CN105163926B - 超声波焊接装置 - Google Patents

超声波焊接装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105163926B
CN105163926B CN201480020349.XA CN201480020349A CN105163926B CN 105163926 B CN105163926 B CN 105163926B CN 201480020349 A CN201480020349 A CN 201480020349A CN 105163926 B CN105163926 B CN 105163926B
Authority
CN
China
Prior art keywords
supersonic generator
transducer
reactant
operative orientation
back side
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201480020349.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105163926A (zh
Inventor
P·苏伦泰勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telsonic Holding AG
Original Assignee
Telsonic Holding AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Telsonic Holding AG filed Critical Telsonic Holding AG
Publication of CN105163926A publication Critical patent/CN105163926A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105163926B publication Critical patent/CN105163926B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B51/00—Devices for, or methods of, sealing or securing package folds or closures; Devices for gathering or twisting wrappers, or necks of bags
    • B65B51/10—Applying or generating heat or pressure or combinations thereof
    • B65B51/22—Applying or generating heat or pressure or combinations thereof by friction or ultrasonic or high-frequency electrical means, i.e. by friction or ultrasonic or induction welding
    • B65B51/225—Applying or generating heat or pressure or combinations thereof by friction or ultrasonic or high-frequency electrical means, i.e. by friction or ultrasonic or induction welding by ultrasonic welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81431—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single cavity, e.g. a groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8145—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the constructional aspects of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/84—Specific machine types or machines suitable for specific applications
    • B29C66/849—Packaging machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • B29C66/431—Joining the articles to themselves
    • B29C66/4312—Joining the articles to themselves for making flat seams in tubular or hollow articles, e.g. transversal seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/723—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined being multi-layered
    • B29C66/7232—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined being multi-layered comprising a non-plastics layer
    • B29C66/72327—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined being multi-layered comprising a non-plastics layer consisting of natural products or their composites, not provided for in B29C66/72321 - B29C66/72324
    • B29C66/72328—Paper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B29C66/73921—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic characterised by the materials of both parts being thermoplastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/712—Containers; Packaging elements or accessories, Packages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Closing Of Containers (AREA)
  • Package Closures (AREA)

Abstract

本发明涉及超声波焊接装置(1)，其包括具有长形超声波发生器头(4)的超声波发生器(2)，在所述超声波发生器头上形成有沿超声波发生器头(4)的纵向定向的长形焊接面(5)。所述装置(1)还包括至少两个换能器(11)用于激励超声波发生器(2)沿工作方向(B)超声振动，其中所述工作方向(B)优选基本垂直于超声波发生器头(14)的纵向(A)取向。最后，所述装置(1)包括作为反应物质的反应体(3)，其中所述至少两个换能器(11)布置在超声波发生器(2)和反应体(3)之间。

Description

超声波焊接装置
技术领域
本发明涉及超声波焊接装置。
背景技术
通常，超声波焊接装置具有换能器及超声波发生器。所述换能器将由发生器产生的电振荡例如借助压电材料转化为机械运动。这样产生的机械振动被导入超声波发生器，其被激励以尽可能以本征模式振动。为了将振动施加于焊接材料，超声波发生器通常在超声波发生器头上具有焊接面。此外，可设有放大器，其放大焊接面上的振动振幅。在此，放大器例如可通过超声波发生器或超声波发生器头的特定几何构型来获得。
这样的装置尤其用于包装设备，在包装设备中包括例如由纸和热塑性材料构成的层压片的包装材料被成形为例如容器，该容器在灌装之后被封口。通常，容器具有长方体、平行六面体或四面体的外形并被灌装流体如果汁或牛奶。容器通常由包装材料的连续带材形成并在灌装后被封口且分断开。通常，热焊接法被用于容器的成形和封口。虽然根据包装材料的不同能以不同的方式引入热能(例如若包装材料包括传导层如铝箔，但感应引入热量)，但事实表明尤其能多种多样地利用引入超声波振动以加热焊接区内的层压品。
然而，根据容器的形状，需要相对长的焊缝。为了实现均匀的焊接和/或封口，超声波振动须尽可能均匀地被引入到整个焊接区范围。
为此，例如EP615907A1所述的已知装置具有多个并列布置的、带有长形焊接面的超声波发生器。每个超声波发生器分别被一个换能器激励，换能器布置在超声波发生器的背面上。每个换能器作为反应物质承载平衡重量。为了总体提供具有半波长的超声波发生器，在换能器中，多个反应体设置在超声波发生器的背面。由于各超声波发生器并列布置，故焊接面在从一个超声波发生器至相邻超声波发生器的过渡处被断开。借助这种布置产生的焊缝尤其在薄材料如箔焊接情况下因此可同样在该位置处是断开的。焊缝的这些间隙例如导致尤其在液体包装中的不期望有的泄漏。
因此，WO2011/117119A1提议一种一体成型的长形超声波发生器，其借助在其整个长度上分散布置的三个换能器被激励。所述超声波发生器的均匀激励是主要的，因为非均匀的机械负载可导致过早的材料疲劳和损伤。WO2011/117119A1中的换能器均布置在形成于所述超声波发生器的背面的凹处中，所述凹处基本完全封装设于其中的换能器。超声波发生器具有垂直于纵向穿透的缝隙，缝隙为了更均匀的焊接效果减少不期望的振动模式。虽然该超声波发生器提供令人满意的焊接效果，但其制造复杂且成本高昂。此外，所述超声波发生器具有相对复杂且占地很大的结构。
发明内容
因此，本发明的任务是克服现有技术的缺点。特别是，本发明的任务是在结构紧凑情况下提供一种制造成本低廉且制造简单的超声波焊接装置，其尤其在具有超声波发生器具有长形结构情况下确保均匀焊接。此外，还确保对焊接材料的高效能量输入。
所述任务通过本发明的特征完成。本发明涉及超声波焊接装置，其包括具有长形超声波发生器头的超声波发生器、至少两个换能器和作为反应物质的反应体，其中在超声波发生器头上形成有沿超声波发生器头纵向定向的长形焊接面，所述至少两个换能器用于在工作方向上的超声波发生器的超声波振动的激励，其中所述工作方向优选基本垂直于超声波发生器头纵向取向。所述装置的特征在于，所述至少两个换能器布置在超声波发生器和反应体之间。特别是，所述超声波发生器和反应体在工作方向上前后布置，此时换能器位于两者之间。
用作反应物质的反应体优选以与所述超声波发生器分开的独立构件形式构成。反应体和超声波发生器均优选一体地以连续构件形式构成。由于仅设有用于所述至少两个换能器和超声波发生器的反应物质的单个反应体，故该装置可具有尤其简单的结构。此外，通过反应体提供附加接合，借助该接合，可有针对性地优化所述装置的振动特性以利于焊接面均匀振动。尤其通过反应体的有针对性的设计，可相对简单地附加补偿不期望有的超声波发生器振动特性。
由于所述换能器布置在反应体和超声波发生器之间，故反应体可同时用作换能器的平衡重量，还用作超声波发生器的反应物质。由于所述构件例如在工作方向上可堆叠布置(换能器在超声波发生器和反应体之间)，故所述布置当然还对应于由工作方向限定的方向。
所述超声波发生器头可以已知方式例如呈刀片形构成，并且在垂直于纵向的横截面中至少部分沿凹形弯曲的曲线朝向背面离开焊接面。所述曲线此时例如由圆形部分、指数函数或悬索曲线限定。超声波发生器头能以已知方式在横向上被沿工作方向定向的缝隙断开，以补偿或消除不期望的例如垂直于工作方向的振动模式。
显然，根据超声波发生器头长度，可设有多个换能器。优选所述换能器此时布置在反应体和超声波发生器之间。然而原则上也可想到如下装置，在此，一个反应体对应于一组至少两个换能器。
优选所述超声波发生器具有基本连续的尤其是平面的背面，背面在工作方向上与焊接面对置并且所述至少两个换能器抵靠其上。由于根据本发明在所述超声波发生器和反应体之间布置有至少两个换能器，故在超声波发生器的背面上不必有用作反应体和/或构造用于接纳换能器的任何结构。当然，根据需要，可以形成如细小的凹槽用于安置所述换能器。尽管原则上这使在制造上更加复杂，但根据需要仍然可在必要时加以考虑。但是，超声波发生器的背面最好被构造为基本连续的平面。应明白，所述基本连续的背面在局部位置例如被螺纹孔和/或凹部断开以减小质量。
同样，优选所述反应体在超声波发生器侧具有尤其是平面的接触面，至少两个换能器抵靠所述接触面。所述反应体和/或超声波发生器可这样构造，各构件没有朝向各个其它构件伸出超过所述接触面或背面的结构。显然，在所述接触面上可设有细小凹部或其它结构。例如，或许可以形成例如细小凹槽用于布置换能器。尽管原则上这在制造上更复杂，但根据需要仍然可在必要时加以考虑。
所述反应体的接触面和超声波发生器的背面最好基本相互平行地取向。通过这种方式，例如能将例如基本呈圆柱形构成的换能器以简单构造的平行平面的端面一方面布置在背面，且另一方面布置在接触面上。无需特殊构成所述换能器。所述换能器可直接抵靠在各面上或通过接触元件如接触片或接触圆盘抵靠。所述接触元件此时可以是换能器的一部分或者布置在换能器和相应面之间的单独构件。
此外，所述至少两个换能器可被夹在反应体和超声波发生器之间。因此，所述反应体、至少两个换能器和超声波发生器形成在结构简单地制造的堆叠组件。在例如将反应体相应地与超声波发生器螺纹连接时，可通过夹紧作用简单建立反应体和超声波发生器与换能器的最佳的机械接触以及热接触。因此，一方面可使所述换能器的机械振动被最佳引入超声波发生器。另一方面可将所述换能器中产生的热通过超声波发生器和/或反应体最佳散失。
优选所述至少两个换能器中的每个换能器被配属有螺钉，借助所述螺钉，尤其通过穿过各换能器的通孔地将反应体与超声波发生器拧螺纹连接。借此，能简单确保与换能器工作方向相关居中的最佳的夹紧作用。
所述反应体最好呈长形尤其条状物构成，并且以其纵向平行于超声波发生器头纵向来取向。通过这种方式，反应体与超声波发生器最佳匹配并且紧凑构成。所述反应体的纵向设定尺寸最好基本对应于超声波发生器头的相应设定尺寸。
所述至少两个换能器优选在超声波发生器头纵向上前后布置。以这种方式，由所述换能器引入的振动被最佳分配给长形超声波发生器。在多于两个的换能器情况下，相邻的换能器优选均具有恒定的相互间距离。原则上也可想到，在多个换能器情况下，所述多个换能器相互以例如平行两行的形式布置或以例如利于振动的形式。通常，基于超声波发生器头的长形构造，优选纵向成行布置。
反应体可在至少两个换能器之间的区域中尤其基本垂直于工作方向和纵向地具有收缩部。在多个换能器的情况下，反应体可在每对相邻的换能器之间具有相应的收缩部。由于该收缩部，可节省材料且优化振动特性。所述收缩部最好在垂直于工作方向和纵向的方向上是对称的。
为此，尤其在装置有多于两个换能器的情况下，反应体在两个沿纵向相邻的换能器之间的区域内还具有缝隙，该缝隙尤其朝向超声波发生器敞开且优选沿工作方向定向。所述缝隙优选地沿横向于纵向的方向完全穿透所述反应体。所述缝隙形成反应体的另一收缩部，借此可使反应体的振动特性适应要求。
优选在两个沿纵向相邻的换能器之间的每个区域中形成缝隙。所述缝隙在此可如上所述地构成，尤其朝向超声波发生器敞开且优选沿工作方向定向。但在偶数个换能器情况下，可在中间的一对换能器中取消缝隙。
距所述反应体的纵向中心更远的缝隙最好具有更大的深度。因此，所述缝隙越靠近反应体的纵向端部布置，其深度递增。通过这种方式，可有针对性地尤其朝向所述纵向端影响所述反应体的振动特性。
总体上，所述装置可关于一个垂直于所述超声波发生器头纵向的平面基本镜像对称地构造。此时可以存在微小的非对称性，例如用于换能器的单侧连接。因此，所述对称平面显示为这样的平面，其垂直于所述纵向并经过所述超声波发生器和反应体的纵向中心。
所述至少两个换能器中的每个换能器优选包括至少一个压电陶瓷片，优选是包括多个压电陶瓷片的叠片组。所述陶瓷片通常呈圆形，从而在多片堆叠中形成基本为圆柱形的叠片组。原则上还可使用基于其它电致伸缩材料和/或磁致伸缩材料的任何其它换能器。
所述换能器可各包括例如呈接触片形式的接触元件。所述接触元件尤其形成在用于使超声波发生器与换能器接触的接触区域和/或用于接触反应体的接触区域。所述接触片可包含例如金属如铝。所述接触元件还可构造为独立构件并布置在换能器和超声波发生器之间和/或或许布置在换能器和反应体之间。通过所述接触元件确保换能器与超声波发生器的最佳热接触和机械接触。
可设有偶数个换能器，尤其是两个、四个或六个。当然，根据需要也可采用具有奇数个换能器的实施方式。
所述超声波发生器最好在所述装置按规定运行期间沿工作方向形成约四分之一波长。所述超声波发生器通常如此作为共振器构成，即其谐振频率与由所用发生器提供的频率基本一致。此外，优选激励尽可能强烈的且还因而通常尤其稳定的、能量有利的本征振动。
优选当装置以预设方式运行时该装置沿工作方向形成大约半波长。尤其在该装置以半波长形式构成时，超声波发生器头和反应体作为共振器的自由端相对于节面对等偏转。在所述节面中，振幅基本消失。以这种方式，尤其在具有约四分之一波长的超声波发生器中，所述装置的节面在以预设方式关于工作方向运行时位于超声波发生器的在其背面的端部区域中。
在所述节面的区域中，所述超声波发生器和或许整个装置可被紧固于固定不动的保持结构上，因此在那里不发生或几乎不发生振动。因此，优选在所述超声波发生器上形成外侧环绕的保持檐，其布置在垂直于工作方向的位于背面的平面中，并且在所述装置以预设方式运行时位于所述节面中。显然，为此，所述装置的组成部件相应构造并且相互匹配。
本发明还涉及包装设备，其包括根据本发明的超声波焊接装置。所述装置优选安装在所述包装设备的超声波发生器的保持檐上。
附图说明
以下将根据示例性实施例的附图来描述本发明，附图示意性示出：
图1为根据本发明的超声波焊接装置的外斜视图；
图2为图1的视图的分解图；
图3为本发明装置的纵向外侧视图，连同示意性示出的振幅特性曲线。
具体实施方式
图1示出根据本发明的超声波焊接装置1的外斜视图。装置1包括超声波发生器2和反应体3。超声波发生器2呈长形且限定出纵向A。超声波发生器2被设计用于沿工作方向B产生纵向超声波振动，工作方向B垂直于A定向。图2示出图1的视图的分解图。以下一起说明图1和图2。
超声波发生器2具有呈刀片形的长形超声波发生器头4。超声波发生器头4沿A定向且基本在超声波发生器2的整个长度上延伸。“刀片形”是指沿方向A基本呈棱柱形形状，其在垂直于A的横截面中沿工作方向B至少部分从基底区域6朝向超声波发生器2的工作区域7逐渐变窄。所述逐渐变窄的横截面最好至少部分由沿工作方向B朝工作区域7汇聚的凹形曲线限定。在这种情况下，超声波发生器头4在工作区域7具有在横截面中基本平行的凸缘(对此见例如图3)。
超声波发生器头4在工作区域7沿工作方向B由焊接面5限定。焊接面5具有细长矩形的形状且垂直于工作方向B、以其纵向平行于A定向。焊接面5形成超声波发生器2的工作区域侧的终端。换言之，超声波发生器2不具有沿方向B伸出超过焊接面5的元件或结构。在焊接面5上沿A形成纵槽，其为刀具如包装设备(未示出)提供嵌接区，借助嵌接区，焊料在焊接过程之后可在焊缝处被断开。
超声波发生器2且尤其是超声波发生器头4沿A的横向被沿B定向的缝隙21断开。缝隙21用于补偿不期望的横向于工作方向B的振动模式。沿纵向A居中构造的缝隙被设计成短于其它缝隙21。每个缝隙21定位成沿纵向A位于换能器11的位置之间(见下文)。
在基底区域6中形成有超声波发生器2的背面8，背面8由基本连续的平面形成。背面8在适当位置具有凹部9、通孔和/或螺纹孔10。背面8垂直于工作方向B定向，因此平行于焊接面5。背面8沿工作方向B形成超声波发生器2的基底区域侧的终端，就是说，超声波发生器2不具有沿方向B伸出超过背面8的任何元件或结构。
在基底区域6，在超声波发生器2的背面8设有外侧完全环绕的保持檐23。保持檐23被构造成条形凸出部且在垂直于B的平面内延伸。装置1的组成部件如此确定尺寸并为了预设运行而相互协调，即在预设运行中激励的振动的节面与保持檐23的平面重合。通过这种方式确保保持檐23基本不发生振动，因此，装置1可在保持檐23处被安装在例如包装设备的固定结构上。
根据本发明，超声波振动在背面8被引入超声波发生器2。为此，所述装置包括六个超声波换能器11，它们布置在超声波发生器2的背面8上。每个换能器11包括由圆形压电陶瓷片(未示出)形成的叠片组，在所述压电陶瓷片之间设有用于通过发生器(未示出)激励的导电金属层。因此，每个换能器11具有基本呈圆柱形的外形，其中换能器11的首要工作方向与其圆柱体轴线重合。换能器11的端面此时分别构成相互面平行的接合面。此外，在换能器11中形成沿其纵向穿过的通孔。所述通孔用作螺钉14的通道，反应体3借助该通道被拧紧至超声波发生器2。
换能器11以其纵向即其首要工作方向平行于工作方向B地分别通过铝制接触片13布置在背面8上。接触片13同样呈圆形构成并具有中心通道并且平行于背面8与换能器11稍微重叠。通过接触片13确保换能器11与超声波发生器2的最佳热接触和机械接触。
每个换能器11对应于超声波发生器2的其中一个螺纹孔10。螺纹孔10呈盲孔状并沿工作方向B定向。螺纹孔10被构造成沿方向A被均匀间隔开且横向于A居中地设置在超声波发生器2的背面8上。换能器11以及接触片13的通道与螺纹孔10对准，从而螺钉14可经所述通道伸出并被拧紧在螺纹孔10中。因此，换能器11沿纵向A前后相继布置，其中相邻的换能器11具有恒定的相互间距离。在这种情况下，换能器11沿A均匀分布在背面8上，并且在各侧基本到达背面8的边缘。
在换能器11的背向超声波发生器2的一侧设有反应体3。反应体3呈长形条状物并以其纵向平行于A定向。反应体3这样确定尺寸，其在横向于B的每个方向上至少与所有换能器11完全重叠。反应体3的面向超声波发生器2的一侧被构造为尽量连续的平面接触面15。接触面15平行于背面8定向且支承在所有换能器11的与超声波发生器2背对的端面上。
反应体3具有与螺纹孔10对准的通道16，螺丝14经由所述通道伸出。在每个通道16处，在背向超声波发生器2的一侧形成有凹部17，在凹部中设有螺钉14的螺钉头，所述螺钉头支承在反应体3上。接触面15和反应体3的背对超声波发生器2的侧面是面平行构成的。
反应体3通过螺钉14被固定在超声波发生器2上。此时，换能器11被牢固夹紧在超声波发生器2的背面8和反应体3的接触面15之间。因为螺钉14居中穿出换能器11的通道，故换能器11一方面不可横向于B移动地被固定且另一方面通过接触片13被最佳压紧到背面8且直接压紧到接触面15。因此，一方面确保在换能器11和超声波发生器2之间的以及另一方面确保在换能器11和反应体3之间的最佳热接触和机械接触。
反应体3在换能器11之间的区域内沿横向于A和B的方向具有收缩部18，其限定出用于换能器11的接触区域19。收缩部18如此构成，即接触区域19基本呈圆形且沿垂直于B的每个方向与换能器11稍微重叠。因此，反应体3在沿B的俯视图中具有相互成行的圆形区段19的设计，圆形区段19在收缩部18的位置处通过连桥20相互连接。
在一些连桥20中形成沿B定向的缝隙22，它们沿横向于A的方向完全穿过反应体3。此外，缝隙22在接触面15处朝向超声波发生器2敞开。在两个中央换能器11之间的连桥20上没有缝隙。在相邻的连桥20上形成具有沿方向B的第一深度的缝隙22。最接近反应体3的纵向末端的连桥20具有其在B方向上有更大的第二深度的缝隙22。通过这种方式实现了反应体3具有沿其纵向可变的振动特征，以补偿例如不期望的振动模式。根据要求或根据超声波发生器或所述装置其它组成部件的构型，连桥的缝隙也能以其它不同的方式构造。
图3示出装置1的沿方向A的外观视图，在此示意性示出振幅C随在预设运行期间激励的振动的沿B的位置变化的特性。在超声波发生器2的工作区域7中在焊接面5处的位置I有最大振幅。所述节面在位置II处，在节面上振幅基本消失。在位置III处，在反应体3的背向超声波发生器2的一侧，反应体3同样有最大振幅。因此，从焊接面5到应位于该节面的保持檐23的距离为在预设运行期间激励的振动的四分之一波长。超声波发生器2相应构造成与期望的工作频率相匹配，例如关于材料、形状、尺寸等。类似情况适用于其它组成部件如换能器11和反应体3。因此，装置1总体形成具有在预设运行期间激励的振动的一半波长的共振器。

Claims (21)

1.一种超声波焊接装置(1)，包括：
-超声波发生器(2)，其具有长形超声波发生器头(4)，在所述超声波发生器头(4)上形成有沿超声波发生器头(4)的纵向定向的长形焊接面(5)，
-至少两个换能器(11)，其用于沿工作方向(B)激励所述超声波发生器(2)的超声波振动，
-作为反应物质的反应体(3)，
其特征在于，所述至少两个换能器(11)布置在所述超声波发生器(2)和所述反应体(3)之间。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述超声波发生器(2)具有基本连续的背面(8)，所述背面在所述工作方向(B)上与所述焊接面(5)对置并且所述至少两个换能器(11)抵靠所述背面。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述反应体(3)在超声波发生器侧具有接触面(15)，所述至少两个换能器(11)抵靠所述接触面。
4.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，所述反应体(3)的接触面(15)和所述超声波发生器(2)的背面(8)基本平行取向。
5.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述至少两个换能器(11)被夹紧在所述反应体(3)和所述超声波发生器(2)之间。
6.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述至少两个换能器(11)中的每个换能器配属有螺钉，该反应体(3)借助所述螺钉被拧紧连接至所述超声波发生器(2)。
7.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述反应体(3)呈长形，并且以其纵向平行于所述超声波发生器头(4)的纵向(A)取向。
8.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述至少两个换能器(11)在所述超声波发生器头(4)的纵向(A)上前后布置。
9.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述反应体(3)在所述至少两个换能器(11)之间的区域中具有收缩部(18)。
10.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其具有多于两个的换能器(11)，其特征在于，所述反应体(3)在沿所述纵向(A)相邻的两个换能器(11)之间的区域中具有缝隙(22)。
11.根据权利要求10所述的装置(1)，其特征在于，在两个沿纵向(A)相邻的换能器(11)之间的每个区域中形成有缝隙(22)。
12.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述超声波发生器(2)关于一个垂直于所述超声波发生器头(4)的纵向的平面基本呈镜像对称地构成。
13.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述至少两个换能器(11)中的每个换能器包括至少一个压电陶瓷片。
14.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，设有偶数个换能器(11)。
15.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，当所述装置(1)运行时，所述超声波发生器(2)沿所述工作方向(B)形成四分之一波长。
16.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，当所述装置运行时，所述装置(1)在所述工作方向(B)上形成半波长。
17.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，在所述超声波发生器(2)上形成外侧环绕的保持檐(23)，所述保持檐布置在垂直于所述工作方向(B)的所述背面(8)处的平面中，并且当所述装置(1)运行时，所述保持檐(23)位于节面中。
18.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述工作方向(B)基本垂直于所述超声波发生器头(4)的纵向(A)取向。
19.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述超声波发生器(2)和反应体(3)在工作方向(B)上前后布置，此时换能器(11)位于两者之间。
20.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，仅设有单个反应体(3)，其构造为与所述超声波发生器(2)分开的独立构件并且用作所述至少两个换能器(11)和超声波发生器(2)的反应物质。
21.一种具有根据权利要求1至20之一所述的超声波焊接装置(1)的包装设备。
CN201480020349.XA 2013-04-09 2014-03-17 超声波焊接装置 Expired - Fee Related CN105163926B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20130162831 EP2789450A1 (de) 2013-04-09 2013-04-09 Vorrichtung zum Verschweissen mittels Ultraschall
EP13162831.5 2013-04-09
PCT/EP2014/055288 WO2014166702A1 (de) 2013-04-09 2014-03-17 Vorrichtung zum verschweissen mittels ultraschall

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105163926A CN105163926A (zh) 2015-12-16
CN105163926B true CN105163926B (zh) 2017-09-12

Family

ID=48082979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480020349.XA Expired - Fee Related CN105163926B (zh) 2013-04-09 2014-03-17 超声波焊接装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9950823B2 (zh)
EP (2) EP2789450A1 (zh)
JP (1) JP6364475B2 (zh)
CN (1) CN105163926B (zh)
WO (1) WO2014166702A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3205478A1 (en) * 2016-02-10 2017-08-16 Ilapak Italia S.p.A. Ultrasound welding device, in particular for welding flexible packages, optionally made of a plastic material and machine for packaging food products provided with such an ultrasound welding device
DE102016116429A1 (de) 2016-09-02 2018-03-08 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Ultraschallschwingsystem mit Mantelflächenhalterung
JP6897035B2 (ja) * 2016-09-13 2021-06-30 凸版印刷株式会社 アンビル及び超音波シール装置
US10052714B2 (en) 2016-10-14 2018-08-21 Sonics & Materials, Inc. Ultrasonic welding device with dual converters
US10913211B2 (en) 2017-05-30 2021-02-09 Campbell Soup Company High rate ultrasonic sealer
DE102018108979A1 (de) * 2018-04-16 2019-10-17 Branson Ultraschall Niederlassung Der Emerson Technologies Gmbh & Co. Ohg Vibrationsschweißvorrichtung, Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei länglichen Bauteilen mittels Vibrationsschweißen sowie ein Herstellungsverfahren für die Vibrationsschweißvorrichtung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1093330A (zh) * 1993-03-19 1994-10-12 利乐拉瓦尔集团及财务有限公司 超声密封设备
CN101396866A (zh) * 2008-11-12 2009-04-01 大连理工大学 应用于聚合物微器件联接的吸附式超声波工具头

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1427629A1 (de) 1961-02-01 1969-06-19 Ransburg Electro Coating Corp Zerstaeuber zur Verwendung in einer elektrostatischen Zerstaeubungsanlage zum UEberziehen von Gegenstaenden
DE1427329A1 (de) * 1962-09-29 1969-01-16 Lehfeldt & Co Gmbh Dr Verfahren,eine Ultraschall-Schweissverbindung zu erzielen
US4764907A (en) 1986-04-30 1988-08-16 Allied Corporation Underwater transducer
DE29503122U1 (de) * 1995-02-24 1995-04-27 Sonotronic Nagel Gmbh Sonotrode
SE9502226L (sv) * 1995-06-19 1996-12-20 Tetra Laval Holdings & Finance Anordning vid en drivenhet för en ultraljudsförseglingsenhet
DE69926758T2 (de) * 1998-03-23 2006-03-30 Shikoku Kakoki Co., Ltd. Ultraschall-siegler
JP4316053B2 (ja) * 1999-07-05 2009-08-19 四国化工機株式会社 超音波シール装置
JP4282179B2 (ja) * 1999-09-30 2009-06-17 四国化工機株式会社 超音波シール装置
JP4603122B2 (ja) * 2000-02-23 2010-12-22 四国化工機株式会社 超音波シール装置
DE102005038344A1 (de) * 2005-08-13 2007-02-15 Tetra Laval Holdings & Finance S.A. Vorrichtung zum Ultraschallbearbeiten von Werkstücken
US7718022B2 (en) * 2008-05-15 2010-05-18 3M Innovative Properties Company Resonant nodal mount for linear ultrasonic horns
EP2368694A1 (en) 2010-03-22 2011-09-28 Tetra Laval Holdings & Finance S.A. Sonotrode
US8591679B1 (en) * 2011-12-13 2013-11-26 Rinco Ultrasonics USA, Inc. Retrofit of a form-fill-seal machine heat station with an advanced ultrasonic welding kit
US8689850B2 (en) * 2010-10-26 2014-04-08 Rinco Ultrasonics, Inc. Pedestal mounted ultrasonic welding device
US9545751B2 (en) * 2010-10-26 2017-01-17 Rinco Ultrasonics USA, Inc. Pedestal-mounted ultrasonic welding device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1093330A (zh) * 1993-03-19 1994-10-12 利乐拉瓦尔集团及财务有限公司 超声密封设备
CN101396866A (zh) * 2008-11-12 2009-04-01 大连理工大学 应用于聚合物微器件联接的吸附式超声波工具头

Also Published As

Publication number Publication date
CN105163926A (zh) 2015-12-16
US20160052658A1 (en) 2016-02-25
JP6364475B2 (ja) 2018-07-25
JP2016522123A (ja) 2016-07-28
EP2789450A1 (de) 2014-10-15
EP2983891B1 (de) 2017-05-24
EP2983891A1 (de) 2016-02-17
US9950823B2 (en) 2018-04-24
WO2014166702A1 (de) 2014-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105163926B (zh) 超声波焊接装置
CN107921482B (zh) 超声振动传输机构的保持结构
JP6461827B2 (ja) ソノトロード
US20070080609A1 (en) Low loss ultrasound transducers
CN102802920A (zh) 超声波发生器
KR101152231B1 (ko) 압전 소자 및 이를 이용한 압전 스피커
US9925760B2 (en) Printing head having printing blade with disruptions and a vibration unit
CN103858442A (zh) 超声波发生装置
CN101778690A (zh) 超声接合方法和刀头平坦端面设置有平直凹槽的装置
JP6945223B2 (ja) 接合用共振器又は接合用受け治具
JP7349765B2 (ja) 超音波ホーン及びボンディング装置
CN110114909A (zh) 间隔件的超声波熔接方法
JP3244664B2 (ja) 超音波振動接合装置
CN106217851A (zh) 新型超声焊接装置
CN109382580A (zh) 超声波接合夹具、超声波接合方法和接合结构
JP2017524532A (ja) 広帯域幅の大表面積の超音波ブロックホーン
JP6589154B2 (ja) チューブ容器端部の超音波シール装置及び超音波シール方法
CN209205721U (zh) 一种压电振子结构
JP2014172083A (ja) ブースタホーン及びブースタホーンを用いた超音波溶着装置
JP7054912B2 (ja) 超音波振動又は音波振動による接合方法
CN108248052B (zh) 匹配焊件形状的超声波底模结构及操作方法
CN115817931A (zh) 超声波密封装置和灌装设备
CN109127342A (zh) 压电振子结构
JP2004268091A (ja) 超音波振動接合方法
JP5390144B2 (ja) 超音波複合振動装置用溶接チップ、及び超音波複合振動接合による接合体

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170912

Termination date: 20210317

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee