DE821817C

DE821817C - Elektroden zur dielektrischen Hochfrequenzerwaermung und Verformung thermoplastischer Stoffe

Info

Publication number: DE821817C
Application number: DEP45013A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Tankred Vo Hauteville
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1949-06-05
Filing date: 1949-06-05
Publication date: 1951-11-22

Description

Elektroden zur dielektrischen Hodifrequenzerwärmung und Verformung thermoplastischer Stoffe I)ie Erfindung befaßt sich mit einer besonders günstigell Anordnung zur Verformung thermol>lastischer Materialien.
Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen solche Alaterialiell vor der Verformung eine dielektrische Erwärmung erfahren und dadurch in einen knetharzen Zustand versetzt werden. Ein anderes ebenfalls I,ekanntes Verfahren vereinigt bereits den Vorgang des Erwärmens einerseits und den der Verformung andererseits zu einem Arbeitsgang.
I)as geschieht dadurch. daß dem zu bearbeitenden Werkstoff von der einen Seite Wärme, z. B. Heißluft, zugeführt wird, während auf ihn von der anderen Seite durch einen aufblasbaren Gummisack ein die gewünschte Verformung bewirkender Druck ausgeübt wird.
Mit solchen Anordnungen gelingt es beispielsweise, Holzplatten gegen eine Form anzupressen und Verleimungs- oder Biegevorgänge zu bewirken. Auch wurden diese und ähnliche Anordnungen bisher zur Formung von Celluloidgegenständen verwendet, wobei ein meist vorgeformtes Werkstück unter Einwirkung von Heißluft in eine endgültige Form geblasen wird.
Diese Verfahren haben jedoch den großen Nachteil der Kompliziertheit. Sie sind nur in ziemlich l)egrenztem Rahmen anwendbar und umständlich, also unwirtschaftlich, ganz abgesehen von der teilweise technologisch ungünstigen Arbeitsweise.
Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine weseitlich günstigere Anordnung dadurch geschaffen, daß als Elektrode bzw. Elektroden eines der dielektrischen Wärmeerzeugung des Materials dienenden Hochfrequenzgenerators Druck ausübende, durch Gas (Luft) oder Flüssigkeitsdruck in der Form veränderbare, z. B. aufblasbare Gebilde (Sackelektroden) Verwendung finden.
Diese jeweils mit einem Pol des Generators verbundene Sackelektrode muß dabei die Ausbildung des die dielektrische Erwärmung des Materials bewirkenden hochfrequenten Feldes derart verwirklichen, daß ihre an dem zu erwärmenden und zu bearbeitenden Material anliegende Oberfläche eine Äquipotentialfläche darstellt. Die Stromzuführungen zu den einzelnen wirksamen Punkten der Sackelektrode müssen also einen gleichen Wechselstromwiderstand aufweisen.
Demnach besteht keine Notwendigkeit, die Sackelektrode aus einem im Sinne der üblichen Definition der Leitfähigkeit gutleitenden Material (Metall) herzustellen. In den meisten Fällen empfiehlt es sich jedoch zur Vermeidung einer Eigenerwärmung der Sackelektrode, daß deren Wechselstromwiderstand gering gehalten wird, da es ja der entscheidende Vorteil der dielektrischen Erwärmung ist, daß man mit kalten Elektroden arbeiten kann.
Nur auf diese Weise erhält man dauerhafte und saubere thermoplastische Verformungen, bei denen sich die Elektroden leicht vom Material lösen.
Bei der Herstellung solcher Sackelektroden lassen sich nun verschiedeneWege beschreiten, deren Auswahl dem jeweiligen Anwendungszweck zu entsprechen hat.
Beispielsweise kann man die Elektroden aus Gummi oder gummiähnlichen Materialien mit geringem Verlustwinkel bei Hochfrequenz herstellen, indem man durch Einbringung von Metall in Pulverform für eine Senkung des Wechselstromwiderstandes Sorge trägt. Ferner besteht die Möglichkeit, die Oberfläche einer solchen Elektrode mit schuppenartig sich überlappenden Folienstreifen oder -plättchen aus Metall zu versehen. Von diesen zusätzlichen Mitteln kann teilweise abgesehen werden, wenn das Elektrodenmaterial eine hohe natürliche Dielektrizitätskonstante, also eine hohe Hochfrequenzleitfähigkeit aufweist.
Der Druck in der Sackelektrode kann dabei durch Gase oder Flüssigkeiten erzeugt werden.
Beschränkt man sich jedoch auf die Anwendung von Flüssigkeiten zur Druckerzeugung, so bietet sich zusätzlich noch die besonders günstige Möglichkeit, Flüssigkeiten mit guter Leitfähigkeit, z. B.
Quecksilber, Glycerin, zu verwenden, so daß die eigentliche Elektrode und die Zuführung von der in dem Sack und dem dazugehörigen Schlauch eingeschlossene Flüssigkeit gebildet wird. Diese Bedingung kann man z. B. bei Flüssigkeitsfüllung der Sackelektrode dadurch erreichen, daß man eine Zuführungselektrode in sie hineinführt, die in ihrer Formgebung der. Form der Außenelektrode, an welche das warm zu verformende Material angepreßt werden soll, in verkleinertem Maßstab entspricht. Als Gegenelektrode zur Sackelektrode kann man eine feste Elektrode üblichen Aufbaues verwenden. Zur Einleitung des Erwärmung und Verformungsvorganges wird dann durch Aufblähung der Sackelektrode das zu verformendeMaterial, etwa eine Kunststoffolie, in elastischer Dehnung zum Anliegen an die andere feste Formelektrode gebracht, danach beide Elektroden mit dem Generator verbunden und der nicht kritische Wärmestoß auf das thermoplastische Material durch das ultrahochfrequente Wechselfeld ausgeübt.
Man kann als Gegenelektrode auch eine zweite entsprechend gebaute und geformte Sackelektrode verwenden, so daß das thermoplastische Material sich ohne wesentlich elastische Kaltbeanspruchung in die Formung der Sackelektroden hineinlegt. Dies wäre gewährleistet, wenn beide Sackelektroden bei gleichen elastischen Materialeigenschaften zunächst mit gleichem Druck aufgeblasen werden, wobei durchaus Teile der einen Sackelektrode starre Formstücke aufgesetzt haben können.
Nachdem beide Sackelektroden an dem thermoplastischen Material anliegen, erfolgt die Anschaltung an den Generator. Wird nun nur einer Elektrode zusätzlicher Druck zugeführt, so erfolgt eine Warmverformung auch nicht elastischer Thermoplaste in Richtung auf die Sackelektrode geringeren Druckes.
Solche Aufsetzungen von starren Formstücken auf die Sackelektrode ermöglichen auch die Durchführung von mit der Verformung gleichzeitig oder in zeitlicher Folge ablaufenden Schweißvorgängen.
Diesen Formstücken läßt sich eine erhöhte Energiedichte zuführen.
Das Sackelektrodenverfahren kann auch zur Anwendung kommen, wenn es sich darum handelt, irgendwie geformte Metallkörper oder auch Körper aus nichtleitendem Material mit einer eng anliegenden Hülle aus Kunststoffolie zu üI>erziehen. Man wird nur dafür Sorge tragen müssen, daß bei Nichtleitern der Hochfrequenzleitwert größer als der Hochfrequenzleitwert des thermoplastisch zu verformenden Materials ist. Gegebenenfalls kann man, wenn die Erwärmung des Zwischenkörpers unerwünscht ist, diesen mit einer leitenden Oberfläche überziehen.
Man wird solche Ummantelungsvorgänge in der Regel mit einerRandschweißung verbinden müssen, was durch aufgesetzte Stege an den gewünschten Schweißstellen ohne weiteres möglich ist. Sinngemäß läßt sich die Sackelektrode auch als äußere Anlageelektrode gegenüber einer teils erhabenen oder glatten Innenelektrode verwenden. Lediglich die Druckanwendung bei der Verformung erfolgt dann in anderer Reihenfolge. Zum Aufsetzen der Elektrode ist die Sackelektrode zu dehnen, zumVerformungsvorgang der Druck zu senken, um zu erreichen, daß dadurch die elastischen Kräfte der Sackelektrode die zu verformende Folie an die innere Elektrode anpressen. Die Verbindung mit Schweißvorgängen liegt hierbei nahe.
Als Beispiel kann man an eine Ringsackelektrode denken, die es erlaubt, unter Zwischenlage einer geeigneten Stegelektrode oder eines erhabenen Steges auf der Gegenelektrode mehr oder weniger unsichtbare Verschweißung von Kunststoffrohren usw. vorzunehmen.
Um die Kühlwirkung von Elektroden der be- schriehenen erfindungsgemäßen Art bei Flüssigkeitsfüllung derselben zu erhöhen, kann man die Druck erzeugende Flüssigkeit fortwährend erneuern bzw. einem Kreislauf unterwerfen.
Eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens ist in schematischer Form in der Zeichnung dargestellt. Das zu verformende und zu verschweißende thermoplastische Material 1 liegt hierbei zwischen einer geformten Außenelektrode 2 und einer Sackelektrode 3. Die Sackelektrode ist mit einem l>eispielsweise flüssigen Dielektrikum 4 gefüllt und liegt an ihrer anderen Seite auf einer Innenelektrode 5 auf. Als Gegenelektrode zur Außenelektrode kann entweder die Flüssigkeitsfüllung 4 der Sackelektrode oder aber die Innenelektrode 5 verwendet werden. Die eingezeichneten Pfeile 6 geben die Richtung des Druckes, der auf die Füllung der Sackelektrode wirkt, an. In der Zeichnung ist ferner eine sogenannte Ringschweißelektrode 7 eingezeichnet, welche eine entsprechende Verschweißung der Folien bewirkt.

Claims

PATENTANsPRÜcHE.

1. Elektroden zur dielektrischen Hochfrequenzerwärmung und Verformung thermoplastischer Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrode bzw. Elektroden des der dielektrischen Wärmeerzeugung des Materials dienenden Hochfrequenzgenerators Druck ausül)ende, durch Gas-(Luft-) oder Flüssigkeitsdruck in der Form veränderbare, z. B. aufblasbare Gebilde (Sackelektroden) Verwendung finden.

2. Elektroden nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungen zu den einzelnen wirksamen Punkten der Sackelektrode einen weitgehend gleichen Wechselstromwiderstand aufweisen.

3. Elektroden nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ausGummi oder gummiähnlichem Material mit geringem Verlustwinkel bei Hochfrequenz hergestellt sind.

4. Elektroden nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Elektrodenmaterial Metall in Pulverform eingebracht ist.

5. Elektroden nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Elektrode mit schuppenartig sich überlappenden Folienstreifen oder -plättchen aus leitendem Material (Metall) versehen ist.

6. Elektroden nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial eine hohe natürliche Dielektrizitätskonstante aufweist.

7. Elektroden nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sackelektrode mit einer Flüssigkeit guter elektrischer Hochfrequenzleitfähigkeit (Quecksilber, Glycerin u. dgl.) gefüllt wird.

8. Elektrode nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenelektrode ebenfalls eine Sackelektrode Verwendung findet.

9. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alsGegenelektrode eine Formelektrode Verwendung findet.

Io. Elektroden nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch aufgesetzte starre Formstücke.

II. Elektroden nach Anspruch I bis IO, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit solchen Aufsatzstücken versehen sind, daß mit dem Vorgang der Verformung ein Schweißvorgang bestimmter Art durchgeführt werden kann.

12. Elektroden nach Anspruch I bis II, dadurch gekennzeichnet, daß Ringsackelektroden Verwendung finden.

13. Elektroden nach Anspruch I bis I2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Flüssigkeitsfüllung der Sackelektrode eine Zuführungselektrode in sie hineinreicht, die in ihrer Formgebung der Form derAußenelektrode, an welche das thermoplastisch zu verformende Material angel>racht werden soll, in verkleinertem Maßstal> entspricht.

14. Elektroden nach Anspruch I bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier Sackelektroden der Flüssigkeits- oder Gasdruck in beiden Elektroden nicht der gleiche ist.

15. Elektroden nach Anspruch I bis I4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Flüssigkeitsfüllung der Sackelektrode ein ständiger Umlauf bzw. eine ständige Erneuerung der Flüssigkeit erfolgt.