[發明專利]具有保持器的超聲振動單元

有效

• 申請號: 200980122404.5
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN102056681A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: U·沃格勒
• 申請（專利權）人: 海爾曼超聲波技術兩合有限公司
• 主分類號: B06B3/00
• 分類號: B06B3/00;B29C65/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 茅翊忞

技術領域

本發明涉及一種超聲振動單元，包括轉換器和選配地通過變幅器連接到轉換器的超聲焊極，其中超聲焊極具有大致呈圓柱形表面形式的密封表面，且超聲振動單元具有用于將超聲振動單元固定到超聲焊接裝置的機器臺架的保持器。

背景技術

超聲焊接是一種連結塑料材料的方法。超聲是可聽極限以上的機械振動。頻率范圍開始于約20kHz并延伸到1GHz的頻率。這種超聲頻率通常通過壓電聲換能器(轉換器)從電能產生。該機械振動能通過可能通過變幅件(變幅桿)連接到轉換器的超聲焊極施加到所要處理的工件或材料。用于與所要處理的材料接觸的超聲焊極的表面也稱為密封表面。

因此，超聲振動單元具有運行時振動的結構并由轉換器、選配的變幅件和超聲焊極構成。

為了有效地通過超聲振動單元傳遞超聲振動，必須使超聲振動單元呈現諧振狀態。根據超聲振動單元的結構，有多個自然頻率。僅在轉換器產生超聲振動單元的自然頻率時，才發生振動單元的諧振振動。因此，轉換器和超聲振動單元必須彼此調諧。

嚴格地說，諧振頻率與自然頻率稍有不同，因為任何實際系統都是衰減的。但是此后——也是本文中通常的情況——術語諧振頻率和自然頻率用作同義詞。

超聲振動單元的最重要自然頻率通常是在超聲振動單元內產生具有波節和波腹的持續縱向振動的自然頻率。在該情況下，在超聲焊極端部處出現相應波腹。

產生相應超聲激勵頻率的轉換器連接到端部之一。選配地連接在轉換器與超聲焊極之間的是改變超聲振動的振幅但不改變頻率的變幅桿或變幅器。提供變幅桿不影響超聲焊極的自然頻率且因此不影響縱向振動的振動波節的位置。

對于許多使用情況，變幅件和超聲焊極是一件，即是說它們可不再視覺地區分。因此，為了將超聲焊極與變幅件區分開，必須確定純縱向擺動的振動波腹的位置。超聲焊極總是包括密封表面。沿縱向從振動最大值延伸到振動最大值且不影響純縱向振動的自然頻率的任何部分不是超聲焊極的一部分。相反，如果某部分影響純縱向振動的自然頻率，即是說不能基本上不改變自然頻率而去除，則其屬于超聲焊極。

當通過超聲處理材料時，一般而言所要處理的材料定位在超聲焊極與也稱為砧臺的配套工具(其不屬于振動結構)之間。然后與所要處理材料接觸的超聲焊極將超聲能量傳遞到所要處理的材料，所述材料例如由此焊接或切斷。使材料腹板塑性化所需要的熱量由超聲振動向摩擦能的轉換而產生。因此通過界面和分子摩擦產生熱，這使得塑料材料開始熔化。

對于大多數超聲焊極，使用縱向超聲振動通過密封表面進行能量傳遞。

但是，也有具有密封表面的超聲焊極，該密封表面基本上是圓柱形周向表面的形式，其使用相對于超聲振動傳播的縱向橫向產生的徑向超聲振動進行能量傳遞。這些超聲焊極通常包括大致桿形部分和輪形或鐘形部分，轉換器和選配的變幅桿連接到該大致桿形部分，輪形或鐘形部分徑向突出超過桿形部分。輪形或鐘形部分具有密封表面。

這些超聲焊極通常具有兩個主要自然振動模式。

一個自然振動模式基本上對應于桿形部分的縱向諧振振動。該諧振振動具有相對大的縱向振動振幅。但是還與之關聯的是材料沿橫向，即垂直于桿軸線的強制影響。該強制影響表現為相對于桿軸線徑向傳播的厚度振動。厚度振動的振幅相對低，其結果是縱向振動中包含振動系統中振動能的主要部分(90％以上)。

另一個自然振動模式基本上對應于輪部分的徑向振動的諧振。與之關聯的是沿縱向方向的相對輕(強制)的振動。在該自然振動模式中，徑向振動中包含振動系統中振動能的主要部分(通常90％以上)。

在轉動焊接的情況下，使用第二自然振動模式，因為通過在超聲焊極的桿形部分中產生相對小的縱向振動可在超聲焊極的輪部分中產生相對大的徑向振動。

因此，已知具有呈圓柱形表面形式的密封表面的超聲焊極，其用于材料的移動腹板的連續超聲處理。操作時，這些超聲焊極繞其縱向軸線轉動，使得呈圓柱形表面形式的密封表面以與所要處理的材料腹板大致相同的速度移動。因此，在這些超聲焊極的情況下，僅密封表面的小部分與材料腹板接觸。

超聲單元，即振動結構，必須保持相對于所要處理的材料或材料腹板適當定位。在該方面，對超聲單元的保持器有很高的要求，因為一方面保持器必須確保密封表面必須相對于所要處理的材料精確地保持在位，而另一方面，超聲單元必須保持可振動使得僅超聲能的可忽略部分傳遞到機器臺架。