6 verbunden, zwischen denen das aus zu verbindenden Schichten be stehende Material 7 hindurchgeführt wird.
Die Elemente 2, 3 und 4 bilden die Ab stimmvorrichtung des lastseitigen Endes der Vorriehtung. Die Elektroden 5 und 6 können zwecks Ermöglichung des Materialvorschubs entweder auf- und abbewegbar oder auch rollenförmig ausgeführt sein.
Mit der Spule 2 ist eine Spule 8 induktiv gekoppelt, die gleichzeitig mit einem Dioden- (-Tleichrichter 9 und einem Potentiometer 10 in Serie geschaltet ist. Auf die gleiche Weise ist die Spule 11 mit der Spule 3 gekoppelt und in Serie mit einem Dioden-Gleichrichter 12 und einem Potentiometer 13 geschaltet.
Die Potentiometer 10 und 13 sind mittels der Kondensatoren 10e und 13 geshuntet, um Wege niedriger Impedanz für die Hoch frequenzkomponenten der gleichgerichteten Ströme zu schaffen. Die verschiebbaren Ab griffe 14 und 15 sind über den Leiter 16 mit einander verbunden und die Leiter 17 und 18 führen zu den Enden der entsprechenden Potentiometer 10 und 13. Man bemerkt, dass die Polarität der Dioden derart ist, dass die Spannung zwischen den Drähten 17 und 18 gleich der Differenz zwischen den Schiebern und dem untern Ende des entsprechenden Potentiometers ist.
Die eben -beschriebenen Elemente bilden den Detektor 19, Lind die einzige zwischen den Drähten 17 und 18 auf tretende Ausgangssteuerung läuft von einem negativen Wert durch Null zu einem posi tiven Wert, wenn die Dicke des Materials 7 zunimmt, wie es nachfolgend erklärt wird.
In Fig. 3 stellt die Kurve 10a die Span nungsänderung am Potentiometer 10 dar, wenn sich die Dicke ändert. Sie nimmt zu, wenn die Dicke zunimmt und bildet ein Mass für die Hochfrequenzspannung. Die Kurve 13a zeigt die Spannungsänderung am Poten- tiometer 13, wenn sich die Materialdicke än dert. Sie nimmt deshalb mit zunehmender Dicke ab, weil sie ein Mass ist für den Be lastungsstrom, welcher infolge zunehmender Dicke abfällt.
Die Spannung zwischen den Leitern 17 und 18 ist durch die Differenz zwischen den Ordinaten der beiden Kurven 10a und 13a dargestellt. Am Punkt 20 ist daher eine Dicke vorhanden, bei welcher die Ausgangsspannung gleich Null ist. In der Zone N ist die Ausgangsspannung negativ und nimmt mit zunehmender Dicke ab, wie es durch die vertikalen Linien dargestellt ist. In der Zone P ist die Ausgangsspannung positiv und nimmt, wie gezeigt, mit zu nehmender Dicke zu.
Man sieht, dass die M:a- terialdieke, bei welcher die Ausgangsspan nung Null ist, durch Versehieben des einen oder andern der beiden Gleitkontakte 14 und 15 verändert werden kann. Es ist auch möglich, die (lleitkontakte mechanisch derart zu verbinden., dass sie gleichzeitig verstellt werden. Sie werden gewöhnlich derart einge-. stellt, dass sie für eine mittlere zu behan delnde Dicke die Regelspannung Null liefern.
Nachdem. derart eine Reguzlier-Gleichspan- nung erhalten worden ist, die eine Funktion der Belastungsänderung ist, soll erläutert werden, wie diese Spannung zur Einstellung eines im wesentlichen konstanten Stromes im Material verwendet werden kann.
In Fig. 1 wird eine übliche Oszillator- stufe mit einer Triode 21 und abgestimmtem Gitter und Anodenkreis verwendet. Die Oszillatorstufe kann durch einen vom Relais 21n betätigten Sehalter in der Kathoden leitung der Triode 21 ein- und ausgeschaltet werden.
Die Anodenspule 22 der Oszillator- stufe ist induktiv mit der Gitterspule 23 der folgenden Stufe gekoppelt, um einen Gegen takteingang zu den Gittern 24 und 25 der Doppelpentode 26 zu schaffen, die als Ge- gentakt-Vorverstärker arbeitet. Die Anoden spule 27 der Vorverstärkerstufe ist. induktiv mit der Gitterspule 28 gekoppelt, welche mit den Gittern 29 und 30 der beiden Trioden 31 und 32 verbunden ist, die als Gegentakt- Kraftverstärker geschaltet sind.
Die Anoden spule 33 dieses Kraftverstärkers ist induktiv mit. der Spule 34 gekoppelt, die mit dem senderseitigen Ende der früher erwähnten koaxialen Leitung 1 verbunden ist.
rber die Anschlusspunkte 35, 36 und 37 werden die positiven Anodenspannungen den verschiedenen Stufen zugeführt, während der gemeinsame negative Anschluss 66 geerdet wird. Mer :die Klemme 38 wird eine negative Gittervorspannung an den Kraftverstärker angelegt. Eine rezzlierbare Schirmoritterspan- nung für den Vorverstärker 2'6 wird vom Potentiometer 61 erhalten, das zwischen die Anodenleitung (Anschluss 36) und Erde ein geschaltet ist.
Die Leitungen 63 und 64 des Heiztransformators 62 führen zu den Hei- zungsanschlüssen der Kraftverstärkerröhren 29 und 30. Der mittlere Anschluss 65 der Se kundärwicklung ist. geerdet und dient. dazu, den Anodenstromkreis zu schliessen.
Wie oben beschrieben, führen die Drähte 17 und 18 eine Gleichspannung, welche in po sitiver Richtung zunimmt, wenn die Material dicke zunimmt. Diese Spannung wird zwi schen dem Gitter 39 der Triode 40 und dem Gleitkontakt 41 des Potentiometers angelegt. Ein Brücken-Gleichrichter 43 erhält Wechsel strom von der Heizleitung 44 und liefert Gleichstrom zum Potentiometer 42, wobei ein Teil der Spannung als Gittervorspannung zwischen .dem Gleitkontakt. 41 und der Ka thode 45 liegt.
Die Kathode 45 ist geerdet und ein Kathodenwiderstand 46 ist mit der Anschlussklemme 47 verbunden, welche am negativen Pol einer Anodenspannungsquelle liegt, deren positiver Pol mit der Klemme 48 und damit mit der Anode 49 verbunden ist. Ein Potentiameter 50 ist zwischen die Klem men 47 und 48 eingeschaltet, dessen Gleit- kontakt 51 mit dem Gitter 52 der Pentode 53 verbunden ist, die als Trioden-Kathoden- Verstärker geschaltet ist.
Die Kathode der Röhre 53 ist geerdet, und ein Widerstand 54 ist zwischen diese Kathode und die Klemme 55 gelegt, welche an den negativen Pol der Anodenspannungsquelle angeschlossen ist; deren positiver Pol mit, der Klemme 56 ver bunden ist. Eine Leitung 58 führt von der Klemme 55 zum Mittelpunkt 59 der Gitter spule 23 des Vorverstärkers. Die Doppel kathode 60 ist. geerdet und man sieht daher, dass die Ausgangsspannung: des Kathoden verstärkers 53, die am Widerstand 54 er scheint, dem Gitterkreis des Vorverstärkers direkt als Gittervorspannung zugeführt wird.
<I>Die</I> Wirkungsweise: Wie bereits erwähnt, kann die Regelspan nung durch Verschieben der Gleitkontakte 14, 15 so eingestellt werden, dass sie bei einer gewissen Dicke des Materials 7 gleich Null wird.
Angenommen, die Spannung zwischen den Leitern 17 und 18 sei Null. In .diesem Fall bestimmt die Einstellung des Gleitkontaktes 41 des Potentiometers 42 allein die Spannung am Gitter 39, die den Anodenstrom der Röhre 40 steuert und damit den Spannungs abfall im Widerstand 46.
Die dem Gitter 52 des Kathodenverstärkers 53 aufgedrückte Spannung besteht aus einer vom Potentio- meter 50 abgenommenen positiven Kompo nente sowie einer negativen Komponente, die gleieh dem Spannungsabfall im Widerstand 46 ist. Diese Spannung bestimmt den Wert des Anodenstromes der Kathodenverstärker röhre 53,
.der seinerseits die Grösse des Span nungsabfalls im Widerstand 54 festlegt. Diese Spannung ist die Vorspannung am Gitter des Vorverstärkers 26 und bestimmt dessen Aus- gangsspannung. Die Gleitkontakte 41 und 51 können daher so eingestellt werden, dass für eine gegebene Dicke und ein gegebenes Ma terial ,der richtige Strom fliesst, -Lun ,die ge wünschte Erwärmung zu ergeben.
Wenn jetzt dickeres Material zwischen die Elektroden gelangt, wird die Regelspannung einen posi tiven Wert annehmen, wodurch an der Röhre 40 .eine weniger negative Gitterspannung ent steht. Der Anodenstrom der Röhre 40 nimmt zu, und dies verstärkt die Zunahme der dem Gitter 52 der Kathodenverstärkerröhre zu geführten negativen Gitterspannung. Dies senkt die negative Gittervorspann-Ling an den Gittern des Vorverstärkers, so dass derselbe eine grössere Ausgangsspannung liefert. Diese höhere Spannung erhöht die Spannung am Kraftverstärker -Lind dessen Ausgangsspan nzmg wird ebenfalls erhöht, so dass der Strom wieder auf seinen Anfangswert ansteigt.
Wenn das Material dünner wird, findet der umgekehrte Vorgang statt, da der Detektor auf beide Richtungen der möglichen Dicken änderung reagiert. Die Wirkung ist allgemein derart, dass einer Änderung .des Belastungs stromes durch @ eine Spannungsänderung, :die an der Gittervorsp.annungssteuerwig erzeugt wird, wie beschrieben, entgegengewirkt wird. Das heisst, es besteht das Bestreben einer konstanten, von Dickenänderungen unabhän gigen Spannungsgradienten im Material auf rechtzuerhalten.
Es ist auch möglich, nur mit dein. Gleich richter 12 zu arbeiten und die erhaltene Spannung mit einer konstanten Spannung zu vergleichen, wie beispielsweise mit der Spannung einer Batterie oder einer andern Stromquelle mit konstanter Spannung. Dem gemäss zeigt Fig. 4 einen Detektor 19a., bei dem die Spule 8 und die Gleichrichterröhre 9 durch eine Batterie ersetzt sind.
Man sieht, dass die Arbeitsweise dieselbe ist, wie es bereits in bezug auf den Detektor 19 erklärt wurde, mit der Ausnahme, dass anstatt der steigenden Spannung (10a von Fig. 3) jetzt eine konstante, von der Batterie 67 gelieferte Spannung verwendet wird. Diese ist in Fig. 5 als Kurve 67a, dargestellt. Die Zonen .der negativen und positiven Regel spannungen sind mit N' bzw. P bezeichnet, während am Punkt 20a die Steuerspannung Null ist. Eine mit zunehmender Dicke in po sitivem Sinne wachsende Regelspannung wird auch hier wieder, wie oben beschrieben, er halten.
Die Wirkungsweise ist im übrigen die gleiche wie im Zusammenhang mit Fig. 1 be schrieben.
Da keine Motoren und Relais zur Rege lung verwendet werden, ist die Zeit bis zum Ansprechen nur durch die Zeitkonstanten der Stromkreise -begrenzt, die dadurch be- dingten Verzögerungen sind in bezug auf die Geschwindigkeit des Materialvorsehubs ver- nachlässigbar klein.
Dank der Verwendung einer Erregerstufe, die nur eine kleine Ausgangsleistung zur Steuerung der Vorverstärkerstiife zu erzeu gen braucht, ist es möglich, eine sehr stabile und von Belastungsschwankungen praktisch unabhängige Frequenz zu erzeugen.
Dies ge währleistet., dass- die Frequenz innerhalb dem für die Vorrichtung festgelegten Frequenz band verbleibt und da:ss die Heizwirkung sich nicht infolge von Frequenzschwank-Lmgen verändert: - Da die Detektoreinheit 19 in einem Gitter kreis mit. grosser Impedanz arbeitet, liefert sie nicht viel Strom und kann bei Verwen dung kleinster Bestandteile sehr klein aus geführt sein. Sie kann deshalb sehr nahe bei den Elektroden 5 und 6, also in nächster Nähe der Last angeordnet. werden.