具有多個(gè)超聲焊極的超聲波焊接裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有多個(gè)超聲焊極的超聲波焊接裝置
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于材料的超聲波加工且具有至少兩個(gè)超聲焊極的超聲波焊接 裝置。
[0002] 超聲波是可聽(tīng)極限之上的機(jī)械振動(dòng)。其頻率范圍從大約20KHz延伸到1GHz。這樣 的超聲波頻率通常由壓電式聲換能器（轉(zhuǎn)換器）從電能產(chǎn)生。所述機(jī)械振動(dòng)能量經(jīng)由連接 到轉(zhuǎn)換器的超聲焊極、可能地經(jīng)由變幅器部分（也被成為增壓器）施加到要加工的工件或 材料上。
[0003] 超聲焊極的用于與待加工材料接觸的表面也稱(chēng)為密封面。振動(dòng)單元因此包括發(fā)生 器、轉(zhuǎn)換器、可選的變幅器部分和超聲焊極。在多種使用情況中，變幅器和超聲焊極為一整 體。
[0004] 為了借助于超聲波振動(dòng)單元有效地傳輸超聲波振動(dòng)，引起超聲波振動(dòng)單元的諧振 是必要的。依賴(lài)于超聲波振動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)，其具有多個(gè)固有頻率。僅當(dāng)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生超聲波 振動(dòng)單元的固有頻率時(shí)，超聲波振動(dòng)單元的諧振才發(fā)生。因此，轉(zhuǎn)換器和超聲波振動(dòng)單元必 須彼此調(diào)諧。
[0005]當(dāng)使用超聲波加工材料時(shí)，被加工的材料通常定位在超聲焊極和也被稱(chēng)為砧板的 對(duì)應(yīng)工具（其不屬于振動(dòng)結(jié)構(gòu)）之間。與待加工材料接觸的超聲焊極然后向待加工材料傳 輸超聲能量，該材料因此例如被焊接或切斷。
[0006] 在那種情況下，能量在密封面處傳輸?shù)酱庸げ牧稀４庸げ牧嫌纱艘伯a(chǎn)生振動(dòng)， 以便在待加工材料接觸對(duì)應(yīng)工具的表面處也發(fā)生能量傳遞。
[0007]即使被加工材料包括多個(gè)元件，例如具有2層結(jié)構(gòu)，通過(guò)由超聲焊極傳輸?shù)降谝?層的振動(dòng)，能量傳遞也在第一層和第二層之間的限定區(qū)域中發(fā)生。然而，尤其是在較厚的材 料的情況下，其不能由超聲焊極引起振動(dòng)或者僅導(dǎo)致不充分的振動(dòng)，對(duì)應(yīng)工具和待加工材 料之間的能量傳遞通常不足以進(jìn)行有效的焊接。
[0008] 因此W02010/145927已經(jīng)提出使用兩個(gè)同樣的超聲焊極來(lái)加工薄片材料。在該情 況下，兩個(gè)超聲焊極被設(shè)置成使得待加工材料在加工操作期間被布置在它們之間，并且因 此可以被兩個(gè)超聲焊極同時(shí)加工。
[0009] 然而，根據(jù)已知的加工工藝，兩個(gè)超聲焊極被完全相同的超聲頻率激勵(lì)，其導(dǎo)致一 個(gè)超聲焊極可能受到另一超聲焊極的干擾影響并且反之亦然。
[0010] 因此，以所描述的現(xiàn)有技術(shù)為基本出發(fā)點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種超聲波焊接 裝置以允許有效的材料加工而且兩個(gè)超聲焊極之間不會(huì)有互相干擾。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，至少兩個(gè)超聲焊極被如此設(shè)置以使得第一超聲 焊極可以被固有頻率fsl激發(fā)并且第二超聲焊極可被固有頻率fs2激發(fā)，其中fs2大于fsl。 由此兩個(gè)超聲焊極應(yīng)各自具有相應(yīng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器以提供各自的固有頻率。也就是說(shuō)，在操 作中，一個(gè)超聲焊極執(zhí)行超聲波振動(dòng)fsl并且另一個(gè)超聲焊極執(zhí)行超聲波振動(dòng)fs2。
[0012] 現(xiàn)在在材料加工期間，一個(gè)超聲焊極的超聲波振動(dòng)通過(guò)材料傳輸?shù)經(jīng)]有滿(mǎn)足匹配 的固有頻率的另一超聲焊極，以使得第一超聲焊極實(shí)際上不影響第二超聲焊極的振動(dòng)行 為。
[0013] 期望超聲焊極這樣構(gòu)建，即fs2不是〖^的整數(shù)倍。更具體地，如果第二超聲焊極的 固有頻率是第一超聲焊極的固有頻率的整數(shù)倍，那么就會(huì)涉及較高階諧波振動(dòng)的激勵(lì)并且 在兩個(gè)超聲焊極之間產(chǎn)生不利影響。
[0015] 例如，第一超聲焊極可以在30KHz的頻率fsl被激發(fā)，而第二超聲焊極可以在35KHz 的頻率fs2被激發(fā)。30KHz的振動(dòng)充分遠(yuǎn)離第二超聲焊極的35KHz的固有頻率，以使得在第 一超聲焊極與第二超聲焊極之間幾乎沒(méi)有能量傳遞。
[0016] 通過(guò)不同的振動(dòng)頻率，超聲波加工操作可以被顯著的改進(jìn)，因?yàn)楝F(xiàn)在超聲焊極的 振動(dòng)幅度可以被設(shè)置成不對(duì)其它超聲焊極的振動(dòng)幅度產(chǎn)生影響。
[0017] 在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)超聲焊極分別具有至少一個(gè)平坦的密封 面部分。
[0018] 在優(yōu)選實(shí)施例中，超聲焊極能在打開(kāi)位置和關(guān)閉位置之間相對(duì)于彼此往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 其中在打開(kāi)位置，兩個(gè)密封面彼此遠(yuǎn)離地布置并且待加工材料可以被進(jìn)一步運(yùn)送，其中在 關(guān)閉位置，兩個(gè)密封面彼此靠近地布置并且待加工材料被加工。
[0019] 在許多應(yīng)用情形中，將例如傾倒裝置（噴嘴）這樣的物品焊接到薄片材料中是必 要的。在該種情況下，密封表面可具有適當(dāng)?shù)拈_(kāi)口。
[0020] 尤其地，當(dāng)將噴嘴焊接到例如飲料包裝中時(shí)，至少一個(gè)超聲焊極、優(yōu)選兩個(gè)超聲焊 極具有至少一個(gè)彎曲的密封面部分，優(yōu)選凹形彎曲密封面部分。當(dāng)加工材料時(shí)，要被焊接到 正確位置的物品，例如噴嘴，隨后裝配入凹形彎曲密封面部分中。
[0021] 在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，至少一個(gè)超聲焊極并且優(yōu)選至少兩個(gè)超聲焊極具有兩 個(gè)平坦的密封面部分以及在這兩個(gè)密封面部分之間的一彎曲密封面部分。
[0022] 在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，具有至少三個(gè)超聲焊極，其中所述超聲焊極被設(shè)置為 使得待加工材料在加工操作期間被定位在至少一個(gè)超聲焊極與至少兩個(gè)超聲焊極之間，其 中優(yōu)選位于待加工材料一側(cè)的超聲焊極的總表面面積大致等于位于待加工材料另一側(cè)的 超聲焊極的總表面面積。
[0023] 從這方面來(lái)說(shuō)，期望定位在待加工材料相同側(cè)的超聲焊極具有相互分隔開(kāi)的密封 面。
[0024] 同樣有利的是，定位在待加工材料一側(cè)的超聲焊極的數(shù)量不同于定位在待加工材 料另一側(cè)的超聲焊極的數(shù)量。
[0025] 本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、特征和可能的應(yīng)用從下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述以及所附 的附圖中可以更清楚地示出。
[0026] 附圖1示出了插入在兩個(gè)薄片材料之間的噴嘴的透視圖，
[0027] 附圖2示出了圖1中結(jié)構(gòu)的俯視圖，
[0028] 附圖3示出了圖1中結(jié)構(gòu)的正視圖，
[0029] 附圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，
[0030] 附圖5示出了附圖4的實(shí)施例的平面視圖，以及
[0031] 附圖6示出了附圖4的實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0032] 附圖1至3概略示出了兩個(gè)薄片材料2之間的噴嘴1。具體地，飲料以及洗衣劑通 常在其中焊接有傾倒裝置（即所謂的噴嘴）的塑料袋中被售賣(mài)。焊接操作可以由例如超聲 波焊接裝置實(shí)現(xiàn)。
[0033] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖4至6中所示。附圖4示出了超聲波焊接裝置的透視圖， 附圖5示出了前視圖以及附圖6示出了側(cè)視圖。
[0034] 所述超聲波焊接裝置共具有三個(gè)超聲焊極3、4、5。一個(gè)超聲焊極3通過(guò)變幅器9 連接到轉(zhuǎn)換器6。所述轉(zhuǎn)換器6將交流電壓轉(zhuǎn)換成機(jī)械超聲波振動(dòng)。為此目的通常具有壓 電晶體。
[0035] 并非絕對(duì)必需的所述變幅器9轉(zhuǎn)換超聲波振動(dòng)的振幅，但不是頻率。因此可以利 用通過(guò)轉(zhuǎn)換器6的固有振動(dòng)引起所述超聲焊極3的振動(dòng)。所述超聲焊極3具有在超聲波振 動(dòng)期間可減少超聲焊極內(nèi)的材料變形的兩個(gè)狹縫11。
[0036] 其它兩個(gè)超聲焊極4、5分別通過(guò)變幅器9、10連接到轉(zhuǎn)換器7、8。兩個(gè)超聲焊極 4、5中的每一個(gè)超聲焊極能夠通過(guò)轉(zhuǎn)換器7、8之一執(zhí)行超聲波固有振動(dòng)。所述兩個(gè)超聲焊 極4、5具有由轉(zhuǎn)換器7、8激發(fā)的固有頻率，其不同于所述超聲焊極3的固有頻率。
[0037] 所述兩個(gè)超聲焊極4、5通過(guò)保持器13、14連接到固定板12。所述超聲焊極4、5因 此是不可動(dòng)的 除了振動(dòng)之外。
[0038] 相反地，所述超聲焊極3可相對(duì)于超聲焊極4、5在打開(kāi)位置（未示出）和閉合位 置或加工位置之間往復(fù)移動(dòng)（如圖4至6所示的）。超聲焊極3以及超聲焊極4、5均具有 平坦的密封面部分和凹形彎曲的密封面部分。它們被這樣設(shè)置，以使得在圖4至6所示的 加工位置，分別在超聲焊極3和4之間以及3和5之間形成相應(yīng)的通道15,其輪廓與噴嘴1 的輪廓基本一致。
[0039] 因此在打開(kāi)位置，具有兩個(gè)噴嘴的薄片材料可被裝配于超聲焊極4、5的凹形密封 面部分，以使得薄片材料2在后續(xù)的加工位置能夠被焊接到噴嘴1。
[0040] 利用在不同振動(dòng)頻率下運(yùn)行的兩個(gè)超聲焊極使得在薄片材料2和噴嘴1之間實(shí)現(xiàn) 有效焊接成為可能。
[0041] 附圖標(biāo)記列表
[0042] 1 噴嘴
[0043] 2 薄片材料
[0044] 3,4,5 超聲焊極
[0045] 6,7,8 轉(zhuǎn)換器
[0046] 9,10 變幅器
[0047] 11 狹縫
[0048] 12 固定板
[0049] 13,14 保持器
[0050] 15 通道
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于材料的超聲波加工的超聲波焊接裝置，其包括至少兩個(gè)超聲焊極W及轉(zhuǎn)換 器裝置，所述轉(zhuǎn)換器裝置將交流電壓轉(zhuǎn)換為超聲波振動(dòng)并促使所述至少兩個(gè)超聲焊極執(zhí)行 超聲波振動(dòng)，其中所述至少兩個(gè)超聲焊極被設(shè)置成使得待加工材料在加工操作期間定位在 所述至少兩個(gè)超聲焊極之間并且能夠同時(shí)被所述至少兩個(gè)超聲焊極加工，其特征在于，所 述轉(zhuǎn)換器裝置在頻率fd激發(fā)第一超聲焊極并且在頻率fS2激發(fā)第二超聲焊極，其中fS2大于 f'sl。2. 如前述權(quán)利要求1所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，f.2不是fS1的整數(shù)倍。3. 如前述權(quán)利要求1或2所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，并且優(yōu)選4. 如前述權(quán)利要求1-3之一所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，所述至少兩個(gè)超聲 焊極分別具有至少一個(gè)平坦的密封面部分。5. 如前述權(quán)利要求1-4之一所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，至少一個(gè)超聲焊極， 優(yōu)選兩個(gè)超聲焊極具有至少一個(gè)彎曲密封面部分，優(yōu)選凹形彎曲密封面部分。6. 如前述權(quán)利要求5所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，至少一個(gè)超聲焊極并且優(yōu) 選所述至少兩個(gè)超聲焊極具有兩個(gè)平坦的密封面部分和布置在運(yùn)兩個(gè)密封面部分之間的 彎曲密封面部分，優(yōu)選凹形彎曲密封面部分。7. 如前述權(quán)利要求1-6之一所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，所述超聲波焊接裝 置具有至少Ξ個(gè)超聲焊極，其中所述超聲焊極被設(shè)置成使得待加工材料在加工操作期間被 定位在至少一個(gè)超聲焊極與至少兩個(gè)超聲焊極之間，其中優(yōu)選定位在待加工材料一側(cè)的超 聲焊極的總表面面積大致等于定位在待加工材料另一側(cè)的超聲焊極的總表面面積。8. 如前述權(quán)利要求7所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，定位在待加工材料同一側(cè) 的超聲焊極具有相互分隔開(kāi)的密封面。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于材料的超聲波加工的超聲波焊接裝置，具有至少兩個(gè)超聲焊極和一個(gè)轉(zhuǎn)換器裝置，該轉(zhuǎn)換器裝置將交流電壓轉(zhuǎn)換成超聲波振動(dòng)并且使該至少兩個(gè)超聲焊極處于超聲波振動(dòng)狀態(tài)，所述至少兩個(gè)超聲焊極被設(shè)置成使待加工材料在加工期間布置在它們之間并且能同時(shí)被該至少兩個(gè)超聲焊極加工。為了使得超聲波焊接裝置允許有效的材料加工且在兩個(gè)超聲焊極之間沒(méi)有不期望的相互干擾發(fā)生，如本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)換器裝置在頻率fs1激發(fā)第一超聲焊極并且在頻率fs2激發(fā)第二超聲焊極，fs2大于fs1。
【IPC分類(lèi)】B31B19/84, B65D75/58, B29C65/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105408089
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480022339
【發(fā)明人】A·施奈德, G·格內(nèi)德
【申請(qǐng)人】海爾曼超聲波技術(shù)兩合有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2014年4月15日
【公告號(hào)】DE102013104227A1, EP2988919A1, US20160067912, WO2014173735A1