焊接设备制造技术

本发明专利技术提供了一种用于射频、即RF焊接的焊接设备(1)，该焊接设备(1)包括：夹具(10)，该夹具(10)具有两个电极(100、101；100

【技术实现步骤摘要】
焊接设备


[0001]本专利技术涉及根据权利要求1的焊接设备、包括这种设备的系统以及用于射频焊接、即RF焊接的方法。

技术介绍

[0002]射频能量可以用于焊接物品，例如医疗应用中的塑料管、比如PVC管。为此，射频电场可以在电子电路中产生，并通过金属夹具联接至塑料材料中。具有偶极性质的物品的材料的分子被施加的频率激发以振荡。这种效应为焊接过程提供热，从而使塑料材料熔化。
[0003]射频的范围包括高频、即HF范围和甚高频、即VHF范围。HF是ITU(国际电信联盟)指定的3兆赫至30兆赫(MHz)射频电磁波的范围。VHF是ITU指定的30兆赫至300兆赫射频电磁波的范围。根据电磁兼容性、即EMC的限制，通常将焊接设备的频率设定为可用的工业、科学和医疗ISM频段的值，比如在许多应用中为27MHz或40MHz。
[0004]使用RF焊接可以实现的一般优点是周期时间快，可以在几秒内完成，并且焊接效果通常很好。
[0005]RF焊接设备可以是便携式的，并且包括作为能源的电池。当电池电量低时，用户可以根据电池是可换电池还是可充电电池来对电池进行更换或重新充电，但这通常会导致焊接工作中断。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是改进RF焊接。
[0007]该目的是通过具有权利要求1的特征的焊接设备来实现。
[0008]因此，这种用于射频焊接、即RF焊接的焊接设备包括夹具和射频电源、即RF电源。该夹具具有两个能够相对于彼此移动的电极，以用于将一个或更多个物品、例如PVC管夹紧在两个电极之间以进行焊接过程。RF电源向夹具的电极提供RF焊接电流。其中，RF电源适于在夹紧的一个或更多个物件的进行焊接过程期间改变RF焊接电流的频率。
[0009]这允许动态调整RF焊接电流的频率，并且进而改善焊接结果并降低能耗。夹具的导电电极(例如，金属)与焊接物品例如管的(特别是塑料)材料一起形成具有特定阻抗的电容器。阻抗是电极之间的距离d、电极的面积A、通过将RF焊接电流施加到电极而产生的RF场的频率f以及焊接物品的材料的相对介电常数ε
r
，即介电常数的函数。作为示例，对于PVC，相对介电常数ε
r
最初可以是3.1。阻抗可以按如下方式计算：
[0010]Z＝d/(2
·
π
·
f
·
ε0·
ε
r
·
A)。
[0011]其中，ε0表示真空介电常数。
[0012]通常，从实践中已知的焊接设备的电路通过到夹具的内部旁路网络调整到一个阻抗。然而，在焊接过程期间，阻抗发生变化，特别是当焊接物品的塑料材料的厚度减小，并因此电极的距离d减小时。由于这种变化的阻抗，耦合到焊接物品的材料中的RF能量减小，并且由于与输入频率不匹配引起的在连接夹具的线缆上的波反射RF导致能量在旁路网络上
的损耗增加。因此，通常输入能量设定为比夹具处的焊接能量高得多的值，以获得良好的焊接效果。已知的RF焊接设备中的RF焊接电流的频率f被调谐到一个阻抗值，这对于整个焊接过程中的所有条件来说是折衷的并且不是最佳的。
[0013]另一方面，由于本文中描述的焊接设备允许在焊接过程期间改变RF焊接电流的频率f，所以可以在焊接过程期间改变阻抗(见上面的公式)。这允许其例如连续地或逐步地调整频率f，以在整个焊接过程中保持匹配的阻抗值。这允许改善整体焊接结果并减少能量损失，并从而在移动应用中延长电池寿命和/或减小电池尺寸。
[0014]RF电源可以包括适于基于传感器信号生成RF信号的RF信号发生器。这使得频率能够精确地适应焊接过程的当前状态。
[0015]具体地，RF电源可以包括控制器，该控制器适于接收传感器信号并且联接至RF信号发生器，以便基于传感器信号向RF信号发生器提供命令。其中，RF信号发生器可以适于根据命令生成RF信号。也就是说，控制器可以接收传感器信号并基于其确定频率。RF信号发生器接受控制器的指令，并根据指令设定所产生的频率。这允许高效的计算和简单的电子设定。
[0016]作为示例，RF电源可以包括电流传感器以提供传感器信号。传感器信号可以指示RF电源中的电流强度，例如RF焊接电流。替代性地，传感器信号可以指示RF电源的旁路网络上的旁路电流。作为另一示例，替代性地或另外地，焊接设备可以包括距离测量单元，该距离测量单元适于测量夹具电极的距离d并(例如，向控制器)提供传感器信号，使得RF信号发生器可以基于这样的传感器信号来生成RF信号。使用传感器信号允许将频率设定为特别接近动态变化的最佳值。使用电流传感器允许精确且简单的测量。通过测量电流允许估计上述损耗影响。传感器信号可以用在控制器的控制回路中。例如，当传感器信号指示低于或高于预定义阈值的电流值时，控制器可以例如通过一个或更多个预定义步长来实现频率的改变。
[0017]RF电源可以特别地包括放大器。放大器具有例如联接至RF信号发生器的输入端，以从RF信号发生器接收RF信号。该放大器可以适于放大RF信号，以便产生RF焊接电流。该放大器具有能够连接或连接至夹具的输出端，以便向夹具电极提供RF焊接电流。这允许简单设定。
[0018]放大器的输出端可以联接至旁路电容器。旁路电容器允许改善产生的RF场。
[0019]可选地，RF信号发生器适于处理数字频率信号。因此，RF信号发生器可以包括接受呈数字形式的命令的输入，例如，通过SPI(串行外部接口)。这允许以数字方式(而不是以模拟方式)执行目标RF频率的计算，从而以简单设定允许高精度和快速响应时间。
[0020]例如，RF信号发生器可以包括直接数字合成转换器、DDS转换器或由直接数字合成转换器、DDS转换器组成。DDS转换器集成电路(IC)以低成本和非常小的尺寸提供。
[0021]焊接设备、特别是其中的DDS转换器，可以包括数模转换器。因此，DDS转换器可以首先产生数字RF信号，并将该数字RF信号转换成模拟RF信号。例如，将模拟RF信号作为输入提供给放大器。这允许特别高的精度。
[0022]具体地，在焊接过程正在进行的同时，RF电源可以适于基于目标阻抗来设定RF焊接电流的频率。目标阻抗可以设定为预定或可预配置值。
[0023]可选地，在焊接过程以预定频率步长进行的同时，RF电源适于改变RF焊接电流的
频率。例如，RF电源可以具有输出频率分辨率，该输出频率分辨率限定了其中可以增加或减少RF焊接电流的频率的最小的可能频率步长。具体地，预定义频率步长可以大于RF电源的最小的可能频率步长。也就是说，尽管RF电源例如通常能够以更小的步长改变频率，但它构造成以(更大的)预定义步长来执行频率的改变。具体地，可以逐步而不是连续地执行频率的改变。这允许简化计算。
[0024]根据选择，RF电源适于避免使用给定频率(步长)长于预定时间间隔和/或避免在一个焊接过程期间在另一个或相同预定义时间间隔内重复使用给定频率(步长)。例如，控制器可以存储最大使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于射频焊接、即RF焊接的焊接装置(1)，包括：
‑
夹具(10)，所述夹具(10)具有两个电极(100、101；100
’
、101
’
)，所述两个电极(100、101；100
’
、101
’
)能够相对于彼此移动，以用于将一个或更多个物品(2；2
’
)夹紧在所述两个电极(100、101；100
’
、101
’
)之间以进行焊接过程；以及
‑
RF电源(11)，所述RF电源(11)用于向所述夹具(10)的所述电极(100、101；100
’
、101
’
)提供RF焊接电流，所述RF电源适于在所述焊接过程期间改变所述RF焊接电流的频率。2.根据权利要求1所述的焊接设备(1)，其特征在于，所述RF电源(11)包括RF信号发生器(110)，所述RF信号发生器(110)用以基于传感器信号产生RF信号。3.根据权利要求2所述的焊接设备(1)，其特征在于，所述RF电源(11)包括控制器(111)，所述控制器(111)适于接收所述传感器信号并且联接至所述RF信号发生器(110)以基于所述传感器信号向所述RF信号发生器(110)提供命令，其中，所述RF信号发生器(110)适于根据所述命令产生所述RF信号。4.根据权利要求2或3所述的焊接设备(1)，其特征在于，所述RF电源(11)包括电流传感器(112)，所述电流传感器(112)用以提供所述传感器信号，所述传感器信号表示所述RF焊接电流。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的焊接设备(1)，其特征在于，所述RF电源(11)包括放大器(113)，所述放大器(113)具有联接至所述RF信号发生器(110)以从所述RF信号发生器(110)接收所述RF信号的输入端，所述放大器(113)适于放大所述RF信号以产生所述RF焊接电流，并且所述放大器(113)具有用于向所述夹具(10)提供所述RF焊接电流的输出端。6.根据权利要求5所述的焊接设备(1)，其特征在于，所述放大器(113)的所述输出端联接至旁路电容器(114...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：费森尤斯卡比德国有限公司，
类型：发明
国别省市：