DE2825953C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Teile mittels Hochfrequenzschweißen mit mindestens einem geschlossenen, mindestens einen Schweißbereich umge­ benden, elektrisch leitenden Pfad in einer Metallplatte, in der eine Öffnung um den Schweißbereich herum gebildet ist, wobei zwischen dieser Öffnung und der äußeren Kante der Platte ein Isolierschlitz vorgesehen ist, mit einer in der Oberfläche der Platte vorgesehenen Nut als Durch­ gang für ein Kühlmittel, wobei die Nut sich um die Öffnung herum erstreckt, mit einer weiteren Platte zum Abdecken wenigstens der Nut und mit beiderseits des Schlitzes vor­ gesehenen Anschlußmöglichkeiten an eine elektrische Hoch­ frequenzquelle.

Es ist grundsätzlich bekannt, z.B. Kunststofflaminate mit einer Aluminiumfolie mittels Hochfrequenzstrom miteinander zu verschweißen. Diese Technik ist in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt worden, und es ist nunmehr mög­ lich, die meisten Arten von thermoplastischen Stoffen mit­ einander zu verschweißen, vorausgesetzt, daß die Einzel­ teile, die miteinander verschweißt werden sollen, minde­ stens im Bereich der Schweißung ein Material zur Erzeugung einer gewissen Art von Wirbelstrom aufweisen. Dies kann z.B. eine Aluminiumfolie oder einfach Eisenoxidpulver oder dergleichen sein, welches in dem beabsichtigten Schweißbe­ reich Anwendung findet. In gewissen Fällen enthält das Kunststoffmaterial selbst eine ausreichende Menge von lei­ tenden Verunreinigungen, wodurch direkt die Möglichkeit gegeben ist, diese Teile durch Induktionsschweißen mitein­ ander zu verschweißen.

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 vernachläs­ sigbar ist. Dies liegt an der hohen Induktanz bei diesen Frequenzen und dem sogenannten Skineffekt.

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 Betriebsge­ schwindigkeiten zu erhalten, muß die Wärme von den Induk­ tionsströmen abgeführt werden.

Beim Abdichten oder Verschweißen von Deckeln oder Abdec­ kungen an Behältergehäusen hat man die Wärme bislang durch das Umwälzen eines Kühlmediums durch die Induktionsspule vernichtet, die hierbei aus einer leitenden Rohrschleife mit einem Einlaß bzw. einem Auslaß für das Kühlmedium be­ stand.

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 hier­ für besteht darin, daß man die Impedanz bei diesen hohen Frequenzen vermindern will.

Aus der US-PS 25 72 646 ist eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art bekannt, bei welcher der Querschnitt für den fließenden Strom in der Platte auf seiner gesamten Bahn im wesentlichen gleich groß ist. Um dies zu erreichen, muß die Außenkontur der bekannten Platte der Gestaltung der jeweiligen Öffnung folgen. Die Herstellung einer sol­ chen Platte ist ersichtlich aufwendig und daher teuer. Außerdem sind die Ränder um die Öffnungen bei einer sol­ chen Platte verhältnismäßig schmal, so daß der Druck in den Schweißbereichen groß ist. Dies spielt bei der bekann­ ten Vorrichtung keine Rolle, denn es sollen mehrere Me­ tallkappen gleichzeitig auf mehrere, kranzartig angeordne­ te Schäfte eines Glasteiles angeschweißt werden. Ein hoher Druck in den ringförmigen Schweißbereichen kann im bekann­ ten Fall sogar erwünscht sein. Wenn beispielsweise die an den Öffnungsrändern auslaufenden Schlitze zu breit sind, werden etwaige Undichtigkeiten oder mangelhafte Schmelz­ verbindungen zwischen der Metallkappe und dem Glaskörper dadurch ausgeglichen, daß die beiden miteinander zu ver­ schweißenden Teile mit großen Kräften in axialer Richtung zusammengepreßt werden, zumal die Schäfte in Achsrichtung genügend Material vorgeben.

Bestehen diese Teile aber aus anderen Materialien, bei­ spielsweise Kunststoffbehälter und Abdeckungen derselben, dann sind solche hohen Druckbelastungen unerwünscht, weil durch solche Druckkräfte die Kunststoffmassen in den Schweißbereichen möglicherweise herausgedrückt werden und dadurch eine Undichtigkeit entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art weiterzubilden, so daß ihre Herstellung vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in jede Öffnung nur ein einziger Isolierschlitz einmündet, daß der Schlitz einige Zehntel Millimeter breit ist und daß die Platte rechteckig ist.

Die rechteckige Ausführungsform der äußeren Gestalt der Platte gibt ersichtlich eine besonders einfache Herstel­ lungsmöglichkeit der Platte vor. Gegenüber der kompli­ zierten Fräsarbeit für den Außenrand der bekannten Platte ist die Herstellung eines im wesentlichen geraden Platten­ randes erheblich günstiger, einfacher und somit auch preis­ werter. Man hat nämlich erfindungsgemäß in überraschender Weise gefunden, daß ein ebenso gutes Schweißergebnis er­ halten werden kann, wenn die äußere Gestaltung oder Kontur der Platte beliebig ist - im Vergleich zu der bekannten Platte oder der bekannten Spule, bei welcher stets dafür gesorgt wurde, daß dem Stromfluß ein minimaler Querschnitt angeboten wird.

Durch die beliebig auszugestaltende Kontur der Platte bzw. den beliebigen Verlauf des äußeren Randes der Platte liegen um die Öffnung herum teilweise größere Bereiche, die in vorteilhafter Weise einer besseren Druckverteilung beim Schweißvorgang dienen. Dadurch wird das insbesondere beim Verschweißen von Kunststoffbehältern mit Deckeln nur in geringer Menge vorhandene Kunststoffmaterial im Schweißbe­ reich nicht durch übergroße Preßkräfte auf zu kleinen Flä­ chen aus dem Schweißwerkzeug herausgequetscht. Die Gefahr von Undichtigkeiten durch den Preßdruck auf die Platte ist daher verringert.

Durch die geringe Breite des Schlitzes von nur einigen Zehntel Millimetern und durch das Vorsehen nur eines ein­ zigen Isolierschlitzes in Verbindung mit dem jeweiligen Öffnungsrand kann man auf die hohen Preßkräfte der Werk­ zeugteile verzichten, denn es ergibt sich um die jeweilige Öffnung herum ein nahezu vollständig geschlossener Dicht­ ring, dessen Enden über den engen Isolierschlitz hinweg mit Vorteil ineinander verlaufen und dadurch eine Rundum­ abdichtung gewährleisten.

Zweckmäßig ist es erfindungsgemäß ferner, wenn zwei benach­ barte Öffnungen in der Platte vorgesehen sind. Es können dann zwei Behälter mit einem Werkzeug gleichzeitig ver­ schlossen werden.

Zweckmäßig ist es erfindungsgemäß auch, wenn die Öffnungen im wesentlichen rechteckig sind und abgerundete Ecken auf­ weisen, wenn die Öffnungen mit jeweils einer kurzen Seite einander zugerichtet sind und wenn der Isolierschlitz T- förmig ist und rechtwinkelig auf die kurzen Seiten bzw. auf die äußere Kante der Platte mündet. Bei dieser Ausfüh­ rungsform können ansprechend aussehende Packungen herge­ stellt und mit praktischen Öffnungen versehen werden. Der Hersteller kann solche Packungen gut füllen, und der Be­ nutzer sie nach dem Öffnen gut entleeren.

Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die an der Metallplatte angebrachte weitere Platte elek­ trisch isolierend. Der Aufbau des Werkzeuges wird durch diese Maßnahme noch weiter vereinfacht und erlaubt auch eine noch bessere Handhabung von Packungen hinsichtlich deren Temperaturgefährdung; insbesondere dann, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die vorstehend be­ schriebene Vorrichtung zum Aufschweißen von Kunststoff­ deckeln mit einer Metallfolie auf ein Behältergehäuse ver­ wendet werden soll.

Die Erfindung wird in der folgenden Be­ schreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Abdicht- bzw. Schweißplatte von unten gesehen, wobei eine normalerweise dazugehörende, untere weitere Platte weggelassen ist,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch die Längsmittelebe­ ne der Platte,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Schweißplatte und

Fig. 4 einen Querschnitt der Platte gemäß der Fig. 3.

Die in Fig. 1 gezeigte Platte 10 ist beispielsweise rechteckig und besteht aus Kupfer, Bronze oder aus einem ähnlichen elektrisch gut leitenden Material oder ist eine Hartlötplatte. In der Platte sind zwei Öffnungen oder Lö­ cher 11, 11′ vorgesehen. Die äußere Kante der Öffnungen entspricht der Außenkontur eines (nicht dargestellten) Deckels, welcher gegen ein Behältergehäuse zu schweißen ist. Das Werkzeug gemäß Fig. 1 soll parallel zwei Abdec­ kungen an dazugehörige Gehäuse anschweißen.

Auf der unteren Seite der Platte 10 ist eine weitere Plat­ te 12 aus insbesondere elektrisch isolierendem Material, z.B. Bakelit, angebracht. Diese weitere Platte 12 kann durch Verkleben oder auf andere Weise an der Platte 10 an­ gebracht sein. Mit den Öffnungen 11, 11′ in der Platte 10 sind Öffnungen 13, 13′ in der weiteren Platte 12 in Flucht angeordnet.

Diese Öffnungen haben eine Kontur entsprechend der äußeren Kontur der Flansche der Deckel, die aufzusiegeln sind. Wie man aus Fig. 2 sieht, hat der Deckel einen vorstehenden Kragen im Bereich der passenden Öffnung 13, 13′ und eine im wesentlichen vertikale äußerste Kante, welche den Öff­ nungskonturen 11, 11′ entspricht. An den unteren Bereichen der in Fig. 2 gezeigten Öffnungen 13, 13′ sind Schultern 14, 14′ vorgesehen, die in der Figur durch ein nach oben konisches Teil der passenden Öffnung geformt sind. Die Schultern 14, 14′ sollen einen Deckel in der passenden Öffnung 11, 13 und 11′, 13′ stützen.

Die Öffnungen 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 dieser mit einem weiteren Schlitz 17, der an der äußeren Kante der Platte 10 mündet bzw. dort mit dem Schlitz 15 zusam­ menläuft. Die Schlitze 15 und 17 bilden also zusammen einen T-förmigen Schlitz, und, wie man aus Fig. 1 sieht, münden oder vereinigen sich die freien Enden des jeweili­ gen Schlitzes im wesentlichen senkrecht zu den passenden äußeren Kanten. Die Schlitze 15, 17 teilen die Platte 10 in voneinander im Bereich zwischen den Öffnungen isolierte Teile. Auf einem dieser Teile ist ein erster elektrischer Anschluß 18 angeordnet, und auf dem anderen Teil ist ein entsprechender zweiter elektrischer Anschluß 19 vorgese­ hen.

Wenn eine (nicht dargestellte) Hochfrequenzspannungsquelle an dem passenden Anschluß 18, 19 angeschlossen ist, erhält man einen geschlossenen Strompfad in der Platte 10. Wegen des Skineffektes verläuft dieser Strompfad hauptsächlich längs jeder Seite des Schlitzes 17 und des Schlitzes 15 zu einer der äußeren Öffnungskanten 11, 11′ und danach wieder zurück über die Schlitze 15, 17 zu einem der elek­ trischen Anschlüsse 18, 19. Außerdem gibt der Skineffekt anscheinend auch einen Stromfluß am übrigen Teil der äuße­ ren Oberflächen der Platte 10. Das längs der äußeren Öff­ nungskanten 11, 11′ erhaltene magnetische Feld wird jedoch genau im Bereich dieser äußeren Kanten verstärkt, und des­ halb kann die induktive Wirkung, die an den äußeren Kanten der Platte 10 auftreten kann, vernachlässigt werden.

Wie erwähnt, gibt es bei den beabsichtigten Betriebsge­ schwindigkeiten eine 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 der passenden Öffnung 11, 11′ umfängt. Jedes Ende 21, 22 der Nut 20 steht mit einem (nicht ge­ zeigten) Einlaß bzw. Auslaß für ein Kühlmedium, z.B. Was­ ser, in Verbindung. Wie man aus Fig. 2 sieht, ergibt die Nut 20 mittels einer weiteren Platte 12 einen geschlosse­ nen Durchgang für das Kühlmedium.

Da die Ausdehnung des Kühlmediumdurchganges 20 ganz von der Kontur der passenden Öffnung 11, 11′ unabhängig ist, kann die Kühlung derart beeinflußt sein, daß sie mögliche Ungleichmäßigkeiten im magnetischen Feld kompensiert, die längs der ganzen Konturen auftreten können. Der Verlauf der Nut 20 wird unter Berücksichtigung dieser Tatsache ausgewählt.

In den Fig. 3 und 4 sind die gleichen Bezugszahlen wie in den Fig. 1 und 2 benutzt worden. An den Bezugszahlen für den Schlitz und die Zahl für die obere Platte sind je­ doch Apostrophstriche hinzugefügt worden. Es versteht sich jedoch, daß die weitere untere Platte und die obere Platte eine integrale Einheit sein können. Beispielsweise ist es möglich, ein Gehäuse aus einem nicht expandierenden Poly­ urethan 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.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Verbinden zweier Teile mittels Hochfre­ quenzschweißen mit mindestens einem geschlossenen, min­ destens einen Schweißbereich umgebenden, elektrisch leitenden Pfad in einer Metallplatte (10), in der eine Öffnung (11, 11′) um den Schweißbereich herum gebildet ist, wobei zwischen dieser Öffnung (11, 11′) und der äußeren Kante (28) der Platte (10) ein Isolierschlitz (15, 17; 17′) vorgesehen ist, mit einer in der Oberflä­ che der Platte (10) vorgesehenen Nut (20) als Durchgang für ein Kühlmittel, wobei die Nut (20) sich um die Öff­ nung (11, 11′) herum erstreckt, und mit einer weiteren Platte (12) zum Abdecken wenigstens der Nut (20) und mit beiderseits des Schlitzes (17) vorgesehenen An­ schlußmöglichkeiten (18, 19) an eine elektrische Hoch­ frequenzquelle, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Öffnung (11, 11′) nur ein einziger Isolierschlitz (15, 17′) einmündet, daß der Schlitz (15, 17; 17′) ei­ nige Zehntel Millimeter breit ist und daß die Platte (10) rechteckig ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Öffnungen (11, 11′) in der Platte (10) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (11, 11′) im wesentlichen rechteckig sind und abgerundete Ecken aufweisen, daß die Öffnungen (11, 11′) mit jeweils einer kurzen Seite einander zu­ gerichtet sind und daß der lsolierschlitz (15, 17) T- förmig ist und rechtwinkelig auf die kurzen Seiten bzw. auf die äußere Kante (28) der Platte (10) mündet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Platte (12) elektrisch isolierend ist.

5. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zum Aufschweißen von Kunststoffdeckeln mit einer Metallfolie auf ein Behältergehäuse.