CN105247780A - 高频振荡器、高频焊接设备和利用该高频振荡器来调节频率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有电谐振电路(2)的高频振荡器(1)、一种高频焊接设备和一种利用尤其是高频焊接设备中的高频振荡器来调节频率的方法。在此，所述电谐振电路(2)具有至少一个带有电感的电子元件(3)和至少一个带有电容的电容器(4)。为了能够快速和无磨损式地调节所述电谐振电路的频率，所述电子元件(3)配有至少一个附加的磁线圈(6)，利用其能够电子式地影响所述电子元件(3)的电感。

Description

高频振荡器、高频焊接设备和利用该高频振荡器来调节频率的方法
本发明涉及一种高频振荡器，其带有电谐振电路，所述电谐振电路具有至少一个带有电感的电子元件和至少一个电容器，所述电子元件配有至少一个磁线圈，利用所述磁线圈能够电子式地影响所述电子元件的电感。此外，本发明还涉及一种带有至少一个这种高频振荡器的用于高频焊接塑料薄膜的高频焊接设备以及一种用于利用这种高频振荡器来调节频率的方法。
为了高频焊接塑料、尤其是塑料薄膜，通常会使用高频焊接设备。其中，塑料在电极之间并且通过高频的交流电磁场进行加热。如此一来，塑料薄膜会在其接触部位焊接在一起。其中，借助于高频振荡器可以设定尽可能稳定的例如处于25与30兆赫兹区间范围内的工作频率。
为此所使用的高频振荡器构造成所谓的“固态”发生器，即没有用于转换频率的发射管，但是具有将直流功率转换成高频交流功率的相应的半导体元件。这些高频振荡器很大程度无磨损式地工作，并且相对于机械应力不是较敏感。
只是，这些高频振荡器具有较差的频率稳定性，即低的电路品质。尤其是在负载变化的情况下，这可能会导致输出频率的失谐。由此，振荡器频率的变化会超出设置者的规定。因此必需调节高频振荡器的频率。
通常，为了调节会对电谐振电路的相应的一般至少由线圈形成的电子元件的电感进行机械式地影响。对此，例如铁磁芯或多或少地继续在线圈中移动或通过导电性好的芯体来影响所产生的磁场。如此一来，通过相应的电机驱动的机械装置可以调节电感，并且还可以在负载发生变化时将谐振电路调成额定频率。
但是，当负荷快速变化时不能充分实时地跟踪频率，尤其是，对于负载变化短于300毫秒的情况不能进行跟踪调节，其中由于较高的超谐振倾向额外地增加了调节的难度。此外，所需的机械装置还会有磨损。
本发明的目的在于消除现有技术的缺点，并且尤其是提供一种可能性，可以实现无磨损式的频率调节，并且它即使在负载快速变化的情况下仍具有高的调节品质。
在带有电谐振电路的高频振荡器中，电谐振电路具有至少一个带有电感的电子元件和至少一个电容器，根据本发明设置成，该电子元件配有至少一个磁线圈，利用磁线圈可以电子式地影响所述电子元件。
即，不是通过机械式地移动铁磁芯或通过排挤磁场来影响电感，而是通过电子式的影响。在这种情况下，利用至少一个磁线圈产生磁场，使得能够影响电子元件的电感。由此即使在负荷快速变化的情况下频率跟踪也可以达到非常高的速度，其中无需机械式地调节就可以影响电感，并且由此不会有机械式的磨损。即，进行磁共振电路调谐。在此情况下可以实现非常精确的频率调节，而没有明显的超谐振倾向。总之，由此可以实现高的调节品质。
在此特别优选的是，磁线圈连接在用于调节高频振荡器的频率的调节回路中。尤其是，其中磁线圈用直流电压驱动。通过提供相应的电流给磁线圈可以无级式地调节电感。当磁线圈关断没有电流时，电子元件的最大的电感得以充分利用。为了驱动具有高频的高频率振荡器，磁线圈相反通以最大的电流，而电感由此减至最小。即，通过相应地控制磁线圈可以灵敏地调节高频振荡器的电谐振电路的频率。
在一个优选的具体实施例中，该电子元件具有至少一个铜管，其被引导着通过磁线圈。尤其是，在此可以设置多个铜管，其被引导着通过一个或多个磁线圈。由此还可以调节更高的功率。通过构造带有一个或多个铜管的电子元件可以得到具有相应品质的高频线圈。由此还可以实现较高的性能。
在一个优选的实施例中，高频振荡器构造成高频发生器。由此它特别适用于提供稳定的、高频的交流电压，像例如在高频焊接设备中需要它那样。
根据本发明，上面提及的目的可以通过一种带有至少一个上述高频振荡器的用于高频焊接塑料的高频焊接设备来实现，该高频振荡器集成在高频焊接设备的高频电路和/或负载电路中。在此情况下，高频交流电压从高频电路传递给负载电路，并且于此继续传导到电极和配对电极上。于是，利用本发明的高频振荡器不仅可以非常精确地调节高频电路的输出频率，而且还可以精确地调节负载电路中的共振频率或阻抗。由此在高频电路中实现了良好的频率稳定性，其中高频振荡器作为高频发生器工作。在负载电路中可以进行良好的共振跟踪和/或功率调节，以及精确的阻抗调节。
优选地，高频焊接装置具有高级别的控制器，用于高频电路中的频率调谐和/或用于负载电路中的共振频率调谐。由此可以实现高的调节品质。如此一来，可以调节负载电路的最佳的工作频率，其中这可以在必要时甚至通过自动搜索运行来进行，其中通过相应地逐步改变布置在高频电路中的高频振荡器的电感来以不同的输出频率工作，直到达到最佳的为止。
根据本发明，上面提及的目的还可以通过一种利用上述的、尤其是在上述高频焊接设备中的高频振荡器调节频率的方法来实现，该高频振荡器的频率通过电子式地匹配电感来实现无磨损式的调节。由于不需要移动的部件来影响电感，因此不会出现机械式的磨损。此外，不必担心因为机械部件的惯性而引起的超谐振现象。由此可以达到少于5毫秒的非常短的响应时间，即实现非常快的频率调节。
在此优选地是，该电感通过施加直流电压来与磁线圈匹配。由此可以快速地、灵敏地影响电感，并且由此可以快速地、灵敏地调节高频谐振器的输出频率。
优选地，通过匹配电感来调节电谐振电路的阻抗。由此对于高频振荡器可以得到扩展的替代方案，例如在负载电路中。
在一个优选的具体实施例中，电感可以在自动搜索运行中逐步地或连续地改变，直到获得负载电路中的最佳频率。因此可以在运行自动搜索后以负载电路中的最佳频率来驱动高频振荡器。由此能够可靠地和可重复地实现非常好的焊接结果。
在一个未示出的实施例中，电子式的匹配电感用于调谐放大器的负载电路。如果放大器提供例如50欧姆的输出阻抗，与其相对地负载电路中的真实的电阻为50欧姆。根据现有技术利用可调的真空电容器来调谐带有负载电路的放大器，所述真空电容器可以例如通过步进电机来调节。根据本发明还可以电感式地进行调谐，以代替电容式的调谐。
下面根据优选的实施例并结合附图来详细地说明本发明。在附图中：
图1示出了高频振荡器的原理性示意图；以及
图2示出了高频焊接设备的原理性示意图。
在图1中示出了包括电谐振电路2的高频振荡器1的原理性示意图。在电谐振器电路2中设置了线圈作为提供电感L的电子元件3。此外，该谐振电路还包括具有电容C的电容器4。即，它是基本结构的常规的LC谐振电路。在本实施例中，电子元件3构造成具有至少一个铜管的线圈。但是，它也可以设置多个线圈以及多个电容器。
电子元件3被引导着通过由铁磁材料制成的环5，围绕该环缠绕有磁线圈6。该磁线圈6连接在具有可控的直流电源7的调节电路8中。
通过相应的控制直流电源7，在磁线圈6上会产生磁场，该磁场与电子元件3的磁场叠加，并且由此影响电子元件3的电感。当调节电路8中没有电流流过时，不会通过磁线圈6产生影响，这样电子元件3的电感是最大的。电谐振电路2的频率会因此最小。当按照使得由铁磁材料制成的环进入饱和状态的方式驱动调节电路8时，通过磁线圈6会产生相应强的磁场，并且电子元件3的电感最大化地减小。因此，该电谐振电路2的频率会非常高。在这两个极端之间可以通过相应地控制直流电源7来灵敏和非常快速地控制电子元件3的电感，并且因此而控制谐振电路2的谐振频率。
在图2中示出了用于高频焊接塑料薄膜的高频焊接设备9的示意性视图，其中利用在高频发生器20中的本发明的第一个高频振荡器，可以在高频电路21中实现高频的输出谐振，并且经由同轴电缆10传递给负载电路11。
在负载电路11中存在磁共振电路12，经由其可以对电极13和配对电极14提供相应的高频电压。在电极13和配对电极14之间是待焊接的材料。在此，必需对所带的负载进行调谐，该负载会例如受到待焊接的材料的厚度的影响，为此，在12中设置本发明的第二个可调的磁共振电路，其包括如高频振荡器一样电子式的影响电感的功能。
为了借助本发明的第一高频振荡器在高频电路21进行频率调谐和为了借助第二磁共振电路在负载电路11调节共振频率，可以设置高级别的控制器15。该高级别的控制器的控制信号经由相应的驱动元件16、17和放大器18、19传递到用于调节高频电路21中的第一高频振荡器的频率的调节电路8，或者传递到布置在负载电路11中的第二磁共振电路的相应的调节电路22。由此可以完全地控制高频焊接设备，其中可以实现最佳工作点的匹配。
通过本发明的设计还可以在负载快速变化的情况下在高频振荡器中实现良好的频率跟踪。其中，它不会有机械式的磨损，并且不会有超谐振倾向，这是因为没有可机械移动的部件存在。相反，振荡器的谐振电路的频率是通过相应地影响其电感而纯粹电子式地变化。其中，这点通过施加直流电压到至少一个附加的磁线圈上来实现，该磁线圈会相应地影响存在在谐振电路中的电子元件的电感。
即，电感根据对附加的磁线圈的控制而发生变化，并且谐振电路中的频率也因此发生变化。在此，本发明的高频振荡器可以以同样的方式用于高频焊接设备负载电路中的阻抗调节或共振频率的调节。而且此处也能够实现非常高的调节品质和高的调节速度。可能更高的电流消耗会导致有温度升高的趋势，这可以通过额外的冷却(例如利用空气或水)来抵消。总之可以得到非常高的频率稳定性和负载电路的良好调谐结果，其中还可以自动搜索负载电路的最佳的工作频率。其中，共振电路频率的跟踪是无磨损的并且以电子方式进行。其中，通过磁线圈电子式地调节振荡器的各个频率。
本发明并不局限于所示的实施例，而是可以有多种形式的变型。可以使用例如多个分别具有由铁磁材料制成的环的磁线圈。此外，本发明的高频振荡器不仅可以用作产生高频电压或电流的高频发生器，而且还可以例如用于灵敏的高通或低通滤波器。

Claims (13)

1.带有电谐振电路(2)的高频振荡器(1)，所述电谐振电路具有至少一个带有电感的电子元件(3)和至少一个电容器(4)，其特征在于，所述电子元件(3)配有至少一个磁线圈(6)，利用所述磁线圈能够电子式地影响所述电子元件(3)的电感。
2.如权利要求1所述的高频振荡器，其特征在于，所述磁线圈(6)连接在用于调节所述高频振荡器(1)的频率的调节电路(8)中。
3.如权利要求1或2所述的高频振荡器，其特征在于，所述磁线圈(6)能用直流电压来驱动。
4.如上述权利要求中的任意一项所述的高频振荡器，其特征在于，所述磁线圈(6)缠绕在由铁磁材料制成的环(5)上。
5.如上述权利要求中的任意一项所述的高频振荡器，其特征在于，所述电子元件(3)具有至少一个铜管，其被引导着通过所述磁线圈(6)。
6.如上述权利要求中的任意一项所述的高频振荡器，其特征在于，它构造成高频发生器或高频滤波器。
7.带有至少一个如上述权利要求中的任意一项所述的高频振荡器(1)的用于高频焊接塑料的高频焊接设备，其特征在于，所述高频振荡器(1)集成在所述高频焊接设备(9)的高频电路(21)和/或负载电路(11)中。
8.如权利要求7所述的高频焊接设备，其特征在于，它具有高级别的控制器(15)，用于所述高频电路(21)中的频率调谐和/或用于所述负载电路(11)中的共振频率调谐。
9.利用如权利要求1至6中的任意一项所述的、尤其是设在如权利要求7或8所述的高频焊接设备中的高频振荡器来调节频率的方法，其特征在于，所述高频振荡器(1)的频率通过电子式地匹配其电谐振电路(2)的电感来进行无磨损式的调节。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电感通过施加直流电压来与电谐振电路(2)的提供所述电感的电子元件(3)所配有的至少一个磁线圈(5)匹配。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过匹配所述电感来调节所述电谐振电路(2)的阻抗。
12.如权利要求9至11中的任意一项所述的方法，其特征在于，在自动搜索运行中，逐步地或连续地改变所述电感，直到获得高频焊接设备的负载电路(11)的最佳频率。
13.如权利要求9至12中的任意一项所述的方法，其特征在于，在带有高频振荡器的高频焊接设备中和/或在带有固态放大器的高频焊接设备中，磁共振电路调谐在负载电路中用作共振匹配或阻抗匹配。
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