DE2512573C3

DE2512573C3 - High-frequency welding tool for thermoplastics or thermoplastic-coated paper

Info

Publication number: DE2512573C3
Application number: DE19752512573
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dipl.-Ing. 1000 Berlin Unland
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1977-09-08

Description

Das Hauptpatent betrifft ein Hochfrequenz-Schweißwerkzeug für thermoplastische Kunststoffe oder thermoplastbeschichtetes Papier, bestehend aus einem an einen Hochfrequenzgenerator anzuschließenden, als λ/4-Resonator wirkenden Metallkörper, welcher zwei den Resonator bildende, spiegelsymmetrisch um eine fiktive Mittelebene unmittelbar nebeneinander angeordnete, einseitig leitend über ein elektrisch neutrales Mittelteil miteinander verbundene Elektroden enthält, die zu einer elektrischen Gegentaktschwingung anregbar sind.The main patent 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, which two the resonator forming, mirror-symmetrical around 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 can be excited to an electrical push-pull oscillation are.

Am Schluü der Beschreibung des Hauptpatentes ist bereits erwähnt, daß die Ausführung eines Hochfrequenz-Schweißwerkzeuges in Gegentaktbauweise auch stets die Einführung einer zusätzlichen Vorrichtung zur genauen Abstimmung der Resonanzfrequenz des Schweißwerkzeuges auf die Betriebsfrequenz des speisenden Generators erleichtert. Ei! hat sich gezeigt, daß einer solchen Abstimmung erhebliche praktische Bedeutung zukommt, wenn sich die mechanischen und/oder elektrischen Parameter des Schweißgutes, wie dessen Dicke, Dielektrizitätskonstante und Verlustwinkel, ändern. In vorteilhafter Ausgestaltung des Hauptpatentes wird deshalb bei dem Hochfrequenz-Schweißwerkzeug der eingangs genannten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen den Elektroden in der Fiktiven Mittelebene längs dieser verschiebbar ein Abstimmschieber angeordnet istAt the end of the description of the main patent it is already mentioned that the execution of a high-frequency welding tool in push-pull design always the introduction of an additional device for precise adjustment of the resonance frequency of the welding tool to the operating frequency of the feeding generator facilitated. Egg! has shown that such a vote is of considerable practical importance when the mechanical and / or electrical parameters of the weld metal, such as change its thickness, dielectric constant and loss angle. In an advantageous embodiment of the main patent is therefore in the high-frequency welding tool of the type mentioned after Invention proposed that between the electrodes in the fictitious central plane along this one displaceable Tuning slide is arranged

Ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schweißwerkzeug ermöglicht mit einfachen Mitteln, auch bei großen Änderungen der Schweißgut-Parameter die Resonanzfrequenz an die Betriebsfrequenz des speisenden Hochfrequenz-Generators anzupassen. Auf diese Weise kann selbst in solchen Fällen, bei denen bisher wegen starker Abweichungen in der Schweißgut-Beschaffenheit Werkzeuge unterschiedlicher Abmessungen benutzt werden mußten, stets mit dem gleichen Werkzeug gearbeitet werden.A high-frequency welding tool according to the invention enables simple means, even with large ones Changes in the weld metal parameters change the resonance frequency to the operating frequency of the feeding Adapt high frequency generator. In this way, even in those cases where previously because of large deviations in the properties of the weld metal, tools of different dimensions are used always had to be worked with the same tool.

Besonders einfach ist der Abstimmschieber eines erfindungsgemäßen Schweißwerkzeuges eine von den Elektroden symmetrisch beabstandete metallische Platte, die zwischen den Elektroden in einer äußeren Führung auf- und abbewegt werden kann. Für eine solche äußere Führung bietet sich insbesondere ein Abschirmgehäuse an, welches gemäß dem Hauptpatent vorteilhaft die zur Gegentaktschwingung anregbaren Elektroden umgibt und zwei senkrecht zu den Elektroden stehende Stirnwände aufweist, in denen nun der metallische Abstimmschieber geführt und festlegbar ist.The tuning slide of a welding tool according to the invention is one of the particularly simple Electrodes symmetrically spaced metallic plate between the electrodes in an outer Guide can be moved up and down. For such an external guide, there is a particular option Shielding housing, which, according to the main patent, advantageously excites the push-pull oscillation Surrounds electrodes and has two end walls perpendicular to the electrodes, in which now the metallic tuning slide is guided and can be fixed.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstimmschieber nicht als Metallplatte, sondern als Isolierkörper aus elektrisch verlustarmem Material mit einer Dielektrizitätskonstante größer als 1 ausgebildet. Die Dicke des Abstimmschiebers kann in diesem Fall vorteilhafterweise so groß sein, daß die Innenflächen der Elektroden berührt werden, so daß diese zugleich als seitliche Führung des Abstimmschiebers dienen.In another embodiment of the invention, the tuning slide is not as a metal plate, but as Insulating body made of electrically low-loss material with a dielectric constant greater than 1. The thickness of the tuning slide can in this case advantageously be so great that the inner surfaces the electrodes are touched so that they also serve as a lateral guide for the tuning slide.

Im Hauptpatent ist auch bereits angegeben, daß die Speisung des Hochfrequenz-Schweißwerkzeuges zweckmäßig aus einem Hochfrequenz-Generator mit unsymmetrischem Koaxialleitungsausgang erfolgt und zum Übergang auf die Elektroden ein Symmetrierglied verwendet ist. Bei praktischen Ausgestaltungen des Symmetriergliedes kommt es dann vor, daß den Raum zwischen den Elektroden ein zur Anregung der Gegentakt-Schwingung dienender Leiter quert. Um den Abstimmbereich dadurch nicht zu beeinträchtigen, ist vorzugweise der Abstimmschieber mit einer in Richtung seiner Verschiebbarkeit verlaufenden Aussparung solcher Länge und Form versehen, daß der Abstimmschieber über einen zwischen den Elektroden verlaufenden Leiter berührungsfrei hinwegführbar ist.In the main patent it is also indicated that the high-frequency welding tool is fed expediently from a high-frequency generator with an asymmetrical coaxial line output and a balun is used for the transition to the electrodes. In practical configurations of the Balun it then happens that the space between the electrodes is used to excite the Push-pull oscillation serving conductor crosses. In order not to impair the tuning range preferably the tuning slide with a recess of the same running in the direction of its displaceability Provided length and shape that the tuning slide over a running between the electrodes Head can be removed without contact.

Anhand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. Dabei sind einander entsprechende Teile miit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of the drawing. Are there Corresponding parts have been given the same reference numerals.

Es zeigtIt shows

F i g. 1 ein schematisches Ausführungsbeispiel eines Schweißwerkzeuges,F i g. 1 a schematic embodiment of a welding tool,

F i g. 2 eine praktische Ausführung des Schweißwerkzeuges im Querschnitt undF i g. 2 shows a practical embodiment of the welding tool in cross section and

F i g. 3 das Schweißwerkzeug der F i g. 2 ausschnittsweise von oben.F i g. 3 the welding tool of FIG. 2 excerpts from above.

In F i g. i sind mit i und 2 zwei parallel nebeneinander, spiegelsymmetrisch um eine fiktive Mittelebene angeordnete Elektroden bezeichnet, die einseitig über eine metallische Grundplatte 8 miteinander verbundenIn Fig. With i and 2, i are two parallel to each other, mirror-symmetrical around a fictitious central plane arranged electrodes, which are connected to one another on one side via a metallic base plate 8

1212th

sind. Die auf diese Weise gebildete symmetrische Doppelleitung soll durch eine speisende Doppelleitung 3 als λ/4-Resonator im Gegentakt anregbar sein. Mit Hilfe des dadurch erzeugten hochfrequenten elektrischen Feldes lassen sich Lagen 10 aus kunststoffe- s schichtetem Papier verschweißen, die zwischen den freien Enden der Elektroden 1 und 2 und einer Gegenelektrode 7 hindurchgeführt und gegeneinander angepreßt werden.are. The symmetrical double line formed in this way should be replaced by a feeding double line 3 can be excited as a λ / 4 resonator in push-pull. With With the help of the high-frequency electric field generated thereby, layers 10 made of plastics can be s weld layered paper between the free ends of electrodes 1 and 2 and a Counter electrode 7 are passed and pressed against one another.

Für einen maximalen Wirkungsgrad der Anordnung ist es unter anderem erforderlich, daß die Resonanzfrequenz des von den Elektroden 1 und 2 mit der Grundplatte 8 gebildeten λ/4-Leitungsresonators möglichst genau der Betriebsfrequenz eines speisenden Hochfrequenzgenerators entspricht Die Resonanzfrequenz des Leitungsresonators bestimmt sich aus dessen Länge zwischen der Kuirzschlußebene und dem offenen Ende. Dabei muß die Kapazität berücksichtigt werden,, die während des Schweißvorganges zwischen den Elektroden 1 und 2 einerseits und der anzudrückenden Gegenelektrode 7 andererseits parallel geschaltet ist. Da diese Kapazität das Schweißgut als Dielektrikum enthält, ist von dessen mechanischen und elektrischen Gegebenheiten die Höhe der parallelgeschalteten Kapazität abhängig. Um nun trotz möglicher unterschiedlicher Beschaffenheit des Schweißgute:> oder Änderungen desselben stets Anpassung der Resonanzfrequenz des Leitungs-Resonators erzielen zu können, ist zwischen den Elektroden 1 und 2 symmetrisch ein metallischer Abstimmschieber 12 angeordnet, der längs der fiktiven Mittelebene, zu der die Elektroden 1 und 2 parallel verlaufen, verschiebbar ist. Dabei kompensiert eine Verschiebung des Abstimmschiebers 12 nach oben (Kapazitätserhöhung) eine Verminderung der vom Schweißgut bestimmten Kapazität, während umgekehrt eine Verschiebung nach unten (Induktivitätsverringerung) eine erhöhte Kapazität im Schweißspalt ausgleicht. For maximum efficiency of the arrangement, it is necessary, among other things, that the resonance frequency of the λ / 4 line resonator formed by the electrodes 1 and 2 with the base plate 8, if possible corresponds exactly to the operating frequency of a feeding high-frequency generator. The resonance frequency of the line resonator is determined by its length between the short-circuit plane and the open one End. The capacity must be taken into account, which during the welding process between the Electrodes 1 and 2 on the one hand and the one to be pressed Counter electrode 7 is on the other hand connected in parallel. Because this capacity makes the weld metal as a dielectric contains the mechanical and electrical characteristics of which are connected in parallel Capacity dependent. In order to now, despite possible different properties of the weld metal:> or changes of the same to always be able to achieve adaptation of the resonance frequency of the line resonator, a metallic tuning slide 12 is arranged symmetrically between the electrodes 1 and 2, the longitudinal the fictitious central plane to which the electrodes 1 and 2 run parallel, is displaceable. Compensated in the process a shift of the tuning slide 12 upwards (increase in capacity) a reduction in the from Weld metal certain capacity, while vice versa a shift downwards (inductance reduction) compensates for an increased capacity in the welding gap.

Auch wenn der Abstimmschieber 12 statt aus Metall aus einem festen Dielektrikum (ε > 1) besteht, wirkt er bei Verschiebung nach oben oder unten als veränderbare Parallelkapazität. Zur Erhöhung der Wirksamkeit ist in diesem Fall — abweichend von der bildlichen Darstellung in Fig. 1 — die Dicke des Schiebers 12 gleich dem lichten Abstand der beiden Elektroden 1,2.Even if the tuning slide 12 is made of a solid dielectric (ε > 1) exists, it acts as a changeable one when it is shifted up or down Parallel capacity. To increase the effectiveness in this case - deviating from the pictorial Representation in Fig. 1 - the thickness of the slide 12 is equal to the clearance between the two electrodes 1, 2.

Das in Fig.2 und 3 dargestellte Ausführungübeispiel enthält wieder zwei spiegelsymmetrisch nebeneinander angeordnete Elektroden 1 und 2, die über eine Grundplatte 8 einseitig miteinander verbunden sind. Die Grundplatte 8 trägt weiterhin ein metallisches Abschirmgehäuse 9, welches seinerseits die Elektroden 1 und 2 symmetrisch umgibt. Zur Anregung einer Gegentaktschwingung zwischen den Elektroden 1 und 2 durch einen Hochfrequenzgenerator mit unsymmetrischem Koaxialleitungsausgang ist seitlich an das Abschirmgehäuse 9 ein sogenannter Lindenbladtopf angesetzt, der aus eimern Metallzylinder 11 besteht, der in einem Abstand von einem Viertel der Betriebswellenlänge auf den Außenmantel eines Koaxiaikabelanschlusses 3 übergeht Der Innenleiter 13 des Koaxialkabelanschlusses ist mit der einen Elektrode 2 und der Außenleiter 14 mit der anderen Elektrode 1 verbunden. Ein erfindungsgemäß zwischen den Elektroden 1 und 2 angeordneter Abstimmschieber 12 in Form einer metallischen Platte ist in zwei senkrecht zu den Elektroden 1 und 2 stehenden Stirnwänden des Abschirmgehäuses 9 geführt, wie aus Fig.3 näher ersichtlich. Einer einfachen und schnell lösbaren Festsetzung des Abstimmschiebers 12 dienen Rändelschrauben 15 auf der Außenseite des Abschirmgehäuses 9.The embodiment shown in Fig.2 and 3 again contains two mirror-symmetrically arranged electrodes 1 and 2, which have a Base plate 8 are connected to one another on one side. The base plate 8 also carries a metallic shielding housing 9, which in turn surrounds the electrodes 1 and 2 symmetrically. To stimulate a Push-pull oscillation between electrodes 1 and 2 by a high-frequency generator with asymmetrical The coaxial line outlet is on the side of the shielding housing 9, a so-called linden leaf pot attached, which consists of buckets metal cylinder 11, the at a distance of a quarter of the operating wavelength on the outer jacket of a coaxial cable connection 3 passes over The inner conductor 13 of the coaxial cable connection is with the one electrode 2 and the Outer conductor 14 connected to the other electrode 1. An according to the invention between the electrodes 1 and 2 arranged tuning slide 12 in the form of a metallic plate is in two perpendicular to the Electrodes 1 and 2 standing end walls of the shielding housing 9, as shown in more detail in FIG evident. Knurled screws are used for a simple and quickly releasable fixing of the tuning slide 12 15 on the outside of the shielding housing 9.

Eine Anpassung der Eigenfrequenz des Schweißwerkzeuges mittels des Abstimmschiebers 12 bedeutet Anpassung des elektrischen Blindwiderstandes an den speisenden Hochfrequenzgenerator. Selbstverständlich muß auch eine Anpassung der Wirkwiderstände erfüllt sein. Die Wirkwiderstandsanpassung läßt sich in an sich bekannter Weise durch die Wahl des Einreisepunktes über der Grundplatte 8 erzielen. Damit kann sich ergeben, daß der vom Koaxialkabelanschluß 3 ausgehende und den Raum zwischen den Elektroden 1 und 2 querende Innenleiter 13 den Bereich einengt, in dem der Abstimmschieber 12 für eine Anpassung in weiten Grenzen bewegbar sein müßte. Um dennoch den Abstimmraum voll nutzen zu können, empfiehlt es sich, im Abstimmschieber 12 eine Aussparung vorzusehen, wie mit der gestrichelten Linie 16 in F i g, 2 angedeutet ist Man erkennt, daß dann der Abstimmschiieber 12 bis zur Grundplatte 8 absenkbar ist.An adaptation of the natural frequency of the welding tool by means of the tuning slide 12 means Adaptation of the electrical reactance to the feeding high-frequency generator. Of course an adaptation of the effective resistances must also be fulfilled. The effective resistance adjustment can be in itself Achieve known way by the choice of the entry point above the base plate 8. So that can show that the from the coaxial cable connection 3 and the space between the electrodes 1 and 2 Crossing inner conductor 13 narrows the area in which the tuning slide 12 for an adjustment in wide Boundaries should be movable. In order to still be able to use the voting room to the full, it is advisable to to provide a recess in the tuning slide 12, as indicated by the dashed line 16 in FIG. 2 It can be seen that the tuning slide 12 can then be lowered to the base plate 8.

Weiterhin bietet die Art der Energieeinspeisung über einen Lindenblad-Topf die Möglichkeit, in dessen Innenraum einen an sich bekannten λ/4-Transformator unterzubringen. Dieser wird dadurch realisiert, daß man den auf die Elektrode 2 führenden Innenleiter 13 gegen einen solchen anderen Durchmesser auswechselt. Dadurch kann zusätzlich in sehr einfacher Weise die Wirkwiderstandstransformation geändert werden, falls dies erforderlich ist.Furthermore, the type of energy supply via a Lindenblad pot offers the possibility of using it Inside to accommodate a known λ / 4 transformer. This is realized by one replaces the inner conductor 13 leading to the electrode 2 with such a different diameter. As a result, the real resistance transformation can also be changed in a very simple manner, if this is necessary.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann die Anregung des Hochfrequenz-Schweißwerkzeuges zu einer elektrischen Gegentaktschwingung auch anders als in den Fig.2 und 3 erfolgen. Auch kann der Abstimmschieber entsprechend den konstruktiven Gegebenheiten unterschiedlich gestaltet sein.The invention is not limited to the illustrated embodiment. In particular, the Excitation of the high-frequency welding tool to an electrical push-pull oscillation also different than in FIGS. 2 and 3. The tuning slide can also be adapted to the structural conditions be designed differently.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. High-frequency welding tool for thermoplastic plastics or thermoplastic-coated paper, consisting of a metal body that is to be connected to a high-frequency generator and that acts as an A / 4 resonator, which, according to main patent 24 42 477, two forms the resonator, are arranged mirror-symmetrically around a fictitious central plane, conductive on one side Contains electrodes connected to one another via an electrically neutral central part, which can be excited to an electrical push-pull oscillation, characterized in that _{a tuning slide (12) is arranged between the electrodes (I 1} 2!) in the fictitious central plane along this

2. High-frequency welding tool according to claim 1, characterized in that the tuning slide (12) is a metal plate which is symmetrically spaced from the electrodes (1, 2).

3. High frequency welding tool according to claim 1, characterized in that the tuning slide (12) consists of an electrically insulating, solid dielectric, the thickness of which is preferably equal to the distance between the electrodes (1,2)

4. High-frequency welding tool according to claim 2 or 3 with a space between the Electrodes crossing conductors (transverse conductors) for the excitation of the push-pull oscillation, characterized in that the tuning slide (12) has a recess extending in the direction of its displaceability (16) has such a length and shape that the tuning slide over the transverse conductor without contact is feasible.

5. High-frequency welding tool according to one of claims 2 to 4 with a metallic, which for Electrodes surrounding push-pull oscillation excitable shielding housing, characterized in that that the tuning slide (12) in perpendicular to the electrodes (1, 2) standing end walls of the Shielding housing (9) is out and can be fixed.

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