CN103958136A - 超声波切割装置 - Google Patents

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Abstract

一种超声波切割装置(1)，其包括至少一个与发生器(2)连接的超声波转换器(6)、至少一个声导体(7)和至少一个切割刀片(8)。声导体(7)设置在超声波转换器(6)与切割刀片(8)之间并且将它们相互连接。声导体(7)的纵向中轴线具有不同于直线的延伸。所述至少一个发生器(2)具有用于扫描预定的超声波频率范围的装置。

Description

超声波切割装置
技术领域
本发明涉及一种超声波切割装置，其包括至少一个与发生器连接的超声波转换器、至少一个声导体和至少一个切割刀片，其中声导体设置在超声波转换器与切割刀片之间并且将它们相互连接，并且其中声导体的纵向中轴线具有不同于直线的延伸。
背景技术
由DE4319832A1已知这种类型的超声波切割装置用以切割食品如例如面食、乳酪、鱼等切割物料。切割装置具有一面状的基本上在一平面内延伸的切割刀片，切割刀片在其远离刀尖的一端与声导体连接成一件式的。声导体的与刀片间隔开的部分与一超声波转换器拧接，借助于超声波转换器可以沿切割刀片的纵向延伸方向将超声波振动输入声导体中。在超声波转换器与切割刀片之间，声导体在一垂直于切割刀片的延伸平面延伸的沿切割刀片的纵向方向延伸的平面内具有一90°弯曲，其具有一个预定的曲率半径。弯曲的延伸在与切割刀片连接的末端上可持续不同地转入切割刀片中。通过声导体的不同于直线的延伸，它不仅沿切割刀片的纵向延伸方向而且在一垂直于由切割刀片展开的平面内激发振动。在这种情况下垂直于切割刀片的平面定向的振动分量引起在切割刀片的各刀侧面与切割物料之间的摩擦的降低。但在切割时仍产生一定的摩擦，其限制切割速度。也已证明，切割刀片通过超声波振动在不同的位置遭受不同强度的机械负荷。
发明内容
因此具有目的，提供一种开头所述型式的超声波切割装置，它具有简单的结构和紧凑的尺寸，但仍然能够实现高的切割速度和切割刀片的均匀的机械负荷。
按照本发明该目的这样达到，即所述至少一个发生器具有用于扫描预定的超声波频率范围的装置。
以有利的方式在这种情况下超声波在切割刀片上的接点不是固定的而按照频率变化改变其位置。由此在各接点中可以避免切割刀片在切割物料上的粘附。此外通过频率变化降低切割刀片中的机械负荷，因为只短时地产生大的共振振幅并由此引起脉冲式的激发，这已证明对切割是有利的，因为由此抖落待切割的物料。频率变化能够激发极不同的刀具几何尺寸和形状和在只一个发生器上使用多个超声波转换器，由此可以制造很宽的切刀。可以这样选择声导体的不同于直线的延伸，即，使得切割刀片沿各相互横向延伸的各方向可激发为超声波振动。由此可以将板波输入切割刀片中，该板波可以在切割刀片的各基本上相互平行延伸的和/或成楔形向刀刃面那边相互相向延伸的边界面之间传播。板波不仅具有在由切割刀片展开的平面内横向于切割刀片的纵向延伸定向的纵向分量，而且具有横向于该平面定向的横向振动分量。这对于切割是有利的，因为切割物料一方面得到侧向的横向于由切割刀片展开的平面定向的脉冲(其导致切割物料从切割刀片上更好的分离)，而另一方面将切割刀片也沿一处于由切割刀片展开的平面内的方向激发为振动，优选沿切割刀片的纵向方向。由此在切割过程中降低摩擦，从而可以将输入切割刀片的超声波动率更好地用于切割过程。通过板波，切割刀片可以具有较大的尺寸，而不必在切割刀片中设置各狭槽。关于切割刀片的几何构型几乎没有限制。
由DE102007014635A1虽然已知一种用于结构的超声波激发的装置，它具有一与发生器连接的超声波转换器和用于扫描预定的超声波频率范围的装置。但该装置没有切割刀片。更确切地说该装置用于，以一超声波转换器同时激发多个具有彼此不同的共振频率的筛子。
声导体优选具有一弯曲的延伸。在此声导体的延伸方向可以改变至少45°、特别是至少60°、可选地至少75°和优选约90°。
在本发明的一有利的实施形式中将切割刀片构成为平面的元件，其中将声导体构成为导杆，声导体横向于切割刀片延伸的平面与切割刀片连接。由此还可以更好地在切割刀片中激发板波。切割刀片可以具有各相互平行或同心延伸的边界面和/或各成楔形相互相向延伸的边界面。
在本发明的一符合目的的实施形式将声导体设计成环形的，其中声导体的第一端部区域连接于超声波转换器和声导体的与第一端部区域径向对置的第二端部区域连接于切割刀片。由此有可能将超声波对称地从两侧输入切割刀片。声导体在由其展开的平面内优选具有一椭圆形的或一圆环形的几何形状。但它也可以构成多边形的。
将切割刀片可以构成基本上柱形的，其中声导体在切割刀片的柱体周面上与切割刀片连接。对此所谓柱形的声导体应该被理解为一平面的声导体，它在一平面内延伸，该平面可以通过一在一平面内延伸的曲线沿一不处于该平面内的直线的移动产生。该直线可以垂直于平面(直的柱体)或倾斜于平面(斜的柱体)延伸。
在本发明的一有利的实施形式中切割刀片构成圆柱形的或椭圆形的。利用这样的切割刀片可以例如从一实心材料中切出棒形的物品。
但也可以将切割刀片构成为多边形的、特别是矩形的。利用这样的切割刀片可以例如从切割物料中切出棱柱形的物品。
在本发明的一有利的实施形式中超声波切割装置具有多个超声波转换器，它们分别经由至少一个声导体连接于切割刀片的各彼此间隔开的声输入点。由此在较大的切割刀片的情况下可以避免在切割刀片上的振幅降。
在本发明的一进一步构成中声导体与切割刀片连接成一体的并且声导体优选通过大致成U形弯曲的刀杆构成。由此得出特别简单构造的坚固的超声波切割装置。
附图说明
以下借助附图更详细地说明本发明的各实施例。其中：
图1一个超声波切割装置的前视图，其具有一直线的刀具，借助于多个超声波转换器对刀具激振，
图2图1中所示的超声波切割装置的侧视图，
图3一个超声波切割装置，它具有一圆柱形的刀具，
图4一个超声波切割装置，它具有一矩形的刀具，
图5一个超声波切割装置的俯视图，其中刀具经由椭圆形的声导体连接于超声波转换器，
图6和7一个超声波切割装置的侧视图，其中在刀具上一体成型声导体，和
图8一个超声波切割装置的侧视图，将超声波从上面输入刀具中。
具体实施方式
在图1中总体用1标记的超声波切割装置具有超声波发生器2，该超声波发生器具有用于扫描预定的超声波频率范围的装置(扫描功能)。发生器2经由一第一高频电缆3连接于一分配器4的输入接头。分配器4具有三个输出接头，在其上分别经由一第二高频电缆5连接一超声波转换器6的一高频输入端。
每一超声波转换器6分别经由一棒形的声导体与一个切割刀片8的为其配置的输入点连接。如图1和2中可看出的，切割刀片8构成为薄的平板，它具有两个相互平行延伸的边界面9，其中一个固定连接于各声导体7。切割刀片8在其下边缘区域上成楔形向一刀刃10那边逐渐缩小。但也可设想其它的实施形式，其中切割刀片8在其整个高度上构成为楔形的。
图2中可看出，声导体7具有一成弧形弯曲的部段，该部段在一垂直于切割刀片8的纵轴线设置的、平行于图2的图平面延伸的平面内延伸。该成弧形弯曲的声导体部段具有一约90°的弯曲并且在其面向边界面9的末端上经由一在附图中未更详细示出的焊缝连接于切割刀片8。在其远离切割刀片8的另一端，该成弧形弯曲的声导体部分经由一直的声导体部分连接于为其配置的超声波转换器6。该超声波转换器沿垂直于切割刀片8的纵轴线和平行于该纵轴线延伸的方向将超声波振动输入声导体7的远离切割刀片8的末端。
还应该提到，也可设想声导体7的一其它的不同于直线的延伸，例如声导体7的S形的或L形的延伸。
通过声导体7作为弯曲的导体杆的实施形式将切割刀片8在垂直于切割刀片8的纵轴线设置的、与图2中图平面相对应的平面内不仅沿在该平面与切割刀片8的延伸平面之间的与双箭头11相对应的相交线的方向而且在一垂直于切割刀片8的延伸平面内定向的通过双箭头12说明的方向激发成振动。
为了检测由发生器2向超声波转换器6发送的功率，超声波切割装置1具有在附图中未更详细示出的测量装置。该测量装置经由一控制装置与用于扫描预定的超声波频率范围的装置处于控制连接。首先实施第一扫描，其中超声波频率从一预定的开始值开始改变直至一预定的终值。开始值可以例如为约30KHz并且终值为约38KHz。
在扫描该超声波频率范围时，测量作为超声波频率的函数的、由发生器2发送的功率。接着借助于微处理器确定发送最高功率的频率点fo，存储该频率点。然后确定一超声波频带的最小的频率值fmin和最大的频率值fmax，该超声波频带以一可调的例如至多4000Hz的带宽优选对称地围绕该频率点fo设置。最小的频率值可以例如为fmin＝fo-2000Hz和最大的频率值为fmax＝fo+2000Hz。
首先这样控制发生器2，即以最小的频率值fmin激发切割刀片8。接着将频率分别提高一个预定的值、例如1Hz，以便以分别这样得到的新频率激发切割刀片8。
在频率的每一提高以后检验，新频率是否小于先前确定的最大的频率值fmax。如果是这种情况，则重复上述步骤，这些步骤包括频率的提高、用该频率对切割刀片8的激发和检验新频率是否小于最大的频率值fmax。
如果新频率并不小于最大的频率值fmax，则将频率分别降低所述预定的数值，以便分别以这样得到的新频率激发切割刀片8。
在频率的每一降低以后检验，新频率是否大于先前确定的最小的频率值fmin。如果是这种情况，则重复上述步骤，这些步骤包括频率的降低、用该频率对切割刀片8的激发和检验新频率是否大于最小的频率值fmin。。
如果新频率并不大于最小的频率值fmin，则从最小的频率值fmin开始在需要时重新完成上述步骤。
使用者可以将实施扫描的带宽设定在200Hz与4000Hz之间。频率步的步距也可以为大于1Hz。通过带宽的调节还可以优化切割结果。为了补偿因温度影响或耦合波动引起的共振点的漂移，以规则的时间间隔如在接通时开始实施一新扫描，以便得出共振点fo。不过该新扫描不再在全部的30至38Hz范围上进行，而是仅仅在共振点fo的周围进行，以便不产生无效时间，因为新扫描用较小的功率实施。
在图3和4所示的实施例中将切割刀片8构成基本上圆柱形的。在按图3的实施例中切割刀片8通过薄壁的圆柱形管构成，它在其下边缘区域上向刀刃10那边成楔形逐渐缩小。经由一弯曲的声导体7实现超声波的输入，其几何形状基本上对应于在图2中所示的声导体7。输入点与刀刃10保持间距并且处在切割刀片8的上边缘区域。但输入点也可以设置在切割刀片8的另一位置，例如在切割刀片8的与刀刃10相邻的下边缘区域上。
在图4所示的实施例中刀刃10具有一矩形的延伸。显然可设想，切割刀片8具有两个相互平行设置的第一切割刀片部分13和两个横向于第一切割刀片部分设置的同样相互平行延伸的第二切割刀片部分14。各第一切割刀片部分13和各第二切割刀片部分14分别构成为薄的平面的板，它们在其下边缘区域向刀刃10那边成楔形逐渐缩小。
各第一切割刀片部分13与各第二切割刀片部分14连接成箱形的。超声波的输入再次经由一弯曲的声导体7实现，其几何形状基本上对应于图2中所示的声导体7。输入点与刀刃10保持间距并且处在切割刀片8的上边缘区域。
在图5所示的实施例中将声导体7设计成椭圆形的。在此由声导体7展开的平面垂直于该平面，在其中设置平板形的声导体7。声导体7的刀刃10基本上平行于由声导体7展开的平面延伸。
声导体7的一第一端部区域连接于超声波转换器6并且一与第一端部区域径向对置的第二端部区域连接于切割刀片8。超声波转换器6设置在切割刀片8的直的延长线中并且沿切割刀片8的纵向方向将超声波输入声导体7中。
在图6和7中示出的实施例中将切割刀片8构成为平面的薄板，其向刀刃10那边优选在切割刀片8的整个高度上成楔形逐渐缩小。切割刀片8的高度从切割刀片8的远离声导体7的一端向声导体7那边连续地增加。
声导体7与切割刀片8构成为一体的并且通过切割刀片8的刀杆或柄构成。在一垂直于切割刀片8的延伸平面内设置的、平行于切割刀片8的纵轴线延伸的平面内，刀杆具有U形的延伸。声导体7具有大致矩形的横截面。声导体7在其远离切割刀片8的自由端上借助于螺钉15可拆式连接于超声波转换器6。
在图8所示的实施例中切割刀片8在其背离刀刃10的背面上与声导体7连接。因此将超声波从上面输入切割刀片8中。显然可看出，声导体7的面向切割刀片8的端部区域大致垂直于刀刃10延伸。在此声导体7在平板形切割刀片8所延伸的平面内成弧形向相互相反的方向弯曲。超声波转换器6以其纵轴线平行于刀刃10定位。

Claims (10)

1.一种超声波切割装置(1)，其包括至少一个与发生器(2)连接的超声波转换器(6)、至少一个声导体(7)和至少一个切割刀片(8)，其中声导体(7)设置在超声波转换器(6)与切割刀片(8)之间并且将它们相互连接，并且声导体(7)的纵向中轴线具有不同于直线的延伸；其特征在于，所述至少一个发生器(2)具有用于扫描预定的超声波频率范围的装置。
2.按照权利要求1所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，该超声波切割装置具有测量装置用以检测从发生器(2)向超声波转换器(6)发送的功率，并且测量装置与用于扫描预定的超声波频率范围的装置处于控制连接，使得选择这样的超声波频率范围，该超声波频率范围包含这样的超声波频率，在该超声波频率时发生器(2)向超声波转换器(6)发送其最大的功率。
3.按照权利要求2所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，测量装置与用于扫描预定的超声波频率范围的装置这样处于控制连接，即发生器(2)在一超声波频率时向超声波转换器(6)发送其最大的功率，该超声波频率处在在频率扫描时扫过的超声波频率范围的最高频率与最低频率之间的中心。
4.按照权利要求1至3之一项所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，切割刀片(8)构成为平面的元件，并且声导体构成为导杆，该声导体横向于切割刀片(8)在其中延伸的平面与切割刀片连接。
5.按照权利要求1至4之一项所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，声导体(7)设计成环形的，声导体(7)的第一端部区域与超声波转换器(6)连接，并且与第一端部区域径向对置的第二端部区域与切割刀片(8)连接。
6.按照权利要求5所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，切割刀片(8)设计成基本上柱形的，并且声导体(7)在切割刀片(8)的柱体周面上与切割刀片连接。
7.按照权利要求6所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，切割刀片(8)设计成圆柱形的或椭圆形的。
8.按照权利要求6所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，切割刀片(8)设计成多边形的，特别是矩形的。
9.按照权利要求1至8之一项所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，该超声波切割装置具有多个超声波转换器(6)，这些超声波转换器分别经由至少一个声导体(7)与切割刀片(8)的彼此间隔开的声输入点连接。
10.按照权利要求1至9之一项所述的超声波切割装置(1)，其特征在于，声导体(7)与切割刀片(8)连接成一体的并且声导体优选通过大致成U形弯曲的刀杆构成。
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