[發(fā)明專利]焊接設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210922658.2
• 申請(qǐng)日: 2022-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115703271A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邁克爾·謝弗;馬庫(kù)斯·米勒;拉爾斯·米歇爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 費(fèi)森尤斯卡比德國(guó)有限公司
• 主分類號(hào): B29C65/04
• 分類號(hào): B29C65/04
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王艷江

本發(fā)明提供了一種用于射頻、即RF焊接的焊接設(shè)備(1)，該焊接設(shè)備(1)包括：夾具(10)，該夾具(10)具有兩個(gè)電極(100、101；100’、101’)，兩個(gè)電極(100、101；100’、101’)能夠相對(duì)于彼此移動(dòng)，以用于將一個(gè)或更多個(gè)物品(2；2’)夾緊在兩個(gè)電極(100、101；100’、101’)之間以進(jìn)行焊接過(guò)程；以及RF電源(11)，該RF電源(11)用于向夾具(10)的電極(100、101；100’、101’)提供RF焊接電流，RF電源適于在焊接過(guò)程期間改變RF焊接電流的頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的焊接設(shè)備、包括這種設(shè)備的系統(tǒng)以及用于射頻焊接、即RF焊接的方法。

背景技術(shù)

射頻能量可以用于焊接物品，例如醫(yī)療應(yīng)用中的塑料管、比如PVC管。為此，射頻電場(chǎng)可以在電子電路中產(chǎn)生，并通過(guò)金屬夾具聯(lián)接至塑料材料中。具有偶極性質(zhì)的物品的材料的分子被施加的頻率激發(fā)以振蕩。這種效應(yīng)為焊接過(guò)程提供熱，從而使塑料材料熔化。

射頻的范圍包括高頻、即HF范圍和甚高頻、即VHF范圍。HF是ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)指定的3兆赫至30兆赫(MHz)射頻電磁波的范圍。VHF是ITU指定的30兆赫至300兆赫射頻電磁波的范圍。根據(jù)電磁兼容性、即EMC的限制，通常將焊接設(shè)備的頻率設(shè)定為可用的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療ISM頻段的值，比如在許多應(yīng)用中為27MHz或40MHz。

使用RF焊接可以實(shí)現(xiàn)的一般優(yōu)點(diǎn)是周期時(shí)間快，可以在幾秒內(nèi)完成，并且焊接效果通常很好。

RF焊接設(shè)備可以是便攜式的，并且包括作為能源的電池。當(dāng)電池電量低時(shí)，用戶可以根據(jù)電池是可換電池還是可充電電池來(lái)對(duì)電池進(jìn)行更換或重新充電，但這通常會(huì)導(dǎo)致焊接工作中斷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是改進(jìn)RF焊接。

該目的是通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的焊接設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因此，這種用于射頻焊接、即RF焊接的焊接設(shè)備包括夾具和射頻電源、即RF電源。該夾具具有兩個(gè)能夠相對(duì)于彼此移動(dòng)的電極，以用于將一個(gè)或更多個(gè)物品、例如PVC管夾緊在兩個(gè)電極之間以進(jìn)行焊接過(guò)程。RF電源向夾具的電極提供RF焊接電流。其中，RF電源適于在夾緊的一個(gè)或更多個(gè)物件的進(jìn)行焊接過(guò)程期間改變RF焊接電流的頻率。

這允許動(dòng)態(tài)調(diào)整RF焊接電流的頻率，并且進(jìn)而改善焊接結(jié)果并降低能耗。夾具的導(dǎo)電電極(例如，金屬)與焊接物品例如管的(特別是塑料)材料一起形成具有特定阻抗的電容器。阻抗是電極之間的距離d、電極的面積A、通過(guò)將RF焊接電流施加到電極而產(chǎn)生的RF場(chǎng)的頻率f以及焊接物品的材料的相對(duì)介電常數(shù)ε_r，即介電常數(shù)的函數(shù)。作為示例，對(duì)于PVC，相對(duì)介電常數(shù)ε_r最初可以是3.1。阻抗可以按如下方式計(jì)算：

Z＝d/(2·π·f·ε₀·ε_r·A)。

其中，ε₀表示真空介電常數(shù)。

通常，從實(shí)踐中已知的焊接設(shè)備的電路通過(guò)到夾具的內(nèi)部旁路網(wǎng)絡(luò)調(diào)整到一個(gè)阻抗。然而，在焊接過(guò)程期間，阻抗發(fā)生變化，特別是當(dāng)焊接物品的塑料材料的厚度減小，并因此電極的距離d減小時(shí)。由于這種變化的阻抗，耦合到焊接物品的材料中的RF能量減小，并且由于與輸入頻率不匹配引起的在連接夾具的線纜上的波反射RF導(dǎo)致能量在旁路網(wǎng)絡(luò)上的損耗增加。因此，通常輸入能量設(shè)定為比夾具處的焊接能量高得多的值，以獲得良好的焊接效果。已知的RF焊接設(shè)備中的RF焊接電流的頻率f被調(diào)諧到一個(gè)阻抗值，這對(duì)于整個(gè)焊接過(guò)程中的所有條件來(lái)說(shuō)是折衷的并且不是最佳的。

另一方面，由于本文中描述的焊接設(shè)備允許在焊接過(guò)程期間改變RF焊接電流的頻率f，所以可以在焊接過(guò)程期間改變阻抗(見(jiàn)上面的公式)。這允許其例如連續(xù)地或逐步地調(diào)整頻率f，以在整個(gè)焊接過(guò)程中保持匹配的阻抗值。這允許改善整體焊接結(jié)果并減少能量損失，并從而在移動(dòng)應(yīng)用中延長(zhǎng)電池壽命和/或減小電池尺寸。