DE1048373B - Regelvorrichtung für eine Einrichtung zur Wärmebehandlung von Gut im kapazitiven Hochfrequenzfeld - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Hochfrequenzgeneratoren für industrielle Zwecke, insbesondere Kunststoff-Schweißmaschinen und Vorwärmgeräte, die mit Hilfe dielektrischer Verluste arbeiten..

Bei den meisten industriellen Anwendungen der dielektrischen Erwärmung wird das zu erhitzende Gut, das einen schlechten elektrischen Leiter darstellt, zwischen zwei Metallelektroden gebracht, an die eine Hochfrequenzspannung angelegt wird. Der Ohmsche Widerstand des Materials nimmt im allgemeinen im Verlauf der Erhitzung rasch ab.

Bei diesem. Verfahren ist es schwierig, die Arbeitsbedingungen in passender Weise einzustellen,, insbesondere die Erhitzungszeit, die den Elektroden zugeführte Hochfrequenzspannung und die Kapazität zwischen den Heizetektroden, um vorbestimmte Schweiß- bzw. Vorwärmkennwerte einzuhalten. Unregelmäßigkeiten in diesen Kennwerten werden durch eine Anzahl zufälliger Ursachen hervorgerufen:

Änderungen der Hochfrequenzspannung mit der Netzspannung oder der Röhrenalterung, Abstimmänderungen der Stromkreise, Schwankungen der Durchlaufgeschwindigkeit des erhitzten Gutes,, wenn das letztere beispielsweise durch einen Elektromotor angetrieben wird, der seinen Durchlauf zwischen den Elektroden bewirkt (bei Schweißmaschinen mit durchlaufender Schweißnaht), ferner Auswechslung der bei Massenproduktion verwendeten Elektroden. Beispielsweise kann es bei Schweißmaschinen mit festen Elektroden erforderlich sein, die eine Elektrode durch eine andere zu ersetzen, um einen bestimmten Teil schweißen zu können. Die neue Elektrode wird nicht genau identisch mit der früheren sein. Hieraus ergibt sich eine Änderung des Hochfrequenzfeldes und infolgedessen die Notwendigkeit einer Neueinstellung.

Eine andere Ursache von Unregelmäßigkeiten in den Ergebnissen rührt von der Gestalt des zu erhitzenden Gegenstandes her. Beispielsweise ist die Dicke des zwischen den Elektroden befindlichen Teiles des Gegenstandes nicht immer gleich, vor allem wenn der Gegenstand zwischen den Elektroden durchläuft.. Infolgedessen ist die Temperatur am Ende des Erwärmungsprozesses und somit das Resultat des Prozesses nicht an allen Stellen dasselbe. Es ist bereits vorgeschlagen, worden, diesen Nachteilen dadurch zu begegnen, daß die erwähnten Arbeitsbedingungen des Hochfrequenzgenerators während der Erwärmung nachgeregelt werden. Beispielsweise kann man die. Kapazität zwischen den Heizelektroden regeln, um die Heizleistung zu verändern. Bekannt ist ferner, die Heizzeit oder eine andere der erwähnten Arbeitsbedingungen je nach der Temperatur des zu behandelnden Gutes oder nach einem mit dieser Tem-Regelvorrichtung für eine Einrichtung
zur Wärmebehandlung von Gut
im kapazitiven Hochfrequenzfeld

Anmelder:

Societe de Traitement Electrolyüques

et Electrothermiques,

Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patentanwälte, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 21. Juli 1953

Henri Debierne, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

peratur verknüpften Parameter zu regeln. Weiter ist schon die Änderung des Heizstromes in dem zu erwärmenden Gut als Funktion der Materialdicke dazu: verwendet worden, um auf eine Regelvorrichtung' einzuwirken, die zur Konstanthaltung dieses Stromes dient. Auch hat man bereits die Heizung durch Fehlanpassung des Kopplungsorgans zwischen dem Hochfrequenzgenerator und den Heizelektroden beeinflußt, wenn der Widerstand des behandelten Gutes sich· ändert.

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Einrichtung zur Wärmebehandlung von Gut im kapazitiven Hochfrequenzfeld, bei der in bekannter Weise der Heizgenerator dadurch abgeschaltet wird, daß man die Änderungen eines mit der Temperatur verknüpften Parameters in dem behandelten Gut verwendet. Ein solcher Parameter ist der Ohmsche Widerstand. Die Vorrichtung ermöglicht es, gleichmäßige Ergebnisse der mit Hilfe des Generators vorgenommenen Arbeiten zu erzielen, so daß er unabhängig von Dickenänderungen des zu erhitzenden. Materials, von Änderungen- in der den Elektroden zugeführten Hochfrequenzspannung und von irgendwelchen anderen Betriebsumständen wird. Die erfindungsgemäße Anordnung verhindert ferner¹ die

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Zündung eines Bogens^! zwischen den Heizelektroden. Erfindungsgemäß ist nämlich eine Meßeinrichtung zur Messung des Ohmschen Widerstandes des zwischen den beiden Heizelektroden-befindlichen Gutes vorgesehen, wobei das Meßergebnis zur Steuerung des Hochfrequenzgenerators dient.

... Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung: Hierin zeigt ^:;i '· ' '

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Hochfrequenzgenerators zusammen mit der ernndungsgemäßen Anordnung, ?:.·.'

^:Fig. 2 'eine Kurve, aus der sich der Zusammenhang des spezifischen Widerstandes R von Polyvinylchlorid mit der Temperatur T ablesen läßt, und

Fig. 3 das Schaltbild einer an sich bekannten Maschine z,ur Schweißung von Kunststoffen (innerhalb des gestrichelten Rechtecks), die mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ausgerüstet ist.

Tn Fig. 1 stellen 1 und 2 die Elektroden zur Erhitzung des zwischen ihnen angeordneten dielektrischen Materials 3 dar. 4 ist der Hochfrequenzgenerator, welcher die Hochfrequenzspannung an die Elektroden 1 und 2 liefert; Die Meßanordnung 5 mißt während des Schweißprozesses ununterbrochen den Ohmschen Widerstand des Materials.3 und teilt die Meßergebnisse der Steuervorrichtung 6 mit, welche die Einstellung des Hochfrequenzgenerators 4 überwacht.

Das Arbeitsprinzip der. Anordnung beruht auf der experimentell beobachteten Tatsache, daß einem gegebener! Endweft'des Ohmschen Widerstandes desjenigen Teiles des Materials 3, der sich zwischen den Elektroden 1 und 2 befindet;" eine Reihe wohlbestimmter, unabhängiger Schweißkennwerte entspricht.

Wenn nämlich der am Schluß des Schweißvorgangs erreichte elektrische Widerstand des zwischen den beiden Elektroden befindlichen Materials jeweils auf denselben Wert gebracht wird, kann angenommen werden, daß bei Vernachlässigung von Quetschwirkungen der spezifische Widerstand ebenfalls einen bestimmten Wert erreicht. Die Erhitzungstemperatur bleibt auch dieselbe, da gemäß der Kurve aus Fig. 2 jedem Wert des spezifischen Widerstandes R ein bestimmteiVTemperaturwert T entspricht. Da der von den Elektroden auf das Material ausgeübte Druck im wesentlichen konstant bleibt, ist infolgedessen das Ergebnis der Schweißung im wesentlichen stets dasselbe.

Um den Ohmschen Widerstand des Materials 3 auf den bestimmten Endwert zu bringen, beeinflußt die aus den Elementen 5 und 6 bestehende Rückkopplungsschleife die Einstellung des Generators 4. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen. Beispielsweise kann das Steuerelement 6 eine Vorrichtung zur Abschaltung der Hochfrequenzspannung des Generators 4 sein, die bei einem gegebenen Wert des Widerstandes ausgelöst wird.. '.."■

J-.Im Falle einer Schweißmaschine mit festen Elektroden, bei der das Material durch einen Motor angetrieben wird, kann das Steuerelement 6 die Hochfrequerizspannung des Generators 4 derart steuern, daß' der. von der Vorrichtung 5 gemessene Widerstand R auf einem praktisch konstanten Wert bleibt, unabhängig von der Durchlaufgeschwindigkeit des Materials 3 zwischen den Elektroden. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Durchlauf bewegung dadurch erzeugt werden, daß die Elektrode 1 von von Hand fortbewegt wird. In diesem Falle ist sie als Schweißrad ausgebildet. ; ::..'.'.

In Fig. 2 sind die Temperaturen in ° C als Abszissen aufgetragen, während die spezifischen Widerstände in Ohm ■ cm²/cm in Ordinatenrichtung aufgetragen sind. ;

In der Kunststoff-Schweißmaschine, deren Schaltbild schematisch '■ in Fig. 3 dargestellt ist, wird die Hochfrequenzenergie durch die Oszillatortriode T an die Klemmen E, E' des Kondensators K geliefert. Die Triode T wird durch den Heiztransformator T₁, den

ίο Hochspannungstransformator T₂, die Gleichrichterröhren V und die Drosselspule L₁ gespeist. Ein Überstromrelais D zum Schutz der Röhre T gegen übermäßig hohe Anodenströme und ein Ausschalter oder ein automatischer Zeitschalter M steuern die Öffnung.

und Schließung des Speisestromkreises. Ein Amperemeter A zeigt den Anodenstrom an. R_k und C_k stellen Gitterwiderstand und Gitterkondensator dar, L_g, C_e den Kreis zur Gittererregung und L_n, C₁, einen Parallelschwingkreis, der sich im Anodenkreis befindet und an dessen Klemmen die Hochfrequenz abgenommen wird, die zur Schweißung erforderlich ist. Sie kann durch einen Drehkondensator C_v eingestellt werden.
. Die Kapazität K und der Widerstand R stellen das Ersatzschaltbild für die Kapazität des durch die Schweißelektroden 1 und 2 und den zu verschweißenden Kunststoff gebildeten Kondensators sowie für den Ohmschen Widerstand des Dielektrikums dar.
Ein Trockengleichrichter R_s, der von einer Wicklung des Transformators T₃ gespeist wird, liefert eine Gleichspannung, die einem Schiebewiderstand R]₁ und dem bereits erwähnten Widerstand R zugeführt wird. Die beiden letzteren sind in Serie geschaltet, und der Stromkreis ist geerdet. Wegen der Brückenschaltung, die von den Widerständen R_h, R und ^₁ gebildet wird, folgt die Spannung, die an das Steuergitter der gittergesteuerten Gasentladungsröhre G gelangt, den Schwankungen des Widerstandes R im Verlaufe des Schweißprozesses.

Die gittergesteuerte Gasentladungsröhre G wird für einen bestimmten Wert R freigegeben, der genau den gewünschten Schweißbedingungen entspricht. Der Freigabepunkt kann durch den Widerstand R_h eingestellt werden.

Der Strom der Gasentladungsröhre fließt dann über Erde in den Gitterwiderstand Rj₁ der Triode T. Die hierdurch erzeugte negative Gittervorspannung ist so berechnet, daß sie diese Triode sperrt. Gleichzeitig fließt der Strom der Gasentladungsröhre durch das Relais .S" und schaltet dadurch die Anodenspannung der Triode ab. L₂ und C₂ verhindern, daß die Hochfrequenzströme durch den Brückenkreis R_n, R₁, R fließen, der die gittergesteuerte Gasentladungsröhre steuert. Der Kondensator C_t glättet die von der Gleichrichterröhre V₁ gelieferte und der Gasentladungsröhre zugeführte Anodenspannung. Das Gitter der Triode T wird praktisch trägheitslos gesperrt, so daß ein Bogen zwischen den Elektroden nicht zünden kann, da der Widerstand R, welcher die Triode sperrt, schon erreicht wird, bevor ein Überschlag auftreten .. kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regelvorrichtung für eine Einrichtung zur Wärmebehandlung von Gut im kapazitiven Hochfrequenzfeld, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur Messung des Ohmschen Widerstandes des zwischen den Elektroden befind-

lichen Gutes während des Erhitzungsprozesses vorgesehen ist und das Meßergebnis zur Steuerung des Generators dient.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Steuerorgan, das dafür sorgt, daß der Ohmsche Widerstand während des Erhitzungsprozesses jeweils einen bestimmten Wert erreicht.

3. Regelvorrichtung für eine Einrichtung zur Kunststoffschweißung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die den Generator abschaltet, sobald der Ohmsche Widerstand im Verlaufe des Schweißprozesses einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die .Vorrichtung so geschaltet ist, daß das beim Überschreiten eines bestimmten Widerstandswertes auftretende Signal sowohl ■einem Relais zugeführt wird, das den Anoden-Strom der Schwingröhre des Generators unter-

bricht, als auch auf das Steuergitter der Schwingröhre gegeben wird und dieses sperrt.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais als gittergesteuerte Gasentladungsröhre (G) ausgebildet ist, an deren Steuergitter eine Vorspannung liegt, welche den Änderungen des Ohmschen Widerstandes während des Schweißvorgangs folgt, während der Anodenstrom der Gasentladungsröhre die Sperrung der Schwingröhre (T) des Hochfrequenzgenerators durch Anlegung einer negativen Gittervorspannung an dieselbe so schnell bewirkt, daß ein Funkenüberschlag zwischen den Schweißelektroden vermieden wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 881 709, 891 718, 921345;

österreichische Patentschrift Nr. 165 260;
belgische Patentschrift Nr. 505 694.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 728/239 12.