DE2442477C2

DE2442477C2 - High-frequency welding tool for thermoplastics or thermoplastic-coated paper

Info

Publication number: DE2442477C2
Application number: DE19742442477
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dipl.-Ing. 1000 Berlin Unland
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1974-09-05
Publication date: 1976-08-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Schweißwerkzeug für thermoplastische Kunststoffe oder thermoplastbeschichtetes Papier, bestehend aus einem an einen Hochfrequenzgenerator anzuschließenden, als Λ/4-Resonatorwirkenden Metallkörper.The invention relates to a high-frequency welding tool for thermoplastics or thermoplastics coated Paper, consisting of a to be connected to a high frequency generator, as Λ / 4-resonator-acting metal body.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DT-OS 23 24 810 bekanntgeworden. Diese bekannte Vorrichtung besteht aus einem äußeren Metallkörper, der von mindestens zwei Seitenwänden und einer diese verbindenden, an einem Ende des Hohlraumes angebrachten Stirnwand aus Metall begrenzt ist, mit einer Innenplatte aus Metall, die zentral innerhalb des Außenkörpers angeordnet und am mittleren Teil der Stirnwand des Außenkörpers metallisch angeschlossen und befestigt ist. Dabei ist die Innenplatte aus Metall mit dem fnnenleiter und der Außenkörper mit dem Außenleiter eines von einem Hochfrequenzgenerator gespeisten Koaxialkabels verbunden.Such a device has become known from DT-OS 23 24 810. This known device consists of an outer metal body, which is surrounded by at least two side walls and one connecting them, at one end of the cavity attached end wall made of metal is limited, with an inner plate made of metal, which is arranged centrally within the outer body and on the central part of the end wall of the Outer body is metallically connected and attached. The inner plate is made of metal with the inner conductor and the outer body with the outer conductor of a coaxial cable fed by a high frequency generator connected.

Ein Schweißwerkzeug, von dem die Erfindung ausgeht, benutzt die in elektrisch nichtleitendem MaterialA welding tool from which the invention is based uses those in electrically non-conductive material

die Elektroden (1. 2) ein besonderes Symmetrier- 45 mittels eines hochfrequenten elektrischen Wechselfel-the electrodes (1. 2) have a special symmetry 45 by means of a high-frequency alternating electrical field

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glied - wie z. B. eine Λ/2-Umwegleitung. eine Symmetrierungsschleife oder ein Symmetriertopf — verwendet ist.member - such as B. a Λ / 2 detour line. a balancing loop or a balancing pot - is used.

7. Hochfrequenz-Schweißwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißwerkzeug selbst als transformierende Symmetrierungsschleife oder als transformierender Symmetriertopf ausgebildet und unmittelbar mit einer speisenden Koaxialleitung (3) verbunden ist.7. High-frequency welding tool according to claim 3 or 4, characterized in that the Welding tool itself as a transforming balancing loop or designed as a transforming balun and directly connected to a feeding coaxial line (3).

8. Hochfrequenz-Schweißwerkzeug nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die speisende Koaxialleitung (3), beginnend am Mittelteil (8). im Inneren der einen — entsprechend verdickten — Elektrode (1) verläuft, daß der Außenleiter (6) der Koaxialleitung (3) metallisch in die innenseitige Fla ehe der einen Elektrode (1) übergeht, daß der Innenleiter (4) der Koaxialleitung mit der innenseitigen Fläche der anderen Elektrode (2) verbunden ist und daß die andere Elektrode (2) zur Wahrung der Symmetrie spiegelbildlich wie die eine Elektrode (1) verdickt ist.8. High-frequency welding tool according to claim 7, characterized in that the feeding Coaxial line (3), starting at the middle part (8). inside the one - correspondingly thickened - Electrode (1) extends that the outer conductor (6) of the coaxial line (3) metallically into the inside Fla before the one electrode (1) passes over that the inner conductor (4) of the coaxial line with the inside Area of the other electrode (2) is connected and that the other electrode (2) to maintain the Symmetry is a mirror image of how one electrode (1) is thickened.

9. Hochfrequenz-Schweißwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendes erzeugte dielektrische Verlustwärme, um zwei Lagen aus thermoplastischem Kunststoff oder kunststoffbeschichtetem Papier miteinander zu verschweißen, indem die zu verschweißenden Lagen zunächst zwischen Schweißelektroden mechanisch zusammengepreßt werden und dann die Hochfrequenzspannung kurzzeitig pingeschaltet wird. Da es sich bei dem Schweißgut um elektrische Nichtgleiter mit niedrigem dielektrischen Verlustfaktor handelt, muß für eine ausreichende Erwärmung mit sehr hohen Frequenzen, z. B. mit der zugelassenen Industriefrequenz von 434 MHz gearbeitet werden. Die erforderlichen hohen Frequenzen bereiten eine Reihe von Problemen, die sich insbesondere daraus ergeben, daß die Betriebswellenlänge in der Größenordnung der Abmessungen des Schweißwerkzeuges liegt und damit die an der Schweißnaht anliegende Hochfrequenzspannung im allgemeinen ortsabhängig ist.9. High frequency welding tool according to claim 7, characterized in that the outer end generated dielectric heat loss, around two layers of thermoplastic or plastic-coated To weld paper together by first placing the layers to be welded between Welding electrodes are mechanically pressed together and then the high-frequency voltage briefly is switched on. Since the weld metal is an electrical non-slider with a low dielectric Loss factor is, must for a sufficient heating with very high frequencies, z. B. with the approved industrial frequency of 434 MHz. Prepare the required high frequencies a number of problems that arise in particular from the fact that the operating wavelength in the The order of magnitude of the dimensions of the welding tool is and thus that of the weld seam High frequency voltage is generally location-dependent.

Bei der genannten bekannten Vorrichtung wirkt nun der metallische Hohlkörper mit der zentralen Innenplatte auf Grund seiner Form und der Art der Verbindung mit einem Hochfrequenzgenerator als kapazitiv verkürzter A/4-Resonator in Topfkreisbauweise. EinIn the known device mentioned, the metallic hollow body now acts with the central inner plate due to its shape and the type of connection with a high frequency generator as capacitive Shortened A / 4 resonator in cup-circle design. A

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»Jeher Resonator ermöglicht es, trotz der hohen Betriebsirequenz über die gesamte Länge der Schweißnaht ejne gleichmäßige wirksame Wechselspannung zu ei*»*«···· t~.·« —...---—·· -.. -...v. wiuivijt.il ividici talbahn führt jedoch, bedingt durch die Topfkreisbauwei- se. die benötigte Gegenelektrode zur Innenplatte iwangläufig Hochfrequenzspannung gegenüber Erde. Dadurch entstehen erhebliche Leistungsverluste sowohl durch Abstrahlung in den Raum als auch durch nutzlose Erwärmung des Materials außerhalb der eigentlichen Schweißnaht Diese «erluste lassen sich auch nicht dadurch umgehen, daß man die Gegenelektrode — um den endlosen Schlauch henwngreifend — galvanisch mit dem Außenkörper der geschilderten Vorrichtung verbindet (vgl. hierzu auch die bereits zi- ·₅ tierte OlTenlegungsschrift), denn das haue bei der anzuwendenden hohen Betriebsfrequenz zwangläufig zur Folge, daß die wirksame Hochfrequenzspannung nicht mehr längs der Schweißnaht konstant bleibt, weil in diesem Fall auf der Gegenelektrode eine störende Stromkomponente parallel zur Schweißnaht auftritt.»The resonator makes it possible, in spite of the high operating frequency over the entire length of the weld seam, to generate a uniform, effective alternating voltage . ..v. wiuivijt.il ividici talbahn, however, due to the cup-circle design . the required counter-electrode for the inner plate inevitably carries high-frequency voltage with respect to earth. This results in considerable power losses, both through radiation into the room and through useless heating of the material outside the actual weld seam. These losses cannot be avoided by galvanically connecting the counter electrode - grasping the endless tube - with the outer body of the device described (see. see also the already zi- · ₅ oriented OlTenlegungsschrift), for the sculptural inevitably at the applicable high operating frequency with the result that the effective RF voltage is no longer the weld remains constant along, because in this case parallel to the counter electrode a disturbing current component occurs to the weld.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Hochfrequenzwerkzeug, das den geschilderten Vorzug einer gleichmäßigen Wärmeverteilung trotz Betrieb mit Frequenzen von mehreren hundert MHz aufweist, im Wirkungsgrad zu verbessern.The object of the invention is to provide a high-frequency tool, this has the advantage of an even heat distribution despite operation with frequencies of several hundred MHz has to improve in efficiency.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Hochfrequenz-Schweißwerkzeug der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Metallkörper zwei den Resonator bildende, spiegelsymmetrisch um eine fiktive Mittelebene unmittelbar nebeneinander angeordnete, einseitig leitend über ein elektrisch neutrales Mittelteil miteinander verbundene Elektroden enthält, die sich bei der vom Hochfrequenzgenerator erzeugten Frequenz zu einer elektrischen Gegentaktschwingung anregen lassen.To solve this problem, a high-frequency welding tool Proposed according to the invention of the type mentioned at the beginning that the metal body is mirror-symmetrical around two of the resonator forming the resonator a fictitious central plane arranged directly next to one another, conductive on one side via an electrically neutral one Middle part contains interconnected electrodes, which are generated by the high frequency generator Let the frequency stimulate an electrical push-pull oscillation.

Ein erfindungsgemäßes Schweißwerkzeug arbeitet bei der Betriebsfrequenz des speisenden Generators ebenfalls als kapazitiv verkürzter A/4-Resonator und damit mit gleichmäßiger Erwärmung im Schweißgut. Auf Grund der symmetrischen Ausbildung der den Resonator bildenden Elektroden mit gegenphasiger Anregung findet eine Spannungssymmetrierung statt; infolgedessen befindet sich die beim Schweißen von Quernähten an endloser Bahn benötigie Gegenelektrode stets in der neutralen Spannungsmitte, führt also keine Hochfrequenzspannung gegenüber Erde, so daß damit zusammenhängende Verluste bei der Erzeugung der Schweißwärme vermieden sind.A welding tool according to the invention works at the operating frequency of the feeding generator also as a capacitively shortened A / 4 resonator and thus with even heating in the weld metal. Due to the symmetrical design of the resonator forming electrodes with antiphase excitation, a voltage symmetrization takes place; Consequently is the counter electrode required when welding transverse seams on an endless track always in the neutral voltage center, so there is no high frequency voltage to earth, so that related losses in the generation of welding heat are avoided.

Weiterhin is' es mit einem erfindungsgemäßen, nach dem Gegentaktpnnzip arbeitenden Hochfrequenz-Schweißwerkzeug möglich, auf eine besondere Gegenelektrode überhaupt zu verzichten und das Material direkt zwischen den beiden gegenphasig spannungsführenden Elektroden zu verschweißen.Furthermore, it is with one according to the invention the push-pull high-frequency welding tool possible to dispense with a special counter electrode at all and the material directly to be welded between the two anti-phase voltage-carrying electrodes.

Ein solches Werkzeug ohne Gegenelektrode liefert einzelne Schweißnähte, während die Ausführung mit neutraler Gegenelektrode bei jedem Arbeitstakt zwei parallele Schweißnähte erzeugt.Such a tool without a counter electrode delivers individual weld seams while executing with neutral counter electrode produces two parallel weld seams with each work cycle.

Beide Versionen sind bei Verpackungsmaschinen einsetzbar: die Doppelnaht wird verlangt, wenn beim Verpacken vom endlosen, gefüllten Schlauch nach dem Schweißen von zwei parallelen Quernähten zwischen beiden ein Trennschnitt erfolgen soll, während die Einfachnaht bei der Formung des endlosen Schlauches aus ⁽ⁱ5 Bandmaterial als Längsnaht eingesetzt wird. Ferner eignet sich das die Einfachnaht liefernde Werkzeug zur Verschlußschweißung an einzeln befüllten Verpackun-Both versions can be used in packaging machines: the double seam is required when a separating cut is to be made between the two after the welding of two parallel transverse seams when packaging the endless, filled tube, while the single ^{seam is made from (i} 5 tape material as a longitudinal seam when forming the endless tube Furthermore, the tool that delivers the single seam is suitable for sealing welds on individually filled packaging.

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Ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schweißwerkzeug benötigt an sich «m Gegensatz zur Topikreisbauweise keinen geschlossenen äußeren Hohlkörper. Trotzdem sind mit Vorteil die Elektroden mit gegenphasiger Energieeinspeisung von einem Abschirmgehäuse umgeben, um eine Hochfrequenzabstrahlung nahezu völlig zu unterbinden. Auch kann das Abschirmgehäuse als äußerer Masseanschluß und Berühsungsschutz dienen.A high-frequency welding tool according to the invention actually requires «m in contrast to the topical circle design no closed outer hollow body. Nevertheless, it is advantageous if the electrodes are in phase opposition Energy supply surrounded by a shielding housing, almost high-frequency radiation to stop completely. The shielding housing can also be used as an external ground connection and protection against contact serve.

Bevorzugt wird man ein Hochfrequenz-Schweißwerkzeug mit einem Hochfrequenzgenerator in an sich bekannter Weise über ein Koaxialkabel verbinden, da ein solches keine außenseitigen Hochfrequenzströme führt.A high-frequency welding tool with a high-frequency generator in itself is preferred Connect in a known manner via a coaxial cable, as such no external high-frequency currents leads.

Um mit einem solchen erdunsymmetrisch betriebenen Koaxialkabel die gewünschte Gegentaktschwingung anregen zu können, kann man in an sich bekannter Weise zwischen das Koaxialkabel und die beiden gegenphasig zu speisenden EIt" troden ein Hochfrequenz-Symmetrierglied einfügen.To achieve the desired push-pull oscillation with such a coaxial cable operated unbalanced to earth to be able to stimulate, one can in a manner known per se between the coaxial cable and the two EIt "to be fed out of phase with a high-frequency balun insert.

Unter einem Hochfrequenzsymmetrierglied versteht man allgemein Anordnungen zum Übergang von Eintakt auf Gegentakt. In der Praxis am geläufigsten sind λ/2-Umwegleitungen, Symmetrierungsschieifen und Symmetritfrglieder mit Topfkreisen (sogenannte Symmetriertöpfe). A high-frequency balun is generally understood to mean arrangements for the transition from single-ended on push-pull. Most common in practice λ / 2 detour lines, symmetrizing loops and symmetry members with pot circles (so-called symmetrizing pots).

Es ist jedoch auch möglich, eine an sich bekannte Symmetrierungsschleife oder einen an sich bekannten Symmeiriertopf mit dem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schweißwerkzeug so zu einer baulichen und funktioneilen Einheit zu verschmelzen, daß es als Hochfrequenz-Schweißwerkzeug in Gegentaktbauweise die Funktion des Symmetriergliedes selbst mit übernimmt, so daß es unmittelbar mit dem vom Hochfrequenzgenerator kommenden Koaxialkabel verbunden werden kann.However, it is also possible to use a balancing loop known per se or one known per se Symmetry pot with the high-frequency welding tool according to the invention so to merge into a structural and functional unit that it can be used as a high-frequency welding tool in push-pull construction, the function of the balun itself takes over, so that it is directly linked to that of the high-frequency generator coming coaxial cable can be connected.

Eine diesem Prinzip entsprechende praktische Ausführung der Erfindung geht von der an sich bekannten Anordnung einer transformierenden Symmetrierungsschleife aus. Wie bei dieser verläuft der Fndabschnitt der speisenden koaxialen Leitung innerhalb des einen der beiden parallelen, einseitig metallisch verbundenen Leiter eines symmetrischen λ/4-Leitungsresonators, die dementsprechend verdickt sind. Die Eintrittsstelle liegt in der elektrisch neutralen, geerdeten Mitte, die Austrittsstelle außerhalb der elektrisch neutralen Mitte des Leitungsresonators. An der Austrittsstelle geht der Außenleiter der Speiseleitung in den ihn umgebenden Leiter, der Innenleiter in den gegenüberliegenden anderen Leiter des symmetrischen Systems über Vom Ort der Austrittsstelle hängt in an sich bekannter Weise die Spannungsübersetzung der Anordnung ab und damit die elektrische Anpassung des Schweißwerkzeuges an den speisenden Hochfrequenzgenerator.A practical embodiment of the invention corresponding to this principle is based on the one known per se Arrangement of a transforming balancing loop. The end section runs like this the feeding coaxial line within one of the two parallel, one-sided metallically connected Head of a symmetrical λ / 4 line resonator, the are thickened accordingly. The entry point is in the electrically neutral, earthed center, the exit point outside the electrically neutral center of the line resonator. At the exit point the goes The outer conductor of the feed line in the conductor surrounding it, the inner conductor in the other opposite Head of the symmetrical system over depends on the location of the exit point in a manner known per se the voltage translation of the arrangement and thus the electrical adaptation of the welding tool to the feeding high-frequency generator.

Bei einer anderen praktischen Ausführung der Erfindung wird die für die Umsymmetrierung notwendige Potentialtrennung durch einen sogenannten Lindenbladtopf bewirkt, der eine einseitig offene λ/4-Leitung darstellt und bei der Betriebsfrequenz als Sperrkreis wirksam ist.In another practice of the invention the potential separation required for rebalancing is provided by a so-called linden leaf pot causes, which represents a λ / 4 line open on one side and at the operating frequency as a trap circuit is effective.

Hierzu ist ein eine Viertelwellenlänge langes Stück der speisenden Koaxialleitung mit einem Metallmantel umgeben, der einseitig mit dem Außenleiter dieser Leitung metallisch verbunden ist und am anderen Ende vorzugsweise in das geerdete Abschirmgehäuse des Schweißwerkzeuges übergeht. Die speisende Koaxialleitung selbst geht an einer Stelle außerhalb der elektri-For this purpose, a quarter-wave length of the feeding coaxial line is covered with a metal jacket surrounded, which is metallically connected on one side to the outer conductor of this line and at the other end preferably merges into the earthed shielding housing of the welding tool. The feeding coaxial line itself goes at a point outside of the electrical

sehen Mitte, von der Seite kommend, mit dem Außenleiter direkt in einen der beiden nicht verdickten Leiter des symmetrischen Leitungsresonators über, während der Innenleiter bis zum gegenüberliegenden Leiter geführt ist.see middle, coming from the side, with the outer conductor directly into one of the two non-thickened conductors of the symmetrical line resonator, while the inner conductor is led to the opposite conductor.

An Hand der in den Figuren der Zeichnung teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden. Dabei sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigtOn the basis of the exemplary embodiments shown partially schematically in the figures of the drawing, the Invention will be explained in more detail below with further features. There are corresponding Parts are given the same reference numerals. It shows

F i g. I ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schweißwerkzeuges, ohne Gegenelektrode und ohne Abschirmung, symmetrisch gespeist,F i g. I a first embodiment of a welding tool according to the invention, without a counter electrode and without shielding, symmetrically fed,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schweißwerkzeuges, mit neutraler Gegenelektrode und ohne Abschirmung, symmetrisch gespeist, F i g. 2 shows a second exemplary embodiment of a welding tool according to the invention, with a neutral counter electrode and without shielding, symmetrically fed,

F i g. 3 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schweißwerkzeuges, mit Gegenelektrode und Abschirmung, koaxial gespeist,F i g. 3 shows a cross section through a further exemplary embodiment of a welding tool according to the invention, with counter electrode and shield, coaxially fed,

F i g. 4 das Schweißwerkzeug der F i g. 3 von der Seite, teilweise aufgeschnitten,F i g. 4 the welding tool of FIG. 3 from the side, partially cut open,

F i g. 5 einen Querschnitt analog F i g. 3 durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schweißwerkzeuges, koaxial gespeist mit Symmetrierung mittels Lindenbladtopf.F i g. 5 shows a cross section analogous to FIG. 3 by a further embodiment of an inventive Welding tool, coaxially fed with balancing by means of a linden blade pot.

Ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schweißwerkzeug in einfachster Form zeigt F i g. 1,A high-frequency welding tool according to the invention in its simplest form is shown in FIG. 1,

Die beiden um eine fiktive Mittelebene spiegelsymmetrisch angeordneten Elektroden 1 und 2 sind einseitig mit einer metallischen Grundplatte 8 verbunden, die als Kurzschlußebene für die aus den Elektroden 1 und 2 gebildete symmetrische Doppelleitung wirkt. Von den auf dieser möglichen elektrischen Schwingungszuständen wird die Λ/4-Resonanz praktisch genutzt. Diese wird angeregt durch Anlegen einer erdsymmetrischen Wechselspannung der entsprechend hohen Frequenz an die speisende Doppelleitung 3, die an die Elektroden 1 und 2 seitlich angeschlossen ist. Die hier ankommende Spannung wird entsprechend der bekannten Spannungsverteilung auf einem λ/4-Leitungsresonator zu den freien Leiterenden hin noch hochtransformiert.The two electrodes 1 and 2, which are arranged mirror-symmetrically around a fictitious central plane, are connected on one side to a metallic base plate 8, which acts as a short-circuit plane for the symmetrical double line formed from electrodes 1 and 2. The Λ / 4 resonance is used in practice for the electrical oscillation states that are possible on this basis. This is excited by applying a balanced alternating voltage of the correspondingly high frequency to the feeding double line 3, which is connected to the electrodes 1 and 2 on the side. The voltage arriving here is transformed up to the free conductor ends in accordance with the known voltage distribution on a λ / 4 line resonator.

Diese freien Enden sind derart zueinander abgewinkelt, daß zwischen den beiden Endflächen nur ein schmaler Spalt verbleibt, in dem dann die zum Schweißen benötigte hohe elektrische Wechselfeldstärke auftritt These free ends are angled relative to one another in such a way that only a narrow gap remains between the two end faces, in which the high electrical alternating field strength required for welding then occurs

Ein praktisch verwendbares Schweißwerkzeug nach F i g. 1 muß noch eine hier nicht dargestellte mechani- sehe Einrichtung erhalten, die ein Zusammenpressen der zu verschweißenden Materiallagen zwischen den Endflächen der Elektroden 1 und 2 ermöglich!, indem eine Relativbewegung dieser Endflächen gegeneinander vorgesehen wird. SSA practically usable welding tool according to FIG. 1 nor a mechanical, not shown here must allows the material to be welded locations between the end surfaces of the electrodes 1 and 2 against each other is provided by a compression of the !, a relative movement of these end faces see device obtained. SS

Oa fan Schweißspalt zwischen den beiden während des Schweißvorganges zusammengepreßten Elektroden 1 und 2 mit dem Schweißgut als Dielektrikum eine recht beträchtliche Kapazität vorliegt, die dem freien läide der Resonator-Doppelleitung parallel geschaltet ist. maß diese Kapazität bei der exakten Bemessung der Resonatoriänge berücksichtigt werden; der Resonator wird dadurch kurzer als A/4.Oa fan welding gap between the two electrodes 1 and 2 pressed together during the welding process with the weld metal as a dielectric there is quite a considerable capacity available to the free If the double resonator line is connected in parallel is. measure this capacity to be taken into account in the exact dimensioning of the resonator length; this makes the resonator shorter than A / 4.

Ein SchweiBwerkzeug gemäß Fig. 1 ist allerdings niest bei allen vorkommenden Schweißaufgaben anwendbar, so z. B. nicht bei dem häufig verlangten FaIL daS Quernähte an einem endlos durchlaufenden Band bzm. Ffecnschlaoch zn schweiBee sind. BSr diese Aufgabe ist ein durch eine Gegenelektrode 7 ergänztes erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schweißwerkzeug geeignet, wie es F i g. 2 zeigt. Seine Wirkungsweise gleicht im wesentlichen der des Werkzeuges nach F i g. 1. Unterschiedlich ist, daß sich die Elektroden 1 und 2 nicht in einem Spalt gegenüberstehen, sondern in zwei Spalten, die durch die Endflächen der Elektroden 1 und 2 einerseits und durch die parallel gegenüberliegende, metallisch leitende Oberfläche der Gegenelektrode 7 andererseits gebildet werden. Der wirkliche Abstand der die beiden Spalte bildenden Flächen ist kleiner als in F i g. 2 dargestellt und zwar etwa gleich der Gesamtdicke der beiden zu verschweißenden Materiallagen. A welding tool according to FIG. 1 can, however, be used for all welding tasks that occur, e.g. B. not with the frequently requested FaIL daS cross seams on an endless belt or. Ffecnschlaoch are sweaty. A high-frequency welding tool according to the invention supplemented by a counter electrode 7 is suitable for this task, as shown in FIG. 2 shows. Its mode of operation is essentially the same as that of the tool according to FIG. 1. The difference is that the electrodes 1 and 2 are not facing each other in a gap, but in two gaps, which are formed by the end surfaces of the electrodes 1 and 2 on the one hand and by the parallel opposite, metallically conductive surface of the counter electrode 7 on the other. The real distance between the surfaces forming the two gaps is smaller than in FIG. 2 and approximately equal to the total thickness of the two layers of material to be welded.

Ein praktisch verwendbares Schweißwerkzeug nach F i g. 2 benötigt noch eine (nicht dargestellte) mechanische Einrichtung zur Relativbewegung der Gegenelektrode 7 gegen die Elektrode 1 und 2 für das nötige Zusammenpressen des Schweißgutes. Durch Abheben der Gegenelektrode 7 zwischen den Schweißvorgängen kann das Schweißgut als endlose Bahn in gerader Richtung das Schweißwerkzeug durchlaufen.A practically usable welding tool according to FIG. 2 still needs a mechanical one (not shown) Device for the relative movement of the counter electrode 7 against the electrode 1 and 2 for the necessary Compression of the weld metal. By lifting the counter electrode 7 between the welding processes the weld metal can run through the welding tool as an endless path in a straight line.

Die von den beiden Schweißspalten gebildeten Kapazitäten sind zwar zeitlich veränderlich, aber aus Symmetriegründen stets einander gleich. Da sie elektrisch gesehen in Reihenschaltung an der erdsymmetrischen Hochfrequenzspannung zwischen den Elektroden 1 und 2 liegen, fällt diese Spannung je genau zur Hälfte an beiden Kapazitäten ab. Das bedeutet aber, daß die beide Kapazitäten verbindende Gegenelektrode 7 genau Erdpotential annimmt, so daß sie prinzipiell keine Abstrahlungsverluste verursachen kann.The capacities formed by the two welding gaps are variable over time, but for reasons of symmetry always equal to each other. Since they are electrically connected in series at the balanced-to-earth If the high-frequency voltage is between electrodes 1 and 2, this voltage falls exactly in half at both capacities. However, this means that the counter-electrode 7 connecting the two capacitances exactly assumes earth potential, so that in principle it cannot cause any radiation losses.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen der eingangs geschilderten Art ist es auch nicht erforderlich, die Gegenelektrode 7 neben dem eigentlichen Schweißspalt durch das Schweißgut hindurch kapazitiv an Erdpotential zu koppeln, so daß hierdurch bedingte Leistungsverluste im Dielektrikum außerhalb der eigentlichen Schweißnaht ebenfalls wegfallen.In contrast to conventional devices of the type described above, it is also not necessary the counter electrode 7 capacitive through the weld metal in addition to the actual welding gap to be coupled to ground potential, so that the resulting power losses in the dielectric outside the actual weld seam can also be omitted.

Somit ergibt sich sowohl für die Werkzeuggestaltung ohne Gegenelektrode (Fig. 1) als auch für die Werkzeuggestaltung mit Gegenelektrode (F i g. 2) eine beträchtliche Wirkungsgradverbesserung.This results in both the tool design without a counter electrode (FIG. 1) and the tool design with counter electrode (FIG. 2) a considerable improvement in efficiency.

Es ist weiterhin vorteilhaft die erfindungsgemäßen Schweißwerkzeuge zusätzlich mit einem äußeren metallischen Abschirmgehäuse zu umgeben. Damit läßt sich nahezu vollständig verhindern, daß von den Elektroden 1 und 2 Hochfrequenzleistung in den Raum abgestrahlt wird. Die F i g. 3, 4 und 5 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele von Schweißwerkzeugen, die analog F i g. 2 mit Gegenelektrode arbeiten und zusätzlich ein Abschirmgehäuse aufweisen.It is furthermore advantageous to additionally surround the welding tools according to the invention with an outer metallic shielding housing. This makes it possible to almost completely prevent the electrodes 1 and 2 from radiating high-frequency power into the room. The F i g. 3, 4 and 5 show possible exemplary embodiments of welding tools that are analogous to FIG. 2 work with a counter electrode and additionally have a shielding housing.

Das Hochfrequenz-Schweißwerkzeug der Fig.3 und 4 besitzt zum Anschluß an einen (nicht dargestellten) Hochfrequenzgenerator einen Koaxialkabelanschluß 3, von dem aus die beiden Elektroden 1 und 2 als λ/4-Resonator im Gegentakt erregbar sein sollen. Za diesem Zweck ist ein Hochfrequenzsymmetrierglied in Form einer transformierenden SymmetrierungsschJeire vorgesehen. Diese Symmetrierungsschleife kommt dadurch zustande, daß in der Elektrode 1 der Innenleiter 4 des KoaxialkabelanschJusses 3 zunächst in einer von hinten in die Elektrode 1 eingelassenen Sackbohrung 5 verläuft und dann seitlich aus dieser austretend mit der gegenüberliegenden Elektrode 2 verbunden ist Der Außenleiter 6 des Koaxialkabelanschlusses 3 setzt sich in der Wandung der Sackbohrung 5 fort. Auf «Sefiß Weise werden die am Koaxialkabelanschluß 3 ankommenden Hochfrequenzströme und -spannungen The high-frequency welding tool of FIGS. 3 and 4 has a coaxial cable connection 3 for connection to a high-frequency generator (not shown), from which the two electrodes 1 and 2 can be excited in push-pull as a λ / 4 resonator. For this purpose, a high-frequency symmetry element is provided in the form of a transforming symmetry section. This balancing loop comes about because the inner conductor 4 of the coaxial cable connector 3 in the electrode 1 first runs in a blind hole 5 let into the electrode 1 from the rear and is then laterally connected to the opposite electrode 2, the outer conductor 6 of the coaxial cable connector 3 continues in the wall of the blind hole 5. The high-frequency currents and voltages arriving at the coaxial cable connection 3 are processed in a certain way

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Symmetrien, daß die Energieeinspeisung an den Elektroden 1 und 2 gegenphasig ist. Einzelheiten über die Wirkungsweise und elektrische Dimensionierung einer solchen Symmetrierungsschleife können dem »Taschenbuch der Hochfrequenztechnik« von M e i η k e und G u η d 1 a c h, S. 394, Abb. 18.11 mit zugehöriger Beschreibung entnommen werden.Symmetries that the energy supply to the electrodes 1 and 2 is out of phase. Details about the The mode of operation and electrical dimensioning of such a balancing loop can be found in the »Taschenbuch der Hochfrequenztechnik «by M e i η k e and G u η d 1 a c h, p. 394, Fig. 18.11 with associated Description.

Zur Abschirmung der gesamten Anordnung sind die Elektroden 1 und 2 über eine gemeinsame Grundplatte 8 mit einem die Elektroden 1 und 2 ebenfalls symmetrisch umgebenden Abschirmgehäuse 9 umgeben. Mit 10 sind zwei Lagen eines kunststoffbeschichteten Papiers angedeutet, die zwischen den Elektroden 1 und und der Gegenelektrode 7 durch eine Relativbewegung von Gegenelektrode 7 einerseits gegen die Elektroden 1 und 2 andererseits zusammenpreßbar sind. Wenn dabei die Elektroden 1 und 2 in erfindungsgemäßer Weise gegenphasig mit Hochfrequenzenergie erregt sind, entsteht durch dielektrische Verschiebungsströme im Schweißgut eine Erwärmung, welche die Lagen 10 des kunststoffbeschichteten Papiers in zwei Nähten miteinander verschmilzt.To shield the entire arrangement, the electrodes 1 and 2 are on a common base plate 8 surrounded by a shielding housing 9 that also symmetrically surrounds the electrodes 1 and 2. With 10 two layers of plastic-coated paper are indicated, which between the electrodes 1 and and the counter electrode 7 by a relative movement of the counter electrode 7 on the one hand against the electrodes 1 and 2, on the other hand, are compressible. When doing the electrodes 1 and 2 in the manner according to the invention are excited in phase opposition with high-frequency energy, arises from dielectric displacement currents in the Welding a heating, which the layers 10 of the plastic-coated paper in two seams with each other merges.

Bei einer anderen Art der Umsymmetrierung von einem Koaxialkabelanschluß auf die Elektroden eines erfindungsgemäßen Schweißwerkzeuges mittels einer Symmetrierungsschleife wird von der Sperrkreiswirkung eines zusätzlich angebauten Topfkreisresonators Gebrauch gemacht. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in F i g. 5 als Querschnitt analog zu F i g. dargestellt. Mit 1 und 2 sind wieder zwei spiegelsymmetrisch nebeneinander angeordnete und symmetrisch in einem Abschirmgehäuse 9 angeordnete Elektroden bezeichnet, die über einen äußeren Koaxialkabelanschluß 3 mit Hochfrequenzenergie gespeist werden sollen. Auch hier ist der Innenleiter 4 des Koaxialkabelanschlusses 3 mit der einen Elektrode 2 und der Außenleiter 6 des Koaxialkabelanschlusses mit der anderen Elektrode 1 verbunden. Die für einen Gegentaktbetrieb des von den Elektroden 1 und 2 zusammen mit einerIn another type of balancing from a coaxial cable connection to the electrodes of one welding tool according to the invention by means of a balancing loop is of the locking circuit effect made use of an additionally attached pot circle resonator. A corresponding embodiment is shown in FIG. 5 as a cross-section analogous to FIG. shown. With 1 and 2 are again two mirror symmetrically arranged side by side and symmetrically in a shielding housing 9 denotes electrodes arranged via an external coaxial cable connection 3 are to be fed with high frequency energy. Here, too, is the inner conductor 4 of the coaxial cable connection 3 with one electrode 2 and the outer conductor 6 of the coaxial cable connection with the other Electrode 1 connected. The for a push-pull operation of the electrodes 1 and 2 together with a

nicht mehr gesondert dargestellten Gegenelektrode gebildeten Resonators erforderliche Umsymmetrierung der Hochfrequenzströme ur;d -spannungen ermöglicht hier ein unsymmetrischer λ/4-Sperrtopf, wie er auch als Lindenbladtopf bekannt ist, indem er den Koaxialkabel-Außenmantel 6 für äußere Mantelströme widerstandsfrei mit der Masse des Schweißwerkzeuges verbindet, dagegen für die innen ankommenden, auf die Elektrode 1 fließenden Mantelströme eine sehr hohe Impedanz zur Masse hin darstellt, so daß die Spannungssymmetrie der Elektroden 1 und 2 nicht gestört wird. Dieser Lindenbladtopf besteht aus einem seitlich vom Abschirmgehäuse 9 ausgehenden Metallmantel 11, der in einem Abstand von λ/4 am Außenleiter 6 des Koaxialkabelanschlusses angeflanscht ist. Der Lindenbladtopf ermöglicht es, daß die Elektroden 1 und 2 nicht wie in F i g. 3 verdickt sein müssen, benötigt jedoch zusätzlichen Raum an anderer Stelle. Im übrigen soll das Schweißwerkzeug der Fig. 5 in Aufbau und Wirkungsweise dem Werkzeug der F i g. 3 und 4 gleichen. no longer separately shown counter electrode formed resonator required symmetrization of the high-frequency currents ur; d voltages enables an asymmetrical λ / 4 trap, as it is also called Lindenbladtopf is known by making the coaxial cable outer sheath 6 resistance-free for external sheath currents connects to the mass of the welding tool, on the other hand for the inside arriving to the Electrode 1 flowing sheath currents represents a very high impedance to ground, so that the voltage symmetry of electrodes 1 and 2 is not disturbed. This linden leaf pot consists of a side from the shielding housing 9 outgoing metal jacket 11, which is at a distance of λ / 4 on the outer conductor 6 of the Coaxial cable connection is flanged. The linden leaf pot enables electrodes 1 and 2 not as in Fig. 3 must be thickened, but requires additional space elsewhere. Furthermore the construction and mode of operation of the welding tool of FIG. 5 is intended to correspond to the tool of FIG. 3 and 4 same.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So steht es dem Fachmann insbesondere frei, auf welche Weise er das Symmetrierglied bei erdunsymmetrischen Zuführungen realisiert, speziell wie er den Außenleiter des Koaxialkabelanschlusses auf die eine der beiden Elektroden und den Innenleiter dieses Anschlusses auf die andere Elektrode führt.The invention is not limited to the exemplary embodiments shown. So it is for the expert In particular, you are free to choose the way in which the balun is implemented in the case of feeds that are unbalanced to earth, specifically how he connects the outer conductor of the coaxial cable connection to one of the two electrodes and leads the inner conductor of this connection to the other electrode.

Unabhängig von der gewählten konkreten Ausführung er'.eichtert die erfindungsgemäß vorgesehene Gegentaktbauweise auch stets die Einführung einer zusätzlichen Vorrichtung zur genauen Abstimmung der Resonanzfrequenz des Schweißwerkzeuges auf die Betriebsfrequenz des speisenden Generators, da sich solche Abstimmittel in der Symmetrieebene zwischen der Elektroden 1 und 2 anordnen lassen, wo sie — analog zur Gegenelektrode 7 - keine Spannung gegen Erde führen.Regardless of the specific design chosen, the push-pull construction provided according to the invention is made easier also always the introduction of an additional device for the precise adjustment of the Resonance frequency of the welding tool to the operating frequency of the supplying generator, as such Allow tuning means to be arranged in the plane of symmetry between electrodes 1 and 2, where they - analogously to counter electrode 7 - do not carry any voltage to earth.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

409634/27409634/27

Claims

IOIO

1515th

Patentansprüche:Patent claims:

1. High-frequency welding tool for thermoplastics or thermoplastic-coated paper, consisting of a metal body to be connected to a high-frequency generator, acting as a ^ resonator, characterized in that the metal body forms two resonator, mirror-symmetrically arranged around a fictitious central plane, one-sided conductive trodes via an electrically neutral central part (8) Elek interconnected (I. 2) includes the frequency generator can be excited by the generated frequency to a Hochfre elec tric counter-phase vibration in.

2. High-frequency welding tool according to claim I. characterized in that it is surrounded by a metallic screen housing (9) connected to the central part (8) between the two electrodes (I, 2)

3. High-frequency welding tool according to claim I or 2. characterized in that a gap remains between the two electrodes (1. 2) in which the alternating field strength required for welding occurs

4. High-frequency welding tool according to claim 1 or 2, characterized in that the two electrodes (1. 2) a neutral counter-electrode (7) faces the one with each of the two Electrodes (1. 2) forms a gap, the alternating field strength required for welding occurring in the gaps and the gaps themselves being electrically connected Are connected in series.

5. High-frequency welding tool according to claim 3 or 4, characterized in that for Excitation of the push-pull oscillation through a symmetrical energy supply in phase opposition Double line (3) is connected to the two electrodes (1. 2).

6. High-frequency welding tool according to claim 5, characterized in that when fed from a high-frequency generator with asymmetrical coaxial line output to the transition to the conductor (6) of the feeding coaxial line (3) to a point outside the electrically neutral Mittekel {8}.-Ncisüisch in the an Eieküuue (i) passes u that the inner conductor (4) of the feeding Koaxiall device (3) is connected to the other electrode (2) at the opposite point

10. High-frequency welding tool according to A spoke 9 and preferably according to claim 2. characterized in that the self-symmetry | by using a Hochfrequer.z-Sperrtopfi (U) is created.

11. High-frequency welding tool according to A spoke 10. characterized in that the Hoc frequency blocking pot (U) by a side vo; a shielding housing (9) outgoing metal Sheath is formed, which surrounds the outer conductor (6) of the spei send coaxial line (3) and in an Ab stood from a quarter of the operating wavelength of the high-frequency generator with this outer lead ter (6) is conductively connected.