具有預熱單元的超聲焊接裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于超聲焊接至少兩個材料網(2)的裝置，包括可由超聲振動(1)激勵的處理焊極(3)、處理配對工具(4)和設計成在處理焊極(3)與處理配對工具(4)之間引導材料網(2)的材料引導件，材料引導件中設有用于在焊接前加熱至少一個材料網(2)的單元(9、10)。為提供一種避免所列缺點且仍提供快的處理速度的超聲焊接裝置(1)，根據本發明，用于預熱至少一個材料網(2)的單元(9、10)具有可由超聲振動激勵的預熱焊極(9)。
【專利說明】
具有預熱單元的超聲焊接裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于至少兩個材料網的超聲焊接的設備。
【背景技術】
[0002]該種設備可用于例如塑料材料網的超聲焊接。通常這種設備具有可由超聲振動激勵的焊極、配對工具和材料網引導件，材料網引導件設計成使得待焊接的材料網可在焊極與配對工具之間穿過。
[0003]為借助超聲振動激勵焊極而利用超聲產生裝置，超聲產生裝置包括產生交流電壓的發電機和總體上借助壓電元件將交流電壓轉換為機械振動的轉換器。轉換器可直接與焊極連接，或它們之間可連接有所謂的幅值變換器，幅值變換器僅影響機械振動幅度但不影響機械振動頻率。
[0004]超聲是一種能聽度極限以上的機械振動。頻率范圍始于約20kHz且擴展至IGHz的頻率。這種超聲頻率總體上借助壓電式聲換能器由電能生成。
[0005]為了借助超聲振動單元來有效地傳遞超聲振動，需要將超聲振動單元置于共振狀態。超聲振動單元具有多個取決于其結構的固有頻率。只有如果轉換器產生了超聲振動單元的固有頻率，超聲振動單元的共振才會發生。因而，轉換器和超聲振動單元必須彼此相協調。
[0006]總體上，配對工具相對于焊極是可運動的，使得例如薄膜網的材料網可輕易地引入焊極與配對工具之間，接著為了焊接操作，將由焊接力疊置的超聲振動施加于材料網。在該情形下，基本上將區分出兩種處理方法、即超聲焊接和超聲切割之間的不同，超聲焊接中兩個或更多個材料網焊接在一起，超聲切割中材料網借助超聲被切斷。超聲焊接和超聲切割并非很少同時實施，例如兩個平行的焊縫形成于包裝材料中，且同時材料網在兩個平行的焊縫之間被切斷。
[0007]例如上述設備可在管狀袋包裝機器中用于焊接縱向接縫。此處，通過將材料網的兩個縱向邊緣以重疊的關系聯結在一起，用于接收待包裝材料的管道由材料網形成。在該情形下，待聯結的材料網邊緣在焊極與配對工具之間連續穿過。總體上為了該目的，焊極和配對工具都具有呈圓柱形表面形式的焊接表面。
[0008]因而，當此后涉及焊接材料網時，還總意味著焊接例如該材料網的邊緣。唯一的要點在于待焊接的材料包括待借助焊接操作聯結在一起的至少兩層。
[0009]術語“焊接表面”用于標示在焊接操作中與待處理的材料網接觸的表面。
[0010]現在，熱封設備總地用于產生橫向焊縫。然而，偶爾超聲處理設備也已用于產生橫向焊縫。然而，這些為非連續操作的焊極，也就是說焊極不轉動，但基本為矩形的焊接表面周期地與材料網接觸以產生橫向焊縫。在此情形下，或是材料網的前進運動可在焊接操作期間停止，或是隨著材料網在焊接操作期間平行于配對工具運動，焊極和配對工具可與材料網一起運動。
[0011]由于借助超聲焊極，焊接操作所必需的溫升可在待焊接的材料網的交界面內幾乎呈點或線的形式局部地產生，相比于至今為止常見的熱封方法，超聲焊極用于焊接材料網的使用顯著地增加了焊接操作中的處理速度。這也允許了在本說明書的開頭部分中所述的連續方法的實施。
[0012]然而，此處也必須將充足的能量引入材料網的交界面內，以確保可靠的超聲處理。
[0013]又為了增加超聲處理中的處理速度，已經嘗試過在超聲處理操作前借助預熱裝置加熱材料網。為了該目的，受熱空氣流被引導至待焊接的表面上。
[0014]誠然，通過該方法，借助材料網的預熱，由于需通過超聲焊極引入待焊接的兩個材料網之間的交界面區域的能量較少，故而處理速度可增加。然而，產生熱空氣關系到高能量消耗。此外，在食品領域內使用熱空氣是有問題的，因為環境中可能含有的灰塵顆粒、微生物或類似物現可直接被吹至待處理的材料上。
【發明內容】
[0015]將上述現有技術作為基本的出發點，本發明的目的因而是提供一種超聲焊接設備，該設備避免了上述的缺點但卻能獲得快的處理速度。
[0016]該目的由以下實現:用于預熱至少一個材料網的裝置具有可由超聲振動激勵的預熱焊極。
[0017]因而，根據本發明，兩個材料網中的至少一個也由超聲處理裝置預熱。在預熱操作中，低于待焊接材料的熔點的溫度產生于材料網的待焊接區域內。如果例如焊接聚乙烯，可實現至約80 V的預熱。然而，根據本發明，并非加熱整個材料網，而是僅加熱基本包括要在下一步驟中焊接的區域的區域。
[0018]在優選實施例中，設有與預熱焊極相關聯的預熱配對工具，其中，材料網引導裝置適于使得至少一個材料網(優選地為兩個材料網)可在預熱焊極與預熱配對工具之間穿過。
[0019]換言之，因而待焊接的材料網首先在預熱焊極與預熱配對工具之間穿過，這將超聲振動施加至材料并加熱材料。緊隨其后，材料網在處理焊極與處理配對工具之間穿過，這在預熱區域內實施材料網的焊接。
[0020]在另一優選實施例中，處理焊極具有焊接表面寬度為a的焊接表面，且預熱焊極具有焊接表面寬度為b的焊接表面，其中b大于a，其中b優選地大50%以上且最好b大致為a的兩倍。
[0021]焊接表面寬度基本分別設立了待預熱或待焊接的區域的寬度。盡管焊接緊接著預熱，但引入焊接表面區域內的熱能通過材料內的熱傳導發散進入周圍區域。因此，已證明理想的是，預熱焊極(也就是負責預熱材料的焊極)的焊接表面寬度比為焊接操作所設的焊極的焊接表面更寬。誠然，此處的情況同樣涉及緊接著預熱過程后的材料內的熱傳導，由于尤其是在受熱部分的邊緣區域中的熱傳導，材料已經冷卻，但由于預熱區域已經被選為寬于待焊接區域，相對于周圍溫度，待焊接區域在焊接操作中被大幅加熱，使得焊接操作可借助借助處理焊極的超聲而顯著地更快實現，因而處理速度或材料進給速度可增加。
[0022]原理上，根據本發明的方法在連續方法和間歇操作方法中都是有利的。然而，已發現所述優勢在連續方法中特別突出。因而，在優選實施例中，設置為至少處理焊極呈轉動焊極形式，且優選地預熱焊極也呈轉動焊極形式，轉動焊極具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面。
[0023]此外，如果至少處理配對工具為可轉動的且具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面，且優選地預熱配對工具也為可轉動的且具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面，則總體上是有利的。
[0024]為了進一步增加焊接處理速度，處理工具本身也可呈焊極形式，焊極也可由超聲振動激勵。在該方面，如果兩個焊極涉及不同的固有頻率且由不同的超聲頻率激勵以避免相互間的振動影響，則是有利的。因而，基本上材料網通過兩個相對放置的焊極焊接。
[0025]為了加速預熱或更均勻地分配熱能，原理上該種構造在配對工具方面也可設想為預熱配對工具。
[0026]在替代的優選實施例中，處理配對工具也與預熱焊極相關聯，且材料網引導裝置適于使材料網可首先在預熱焊極與處理配對工具之間穿過用以預熱，且接著在處理焊極與處理配對工具之間穿過用以焊接。
[0027]換言之，兩個焊極與優選地呈圓柱形表面形式的處理配對工具相關聯，其中兩個焊極以周向空間關系與配對工具互相作用。因而，首先，待焊接的材料網在配對工具與預熱焊極之間穿過以使材料在交界區域內的帶形構造中預熱，且接著，待焊接的材料網在處理焊極與處理配對工具之間穿過，從而在預熱區域內實施超聲焊接。然而，該實施例僅可用于具有充足柔性的材料網。
[0028]然而，為了避免由預熱單元引入材料的熱量在處理前就已經離開焊接區域，原理上，包括預熱焊極和預熱配對工具的預熱單元與包括處理焊極和處理配對工具的處理單元之間的間距應盡可能小，優選地小于lm。如果在預熱單元與處理單元之間設有用于將已被預熱但還未處理的材料網壓在一起的裝置，則可能是有利的。該裝置可例如包括一個或多個壓輥或壓帶。
[0029]此外，對于許多材料，如果設有用于轉動預熱焊極和用于轉動處理焊極的裝置，且其中該裝置適于使處理焊極的圓周速度大于預熱焊極的圓周速度，則是有利的。具體地，當焊接在預熱操作期間借助通過預熱焊極和預熱配對工具施加至材料的壓力已經拉伸(也就是變得更長)的材料時，這是有利的。
【附圖說明】
[0030]本發明的其它優點、特征和可能的用途將從此后對優選實施例的說明和附圖中變得清楚，附圖中:
[0031]圖1示出了本發明的優選實施例的立體圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1示出了根據本發明的超聲焊接設備I的實施例。該設備用于將兩個材料網2焊接在一起。
[0033]借助處理焊極3和處理配對工具4實現焊接。處理焊極3和處理配對工具4兩者都具有呈圓柱形表面形式的焊接表面，且借助驅動器7、8繞它們的縱向軸線轉動。在所示的實施例中，處理配對工具4的轉動軸線連接到機器支承框架結構，而處理焊極3可借助支架6相對于保持件5在垂直方向上運動。因而，可借助處理焊極3與處理配對工具4之間的支架6調整期望的焊隙。借助轉換器(未示出)使處理焊極3執行超聲振動，使得以箭頭方向運動通過設備的材料網2焊接在處理焊極3與處理配對工具4之間。在該情形下，處理焊極3和配對工具4的圓周速度等于材料網2的運動速度。
[0034]將會理解的是，由于在處理焊極3對材料網的處理期間，必須將充足的能量引入材料網2以確保兩個材料網的焊接，故而材料網的運動速度不能如期望的增加。
[0035]為了增加材料網的前進速度，根據本發明的實施例具有預熱焊極9和預熱配對工具10。預熱焊極9和預熱配對工具10都具有呈圓柱形表面形式的焊接表面，且借助驅動器
11、12繞它們的轉動軸線可轉動。因而，當材料網2以箭頭所標示的方向被運送通過超聲焊接設備時，材料網首先由預熱焊極9和預熱配對工具10處理，且之后由處理焊極3和處理配對工具4處理。預熱焊極9也可借助支架14在垂直方向上相對于保持件13運動，而預熱配對工具10不能在垂直方向上運動。
[0036]預熱焊極9和預熱配對工具10意圖于在預熱材料網2中由處理焊極3和處理配對工具4超聲焊接的區域。因而，同樣受超聲振動作用的預熱焊極9在材料處理操作中將振動能量傳遞至材料網2，使得結果為兩個材料網2在帶形區域內被預熱，帶形區域的寬度分別由預熱焊極9和預熱配對工具10的焊接表面寬度確定，且帶形區域在材料前進的方向上延伸。
[0037]在該方面，例如當處理聚乙烯(PE)時，會達到約80°C的溫度。在該方面重要的是不超過材料的熔點，否則的話就已實現焊接了。
[0038]預熱焊極9和預熱配對工具10僅意圖于預熱材料網2。實際的焊接操作接著借助處理焊極3和配對工具4實現，處理焊極3和配對工具4就在預熱的線形區域內完成焊接操作。由于材料網已經在該線形區域內被預熱，需要將較少的振動能量引入材料網2用于其焊接，使得總體上可能以較大的材料前進速度操作而不降低焊接質量。
[0039]盡管負責焊接操作的處理焊極和/或處理配對工具的焊接表面可具有突出的輪廓，但為了獲得均勻的預熱，對于預熱焊極和預熱配對工具而言較有利的是具有在周向上恒定的輪廓。
[0040]通過示例的方式，預熱焊極的垂直于材料網延伸的截面中可為鐘形或突起狀或隆起狀的截面。
[0041 ]附圖標記列表
[0042]I超聲焊接設備
[0043]2材料網
[0044]3處理焊極
[0045]4處理配對工具
[0046]5,13保持件
[0047]6,14支架
[0048]7,8,11,12 驅動器
[0049]9預熱焊極
[0050]10預熱配對工具
【主權項】
1.一種用于超聲焊接至少兩個材料網的設備，包括可由超聲振動激勵的處理焊極、處理配對工具和設計成使得材料網可在所述處理焊極與所述處理配對工具之間穿過的材料網引導件，其中設有用于在焊接操作前加熱至少一個材料網的裝置，其特征在于，所述用于預熱至少一個材料網的裝置具有可由超聲振動激勵的預熱焊極。2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備設有與所述預熱焊極相關聯的預熱配對工具，其中，所述材料網適于使得至少一個材料網、優選地兩個材料網可在所述預熱焊極與所述預熱配對工具之間穿過。3.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述處理配對工具也與所述預熱焊極相關聯，且所述材料網引導件適于使所述材料網可首先在所述預熱焊極與所述處理配對工具之間穿過用以預熱，且接著在所述處理焊極與所述處理配對工具之間穿過用以焊接。4.如權利要求1至3中的一項所述的設備，其特征在于，所述處理焊極具有焊接表面寬度為a的焊接表面，且所述預熱焊極具有焊接表面寬度為b的焊接表面，其中b大于a，其中b優選地大50%以上且最好b大致為a的兩倍。5.如權利要求1至4中的一項所述的設備，其特征在于，至少所述處理焊極呈轉動焊極形式，且優選地所述預熱焊極也呈轉動焊極形式，所述轉動焊極具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面。6.如權利要求5所述的設備，其特征在于，至少所述處理配對工具為可轉動的且具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面，且優選地所述預熱配對工具也為可轉動的且具有基本上呈圓柱形表面形式的焊接表面。7.如權利要求1至6中的一項所述的設備，其特征在于，所述處理配對工具呈可由超聲振動激勵的其它處理焊極形式，其中優選地所述處理焊極和所述其它處理焊極具有不同的固有頻率。8.如權利要求6或權利要求7所述的設備，其特征在于，設有用于轉動所述預熱焊極和用于轉動所述處理焊極的裝置，其中所述裝置適于使所述處理焊極的圓周速度大于所述預熱焊極的圓周速度。
【文檔編號】B29C65/08GK105980135SQ201580007092
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月3日
【發明人】T·費舍爾, A·施奈德
【申請人】海爾曼超聲波技術兩合有限公司