Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Rollenelektrodenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung umfassend eine solche Rollenelektrodenanordnung und ein Verfahren zur Beaufschlagung eines Werkstücks mit einem hochfrequenten elektrischen Wechselfeld.

Stand der Technik

Es ist bekannt, Rollenelektroden zum Hochfrequenzschweissen von Kunststoffen einzusetzen. Wie andere Schweissverfahren dient auch das Hochfrequenzschweissen von Kunststoffen dem unlösbaren Verbinden zweier Werkstücke oder Abschnitte, hier zweier Kunststoff-Werkstücke bzw. -Abschnitte, welche mit Wärme und Druck beaufschlagt werden.

Es ist bekannt, Planen für Fahrzeuge, Sonnenschutz-Planen, Werbeflächen, Kleidung, Verpackungen, aufblasbare Produkte wie Schlauchboote und Hüpfburgen sowie Wasserbetten und flexible Flüssigkeitstanks und vieles mehr durch Kunststoff-Hochfrequenzschweissen herzustellen.

Beim Kunststoff-Hochfrequenzschweissen werden zwei zu verbindende Abschnitte eines oder mehrerer Kunststoff-Werkstücke durch Anlegen eines elektromagnetischen Wechselfelds üblicherweise zugleich lokal erhitzt, wodurch sie aufgeschmolzen werden, und unter Anwendung von Druck miteinander verpresst, wodurch sie dauerhaft miteinander verbunden werden.

Die Erwärmung entsteht durch Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Wechselfeld und polaren Bestandteilen des Polymers bzw. Kunststoffes. Hierbei kommt es zu einer lokalen Erwärmung, weil im Kunststoff vorhandene Dipole sich im elektromagnetischen Feld auszurichten versuchen, obwohl sie fest in das Polymergefüge des Kunststoffes eingebunden sind.

Ob ein Kunststoff also mittels Hochfrequenzschweissen bearbeitbar ist, hängt von seinem molekularen Aufbau, genauer von der Anwesenheit von Dipolen ab. Aus diesem Grund lassen sich nur bestimmte Kunststoffe mittels Hochfrequenzschweissen bearbeiten. Massgeblich für die Verschweissbarkeit ist der dielektrische Verlustfaktor des Kunststoffes, der ein Mass für den Energieverlust darstellt, den der betreffende Kunststoff als Isolierstoff im elektrischen Feld bewirkt. Beispielsweise kommen Kunststoffe wie thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyvinylchlorid (PVC), Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) in Betracht.

Aufgrund der hohen Leistung, mit welcher Hochfrequenz-Kunststoff- Schweissanlagen betrieben werden, diese liegt teilweise im zweistelligen Kilowattbereich, sind bestimmte einzuhaltende Frequenzen gesetzlich vorgegeben. Am häufigsten wird ein elektromagnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz von 27,12 MHz verwendet, da es sich um ein sogenanntes„ISM- Band" handelt, welches beispielsweise von Hochfrequenzgeräten in der Industrie frei benutzt werden kann.

Maschinen zum Hochfrequenzschweissen (HF-Schweissen) von Kunststoffen umfassen in der Regel einen Generator bzw. Hochfrequenzgenerator, Schweisselektroden und eine Presse, wobei die vorgenannten Bauteile zumindest teilweise zusammengefasst sein können. Der Generator dient der Erzeugung einer hochfrequenten elektrischen Wechselspannung, beispielsweise mit 27,12 MHz, und üblicherweise mehreren Kilovolt. Die Presse dient dazu, die Schweisselektroden auf das zu bearbeitende Werkstück bzw. die zu verschweissenden Abschnitte zu pressen und die Elektroden dienen der lokalen Erhitzung des Kunststoffes, indem sie das Wechselfeld erzeugen.

Vorrichtungen und Verfahren zum Hochfrequenz-Kunststoffschweissen sind in zahlreichen Ausführungen bekannt. Wird die Anlage kontinuierliche betrieben, so ist es beispielsweise bekannt, die zu verschweissenden Kunststoff- Abschnitte zwischen zwei rollenförmigen Elektroden hindurch zu bewegen. Ein hierbei anzutreffendes Problem stellt die Funkenbildung an mehreren Orten dar.

Einerseits kann Funkenbildung an einer Kontaktstelle zwischen einer vom Generator ausgehenden Zuleitung und der Elektrode, welche bei sich im Betrieb drehenden Elektroden oftmals als Schleifkontakt ausgebildet ist, auftreten. Im Stand der Technik wurde dieser Funkenbildung durch die Auswahl hochwertiger und zuverlässiger Schleifkontakte entgegengetreten.

Andererseits kann Funkenbildung durch Plasmaentladung auftreten. Zu dieser Plasmaentladung kommt es in Bereichen zwischen den Elektroden, an denen eine ausreichend hohe elektromagnetische Feldstärke vorliegt. Im Fall von rollenförmigen Elektroden sind derartige Bereiche beidseits einer Andruckzone zwischen Elektrode und zu bearbeitendem Werkstück vorhanden und im Wesentlichen keilförmig.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die DE 1 154 932 A bekannt, welche auch das Problem der Funkenbildung adressiert. Gemäss der DE 1 154 932 A tritt die Funkenbildung jedoch auf Grund mangelhafter Punktkontakte auf. Dementsprechend schlägt die DE 1 154 932 A vor, eine der rollenförmigen Elektroden mit einer aussenliegenden schraubenförmigen Drahtfeder auszustatten, die flexibel ist und von der gegenüberliegenden rollenförmigen Elektrode teilweise eingedrückt werden kann. Somit tritt ein flächiger Kontakt an die Stelle des Punktkontaktes, was das Risiko des Funkenschlags verringert. Allerdings sind noch immer Funkenschläge durch Plasmaentladungen in demjenigen Bereich zu befürchten, welcher direkt an die Kontaktstelle beider Elektroden angrenzt. Dieses Problem wird von der DE 1 154 932 A nicht gelöst.

Ein weiteres Problem bekannter Vorrichtungen und Verfahren zum Hochfrequenz-Kunststoffschweissen ist in einer unzureichenden Druckbeaufschlagung zu verschweissender Kunststoffabschnitte zu sehen.

Um eine Andruckzone zu verlängern, wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, einer rollenförmigen Elektrode, welche zugleich als Presse dient, eine konkave Gegenelektrode zuzuordnen, welche komplementär zur rollenförmigen Elektrode geformt ist und somit die Andruckzone verlängert. Dies macht die Vorrichtung jedoch sehr unflexibel hinsichtlich der Ausgestaltung verschiedener zu bearbeitender Werkstoffe. Beispielsweise kann eine Schweissnahtgeometrie, welche Kurven aufweist, mit einer konkaven Gegenelektrode nicht bearbeitet werden.

Ferner ist im Stand der Technik an zusätzliche Andruckrollen gedacht, welche jedoch ebenfalls die Komplexität der Anlage zu Lasten der Flexibilität hinsichtlich etwaiger zu bearbeitender Werkstoffe erhöhen. Auch hier ergibt sich nämlich stets das Problem, dass nur geradlinige Schweissnähte ohne Kurven erzeugt werden können. Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Rollenelektrodenanordnung bzw. eine Vorrichtung umfassend eine solche Rollenelektrodenanordnung bereitgestellt werden, welche die Gefahr von Funkenschlag effizient verringert.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung der Aufgabe führen die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine erfindungsgemässe Rollenelektrodenanordnung zur Beaufschlagung eines Werkstücks mit einem

hochfrequenten elektrischen Wechselfeld umfasst einen Kern und ein elektrisch isolierendes Umfangselement wobei das Umfangselement den Kern umfängt und eingerichtet ist, um relativ zum Kern eine Drehbewegung durchzuführen wobei der Kern eine Elektrode umfasst, deren Querschnitt von einem Vollkreis abweicht. Bei dem vorgenannten Vollkreis handelt es sich vorzugsweise um denjenigen Kreis, welcher den ebenfalls kreisförmigen Querschnitt des Umfangselements ausfüllt. Die Elektrode kann einen kreisausschnitt-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Querschnitt einen Kreisbogen umfasst. Das Umfangselement und somit die gesamte Rollenelektrodenanordnung ist hierbei vorzugsweise zylinderförmig oder zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet. Die Zylinderform ist besonders praktisch, da über eine entsprechende Ausnehmung in einer kreisförmigen Grundfläche oder in einer kreisförmigen Deckfläche des Zylinders auf einfache Weise der Kern umfassend die Elektrode in das Umfangselement eingebracht sein kann.

Einem einfachen Ausführungsbeispiel nach kann auch schlicht an ein rohrförmiges Umfangselement gedacht sein. Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Rollenelektrodenanordnung eine Einrichtung bzw. Anordnung wie vorstehend beschrieben angesehen, welche sich rollend über ein Werkstück hinweg bewegen kann. Falls eine feststehende Rollenelektrodenanordnung verwendet werden soll, kann alternativ daran gedacht sein, das Werkstück entsprechend relativ zur Elektrode zu bewegen, während diese zwar ortsfest gelagert ist, aber ihr Umfangselement eine Drehbewegung ausführt.

Bei dem zu bearbeitenden Werkstück oder bei den zu verbindenden bzw. zu verschweissenden Werkstücken oder Abschnitten handelt es sich vorzugsweise um verschweissbare Kunststoffe mit entsprechend hohem dielektrischen Verlustfaktor. Bei dem hochfrequenten elektrischen Wechselfeld handelt es sich vorzugsweise um ein Wechselfeld mit einer Frequenz von 27,12 MHz. Es kann aber auch an andere Frequenzen, insbesondere an Industriefrequenzen, beispielsweise von 13,56 MHz oder von 40,68 MHz oder von 433,92 MHz gedacht sein. Falls der Kern einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, so sind der Kern und das Umfangselement vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet. Da die Elektrode stets einen vom Vollkreis abweichenden Querschnitt aufweist, umfasst der Kern in Ausführungsbeispielen, gemäss denen er einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, neben der Elektrode noch zumindest ein weiteres Element bzw. weiteres Material. Es kann daran gedacht sein, diejenigen Bereiche des Kerns, welche ausgehend vom Querschnitt der Elektrode zum kreisförmigen Querschnitt fehlen, mit einem dielektrischen Material zu füllen. Bei diesem dielektrischen Material kann es sich beispielsweise um PTFE (Handelsname Teflon®) handeln.

Alternativ kann der Kern ausschliesslich aus der Elektrode bestehen. In diesem Fall sind diejenigen Bereiche im Inneren des Umfangselements, welche nicht von der Elektrode eingenommen werden, nicht mit einem Material ausgefüllt.

Unter einer Elektrode mit kreisausschnitt-förmigem Querschnitt wird eine Elektrode verstanden, deren Querschnitt von einem Vollkreis abweicht und von mindestens einem Kreisbogen begrenzt wird. Die Elektrode muss hierbei nicht kreissegmentförmig sein. Beispielsweise kann der Querschnitt der Elektrode als Rechteck oder Trapez gedacht sein, dessen eine Seite durch einen Kreisbogen ersetzt wurde. Im Allgemeinen kann die Elektrode im Wesentlichen beliebig, beispielsweise als Vieleck geformt sein, solange ihr Querschnitt einen Kreisbogen umfasst bzw. zumindest teilweise durch einen Kreisbogen abgegrenzt wird.

Vorzugsweise weist der Kreisbogen hierbei im Wesentlichen denselben Radius wie das Umfangselement auf und liegt innen an dem Umfangselement an. Beispielsweise kann die Elektrode innen auf dem Umfangselement reiben, wenn sich letzteres dreht. Weiterhin kann auch ein schmaler Spalt zwischen Elektrode und Umfangselement vorgesehen sein. Ferner kann auch an zumindest ein Lager gedacht sein, welches zwischen der Elektrode und dem Umfangselement angeordnet ist. Der Kreisbogen kann einen Mittel punktswinkel von weniger als 45° aufweisen. Es kann auch daran gedacht sein, dass der Mittel punktswinkel kleiner als 40°, kleiner als 30° oder kleiner als 10° ist. Die Angabe des Mittelpunktswinkels bezieht sich hierbei nur auf den Kreisbogen bzw. einen kreisbogenförmigen Abschnitt der Elektrode. Die Elektrode selbst muss im Querschnitt nicht zwingend kreissegmentförmig sein.

Das Umfangselement kann auf einer Seite gelagert sein und auf einer gegenüberliegenden Seite eine Öffnung aufweisen, durch welche die Elektrode eingebracht sein kann.

Die Elektrode selbst kann auf beliebige Weise aufgehängt oder gelagert sein. Alternativ kann daran gedacht sein, dass das Umfangselement auf zumindest einer Seite durch ein Hohllager gelagert ist, wobei die Elektrode durch das Hohllager eingebracht ist. In diesem Fall kann die Elektrode entweder ebenfalls durch das Hohllager oder separat gelagert sein. Zur Lagerung des Umfangselements kann unabhängig von der Art, wie die Elektrode in das Umfangselement eingebracht ist, sowohl an die Verwendung von Luftlagern als auch an die Verwendung von Rollenlagern oder an andere Lager gedacht sein. Es kann daran gedacht sein, dass der Kern zumindest ein Abroll-Lager umfasst.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Beaufschlagung eines Werkstücks mit einem hochfrequenten elektrischen Wechselfeld umfassend einen Hochfrequenzgenerator sowie zumindest eine Rollenelektrodenanordnung wie vorstehend beschrieben. Derartige Generatoren sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Die Vorrichtung umfasst stets eine zweite Elektrode bzw. Gegenelektrode oder Gegenelektrodenanordnung, wobei hier beispielsweise auch an eine flächige Elektrode gedacht sein kann. So ist es möglich, einen Teil eines Tisches, auf welchem die zu verschweissenden Abschnitte liegen, in Form einer flächigen Elektrode auszubilden. Es kann auch daran gedacht sein, eine flächige Elektrode in einen Tisch oder dergleichen einzulassen.

Die Vorrichtung kann somit ein Tisch als Gegendruckelement umfassen.

Ein solcher als Gegendruckelement dienender Tisch mit eingelassener Gegenelektrode kann hierbei ein im Wesentlichen planes Gegendruckelement darstellen. Alternativ kann der Tisch jedoch auch dreidimensionale Konturen aufweisen, welche beispielsweise an die zu verbindenden Abschnitte der Werkstücke oder des Werkstücks angepasst sein können.

Bevorzugt ist die Gegenelektrodenanordnung jedoch so ausgebildet, wie vorstehend für die Rollenelektrodenanordnung beschrieben. Eine solche Anordnung ist deutlich einfacher handhabbar als eine Anordnung, bei welcher ein Teil des Tisches als Elektrode ausgebildet ist, beispielsweise, weil der Tisch und die zugehörige Elektrode, welche auch im Tisch eingelassen sein kann, üblicherweise sehr gross ausfallen.

Vorzugsweise wirken beide Elektrodenanordnungen auch als Andruckelement und werden mit entsprechenden Mitteln in Richtung auf das Werkstück zu mit Kraft beaufschlagt, so dass auf separate Andruckelemente verzichtet werden kann.

Für zumindest eine der Rollenelektrodenanordnungen gilt hierbei vorzugsweise, dass die Elektrode asymmetrisch in Bezug auf eine gedachte, durch eine Drehachse der Rollenelektrodenanordnung verlaufende Gerade ausgebildet ist, welche die Rollenelektrodenanordnung in Bezug auf eine Bewegungs- bzw. Laufrichtung in ein laufrichtungs-seitiges erstes Halbkreis-Segment und ein zweite Halbkreis-Segment aufteilt. Vorzugsweise ist der Kreisbogen der Elektrode zu mehr als 50% im laufrichtungsseitigen Halbkreis-Segment angeordnet.

Vorzugsweise ist hierbei zumindest eine der Rollenelektrodenanordnungen bzw. zumindest eines der Umfangselemente eingerichtet, um angetrieben zu werden, um das zu bearbeitende Werkstück zu transportieren. Es sind somit keine separaten Vorschub- oder Transportmittel nötig. Umfasst die Vorrichtung zwei Rollenelektrodenanordnungen, so kann einerseits nur eine Rollenelektrodenanordnung bzw. nur ein Umfangselement angetrieben sein, wobei die bzw. das zweite sich vorzugsweise durch die von der ersten Rollenelektrodenanordnung bzw. dem ersten Umfangselement bewirkte Bewegung des Werkstücks passiv dreht. Andererseits kann auch daran gedacht sein, dass beide Rollenelektrodenanordnungen bzw. Umfangselemente sich aktiv drehen bzw. angetrieben werden, was vorzugsweise synchron erfolgen sollte.

Hierbei ist bzw. sind die Rollenelektrodenanordnung bzw. zumindest eine der Rollenelektrodenanordnungen vorzugsweise derart eingerichtet, dass bei Ausführung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück bzw. den Werkstücken oder Abschnitten und der zumindest einen Rollenelektrodenanordnung lediglich das Umfangselement eine Drehbewegung ausführt. Der die Elektrode umfassende Kern führt somit keine Drehbewegung aus. Somit bewegen sich zwar die Rollenelektrodenanordnung und das Werkstück bzw. die Werkstücke oder Abschnitte relativ zueinander, jedoch führt hierbei vorzugsweise nur das Umfangselement eine Drehbewegung durch, während der Kern und das bzw. die Werkstück(e) relativ zueinander lediglich im Sinne einer Parallelverschiebung bewegt werden. Während des Betriebs der Vorrichtung verändert sich daher die Ausrichtung der Elektrode relativ zum zu bearbeitenden Werkstück vorzugsweise nicht. Wie bereits ausgeführt kann einer Rollenelektrodenanordnung eine zweite Rollenelektrodenanordnung zugeordnet sein, welche sowohl die Aufgabe der Gegenelektrode als auch die Aufgabe eines Gegendruckelements erfüllt.

Ferner kann die Vorrichtung nicht nur alternativ zur Gegenelektrode sondern auch komplementär einen Tisch umfassen. Dieser kann beispielsweise als Auflagentisch für die zu bearbeitenden bzw. zu verschweissenden Werkstücke bzw. Abschnitte dienen. Der Auflagentisch kann beispielsweise eine Ausnehmung umfassen, durch welche die Gegenelektrode die zu verschweissenden Werkstücke kontaktiert.

Ein als Gegendruckelement dienender Tisch mit eingelassener Gegenelektrode kann hierbei ein im Wesentlichen planes Gegendruckelement darstellen. Alternativ kann der Tisch jedoch dreidimensionale Konturen aufweisen, welche beispielsweise an die zu verbindenden Abschnitte angepasst sein können.

Es kann auch an eine Vorrichtung gedacht sein, welche ein Achssystem oder einen Knickarmroboter umfasst, an welchem die Rollenelektrodenanordnung(en) geführt ist bzw. geführt sind. Durch eine solche Anordnung kann das Verschweissen hochautomatisiert und sehr schnell durchgeführt werden. Entsprechende Achssysteme und Knickarmroboter sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Beaufschlagung eines Werkstücks mit einem hochfrequenten elektrischen Wechselfeld mittels einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, wobei das zu bearbeitende Werkstück mit einer Rollenelektrodenanordnung wie ebenfalls vorstehend beschrieben auch mit einer Kraft beaufschlagt wird.

Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung zum Hochfrequenzschweissen von Kunststoffen. Es kann aber auch daran gedacht sein, das elektrische Wechselfeld für andere Zwecke zu nutzen, beispielsweise zum Verleimen zweier Werkstücke oder Abschnitte.

Im Allgemeinen kann stets daran gedacht sein, zwei Abschnitte desselben Werkstücks oder zwei Abschnitte verschiedener Werkstücke miteinander zu verbinden, insbesondere zu verschweissen.

Werden zwei Werkstücke miteinander verbunden, so ist vorzugsweise daran gedacht, dass diese aus demselben Material gefertigt sind. Es kann aber auch daran gedacht sein, dass beide aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Hierbei kann es sich als vorteilhaft erweisen, beispielsweise thermoplastisches Polyurethan (TPU) als Verbinder bzw. Schweisszusatz zu verwenden.

Bei sämtlichen der vorstehend dargestellten Ausführungsformen ergibt sich durch die Anordnung eines Kerns umfassend eine Elektrode und eines um diesen Kern drehbar angeordneten Umfangselements der Vorteil, dass die Elektrode so ausgestaltet und vorzugsweise auch in Bezug auf das zu bearbeitende Werkstück so ausgerichtet sein kann, dass eine Feldstärke eines von ihr ausgehenden elektrischen Feldes in der Andruckzone wesentlich höher ist als neben der Andruckzone bzw. dass die Feldliniendichte in der Andruckzone wesentlich höher ist als neben der Andruckzone. Somit ist innerhalb der Andruckzone eine für das Verschweissen ausreichende Feldstärke vorhanden, während die Gefahr für Plasmaentladungen neben der Andruckzone verringert ist.

Dies wird auch gewährleistet, da es die vorliegend beschriebene Ausgestaltung ermöglicht, die Rollenelektrodenanordnung und das zu bearbeitende Werkstück relativ zueinander nur im Sinne einer Parallelverschiebung zu bewegen, wobei lediglich das Umfangselement eine Rotation ausführt. Die für das Verschweissen massgebliche Elektrode und das Werkstück bzw. die Werkstücke oder Abschnitte jedoch verändern ihre Neigung zueinander nicht, da keines der beiden Bauteile eine Rotation ausführt. Vorteilhaft an dem vorstehend beschriebenen Kreisbogen ist, dass er dem Umfangselement innen sehr nahe anliegen oder ihm sogar aufliegen kann. Hierdurch wird ebenfalls gewährleistet, dass bei entsprechender Ausrichtung der Elektrode die Feldstärke innerhalb der Andruckzone ausreichend hoch ist. Dieser Effekt stellt sich besonders ein, wenn der Radius des Kreisbogens und der Radius des Umfangselements identisch sind.

Vorteilhaft an der Verwendung von dielektrischem Material, welches die nicht von der Elektrode Bereiche bzw. das entsprechende Volumen einnimmt, ist, dass es auch dort nicht zu unerwünschten Effekten wie beispielsweise Funkenschlag kommen kann.

In Bezug auf sämtliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann daran gedacht sein, dass das Umfangselement von einer deformierbaren elektrisch isolierenden Beschichtung umgeben ist.

Wird die Rollenelektrodenanordnung beispielsweise auf zwei miteinander zu verschweissende Kunststoffabschnitte gedrückt, um diese zu verschweissen, so verformt sich die deformierbare Beschichtung, was zu einer Vergrösserung der Andruckzone führt. Indem der für das Verschweissen nötige Druck im Vergleich zu unbeschichteten Rollenelektrodenanordnungen und im Vergleich zu Rollenelektrodenanordnungen mit einer starren Beschichtung über eine vergrösserte Zone hinweg auf die zu verbindenden Kunststoffabschnitte ausgeübt wird, werden diese länger mit Druck beaufschlagt, was wiederum die Qualität der Verbindung verbessert. Beispielsweise kann daher beim kontinuierlichen HF-Kunststoffschweissen die Geschwindigkeit gegenüber bekannten Verfahren erhöht werden. Weiterhin kann auf separate Andruckelemente wie Andruckrollen und dergleichen verzichtet werden. Ein erster Vorteil der deformierbaren elektrisch isolierenden Beschichtung, nachfolgend als deformierbare Beschichtung bezeichnet, ist also, dass sie ein optimales Andrücken gewährleistet. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der deformierbaren Beschichtung ist jedoch, dass sie elektrisch isolierend ist. Hierdurch wird in unmittelbarer Nachbarschaft zur Andruckzone, innerhalb der die Feldstärke des elektrischen Wechselfelds sehr stark ist, die Gefahr von Plasma-Bildung und entsprechend auch von Plasma-Entladung zumindest stark verringert.

Somit kann die deformierbare Beschichtung ebenso wie die Kombination aus dem Umfangselement und der im Querschnitt vom Vollkreis abweichenden Elektrode die Gefahr von Plasma-Entladungen senken. Wird das Umfangselement der vorgenannten Kombination mit der deformierbaren Beschichtung versehen, so kann die Gefahr von Plasma-Entladungen noch weiter gesenkt werden.

Die deformierbare Beschichtung kann aus einem Kunststoff bestehen. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass der Kunststoff nicht oder nicht wesentlich mit dem elektrische Wechselfeld in Wechselwirkung tritt bzw. diesem gegenüber weitgehend inert ist. Hierbei kann beispielsweise an entsprechende Elastomere oder Silikone gedacht sein. Eine Dicke der deformierbaren Beschichtung kann beispielsweise zwischen 0,1 mm und 5 mm liegen. Es kann auch an den Bereich zwischen 0.2 mm und 4 mm gedacht sein, ferner an den Bereich zwischen 0,3 mm und 3 mm sowie an den Bereich zwischen 0,4 mm und 2,5 mm sowie bevorzugt an den Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm. Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

Figur 1 eine Anordnung umfassend zwei Rollenelektroden 7 gemäss dem Stand der Technik, Figur 2 eine Anordnung umfassend eine Rollenelektrode 7 und ein flächige Elektrode 8 gemäss dem Stand der Technik,

Figur 3 eine Anordnung umfassend eine Rollenelektrodenanordnung 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 eine geschnittene Seitenansicht nach Figur 3 mit weiteren Details in einer ersten Variante,

Figur 5 eine geschnittene Seitenansicht nach Figur 3 mit weiteren Details in einer zweiten Variante,

Figur 6 eine Anordnung umfassend zwei Rollenelektrodenanordnungen 1 gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 7 eine leicht abgewandelte Ausführungsform der in Figur 6 gezeigten Vorrichtung,

Figur 8 eine Ansicht der Ausführungsform nach Figur 3 mit überproportional gross dargestelltem Abstand zwischen einem Umfangselement 18 und einem Kreisbogen 24, Figur 9 eine Ansicht der Ausführungsform nach Figur 3, wobei der Kern 2 durch Schraffierung hervorgehoben ist,

Figuren 10 und 1 1 jeweils eine leicht abgewandelte Ausführungsform der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung und

Figur 12 eine Ausführungsform nach Figur 3 mit einer deformierbaren elektrisch isolierenden Beschichtung 3. Ausführungsbeispiel

In Figur 1 ist eine Anordnung umfassend zwei Rollenelektroden 7 gemäss dem Stand der Technik dargestellt. Figur 2 zeigt eine Anordnung gemäss dem Stand der Technik, welche im Vergleich zur Anordnung nach Figur 1 anstatt der unteren Rollenelektrode 7 eine flächige Gegenelektrode 8, beispielsweise in Form eines Tisches, umfasst.

Figur 3 zeigt eine Anordnung analog Figur 2 jedoch mit einer Rollenelektrodenanordnung 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Rollenelektrodenanordnung 1 umfasst einen Kern 2 und ein Umfangselement 18. Der Kern 2 umfasst eine Elektrode 1 6.

Die Figuren 4 und 5 zeigen geschnittene Seitenansichten der Darstellung nach Figur 3 mit weiteren Details. Die Figuren 4 und 5 unterscheiden sich hierbei hinsichtlich einer Ausgestaltung und Anordnung der Elektrode 1 6. Ferner sind ein Generator 4, Zuleitungen 9, eine Drehachse 20, und Lager 15 gezeigt. Ein nicht von der Elektrode 1 6 eingenommener Bereich des Kerns 2 ist in den Figuren 4 und 5 schraffiert dargestellt. Ferner unterscheidet sich die Anordnung nach Figur 5 dahingehend von derjenigen nach Figur 4, dass gemäss Figur 5 das Umfangselement 18 beidseits gelagert ist, während es gemäss Figur 4 nur auf einer Seite gelagert ist. In der Anordnung nach Figur 5 ist auf einer Seite ein Hohllager 15a vorgesehen, welches zugleich eine Einbringung der Elektrode 1 6 ermöglicht.

Die Figur 6 zeigt eine Anordnung analog Figur 1 jedoch mit zwei Rollenelektrodenanordnungen 1 gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die in Figur 7 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich nur hinsichtlich dreier zusätzlich vorhandener Abroll-Lager 17 von der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform.

Die Figuren 8 und 9 dienen insbesondere der Veranschaulichung bzw. Hervorhebung eines Kreisbogens 24 bzw. des Kerns 2, welcher die in Figur 9 schraffiert dargestellte Fläche und die Elektrode 1 6 umfasst.

Die in Figur 10 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich nur hinsichtlich der Ausgestaltung der Elektrode 1 6 von der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform. Die in Figur 1 1 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich nur hinsichtlich der Anordnung der Elektrode 1 6 von der in Figur 10 dargestellten Ausführungsform.

Die in Figur 12 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich durch die zusätzliche elektrisch isolierende deformierbare Beschichtung 3 von der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung 3 nicht massstabsgetreu sondern der Anschaulichkeit halber stark vergrössert dargestellt ist. Eine Länge 13 einer jeweiligen Andruckzone, also desjenigen Abschnitts, innerhalb welchem die Werkstücke 5a, 5b mit Druck beaufschlagt werden, ist der Übersicht halber unterhalb der Rollenelektrodenanordnungen 1 in den Figuren 3 und 12 angedeutet. Der besseren Übersicht halber sind nicht in sämtlichen Figuren sämtliche dargestellten Merkmale durch Bezugsziffern bezeichnet. Bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 12 erklärt sich die Funktionsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung folgendermassen:

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen umfassend zumindest eine Rollenelektrode 7 bekannt, welche zwei Werkstücke 5a, 5b bzw. zwei Abschnitte jeweils eines Werkstückes miteinander verschweissen.

In einer Vorrichtung nach Figur 1 drehen sich hierzu beide Rollenelektroden 7 gegenläufig um die Drehachsen 20, wie die Pfeile innerhalb der Rollenelektroden 7 andeuten. Hierbei bewegen sich die Rollenelektroden 7 relativ zu den Werkstücken 5a, 5b in Richtung eines Pfeils 19.

In einer Vorrichtung nach Figur 2 dreht sich die Rollenelektrode 7 und bewegt sich somit in Richtung des Pfeils 19 entlang der auf einer flächigen Gegenelektrode 8, welche meist als Tisch oder als Teil eines Tisches fungiert, gelagerten zu verschweissenden Werkstücke 5a, 5b. Bei beiden Ausführungen bekannter Vorrichtungen kommt es beispielsweise in einem im Wesentlichen keilförmigen Bereich, welcher durch Pfeile 6 angedeutet ist, zu unerwünschter Plasmabildung und Plasmaentladung, da in diesem Bereich die Feldstärke des von den Rollenelektroden 7 ausgehenden bzw. erzeugten elektromagnetischen Feldes sehr stark ist. Die Gefahr einer solchen Plasmaentladung mit Funkenbildung und den damit einhergehenden unerwünschten Effekten und Gefahren steigt proportional zur Feldstärke und ist somit bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Anordnungen in einer unmittelbaren Umgebung einer Andruckzone, innerhalb der die Werkstücke 5a, 5b von den Elektroden 7, 8 aufeinandergepresst werden, am höchsten. In der Anordnung nach Figur 3 ist eine von zahlreichen denkbaren Elektroden 1 6 dargestellt, deren Funktionsweise sich unter Zuhilfenahme insbesondere der Figur 8 erklärt. Im Betrieb dreht sich das Umfangselement 18 um eine Drehachse 20, was in den Figuren durch einen im Kern 2 vorhandenen Pfeil angedeutet ist. Die Elektrode 1 6 ist asymmetrisch in Bezug auf eine gedachte, durch die Drehachse 20 der Rollenelektrodenanordnung 1 verlaufende Gerade 21 ausgebildet, welche die Rollenelektrodenanordnung 1 in Bezug auf eine Bewegungsrichtung 19 in ein laufrichtungs-seitiges erstes Halbkreis-Segment 22 und ein zweite Halbkreis-Segment 23 aufteilt.

Um den Kreisbogen 24 sichtbar zu machen, wurde in Figur 8 ein Spalt zwischen dem Umfangselement 18 und der Elektrode 1 6 überproportional gross gewählt. In der Praxis wird die Elektrode 1 6 dem Umfangselement 18 von innen her aufliegen bzw. diesem zumindest beinahe aufliegen, wie dies in den Figuren 3, 6, 7 und 9 bis 1 1 gezeigt ist. Die Anordnung nach Figur 8 dient insoweit nur der Illustration. Um zwei Werkstücke 5a, 5b bzw. zwei Abschnitte zu verschweissen, bewegt sich die Rollenelektrodenanordnung 1 relativ zu den Werkstücken 5a, 5b, wobei die Bewegungsrichtung in der Figur 3, und ebenso in den Figuren 4 und 6 bis 1 1 , durch den Pfeil 19 dargestellt ist. Hierbei dreht sich nur das Umfangselement 18, während die Elektrode 1 6 relativ zu den Werkstücken 5a, 5b nur eine Parallelverschiebung erfährt, jedoch keine Rotation durchführt.

Aus der Figur 8 geht unmittelbar hervor, dass der Kreisbogen 24 der Elektrode 1 6 zu mehr als 50% im laufrichtungsseitigen Halbkreis-Segment 22 angeordnet ist. Dies gilt selbstverständlich auch für die Anordnung nach Figur 3. Es wurde beobachtet, dass bei Verwendung von herkömmlichen Rollenelektroden 7 häufig ein im Wesentlichen keilförmiger Bereich 14a gemäss Figur 8 bzw. ein in sämtlichen Figuren links dargestellter erster keilförmiger Bereich, angedeutet durch einen Pfeil 6, öfter von Plasmaentladungen betroffen ist als ein zweiter keilförmiger Bereich 14b gemäss Figur 8 bzw. ein in sämtlichen Figuren rechts dargestellter zweiter keilförmige Bereich, ebenfalls angedeutet durch einen Pfeil 6. Diesem Umstand wird durch die Anordnung der Elektrode 1 6 in den Figuren 3 bis 10 Rechnung getragen, indem sie sich vornehmlich in dem ersten Halbkreis-Segment 22 befindet. Somit ist die Feldstärke in dem links in den Figuren dargestellten ersten keilförmigen Bereich 14a durch die Anordnung, Ausgestaltung und Ausrichtung der Elektrode 1 6 kleiner als bei einer Anordnung gemäss dem Stand der Technik, wie beispielsweise in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Ferner kann die Feldstärke im links dargestellten ersten keilförmigen Bereich der Figuren 3 bis 10, vgl. Bereich 14a der Figur 8, auch kleiner sein als in dem weniger für Plasmaentladungen anfälligen rechten bzw. zweiten Bereich, vgl. Bereich 14b der Figur 8. Die keilförmigen Bereiche 14a, 14b sind in Figur 8 nur zur Veranschaulichung und überproportional gross dargestellt. Sie sind auf Grund der kreisförmigen Wölbung des Umfangselements 18 nur im Wesentlichen bzw. näherungsweise keilförmig und nicht tatsächlich als abgegrenzter Bereich vorhanden. Selbstverständlich kann der Querschnitt der Elektrode 1 6 von demjenigen abweichen, welcher in den Figuren 3 und 6 bis 9 dargestellt ist. Zwei Beispiele für Elektroden 1 6 mit alternativem Querschnitt sind in den Figuren 10 und 1 1 gezeigt. In beiden Figuren ist die Elektrode 1 6 kreissegmentförmig ausgestaltet. In Figur 10 ist die Elektrode 1 6 ausschliesslich im ersten Halbkreis-Segment 22 angeordnet, so dass die Gefahr von Plasmaentladungen im links in der Figur sichtbaren im Wesentlichen keilförmigen Bereich, angedeutet durch einen Pfeil 6, verringert ist. Wie in Figur 1 1 dargestellt kann jedoch auch daran gedacht sein, die Gefahr von Plasma-Entladungen zu verringern, ohne die Elektrode 1 6 asymmetrisch in Bezug auf die beiden Halbkreis-Segmente 22, 23 bzw. die gedachte Gerade 21 anzuordnen. Indem die Elektrode 1 6 im Querschnitt entsprechend schmal ausgestaltet ist, kann die Feldstärke so eingestellt werden, dass in beiden keilförmigen Bereichen, angedeutet durch Pfeile 6, die Gefahr von Plasmaentladungen minimiert ist.

Der in den Figuren 4, 5 und 9 schraffiert dargestellte Bereich des Kerns 2, welcher nicht von der Elektrode 1 6 eingenommen wird, kann mit einem Dielektrikum gefüllt sein, beispielsweise kommt hier PTFE (Handelsname Teflon®) in Betracht.

Aus Figur 9 geht weiterhin hervor, dass der der Kreisbogen 24 der Elektrode 1 6 und der Kern 2 denselben Radius 25 aufweisen können.

In Figur 12 ist eine Deformation der deformierbaren Beschichtung 3 der Rollenelektrodenanordnung 1 ist deutlich erkennbar, was zu einer im Vergleich zur Anordnung nach Figur 3 signifikant vergrösserten Länge 13 der Andruckzone führt. Weiterhin geht aus Figur 12 hervor, dass die unmittelbare Umgebung desjenigen Punktes, an welchem sich die Elektrode bzw. der Kern 2 und die flächige Gegenelektrode 8 am nächsten kommen, von der deformierbaren Beschichtung 3 gestellt wird bzw. ausgefüllt ist. Diejenigen Stellen der im Wesentlichen keilförmigen Bereiche, welche durch Pfeile 6 angedeutet sind, an denen Luft vorhanden ist und Plasma gebildet werden kann, weisen eine im Vergleich zur Anordnung nach Figur 3 deutlich grössere Entfernung zwischen den Elektroden, also in Figur 12 der Elektrode 1 6, und der flächigen Gegenelektrode 8, auf, so dass auch die Feldstärke und somit die Gefahr von Plasmaentladungen deutlich verringert ist.

Die Figur 12 zeigt zur Verdeutlichung eine sehr dicke deformierbare Beschichtung 3. In der Praxis ist natürlich darauf zu achten, dass der Abstand zwischen der Elektrode 1 6 und der Gegenelektrode 8 so gewählt ist, dass die Werkstücke 5a, 5b durch Vorhandensein einer ausreichend hohen elektrischen Feldstärke miteinander verschweisst werden. Die Dicke der deformierbaren Beschichtung 3 und auch des Umfangselements 18 wird in der Praxis entsprechend gewählt werden.

Obwohl nur einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und dargestellt wurden, ist es offensichtlich, dass der Fachmann zahlreiche Modifikationen hinzufügen kann, ohne Wesen und Umfang der Erfindung zu verlassen.

Beispielsweise kann im Falle einer Rollenelektrodenanordnung 1 mit im Querschnitt kreisförmigem Kern 2 daran gedacht sein, auf die Lagerung der Rollenelektrodenanordnung 1 zu verzichten. Somit kann der Kern 2 als Lager dienen.

Ferner kann anstelle eines Tisches an einen Rahmen oder dergleichen gedacht sein.

Ferner kann in sämtlichen der vorgenannten Ausführungsbeispiele ein solcher Tisch, ein solcher Rahmen oder dergleichen vorgesehen sein, um die zu verbindenden Werkstücke 5a, 5b zu lagern bzw. während des Verschweissens zu halten. Ein solcher Tisch, ein solcher Rahmen oder dergleichen kann somit allein zur Halterung bzw. Lagerung der zu verbindenden Werkstücke 5a, 5b bzw. Abschnitte, oder auch zusätzlich als Gegendruckelement und gegebenenfalls Gegenelektrode Verwendung finden Ist von einem Verschweissen zweier Werkstücke 5a, 5b die Rede, so soll stets auch das Verschweissen zweier Abschnitte eines oder mehrerer Werkstücke umfasst sein.

Die Bewegungsrichtung 19 in den Figuren bezieht sich stets auf die Bewegung der Rollenelektrodenanordnungen 1 relativ zu den Werkstücken 5a, 5b, es handelt sich also um eine relative Angabe. Zwar wird vorzugsweise die Rollenelektrodenanordnung 1 relativ zu den Werkstücken 5a, 5b bewegt, jedoch ist auch der umgekehrte Fall denkbar. Werden die zu verschweissenden Werkstücke 5a, 5b relativ zu einer oder zwei feststehenden Rollenelektrodenanordnungen 1 bewegt, so erfolgt die Bewegung dieser Werkstücke 5a, 5b in Bezug auf die Figuren 3 und 6 bis 1 1 entsprechend in Gegenrichtung des Pfeils 19.

In den Figuren ist die Elektrode 1 6 stets über eine Zuleitung 9 mit dem Generator verbunden. Es kann jedoch auch daran gedacht sein, die Elektrode 1 6 auf andere Weisen mit dem Generator zu verbinden.

Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, kann daran gedacht sein, einen Ausgang des Generators 4, beispielsweise über das Prinzip der kapazitiven Kopplung, über das geerdete Nullpotential der flächigen Gegenelektrode 8 oder auf andere Weise zu erden. In Ausführungsformen umfassend zwei Rollenelektrodenanordnungen 1 , welche beispielsweise in den Figuren 6 und 7 dargestellt sind, kann daran gedacht sein, nur eine der beiden Elektroden 1 6 mit dem Generator 4 zu verbinden, während die andere Elektrode 1 6 geerdet ist. Alternativ kann daran gedacht sein, beide Elektroden 1 6 mit dem Generator 4 zu verbinden, so dass sie während des Betriebs mit gegenläufiger Polarität der Spannung beaufschlagt werden. Indem die einander gegenüberliegenden Rollenelektrodenanordnungen 1 bzw. die gegenüberliegenden Elektroden 1 6 mit gegenläufiger Polarität der elektrischen Wechselspannung beaufschlagt werden, kann die Gefahr von Plasmaentladungen weiter reduziert werden, da sich die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 1 6 nicht in Differenz zum geerdeten Nullpotential ergibt.

Obwohl sie nur im Zusammenhang mit Figur 12 gezeigt wurde, kann die deformierbare Beschichtung 3 in sämtlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste

1 Rollenelektrodenanordnung 34

2 Kern 35

3 Beschichtung 36

4 Generator 37

5 Werkstück 38

6 Pfeil 39

7 Rollenelektrode 40

8 Flächige Gegenelektrode 41

9 Zuleitung 42

10 43

1 1 44

12 45

13 Länge 46

14 Keilförmiger Bereich 47

15 Lager 48

1 6 Elektrode mit kreisausschnitt-förmigem Querschnitt 49

17 Abroll-Lager 50

18 Umfangselement 51

19 Bewegungsrichtung 52

20 Drehachse 53

21 Gedachte Gerade 54

22 Erstes Halbkreis-Segment 55

23 Zweites Halbkreis-Segment 56

24 Kreisbogen 57

25 Radius 58

26 59

27 60

28 61

29 62

30 63

31 64

32 65

HV+ Hochspannung 66