具有多個超聲焊極的超聲波焊接裝置的制造方法
【專利說明】具有多個超聲焊極的超聲波焊接裝置
[0001] 本發明涉及一種用于材料的超聲波加工且具有至少兩個超聲焊極的超聲波焊接 裝置。
[0002] 超聲波是可聽極限之上的機械振動。其頻率范圍從大約20KHz延伸到1GHz。這樣 的超聲波頻率通常由壓電式聲換能器（轉換器）從電能產生。所述機械振動能量經由連接 到轉換器的超聲焊極、可能地經由變幅器部分（也被成為增壓器）施加到要加工的工件或 材料上。
[0003] 超聲焊極的用于與待加工材料接觸的表面也稱為密封面。振動單元因此包括發生 器、轉換器、可選的變幅器部分和超聲焊極。在多種使用情況中，變幅器和超聲焊極為一整 體。
[0004] 為了借助于超聲波振動單元有效地傳輸超聲波振動，引起超聲波振動單元的諧振 是必要的。依賴于超聲波振動單元的結構，其具有多個固有頻率。僅當轉換器產生超聲波 振動單元的固有頻率時，超聲波振動單元的諧振才發生。因此，轉換器和超聲波振動單元必 須彼此調諧。
[0005]當使用超聲波加工材料時，被加工的材料通常定位在超聲焊極和也被稱為砧板的 對應工具（其不屬于振動結構）之間。與待加工材料接觸的超聲焊極然后向待加工材料傳 輸超聲能量，該材料因此例如被焊接或切斷。
[0006] 在那種情況下，能量在密封面處傳輸到待加工材料。待加工材料由此也產生振動， 以便在待加工材料接觸對應工具的表面處也發生能量傳遞。
[0007]即使被加工材料包括多個元件，例如具有2層結構，通過由超聲焊極傳輸到第一 層的振動，能量傳遞也在第一層和第二層之間的限定區域中發生。然而，尤其是在較厚的材 料的情況下，其不能由超聲焊極引起振動或者僅導致不充分的振動，對應工具和待加工材 料之間的能量傳遞通常不足以進行有效的焊接。
[0008] 因此W02010/145927已經提出使用兩個同樣的超聲焊極來加工薄片材料。在該情 況下，兩個超聲焊極被設置成使得待加工材料在加工操作期間被布置在它們之間，并且因 此可以被兩個超聲焊極同時加工。
[0009] 然而，根據已知的加工工藝，兩個超聲焊極被完全相同的超聲頻率激勵，其導致一 個超聲焊極可能受到另一超聲焊極的干擾影響并且反之亦然。
[0010] 因此，以所描述的現有技術為基本出發點，本發明的目的是提供一種超聲波焊接 裝置以允許有效的材料加工而且兩個超聲焊極之間不會有互相干擾。
[0011] 根據本發明，為了實現上述目的，至少兩個超聲焊極被如此設置以使得第一超聲 焊極可以被固有頻率fsl激發并且第二超聲焊極可被固有頻率fs2激發，其中fs2大于fsl。 由此兩個超聲焊極應各自具有相應設計的轉換器以提供各自的固有頻率。也就是說，在操 作中，一個超聲焊極執行超聲波振動fsl并且另一個超聲焊極執行超聲波振動fs2。
[0012] 現在在材料加工期間，一個超聲焊極的超聲波振動通過材料傳輸到沒有滿足匹配 的固有頻率的另一超聲焊極，以使得第一超聲焊極實際上不影響第二超聲焊極的振動行 為。
[0013] 期望超聲焊極這樣構建，即fs2不是〖^的整數倍。更具體地，如果第二超聲焊極的 固有頻率是第一超聲焊極的固有頻率的整數倍，那么就會涉及較高階諧波振動的激勵并且 在兩個超聲焊極之間產生不利影響。
[0015] 例如，第一超聲焊極可以在30KHz的頻率fsl被激發，而第二超聲焊極可以在35KHz 的頻率fs2被激發。30KHz的振動充分遠離第二超聲焊極的35KHz的固有頻率，以使得在第 一超聲焊極與第二超聲焊極之間幾乎沒有能量傳遞。
[0016] 通過不同的振動頻率，超聲波加工操作可以被顯著的改進，因為現在超聲焊極的 振動幅度可以被設置成不對其它超聲焊極的振動幅度產生影響。
[0017] 在進一步的優選實施例中，所述至少兩個超聲焊極分別具有至少一個平坦的密封 面部分。
[0018] 在優選實施例中，超聲焊極能在打開位置和關閉位置之間相對于彼此往復運動， 其中在打開位置，兩個密封面彼此遠離地布置并且待加工材料可以被進一步運送，其中在 關閉位置，兩個密封面彼此靠近地布置并且待加工材料被加工。
[0019] 在許多應用情形中，將例如傾倒裝置（噴嘴）這樣的物品焊接到薄片材料中是必 要的。在該種情況下，密封表面可具有適當的開口。
[0020] 尤其地，當將噴嘴焊接到例如飲料包裝中時，至少一個超聲焊極、優選兩個超聲焊 極具有至少一個彎曲的密封面部分，優選凹形彎曲密封面部分。當加工材料時，要被焊接到 正確位置的物品，例如噴嘴，隨后裝配入凹形彎曲密封面部分中。
[0021] 在進一步優選的實施例中，至少一個超聲焊極并且優選至少兩個超聲焊極具有兩 個平坦的密封面部分以及在這兩個密封面部分之間的一彎曲密封面部分。
[0022] 在進一步優選的實施例中，具有至少三個超聲焊極，其中所述超聲焊極被設置為 使得待加工材料在加工操作期間被定位在至少一個超聲焊極與至少兩個超聲焊極之間，其 中優選位于待加工材料一側的超聲焊極的總表面面積大致等于位于待加工材料另一側的 超聲焊極的總表面面積。
[0023] 從這方面來說，期望定位在待加工材料相同側的超聲焊極具有相互分隔開的密封 面。
[0024] 同樣有利的是，定位在待加工材料一側的超聲焊極的數量不同于定位在待加工材 料另一側的超聲焊極的數量。
[0025] 本發明更進一步的優點、特征和可能的應用從下面對優選實施例的描述以及所附 的附圖中可以更清楚地示出。
[0026] 附圖1示出了插入在兩個薄片材料之間的噴嘴的透視圖，
[0027] 附圖2示出了圖1中結構的俯視圖，
[0028] 附圖3示出了圖1中結構的正視圖，
[0029] 附圖4示出了根據本發明的一個實施例的透視圖，
[0030] 附圖5示出了附圖4的實施例的平面視圖，以及
[0031] 附圖6示出了附圖4的實施例的側視圖。
[0032] 附圖1至3概略示出了兩個薄片材料2之間的噴嘴1。具體地，飲料以及洗衣劑通 常在其中焊接有傾倒裝置（即所謂的噴嘴）的塑料袋中被售賣。焊接操作可以由例如超聲 波焊接裝置實現。
[0033] 本發明的一個實施例如圖4至6中所示。附圖4示出了超聲波焊接裝置的透視圖， 附圖5示出了前視圖以及附圖6示出了側視圖。
[0034] 所述超聲波焊接裝置共具有三個超聲焊極3、4、5。一個超聲焊極3通過變幅器9 連接到轉換器6。所述轉換器6將交流電壓轉換成機械超聲波振動。為此目的通常具有壓 電晶體。
[0035] 并非絕對必需的所述變幅器9轉換超聲波振動的振幅，但不是頻率。因此可以利 用通過轉換器6的固有振動引起所述超聲焊極3的振動。所述超聲焊極3具有在超聲波振 動期間可減少超聲焊極內的材料變形的兩個狹縫11。
[0036] 其它兩個超聲焊極4、5分別通過變幅器9、10連接到轉換器7、8。兩個超聲焊極 4、5中的每一個超聲焊極能夠通過轉換器7、8之一執行超聲波固有振動。所述兩個超聲焊 極4、5具有由轉換器7、8激發的固有頻率，其不同于所述超聲焊極3的固有頻率。
[0037] 所述兩個超聲焊極4、5通過保持器13、14連接到固定板12。所述超聲焊極4、5因 此是不可動的 除了振動之外。
[0038] 相反地，所述超聲焊極3可相對于超聲焊極4、5在打開位置（未示出）和閉合位 置或加工位置之間往復移動（如圖4至6所示的）。超聲焊極3以及超聲焊極4、5均具有 平坦的密封面部分和凹形彎曲的密封面部分。它們被這樣設置，以使得在圖4至6所示的 加工位置，分別在超聲焊極3和4之間以及3和5之間形成相應的通道15,其輪廓與噴嘴1 的輪廓基本一致。
[0039] 因此在打開位置，具有兩個噴嘴的薄片材料可被裝配于超聲焊極4、5的凹形密封 面部分，以使得薄片材料2在后續的加工位置能夠被焊接到噴嘴1。
[0040] 利用在不同振動頻率下運行的兩個超聲焊極使得在薄片材料2和噴嘴1之間實現 有效焊接成為可能。
[0041] 附圖標記列表
[0042] 1 噴嘴
[0043] 2 薄片材料
[0044] 3,4,5 超聲焊極
[0045] 6,7,8 轉換器
[0046] 9,10 變幅器
[0047] 11 狹縫
[0048] 12 固定板
[0049] 13,14 保持器
[0050] 15 通道
【主權項】
1. 一種用于材料的超聲波加工的超聲波焊接裝置，其包括至少兩個超聲焊極W及轉換 器裝置，所述轉換器裝置將交流電壓轉換為超聲波振動并促使所述至少兩個超聲焊極執行 超聲波振動，其中所述至少兩個超聲焊極被設置成使得待加工材料在加工操作期間定位在 所述至少兩個超聲焊極之間并且能夠同時被所述至少兩個超聲焊極加工，其特征在于，所 述轉換器裝置在頻率fd激發第一超聲焊極并且在頻率fS2激發第二超聲焊極，其中fS2大于 f'sl。2. 如前述權利要求1所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，f.2不是fS1的整數倍。3. 如前述權利要求1或2所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，并且優選4. 如前述權利要求1-3之一所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，所述至少兩個超聲 焊極分別具有至少一個平坦的密封面部分。5. 如前述權利要求1-4之一所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，至少一個超聲焊極， 優選兩個超聲焊極具有至少一個彎曲密封面部分，優選凹形彎曲密封面部分。6. 如前述權利要求5所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，至少一個超聲焊極并且優 選所述至少兩個超聲焊極具有兩個平坦的密封面部分和布置在運兩個密封面部分之間的 彎曲密封面部分，優選凹形彎曲密封面部分。7. 如前述權利要求1-6之一所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，所述超聲波焊接裝 置具有至少Ξ個超聲焊極，其中所述超聲焊極被設置成使得待加工材料在加工操作期間被 定位在至少一個超聲焊極與至少兩個超聲焊極之間，其中優選定位在待加工材料一側的超 聲焊極的總表面面積大致等于定位在待加工材料另一側的超聲焊極的總表面面積。8. 如前述權利要求7所述的超聲波焊接裝置，其特征在于，定位在待加工材料同一側 的超聲焊極具有相互分隔開的密封面。
【專利摘要】本發明涉及一種用于材料的超聲波加工的超聲波焊接裝置，具有至少兩個超聲焊極和一個轉換器裝置，該轉換器裝置將交流電壓轉換成超聲波振動并且使該至少兩個超聲焊極處于超聲波振動狀態，所述至少兩個超聲焊極被設置成使待加工材料在加工期間布置在它們之間并且能同時被該至少兩個超聲焊極加工。為了使得超聲波焊接裝置允許有效的材料加工且在兩個超聲焊極之間沒有不期望的相互干擾發生，如本發明所述的轉換器裝置在頻率fs1激發第一超聲焊極并且在頻率fs2激發第二超聲焊極，fs2大于fs1。
【IPC分類】B31B19/84, B65D75/58, B29C65/08
【公開號】CN105408089
【申請號】CN201480022339
【發明人】A·施奈德, G·格內德
【申請人】海爾曼超聲波技術兩合有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2014年4月15日
【公告號】DE102013104227A1, EP2988919A1, US20160067912, WO2014173735A1