CN109641239B - 具有安装在侧表面上的幅值变换器的超声振动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声振动系统(1)，包括超声焊极，该超声焊极具有两个超声焊极端面(8、8')和将所述超声焊极端面(8、8')相互连接的周向的侧表面。超声焊极具有细长的芯部元件(2)和至少一个翼部元件(3、4)，每个芯部元件(2)和翼部元件(3、4)从一个超声焊极端面(8)纵向延伸到另一个超声焊极端面(8')。翼部元件(3、4)具有密封表面(7)，该密封表面设计为与材料相接触用于对该材料进行处理，并且该密封表面经由纵向间隔的多个连接部分(5、6)连接到芯部元件(2)。超声振动系统还包括变换器(9)，其可选地经由幅值变换器(11)连接到超声焊极。根据本发明，转换器(9)或幅值变换器(11)连接到超声焊极的侧表面。

Description

具有安装在侧表面上的幅值变换器的超声振动系统
技术领域
本发明涉及一种超声振动系统，具有超声焊极，该超声焊极具有两个超声焊极端面和将两个超声焊极端面相互连接的周向的侧表面，其中，该超声焊极具有细长的芯部元件和至少一个翼部元件，其中，芯部元件和翼部元件各自从一个超声焊极端面延伸到另一个超声焊极端面，其中，翼部元件具有密封表面，该密封表面设置为用于与材料接触以对其进行处理，并且该密封表面经由沿芯部元件的纵向方向彼此间隔开的多个连接部分连接到芯部元件。
背景技术
从EP 2 353 737 B1已知这样的超声振动系统。
这类超声焊极的特征是，细长的密封表面在平面内进行振动(面内振动)，这对于某些应用场合是有利的。
大部分其它已知的超声焊极构造为：它们能由纵向振动激励，由此沿它们纵向轴线的方向形成驻波。然后，密封表面以最大值振动并且沿待处理的材料的方向进行纵向振动。基本上，超声焊极沿待处理的材料的方向以超声波的频率移动并且又返回，且因此“锤击”在材料上。
相反，在开始部分提到的超声焊极的情形中，面内振动被施加在密封表面上，由此密封表面在待处理的材料上往复运动，并且产生摩擦焊接。
EP 2 353 737 B1所基于的构思是，用一种弯曲振动对超声焊极进行激励，使得芯部元件和翼部元件相对于彼此沿相反的方向运动。
在此，芯部元件被激励，并且由于翼部元件的经由多个连接部分的连接，这导致了位于翼部元件上的密封表面沿相反方向的运动。
在EP 2 353 737 B1中，芯部元件由相对于芯部元件的纵向中心轴线对称布置的转换器激励。
如从EP 2 353 737的附图中可见的，然而密封表面的边缘区域特别示出了附加的振动部分，其垂直于密封表面行进。
此外，常常存在用户特定的、空间相关的要求，其无法由EP 2 353 737 B1中所示的激励元件满足，因为已经是无论如何都非常长的超声焊极，在纵向方向上由转换器进一步增大。
出版物US 3,939,033 A、EP 2 743 060 A1、US 6,605,178 B1、US 2013/213580A1以及DE 10 2009 026 952 A1示出了这样的超声振动系统，该超声振动系统不执行面内振动，而是该超声振动系统然而是通过纵向振动引起的。
发明内容
因此，本发明的目的是避免或至少减少上述缺点。
根据本发明，该目的由根据权利要求1的超声振动系统实现。
由于幅值变换器或转换器不再作用在超声焊极的端面上而是在侧表面上，超声振动系统的总长度可以减小。
在一优选实施例中，设置密封表面位于超声焊极的侧表面上。
在本发明的一优选实施例中，设置转换器或幅值变换器连接到翼部元件或芯部元件。如在开始已经描述的，超声焊极被激励，使得芯部元件和翼部元件进行沿相反方向的振动。因此振动在芯部元件上和在翼部元件上是最大的，而在连接两个元件的那些连接部分上的振动幅度是较小的。由于幅值变换器或转换器作用在芯部元件上或翼部元件上，确保了在振动被从转换器或幅值变换器传递到超声焊极时，能量损失最小化。
在另一优选实施例中，设置转换器或幅值变换器在一区域中连接到超声焊极，该区域设置为离一个超声焊极端面比离另一个超声焊极端面更近。
这一非对称布置具有这样的优点：幅值变换器和转换器可以设置为与超声焊极相邻，而不增加超声焊极的总长度。
在另一优选实施例中，设置转换器经由幅值变换器连接到超声焊极，其中，幅值变换器具有幅值变换器芯部元件和至少一个幅值变换器翼部元件，其中，幅值变换器翼部元件和幅值变换器芯部元件经由至少两个连接部分相互连接。幅值变换器翼部元件特别优选地固定在超声焊极上，由此，幅值变换器翼部元件的振动被传递到超声焊极。
基本上，幅值变换器本身由超声焊极构成，超声焊极由经由连接部分相互连接的芯部元件和翼部元件构成。
在另一优选实施例中，两个翼部元件和芯部元件位于一个平面中。
该实施例是对称的，这导致了翼部元件上均匀的激励振动。此外，该实施例提供了这样的可能性：幅值变换器作用在翼部元件上或安装件设置在翼部元件上，该翼部元件并非设置为用于对材料进行处理。
在另一优选实施例中，设置至少一个超声焊极端面具有倒角，其中，倒角设置在超声焊极端面与密封表面之间的边缘处。
该倒角导致密封表面的缩短，导致了在振动期间、在边缘处密封表面的上述变形的减小。
在另一优选实施例中，设置连接部分由在侧表面中引入的通孔形成，使得连接部分设置在两个相邻的通孔之间，其中，优选地，通孔是细长的，并且其纵向方向从芯部元件延伸到翼部元件。
在一特别优选的实施例中，通孔具有沿翼部元件的方向增大的宽度。
芯部元件和翼部元件两者具有长度、宽度和厚度。在此，长度沿纵向方向、即从一个端面到另一个端面测得。宽度在由芯部元件和翼部元件形成的平面中行进，而厚度垂直于长度和宽度行进。
在一优选实施例中，设置翼部元件的厚度小于芯部元件的厚度，其中，优选地，翼部元件的厚度小于芯部元件的厚度的75％，并且特别优选地小于厚度的50-60％。
替代地或组合地，在一优选实施例中，设置翼部元件的宽度bF小于芯部元件的宽度bK，其中，优选地，翼部元件的宽度小于芯部元件的宽度的50％，并且特别优选地小于宽度的35％。
已示出的是，可由此增加翼部元件的密封表面的运动。
在另一优选实施例中，设置翼部元件经由至少六块并且最多九块连接部分连接到芯部元件。多个测试能够展示，在具有少于六块连接部分的实施例的情形中，翼部元件垂直于密封表面的振动的占比变得显著地更大。在具有多于九块连接部分的实施例的情形中，振动模态的个数显著增大，使得难以仅对所期望的弯曲振动进行激励。
附图说明
参照对两个实施例的以下描述和附图，本发明的其它优点、特征和可能的应用场合变得清楚。附图中示出：
图1是根据本发明的超声振动单元的第一实施例的俯视图，
图2是图2的实施例的立体图，
图3是图1的实施例的侧视图，
图4是本发明的第二实施例的俯视图，以及
图5是图4的实施例的立体图。
具体实施方式
图1示出超声振动系统1的第一实施例。图2示出该实施例的立体图，而图3中示出侧视图。
超声振动系统1包括超声焊极，该超声焊极又包括芯部元件2和两个翼部元件3、4。翼部元件3、4经由对应的连接部分5、6连接到芯部元件2。芯部元件2和翼部元件3、4两者都沿纵向方向L延伸。
从图2中可以看出，芯部元件2具有比两个翼部元件3、4更大的厚度(沿方向D)。同样，芯部元件2的宽度bk(沿方向B)大于翼部元件的宽度bF。芯部元件2设计成细长的，并且与翼部元件3、4和连接部分5、6一起具有两个端面，它们经由周向的侧表面相互连接。从图1中可清楚地看出侧表面，而图3示出从上方观察两个端面8、8'中的一个的视图。超声焊极的端面8、8'具有两个斜表面8'。
翼部元件3具有密封表面7，其设置为与待处理的材料相接触。在运行中，该密封表面应执行面内振动，该面内振动尽可能地均匀，并且其方向在图2中借助双头箭头示意地示出。
为了使得密封表面7的面内振动是可能的，超声振动单元1必需被激励。在所示实施例中，芯部元件2被引起超声振动，该超声振动借助连接部分5、6传递到翼部元件、并且具体是传递到密封表面7。具有对应的压电元件10的转换器9用于激励，所述元件将交流电压转换为纵向机械超声振动。该纵向机械超声振动被传递到幅值变换器11，该幅值变换器在此具有与超声焊极类似的结构，即它包括幅值变换器芯部元件12、幅值变换器翼部元件13、14和将幅值变换器芯部元件12连接到幅值变换器翼部元件13、14的连接部分15。
由于转换器9联接到幅值变换器11，幅值变换器芯部元件12被引起面内振动，该面内振动经由连接部分15传递到幅值变换器翼部元件13、14。随着幅值变换器翼部元件14连接到超声焊极的芯部元件2，振动被传递到超声焊极，并且因此传递到密封表面7。由此，实现了超声振动单元1非常紧凑的实施方式。
为了对振动幅度的影响尽可能地少，在超声焊极的背向密封表面7的一侧上、即在翼部元件4上设有由安装条16形成的安装件和对应的柔性元件17，该安装件可牢固地连接到机座。在安装条16中可设有孔，从而将安装条16固定在机座上。在此，翼部元件4、柔性元件17和安装条16形成刚体联结。柔性元件17具有沿方向B约14mm的长度。柔性元件17由层状元件形成，其具有沿纵向方向L的尺寸明显小于沿垂直于其的两个方向B和D的尺寸。这导致了柔性元件沿纵向方向L所具有的柔性比沿垂直于其的方向的柔性大得多。该措施即使在焊接力施加在密封表面上时仍然使得能够可靠地安装超声焊极，而同时翼部元件4的面内振动由于柔性元件仅受轻微影响。
从图1中可见，所有柔性元件17至少部分地在连接部分到翼部元件4上的突出部的区域中作用在翼部元件上。突出部在图1中以虚线画出。
在所示示例中，翼部元件3经由共计九块连接部分5、6连接到芯部元件2。可以看出，端面各自沿翼部元件的方向在两侧上均具有斜表面，外连接部分6的宽度由此减小。借助该措施可改进超声焊极的振动特性。
图4和图5中示出本发明的第二实施例。在此，超声焊极以与图1至图3所示的实施例相同的方式设计。这里唯一的区别是，使用了不同的幅值变换器。这基本上包括了弯曲元件11'，该弯曲元件借助压电盘10将由转换器9产生的纵向超声振动转换为面内振动。弯曲幅值变换器11'于是再次连接到超声焊极的芯部元件2。
安装件可以如图1至图3所示的实施例中实施。然而，安装件在图4和图5中未示出。
附图标记
1 超声振动系统/超声振动单元
2 芯部元件
3 翼部元件
4 翼部元件
5 连接部分
6 连接部分
7 密封表面
8、8' 端面
9 变换器
10 压电元件
11 幅值变换器
11' 弯曲元件
12 幅值变换器芯部元件
13 幅值变换器翼部元件
14 幅值变换器翼部元件
15 连接部分
16 安装条
17 柔性元件

Claims (17)

1.一种超声振动系统(1)，具有超声焊极和转换器(9)，所述超声焊极具有两个超声焊极端面(8、8')和将所述两个超声焊极端面(8、8')相互连接的周向的侧表面，其中，所述超声焊极具有细长的芯部元件(2)和至少一个翼部元件(3、4)，其中，所述芯部元件(2)和所述翼部元件(3、4)各自从一个超声焊极端面(8、8')沿纵向方向延伸到另一个超声焊极端面(8、8')，其中，所述翼部元件(3、4)具有密封表面(7)，所述密封表面设置为与材料相接触以对其进行处理，并且所述翼部元件经由沿纵向方向彼此间隔开的多个连接部分(5、6)连接到所述芯部元件(2)，所述转换器(9)经由幅值变换器(11)连接到所述超声焊极，其特征在于，所述转换器(9)或所述幅值变换器(11)连接到所述超声焊极的所述侧表面，并且所述超声焊极包括两个翼部元件(3、4)，所述两个翼部元件各自经由沿所述芯部元件(2)的纵向方向彼此间隔开的所述多个连接部分(5、6)连接到所述芯部元件(2)。
2.如权利要求1所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述转换器(9)或在所述转换器经由幅值变换器连接到所述超声焊极的情况下所述幅值变换器(11)连接到所述翼部元件(3、4)或所述芯部元件(2)。
3.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述转换器(9)或在所述转换器经由幅值变换器连接到所述超声焊极的情况下所述幅值变换器(11)在一区域中连接到所述超声焊极，所述区域设置为离一个超声焊极端面(8)比离另一个超声焊极端面(8')更近。
4.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述转换器经由幅值变换器连接到所述超声焊极，所述幅值变换器(11)具有幅值变换器芯部元件(12)和至少一个幅值变换器翼部元件(13、14)，其中，所述幅值变换器翼部元件(13、14)和所述幅值变换器芯部元件(12)经由至少两个所述连接部分(15)相互连接。
5.如权利要求4所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述幅值变换器芯部元件(12)连接到所述转换器(9)。
6.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述两个翼部元件(3、4)和所述芯部元件(2)位于一个平面中。
7.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，至少一个超声焊极端面(8、8')具有倒角，其中，所述倒角设置在所述超声焊极端面(8、8')与所述密封表面(7)之间的边缘处。
8.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述连接部分(5、6)形成在所述侧表面中引入的通孔之间。
9.如权利要求8所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述通孔是细长的，并且其纵向方向从所述芯部元件(2)延伸到所述翼部元件(3、4)。
10.如权利要求8所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述通孔具有沿所述翼部元件(3、4)的方向增大的宽度。
11.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述翼部元件(3、4)经由至少六块且至多九块连接部分(5、6)连接到所述芯部元件(2)。
12.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述翼部元件的厚度小于所述芯部元件的厚度。
13.如权利要求12所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述翼部元件的厚度小于所述芯部元件的厚度的75％。
14.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述翼部元件的宽度小于所述芯部元件的宽度。
15.如权利要求14所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述翼部元件的宽度小于所述芯部元件的宽度的50％。
16.如权利要求14所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述翼部元件的宽度小于所述芯部元件的宽度的35％。
17.如权利要求1或2所述的超声振动系统(1)，其特征在于，所述密封表面设置在所述侧表面上。
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