Vorrichtung zum Erwärmen thermoplastischer Stoffe im hochfrequenten Kondensatorfeld. Vorlie-ende Erfindun- bezieht sieh auf eine Vorrichtun-- zum Erwärmen therinopla- stiseher Stoffe im hoehfrequenten Kondensa- torfeld mit einem Paar gegeneinander beweg licher Elektroden zum Erfassen des zu be handelnden Materials.
Es gibt bekanntlich eine grosse Anzahl unstharze, welche bei genügend hoher Tem peratur erweichen und auf diese Weise durch WärmeanwendLing miteinander verbunden werden können. Diese Materialien werden --e- wöhnlieh. als Thermoplasten bezeichnet. Die#ie Materialien sind besonders nützlieh bei der Fabrikation wasserdichter bzw. luftdichter Hüllen und Verpackungen für den Versand und die Aufbewahrung von Nahrungsmitteln, Chemikalien oder andern Stoffen, die unter dem Einfluss von Luft oder Feuchtigkeit leicht verderben.
Gewöhnlich werden deshalb Hül len aus diesen Materialien dadurch versehlos- sen, indem man (lie züi verbindenden Ränder zwischen erwärmten Walzen hindurehlaufen lässt, welche das Material auf den Erwei- ehungspunkt erwärmen und unter Druck mit einander verbinden.
Die Erwärinung der zwi- ,sehen Stangen- oder Walzenelektroden hin- durehgleführten Thermoplasten mittels Hoch frequenz bietet mannig-faelie Vorteile, da die Wärine nicht von aussen her zu-eführt werden muss, sondern infolge der dielektrisehen Ver luste im Material selbst erzeu <B><U>'</U></B> --t wird.
Infolge der Wärmeleitfähigkeit der Ii,lektroden, wel, ehe in Berührung mit den äussern Flächen des ZD Thernioplasten stehen, wird der En#,eieliLiii--",s- effekt auf die innern Fliiehen der miteinander züi verbindenden Materialien beschränkt. Hier durch ergibt sieh eine ausgezeichnete Verbin- Jung ohne Deformation der äussern Oberfläche des Materials.
Für eine gegebene Dicke des Thermopla sten kann die maximal zulässige Hoehfre- quenzspannung zwischen den Elektroden durch die Charakteristik des Materials be stimmt werden. Wenn die Spannung zu hoch ist, erfolgt. ein Übersehlag im Material, wo durch Defekte in der Verbindungsstelle ent stehen. Wenn die Hoehfrequenzspannung zwi- sehen den Elektroden zu niedrig ist, ergibt sieh eine ungenügende Erwärmung, so dass d.ie Verbindung nicht einwandfrei wird.
Die Spannung muss deshalb sorgfältig einreguliert vverden, unter Beriieksiehtigung der Dicke des Materials, seiner Durehsehlagsfestigkeit bei Hoehfrequenz und der Gesehwindigkeit, mit weleher das Material zwischen den Elektroden hindurehgeführt wird.
Bei der industriellen An-wendun- der Er wärmung- durch Hoehfrequenz wird oft ver langt, dass einmal mehr, und das andere Mal weniger Materialschichten nvisehen den Elek troden hindurehlaufen -und miteinander ver- b-Luiden werden müssen.
Infolge der Schwan kungen des Abstandes und demzufolge der Kapazität zwischen den einander gegenüber- l" L, lien-enden Elektroden wird der normale <B>C</B> Hochfrequenz-Resonanzkreis, von welchem die Elektroden einen Teil bilden, verstimmt, wo durch die Hochfrequenzspann-Luig zwischen den Elektroden wesentlich geändert wird. Es kann z. B. vorkommen, dass in wechselnder Folge zwei bis acht Materialschichten thermo plastischer Materialien miteinander verbunden werden sollen.
Die vorliegende Erfindung be zweckt die Sühaffung einer zum Erwärmen thermoplastischer Stoffe im hochfrequenten Kondensatorfeld bestimmten Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, die sieh kennzeichnet durch Mittel zur selbsttätigen Änderung der Spannungsamplitude in Abhängigkeit des<B>Ab-</B> standes der beiden Elektr'oden.
Ausführungsbeispiele des Erfinduings- gegenstandes sind in der Zeichnung darge stellt, und zwar zeigt: Fig. <B>1</B> eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine Kurve zur Erklärung der Wir kungsweise derselben, Fig. <B>3</B> einen Teil der Vorrichtung, teilweise geschnitten, Fig.4 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung und Fig. <B>5</B> eine zweite Ausführungsforin in schematischer Darstellung.
Wie aus Fig. <B>1</B> ersichtlich, werden die mit einander zu verbindenden thermoplasti8chen Materialien zwischen zwei Elektrodenrollen <B>1</B> und<B>3</B> hindurchgeführt. Die Elektrode<B>1.</B> ist geerdet, während die Elektrode<B>3</B> über den Innenleiter einer konzentrischen Leitung<B>5</B> von 2,14 Länge an die Hochfrequenzquelle <B>7</B> an geschlossen ist. Um Material von verschiedener Dicke zwischen den Rollen<B>1</B> und <B>3</B> hindurch führen zu können, wird eine der Rollen, und zwar vorzugsweise die Hochspannungsrolle<B>3,</B> mittels einer Feder gegen die andere gedrückt, um den erwünschten Druck gegenüber der festen Rolle aufrechtzuerhalten.
Die beweg- liehe Rolle<B>3</B> ist mit einer Verlängerung<B>9</B> -hersehen, welcher eine geerdete Platte<B>1.1</B> ge genüberliegt und mit derselben einen Kon densator bildet. Die Energie wird der Elek trode<B>3</B> durch einen federnden Schleifkontakt zugeführt, welcher mit dem innern Leiter der konzentrischen Leitung<B>5</B> verbunden ist. Bei zunehmender Dicke des Materials muss eine höhere Spannung zwischen den Elektroden<B>1</B> lind<B>3</B> vorgesehen werden, wenn die Erwärmung konstant gehalten werden soll.
Der erforderliche Spannungsunterschied zwischen den Elektroden ist ungefähr propor tional der Dicke des Materials, das heisst die Feldstärke zwischen den beiden Elektroden soll annähernd konstant sein. In der Praxis ergibt sich eine kleine Abweichung von diesem theoretischen Wert, insbesondere wenn sehr dünne Materialschichten zu behandeln sind, weil indiesem Falle ein verhältnismässig gro sser Anteil der erzeugten Wärme von den kal ten Elektroden abgeleitet wird und somit ver loren ist. Der Gesamteffekt hängt natürlieh von der Wärmeleitfähigkeit des thermoplasti- sehen Materials ab.
Wenn dickere Sehiehten oder eine gTössere Anzahl Schichten erwärmt werden, haben die nicht in direkter Berüh rung mit den Elektroden stehenden Schichten keine Tendenz, ihre Wärme abzugeben, und 'das gewünschte Resultat wird mit einer etwas niedrigeren Feldstärke erreicht. Zur Erzie lung einer selbsttätigen Regulierung der<B>Feld-</B> stärke wird mit Vorteil die Änderung der Kapazität zwischen den beiden Elektroden oder zwischen der Hochspannungselektrode und der Erde oder eine Kombination der bei den benützt, sobald eine solche Kapazitäts änderung durch die Bewegung einer der Elek troden infolge Schwankungen in der Dicke des zu behandelnden Materials hervor-ei-Lifen wird.
Die Wirkungsweise dieser Regelung ist durch die Kurve in Fig. 2 dargestellt, auf welche im nachstehenden Bezug genommen sei. Diese Kurve ist die Spannungsresonanz- kurve der konzentrischen Leitung<B>5</B> einschliess lich der kapazitiven Belastung bestehend aus dem Kondensator<B>1, 3</B> und dem Einstellkon densator<B>13.</B> Die Spannung ist auf der Ordi nate, die Kapazität auf der Abszisse aufgetra gen. Bekanntlich ist die Spannung des Reso nanzkreises ein Maximum, wenn seine Eigen frequenz mit der- Generatorfrequenz überein stimmt.
Die Frequenz der durch den Hoch- frequenzgenerator <B>7</B> erzeugten Sehwin( gnuigen ZD wird konstant gehalten und liegt in der Cvrö- 11)enordnung von 200 A1I1z. Bei dem durch die Linie<B>15</B> angedeuteten Kapazitätswert wäre der Kreis auf die Frequenz des Generators<B>7</B> abgestimmt.
Die Kapazität<B>13</B> wird nun so eingestellt, dass das System auf eine kleinere Frequenz abgestimmt ist, wenn sieh das dünnste, zu behandelnde Material zwischen den Elektroden<B>1</B> und<B>3</B> befindet, und zwar um einen genügenden Betrag, um den Arbeits- n punkt <B>17</B> an eine Stelle auf der Resonanz kurve züi bringen, welebe die gewünsehte n Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden erzeugt.
W enn ein. diekeres -Material zwischen die Elektroden gelangt, bewegen sieh dieselben zur Anpassung an die grössere Dieke auseinan-. der und hierdurch wird gleiehzeitig die Kapa zität zwischen denselben verrin-ert. Aus Fir'. 2 ist ersichtlich,
dass sieh dann der Ar beitspunkt näher zür Resonanz hin be-#veo--t und zwischen den Elektroden ein grösserer S <B>1</B> pannung s unterschied auftritt. Bei Behand- lung des Materials maximaler Dicke muss der Arbeitspunkt z. B. bei<B>1.9</B> liegen.
Falls die da mit verbundene Kapazitätsänderung zwischen I den Elektroden nielit ausreiehend ist zur Er- zeugun,- der gewünsehten Kapazitätsände rung, kann eine zusätzliche Kapazitätsände rung mittels des Kondensators<B>9, 11</B> erzeugt werden. Es ist klar, dass die totale Kapazitäts änderung durch geeignete Wahl der Grösse der Elektrode<B>11.</B> oder durch Regulierung ihres Abstandes von der Elektrode<B>9</B> ein--estellt wer den kann.
Der Gesaintbereieh der Kapazitäts änderung- und somit der Bereich zwischen Maximal- und --kN1inimal,;paiinuii#)- kann durch passende Änderung der Abmessungen der an dern Teile des Re:sonanzkreises gesteuert wer den. Diese Werte müssen jedoch in jedem .Einzelfall (,#eiiiHss den besondern AnforderLin- gen bestimmt werden und hängen von der Arbeitsfrequenz und dein zu behandelnden Material ab.
Eine praktische Ausführungsforin einer <B>Z,</B> Ho,chfrequeiizheftiiia-sehiiie ist in den Fig. <B>3</B> <B>C</B> und 4 dar-estellt. Fi--. 4 ist eine perspekti- I - visehe Ansicht der Vorrichtung, von der ein Teil in Fi--. <B>3</B> im Schnitt dargestellt ist.
Die <B>C</B> konzentrische 2./4 Leitun- <B>0-</B> ist unter der Grandplatte 21 montiert und sein äul'2#erer Leiter an die Masse derselben gelegt. Die 1-loehlreqLienzspannun-- wird von einer nicht, dargestellten Quelle<B>ä</B> lis durch ein konzen- trisehes Kabel<B>23</B> zugeführt.
Zur Erzielung einer regulierbaren Kapazität ähnlich dem Kondensator<B>13</B> in Fig. <B>1,</B> weist der innere Leiter der konzentrisehen Leitung<B>5</B> an seinem äussern Ende einen Teil von grösserem Durch- inesser auf, welchem eine mit dem Aussenleiter verbundene zylindriseh gebogene Platte ge- "enüberliegt,
01 welche einstellbar entlang einem Sehlitz versehlebbar ist und mittels einer Stell,sehraube <B>25</B> fixiert werden kann.
In der Grundplatte 21 ist eine öffnung <B>27</B> vorgese hen, durch welche ein Teil der Hoehspan- nungselektrode <B>3</B> hinduirchragt, so dass sie das züi behandelnde Material auf der obern Fläche der Grundplatte 21 erfassen kann. Die Elek- Irode <B>3</B> besteht aus einem Metallring auf einer Isolierseheibe <B>29,</B> welche ihrerseits auf einer drehbaren Welle<B>31</B> sitzt.
Diese Welle ist mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor über ein Zahnrad<B>33</B> und ein Paar Universalkupp- lun--en <B>35</B> und<B>37</B> verbunden, weleb, letztere, eine geringe senkreehte Bewegung der Elek trode am einen Ende der Welle olnie Störung der Drehbewegung derselben ermöglichen. An <B>C</B> einer Stelle in der Nähe der Elektrode ist die Welle in einem Tragarm<B>39</B> gelagert, dessen eines Ende in Stützen 41 und 43 gelagert ist, welche an der Grundplatte 21 befestigt sind.
Ein reehtwinklig vom Tragarm<B>39</B> abwärts ragender Fortsatz 45 ist mit einer Feder 47 verbunden, welche eine Zu,(nvirkun,-- in einer solchen Richtung ausübt, dass die Elektrode<B>3</B> federnd gegen die geerdete Elektrode<B>1</B> ge drückt wird, welche über der Grrundplatte montiert ist. Eine halbzylindrisehe Platte<B>1.1</B> ist auf der Grundplatte 21 montiert und bil det mit der Verlängerung<B>9</B> zusammen einen Kondensator.
Die 1-Iochfreq-uLenz wird der Elektrode durch eine Sehleifbürste 49 zuge führt, welche mit dem äussern Ende des innern Leiters der konzentrisehen Leitung<B>5</B> verbun den ist und am äussern Metallteil der Elek- 1 rode<B>3</B> anliegt. Mit der 11ochspannungselektrode <B>3</B> wirkt die geerdete Elektrode<B>1</B> zusammen, welche im obern Kopfteil<B>51</B> der Heftmaschine eingebaut ist.
Die Elektrode<B>1</B> wird durch den nicht dar gestellten Motor angetrieben, welcher eben falls das Zahnrad<B>33</B> trägt, und beide Elektro den drehen sich in solcher Richtung und mit solcher Gesehwindigkeit, dass das zu behan delnde Material zwischen denselben hindurch gezogen wird. Es kann auch ein von Fland oder mit dem Fuss zu bedienender Meehanis- niLis zum Anheben der Elektrode<B>1</B> vorgesehen sein.
Eine andere Ausführung für die selbst tätige Kapazitätsregulierung ist in Fig. <B>5</B> dar gestellt, welche schematisch eine geerdete Elektrode<B>1</B> und eine floehspannungselektrode <B>3</B> zeigt, zwischen denen das zu behandelnde Material<B>53</B> hindurchgeführt wird. Die Elek trode<B>3</B> ist mit dem innern Leiter<B>55</B> der kon zentrischen Leitung<B>5</B> verbunden und ist, wie durch die Linie<B>57</B> angedeutet, mechanisch mit einem beweglichen Ring<B>59</B> gekuppelt, welcher mit einem verdiekten Abschnitt<B>61</B> des innei. a Leiters<B>55</B> eine veränderliche Kapazität bildet.
Der Ring<B>59</B> kann bei minimaler Dicke des Materials<B>53</B> dem obern oder untern Ende der Verdickung<B>61</B> gegenüberliegen. Im einen Fall ergibt seine Bewegung in einer gegebenen Richtung eine Erhöh-Lu-ig der Leitungskapazi tät und verringert so ihre Resonanzfrequenz, im andern, gestrichelt dargestellten Fall wird durch die Bewegung in der gleichen Richtung die Leitungskapazität verringert. Änderungen in der Dicke des züi behandelnden Materials, welche eine Änderung in der Kapazität zwi- sehen den Elektroden bewirken, können auf.
diese Weise eine weitere Kapazität beeinflus- .sen, welche in der -Weise veränderlich ist, dass sie diese Änderung teilweise kompensiert oder verstärkt.