CN101909834B - 振动切割设备和用于振动切割的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振动切割设备(1)以及一种用于振动切割的方法。振动切割设备包括至少一个第一振动头(10)、一个控制装置，利用该控制装置可针对性地电激发第一振动头(10)，以便实施在低于千赫范围的频率范围内的振动，和一个设置在一个第一夹具(30)与一个第二夹具(40)之间的切割工具(50)，同时第一夹具(30)与第一振动头(10)连接，这样第一振动头(10)的机械振动可传递到切割工具(50)上。

Description

振动切割设备和用于振动切割的方法

技术领域

本发明涉及一种振动切割设备和一种用于振动切割的方法。

背景技术

在现有技术中已知各种不同的切割设备，例如来自厨房需要的自动刀具或具有切割工具的超声焊极(Ultraschallsonotroden)。

通过在千赫范围内的振动在一个切割工具在微米范围内的振幅下实施借助超声的切割。由于切割焊极(Schneidsonotroden)的上下运动，因此更容易与劈开相比而不与传统的切割相比。超声切割例如用于食品工业中。在超声切割中的缺点在于，切割工具在微米范围内的振幅使切割工具的一种有齿的结构失去作用，因为切割工具的齿尺寸大于其最大可实现的振幅。此外缺点是，切割工具的长度在超声切割时小于30cm，因为否则切割工具在其运行过程中将变得不稳定。但该切割工具的限定的长度不利地限制了超声切割的使用范围。此外利用超声，几乎只垂直和倾斜地切割是可能的。如果人们现在想借助超声切割焊极进行一种水平的切割，则上面的切割材料自动地处在切割焊极上，但这是不符合要求的。

DE 298 01 500 U1公开了一种切割框架，用于切割通过加热可切割的材料。为了切割这种材料，例如泡沫块，一个设置在切割框架上的切割梁转到一种振荡枢转运动，以产生切割丝的切割提升力。切割运动由一个固定在切割框架上的偏心装置或一个具有一个连杆作为驱动元件的曲柄传动装置产生。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种切割设备和一种用于切割的方法，它们可用在广泛的使用领域内并且可经济地利用。

通过一种振动切割设备和通过一种用于振动切割的方法达到上述目的。由以下的描述、附图给出本发明的有利的实施形式和进一步构成。

按照本发明的振动切割设备具有以下特征：至少一个第一振动头、一个控制装置，利用它可针对性地电激发第一振动头，以便实施在低于千赫范围的频率范围内的振动，和一个设置在一个第一夹具与一个第二夹具之间的切割工具，同时至少第一夹具与第一振动头连接，这样第一振动头的机械振动可传递到切割工具上。

借助按照本发明的设备将以低于超声范围的频率的机械振动传递到一个切割工具上。这种针对性地选择的频率范围开辟的可能性是，可以组合使用不仅切割工具的进行振动的运动而且切割工具的特殊的几何形状例如锯齿。例如由塑料的振动焊接已知所使用的振动头并且其特征是高的寿命和微小的磨损。当切割工具固定在两个夹具上，至少一个振动头的振动只传入到一个或两个夹具中。在振动只传入到一个夹具的情况下，例如弹性地支承另一夹具或只切割工具的另一端，以便可以跟随一侧传入的振动。

按照本振动切割设备的一个实施形式，其振动头经由一个弹簧组与第一夹具连接。并且优选的是，使用一个与第一振动头组合的第二振动头，它与第二夹具连接，同时第一和第二振动头电和/或机械联接。

弹簧组与一个或多个振动头组合的应用支持在切割工具中为切割所需的振动的控制和维持。根据可供使用的结构空间和待切割的材料，可以组合地使用一个、两个或许多振动头，它们将切割运动传递到切割工具上。为了达到所述至少两个振动头的一种最好的振动产生，将它们由一个共同的控制电路来控制。基于所述至少两个振动头的这种电连接装置这样地控制它们，以致由它们产生的振动能量最好地互补。这样例如优选的是，在谐振范围内运行各振动头。除电联接装置外，也可以以组合或按选择地使用至少两个振动头的一个机械连接装置。一种此类的机械连接装置例如经由一种在至少两个振动头之间的刚性连接实现，它支持所述至少两个振动头的一种同步的控制。

优选的是，在50至500Hz优选50Hz至60Hz的频率范围内运行振动切割设备。在本振动切割设备的另一实施形式中，将切割工具以±5mm的振幅平行于切割工具的纵轴线偏移。并且使用长度在10至150cm优选30至100cm范围内的切割工具。为了实现这一点，使用例如包括一个光滑的刀片、一个有齿的刀片、一根金属丝或一根绳索的切割工具。

在本发明的另一实施形式中，振动切割设备包括一个用于待切割的产品的工作台，同时工作台至少垂直于切割工具的纵轴线优选沿全部三个空间方向可移动，或切割工具平行于工作台优选沿全部三个空间方向可移动。

利用上述工作台将一个待切割的产品针对性地供给振动切割设备。为此目的，待切割的产品由工作台保持、固定在工作台上、通过工作台供给振动切割设备和/或通过工作台从振动切割设备中排出。在最简单的实施形式中，待切割的产品的固定和针对性的供给和排出可通过一种垂直于切割工具的纵轴线的运动来实现。这通过工作台本身的一种运动转化。此外可设想，在工作台的面向切割设备的一侧上设置一个输送带。在该输送带上设置待切割的产品，从而经由输送带针对性地实现待切割的产品向切割工具的供给/从切割工具的排出以及切割工具通过待切割的产品的一种可控的运动。为了利用振动切割设备舒适地工作，还有利的是，工作台沿全部三个空间方向可移动，从而一个待切割的产品相对于切割工具可任意定位。此外工作台的一种这样的活动性确保，可实施沿任意方向通过待切割的产品的切割。此外优选的是，固定安装工作台继而将待切割的产品保持在一个确定的位置。为了产生一种通过待切割的产品的切割，切割工具至少平行于工作台的上支承面可移动。并且有利的是，切割工具沿全部三个空间方向可移动，从而尽管固定安装工作台，但仍可实现一种通过待切割的产品的任意的切割。

在振动切割设备的另一实施形式中，它包括许多切割工具，它们可同时移动通过一个待切割的产品。优选的是，许多切割工具就其相应的纵轴线而言相互平行和/或相互成角度地定向。此外优选的是，许多切割工具平行于和/或垂直于其切割方向相互位错地设置。本发明也公开了一种用于振动焊接的方法，其具有以下步骤：激发至少一个第一振动头，以产生在低于千赫范围优选在50至500Hz之间的频率范围内的振动，通过一种在第一振动头与切割工具之间的机械联接将振动传递到一个切割工具上，并且使一个带有待切割的产品的工作台垂直于切割工具的纵轴线地运动，以便切割该产品。在上述方法的另一实施形式中，任选包括以下步骤：激发至少第一和一个第二振动头，它们相互机械和/或电联接，并且以50至60Hz的频率和/或±5mm的振幅平行于切割工具的纵轴线使切割工具偏移。作为方法的另一实施形式，可以设想，使许多切割工具同时移动通过一个待切割的产品。为此使各切割工具在一种设置中平行于和/或垂直于其切割方向相互位错地设置，以便使它们按照该设置移动通过待切割的产品。

附图说明

参照附图更详细地说明本发明。其中：

图1振动切割设备的第一实施形式的示意侧视图，

图2振动切割设备的另一实施形式的透视图，

图3图2的振动切割设备的侧视图，和

图4振动切割设备的另一实施形式的视图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的振动切割设备1的第一实施形式。振动切割设备1包括一个振动头10，它与一个振动板15连接。例如由图4更详细说明的振动头10包括一个质量体和一个电磁驱动装置。振动头10的电磁驱动装置与一个控制装置连接，从而利用振动头10针对性地可产生一种规定频率范围的机械振动。该频率范围处在50与500Hz之间，亦即低于具有在千赫范围内的频率的超声波范围。优选这样控制振动切割设备的一个或多个振动头，以致一个切割工具50以一种50至500Hz优选50至60Hz的频率运动。

参照图4更详细地说明振动头10的结构。振动头10的结构与对置于第一振动头10设置的第二振动头70的结构一致。振动头10、70包括一个质量体12、72和一个包括一个可通电流的线圈装置14a、74a和一个软铁装置14b、74b的电磁驱动装置14、74，线圈装置和软铁装置处在一个共同的驱动轴线A上。在线圈装置14a、74a与软铁装置14b、74b之间具有一个空气隙。通过给线圈装置14a、74a通电流，软铁装置14b、74b处于振动状态。为了将振动传递到切割工具50上，软铁装置14b、74b经由一个任选的弹簧组60与用于切割工具50的夹具30、40连接(参见图4)。按图2，软铁装置(未示出)与夹具30、40连接，同时夹具30、40弹性地经由弹簧组60固定在桥式体80上。按照不同的示出的实施例，弹簧组60例如包括一些类似碟簧的弹簧片(参见图4)或一个按图2的类似梳子的弹簧结构。上述振动头10、70的结构和功能方式同样描述在DE 10 2006 011 974和EP 1 772253中。

切割工具50固定在第一夹具30和第二夹具40上。分别通过一个振动头10、70或只通过一个或多个共同的振动头，夹具30、40处于振动状态。同样可设想，只使切割工具50的一端或只使一个夹具30通过联接到一个振动头10上而处于振动状态。在这种情况下，切割工具50的另一端和/或另一夹具40弹性地例如通过一个弹簧组固定和/或固定在一个滑动轴承中，以便支持切割工具50的运动。因此振动切割设备1的最简单的实施形式拟包括一个设置在切割工具50的一端上的弹簧组、切割工具50和一个设置在切割工具50的另一端上的振动头。

按照本振动切割设备的另一实施形式，通过这种实施形式使许多切割工具50处于振动状态。所述许多切割工具50用于在待切割的产品中同时实施多个切割。例如可设想，借助振动切割设备50将一个圆形大蛋糕切成三部分。为此目的将两个或三个切割工具50按上述方式固定在第一夹具30和第二夹具40上。并且相对于切割方向垂直相互位错通过待切割的产品地亦即以一定的间距地设置多个切割工具50。在各切割工具50之间的间距确定例如一个从待切割的产品切掉的层的厚度。此外为了避免多个切割工具50在切割过程中相互妨碍，优选将它们设置成同样平行于切割方向相互位错通过待切割的产品。基于这种设置，确保各切割工具50依次切割待切割的产品。这防止了在切割过程中排挤的材料妨碍另一切割工具50的切割过程。因此不仅在高度上而且在深度上相互位错地设置多个切割工具50。

按照本振动切割设备1的另一实施形式，多个切割工具50或一部分切割工具不相互平行地设置。也可设想相对于切割工具50的纵轴线相互成角度地定向，以便在待切割的产品中实现确定的切割图案。

优选第一夹具30和第二夹具40配备有用于切割工具50的夹紧装置34、44和张紧装置32、42(参见图1、2)。夹紧装置34、44确保精确地保持和引导切割工具50。张紧装置32、42能够实现切割工具50的预张紧和/或再张紧。夹紧装置34、44或张紧装置32、42的实施形式和必要性取决于切割工具50的形状和使用。

按照不同的实施形式，切割工具50由一个光滑的刀片、一个有齿的刀片、一个具有波纹轮廓的刀片、一根金属丝或一根绳索构成。切割工具50约为10至150cm长，优选30至100cm长。

通过一个或许多振动头10、70产生的振动经由夹具30、40这样传递到切割工具50上，以致切割工具50沿其纵轴线方向偏移。由切割工具50按这种方式平行于其纵轴线实施的振动在频率和振幅上通过控制振动头10、70进行预定。切割工具50以在5至-5mm范围内的振幅振动。该振幅范围与例如一个有齿的刀片的齿结构的尺寸一致，这样齿结构锯式地在待切割的产品中运动。因此在切割工具50的振动切割运动过程中，切割工具50例如锯齿的进行切割的来回运动和几何形状互补，以便达到一种最好的切割作用。

为了单个或组合地控制振动头10、70，将一个电压接到相应的线圈装置14a、74a上。该电压在线圈装置14a、74a中产生一个电磁力，它试图反抗弹簧组60的恢复力朝线圈装置14a、74a方向吸引软铁装置14b、74b继而吸引夹具30、40。在断开电压时，弹簧组60的恢复力使软铁装置14b、74b继而使夹具30、40重新返回到静止位置。在该反向运动过程中，存储在弹簧组60中的能量转变为软铁装置14b、74b继而夹具30、40越过其静止位置的一种运动。在微小的损失的理想情况下，这几乎以如在朝线圈装置14a、74a方向运动时相同的振幅实现。现在如果将交流电压接到线圈装置14a、74b上，则软铁装置14b、74b和夹具30、40实施一种直线的振动运动，它们用作为用于振动切割设备1的驱动装置。

如果将与振动切割设备1的机械谐振频率相应的那种频率用作为用于电磁驱动装置14、74的电控制装置的工作频率，则振动头10、70特别有效地工作。机械谐振频率基本上由弹簧组60的弹簧率和振动头10、70的参与振动的质量产生。在电磁驱动装置14、74的一种优选的控制装置中，电谐振频率等于机械谐振频率的一半。

按照在图2、3、4中所示的实施形式，所述至少两个振动头10、70不仅经由切割工具50，而且也经由桥式体80相互机械连接。桥式体80连接振动头10、70的质量体，这样它们构成一个统一的质量系统。在该实施形式中，交替地电控制两个振动头10、70的线圈装置14a、74a，以产生软铁装置14b、74b、夹具30、40和切割工具50的一种谐振动。因此两个振动头10、70的弹簧组60还只需用于将振动头10、70复位到其静止位置或与进行振动的质量一起用于产生一个机械谐振频率。振动头10、70从静止位置朝两个方向的偏移由两个被交替电控制的线圈装置14a、74a产生。按这种方式提供一种稳定的和功能可靠的振动切割设备1，其中切割工具50实施一种直线的振动而没有重叠的垂直分量。

按照不同的实施形式可设想，利用或也省略桥式体80。如果省略桥式体80，则两个振动头10、70机械脱耦。仅仅经由切割工具50实现在两个相对置的振动头10、70之间的机械连接。由于在该实施形式中两个振动头10、70的振动的共同频率不是自动出现，所以必须设置两个振动头的一个相应的电连接装置或共同的控制装置。在这种控制情况下，两个振动头10、70的振动的频率和振幅这样控制或调节，以致两个振动头10、70的频率一致而振幅反相。

在各图中所示的各种实施形式只示出一个振动切割设备1的可能的结构的一种选择。因此也可设想，除了图1中的一个振动头10和图2至4中的两个振动头10、70外，也可使用更多数量的振动头。它们例如并排编组设置，同时在各编组内各振动头则相互机械和/或电联接。一些在其中不仅夹具30、40而且振动头10、70的质量体被机械脱耦的设置特别是可能的，这样然后只经由一个电连接装置和一个共同的控制装置便实现振动头10、70的振动的同步。

因此利用振动切割设备的上述的各结构特征，可以实施一种振动切割，其中首先激发至少一个第一振动头，以产生在低于千赫范围优选在50与500Hz之间的频率范围内的振动。将激发的振动通过描述的不同的结构传递到切割工具50上。如果现在一个工作台90(参见图4)连同一个设置在其上的待切割的产品垂直于切割工具50的纵轴线移动，则由于切割工具50的振动而切割产品。为了切割工具50的振动可以最好地匹配于待切割的材料，在振动切割设备1内使用上述的机械和/或电联接装置。同时一方面工作台90可以平行于切割方向优选沿全部三个空间方向移动，以便实施所要求的切割，同样优选的是，使切割工具50移动，而将工作台90固定安装。为此目的，将振动切割设备1这样设置，以致它至少沿切割方向优选沿全部三个空间方向是可移动的。按这种方式，可在一个待切割的产品中实现任意的切割。同样可设想，计算机控制地实施工作台90和/或振动切割设备1的运动，以便实现一种规定的切割。在该前提下，切割持续时间、切割速度和切割进程是可预定的并且在切割过程中是可改变的并且可最好地适应于不同的待切割的材料。

关于工作台90和/或振动切割设备1的运动，还可设想，特别为了定位待切割的产品或切割工具50，设置沿两个空间方向的运动，同时沿第三空间方向的运动适应于待实施的切割过程。为了实现这一点，人们在振动切割设备1和/或工作台90中使用用于不同的空间方向的不同的驱动装置，因为与一个特别针对定位的驱动装置相比，例如实施切割运动则需要一个可不很精确定位的但较强的驱动装置。此外可设想，将沿三个空间方向的运动分配到振动切割设备1和工作台90上。而工作台90沿两个空间方向可调节例如只用于定位，振动切割设备1只沿留下的第三空间方向可移动用于进行切割就相应足够了。按这种方式，运动中的自由度可任意分配在工作台90和振动切割设备1上。

为了将切割工具50的几何形状例如锯齿结构或波纹磨光面可以以最好的切割效果用于待切割的产品，切割工具50以±1至10mm优选±1至5mm的振幅范围内平行于其纵轴线偏移。与其组合或单独地使切割工具50以50至60Hz的频率振动同样是优选的。

Claims (11)

1.振动切割设备(1)，具有下列特征：

a.至少一个第一振动头(10)和一个第二振动头(70)，第一振动头和第二振动头都包括一个质量体(12；72)和一个电磁驱动装置(14；74)，

b.一个控制装置，利用该控制装置能够针对性地电激发第一振动头(10)，以便实施在50至500Hz的频率范围内的振动，

c.一个设置在一个第一夹具(30)与一个第二夹具(40)之间的切割工具(50)，同时至少第一夹具(30)经由一个弹簧组(60)与第一振动头(10)连接，这样第一振动头(10)的机械振动能被传递到切割工具(50)上，并且

d.利用该振动切割设备，切割工具(50)能以±5mmm的振幅平行于切割工具(50)的纵轴线(L)偏移，

e.第二振动头(70)与第二夹具(40)连接，同时第一振动头(10)和第二振动头(70)电和-或机械联接。

2.按照权利要求l所述的振动切割设备(1)，其切割工具(50)具有在l0至l50cm范围内的长度。

3.按照权利要求l所述的振动切割设备(1)，其切割工具(50)包括一个光滑的刀片、一个有齿的刀片、一根金属丝或一根绳索。

4.按照权利要求l所述的振动切割设备(1)，它此外还具有一个工作台(90)，用于一个待切割的产品，同时工作台(90)至少垂直于切割工具(50)的纵轴线(L)可移动，或切割工具(50)平行于工作台(90)可移动。

5.按照权利要求l所述的振动切割设备(1)，它具有许多切割工具(50)，这些切割工具能够同时在切割方向上移动通过一个待切割的产品。

6.按照权利要求5所述的振动切割设备（1)，其许多切割工具(50)就其相应的纵轴线而言相互平行或相互成角度地定向。

7.按照权利要求5所述的振动切割设备（1)，其许多切割工具(50)平行于和/或垂直于其切割方向相互位错地设置。

8.用于振动切割的方法，具有下列步骤：

a.通过给一个电磁驱动装置通电流，激发至少一个第一振动头(10)和一个第二振动头(70)，以产生在50至500Hz的频率范围内的振动，第一振动头和第二振动头都包括一个质量体(12)和一个电磁驱动装置(14)，并且第一振动头(10)和第二振动头(70)相互电和/或机械地联接，

b.通过一种在第一振动头(10)与切割工具(50)之间的机械联接将振动传递到一个切割工具(50)上，从而切割工具(50)能以±5mm的振幅平行于切割工具(50)的纵轴线(L)偏移，其中，第一振动头(10)经由一个弹簧组(60)与一个第一夹具(30)连接，

和

c.使一个带有待切割产品的工作台(90)垂直于切割工具(50)的纵轴线(L)地运动，以便切割该产品。

9.按照权利要求8所述的方法，它还具有另外的步骤：以50至60Hz的频率使切割工具(50)偏移。

10.按照权利要求8所述的方法，它还具有另外的步骤：使许多切割工具(50)同时移动通过一个待切割的产品。

11.按照权利要求10所述的方法，它还具有另外的步骤：使许多切割工具(50)在一种设置中平行于和/或垂直于其切割方向相互位错地移动通过待切割的产品。