DE2825953A1 - Vorrichtung zum induktionsschweissen - Google Patents

Vorrichtung zum induktionsschweissen

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Description

-A-
AB Äkerlund & Rausing, Fack, S-22101 Lund / Schweden
Vorrichtung zum Induktionsschweißen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Induktionsschweißen von Kunststoffelementen und weist ein elektrisch leitendes Material in der Vorrichtung auf. Insbesondere ist die Schaffung einer Vorrichtung zum induktiven Hochfrequenzschweissen bzw. -abdichten bezweckt.
Es ist grundsätzlich bekannt, z. B. Kunststofflaminate bzw. Schichtaufbauten mit einer Aluminiumfolie mittels Hochfrequenzstrom miteinander zu verschweißen; Diese Technik ist in den letzten Jahren bemerkenswert weiterentwickelt worden, und es ist nunmehr möglich, die meisten Arten von thermoplastischen Stoffen miteinander zu verschweißen, vorausgesetzt, daß die Einzelteile, die miteinander verschweißt werden sollen, mindestens im Bereich der Schweißung ein Material zur Erzeugung einer gewissen Art von Wirbelstrom aufweisen. Dies kann ζ. B. eine Aluminiumfolie oder einfach Eisenoxidpulver oder dergleichen sein, welches in dem beabsichtigten Schweißbereich Anwendung findet. In gewissen Fällen enthält das Kunststoffmaterial selbst eine ausreichende Menge von leitenden Verunreinigungen, wodurch direkt die Möglichkeit gegeben ist, diese Teile durch Induktionsschweißen miteinander zu verschweißen.
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Die normalerweise ausgewählten Frequenzen fallen in den MHz-Bereich, die gewöhnlich zwischen 1 und 5 MHz liegen. Dies bedeutet, daß der Widerstandsleistungsverlust in dem Schweißwerkzeug (der Spule) insgesamt gesehen vernachlässigbar ist. Dies liegt an der hohen Induktanz bei. diesen Frequenzen und dem sogenannten Hauteffekt.
Nichtsdestoweniger entsteht während des Betriebes des Schweißwerkzeuges eine erhebliche Erwärmung desselben. Diese Erwärmung stammt von den magnetisch induzierten Strömen im Schweißbereich.
Um einen ungestörten Betrieb bei recht hohen Betriebsgeschwindigkeiten zu erhalten, muß dLe Wärme von den Induktionsströmen abgeführt werden.
Beim Abdichten oder Verschweißen von Deckeln oder Abdeckungen an Behältergehäusen erhielt man diese Wärmevernichtung bislang durch das Umwälzen eines Kühlmediums durch die Induktionsspule, die hierbei aus einer leitenden Rohrschleife mit einem Einlaß bzw. einem Auslaß für das Kühlmedium bestand.
Ein Grund für die Verwendung von Rohren für die bekannten Induktionsspulen dürfte teilweise der Aspekt der Kühlung aber auch der Wunsch gewesen sein, einen Leiter in der Spule mit minimalem Querschnitt zu haben. Der Grund hierfür besteht darin, daß man die Impedanz bei diesen hohen Frequenzen vermindern will.
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In überraschender Weise ist jedoch erfindungsgemäß gefunden worden, daß ein ebenso gutes Ergebnis durch eine erheblich einfachere Spulengestalt erhältlich ist, nämlich durch eine Spule in Gestalt einer leitenden Platte, die mit einem Loch oder einer Öffnung versehen ist, wobei die äußere Gestaltung oder Kontur der Platte beliebig ist und die Platte einen Schlitz aufweist, welcher das Loch mit der äußersten Plattenkante verbindet.
Im Vergleich zu den bekannten Rohrspulen ergeben sich hierdurch beachtliche Vorteile. Die Rohrspulen haben tatsächlich zahlreiche Nachteile, die man bislang nicht ausschalten konnte.
Um einerseits in der Lage zu sein, ein nach den Prinzipien der bekannten Technik aufgebautes Werkzeug vorzusehen, ist ein äußerst sorgfältiger Bearbeitungsbetrieb notwendig, denn es ist erstens nötig, ein Rohr zu einer Schleife mit gut definierten inneren und äußeren Konturen zu biegen. Danach sollte die Schleife in einer isolierenden Lagerung mit der entsprechenden, gut definierten inneren Kontur angeordnet werden.
All dies benötigt Zeit und ist deshalb kostspielig.
Trotz des sorgfältigen Biegens des Rohres entstehen in den Biegebereichen Verengungen. Hierdurch wird der zur Verfügung stehende Querschnitt für die Umwälzung des Kühlmediums verringert, woraus sich unerwünschte Wirkungen beim Schweißen ergeben.
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Außerdem sind die Kühlkanäle mehr oder weniger unzugänglich, und die Kühlung erfolgt direkt gegen den Schweißbereich hin. Es ist also nicht möglich, die Kanäle in einfacher Weise zu reinigen, und es ist auch unmöglich, ihre Ausdehnung neu anzuordnen, es sei denn man stellt ein gänzlich neues Werkzeug her.
Aufgabe der Erfindung ist daher dia Beseitigung der Nachteile der bekannten Induktionsschweißvorrichtungen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung basiert auf dem, was hinsichtlich einer Platte gegen eine Rohrschleife gesagt worden ist und weist grundsätzlich eine Vorrichtung für die Induktionsschweißung auf, z. B. zum Verschweißen einer Kunststoffabdeckung mit einer Metallfolie an einem Behältergehäuse, und die Vorrichtung weist mindestens einen geschlossenen, elektrisch leitenden Pfad um zumindest einen Schweißbereich und einen Kühlmitteldurchgang in Verbindung mit diesem auf. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Pfad durch eine Metallplatte gebildet ist, in der eine Öffnung .oder ein Loch um den Schweißbereich vorgesehen ist und bei der ein Isolierschlitz zwischen dem Loch und der äußersten Plattenkante vorgesehen ist, sowie dadurch , daß der Kühlmitteldurchgang aus einer Nut besteht, die in der Oberfläche der Platte vorgesehen ist und sich ganz oder teilweise um das Loch herum erstreckt .
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei-
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- 8 bung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausfuhrungsform einer Abdicht- bzw. Schweißplatte gemäß der Erfindung, von unten gesehen, wobei eine normalerweise dazugehörende untere Platte weggelassen ist,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch die Längsmittelebene der Platte,
Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Schweißplatte gemäß der Erfindung und
Fig. 4 einen Querschnitt der Platte gemäß der Figur 3.
Die in Figur 1 gezeigte Platte 10 ist beispielsweise eine Platte aus Kupfer, Bronze, eine Hartlötplatte oder aus einem ähnlichen elektrisch gut leitenden Material. In der Platte sind zwei öffnungen oder Löcher 11, 11' vorgesehen. Die äußerste Kante der Löcher entspricht der Außenkontur einer (nicht dargestellten) Abdeckung, welche gegen ein Behältergehäuse zu Schweißen ist. Das Werkzeug gemäß Figur 1 soll parallel zwei Abdeckungen an dazugehörige Gehäuse anschweißen.
Auf der unteren Seite der Platte 10 ist eine Platte 12 aus isolierendem Material, z. B. Bakelit, angebracht. Die Platte 12 kann durch Verkleben oder auf andere Weise an der Platte 10 angebracht sein. Mit den Löchern 10, 11' in der Platte 10 sind Löcher 13, 13' in der Platte 12 in Flucht angeordnet.
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Diese Löcher habe eine Kontur entsprechend der äußeren Kontur der Flansche der Abdeckung oder Deckel, die aufzusiegeln sind. Wie man aus Figur 2 sieht, hat die Abdeckung einen vorstehenden Kragen im Bereich der passenden öffnung 13, 13' und eins im wesentlichen vertikale äußerste Kante, welche den Lochkonturen 11, 11' entspricht. An den unteren Bereichen der in Figur 2 gezeigten Löcher 13, 13! sind Schultern 14, 14' vorgesehen, die in der Figur durch ein nach oben konisches Teil des passenden Loches geformt sind. Die Schultern 14, 14' sollen eine Abdeckung in dem passenden Loch 11, 13 und 11', 13' stützen.
Die Löcher 11, 11' sind durch einen engen Schlitz 15 miteinander verbunden. Vorzugsweise hat dieser Schlitz eine Breite von einigen Zehntel Millimetern, z. B. 0,3 mm. Am Mittelpunkt 16 des Schlitzes 15 verbindet sich ein weiterer Schlitz 17, der an der äußersten Kante der Platte 10 mündet bzw. dort zusammenfließt. Die Schlitze 15 und 17 bilden also zusammen einen T-förmigen Schlitz, und wie man aus Figur 1 sieht, münden oder vereinigen sich die freien Enden des jeweiligen Schlitzes im wesentlichen senkrecht zu den passenden äußersten Kanten. Die Schlitze 15, 17 teilen die Platte 10 in voneinander im Bereich zwischen den Löchern isolierte Teile. Auf einem dieser Teile ist eine erste elektrische Verbindung 18 angeordnet, und auf dem anderen Teil ist eine entsprechende zweite elektrische Verbindung 19 angeordnet.
Wenn eine (nicht dargestellte) Kochfrequenzspannungsquelle an die passende Verbindung 18, 19 angeschlossen ist, erhält man einen geschlossenen Strompfad in der Platte 10. Wegen des
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Hauteffektes oder Skineffektes erstreckt sich dieser Strompfad hauptsächlich längs jeder Seite des Schlitzes 17, Schlitzes 15 zu einer der äußeren Lochkanten 11, 11' und danach wieder zurück über die Schlitze 15, 17 zu einar der elektrischen Verbindungen 18, 19. Außerdem gibt der Hauteffekt anscheinend auch einen Stromfluß am übrigen Teil derjäußeren Oberflächen der Platte 17. Das längs der äußerten Lochkanten 11, 11' erhaltene magnetische Feld wird jedoch in ansich bekannter Weise genau im Bereich dieser äußersten Kanten verstärkt, und deshalb kann die induktive Wirkung, die an den äußeren Kanten der Platte 10 auftreten kann, vernachlässigt werden.
Wie erwähnt, gibt es bei den beabsichtigten Betriebsgeschwindigkeiten Wärmeleitung zur Platte 10. Um für die Wärmedissipation bzw. -Zerstreuung zu sorgen, ist in der Platte eine Nut 20 angeordnet, die im wesentlichen den ganzen Umfang des passenden Loches 11, 11' umfängt. Jedes Ende 21, 22 der Nut 20 steht mit einem (nicht gezeigten) Einlaß bzw. Auslaß für ein Kühlmedium, z. B. Wasser, in Verbindung. Wie man aus Figur 2 sieht, ergibt die Nut 20 mittels einer Platte 12 einen geschlossenen Durchgang für das Kühlmedium.
Da die Ausdehnung des Kühlmediumdurchganges 20 ganz von der Kontur des passenden Loches 11, 11" unabhängig ist, kann die Kühlung derart beeinflußt sein, daß sie mögliche üngleichmässigkeiten oder Diskontinuitäten im magnetischen Feld kompensiert, die längs der ganzen Konturen auftreten können. Der Verlauf bzw. die Ausdehnung der Nut 20 wird bei Berücksich-
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tigung dieser Tatsachen ausgewählt.
In den Figuren 3 und 4 sind die gleichen Bezugszahlen wie in den Figuren 1 und 2 benutzt worden. An den Bezugszahlen für den Schlitz und die Zahl für die obere Platte sind jedoch Apostrophstriche hinzugefügt worden. Es versteht sich jedoch, daß die untere Platte und die obere Platte eine integrale Einheit sein können. Beispielsweise ist es möglich, ein Gehäuse aus einem nicht expandierendem Polyurethan oder aus festen Polyurethanen zu verwenden. Die Nut 20 kann auch ganz oder teilweise in der unteren Platte oder der oberen Platte oder im Gehäuse vorgesehen sein.
Obwohl zwei spezielle Ausführungsformen der Erfindung hier beschrieben sind, versteht es sich, daß Veränderungen und Modifikationen im Pahmen der Erfindung möglich sind.
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-42-
Leerserfe

Claims (6)

  1. Dr. Hans-Heinridi Willrath f D _ 6200 Wiesbaden ι
    Dr. Dieter Weber s/b Postfadi 6145
    DipL-Phys. Klaus Seiifert
    PATENTANWÄLTE
    P 10896-125 13' Juni 1978
    AB Skerlund & Rausing, Pack, S-22101 Lund / Schweden
    Vorrichtung zum Induktionsschweißen
    Priorität: 20. Juni 1977 in Schweden, Anmelde-Nr. 77 07091-0
    Patentansprüche
    (1.j Vorrichtung zum Induktionsschweißen, z. B. zum Abdichten einer Kunststoffabdeckung mit einer Metallfolie an einem Behältergehäuse, mit mindestens einem geschlossenen, elektrisch leitenden Pfad um mindestens einen Schweißbereich und mit einem mit diesem in Verbindung stehenden Durchgang für ein Kühlmedium, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Pfad aus einer Metallplatte (10) gebildet ist, in der eine öffnung (11, 11') um den Schweißbereich herum gebildet
    809881/0855
    Postsdiedt Frankfurt/Main 67 63-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr. 276 807
    ORIGINAL INSPECTED
    ist, und daß zwischen dieser öffnung (11, 11') und der äußersten Kante (18) der Platte (1O) ein Isolierschlitz (15, 17; 15') vorgesehen ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes (15, 17; 15') einige Zehntel Millimeter groß ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (10) zumindest in dem Bereich der Nut (20) durch eine weitere Platte (12) zur Schaffung geschlossener Durchgänge für ein Kühlmedium abgedeckt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte für das Induktionsschweißen von Deckeln an Behältergehäusen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Löcher (11, 11') in der Platte (10) gebildet sind, jedes Loch eine Kontur oder Gestaltung hat, welche der äußeren Kontur des Deckels entspricht, und daß der elektrisch leitende Pfad für jedes Loch durch den Isolierschlitz (15, 17) erhalten ist, welcher die Löcher miteinander verbindet und an dem äußersten Kantenbereich (18) der Platte (10) mit einem Teil (17) des Schlitzes zur Schaffung von Anschlußmöglchkeiten (18, 19) an einer elektrischen Hochfrequenzquelle an jeder Seite des Teils mündet.
  5. 5. Vorrichtung nadiAnspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Löcher im wesentlichen rechteckig ist, mit abgerundeten Ecken, daß die Löcher oder öffnungen (11, 11')
    809881 /0855
    mit der kurzen Seite der kurzen Seite zugerichtet sind und daß der isolierende Schlitz (15, 17) T-förmig ist und senkrecht auf die kurzen Seiten bzw. die äußerste Kante der Platte mündet.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsschweißung mit einer Frequenz von etwa 1-3 MHz ausführbar ist.
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