具有預(yù)熱單元的超聲焊接裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于超聲焊接至少兩個材料網(wǎng)(2)的裝置，包括可由超聲振動(1)激勵的處理焊極(3)、處理配對工具(4)和設(shè)計成在處理焊極(3)與處理配對工具(4)之間引導(dǎo)材料網(wǎng)(2)的材料引導(dǎo)件，材料引導(dǎo)件中設(shè)有用于在焊接前加熱至少一個材料網(wǎng)(2)的單元(9、10)。為提供一種避免所列缺點且仍提供快的處理速度的超聲焊接裝置(1)，根據(jù)本發(fā)明，用于預(yù)熱至少一個材料網(wǎng)(2)的單元(9、10)具有可由超聲振動激勵的預(yù)熱焊極(9)。
【專利說明】
具有預(yù)熱單元的超聲焊接裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于至少兩個材料網(wǎng)的超聲焊接的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]該種設(shè)備可用于例如塑料材料網(wǎng)的超聲焊接。通常這種設(shè)備具有可由超聲振動激勵的焊極、配對工具和材料網(wǎng)引導(dǎo)件，材料網(wǎng)引導(dǎo)件設(shè)計成使得待焊接的材料網(wǎng)可在焊極與配對工具之間穿過。
[0003]為借助超聲振動激勵焊極而利用超聲產(chǎn)生裝置，超聲產(chǎn)生裝置包括產(chǎn)生交流電壓的發(fā)電機(jī)和總體上借助壓電元件將交流電壓轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動的轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器可直接與焊極連接，或它們之間可連接有所謂的幅值變換器，幅值變換器僅影響機(jī)械振動幅度但不影響機(jī)械振動頻率。
[0004]超聲是一種能聽度極限以上的機(jī)械振動。頻率范圍始于約20kHz且擴(kuò)展至IGHz的頻率。這種超聲頻率總體上借助壓電式聲換能器由電能生成。
[0005]為了借助超聲振動單元來有效地傳遞超聲振動，需要將超聲振動單元置于共振狀態(tài)。超聲振動單元具有多個取決于其結(jié)構(gòu)的固有頻率。只有如果轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生了超聲振動單元的固有頻率，超聲振動單元的共振才會發(fā)生。因而，轉(zhuǎn)換器和超聲振動單元必須彼此相協(xié)調(diào)。
[0006]總體上，配對工具相對于焊極是可運動的，使得例如薄膜網(wǎng)的材料網(wǎng)可輕易地引入焊極與配對工具之間，接著為了焊接操作，將由焊接力疊置的超聲振動施加于材料網(wǎng)。在該情形下，基本上將區(qū)分出兩種處理方法、即超聲焊接和超聲切割之間的不同，超聲焊接中兩個或更多個材料網(wǎng)焊接在一起，超聲切割中材料網(wǎng)借助超聲被切斷。超聲焊接和超聲切割并非很少同時實施，例如兩個平行的焊縫形成于包裝材料中，且同時材料網(wǎng)在兩個平行的焊縫之間被切斷。
[0007]例如上述設(shè)備可在管狀袋包裝機(jī)器中用于焊接縱向接縫。此處，通過將材料網(wǎng)的兩個縱向邊緣以重疊的關(guān)系聯(lián)結(jié)在一起，用于接收待包裝材料的管道由材料網(wǎng)形成。在該情形下，待聯(lián)結(jié)的材料網(wǎng)邊緣在焊極與配對工具之間連續(xù)穿過?？傮w上為了該目的，焊極和配對工具都具有呈圓柱形表面形式的焊接表面。
[0008]因而，當(dāng)此后涉及焊接材料網(wǎng)時，還總意味著焊接例如該材料網(wǎng)的邊緣。唯一的要點在于待焊接的材料包括待借助焊接操作聯(lián)結(jié)在一起的至少兩層。
[0009]術(shù)語“焊接表面”用于標(biāo)示在焊接操作中與待處理的材料網(wǎng)接觸的表面。
[0010]現(xiàn)在，熱封設(shè)備總地用于產(chǎn)生橫向焊縫。然而，偶爾超聲處理設(shè)備也已用于產(chǎn)生橫向焊縫。然而，這些為非連續(xù)操作的焊極，也就是說焊極不轉(zhuǎn)動，但基本為矩形的焊接表面周期地與材料網(wǎng)接觸以產(chǎn)生橫向焊縫。在此情形下，或是材料網(wǎng)的前進(jìn)運動可在焊接操作期間停止，或是隨著材料網(wǎng)在焊接操作期間平行于配對工具運動，焊極和配對工具可與材料網(wǎng)一起運動。
[0011]由于借助超聲焊極，焊接操作所必需的溫升可在待焊接的材料網(wǎng)的交界面內(nèi)幾乎呈點或線的形式局部地產(chǎn)生，相比于至今為止常見的熱封方法，超聲焊極用于焊接材料網(wǎng)的使用顯著地增加了焊接操作中的處理速度。這也允許了在本說明書的開頭部分中所述的連續(xù)方法的實施。
[0012]然而，此處也必須將充足的能量引入材料網(wǎng)的交界面內(nèi)，以確保可靠的超聲處理。
[0013]又為了增加超聲處理中的處理速度，已經(jīng)嘗試過在超聲處理操作前借助預(yù)熱裝置加熱材料網(wǎng)。為了該目的，受熱空氣流被引導(dǎo)至待焊接的表面上。
[0014]誠然，通過該方法，借助材料網(wǎng)的預(yù)熱，由于需通過超聲焊極引入待焊接的兩個材料網(wǎng)之間的交界面區(qū)域的能量較少，故而處理速度可增加。然而，產(chǎn)生熱空氣關(guān)系到高能量消耗。此外，在食品領(lǐng)域內(nèi)使用熱空氣是有問題的，因為環(huán)境中可能含有的灰塵顆粒、微生物或類似物現(xiàn)可直接被吹至待處理的材料上。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0015]將上述現(xiàn)有技術(shù)作為基本的出發(fā)點，本發(fā)明的目的因而是提供一種超聲焊接設(shè)備，該設(shè)備避免了上述的缺點但卻能獲得快的處理速度。
[0016]該目的由以下實現(xiàn):用于預(yù)熱至少一個材料網(wǎng)的裝置具有可由超聲振動激勵的預(yù)熱焊極。
[0017]因而，根據(jù)本發(fā)明，兩個材料網(wǎng)中的至少一個也由超聲處理裝置預(yù)熱。在預(yù)熱操作中，低于待焊接材料的熔點的溫度產(chǎn)生于材料網(wǎng)的待焊接區(qū)域內(nèi)。如果例如焊接聚乙烯，可實現(xiàn)至約80 V的預(yù)熱。然而，根據(jù)本發(fā)明，并非加熱整個材料網(wǎng)，而是僅加熱基本包括要在下一步驟中焊接的區(qū)域的區(qū)域。
[0018]在優(yōu)選實施例中，設(shè)有與預(yù)熱焊極相關(guān)聯(lián)的預(yù)熱配對工具，其中，材料網(wǎng)引導(dǎo)裝置適于使得至少一個材料網(wǎng)(優(yōu)選地為兩個材料網(wǎng))可在預(yù)熱焊極與預(yù)熱配對工具之間穿過。
[0019]換言之，因而待焊接的材料網(wǎng)首先在預(yù)熱焊極與預(yù)熱配對工具之間穿過，這將超聲振動施加至材料并加熱材料。緊隨其后，材料網(wǎng)在處理焊極與處理配對工具之間穿過，這在預(yù)熱區(qū)域內(nèi)實施材料網(wǎng)的焊接。
[0020]在另一優(yōu)選實施例中，處理焊極具有焊接表面寬度為a的焊接表面，且預(yù)熱焊極具有焊接表面寬度為b的焊接表面，其中b大于a，其中b優(yōu)選地大50%以上且最好b大致為a的兩倍。
[0021]焊接表面寬度基本分別設(shè)立了待預(yù)熱或待焊接的區(qū)域的寬度。盡管焊接緊接著預(yù)熱，但引入焊接表面區(qū)域內(nèi)的熱能通過材料內(nèi)的熱傳導(dǎo)發(fā)散進(jìn)入周圍區(qū)域。因此，已證明理想的是，預(yù)熱焊極(也就是負(fù)責(zé)預(yù)熱材料的焊極)的焊接表面寬度比為焊接操作所設(shè)的焊極的焊接表面更寬。誠然，此處的情況同樣涉及緊接著預(yù)熱過程后的材料內(nèi)的熱傳導(dǎo)，由于尤其是在受熱部分的邊緣區(qū)域中的熱傳導(dǎo)，材料已經(jīng)冷卻，但由于預(yù)熱區(qū)域已經(jīng)被選為寬于待焊接區(qū)域，相對于周圍溫度，待焊接區(qū)域在焊接操作中被大幅加熱，使得焊接操作可借助借助處理焊極的超聲而顯著地更快實現(xiàn)，因而處理速度或材料進(jìn)給速度可增加。
[0022]原理上，根據(jù)本發(fā)明的方法在連續(xù)方法和間歇操作方法中都是有利的。然而，已發(fā)現(xiàn)所述優(yōu)勢在連續(xù)方法中特別突出。因而，在優(yōu)選實施例中，設(shè)置為至少處理焊極呈轉(zhuǎn)動焊極形式，且優(yōu)選地預(yù)熱焊極也呈轉(zhuǎn)動焊極形式，轉(zhuǎn)動焊極具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面。
[0023]此外，如果至少處理配對工具為可轉(zhuǎn)動的且具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面，且優(yōu)選地預(yù)熱配對工具也為可轉(zhuǎn)動的且具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面，則總體上是有利的。
[0024]為了進(jìn)一步增加焊接處理速度，處理工具本身也可呈焊極形式，焊極也可由超聲振動激勵。在該方面，如果兩個焊極涉及不同的固有頻率且由不同的超聲頻率激勵以避免相互間的振動影響，則是有利的。因而，基本上材料網(wǎng)通過兩個相對放置的焊極焊接。
[0025]為了加速預(yù)熱或更均勻地分配熱能，原理上該種構(gòu)造在配對工具方面也可設(shè)想為預(yù)熱配對工具。
[0026]在替代的優(yōu)選實施例中，處理配對工具也與預(yù)熱焊極相關(guān)聯(lián)，且材料網(wǎng)引導(dǎo)裝置適于使材料網(wǎng)可首先在預(yù)熱焊極與處理配對工具之間穿過用以預(yù)熱，且接著在處理焊極與處理配對工具之間穿過用以焊接。
[0027]換言之，兩個焊極與優(yōu)選地呈圓柱形表面形式的處理配對工具相關(guān)聯(lián)，其中兩個焊極以周向空間關(guān)系與配對工具互相作用。因而，首先，待焊接的材料網(wǎng)在配對工具與預(yù)熱焊極之間穿過以使材料在交界區(qū)域內(nèi)的帶形構(gòu)造中預(yù)熱，且接著，待焊接的材料網(wǎng)在處理焊極與處理配對工具之間穿過，從而在預(yù)熱區(qū)域內(nèi)實施超聲焊接。然而，該實施例僅可用于具有充足柔性的材料網(wǎng)。
[0028]然而，為了避免由預(yù)熱單元引入材料的熱量在處理前就已經(jīng)離開焊接區(qū)域，原理上，包括預(yù)熱焊極和預(yù)熱配對工具的預(yù)熱單元與包括處理焊極和處理配對工具的處理單元之間的間距應(yīng)盡可能小，優(yōu)選地小于lm。如果在預(yù)熱單元與處理單元之間設(shè)有用于將已被預(yù)熱但還未處理的材料網(wǎng)壓在一起的裝置，則可能是有利的。該裝置可例如包括一個或多個壓輥或壓帶。
[0029]此外，對于許多材料，如果設(shè)有用于轉(zhuǎn)動預(yù)熱焊極和用于轉(zhuǎn)動處理焊極的裝置，且其中該裝置適于使處理焊極的圓周速度大于預(yù)熱焊極的圓周速度，則是有利的。具體地，當(dāng)焊接在預(yù)熱操作期間借助通過預(yù)熱焊極和預(yù)熱配對工具施加至材料的壓力已經(jīng)拉伸(也就是變得更長)的材料時，這是有利的。
【附圖說明】
[0030]本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和可能的用途將從此后對優(yōu)選實施例的說明和附圖中變得清楚，附圖中:
[0031]圖1示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的立體圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的超聲焊接設(shè)備I的實施例。該設(shè)備用于將兩個材料網(wǎng)2焊接在一起。
[0033]借助處理焊極3和處理配對工具4實現(xiàn)焊接。處理焊極3和處理配對工具4兩者都具有呈圓柱形表面形式的焊接表面，且借助驅(qū)動器7、8繞它們的縱向軸線轉(zhuǎn)動。在所示的實施例中，處理配對工具4的轉(zhuǎn)動軸線連接到機(jī)器支承框架結(jié)構(gòu)，而處理焊極3可借助支架6相對于保持件5在垂直方向上運動。因而，可借助處理焊極3與處理配對工具4之間的支架6調(diào)整期望的焊隙。借助轉(zhuǎn)換器(未示出)使處理焊極3執(zhí)行超聲振動，使得以箭頭方向運動通過設(shè)備的材料網(wǎng)2焊接在處理焊極3與處理配對工具4之間。在該情形下，處理焊極3和配對工具4的圓周速度等于材料網(wǎng)2的運動速度。
[0034]將會理解的是，由于在處理焊極3對材料網(wǎng)的處理期間，必須將充足的能量引入材料網(wǎng)2以確保兩個材料網(wǎng)的焊接，故而材料網(wǎng)的運動速度不能如期望的增加。
[0035]為了增加材料網(wǎng)的前進(jìn)速度，根據(jù)本發(fā)明的實施例具有預(yù)熱焊極9和預(yù)熱配對工具10。預(yù)熱焊極9和預(yù)熱配對工具10都具有呈圓柱形表面形式的焊接表面，且借助驅(qū)動器
11、12繞它們的轉(zhuǎn)動軸線可轉(zhuǎn)動。因而，當(dāng)材料網(wǎng)2以箭頭所標(biāo)示的方向被運送通過超聲焊接設(shè)備時，材料網(wǎng)首先由預(yù)熱焊極9和預(yù)熱配對工具10處理，且之后由處理焊極3和處理配對工具4處理。預(yù)熱焊極9也可借助支架14在垂直方向上相對于保持件13運動，而預(yù)熱配對工具10不能在垂直方向上運動。
[0036]預(yù)熱焊極9和預(yù)熱配對工具10意圖于在預(yù)熱材料網(wǎng)2中由處理焊極3和處理配對工具4超聲焊接的區(qū)域。因而，同樣受超聲振動作用的預(yù)熱焊極9在材料處理操作中將振動能量傳遞至材料網(wǎng)2，使得結(jié)果為兩個材料網(wǎng)2在帶形區(qū)域內(nèi)被預(yù)熱，帶形區(qū)域的寬度分別由預(yù)熱焊極9和預(yù)熱配對工具10的焊接表面寬度確定，且?guī)螀^(qū)域在材料前進(jìn)的方向上延伸。
[0037]在該方面，例如當(dāng)處理聚乙烯(PE)時，會達(dá)到約80°C的溫度。在該方面重要的是不超過材料的熔點，否則的話就已實現(xiàn)焊接了。
[0038]預(yù)熱焊極9和預(yù)熱配對工具10僅意圖于預(yù)熱材料網(wǎng)2。實際的焊接操作接著借助處理焊極3和配對工具4實現(xiàn)，處理焊極3和配對工具4就在預(yù)熱的線形區(qū)域內(nèi)完成焊接操作。由于材料網(wǎng)已經(jīng)在該線形區(qū)域內(nèi)被預(yù)熱，需要將較少的振動能量引入材料網(wǎng)2用于其焊接，使得總體上可能以較大的材料前進(jìn)速度操作而不降低焊接質(zhì)量。
[0039]盡管負(fù)責(zé)焊接操作的處理焊極和/或處理配對工具的焊接表面可具有突出的輪廓，但為了獲得均勻的預(yù)熱，對于預(yù)熱焊極和預(yù)熱配對工具而言較有利的是具有在周向上恒定的輪廓。
[0040]通過示例的方式，預(yù)熱焊極的垂直于材料網(wǎng)延伸的截面中可為鐘形或突起狀或隆起狀的截面。
[0041 ]附圖標(biāo)記列表
[0042]I超聲焊接設(shè)備
[0043]2材料網(wǎng)
[0044]3處理焊極
[0045]4處理配對工具
[0046]5,13保持件
[0047]6,14支架
[0048]7,8,11,12 驅(qū)動器
[0049]9預(yù)熱焊極
[0050]10預(yù)熱配對工具
【主權(quán)項】
1.一種用于超聲焊接至少兩個材料網(wǎng)的設(shè)備，包括可由超聲振動激勵的處理焊極、處理配對工具和設(shè)計成使得材料網(wǎng)可在所述處理焊極與所述處理配對工具之間穿過的材料網(wǎng)引導(dǎo)件，其中設(shè)有用于在焊接操作前加熱至少一個材料網(wǎng)的裝置，其特征在于，所述用于預(yù)熱至少一個材料網(wǎng)的裝置具有可由超聲振動激勵的預(yù)熱焊極。2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)有與所述預(yù)熱焊極相關(guān)聯(lián)的預(yù)熱配對工具，其中，所述材料網(wǎng)適于使得至少一個材料網(wǎng)、優(yōu)選地兩個材料網(wǎng)可在所述預(yù)熱焊極與所述預(yù)熱配對工具之間穿過。3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理配對工具也與所述預(yù)熱焊極相關(guān)聯(lián)，且所述材料網(wǎng)引導(dǎo)件適于使所述材料網(wǎng)可首先在所述預(yù)熱焊極與所述處理配對工具之間穿過用以預(yù)熱，且接著在所述處理焊極與所述處理配對工具之間穿過用以焊接。4.如權(quán)利要求1至3中的一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理焊極具有焊接表面寬度為a的焊接表面，且所述預(yù)熱焊極具有焊接表面寬度為b的焊接表面，其中b大于a，其中b優(yōu)選地大50%以上且最好b大致為a的兩倍。5.如權(quán)利要求1至4中的一項所述的設(shè)備，其特征在于，至少所述處理焊極呈轉(zhuǎn)動焊極形式，且優(yōu)選地所述預(yù)熱焊極也呈轉(zhuǎn)動焊極形式，所述轉(zhuǎn)動焊極具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面。6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，至少所述處理配對工具為可轉(zhuǎn)動的且具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面，且優(yōu)選地所述預(yù)熱配對工具也為可轉(zhuǎn)動的且具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面。7.如權(quán)利要求1至6中的一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理配對工具呈可由超聲振動激勵的其它處理焊極形式，其中優(yōu)選地所述處理焊極和所述其它處理焊極具有不同的固有頻率。8.如權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)有用于轉(zhuǎn)動所述預(yù)熱焊極和用于轉(zhuǎn)動所述處理焊極的裝置，其中所述裝置適于使所述處理焊極的圓周速度大于所述預(yù)熱焊極的圓周速度。
【文檔編號】B29C65/08GK105980135SQ201580007092
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月3日
【發(fā)明人】T·費舍爾, A·施奈德
【申請人】海爾曼超聲波技術(shù)兩合有限公司