CN109689228B - 具有侧表面安装件的超声振动系统 - 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，超声振动系统经由连接于侧表面的安装件连接到机座。

Description

具有侧表面安装件的超声振动系统
技术领域
本发明涉及一种超声振动系统，包括超声焊极，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连接在一起的周向延伸的侧表面，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分别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，并且该密封表面通过沿芯部元件的纵向方向彼此间隔开的多个连接部分或腹板连接到芯部元件。
背景技术
从EP 2 353 737 B1已知这样的超声振动系统。
这类超声焊极的一个特点是，细长的密封表面在平面内进行振动(面内振动)，这对于某些使用情形是有利的。
大部分其它已知的超声焊极设计为：它们能由纵向振动激励，从而沿其纵向轴线的方向产生驻波。然后，密封表面以最大值振动并且沿待处理的材料的方向产生纵向振动。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。
与此相反，在本说明书的开始部分提出的超声焊极中，面内振动被施加在密封表面上，从而密封表面在待处理的材料上往复运动，并且发生摩擦焊接。
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以相反的关系运动。在这种情况下，芯部元件被激励，并且由于借助多个连接部分的翼部元件的连接，其导致了安装在翼部元件上的密封表面的相反的运动。
在EP 2 353 737 B1中，芯部元件由相对于芯部元件的纵向中心线对称布置的转换器激励。此外，超声焊极由转换器保持。该超声焊极不具有单独的安装件，使得所有的焊接力必须通过转换器承载。
如已经从EP 2 353 737 B1的附图中可见的，然而特别是密封表面的边缘区域具有附加的振动分量，其垂直于密封表面。基本上，处于激励态中的密封表面呈现“波形的”结构。借助转换器将超声焊极安装在端面上也导致当焊接力随其施加到待处理的材料时超声焊极的弯曲变形。该弯曲变形又导致密封表面无法将均匀的密封力施加到材料。然而，这对于实现均匀的焊接结果是必要的，特别是在这里使用面内振动的情况下。该超声焊极因此仅可用于这样的应用场合，其中，必需的焊接力不会太大。
US 3,939,033、EP 2 743 060 A1和US 6,605,178 B1示出了这样的焊极，其可以通过纵向振动引起，从而形成沿纵向轴线方向的驻波。在此，密封表面以最大值振动，并且沿待处理的材料的方向执行纵向振动。
此外，经常会提出用户特定的结构空间要求，这不能由EP 2 353 737 B1中所示的安装元件和激励来满足，因为在任何情况下已经制造得非常长的超声焊极通过转换器沿纵向方向制成为更大。
发明内容
因此，本发明的目的是避免或至少降低上述缺点。
根据本发明，该目的是通过根据权利要求1的超声振动系统实现的。
与EP 2 353 737 B1不同，安装件现在不再通过关于芯部元件的纵向中心线对称布置的转换器实现，而是借助接合超声焊极的侧表面的安装件实现。
由于安装件接合侧表面，发生的焊接力能被更好地承载。因此，例如，安装件和转换器或幅值变换器能够彼此独立地实施，并且因此在相互隔开的区域接合超声焊极。因此，焊接力的施加不再导致超声焊极的弯曲变形或倾斜，从而激励振动保持不受影响。
设置安装件具有材料连结的接头，该接头包括第一接头构件和第二接头构件，它们通过柔性元件连接在一起。安装件呈材料连结的接头的形式的设计导致机座从超声焊极脱离耦接，从而减少通过在机座上的安装件对超声振动系统的影响。尽管如此，振动系统仍能可靠地安装就位。
遵照“IFToMM术语标准化常设委员会(IFToMM permanent commission for thestandardization of terminology)”，术语“材料连结的接头”用于表示一种接头，其中，两个相邻的构件、具体是第一接头构件和第二接头构件以材料连结的关系连接在一起，并且通过连接部的柔性、即柔性元件使它们的相互移动成为可能。材料连结的接头也被称为刚体接头、固态弯曲接头或弹簧接头。第一和第二接头构件以及接头构件之间的连接因此一件式制成。在该情况下，连接具有一定程度的柔性，其允许变形并且因此允许第一和第二接头构件之间的相对运动。
这样的材料连结的接头制造简单且便宜。接头提供回复力，该回复力确保超声振动单元基本处于其期望位置处，在该方面中，翼部元件的面内振动同时应尽可能少地被抑制。
在本发明的优选实施例中，超声焊极具有两个翼部元件，它们通过沿芯部元件的纵向方向彼此间隔开的多个连接部分分别连接到芯部元件，其中，两个翼部元件和芯部元件优选地布置在一个平面中。
在该实施例中，超声焊极可以具有相对于芯部元件的纵向轴线对称的构造。
在该情况下，例如，翼部元件之一可以是通过柔性元件连接到机座的第一接头构件，而另一个翼部元件具有密封表面，该密封表面意在与材料相接触以对材料进行处理。
因此，在一优选实施例中设置柔性元件固定到翼部元件之一。已特别图示，柔性元件接合在翼部元件的一区域中，该区域在连接部分之一沿翼部元件的方向的假想的延长部内。
此外，如果柔性元件具有在8至25mm、最佳地是在10至15mm之间的长度则是有利的。
为了避免振动通过柔性元件传递到机座，有利的是，柔性元件的长度比连接部分的长度短。已发现，柔性元件的长度最多是在连接部分长度的60至90％之间。
也有利的是，柔性元件沿长度L的方向的宽度b柔小于连接部分的宽度bs；已发现的是，柔性元件的宽度b柔最多在连接部分宽度bs的5至90％之间、优选地在20至60％之间。
在另一优选实施例中，设置超声振动单元通过连接于侧表面的至少两个、优选地为三个材料连结的接头连接到机座。
在该布置中，有利的是所有材料连接的接头接合一个并且是同一个翼部元件。
在另一优选实施例中，设置有转换器，该转换器可选地通过幅值变换器连接到超声焊极、更具体地优选地连接到超声焊极的侧表面。
由于幅值变换器或转换器不再接合超声焊极的端面而是侧表面，超声振动系统的总长度可以进一步减小。
特别地，当转换器在离一个超声焊极端面比离另一个超声焊极端面更近的区域中连接到超声焊极时，它可以设置在超声焊极旁边而不会增加超声焊极的总长度。
在一优选实施例中，连接部分形成在侧表面中的贯通开口之间，其中，优选地，贯通开口是细长的，并且其纵向方向从芯部元件延伸到翼部元件。在该情况下，翼部元件的厚度优选地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％。此外，翼部元件的宽度小于芯部元件的宽度，其中，优选地，翼部元件的宽度小于芯部元件的宽度的30％。已发现的是，可由此增加芯部元件的密封表面的运动。
附图说明
从下文对本发明的两个实施例的描述和附图中，本发明的其它优点、特征和可能的用途将变得明显，附图中：
图1示出根据本发明的超声振动单元的第一实施例的平面图，
图2示出图2的实施例的立体图，
图3示出图1的实施例的侧视图，
图4示出本发明的第二实施例的平面图，以及
图5示出图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通过合适的连接部分5、6连接到芯部元件2。芯部元件2和翼部元件3、4都沿纵向方向L延伸。超声焊极具有一系列贯通开口，它们设置为使得连接部分5、6形成在开口之间。
从图2中将看出，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具有细长构造，并且芯部元件2与翼部元件3、4和连接部分5、6一起具有两个端面，它们通过周向延伸的侧表面连接在一起。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8、8'具有两个斜表面8。
翼部元件3具有密封表面7，其用于与待处理的材料相接触。在运行中，密封表面用于执行面内振动，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。
为了允许密封表面7这样的面内振动，超声振动单元1必需被激励。在所示实施例中，芯部元件被引起执行超声振动，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。具有合适的压电元件10的转换器9用于激励用途，元件10将电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，具体是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被引起执行面内振动，该面内振动通过连接部分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，这给予超声振动单元1非常紧凑的结构。
为了尽可能少地影响振动幅值，在超声焊极远离密封表面7的一侧处、即在翼部元件4处设有安装件，该安装件由可固定地连接于机座的固定梁16和相应的柔性元件17形成。用于将固定梁16固定到机座的孔可设置在固定梁16中。在该情况下，翼部元件4、柔性元件17和固定梁16形成刚体接头。柔性元件17具有沿方向B约14mm的长度。柔性元件17由呈叶片形式的元件形成，其沿纵向方向L的尺寸明显小于沿垂直于其的两个方向B和D的尺寸。其结果是，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于密封表面时仍然允许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接合翼部元件。突出部在图1中由虚线表示。柔性元件因此不是设置在通孔“之上”而是设置在连接部分“之上”。
在所示实施例中，翼部元件3通过共计九块连接部分5、6连接到芯部元件2。将会看出，端面在沿翼部元件的两侧处分别具有斜表面，外连接部分6的宽度由此减小。由于该措施，可改进超声焊极的振动性能。
此外，柔性元件沿方向L的宽度b柔小于连接部分的宽度bs。在宽度非恒定的情况下，术语“宽度bs”用于表示最小宽度，如图1所示。同样，对于柔性元件的宽度非恒定的情况，术语“宽度b柔”用于表示柔性元件的最小宽度。
图4和图5示出本发明的第二实施例。在该情况下，超声焊极构造为与图1至图3所示的类似。这里唯一的区别是，使用了另一个幅值变换器。其基本上包括弯曲元件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。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 固定梁
17 柔性元件

Claims (20)

1.一种超声振动系统，包括超声焊极和转换器，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')连接在一起的周向延伸的侧表面，其中，所述超声焊极具有细长的芯部元件(2)、第一翼部元件(3)和第二翼部元件(4)，其中，所述芯部元件(2)和所述第一和第二翼部元件(3、4)分别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，所述第一翼部元件(3)具有密封表面(7)，所述密封表面设置为用于与材料相接触以对其进行处理，并且所述密封表面通过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)，所述转换器通过幅值变换器(11)连接到所述超声焊极，其中，所述超声振动系统通过连接于所述侧表面的安装件连接到机座，其特征在于，所述安装件具有材料连结的接头，所述材料连结的接头包括第一接头构件和第二接头构件，所述第一接头构件和所述第二接头构件通过柔性元件(17)连接在一起，所述第一接头构件、所述第二接头构件以及所述第一和第二接头构件之间的连接一体式构成。
2.如权利要求1所述的超声振动系统，其特征在于，所述第一和第二翼部元件(3、4)通过沿所述芯部元件(2)的纵向方向彼此间隔开的多个连接部分(5、6)分别连接到所述芯部元件(2)。
3.如权利要求2所述的超声振动系统，其特征在于，所述第一和第二翼部元件(3、4)和所述芯部元件(2)布置在一个平面中。
4.如权利要求2所述的超声振动系统，其特征在于，所述第二翼部元件(4)是第一接头构件。
5.如权利要求4所述的超声振动系统，其特征在于，所述柔性元件(17)固定于所述第一接头构件。
6.如权利要求5所述的超声振动系统，其特征在于，所述柔性元件(17)接合在所述第一接头构件的一区域中，所述区域位于所述连接部分(5、6)之一沿所述第一接头构件的方向的假想延长部内。
7.如权利要求5或6所述的超声振动系统，其特征在于，所述柔性元件(17)具有在8至25mm之间的长度。
8.如权利要求5或6所述的超声振动系统，其特征在于，所述柔性元件(17)具有在10至15mm之间的长度。
9.如权利要求1至4中任一项所述的超声振动系统，其特征在于，所述柔性元件(17)沿长度L的方向的宽度b柔小于所述连接部分的宽度bs，其中，所述柔性元件的宽度b柔最多在所述连接部分宽度bs的5至90％之间。
10.如权利要求9所述的超声振动系统，其特征在于，所述柔性元件的宽度b柔最多在所述连接部分宽度bs的20至60％之间。
11.如权利要求1至4中任一项所述的超声振动系统，其特征在于，所述超声振动系统通过连接于所述侧表面的至少两个材料连结的接头连接到机座。
12.如权利要求11所述的超声振动系统，其特征在于，所述超声振动系统通过连接于所述侧表面的三个材料连结的接头连接到机座。
13.如权利要求1至4中任一项所述的超声振动系统，其特征在于，设有转换器，所述转换器通过幅值变换器连接到所述超声焊极的所述侧表面。
14.如权利要求1至4中任一项所述的超声振动系统，其特征在于，所述连接部分(5、6)形成在所述侧表面中的贯通开口之间。
15.如权利要求14所述的超声振动系统，其特征在于，所述贯通开口是细长的，并且其纵向方向从所述芯部元件(2)延伸到所述第一和第二翼部元件(3、4)。
16.如权利要求1至4中任一项所述的超声振动系统，其特征在于，所述第一和第二翼部元件(3、4)的厚度小于所述芯部元件(2)的厚度。
17.如权利要求16所述的超声振动系统，其特征在于，所述第一和第二翼部元件(3、4)的厚度小于所述芯部元件(2)的厚度的75％。
18.如权利要求1至4中任一项所述的超声振动系统，其特征在于，所述第一和第二翼部元件(3、4)的宽度小于所述芯部元件(2)的宽度。
19.如权利要求18所述的超声振动系统，其特征在于，所述第一和第二翼部元件(3、4)的宽度小于所述芯部元件(2)的宽度的50％。
20.如权利要求18所述的超声振动系统，其特征在于，所述第一和第二翼部元件(3、4)的宽度小于所述芯部元件(2)的宽度的35％。
CN201780052151.3A 2016-09-02 2017-08-29 具有侧表面安装件的超声振动系统 Active CN109689228B (zh)

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