具有加厚部的超聲焊極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有輪形部的超聲焊極，該輪形部具有輪軸線和直徑d，該輪形部具有兩個基本為圓形的主表面和基本為圓柱形的密封表面，該密封表面連接主表面且寬度為b。本發(fā)明的目的為提供一種相應的超聲焊極，其中三角頻率顯著地區(qū)別于主頻率。根據(jù)本發(fā)明，該目的由于下述特征而實現(xiàn)：至少一個主表面具有非居中的加厚部，該加厚部在垂直于主表面的剖視圖中具有不布置在輪軸線上的凸出區(qū)域。
【專利說明】
具有加厚部的超聲焊極
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種具有輪形部的超聲焊極，輪形部具有輪軸線和直徑d，輪形部具有兩個基本為圓形的主表面和基本為圓柱形的、寬度為b的密封表面，密封表面連接各主表面。
【背景技術】
[0002]這種超聲焊極是已知的。它們例如用于材料網(wǎng)的連續(xù)超聲處理。圖1示意性地示出了這種超聲處理機器10。
[0003]徑向振動施加于超聲焊極12上，且在處理操作期間，超聲焊極12繞其輪軸線轉(zhuǎn)動，使得周向速度與網(wǎng)的進給速度相同。
[0004]在材料的處理操作期間，超聲焊極12與相對放置的配對工具11協(xié)配，使得待處理的材料網(wǎng)15在一方面配對工具11與另一方面超聲焊極12之間穿過。在該情形下，焊接力總地利用超聲焊極12和配對工具11施加至待處理的材料15。材料15與寬度為b的圓柱形密封表面接觸，并受到超聲的作用。圓柱形密封表面和/或配對工具的對應的密封表面可為結構化的構造，也就是說可設有使待處理材料成結構的多個突出部。
[0005]為了獲得盡可能優(yōu)化的超聲處理，在超聲焊極內(nèi)引發(fā)圓柱形駐波，也就是說焊接具有共振頻率，在該共振頻率下，超聲焊極內(nèi)產(chǎn)生圓柱形駐波，使得駐波的振動最大值在密封表面上。換言之，當超聲焊極受共振頻率激勵時，超聲焊極以這樣的方式振動，即:基本為圓柱形的密封表面在徑向上以超聲頻率振動，使得密封表面在較大直徑的位置和較小直徑的位置之間往復。超聲振動在徑向上垂直于輪軸線傳播。
[0006]該駐波徑向振動為該類超聲焊極的主頻率(HF)。其被引發(fā)并用于有效的超聲處理。
[0007]然而，將注意的是，還存在不導致期望的振動狀態(tài)的進一步共振。
[0008]因而，例如可能引發(fā)所謂的三角頻率(DF)，其中，在密封表面的周向內(nèi)產(chǎn)生具有六個振動節(jié)點和六個振動最大值的駐波。圖2示出了該振動模式的示意圖。當引發(fā)三角頻率時，輪形超聲焊極12根據(jù)由附圖標記13標示的振動最大值變形，在徑向上較內(nèi)設置的位置與徑向上較外設置的位置之間往復，使得相鄰的振動最大值以相對的關系振動，也就是說，當某點位于其徑向上較內(nèi)設置的位置時，與其兩個相鄰的點都位于其徑向上較外設置的位置。存在振動節(jié)點14，在振動節(jié)點14處，焊接表面表現(xiàn)為幾乎不在徑向上在兩個相應的振動最大值13之間運動。該振動模式例如已在WO 2004/060581中描述。
[0009]由于在振動節(jié)點的區(qū)域內(nèi)的徑向上傳遞的能量遠少于在振動最大值的區(qū)域內(nèi)的徑向上傳遞的能量，所以導致能量在密封表面處的不均勻傳遞，故而該振動對于材料的超聲處理而言是不期望的。然而，要完全避免同時引發(fā)三角頻率是不可能的，且由此產(chǎn)生了一種振動狀態(tài)，其特征在于將主振動和三角振動疊加。同樣，在該疊加的振動狀態(tài)下，振動幅值在周向上改變，使得焊接結果差于僅引發(fā)主振動的情況。
[0010]為了保持三角模式的引發(fā)程度小，因而，如果盡可能地將三角模式的固有頻率從實際需要的主模式的固有頻率中移除，則為有利的。如果更具體地，三角頻率還得到激勵，則這不僅導致超聲能量的不規(guī)則傳遞，由于各激勵模式之間無法避免的耦合，這還導致可聽范圍內(nèi)的振動頻率。更具體地，各模式的耦合導致某種振動，其頻率由主頻率與三角頻率之間的差確定。如果該頻率在可聽范圍內(nèi)，則可能在超聲處理操作期間產(chǎn)生不需要的聲音，且這可能導致保護聽力方面的更高要求。
[0011]EP O 457 187 A2示出了多個不同的超聲焊極。EP O 457 187 A2中的圖13示出了具有輪形部和楔形密封表面的超聲焊極。該超聲焊極的主表面為凹形的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因而，本發(fā)明的目的為提供一種超聲焊極，其中三角頻率顯著區(qū)別于主頻率。已發(fā)現(xiàn)，當激勵主頻率時，如果三角頻率低于主頻率，則與三角頻率相關的耦合會更強。如果相反地，三角頻率高于主頻率，則耦合會顯著地較少。因而，目標是一種超聲焊極，其中，三角頻率盡可能高于主頻率。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，該目的由于下述特征而實現(xiàn):超聲焊極的至少一個主表面具有非居中的加厚部，該加厚部在垂直于主表面的剖視圖中具有不布置在輪軸線上的凸出區(qū)域。
[0014]術語“凸出區(qū)域”用于標示某一區(qū)域，該區(qū)域或具有突伸越過主表面的表面或具有向外彎曲的部分。換言之，術語“凸出區(qū)域”用于標示某一區(qū)域，在該區(qū)域中，在邊界表面的兩點之間存在位于兩點之間的連接線外部的邊界表面點。
[0015]該加厚部為非居中的，也就是說其相對于輪軸線不對中布置。
[0016]更具體地，大量的測試已表明，在輪軸線的外部設有加厚部對三角模式的固有頻率的影響大于對主模式的固有頻率的影響。因而，可通過該方法增加三角頻率與主頻率之間的差異。
[0017]在優(yōu)選實施例中，加厚部具有頂點或頂面，該頂點或頂面的切線垂直于軸線延伸。在該情形下，頂點或頂面優(yōu)選地與密封表面間隔布置。
[0018]誠然，加厚部基本上可能僅在周向上具有分段的構造，但如果加厚部具有相對于輪軸線轉(zhuǎn)動對稱的構造，則可獲得最好的效果。換言之，至少一個主表面具有基本為環(huán)形的加厚部。
[0019]在特別優(yōu)選的實施例中，加厚部與輪軸線間隔至少0.1 Xd布置，且優(yōu)選地為至少
0.15 Xd。然而，測試已表明加厚部的布置不應布置得離輪軸線過近，因為否則主頻率將受加厚部的布置的影響，然而這是不期望的。
[0020]在另一優(yōu)選的實施例中，加厚部設置為與密封表面間隔至少0.05Xd布置，且優(yōu)選地為至少0.17Xd。為了產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的盡可能明顯的效果，測試已表明加厚部不應布置得離密封表面過近。
[0021]在另一優(yōu)選的實施例中，設置為在徑向上加厚部的長度c為至少0.1Xd，特別優(yōu)選地為至少0.2 X d且最好在0.2 X d至0.25 X d之間。
[0022]例如，在徑向上加厚部的長度c可為至少18mm，特別優(yōu)選地為至少22mm且最好在22至3 Omm之間。
[0023]在另一優(yōu)選的實施例中，在軸向上加厚部的長度a在0.25Xb至2Xb之間且優(yōu)選地在0.25Xb至I Xb之間。
[0024]例如，加厚部在軸向上的長度可在2mm至1mm之間。
【附圖說明】
[0025]本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和可能的用途將從此后對優(yōu)選實施例的說明中變得明顯。在附圖中:
[0026]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的超聲處理設備的示意圖，
[0027]圖2示出了三角模式的示意圖，
[0028]圖3示出了關于沿直徑的位置徑向振動的現(xiàn)有技術的超聲焊極內(nèi)的應力型式的示意圖，
[0029]圖4示出了圖3中所示的應力型式的三角模式的示意圖，
[0030]圖5a和5b示出了本發(fā)明的第一實施例的剖視圖和立體圖，以及[0031 ]圖6a和613不出了本發(fā)明的第二實施例的剖視圖和立體圖。
【具體實施方式】
[0032]圖3示出了沿直徑的截面的、以主頻率(HF)進行激勵的盤形超聲焊極內(nèi)的材料中的計算應力和沿兩個截面的、以三角頻率(DFl、DF2)進行激勵的盤形超聲焊極內(nèi)的材料中的計算應力。該計算用于產(chǎn)生理想的盤形。然而，在實踐中，超聲焊極將至少具有軸向成形的連接部用于變換器的連接。然而，對于超聲焊極的實際形式而言，定性上不同的應力配置是不期望的。
[0033]由于對于本發(fā)明而言，應力的幅值不是重要的考慮，而僅超聲焊極內(nèi)的定性的應力型式才是重要考慮，所以標繪在縱坐標上的應力值規(guī)定為任意單位。
[0034]將會見到，對于主頻率(HF)而言，在密封表面的區(qū)域內(nèi)應力是最小的，而在輪軸線的方向上(在此情形下為60mm處)應力最為明顯。由于，同樣將迅速輕易地理解的，在以主頻率激勵超聲焊極時，在材料內(nèi)產(chǎn)生圓柱形駐波，該圓柱形駐波具有輪軸線上的振動節(jié)點和密封表面上的振動最大值。密封表面可自由振動，使得沒有值得提及的應力在此產(chǎn)生，而直接圍繞輪軸線的區(qū)域幾乎不振動且因而暴露于材料內(nèi)增加的應力。
[0035]由于主頻率為均勻的徑向振動，也就是說，焊接表面在任何時刻都為圓柱形，應力型式還取決于所考慮的截面的特定布置。
[0036]然而，由于超聲焊極表面不規(guī)則地變形，該應力模式對于三角頻率并不正確。如圖4中示意性所示，應力型式因而取決于通過超聲焊極的截面的選擇。沿結合兩個相對設置的振動最大值13的線(DFl)的應力型式與沿結合兩個相對設置的振動最小值的線(DF2)的應力型式不同。
[0037]這些應力型式也在圖3中表示。它們顯著地區(qū)別于主頻率的應力型式。此處最小應力(即幾乎為零的應力)在輪軸線(60mm)的區(qū)域內(nèi)。應力沿密封表面的方向穿過最大值。在密封表面的附近，應力型式在周向上不再均勻。在振動節(jié)點的區(qū)域內(nèi)，應力在密封表面處幾乎為零，同時沿振動最大值的方向增加。
[0038]將會見到，存在在示出的示例中為分別在約10至42.5mm之間和在75至112.5mm之間的區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)，三角頻率下的激勵呈現(xiàn)比主頻率下的激勵更大的材料應力。因而，在以三角頻率激勵的材料應力大于以主頻率激勵的材料應力的區(qū)域內(nèi)，輪形超聲焊極在厚度上增加。這種加厚部不可避免地導致超聲焊極的固有頻率的變化。然而，借助加厚部的所選位置，三角頻率比主頻率變化更大。
[0039]因而，圖5a和5b示出了根據(jù)本發(fā)明的超聲焊極I的第一實施例。圖5b示出了立體圖且圖5a示出了剖視圖。該超聲焊極包括輪形部2，輪形部2具有兩個主表面3和4，兩個主表面3和4通過周向延伸的密封表面5連接在一起。密封表面5的寬度為b。輪形超聲焊極I的直徑為d。根據(jù)本發(fā)明，超聲焊極在相對設置的主表面3、4上具有兩個加厚部6和7。這些加厚部各自具有相對于輪軸線8轉(zhuǎn)動對稱的構造，且具有相對于垂直于輪軸線8延伸的鏡像平面鏡像對稱的構造。
[0040]加厚部在軸向上的高度為a且在徑向上的長度為C。
[0041]在加厚部不具有平行于輪軸線8延伸的側(cè)腹部的情形下，徑向?qū)挾萩從加厚部達到軸向高度a的一半的點處起測量。換言之，將高度的一半處的寬度設立為加厚部的寬度。
[0042]加厚部與密封表面5以間距e間隔開，在所示的實施例中，間距e約為0.17X d。此夕卜，加厚部與輪軸線8以間距f間隔開，在所示的實施例中，間距f約為0.125Xd。
[0043]圖6a和6b示出了超聲焊極的第二實施例。圖6b示出了立體圖且圖6a示出了剖視圖。此處考慮輪形超聲焊極頻繁涉及軸向上的寬度的事實，該寬度在朝向密封表面5’的方向上增加。同樣在該情形下，加厚部9的巧妙布置可增加三角頻率與主頻率之間的距離。
[0044]附圖標記列表
[0045]I 輪形超聲焊極
[0046]2輪形部
[0047]3,4 主表面
[0048]5,5’ 密封表面
[0049]6,7,9超聲焊極的加厚部
[0050]8輪軸線
[0051]10 超聲焊接設備
[0052]11 配對工具
[0053]12 超聲焊極
[0054]13 振動最大值
[0055]14 振動最小值
[0056]15 材料網(wǎng)
【主權項】
1.一種具有輪形部的超聲焊極，所述輪形部具有輪軸線且直徑為d，所述輪形部具有兩個基本為圓形的主表面和基本為圓柱形的密封表面，其寬度為b且連接所述主表面，其特征在于，至少一個主表面具有非居中的加厚部，所述加厚部在垂直于所述主表面的剖視圖中具有不布置在所述輪軸線上的凸起區(qū)域。2.如權利要求1所述的超聲焊極，其特征在于，所述加厚部具有頂點或頂面，該頂點或頂面的切線垂直于所述軸線延伸。3.如權利要求1或權利要求2中所述的超聲焊極，其特征在于，所述加厚部具有相對于所述輪軸線轉(zhuǎn)動對稱的構造。4.如權利要求1至3中的一項所述的超聲焊極，其特征在于，所述加厚部與所述輪軸線間隔至少0.1 X d布置，且優(yōu)選地為至少0.15 X d。5.如權利要求1至4中的一項所述的超聲焊極，其特征在于，所述加厚部與所述密封表面間隔至少0.05 X d布置，且優(yōu)選地為至少0.17 X d。6.如權利要求1至5中的一項所述的超聲焊極，其特征在于，在徑向上所述加厚部的長度c為至少0.1 X d，特別優(yōu)選地為至少0.2 X d且最好在0.2 X d至0.25 X d之間。7.如權利要求1至6中的一項所述的超聲焊極，其特征在于，所述密封表面的寬度b與所述加厚部的軸向長度a的比值為至少0.1且優(yōu)選地為至少0.5。8.如權利要求1至7中的一項所述的超聲焊極，其特征在于，在軸向上所述加厚部的長度在0.25 X b至2 X b之間且優(yōu)選地在0.25 X b至I X b之間。9.如權利要求1至8中的一項所述的超聲焊極，其特征在于，在軸向上所述加厚部的長度在2mm至I Omm之間。10.如權利要求1至9中的一項所述的超聲焊極，其特征在于，相應的加厚部布置在兩個主表面上，其中，優(yōu)選地，所述加厚部相對于垂直于所述輪軸線的平面對稱布置。
【文檔編號】B29C65/08GK105992656SQ201580008006
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月5日
【發(fā)明人】U·沃格勒, S·曾德勒
【申請人】海爾曼超聲波技術兩合有限公司