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"DISPOSITIF A HAUTE FREQUENCE POUR LA COUPURE OU LA
SOUDURE DE MATERIAUX ISOLANTS"
Il est connu qu'il est possible de développer dans un milieu gazeux tel que l'air à la pression atmosphérique, des dé- charges électriques sous forme d'arcs, à l'aide de courants élec- triques à haute fréquence et plus particulièrement à 1!aide de courants électriques à radio-fréquence. Ces décharges électriques, une fois amorcées, peuvent facilement être entretenues à l'aide de ces mêmes courants. De même, de telles décharges peuvent être engendrées entre une électrode métallique et la surface extérieure
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d'un matériau isolant, sans que la décharge électrique ne tra- verse elle-même le matériau isolant.
Le circuit électrique équivalent à une telle décharge est formé par le couplage en série d'une capacité et d'une ré- sistance. La capacité représente le diélectrique formé par le matériau isolant dans le circuit de la décharge, tandis que la résistance figure la résistance opposée au passage de la déchar- ge dans le milieu gazeux à la pression atmosphérique.
On obtient de cette façon, au point d'accrochage de la décharge électrique à la surface du matériau isolant, une forte concentration d'énergie, concentration capable de produire en ce point une élévation considérable de température.
On peut appliquer cette particularité physique à la coupure et à la soudure de certains matériaux isolants, notam- ment à la coupure et à la soudure du verre. En particulier, la présente invention est relative à un procédé de coupure ou de soudure d'objets en verre comme par exemple, tubes, gobelets, verres et autres articles de verrerie, gobeletterie ou bouteil- lerie.
Selon l'invention, la concentration d'énergie nécessai- re pour effectuer la soudure d'objets en verre, concentration d'énergie indispensable pour élever la température du verre à l'endroit de la soudure à la valeur requise, est obtenue par une décharge électrique sous forme d'arc, se. développant librement dans un milieu gazeux à la pression atmosphérique, par exemple dans l'air, cette décharge électrique étant alimentée par des courants électriques à haute fréquence et plus particulièrement par des courants électriques à radio-fréquence.
Egalement selon l'invention, la concentration d'énergie nécessaire pour effectuer la coupure d'objets en verre, concen- tration d'énergie indispensable pour élever la température du verre à l'endroit de la coupure à la valeur requise, est obtenue par une décharge électrique sous forme d'arc, se développant li-
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brement dans un milieu gazeux à la pression atmosphérique, par exemple dans l'air, cette décharge électrique étant alimentée - par des courants électriques à haute fréquence et plus particu- lièrement par des courants électriques à radio-fréquence.
Une caractéristique de l'invention est que la décharge é- lectrique sous forme d'arc est engendréeentre deux électrodes métalliques, le matériau en verre destiné a être soudé ou coupé étant intercalé sur le trajet de la décharge.
Une autre caractéristique de l'invention est que la fré- quence des courants électriques à haute fréquence et plus par= ticulièrement à radio-fréquence utilisés pour la soudure ou la coupure des objets en verre peut varier suivant le cas de 450 kilocycles à 10 mégacycles par seconde. Pour des raisons de sta- bilité de la décharge, on peut aussi utiliser avantageusement des courants à haute fréquence modulés à 50 ou 100 périodes.
Une troisième caractéristique de l'invention est que les objets en verre destinés a être soudés ou coupés à l'aide d'une décharge électrique à haute fréquence, sont animés d'un mouvement de rotation ou de translation destiné d'une part à faire parcou- rir par la décharge électrique l'entièreté de la ligne de soudu- re ou de coupure, et d'autre part à éviter l'accrochage prolongé de la décharge électrique en un point unique des objets à souder ou à couper.
Une autre caractéristique de l'invention est que les objets en verre destinés a être coupés ou soudés à l'aide d'une décharge électrique à haute fréquence sont préchauffés localement par un moyen convenable, par exemple à l'aide de chalumeaux à gaz com- bustible, de façon à rendre le verre légèrement conducteur en surface, ce qui permet à la décharge électrique de s'accrocher le long de la ligne de soudure ou de coupure pendant le mouvement de l'objet. Ce préchauffage a également pour but de réduire les ten- sions internes dans le verre, tensions internes qui résulteraient
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d'une élévation brutale et localisée de la température.
Les électrodes métalliques constituant les éléments supportant la décharge électrique peuvent être avantageusement formées, au moins en partie, par les chalumeaux de préchauffa- ge des objets en verre. Cette disposition particulière présen- te les avantages suivants :
1) tout en donnant au verre la température nécessaire pour assurer l'accrochage de la décharge, le débit de gaz combustible souffle la décharge sur la ligne de soudure ou de coupure en la maintenant stabilisée et en empêchant son déplacement;
2) on échauffe l'atmosphère gazeuse de l'espace verre- électrode et on facilite ainsi l'amorçage de la dé- charge électrique.
Ces électrodes peuvent être de forme très diverses, par exemple en pointe, en plaque ou en peigne. Des combinaisons de ces formes peuvent aussi être adoptées.
Enfin, dans le cas d'une coupure à l'aide d'une déchar- ge électrique, on peut prévoir à la surface de l'objet en verre, un dépôt métallique à l'endroit de la coupure, par exemple en graphite, afin de bien localiser la zone de plus haute conducti- bilité et d'effectuer une concentration parfaite de l'énergie.
On obtient ainsi une coupure parfaitement nette.
La nouvelle méthode de soudure ou de coupure d'objets en verre tels que tubes, verres, gobelets et autres articles de verrerie, gobeletterie ou bouteillerie, à l'aide de décharge é- lectriques à radio-fréquence, telle que décrite ci-dessus, pré- sente l'avantage d'être extrêmement rapide. En outre, dans le cas des coupures, cette nouvelle méthode dispense des opérations habituelles de finissage des coupures à bords vifs, la coupure obtenue par cette méthode présentant un bord arrondi.
Le dessin annexé représente schématiquement un exemple d'application du procédé suivant l'invention, à la coupure de
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tubes en verre; cet exemple est donné à titre descriptif et non limitatif.
Sur ce dessin le tube en verre T destiné à être coupé par une décharge électrique à haute fréquence, est placé sur un support S et entoure un mandrin métallique M solidaire de ce support. L'ensemble du support S et du mandrin M est entrainé dans un mouvement de rotation autour de son axe a , par exemple dans le sens indiqué par la flèche f, par tout moyen convenable.
Dans l'exemple choisi, un des chalumeaux de préchauffage Cl et C2 fait également office d'électrode du circuit à haute fréquence. A cet effet, le chalumeau Cl est pourvu d'une élec- trode spéciale E en forme de peigne, solidaire du chalumeau Cl.
Les chalumeaux Cl et C2 sont alimentés en air et en gaz combus- tible par les tuyauteries Tal et Ta2 pour l'air et Tgl et Tg2, pour le gaz combustible.
Le support rotatif S et le chalumeau Cl sont connectés aux bornes de sortie d'un générateur à radio-fréquence G. Le verre étant préchauffé par les chalumeaux Cl et C2, on établit le circuit à haute fréquence et la décharge électrique d jail- lit entre l'électrode E et le noyau M, coupant le tube en verre T suivant la ligne L. Au besoin un dép8t métallique par exemple en graphite, peut avoir été tracé sur le tube en verre, suivant la ligne L.
Il est naturellement loisible de réaliser d'autres exem- ples d'application sans sortir du cadre de l'invention.
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"HIGH FREQUENCY DEVICE FOR CUTTING OR
WELDING OF INSULATING MATERIALS "
It is known that it is possible to develop in a gaseous medium such as air at atmospheric pressure, electrical discharges in the form of arcs, using high-frequency electrical currents and more particularly. with the aid of radio-frequency electric currents. These electric shocks, once initiated, can easily be maintained using these same currents. Likewise, such discharges can be generated between a metal electrode and the outer surface.
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of an insulating material, without the electric discharge itself passing through the insulating material.
The electric circuit equivalent to such a discharge is formed by the series coupling of a capacitor and a resistance. The capacitance represents the dielectric formed by the insulating material in the discharge circuit, while the resistance represents the resistance opposed to the passage of the discharge in the gaseous medium at atmospheric pressure.
In this way, at the point of attachment of the electric discharge to the surface of the insulating material, a high concentration of energy is obtained, a concentration capable of producing at this point a considerable rise in temperature.
This physical peculiarity can be applied to the cutting and welding of certain insulating materials, in particular to the cutting and welding of glass. In particular, the present invention relates to a process for cutting or welding glass objects such as, for example, tubes, beakers, glasses and other articles of glassware, cup-making or bottling.
According to the invention, the concentration of energy required to carry out the welding of glass objects, the concentration of energy essential for raising the temperature of the glass at the place of the welding to the required value, is obtained by a electric discharge in the form of an arc, se. developing freely in a gaseous medium at atmospheric pressure, for example in air, this electric discharge being supplied by high-frequency electric currents and more particularly by radio-frequency electric currents.
Also according to the invention, the concentration of energy necessary to cut glass objects, a concentration of energy essential to raise the temperature of the glass at the point of the cut to the required value, is obtained by an electric discharge in the form of an arc, developing li-
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briefly in a gaseous medium at atmospheric pressure, for example in air, this electric discharge being supplied by high-frequency electric currents and more particularly by radio-frequency electric currents.
A feature of the invention is that the electric discharge in the form of an arc is generated between two metal electrodes, the glass material to be welded or cut being interposed in the path of the discharge.
Another characteristic of the invention is that the frequency of high frequency electric currents and more particularly at radio frequency used for welding or cutting glass objects can vary depending on the case of 450 kilocycles to 10 megacycles. per second. For reasons of stability of the discharge, it is also possible to advantageously use high frequency currents modulated at 50 or 100 periods.
A third characteristic of the invention is that the glass objects intended to be welded or cut using a high-frequency electric discharge, are driven by a rotational or translational movement intended on the one hand to make cover the entire welding or cutting line with the electric discharge, and on the other hand to avoid prolonged catching of the electric discharge at a single point on the objects to be welded or cut.
Another characteristic of the invention is that the glass objects intended to be cut or welded with the aid of a high frequency electric discharge are preheated locally by suitable means, for example using gas torches. - bustible, so as to make the glass slightly conductive on the surface, which allows the electric discharge to hang along the weld or cut line during the movement of the object. This preheating also aims to reduce the internal tensions in the glass, internal tensions which would result
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a sudden and localized rise in temperature.
The metal electrodes constituting the elements supporting the electric discharge can advantageously be formed, at least in part, by the torches for preheating glass objects. This particular arrangement has the following advantages:
1) while giving the glass the temperature necessary to ensure the attachment of the discharge, the flow of combustible gas blows the discharge onto the weld or cut line, keeping it stabilized and preventing its displacement;
2) the gaseous atmosphere of the glass-electrode space is heated and the initiation of the electrical discharge is thus facilitated.
These electrodes can be of very diverse shape, for example point, plate or comb. Combinations of these shapes can also be adopted.
Finally, in the case of a cut using an electric discharge, a metallic deposit can be provided on the surface of the glass object at the point of the cut, for example in graphite, in order to locate the zone of highest conductivity and to achieve a perfect concentration of energy.
A perfectly clean cut is thus obtained.
The new method of welding or cutting glass objects such as tubes, glasses, beakers and other articles of glassware, cup-making or bottle-making, using radio-frequency electric discharges, as described above , has the advantage of being extremely fast. In addition, in the case of cuts, this new method dispenses with the usual finishing operations for cuts with sharp edges, the cut obtained by this method having a rounded edge.
The appended drawing schematically represents an example of application of the method according to the invention, to the switching off of
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glass tubes; this example is given for descriptive and nonlimiting purposes.
In this drawing, the glass tube T intended to be cut by a high-frequency electric discharge is placed on a support S and surrounds a metal mandrel M integral with this support. The whole of the support S and of the mandrel M is driven in a rotational movement about its axis a, for example in the direction indicated by the arrow f, by any suitable means.
In the example chosen, one of the preheating torches C1 and C2 also acts as an electrode of the high frequency circuit. For this purpose, the torch C1 is provided with a special electrode E in the form of a comb, integral with the torch C1.
The torches C1 and C2 are supplied with air and combustible gas through the pipes Tal and Ta2 for the air and Tgl and Tg2 for the combustible gas.
The rotary support S and the torch Cl are connected to the output terminals of a radio-frequency generator G. The glass being preheated by the torches C1 and C2, the high-frequency circuit is established and the electric discharge d jail- lit between the electrode E and the core M, cutting the glass tube T along line L. If necessary, a metallic deposit, for example in graphite, may have been traced on the glass tube, along line L.
It is of course possible to carry out other application examples without departing from the scope of the invention.