熱輻射器、紅外線焊接設(shè)備和加熱塑料元件的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱輻射器，特別是紅外線輻射器，其具有至少一個輻射源和控制裝置。供應(yīng)的電能可利用該至少一個輻射源轉(zhuǎn)換為熱輻射。所述控制裝置包括至少一變頻器，所述至少一變頻器具有第一、第二和第三輸出端，使得所述第一和第三輸出端之間可提供第一交流電流，所述第二和第三輸出端之間可提供第二交流電流，所述至少一個輻射源可利用所述至少一變頻器進(jìn)行操作。
【專利說明】熱輻射器、紅外線焊接設(shè)備和加熱塑料元件的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱輻射器，特別是紅外線輻射器、用以焊接至少兩個塑料元件的紅外線焊接設(shè)備以及用以加熱或焊接至少一個塑料元件的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]最近幾年，利用紅外線輻射的塑料焊接技術(shù)已經(jīng)廣為使用。在這種技術(shù)中，欲被焊接的塑料件利用紅外線輻射加熱后在焊縫區(qū)域接合在一起。這種技術(shù)相比摩擦焊接方法(例如，振動或旋轉(zhuǎn)焊接)的其中一個優(yōu)點(diǎn)在于避免了干摩擦階段產(chǎn)生的粉塵和纖維顆粒。這些顆粒污染從而影響了欲形成的焊接接頭。而且，他們也污染了工作環(huán)境。
[0003]除了塑料的紅外線焊接，這種紅外輻射器也用于在振動焊接工藝中對塑料件的預(yù)加熱或預(yù)塑化。紅外線焊接的工藝流程與塑料的熱工具焊接的工藝流程類似。不同于熱工具焊接，形成塑料接頭的兩個待焊接件的焊接區(qū)都利用熱輻射能量進(jìn)行非接觸式加熱。這樣，塑料件的溶化材料的粘性導(dǎo)致的在加熱元件上的材料殘留即得以避免。由于在絕大多數(shù)情況下待接合的塑料件的接合面制造得并不平，其存在一定公差，因此塑料件的特定區(qū)域至熱輻射器的距離是不規(guī)則的。這會導(dǎo)致焊接區(qū)(即待加熱的塑料件的部分)的不均勻加熱。
[0004]在塑料件上形成預(yù)期厚度的熔化層之后，接合階段將接替紅外線輻射器加熱階段。輻射器元件從塑料件的接合面或其附近移走。塑料件的接合階段從接合區(qū)域的相互接觸開始。在這些接合區(qū)域相互壓緊狀態(tài)下，塑料件之間冷卻后就在塑料件之間發(fā)生硬化和連接。一旦產(chǎn)生這種連接，紅外線焊接即完成。
[0005]在紅外線焊接工藝中，根據(jù)其應(yīng)用，會使用不同類型的輻射器。這些輻射器類型例如包括波長為1.6微米的短波輻射器，例如鹵素輻射器。另外，可使用波長為1.6微米至3.5微米之間的中波輻射器，例如金屬膜(metal foil)輻射器。長波輻射器提供另一種選擇，其涵蓋大于3.5微米的波長范圍，例如石英輻射器。就此而言，應(yīng)當(dāng)指出的是，熱輻射器并不是在一個精確的波長發(fā)出熱輻射，而是在一個波長范圍內(nèi)發(fā)出熱輻射。而且，不同塑料的吸收特性可能很不相同，因此其結(jié)合區(qū)的加熱也可能會很不相同。紅外線焊接的一個主要優(yōu)點(diǎn)即是熱源與塑料之間非接觸，從而避免了塑料材料沉積對熱源的污染。另一個優(yōu)點(diǎn)是在其它塑料處理工藝中使用紅外線輻射器(或者通常來說，熱輻射器)作為預(yù)熱源。例如，在振動焊接工藝中，利用紅外線輻射對塑料的焊接接頭區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱以提高振動焊接的速度。利用紅外線輻射器進(jìn)行復(fù)雜(例如，三維和長的)焊縫結(jié)構(gòu)的加熱或焊接時(shí)，經(jīng)常需要使用多個輻射器。另外，限制輻射器的長度在技術(shù)上是有優(yōu)勢的。熱輻射器越短，在損壞時(shí)更換他們所付出的技術(shù)努力就越小。最重要的是，大量小的輻射器元件有利于塑料元件的均勻加熱。理想的是，每個這些輻射器元件獨(dú)立于其余輻射器元件單獨(dú)適配待加熱的塑料元件的對應(yīng)部分。對于大型塑料元件，需要使用例如二十或更多個熱輻射器。
[0006]當(dāng)使用金屬膜輻射器時(shí)，其缺點(diǎn)是，金屬膜輻射器的金屬膜可自由觸及，因此作為帶電元件受到一些安全性規(guī)范的約束。為了滿足這些要求，需要采用復(fù)雜的安全性措施以使得工人無法接觸到金屬膜。有利的是，金屬膜輻射器能夠輕易地適應(yīng)塑料元件的表面輪廓。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個目的是提供一種熱輻射器、紅外線焊接設(shè)備以及加熱或焊接塑料元件的方法，其相較于現(xiàn)有的構(gòu)造和方法，適應(yīng)性強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)上可行。
[0008]上述目的是利用根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的熱輻射器、根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求9的用以紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置以及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求14的用以加熱或焊接至少一個塑料元件的方法來實(shí)現(xiàn)的。附屬權(quán)利要求以及結(jié)合附圖所做的說明提供了本發(fā)明的有利的實(shí)施例和進(jìn)一步改進(jìn)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的熱輻射器，特別是一種紅外線輻射器，包括下列特征:至少一個輻射源，電能輸入可利用該至少一個輻射源轉(zhuǎn)換為熱輻射，以及控制裝置，所述控制裝置包括至少一變頻器，所述至少一變頻器具有第一、第二和第三輸出，使得所述第一和第三輸出之間可提供第一交流電流，所述第二和第三輸出之間可提供第二交流電流，所述至少一個輻射源可利用所述至少一變頻器進(jìn)行操作。
[0010]一方面，熱輻射器用于加熱準(zhǔn)備用于例如振動焊接的塑料元件。另一個應(yīng)用領(lǐng)域是塑料元件的紅外線焊接。在此，熱輻射器用于塑料元件的非接觸式加熱，之后這些塑料元件接合在一起。
[0011]這種熱輻射器(根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施例，為紅外線輻射器或金屬膜輻射器)從電學(xué)觀點(diǎn)來看代表歐姆電阻。如果這種熱輻射器連接至一個電壓，電流就會流過熱輻射器并在熱輻射器內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱輻射。特別是，金屬膜輻射器適合于加熱或焊接塑料元件，因?yàn)樗麄兛梢詥为?dú)或者與幾個金屬膜輻射器一起理想地適配塑料元件的幾何尺寸。然而，由于金屬膜輻射器的帶電金屬膜可自由觸及，萬一工人接觸到熱輻射器，金屬膜上的電壓會對工人造成健康風(fēng)險(xiǎn)。
[0012]為了降低這種風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)本發(fā)明，熱輻射器利用至少一個變頻器驅(qū)動。現(xiàn)有的變頻器用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電流電機(jī)，其中變頻器連接至具有三相交流電壓的三相網(wǎng)絡(luò)。為此，現(xiàn)有技術(shù)中充其量使用電壓控制變頻器，該電壓控制變頻器將其三個輸出U、V、W分別供應(yīng)至旋轉(zhuǎn)電流電機(jī)的三個輸入。不同于這個現(xiàn)有的變頻器，根據(jù)本發(fā)明所使用的變頻器供應(yīng)第一和第二交流電流用以操作和驅(qū)動至少一個或多個熱輻射器。該第一交流電流可從變頻器的第一和第三輸出之間分接(tappable)出或提供，第二交流電流可從變頻器的第二或第三輸出之間分接出或提供。這些不同的第一和第二交流電流(其絕對值也可能相同)可用于驅(qū)動一個或多個熱輻射器，特別是金屬膜輻射器。第一和第二交流電流連同對應(yīng)的第一和第二交流電壓利用該變頻器提供。為了積極地影響金屬膜輻射器的操作，變頻器的第一和第二輸出和/或變頻器的第二和第三輸出分別連接至一個變壓器以將變頻器提供的這些交流電壓轉(zhuǎn)換至預(yù)定的操作范圍。該操作范圍優(yōu)選的是高于或低于變頻器的輸出電壓。優(yōu)選的是，至少這些變壓器其中之一用以將變頻器的交流電壓轉(zhuǎn)換至被認(rèn)為是防觸的低電壓范圍。這尤其意味著，例如，工人可以接觸連接至這樣一個防觸電壓的金屬膜輻射器，因?yàn)檫@種防觸電壓(例如，在低于40V或低于25V的范圍內(nèi))不會對接觸輻射器的工人造成健康損害。就此而言，需要強(qiáng)調(diào)的是，除了以三相交流電壓操作的變頻器之外，根據(jù)本發(fā)明也建議使用以單相交流電壓操作的變頻器。在以單相交流電壓操作的變頻器的操作過程中，變頻器的單獨(dú)編程的控制電路(如下描述)確保變頻器的輸出提供具有各自交流電壓的兩個電流輸出。由此可以看出，相較于以三相交流電壓操作的變頻器而言，以單相交流電壓操作的變頻器的供電是不同的，但是與以三相交流電壓操作的變頻器一樣，以單相交流電壓操作的變頻器的輸出具有相同的技術(shù)特性和要求，比如交流電流和交流電壓。
[0013]根據(jù)以上描述的利用變頻器(尤其是與熱輻射器適應(yīng)的變頻器)驅(qū)動熱輻射器的方式，本發(fā)明還包括用于紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置。該用于紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置包括下列特征:至少一個輻射源，供應(yīng)的電能可利用該至少一個輻射源轉(zhuǎn)換為熱輻射，特別是金屬膜輻射器，塑料元件可利用該金屬膜輻射器被加熱；控制裝置，所述控制裝置包括至少一變頻器，所述至少一變頻器具有第一、第二和第三輸出，使得所述第一和第三輸出之間可提供第一交流電流，所述第二和第三輸出之間可提供第二交流電流，以對所述至少一個輻射源進(jìn)行供電，以及組件，所述組件用以保持和移動所述塑料元件，使得所述塑料元件可移動至緊挨在一起并可相互焊接在一起或在利用所述至少一個輻射源加熱后移動至進(jìn)一步處理的地點(diǎn)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的用以紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置是基于與前述描述的熱輻射器相同的元件。因此，熱輻射器和與之結(jié)合使用的變頻器的上述技術(shù)特性同樣適用于在此提到的紅外線焊接裝置。
[0015]如前面已經(jīng)討論的，輻射器幾何尺寸與元件幾何尺寸的理想適配可利用多個熱輻射器或金屬膜輻射器來實(shí)現(xiàn)。使用很多個小的熱輻射器(例如縱長輻射器區(qū)塊)的進(jìn)一步優(yōu)勢在于他們可以更低的電壓來操作。因此，通過分割熱輻射器或者通過使用多個小熱輻射器(例如金屬膜輻射器)，所要求的供應(yīng)電壓被降低至優(yōu)選的25V交流電壓或以下。因此，該供應(yīng)電壓屬于低電壓范圍內(nèi)，使得機(jī)器和焊接工具的安全要求可以更低，因此更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楣と朔枪室獾亟佑|開放的金屬膜輻射器并不會造成對人健康有危險(xiǎn)的電浪涌(electrical surge)。
[0016]為了獨(dú)立地驅(qū)動每個熱輻射器或每個熱輻射器區(qū)塊，每個區(qū)塊到目前為止一直以其自己的電流和電壓供應(yīng)進(jìn)行驅(qū)動。由于電流電源供應(yīng)的數(shù)量大，這需要付出相當(dāng)?shù)呐?。而且，每個電流電源供應(yīng)都需要自己的控制裝置，因此成本太高而令人無法接受。因此，根據(jù)本發(fā)明，建議第一和/或第二變壓器包括初級繞組和一個或多個次級繞組以能夠供電至一個或多個輻射源。為此，這些次級繞組的數(shù)量與待供電的熱輻射器的數(shù)量相適應(yīng)。而且，初級繞組與次級繞組的變壓比的值選擇成使得可獲得用于待驅(qū)動的熱輻射器(例如，金屬膜輻射器)的理想操作電壓范圍。因此，可以利用次級繞組的適當(dāng)尺寸產(chǎn)生特低電壓，這樣金屬膜輻射器可以操作在防觸狀態(tài)下。同樣，建議將次級繞組或多個次級繞組與多個金屬膜輻射器的電力供應(yīng)適配。因?yàn)槿Q于若干金屬膜輻射器(其作為電路中的歐姆電阻)的電連接，可以適用已知的計(jì)算指令以保證每個金屬膜輻射器的期望操作電壓范圍或電源供應(yīng)范圍。
[0017]對應(yīng)于本發(fā)明的概述，變頻器作為電流電源供應(yīng)，其能夠供應(yīng)兩個相互獨(dú)立的電流強(qiáng)度，其電流強(qiáng)度在數(shù)值上可相同或不同。與上述介紹的變壓器結(jié)合，也可以產(chǎn)生用于所述至少一個輻射源的防觸電壓范圍。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，任何類型的熱輻射器可與上述介紹的電路結(jié)合使用。優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明，一個或多個金屬膜輻射器被用作熱輻射器。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，多個變頻器用于對熱輻射器供電。所述多個變頻器通過總線系統(tǒng)(BinaryUnit System)相互連接并可通過該總線系統(tǒng)被驅(qū)動。這樣一個總線系統(tǒng)保證了每個變頻器可有效地單獨(dú)驅(qū)動。而且，由于該總線系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)變頻器的這樣一種單獨(dú)驅(qū)動所付出的電路努力也是有限的。而且，由于通過總線系統(tǒng)對每個金屬膜輻射器的單獨(dú)驅(qū)動，塑料元件和熱輻射器之間的不同距離不僅可以通過增加的熱輻射器的數(shù)量進(jìn)行補(bǔ)償，還可以通過在不同的元件區(qū)塊對每個熱輻射器進(jìn)行單獨(dú)不同的驅(qū)動來進(jìn)行補(bǔ)償。
[0019]本發(fā)明還揭示了一種用于加熱或焊接至少一個塑料元件的方法。該方法包括下列步驟:提供(Si)至少一個輻射源，優(yōu)選的是至少一個紅外線輻射器或金屬膜輻射器，通過至少一變頻器對所述至少一輻射源供電(S2)，所述至少一變頻器產(chǎn)生第一和第二交流電流，以及利用所述至少一個輻射源內(nèi)一個確定的交流電流加熱(S4)所述至少一個塑料元件。
[0020]根據(jù)上述描述，金屬膜輻射器被供應(yīng)可單獨(dú)適配的電壓和對應(yīng)的交流電流。這些交流電流是由至少一個變頻器提供的，該變頻器作為電源供應(yīng)，可提供兩個不同或相同的電流。通過使用變壓器(S3)(優(yōu)選的是位于變頻器下游)，防觸交流電壓被產(chǎn)生以用于對所述至少一個輻射源供電。
[0021]為了具體加熱兩個塑料元件和隨后將他們焊接在一起，優(yōu)選的是，這些熱輻射器通過總線系統(tǒng)被驅(qū)動(S5)。塑料元件在焊接區(qū)域充分塑化之后，所述至少兩個被加熱的塑料元件被移動至緊挨在一起，使得這些塑料元件被焊接(S6)在一起。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明將結(jié)合附圖詳細(xì)介紹如下。
[0023]圖1是本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，其中四個熱輻射器被驅(qū)動。
[0024]圖2是本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，其中兩個熱輻射器被驅(qū)動。
[0025]圖3是本發(fā)明的另一個優(yōu)旋實(shí)施例，其中多個熱輻射器被驅(qū)動。
[0026]圖4是根據(jù)本發(fā)明的加熱或焊接至少一個塑料元件的方法的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明涉及至少一個通過變頻器電操作的熱輻射器。如上述已經(jīng)解釋的，不同構(gòu)造的熱輻射器是已知的，其將供給的電能轉(zhuǎn)換為熱輻射。通過這種熱輻射，塑料和其它材料被加熱或預(yù)加熱，做好進(jìn)一步處理的準(zhǔn)備。而且，塑料件利用這些熱輻射器，特別是利用紅外線輻射器相互焊接在一起。這種方法被稱為紅外線塑料焊接技術(shù)。在下面的介紹中，熱輻射器的使用、驅(qū)動和操作是通過金屬膜輻射器進(jìn)行闡述的。因此，所有的闡述也適用于其它熱輻射器。
[0028]該優(yōu)選的金屬膜輻射器在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。德國專利DE4242812A1中描述了一種金屬膜輻射器的構(gòu)造，其作為紅外線輻射器的結(jié)構(gòu)和功能原理的參考。其包括金屬膜，金屬膜被施加電壓，優(yōu)選的是施加交流電壓。在金屬膜內(nèi)(其作為電路中的歐姆電阻)如此形成的電流被轉(zhuǎn)換為熱量被該金屬膜輻射出去。該金屬膜輻射器可被制成幾乎任何隨機(jī)尺寸和形狀。如此，利用多個金屬膜輻射器，幾乎任何表面輪廓都可以被輻射熱量，優(yōu)選的是被均勻地輻射熱量。根據(jù)這種熱量供應(yīng)，塑料件可被預(yù)加熱或紅外線焊接。德國專利DE19752648C2描述了在塑料焊接工藝中利用紅外線輻射器進(jìn)行預(yù)加熱。德國專利DE10122802A1描述了輻射器構(gòu)造以及與現(xiàn)有振動焊接或摩擦焊接結(jié)合使用的塑料元件預(yù)加熱方法。所描述的紅外線輻射器以及其在紅外線焊接或塑料焊接中的使用也可從德國專利DE60110536T2中獲得。關(guān)于紅外線輻射器的構(gòu)造以及預(yù)加熱和塑料焊接方法的設(shè)計(jì)和流程以及它們的接合，請參考上述文件。
[0029]為了驅(qū)動加熱或紅外線焊接所需要的多個金屬膜輻射器，根據(jù)本發(fā)明，至少一個變頻器被使用，該至少一個變頻器與變壓器結(jié)合使用或者直接使用，而不需要相互連接的變壓器。根據(jù)欲被驅(qū)動的金屬膜輻射器的數(shù)量，若干變頻器被使用，每個變頻器被供應(yīng)已知的三相交流電壓或單相交流電壓。
[0030]已知的變頻器一般用于控制三相感應(yīng)電機(jī)。在這種情況下，供應(yīng)至三相感應(yīng)電機(jī)的交流電壓的頻率被改變以改變?nèi)嚯姍C(jī)的轉(zhuǎn)速。這個原理也被稱為電壓控制變頻器(voltage led frequency converter),其從1990年代就被廣為使用。這種變頻器以及單相交流電壓操作的變頻器都包含一個整流器，該整流器將交流電壓(例如，該供應(yīng)的三相交流電壓)轉(zhuǎn)換成直流電壓。該直流電壓在下游中間電路中被穩(wěn)壓和平滑化。然后，根據(jù)所要求的電機(jī)轉(zhuǎn)速，逆變器產(chǎn)生具有所要求的電壓-頻率比的交流電壓。整流器、中間電路和逆變器這三個元件利用上一級控制電路獨(dú)立驅(qū)動和/或共同驅(qū)動。在已知的變頻器中，控制電路指定用以產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)速的必要信息，該必要信息也因此用以產(chǎn)生各變頻器的電壓-頻率比。
[0031]為了驅(qū)動這些優(yōu)選的金屬膜輻射器，本發(fā)明使用其功能性與現(xiàn)有三相和單相變頻器(如上所述)不同的變頻器。因?yàn)榻饘倌ぽ椛淦鞔黼娐分械囊粋€歐姆電阻，其不需要以單獨(dú)適配的頻率-電壓比進(jìn)行驅(qū)動。因此，該變頻器沒有改變頻率或提供可變頻率的這個目的。反而，該變頻器作為一個雙電流源(dual current source)或電流控制,在其輸出提供兩個單獨(dú)控制的電流。這樣特別有利的地方在于該變頻器的輸出的頻率是可調(diào)的。這樣，實(shí)現(xiàn)了對下游連接的變壓器的優(yōu)化調(diào)諧。由于變頻器具有三個輸出U、V和W，輸出U和V之間提供第一電流，輸出W和V之間提供第二電流。在這個電路中，優(yōu)選的是，總和電流(summat1n current)經(jīng)輸出乂流出。
[0032]要在對金屬膜輻射器的電流供應(yīng)中使用變頻器，則要求在各變頻器的控制電路中使用軟件。該軟件確保該變頻器的三個輸出的其中之一可用于其余兩個輸出的總和電流的流出。而且，該軟件確保該變頻器的適當(dāng)電流控制，因?yàn)樽鳛闅W姆電阻的金屬膜輻射器必須利用該電流進(jìn)行控制。優(yōu)選的是，利用P1-控制器來實(shí)現(xiàn)該電流控制。當(dāng)然，也可以使用其它控制器，例如PID控制器。而且，該軟件包含一些監(jiān)控功能。關(guān)于這點(diǎn)，例如，優(yōu)選的是監(jiān)控該變頻器的輸出電壓。這樣，就可以確保即使在失效的情況下供應(yīng)至金屬膜輻射器的電壓(優(yōu)選的是，防觸低壓25V)也不會被超過。這樣，就避免了過電壓對工人健康造成的風(fēng)險(xiǎn)。
[0033]變頻器的輸出電壓優(yōu)選的是位于輸入電壓的范圍內(nèi)，例如在德國是400V。其它國家的三相網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)其它輸入電壓，因此分別具有其它優(yōu)選的輸出電壓。歐洲絕大多數(shù)國家的三相網(wǎng)絡(luò)與德國一樣供應(yīng)400V。墨西哥和巴西的輸入電壓是400V,印度的輸入電壓是440V，美國是480V。在日本，三相網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓是200V。
[0034]相比之下，變頻器的輸出電流由變頻器的功率而定。這里，可以看出在變頻器的輸出使用變壓器的優(yōu)點(diǎn)。典型的400V電壓以一定的程度轉(zhuǎn)換至低電壓，得到的電流會以相同的程度上升。然而，該強(qiáng)度的電流是以優(yōu)選的防觸低壓(例如，25V)流過，其不會對接觸金屬膜輻射器的金屬膜的人造成健康危險(xiǎn)?；旧?，在上述變頻器中也可以不利用電流控制，而是利用電壓控制。因此，必須知道或首先確定該金屬膜輻射器的運(yùn)行電路中的不同電阻，例如福射器的過渡電阻(transit1n resistance)、線路電阻、溫度依賴電阻。如果不知道這些電阻值(這些只有通過極大努力才能確定)，就無法確保精確地電壓控制。在上述優(yōu)選的利用變頻器的電流控制中，不需要這些努力。
[0035]圖1-2顯示了本發(fā)明的不同例示性優(yōu)選實(shí)施例，其中不同尺寸和類型的金屬膜輻射器40、42、44、46、48、50被驅(qū)動。這些金屬膜輻射器40、42、44、46、48、50的電力供應(yīng)是通過變頻器10結(jié)合不同配置的變壓器30、32、34進(jìn)行供應(yīng)的，或者直接通過變頻器10供應(yīng)而不使用變壓器。該變頻器10繼而通過一個連接的優(yōu)選三相網(wǎng)絡(luò)供電，特別是三相電源連接，以標(biāo)號70表示。同樣的方式，該三相電源連接70也可以是一個單相電源連接(圖未示)，根據(jù)本發(fā)明該單相電源連接也是優(yōu)選的方案。雖然在此該變頻器10可被單獨(dú)驅(qū)動，例如通過一個單獨(dú)的控制線路或控制電路單獨(dú)驅(qū)動，但也建議通過總線系統(tǒng)60(例如CAN總線或PROFI總線)向該變頻器提供控制信息和操作信息。除了總線系統(tǒng)60外或結(jié)合總線系統(tǒng)60，個別變頻器10之間相互直接通信。就此而言，優(yōu)選的是將其中一個變頻器10作為主變頻器運(yùn)行，與之連接的其它變頻器10作為從變頻器(見圖3)。這樣，被定義為從變頻器的這些變頻器12按照主變頻器10接收的控制指令操作，而該主變頻器10通過總線系統(tǒng)60或其它的連接接收所述控制指令。
[0036]在圖1中，四個金屬膜輻射器40a、40b、40c、40d通過該變頻器10和兩個變壓器30a、30b進(jìn)行操作。作為雙電流源，該變頻器10提供輸出U和V之間以及W和V之間的兩個單獨(dú)的電流強(qiáng)度。建議從輸出U和W之間以及V和W之間分接出電流。輸出U和V以及W和V的約400V的優(yōu)選交流電壓利用兩個相同的變壓器30a、30b轉(zhuǎn)換至這些連接的金屬膜輻射器40a-d的期望操作電壓范圍。變壓器30的總的目的因此就是將該變頻器10的輸出電壓降壓至低電壓，同時(shí)提高可能的輸出電流。因?yàn)槭褂昧说碗妷海虼俗詣訚M足了安全指令。同時(shí)，上述構(gòu)造提供了更高的電流。如果采用別的構(gòu)造的話，該更高的電流將必須使用電力更強(qiáng)的變頻器10才能提供。如果防觸低電壓的官方限值發(fā)生改變，這些變壓器30和與之連接的一個或多個金屬膜輻射器最好始終對應(yīng)變化。
[0037]在實(shí)際使用中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用具有至少兩個相同的次級繞組的變壓器30(因此，每個金屬膜輻射器40都有一個對應(yīng)的次級繞組)是有利的。因此，變壓器30能夠可變地適應(yīng)這些通過次級繞組供電的金屬膜輻射器40、42、44、46、48、50。因此，使用標(biāo)準(zhǔn)化元件(例如，該變頻器10)也是可能的?；旧线@些變壓器是以參考標(biāo)號30、30a、30b、30c和32表示。在變壓器的輸入端，變頻器10、12供電給變壓器30、30a、30b、30c和32的初級繞組(圖未示)。次級繞組的尺寸以及次級繞組的數(shù)量通過變壓器輸出顯示的電壓值“25V”象征性地表示。
[0038]圖1顯示了使用具有兩個相同次級繞組的變壓器30a、30b。因此，總共有四個金屬膜輻射器40可被驅(qū)動。為了簡化這些金屬膜輻射器40a-d的電力供應(yīng)和相互連接，優(yōu)選的是由相同的變壓器30a、30b供電的其中兩個金屬膜福射器40a、40b、40c、40d具有相同的電流消耗和電壓消耗。就此而言，金屬膜輻射器40a、40b、40c、40d的電阻是決定性因數(shù)。這兩個紅外線輻射器40a、40b和兩個紅外線輻射器40c、40d的電阻應(yīng)當(dāng)完全相同。如果金屬膜輻射器40a、40b、40c、40d配置相同，例如具有相同的寬度和長度，則基本可以保證相同的電阻。
[0039]也建議第一變壓器30a的金屬膜輻射器40c、40d更大或更小，因此比金屬膜輻射器40a、40b長或短或窄或?qū)挕＠?，在金屬膜輻射?0c、40d更大的情況下，其歐姆電阻與金屬膜輻射器40a，、40b—樣也將升高，因此第二個變壓器30b提供的電流也必須提高。根據(jù)所連接的金屬膜輻射器40a、40b和40c、40d，這些不同的電流強(qiáng)度利用變頻器10供應(yīng)至這兩個變壓器30a、30b。這樣，盡管以優(yōu)選的25V防觸低壓供電，每個金屬膜輻射器40a、40b、40c、40d可被供應(yīng)合適的電功率。電功率是根據(jù)金屬膜輻射器的電壓與流過的電流的乘積來計(jì)算的。因此，在恒定低壓情況下，利用變頻器10將會提高電流以提供金屬膜輻射器更強(qiáng)大的能力或性能。
[0040]當(dāng)然，也可以提供金屬膜輻射器40a至40d高于防觸電壓的電壓。
[0041]參考圖2，顯示了另一個建議使用的金屬膜輻射器42的驅(qū)動方式。變頻器10僅通過兩個變壓器30驅(qū)動兩個獨(dú)立操作的金屬膜輻射器42。這兩個變壓器30分別包括一個初級繞組結(jié)合兩個次級繞組以產(chǎn)生低電壓，正如圖1的變壓器30a和30b那樣。從變壓器30和金屬膜輻射器42之間的連接可以看出，變壓器30的兩個次級繞組的輸出串聯(lián)連接以提供更高的電壓至所連接的金屬膜輻射器42。這樣一種電路建議使用在更長的金屬膜輻射器42上。相較于更短的金屬膜輻射器，這些更長的金屬膜輻射器42要求更高的供應(yīng)電壓。
[0042]當(dāng)然，該電路也可以利用只具有一個次級繞組的變壓器(圖未示)來實(shí)現(xiàn)。該一個次級繞組的繞組數(shù)將適配所連接的金屬膜輻射器42所要求的較高供應(yīng)電壓。也建議利用圖2的變壓器30給金屬膜輻射器46供電，其具有更高的電功率，因此具有更高的電流消耗。為了確保在符合例如25V防觸低電壓的情況下利用變壓器30給金屬膜輻射器46供給該更高的功率，相對于圖2的金屬膜輻射器42，金屬膜輻射器46必須被供應(yīng)更高的電流。在這方面，變壓器30c的與圖2中變壓器30的次級繞組相同的這兩個次級繞組并聯(lián)連接。變壓器30c的次級繞組的輸出的這種連接增強(qiáng)了變壓器30c的次級繞組輸出的電流強(qiáng)度，但同時(shí)電壓保持恒定。由此可見，通過根據(jù)圖3的變壓器30c和金屬膜輻射器46之間的連接，可以提供更強(qiáng)大的金屬膜輻射器46，同時(shí)維持了防觸低電壓。圖3顯示了驅(qū)動多個金屬膜輻射器的另一個優(yōu)選實(shí)施例。在這個組合中，不同的驅(qū)動概念結(jié)合在一起。而且，圖中例示性地顯示出不同的變頻器10、12可通過上述總線系統(tǒng)60相互組合。根據(jù)一個替代方案，每個變頻器10、12連接至總線系統(tǒng)60并從該總線系統(tǒng)60接收其單獨(dú)的控制信息和控制指令。
[0043]根據(jù)另一個替代方案，一個變頻器作為主變頻器。該主變頻器10連接至總線系統(tǒng)60。圖3的其它變頻器12配置成從變頻器。這些從變頻器12按照發(fā)送至主變頻器10的控制信息操作。這樣，這些從變頻器12不與總線系統(tǒng)60連接。相反，如連接線65表示，他們直接從主變頻器10接收它們的控制信息。
[0044]在圖3的組合中，針對不同金屬膜輻射器40，42，44，46，48，50的不同控制概念相互組合。因此，在此強(qiáng)調(diào)，通過相互組合不同類型的金屬膜輻射器40、42、44、46、48、50使得塑料元件的元件表面被金屬膜輻射器理想地覆蓋，塑料元件的任何元件配置或元件表面都可以被熱輻射。因此，例如圖3的變頻器10連接至兩個變壓器30，其對金屬膜輻射器40、42的供電已經(jīng)結(jié)合圖1和圖2解釋過。因此，第一變壓器30優(yōu)選的是操作兩個電氣相同(electrically equal)的金屬膜福射器,而第二變壓器30僅操作一個金屬膜福射器42。但是，通過串聯(lián)第二變壓器30的次級繞組的輸出，該金屬膜輻射器42被供應(yīng)雙倍的電壓。設(shè)置在圖3的中心的變頻器12連接至變壓器32，該變壓器32優(yōu)選的是給電氣相同配置的金屬膜輻射器44供電。為此，該變壓器32針對每個連接的金屬膜輻射器44分別設(shè)置一個次級繞組。因此，原則上，也建議在變壓器32中將任意數(shù)目(N)的次級繞組與該初級繞組組合使用。然而，應(yīng)當(dāng)考慮到，變頻器提供給變壓器32的電流被分配至各次級繞組以供應(yīng)至金屬膜輻射器42。這樣做的結(jié)果是，變頻器12在其輸出U-V間提供的功率被分配給這N個次級繞組。被分配的功率必須足夠高以能夠充分操作所連接的金屬膜輻射器44。
[0045]在變壓器30c，其兩個次級繞組并聯(lián)連接。這樣，次級繞組提供的電流強(qiáng)度相加，使得所連接的金屬膜輻射器46確實(shí)能夠被供應(yīng)所述優(yōu)選的低電壓，但同時(shí)其供應(yīng)的電流強(qiáng)度增加。
[0046]圖3的右邊緣的變頻器12展示了金屬膜輻射器48、50的另一種優(yōu)選的驅(qū)動可能性。與其余變壓器30a、30b、30、32、30c相比，在此描繪的變壓器34只包括一個次級繞組，其適配所連接的金屬膜輻射器48。弄過僅使用一個次級繞組，變壓器34不用設(shè)置針對多個金屬膜輻射器的連接裝置，但可以理想地實(shí)現(xiàn)對金屬膜輻射器48的供電。因?yàn)樽冾l器12提供的電流以及變壓器34實(shí)現(xiàn)的電壓與所連接的金屬膜輻射器48精確對應(yīng)以實(shí)現(xiàn)其理想的功率。
[0047]有一個金屬膜輻射器50直接連接至變頻器12的輸出W和V之間的第二電流輸出，而不使用中間連接的變壓器。通過這個電路，該變頻器提供的全部輸出電壓可被金屬膜輻射器50使用。同時(shí)，該變頻器提供的電流要低于有變壓器連接在變頻器12和金屬膜輻射器50之間時(shí)的電流。特別是，對于長金屬膜輻射器，其具有高歐姆電阻，這種驅(qū)動方式使用在長的金屬膜輻射器50上是有益處的。而且，在工人無法觸及這些金屬膜輻射器時(shí)，建議使用這種驅(qū)動方式。在這種情形下，不要求金屬膜輻射器50以防觸低電壓操作。
[0048]在此結(jié)合變頻器和變壓器(或沒有變壓器)例示或建議的每個金屬膜輻射器驅(qū)動概念都可以任意與其它驅(qū)動概念組合。因此，作為舉例，一個未在此例示的驅(qū)動概念使用具有五個次級繞組的變壓器，其五個次級繞組用以操作五個電氣相同的金屬膜輻射器。同時(shí)，一個金屬膜輻射器可直接連接至該變頻器，兩者之間不連接變壓器。也建議利用中間連接的變壓器提高操作電壓。這將要求各熱輻射器能夠以非防觸低電壓操作。
[0049]僅利用標(biāo)準(zhǔn)配置的變頻器10 (其具有兩個變壓器30，每個變壓器具有兩個次級繞組)，可以得到熱輻射器的六個不同優(yōu)選電路和連接方式:
[0050]1.四個金屬膜輻射器，其中兩個具有相同的供應(yīng)電流和相同的供應(yīng)電壓。
[0051]2.三個金屬膜輻射器，其中兩個具有相同的供應(yīng)電流和相同的供應(yīng)電壓，另一個金屬膜輻射器具有最大的雙倍供應(yīng)電壓。
[0052]3.三個金屬膜輻射器，其中兩個具有相同的供應(yīng)電流和相同的供應(yīng)電壓，另一個金屬膜輻射器具有最大的雙倍供應(yīng)電流。
[0053]4.兩個金屬膜輻射器，其中一個具有雙倍供應(yīng)電壓，另一個具有雙倍供應(yīng)電壓。
[0054]5.零個金屬膜輻射器，其具有雙倍供應(yīng)電流。
[0055]6.兩個金屬膜輻射器，其具有雙倍供應(yīng)電壓。
[0056]對于具有N個次級繞組的變壓器(例如圖3的變壓器32)，最多N個金屬膜輻射器可以連接至該變壓器。這N個金屬膜輻射器以相同電流操作。對于最簡單的N= I的情形，只有一個金屬膜輻射器設(shè)置在變壓器30的次級電路。原則上，金屬膜輻射器的數(shù)量N可以任意增加，因此，三個、四個或更多金屬膜輻射器可以利用該變頻器結(jié)合該變壓器來供電。
[0057]使用變壓器的缺點(diǎn)是他們的磁化強(qiáng)度損耗(magnetisat1n loss)。通過在變壓器輸入端提供為高頻正弦信號的電壓，這個問題可以降至最低。因?yàn)殡S著電壓的正弦信號的頻率提高，磁化強(qiáng)度損耗降低。這樣，可以使用更小型的變壓器。就此而言，本發(fā)明建議使用300Hz的頻率，這個頻率是在考慮變頻器的控制速度和盡量高以降低磁化強(qiáng)度損耗的頻率之后的折中選擇。
[0058]當(dāng)在金屬膜輻射器上使用高電流和低電壓時(shí)，使用低壓變壓器是有益處的。優(yōu)選的是，該低壓變壓器將該變頻器10的輸出電壓轉(zhuǎn)換成OV至50V之間的交流電壓，根據(jù)另一個優(yōu)選的實(shí)施方式，其被轉(zhuǎn)換至OV至25V的范圍內(nèi)。的確，需要另外設(shè)置這些變壓器，但由于這些變壓器的使用，使得可以選擇顯著小很多和便宜很多的變頻器以用于電流供應(yīng)。
[0059]上述介紹的電路概念用于塑料元件的加熱和或紅外線焊接。為此，多個金屬膜輻射器根據(jù)上述概念被驅(qū)動，使得他們發(fā)射他們的熱輻射至鄰近設(shè)置的塑料元件。為了理想地輻射熱量至這些塑料元件，建議將這些塑料元件保持在一個組件里和或?qū)⑦@些塑料元件隨著這個組件一起朝向或遠(yuǎn)離這些熱輻射器移動。這樣一個組件因此使得該塑料元件緊挨這些金屬膜輻射器，使得熱量沖擊這些塑料元件的表面。這些塑料元件被充分加熱后，該組件移動該塑料元件以進(jìn)一步處理第二塑料元件，例如將該第二塑料元件焊接至前述塑料元件。為了這個目的，兩個塑料元件在其被加熱的區(qū)域被相互壓緊，使得接合區(qū)域冷卻之后，這兩個塑料元件之間形成連接。這個過程一般稱為紅外線焊接。
【權(quán)利要求】
1.一種熱輻射器，特別是一種紅外線輻射器，其特征在于:包括 a.至少一個輻射源，供應(yīng)的電能可利用該至少一個輻射源轉(zhuǎn)換為熱輻射，以及 b.控制裝置，所述控制裝置包括至少一變頻器，所述至少一變頻器具有第一、第二和第三輸出端，使得所述第一和第三輸出端之間可提供第一交流電流，所述第二和第三輸出端之間可提供第二交流電流，所述至少一個輻射源可利用所述至少一變頻器進(jìn)行操作。
2.如權(quán)利要求1所述的熱輻射器，其特征在于，所述變頻器的第一和第三輸出端之間連接第一變壓器和/或所述變頻器的第二和第三輸出端之間連接第二變壓器，所述變頻器提供的交流電壓可利用所述第一和/或第二變壓器轉(zhuǎn)換至所述至少一輻射源的操作電壓范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的熱輻射器，其特征在于，所述輻射源為一個金屬膜輻射器或多個金屬膜福射器。
4.如權(quán)利要求2所述的熱輻射器，其特征在于，所述第一和/或第二變壓器包括一個初級繞組和一個或多個次級繞組以對一個或多個輻射源供電。
5.如權(quán)利要求4所述的熱輻射器，其特征在于，所述輻射源為一個金屬膜輻射器或多個金屬膜福射器。
6.如權(quán)利要求4所述的熱輻射器，其特征在于，至少一個所述次級繞組基于所述初級繞組進(jìn)行構(gòu)造使得可產(chǎn)生用于所述至少一個輻射源的防觸操作電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的熱輻射器，其特征在于，所述輻射源為一個金屬膜輻射器或多個金屬膜福射器。
8.如權(quán)利要求1或7所述的熱輻射器，其特征在于，包括多個變頻器，所述多個變頻器通過總線系統(tǒng)相互連接并可通過所述總線系統(tǒng)被驅(qū)動。
9.一種用于紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置，其特征在于:包括 a.至少一個輻射源，供應(yīng)的電能可利用該至少一個輻射源轉(zhuǎn)換為熱輻射，特別是金屬膜輻射器，塑料元件可利用該金屬膜輻射器被加熱； b.控制裝置，所述控制裝置包括至少一變頻器，所述至少一變頻器具有第一、第二和第三輸出端，使得所述第一和第三輸出端之間可提供第一交流電流，所述第二和第三輸出端之間可提供第二交流電流，以對所述至少一個輻射源進(jìn)行供電，以及 c.組件，所述組件用以保持和移動所述塑料元件，使得所述塑料元件可移動至緊挨在一起并可相互焊接在一起或在利用所述至少一個輻射源加熱后移動至進(jìn)一步處理的地點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的用于紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置，其特征在于，所述變頻器的第一和第三輸出端之間連接第一變壓器和/或所述變頻器的第二和第三輸出端之間連接第二變壓器，所述變頻器提供的交流電壓可利用所述第一和/或第二變壓器轉(zhuǎn)換至所述至少一輻射源的操作電壓范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的用于紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置，其特征在于，所述第一和/或第二變壓器包括一個初級繞組和一個或多個次級繞組以對一個或多個輻射源供電。
12.如權(quán)利要求11所述的用于紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置，其特征在于，至少一個所述次級繞組基于所述初級繞組進(jìn)行構(gòu)造使得可產(chǎn)生用于所述至少一個輻射源的防觸操作電壓。
13.如權(quán)利要求9或12所述的用于紅外線焊接至少兩個塑料元件的裝置，其特征在于，包括多個變頻器，所述多個變頻器通過總線系統(tǒng)相互連接并可通過所述總線系統(tǒng)被驅(qū)動。
14.一種加熱或焊接至少一個塑料元件的方法，所述方法包括下列步驟: a.提供(SI)至少一個輻射源，優(yōu)選的是至少一個紅外線輻射器或金屬膜輻射器， b.通過至少一變頻器對所述至少一輻射源供電(S2)，所述至少一變頻器產(chǎn)生第一和第二交流電流，以及 c.利用所述至少一個輻射源內(nèi)一個確定的交流電流加熱(S4)所述至少一個塑料元件。
15.如權(quán)利要求14所述的加熱或焊接至少一個塑料元件的方法，其特征在于，還包括下列步驟: 將變壓器連接(S3)在所述變頻器和所述至少一個輻射源之間，并產(chǎn)生用以對所述至少一個輻射源供電的防觸交流電壓。
16.如權(quán)利要求14所述的加熱或焊接至少一個塑料元件的方法，其特征在于，還包括下列步驟: 利用多個變頻器驅(qū)動(S5)多個輻射源，其中所述多個變頻器利用總線系統(tǒng)相互連接。
17.如權(quán)利要求15所述的加熱或焊接至少一個塑料元件的方法，其特征在于，還包括下列步驟: 利用多個變頻器驅(qū)動(S5)多個輻射源，其中所述多個變頻器利用總線系統(tǒng)相互連接。
18.如權(quán)利要求14或17所述的加熱或焊接至少一個塑料元件的方法，其特征在于，還包括下列步驟: 移動(S6)至少兩個被加熱的塑料元件至緊挨在一起，使得所述塑料元件將被焊接在一起。
【文檔編號】B29C65/02GK104369365SQ201410396301
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】赫可·普瑞姆, 托馬斯·科勒 申請人:艾默生科技有限公司布蘭森超聲分公司