TW201706072A - 以超音波去除工件毛邊的裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種用超音波去除工件毛邊的裝置，具有：至少一個超音波換能器(4)；至少一個超聲焊極(6)，它為了傳遞振動而與該超音波換能器(4)機械連接，其中，超聲焊極(6)能夠以至少一個振動的超聲焊極表面(6’)浸入能填充或填充有液體的槽中，其特徵是，超音波換能器(4)和超聲焊極(6’)作為一個共同的手持工具來構成。

Description

以超音波去除工件毛邊的裝置
本發明涉及根據請求項1的前序部分的用超音波去除工件毛邊的裝置以及用超音波去除工件毛邊的相應系統。這樣的裝置一般包括超音波換能器以及為了傳輸振盪而與超音波換能器機械連接的超聲焊極。該超聲焊極能以至少一個振動的超聲焊極表面被浸入液槽中。
在許多技術應用中，需要從工件上去除不希望有的毛邊，例如借助電化學方法或熱方法或高壓水射流方法。
還可能的是，利用超音波來去除工件毛邊。相應的用超音波去除工件毛邊的裝置在申請人韋伯超音波(Weber Ultrasonics)有限公司的2015年4月24日的德國專利申請號10 2015 106 343.3中有描述。
所述的現有技術的缺點是，這些已知的裝置相對龐大和昂貴，並且確切地說是針對工件的批量處理而設計的。對單獨的工件或也單獨工件的僅一些區域去除毛邊牽涉到不合比例的巨大(費用)支出。
因此，本發明基於以下目的，提供一種替代的去除工件毛邊的裝置，其能低成本且簡單地投入使用。
該任務將通過具有請求項1的特徵的裝置和具有請求項14的特徵的系統來完成。
在請求項2至13中找到了根據本發明的裝置的有利實施方式。在請求項15中找到了該系統的進一步有利的實施方式。茲將所有請求項的語句明確援引納入本說明書。
根據本發明的用超音波去除工件毛邊的裝置包括：至少一個超音波換能器，和至少一個超聲焊極(Sonotrode)，其為了傳遞振動而與該超音波換能器機械連接，其中，該超聲焊極能以至少一個振動的超聲焊極表面浸入能填充或填充有液體的槽中。
重要的是，超音波換能器和超聲焊極以共同的手持工具的形式構成。
從用於超音波焊接的應用中原則上知道了出現空化作用。它最好出現在表面的缺陷部位，因為當浸入液體中時微小氣泡附著在那裡。因此，尤其是在毛邊處和在孔中就可能是這種情況。根據申請人的理解，這種作用可被用於通過有目的的空化作用來給金屬構件去除毛邊，這是因為在各個氣泡破裂時釋放出的能量劈掉了或許存在的毛邊。 此時，待去除毛邊的工件應該暫時經受由超音波引發的強烈空化作用以實現去毛邊。超音波去毛邊所依據的工作過程在申請人Weber Ultrasonics有限公司的2015年4月24日的德國專利申請號10 2015 106 343.3中有描述，其內容茲明確地被援引納入。
非常強烈的空化作用可以在以超聲頻率振動的且進入液體介質中的超聲焊極的表面上獲得。超聲焊極一般是用於超音波焊接的工具，其通過高頻機械振動(超音波)的引入被置於振動中。它們一般產生從超音波發生器至工件的連接並且將振動導入其中。
強烈空化作用的原因是，相比於用於清洗技術的常見的聲波換能器，在超聲焊極中有明顯較大的機械偏移振幅。
因此，根據本發明的裝置在以下的主要方面不同於已知的裝置：超音波換能器和超聲焊極以手持工具形式構成，即，所述超音波換能器和所述超聲焊極作為同一部件來形成，其由使用者在用超音波去除工件毛邊時手動操控。超音波換能器和超聲焊極相互剛性連接以便將機械振動從超音波換能器傳遞至超聲焊極。
尤其是由此得到以下優點，即該裝置能單獨使用並且也能利用該手持工具對待去除毛邊的工件的難以夠到的區域施以超音波，因而能除去擾人的毛邊。另一個優點是，超音波換能器和超聲焊極以手持工具形式構成，允許獲得結構緊湊且低成本的實施方案，其也適用於偶然單獨的應 用。
尤其在難以夠到的區域例如孔或角中，可以利用該手持工具簡單地做到除去不希望有的毛邊並且局部二次加工該區域直至獲得期望效果。
在本發明的一個優選實施方式中，在超音波換能器和超聲焊極之間設有機械變量器(變幅器)，用於增大或減小機械振幅。變量器(Transformator)最好起到放大件的作用並因此可以造成該超聲焊極的機械偏移的較大幅度，這又導致在液體中增強產生空化作用並由此出現增強的去毛邊效果。原則上，從用於超音波焊接的應用中已經知道了使用這樣的變量器。
根據本發明的一個改進方案，該裝置包括間距保持部，其用於調節在所述至少一個振動的超聲焊極表面和待去除毛邊的工件之間的恆定距離。可借助間距保持部來保證：出現在振動的超聲焊極表面上的強烈空化作用導致工件表面上的毛邊去除。可以有利地如此調節該間距保持部，即所述超聲焊極表面距工件的恆定距離至少為0.1mm，但此時小於或最大等於在液體中的聲波長。因此可借助間距保持部來保證，即使在手持工具中，工件也不會因超聲焊極而受損，而且也不會由於在超聲焊極和待去除毛邊的工件之間的過大距離而導致不足的去毛邊。
另一個優選實施方式包括監測機構，其被構造用於連續監測是否遵守超聲焊極表面距工件的恆定距離。在此，該監測機構可形成有用於使用者的回饋機構。在此，當超 聲焊極表面和待去除毛邊工件之間的距離在期望的最好是可預調的範圍之外時，最好給使用者發出信號。
該裝置的另一個有利實施方式包括用於手持工具的平衡重。該平衡重設置用於補償手持工具(至少超音波換能器和超聲焊極)的重量。重量平衡通過相反的力實現，該力可通過例如對重、彈簧或主動驅動機構來產生。在沒有外界作用的情況下，該平衡重調節出均衡的靜止位置。該裝置的手持工具的重量可以與超音波換能器的頻率範圍、進而與超音波換能器尺寸相關地在調節出的千克範圍內。在這裡，當通過平衡重來補償手持工具重量時，對使用者來說，無負荷且可控地使用該裝置是有利的。
在該裝置的另一個優選改進方案中，該超聲焊極可更換地佈置。超聲焊極和/或變量器和/或超音波換能器最好可更換地佈置。由此得到以下優點，能利用基本工具通過更換所述部件來覆蓋各種不同的超聲頻率範圍。另外，該裝置通過可更換的超聲焊極例如可以適應於待去毛邊的工件的不同尺寸或形狀和/或不同的毛邊類型等。
在另一個優選實施方式中，該手持工具以不透液體形式構成。該裝置最好包括用於超音波換能器的殼體，其中，該超聲焊極和殼體不透液體地相互連接。由此得到以下優點，該超聲焊極或手持工具能被浸入液體中，而裝置不會出現損傷。噴液器或類似機構由此不會在該裝置上引起損傷。
在另一個優選實施方式中，該裝置具有手柄部，其符 合人機工程學地縮窄。使用者因此能輕易操控該手持工具。該裝置最好包括用於超音波換能器的殼體，該殼體在該手柄部中符合人機工程學地縮窄。超音波換能器因此佈置在該殼體內，從而可以通過簡單方式在超音波換能器上設置手柄部，其讓使用者感到操控起來舒適並且在去毛邊時允許可控的掌控。
在本發明的另一個有利改進方案中，在該裝置的手持工具上設置用於啟動超聲振動的按鈕或開關。該按鈕或開關與該超音波發生器相連。借助按鈕或開關來實現超音波發生器的啟動，其給超音波換能器供應電能以激勵該超音波換能器機械振動。超音波的啟動因此能由使用者直接在手持工具上實現。
在一個有利的改進方案中，該裝置包括用於超音波換能器的主動冷卻裝置，尤其優選是壓縮空氣冷卻裝置或者被集成到手持工具中的風機。
在另一個有利的改進方案中，該裝置包括至少一個超音波發生器，其被構造用於給超音波換能器供應電能，以激勵該超音波換能器機械振動。超音波發生器激勵超音波換能器機械振動，在這裡，超音波換能器還激勵超聲焊極在超聲頻率範圍內振動。
超音波發生器優選被設計用於產生至少約10kHz到最高約50kHz的、最好是約18kHz到約35kHz的、更優選是約20kHz到約30kHz的振動超聲頻率。
掌上型去毛邊機可能對於孔去除毛邊是尤其有利的。 為此，最好將一個狹長的超聲焊極插入該孔中，從而空化氣泡能除去孔內的毛邊。掌上型去毛邊機也尤其適用於除去其它難夠到的工件區域的毛邊。
本發明的另一個方面涉及一種用超音波去除工件毛邊的系統。該系統包括：至少一個根據本發明的用超音波去除工件毛邊的裝置；給超音波換能器供應電能以激勵超音波換能器機械振動的超音波發生器；以及，槽，該槽能填充或填充有液體，從而超聲焊極以或能以至少一個振動的超聲焊極表面浸入該液體中。所述系統的用超音波去除工件毛邊的裝置以該超聲焊極浸入該槽的液體中並且最好以規定間距沿著待去除毛邊的工件區域移動，從而在那裡出現的強烈空化作用導致了毛邊去除。
在所述用超音波去除工件毛邊的系統的另一個有利實施方式中，所述用超音波去除工件毛邊的裝置形成有超音波發生器，用以產生超音波頻率。該系統因此包括：至少一個相應的用超音波去除工件毛邊的裝置；以及槽，該槽能填充或填充有液體，從而該超聲焊極以或能以至少一個振動的超聲焊極表面浸入該液體中。該液體最好是清洗介質，如從已知的超音波清洗方法中知道的清洗介質。
該系統的用超音波去除工件毛邊的裝置以該超聲焊極浸入該槽的液體中並且最好以規定間距沿著待去除毛邊的工件區域移動，從而在那裡出現的強烈空化作用導致了毛邊去除。
1‧‧‧手持工具
3‧‧‧增大機械偏移量的增幅器
4‧‧‧超聲波換能器
5‧‧‧殼體
6‧‧‧超聲焊極
6’‧‧‧超聲焊極表面(振動的超聲焊極面)
7‧‧‧電纜
8‧‧‧手柄部
8‧‧‧中央區段
10‧‧‧平衡重
11‧‧‧按鈕
12‧‧‧間距保持部
12’‧‧‧表面
A-A‧‧‧平面
圖式簡單說明以下結合實施例和附圖來描述本發明的裝置和本發明的系統的其它優選特徵和實施方式，其中：圖1以分圖a、b和c示出本發明裝置的第一實施例，圖2以分圖a、b和c示出帶有間距保持部的本發明裝置的第二實施例。
實施方式在圖1和圖2中，相同的附圖標記表示相同的或作用相同的零部件。所有尺寸都是示例性的並且不包含超出請求項的限制。
圖1以三個視圖a、b和c示出本發明裝置的第一實施例的示意圖。
圖1a示出具有手持工具1和平衡重10的裝置。該裝置包括殼體5，在該殼體內設有用於將電振盪轉換為機械振動的超音波換能器4和用於增大機械偏移量的增幅器3(變量器)，如圖1c所示。殼體5形成有符合人機工程學成形的手柄部8。在殼體5上設有超聲焊極6，其具有發出振動的超聲焊極表面(振動的超聲焊極面)6’。此時，這些單獨的組成部件4-6通過螺紋連接相互連接，並因此是可更換的。
超音波換能器4通過電纜7與超音波發生器(未示出)處於信號技術的有效連接，並且是通過超音波發生器 來供應電能的。此時，超音波發生器具備控制裝置，其控制超音波換能器4的機械振幅並允許相對於最大機械振幅在例如10-100%的範圍內調節該振幅。超音波換能器4在這裡(並非局限於此)針對在35kHz範圍內的最大振動頻率來設計。這樣的超音波發生器是本領域技術人員所已知的並且例如被用在超音波焊接裝置中。
超聲焊極6被浸沒在裝有液態介質的槽(未示出)中。當以超音波驅動超聲焊極6時，在超聲焊極6的表面在至少超聲焊極表面6’區域中出現強烈的空化作用(Kavitation)。如果超聲焊極6現在以超聲焊極表面6’有(規定)間距地沿著待除毛邊的工件區域移動，則出現在那裡的強烈空化作用導致了毛邊去除。
圖1b示出圖1a的裝置轉過90度的視圖。平衡重10如此安置在手持工具1上，即手持工具1的重量被平衡並且電纜7未承受拉力。平衡重10在此以對重形式構成。
圖1c示出圖1a所示的平面A-A的剖視圖。該裝置作為手持工具1包括超聲焊極6和超音波換能器4。在超聲焊極6和超音波換能器4之間設有變量器或增幅器3用於增大機械偏移量。如圖1c所示，超音波換能器4如此佈置在殼體5內，即殼體5形成用於手持工具1的手柄。殼體5在中央區段8中符合人機工程學地縮窄，從而使用者能舒適地握持並掌控該手持工具。
圖2a示出第二實施例的示意圖。在此，圖2b示出從圖2a視角轉過90度。在圖2c中示出第二實施例的經過 圖2a所示平面A-A的剖視圖。為了避免重複，以下應該主要介紹附圖之間的不同之處。
該裝置作為手持工具1包括超聲焊極6和超音波換能器4。在超聲焊極6和超音波換能器4之間設有變量器(增幅器)3，用於增大機械偏移量。如圖2c所示，超音波換能器4如此佈置在殼體5內，即殼體5構成用於手持工具1的手柄。殼體5在中央區段8內符合人機工程學地縮窄，從而使用者能舒適地握持並掌控該手持工具。
超音波換能器4在這裡(並非局限於此)是針對在20kHz範圍內的最大振動頻率來設計的。
在該裝置的手持工具1上設置有按鈕11，用於啟動超聲振盪。按鈕11通過電纜7與超音波發生器(未示出)相連。借助按鈕11，實現了由使用者直接在手持工具1上啟動超音波。
該裝置還包括間距保持部12。本實施例尤其適用于孔去除毛邊。間距保持部12以表面12’貼靠工件並因此保證進入該孔的最大進入深度。因此，避免了工件受傷。
間距保持部12也可以如此安置在工具1上，即在發出振動的超聲焊極表面6’與工件之間的恆定距離為至少0.1mm，在此最大等於在液體中的聲波長。
3‧‧‧增大機械偏移量的增幅器
4‧‧‧超聲波換能器
6‧‧‧超聲焊極
6’‧‧‧超聲焊極表面(振動的超聲焊極面)
8‧‧‧手柄部

Claims (15)

  1. 一種用超音波去除工件毛邊的裝置，其具有：至少一個超音波換能器(4)；至少一個超聲焊極(6)，它為了傳遞振動而與該超音波換能器(4)機械連接，其中，該超聲焊極(6)能夠以至少一個振動的超聲焊極表面(6’)浸入能填充液體或填充有液體的槽中，其特徵是，超音波換能器(4)和超聲焊極(6’)作為一個共同的手持工具(1)來構成。
  2. 根據請求項1的裝置，其中，用於增大或減小機械振幅的機械變量器(3)安置在所述超音波換能器(4)和所述超聲焊極(6)之間。
  3. 根據請求項1的裝置，其中，該裝置包括間距保持部(12)，用於調節在所述至少一個振動的超聲焊極表面(6’)和待去除毛邊的工件之間的恆定距離。
  4. 根據請求項3的裝置，其中，該間距保持部能被如此調節，即所述至少一個振動的超聲焊極表面(6’)距工件的恆定距離至少是約0.1mm，並且最大是約等於在液體中的聲波長。
  5. 根據請求項1的裝置，其中，該裝置包括監測機構，其被構造用於連續監測是否遵守該超聲焊極表面(6’)距工件的恆定距離。
  6. 根據請求項1的裝置，其中，該裝置包括用於該手 持工具的平衡重(10)。
  7. 根據請求項2的裝置，其中，該超聲焊極(6)是可更換地佈置的，最好如此佈置，即該超聲焊極(6)和/或該變量器(3)和/或該超音波換能器(4)是可更換地佈置的。
  8. 根據請求項1的裝置，其中，該手持工具(1)是不透液體地構成，尤其最好如此構成，即該裝置包括用於該超音波換能器(4)的殼體(5)，並且該超聲焊極(6)和該殼體(5)是不透液體地構成的。
  9. 根據請求項1的裝置，其中，該裝置具有手柄部(8)，該手柄部符合人機工程學地構成，尤其是最好如此縮窄，即該裝置包括用於該超音波換能器(4)的殼體(5)並且該殼體(5)在該手柄部(8)中符合人機工程學地構成，尤其是縮窄。
  10. 根據請求項1的裝置，其中，該裝置包括用於該超音波換能器(4)的主動冷卻裝置，尤其最好是壓縮空氣冷卻裝置。
  11. 根據請求項1的裝置，其中，該裝置包括用於啟動超音波振動的按鈕(11)，該按鈕(11)最好設置在該手持工具(1)上。
  12. 根據請求項1的裝置，其中，該裝置還包括至少一個超音波發生器，它被構造用於給該超音波換能器(4)供應電能，以激勵該超音波換能器(4)機械振動。
  13. 根據請求項12的裝置，其中，該超音波發生器被 構造用於產生至少約為10kHz到最大約為50kHz的振動超聲頻率，優選是約18kHz到約35kHz，最優選是約20kHz到約30kHz。
  14. 一種用超音波去除工件毛邊的系統，其具有：至少一個根據請求項1至11中任一項的用超音波去除工件毛邊的裝置，超音波發生器，其被構造用於給該超音波換能器(4)供應電能以激勵該超音波換能器(4)機械振動，以及槽，它容納工件並能填充或填充有液體，從而該超聲焊極(6)以或能以至少一個振動的超聲焊極表面(6’)浸入該液體中。
  15. 一種用超音波去除工件毛邊的系統，其具有：至少一個根據請求項12或13的用超音波去除工件毛邊的裝置，以及槽，它容納工件並能填充或填充有液體，從而該超聲焊極(6)以或能以至少一個振動的超聲焊極表面(6’)浸入該液體中。
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