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Perfectionnements aux dispositifs à haute fréquence servant à chauffer et souder des matériaux thermoplastiques.
Cette invention concerne la soudure par 'chauffage à haute fréquance, et en particulier un procède et un dispositif pour compenser automatiquement les effets de désaccord produits par les variations de l'épaisseur des matières thermoplastiques soudées entre des électrodes sous tension et pour régler auto- matiquement le potentiel haute fréquence entre les électrodes afin d'appliquer les voltages appropriés à la soudure à chaud d'épaisseurs variables.
Nul n'ignore qu'il y a des résines synthétiques qui se ramollissent à une température suffisamment élevée et qui peu- vent donc être soudées l'une à l'autre par l'application de chaleur. Ces matières sont d'ordinaire dénommées thermoplasti- ques, et comprennent des produits du commerce comme "Pliofilm", "Vinylite", "Koroseal" et d'autres semblables. Ces matières con-
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viennent très bien à la fabricà.tion de couvertures imperméables, remballages étanches à l'air, d'empaquetages pour le transport et le stockage d'aliments, produits chimiques et autres se détériorant en présence d'air ou d'humidité.
Il était d'usage de souder les matières de ce type en les faisant passer entre des rouleaux chauffés qui portent la matière à la température de ramollissement et réalisent la soudure par pression. Il y a beaucoup d'avantages à induire de l'énergie calorifique par haute fréquence dans les matières thermoplastiques maintenues entre des électrodes en forme de rouleaux ou de barrettes, et on a remarqué que lorsqu'on place la soudure ou "couture" dans un champ haute fréquence, la cha- leur est créée uniformément dans la matière thermoplastique par pertes diélectriques. Comme les électrodes qui sont en contact avec les surfaces externes de la matière thermoplastioue ont une conductibilité calorifique prononcée, l'effet de ramollis- sement est limité aux surfaces internes qui doivent être soudées l'une à l'autre.
Ceci permet la réalisation d'une "couture" très perfectionnée sans déformation de la surface externe.
Pour une épaisseur donnée de matière thermoplastique, la tension haute fréquence maximum permise est définie par les caractéristiques de la matière. Si la tension est trop élevée, la matière sera percée et la tension haute fréquence marquera la matière de petits points qui seront des défauts dans la "couture", Si la tension haute fréquence entre les électrodes est trop basse, réchauffement sera insuffisant pour réaliser une soudu- re continue. Pour cette raison il est nécessaire de régler soigneusement l'appareillage pour qu'il donne la tension requise entre les électrodes, en tenant compte de l'épaisseur de la. ma- tière, sa résistance au percement haute fréquence et la vitesse avec laquelle la soudure doit être réalisée.
Les applications industrielles du chauffage par haute fréquence nécessitent souvent de souder des coutures comportant
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plusieurs couches de matière qui passent ensemble entre les électrodes à un moment donné, tandis qu'à un autre moment ne passent que quelques épaisseurs. Comme la distance, et donc la capacité entre électrodes varient de ce fait, le circuit haute fréquence, dont les électrodes font partie et qui est normalement à la résonance, se trouve désaccordé. Cela change radicalement la tension haute fréquence entre les électrodes et fait que de temps à autre la tension appliquée aux électro- des ne convient pas du tout. Il faut s'attendre à ce que, dans certaines applications commerciales de "couture" de matériaux thermoplastiques, il faille traiter n'importe quel nombre de couches entre deux et huit.
Le but principal de cette invention est de créer un dispositif automatique pour régler la tension lnaute fréquence entre les électrodes afin qu'elle soit appro- priée à toute épaisseur de matière. Un autre but est de créer une "machine à coudre électronique" perfectionnée. Un troisième but est de créer un dispositif compensateur automatique des variations de capacité entre électrodes d'une machine à coudre à haute fréquence, variations dues au changement d'épaisseur de la matière traitée, ou du nombre de couches de cette matière.
On comprendra mieux l'invention en se référant à la description des dessins annexés, dans lesquels:
Fig.l est une vue schématique d'une forme d'exécution de la présente invention;
Fig.2 est une courbe illustrant les effets de la pré- sente invention;
Fig.3 est une vue en plan partiellement en coupe d'une machine à coudre électronique;
Fig. 4 est une vue en perspective d'une partie d'une machine à coudre électronique réalisée suivant l'invention; et
Fig.5 est une autre forme d'exécution, représentée schématiquement*
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Sur les différentes figures, les mêmes éléments sont désignes par les mêmes chiffres de référence.
Suivant la fig.l, les matériaux thermoplastiques à souder passent entre deux électrodes en forme de roulettes 1 et 3. L'électrode 1 est mise à la terre, tandis que 1''électro- de 3 est reliée à la source de haute tension à radio-fréquence.
Ses bornes de sortie sont connectées à une section quart d'onde d'une ligne coaxiale 5 alimentée de la manière habituelle par une source d'énergie haute fréquence 7. Afin de permettre le passage de matières d'épaisseurs variées entre les roulettes 1 et 3, une des roulettes, de préférence la roulette haute tension 3, est maintenue au moyen d'un ressort, afin de garder la pression désirée contre la roulette fixe par un dispositif approprié. La roulette mobile 3 est pourvue d'un appendice 9 qui, en association avec une plaque 11 mise à la terre, forme capacité, étant entendu que l'appendice ne vient jamais en con- tact avec la plaque.
L'énergie est amenée à l'électrode 3 par frottement au moyen d'un contact élastique relié au conducteur intérieur de la ligne coaxiale 5.
Il est à remarquer que lorsque l'épaisseur de la matiè- re augmente, il est nécessaire d'appliquer entre les électrodes 1 et 3 une tension plus élevée, si l'effet d'échauffement doit rester le même. La différence de potentiel nécessaire entre électrodes est approximativement proportionnelle à l'épaisseur de la matière, c'est-à-dire que le gradient de potentiel entre les deux électrodes doit rester constant. Dans la réalité, on s'écarte un peu de ce calcul théorique, particulièrement pour les couches très minces, puisque une assez grande quantité de la chaleur créee se perd par les électrodes froides. L'effet total dépend, évidemment, de la conductibilité calorifique de la matière en question.
Quand on traite des couches plus épais- ses, ou un plus grand nombre de couches,les couches qui ne sont
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.pas en contact avec les électrodes n'ont pas tendance à perdre leur chaleur, et l'effet d'échauffèrent est plus grand, ce qui veut dire qu'un gradient de potentiel un peu plus faible suffi- ra pour réaliser ce qu'il faut. Dans la présente invention, pour réaliser le réglage automatique du gradient de potentiel, on profite du changement de capacité entre les deux électrodes ou entre l'électrode chaude et la masse ou une combinaison des deux, provoqué par le déplacement d'une des électrodes suite aux va- riations d'épaisseur de la matière traitée.
Le procédé de réglage est représenté par la courbe de la fig.2 à laquelle on se référera maintenant.
La figure donne la courbe de résonance : tension en fonction de la capacité de la ligne concentrique 5, y compris la charge capacitive produite par l'électrode 3 et le condensateur variable 13 qui peut être connecté entre la borne haute tension et le tube extérieur de la ligne concentrique. La tension est portée le long de l'ordonnée et la capacité le long de l'abscis- se. Comme on le sait, la tension existant aux bornes du circuit résonnant et donc entre les électrodes 1 et 3 atteint son,maxi- mum à la résonance. La fréquence des oscillations produites par le générateur à haute fréquence 7 est représentée par la ligne verticale 15 et a une valeur fixe de l'ordre de 200 mégacycles.
La capacité 13 est ensuite réglée pour accorder le système sur le flanc de la courbe de résonance du côté des fréquences plus basses et d'une quantité suffisante pour amener le point de fonctionnement 17 en un endroit de la courbe de résonance tel que l'on obtienne entre les électrodes la différence de poten- tiel convenant au traitement de la matière la plus mince.
Celle-ci sera d'ailleurs placée entre les électrodes 1 et 3 pendant ce réglage. Lorsqu'une matière plus épaisse est inter- posée entre les électrodes, celles-ci s'écarteront pour laisser passer cette plus forte épaisseur, ce qui diminuera par le fait même la capacité entre les deux. Suivant la fig.2, on consta- @
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tera que, dans ce cas-ci, le point de fonctionnement se rappro- che de la résonance et que la tension aux bornes des électrodes augmente. Le point de fonctionnement correspondant à la ma- tière à traiter la plus épaisse se trouvera également sur le flnc du côte des fréquences les plus basses mais au point 19, par exem- ple.
Si le changement de capacité dû à l'écartement des élec- trodes elles-mêmes est insuffisant, une capacité additionnelle peut être produite par une plaque 11 couplée capacitivenent à l'appendice 9 de l'électrode à haut potentiel 3. Il est facile à comprendre que le changement de capacité total peut être réglé à n'importe quelle valeur en choisissant convenablement les dimensions du condensateur 11 ou son écartement de l'élec- trode 9. L'étendue de la variation de capacité totale et donc la différence entre les tensions maximum et minimum peut être établie en réglant convenablement le rapport entre la capacité 13 et la variation de capacité propre au mouvement de l'élec- trode.
Ces valeurs doivent être établies dans chaque cas parti- culier selon les conditions précises du cas considéré; elles dépendront de la fréquence de fonctionnement et de la nature de la matière traitée.
Les figs.5 et 4 représentent une forme d'exécution de cette invention appliquée à une machine à coudre haute fréquen- ce. La fig.4 est une vue en perspective de la face inférieure du tablier 21 également représenté en coupe à la fig.3. La ligne concentrique en quart d'onde 5 est placée sous le ta- blier 21 auquel le conducteur extérieur est relié par une connexion terre. La tension haute fréquence vient d'une sour- ce, non représentée, par le câble concentrique 23. La capacité réglable 13 représentée à la fig.l est réalisée par un agran- dissement de la section du conducteur intérieur du côté sortie.
Cette partie agrandie peut être couplée capacitivement à une bague mise à la terre, mobile, pour raison de réglage, par
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glissement dans une rainure et maintenue par une vis de fixa- tion 25. Le tablier 21 a une ouverture 27 par laquelle une par- tie de l'électrode à haut potentiel 3 dépasse et peut venir en contact avec la matière à traiter posée sur la face supérieure du tablier 21.
L'électrode 3 a la forme d'une bague métallique sertie sur une rondelle 29 en matière isolante portée sur un axe rota- tif 31. Cet axe est accouplé à un moteur non représenté, au moyen d'une roue dentée 33 ét de deux accouplements 35 et 37, ce qui permet un petit déplaèement vertical de l'électrode se trouvant à une des extrémités de l'axe sans déranger le mouve- ment de rotation. Tout près de l'électrode, l'axe est soutenu par un bras support 39 pivotant à une de ses extrémités dans les coussinets 41 et 43 fixés au tablier 21. Un ergot 45 fixé au bras 39 à angle droit est relié à un ressort 47 qui agit de façon à appuyer l'électrode 3 contre l'électrode 1 misé à la terre et placée au-dessus du tablier.
Une plaque semi-cylindri- que 11 est fixée au tablier 21 et couplée capacitivement à l'ap- pendice 9 de l'électrode à haut potentiel 3. L'énergie haute fréquence est appliquée à l'électrode au moyen d'une brosse 49 connectée à l'extrémité de sortie du conducteur intérieur de la ligne concentrique 5 de façon à ce qu'elle soit en contact avec la partie métallique de l'électrode 3.
Il y a aussi, associée avec l'électrode à haut poten- tiel 3, l'électrode 1 reliée à la terre et montée sur la partie supérieure de la tête 51 de la machine à coudre. L'électrode 1 est entraînée par le moteur, non représenté, qui entraîne la roue dentée 33, les deux électrodes tournent dans un tel sens et à une telle vitesse qu'elles font passer la matière à trai- ter entre elles. On peut également prévoir un mécanisme, à actionner à la main ou au pied, servant à soulever l'électrode 1 pour permettre le placement de la matière à traiter entre les électrodes.
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La fig.5 présente une autre solution pour régler auto- matiquement la capacité. schématiquement, il y a l'électrode 1 mise à la terre et l'électrode à haut potentiel 3 placées de façon à comprimer les surfaces opposées de la matière 53 à traiter. L'électrode 3 est alimentée par une connexion allant au conducteur intérieur 55 de la ligne concentrique 5, et re- liée mécaniquement (comme le schématise la ligne 57) à une bague mobile 59 qui, en association avec une section agrandie 61 du conducteur intérieur 55, forme une charge capacitive en paral- lèle sur le circuit résonant. La bague 59 peut être placée de chaque côté de la section agrandie 61.
Dans un cas, son mouve- ment dans'une direction donnée augmentera la capacité de charge de la ligne et diminuera donc la fréquence de résonance. Dans l'autre cas, représenté par la ligne interrompue, le mouvement dans la même direction diminuera la capacité de charge. Les variations dans l'épaisseur de la matière à traiter, qui pro- Toquent un changement de la capacité entre électrodes, peuvent donc régler une capacité qui est variable dans un tel sens quelle compense le changement intervenu, ou, comme dans le cas discuté auparavant, qu'elle l'augmente de façon à maintenir constant le gradient de potentiel entre les deux électrodes.
REVENDICATIONS ---------------------------
1) Dispositif à haute fréquence pour le chauffage des matières thermoplastiques, dans lequel une paire d'électrodes mobiles en sens opposés servent à entraîner la matière à trai- ter et un système est employé pour appliquer une différence de potentiel haute fréquence entre les dites électrodes, carac- térisé par un moyen de faire varier automatiquement l'ampli- tude du dit potentiel en fonction de l'épaisseur de la matière.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.