专利名称：超声振动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于超声焊接装置的超声振动单元，该超声焊接装置用于密封和焊接材料轨，该超声振动单元具有与转化器连接的声极，该声极具有至少一个从一旋转轴线径向地伸出的、可绕该旋转轴线转动的、具有形成密封面的自由端的密封角。
背景技术：
超声波焊接是一种用于接合塑料的方法。超声波是一种高于听觉范围的机械振动。其频率区间开始于大约20kHz并且延伸到IGHz的频率。这样的超声波频率经常借助于压电的声变换器(变换器)由电能产生。这种机械的振动能量通过与该转化器，可能的情况下通过一振幅转换件(放大器)连接的声极施加到工件或者待加工的材料上。由此，超声振动单元展示在运行中振动的形象并且由转化器，可能的情况下振幅转换件和声极组成。为了借助于超声振动单元有效地传递超声波振动，需要使超声振动单元产生谐振。取决于超声振动单元的结构，这种超声振动单元具有多个固有频率。仅当转化器产生超声振动单元的固有频率时，超声振动单元产生谐振的振动。因此，必须相互调整转化器和超声振动单元。确切地说，谐振频率与固有频率有所区别，因为每个真实的系统都是阻尼的。然而，以下-也如通常在文献中的-将谐振频率和固有频率的概念同义地使用。超声振动单元的最重要的固有频率一般是这样的固有频率，即在该固有频率时在超声振动单元中形成具有波节和波腹的驻波。在此，在声极的端面上分别形成一波腹。在端面的任一个上连接产生相应的超声波激发频率的转化器。可能的情况下，一振幅转化器(放大器)连接在转化器和声极之间，该振幅转化器改变超声波振动的振幅，但是不改变频率。通过设置放大器，不影响声极的固有频率并且由此不影响纵向振动的振动节的位态。对于一些应用情况，振幅转换件和声极一件式地构造，即，在管学上不再区分。因此，为了区分声极和振幅转换件，需要确定纯纵向振动的振动腹的位态。声极原则上包括密封面。每个在纵向上从振动最大值达到振动最大值的和不影响纯纵向振动的固有频率的段部都不是声极的部分。相反地，如果一个这样的段部影响该纯纵向振动的的固有频率，即，该段部不能不明显改变固有频率地被去除，则该段部属于声极。在借助于超声波加工材料时，一般将待加工的材料定位在声极和一(不属于振动构成物的)相应的、也称为砧的工件之间。然后该与待加工的材料处于接触的声极将超声波能传递到该待加工的、例如由此被焊接或者被分开的材料上。对于材料轨的塑化加工必要的热通过超声振动单元的转换以摩擦能的形式产生。由于界面摩擦和分子摩擦，由此产生使塑料熔化的热。在多数声极中，纵向的振动用于通过密封面传递能量。然而,也有具有一基本上圆柱壳面形的密封面的声极，该声极使用垂直于超声波振动的纵向传播方向形成的径向超声波振动传递能量。这种声极通常由一基本上杆形的段部和一超过该杆形的段部突出的、轮形的或者钟形的段部组成，转化器和可能的情况下放大器衔接到在该杆形的段部上。该轮形的或者钟形的段部具有密封面。这种声极一般具有两个主固有振动模。其中一个固有振动模基本上相应于杆形的段部的纵向谐振振动。这种谐振振动具有相对大的纵向振动振幅。然而与此相关的是材料在横向上的(即垂直于该杆轴线的)被迫的影响。这种被迫的影响以朝杆轴线径向地传播的厚薄振动表现出来。该厚薄振动的振动振幅相对小，这导致，在振动系统中被吸收的振动能量的大部分(多于90%)包含在纵向振动中。另一个固有振动模基本上相应于轮段部的径向振动的谐振。与此相关的是在纵向上相对小的(被迫的)振动。在这个固有振动模中，在振动系统中被吸收的振动能量的大部分(多于90%)包含在径向振动中。在旋转焊接时使用第二固有振动模，因为能够通过在声极的杆形段部中产生相对小的纵向振动产生声极的轮段部中的相对大的径向振动。因此已知具有圆柱面形的密封面的声极，该声极用于运动的材料轨的连续超声波加工。这种声极在运行中绕其纵轴线旋转，从而该圆柱面形的密封面基本上以和待加工的材料轨相同的速度运动。由此，在这种声极中，总是仅有小部分的密封面与材料轨接触。在开始所述类型的超声焊接装置由WO 2007/012917已知。实施为多翼的装置由两个旋转的，处于相互平行的轴组成。在其中一个轴上装配有声极，在另一个轴上装配有砧。用于声极的供电的转化器同样放置在该旋转轴上。这种装置的缺点是，针对每个声极需要一个转化器，这造成高的成本。转化器和声极具有相对大的制造高度。由此必须将两个平行的轴线间距选择得大。在从3翼切换到4翼的规格时，需要具有随后的困难的调整的、费事的改造，这导致在规格切换之后更大的停工时间和更长的启动时间。WO 2009/156207 Al公开了一种旋转的声极，该声极具有滚子形式的作用面(密封面)。声极构造为波形的并且选择性地设置有放大器。密封面构造为轮形或者钟形的径向的凸起。声极轴向地通过转化器供以超声波能。波形地构造的声极实施为单元并且必须关于其振动特性设计为整体系统。如果现在在用于软袋机的声极中取代滚子形的密封面构造所谓的翼，也必须将该配置设计为整体系统。此外，关于翼的数量存在限制。因此，系统必须例如构造成对称的，这仅允许偶数的翼。由于维修工作或者也在初次安装时的声极的更换只可能是整体的并且由此费事。由于调整规格而改变翼的数量也使构造整体的声极需要具有随后的费事的调整。由WO 02/060674 Al已知，在旋转的声极中，超声波能轴向地从两端都输入。由于锥形的形状和声极中的相应的空腔，振动偏转90°到径向方向中。这种声极的优点是能够两侧地支承，由此能够产生更高的密封压力。与借助于横向收缩从轴向上的振动能量到径向上的振动能量的通常的转换相比，振动也能够更均匀地分配在密封面上。由于空腔，声极只可能是圆柱形的。具有多翼(如这些翼对于软袋机是必需的)的声极由于限制声极的稳定性的、对波的偏转必要的、薄的锥壁而不可实现。另一缺点是，被限制的翼宽度和在作用面上的能量分配。由此产生被限制的规格区域和在宽的密封缝的情况下也不令人满意的密封质量。
发明内容
本发明的任务基于，实现一种开始时提出的类型的超声振动单元，该超声振动单元具有小的、在均匀地将能量分配在密封面上的情况下具有尽可能大的密封面的构造方式。该任务根据本发明这样解决，S卩，声极包括具有旋转轴线的声极轴、密封角和可选择的放大器，其中，声极轴的一个或者两个端面与转化器连接并且密封角在声极轴上的纵向振动的振动节点上通过放大器或者直接固定在声极轴上。通过超声振动单元的根据本发明的设计，多翼的设计能够实现自由选择翼(密封角)的数量。由此，在避免已知解决方式缺点的情况下，确保最大可能的柔性和高的功率区域。也能够在尽可能更短的及其停工时间和更简单的调整的情况下实现密封角的更简单的更换。根据本发明的超声振动单元尤其适用于产生垂直的或者水平的软袋机中的软管形的包装薄膜上的横密封缝。以下将声极的概念用作声极轴、可选择的放大器和密封角的结合，其中，在声极轴和密封角中制造分离的振动轴并且密封面仅在密封角上存在。相反地，通常的声极原则上仅包括一个振动轴和包含密封面。该超声振动单元能够具有多个径向地从旋转轴线伸出地固定的密封角-也称为翼。该固定能够通过不同的技术实施。具有大宽度的密封角也能够在不同的振动节上径向地从旋转轴线伸出地固定。每个密封角能够具有唯一的固定点。多个密封角能够在同一个振动节点或者在不同的振动节点上-即在旋转轴线的方向上在侧面彼此相对地放置-径向地从旋转轴线伸出地布置。每个密封角能够具有至少两个固定点，其中该固定点的间距优选分别为纵向振动的波长的多倍。多个密封角能够在相同的或者在不同的振动节点上-即在旋转轴线的方向上在侧面彼此相对地放置-径向地从旋转轴线伸出地布置。
本发明其他的优点，特征和细节参照附图由优选实施例的以下说明给出，附图仅用于阐释而不用作限制。附图示意性地示出:图1超声振动单元的斜视图；图2图1的超声振动单元的侧视图。
具体实施例方式在图1和2中示出的超声振动单元10用于超声焊接装置，该超声焊接装置用于在软管袋机中的软管形的包装薄膜上产生横密封缝，该超声振动单元包括具有能够绕一旋转轴线a转动的声极轴20的声极12，该声极轴的一个端面22与转化器14轴向地连接。这里要注意到，声极轴20的两个端面22都能够各与一转化器14连接，S卩，超声能量能够同时从声极轴20的两侧导入。声极轴20在布置在声极轴20两端的轴承28中可绕旋转轴线a转动地被支承并且与在附图中未给出的驱动器连接。具有处于端部的密封面18的、宽度B的两个密封角16通过各两个放大器24，26固定在声极轴20上。放大器24，26和密封角16从旋转轴线a径向地突出，密封面18平行于旋转轴线a。在图2中绘出在声极轴20中产生的、纵向的(在旋转轴线a的方向上延伸的)和横向的(垂直于旋转轴线a的方向延伸的)振动。同样绘出在放大器24，26和密封角(翼)16中产生的振动。以下标记用于这些振动:Sffl声极轴20中的纵向振动Sfft声极轴20中的横向振动Sb1放大器24，26中的纵向振动Sn翼16中的纵向振动Kl声极轴20中的纵波的振动节点Kt声极轴20中的横波的振动节点以下借助于图1和2详细阐明超声振动单元10的工作方式。纵向振动Swl在声极轴20的旋转轴线a的方向上通过转化器14激发并且在运行中被保持。纵向振动Swl产生停驻的纵波，这导致该纵波的确定的振动节点I。纵向振动造成材料在长度上伸展和收缩。当材料收缩时，声极轴20在收缩处变粗，当材料伸展时，声极轴20在伸展处变细。这种粗细波动导致横向的振动Swt，该振动产生具有确定的振动节点Kt的横波。振动节点该横波相对于纵波具有相移A。声极轴20的在机器支架上的两侧固定以已知的方式在纵波的振动节点&中实现。例如衬套适用于固定件32。在这两个固定点30之间需要至少三个其他的振动节点I。在这些振动节点&中纵向的偏移等于0而粗细波动为最大。该粗细波动用作一个或者多个密封角16的促动器，其中，在密封角之间的放大器24，26能够为了放大而接通。放大器24，26或者密封角16分别固定在那些在粗细上同步增减的振动节点&上。在密封角16中借助于或者不借助于放大器24，26形成新的、停驻的纵向振动Sn，该纵向振动垂直于声极轴20的纵向振动Swl。在放大器24，26中也形成新的、停驻的纵向振动SB1，该振动垂直于声极轴20的纵向振动Swl。具有一个或者多个可选择的放大器24，26的密封角16能够在其形状方面独立于声极轴20地构造。由此能够在密封面18上产生均匀的振幅分布，这导致密封缝的高质量。由此同样能够产生横向密封缝的更宽的密封面。在声极轴20的圆周上能够-带有或者不带有放大器24，26-装配多个密封角16，这些密封角能够彼此独立地单独构造其形状。由此，与传统的旋转声极相比，能够仅受可供使用的空间的限制地在声极轴20上装配任意数量的带有或者不带有放大器24，26密封角16。
权利要求
1.用于超声焊接装置的超声振动单元，该超声焊接装置用于密封或者焊接材料轨，该超声振动单元具有与转化器(14)连接的声极(12)，该声极具有至少一个径向地从一旋转轴线(a)突出的、能够绕该旋转轴线(a)转动的密封角(16)，该密封角具有形成密封面(18)的自由端，其特征在于，所述声极(12)包括具有旋转轴线(a)的声极轴(20)，其中，所述声极轴(20)的一个或者两个端面(22)与转化器(14)连接并且所述密封角(16)在该声极轴(20)中的一纵向振动(Swi)的振动节点( )处通过放大器(24，26)或者直接固定在声极轴(20)上。
2.根据权利要求1的超声振动单元，其特征在于，每个密封角(16)具有一个唯一的固定点。
3.根据权利要求2的超声振动单元，其特征在于，多个密封角(16)在同一个振动节点(Kl)处径向地从所述旋转轴线(a)突出地布置。
4.根据权利要求2的超声振动单元，其特征在于，多个密封角(16)布置成在不同的振动节点(Klj)处从所述旋转轴线(a)径向地突出。
5.根据权利要求1的超声振动单元，其特征在于，每个密封角(16)具有至少两个固定点，其中，所述固定点的间距分别为纵向振动(Swl)的波长的多倍。
6.根据权利要求5的超声振动单兀,其特征在于,多个密封角(16)布置成在同一振动节点(Kl )处从所述旋转轴线(a )径向地突出。
7.根据权利要求5的超声振动单元，其特征在于，多密封角(16)布置成在不同的振动节点(Kl )处从所述旋转轴线(a )径向地突出。
全文摘要
一种用于超声焊接装置(10)的超声振动单元，该超声焊接装置用于密封或者焊接材料轨，该超声振动单元具有与转化器(14)连接的声极(12)，该声极具有至少一个径向地从一旋转轴线(a)突出的、能够绕该旋转轴线(a)转动的密封角(16)，该密封角具有形成密封面(18)的自由端。所述声极(12)包括具有旋转轴线(a)的声极轴(20)。所述声极轴(20)的一个或者两个端面(22)与转化器(14)连接，所述密封角(16)在声极轴(20)的一纵向振动(SWI)的振动节点(KL)处通过放大器(24,26)或者直接固定在声极轴(20)上。
文档编号B06B3/00GK103118857SQ201180045636
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月9日 优先权日2010年9月27日
发明者J·泰里根 申请人:罗伯特·博世有限公司