超声处理装置和用于其的横向密封超声焊极制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于借助于超声连续处理幅材的装置的超声焊极。为了提供超声焊极以及具有这样的超声焊极的超声处理装置，该超声焊极生产简单并确保可靠的横向密封缝形成，其中超声焊极的能耗较低，且超声焊极还具有较高等级的转动真实精度和足够的刚度，根据本发明专利技术提出该超声焊极包括大致辊轮形芯和至少两个杆，其中杆沿芯轴线方向延伸，且每个杆具有背向辊轮形芯的密封表面。

【技术实现步骤摘要】
本申请是2011年11月7日进入国家阶段的PCT申请PCT/EP2010/057362的分案申请。
本专利技术涉及一种用超声连续处理幅材的装置和用于该装置的超声焊极。
技术介绍
超声是可听极限以上的机械振动。频率范围开始于约20kHz并延伸到1GHz的频率。这种超声频率通常通过压电声换能器(转换器)从电能产生。该机械振动能量通过可能通过振幅变换件(也称为增能器)连接到转换器的超声焊极施加到所要处理的工件或材料。用于与所要处理的材料接触的超声焊极的表面也称为密封表面。因此振动单元包括发生器、转换器、选配的变幅件和超声焊极。对于多种使用情况，转换器和超声焊极形成为单件。为了有效地通过超声振动单元传递超声振动，必须使超声振动单元呈现谐振状态。根据超声振动单元的结构，其有多个自然频率。仅在转换器产生超声振动单元的自然频率时，才发生单元的谐振振动。因此，转换器和超声振动单元必须彼此调谐。当借助于超声处理材料时，一般而言所要处理的材料定位在超声焊极与也称为砧台的配套工具(不属于振动结构)之间。然后与所要处理材料接触的超声焊极将超声能量传递到所要处理的材料，所述材料例如由此焊接或切断。包装技术通常使用所谓的水平或竖直管状袋子包装机。在这种机器中，从料卷拉出幅材，成形为形成管，并将纵向边缘密封。然后将袋子充装，沿横向密封并最后切断。所以，横向缝的焊接既产生充装好的袋子的头缝也产生下一个袋子的底缝。在管状袋子包装机中，超声焊极通常用于产生纵向缝。在这种情况下，所要连结的幅材在超声焊极与配套工具之间连续移动。目前大多使用热密封装置来产生横向密封缝。但是，目前也单独使用超声处理装置来产生横向密封缝。但是，这些通常是间断运行的超声焊极，即是说，超声焊极不转动，而是大致矩形密封表面与幅材周期性接触以产生横向密封缝。US 6 574 944已经提出用于借助于超声产生横向密封缝的转动超声焊极。在该专利所示的实施例中，四个分开的超声焊极安装在平行六面体驱动轴上。当驱动轴转动时，四个超声焊极相继与幅材接触并产生相应的横向密封缝。但有四个超声焊极安装在轴上的实施例的生产复杂且昂贵。此外，仅能通过驱动轴用高能耗使四个超声焊极的密封表面振动。因此，US 6 574 944中所示的结构在实践中并未取得成功。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种超声焊极或具有超声焊极的超声处理装置，该超声焊极易于生产并确保可靠的横向密封缝产生，其中超声焊极的能耗较低。此外，本专利技术寻求提供具有高度的转动真实精度和足够的刚度的超声焊极。根据本专利技术，该目的由这样的超声焊极来实现，该超声焊极包括大致辊轮形芯和至少两个杆，其中诸杆沿芯轴线方向延伸且每个杆具有背向辊轮形芯的密封表面。基本上，根据本专利技术的超声焊极具有多个密封表面。当超声焊极沿辊轮形芯的纵向轴线转动时，各个密封表面相继与所要处理的幅材接触并产生横向密封缝。可容易地生产这种超声焊极。因此，例如可从条形材料铣削出适当的空腔，从而仅保留各杆，而密封表面大致由条形材料的周界表面形成。因此，诸条较佳地与辊轮形芯形成一件。由于从辊轮形芯至各杆的超声振动传递中的传递损失减少，所以该措施减少激励密封表面时的能量损失。此外，通过分散连接位置而减小组装公差，这总体上致使转动真实精度增加。在较佳实施例中，垂直于辊轮轴线的截面中密封表面的轮廓凸出弯曲，其中密封表面的曲率半径较佳地大约对应于密封表面到芯轴线的间距。垂直于辊轮轴线的截面内密封表面的凸出曲率改进超声焊极的转动真实精度，且同时改进可产生的横向密封缝的质量。业已发现，如果密封表面到芯轴线的间距比芯半径大约25至150％之间，且较佳地大约75至100％之间，则可减少激励能量，即是说在所要求频率和幅值下使密封表面振动所必需的能量。此外，测试显示如果密封表面沿轴向、即平行于芯轴线具有长度l，其中0.4×λ≤l≤0.6×λ，其中λ是超声焊极的超声振动的波长，则可改进密封效果。应理解，在某些情况下，波长可取决于超声振动在超声焊极内传播的方向。即使该方向依赖性一般是可忽略的，但术语波长λ用于指示平行于芯轴线的波长。应当理解，可仅在其自然频率f附近有效地运行超声焊极，因为只有这样才产生驻波，即是说当将密封表面应用于幅材时，超声焊极处于储存可传递到所要处理的材料内相当多能量的位置。声速c取决于制成超声焊极的材料。业已证实使用铝、钛或钢是尤其有利的。在理想情况下，密封表面具有平行于芯轴线的长度l，该长度l对应于超声波长的一半。但是，业已发现，密封表面的振幅沿轴向从密封表面的中心沿边缘区域方向减小，从而仅在增加能量输入时在密封表面的边缘区域内实现最佳焊接效果，但是这致使在密封表面的中心区域内传递比用于密封目的所必需的能量多的能量到幅材内。一方面，这可致使能量需求增加，且另一方面如果过量的能量传递到幅材，甚至致使密封效果变差。为了减少沿密封表面纵向方向振幅的变化，即是说减少从中心沿轴向沿边缘部分方向的振幅下降，如果诸杆具有连接部分和承载密封表面的密封部分，其中密封部分沿轴向突出，即是说沿平行于芯轴线的方向在至少在一侧且较佳地在两侧突出超过连接部分的值s≤0，其中较佳地0.001×λ≤s≤0.2×λ，则是有利的。换言之，密封表面沿轴向突出超过连接部分约超声波长的1/100至1/5。沿密封表面超声振幅的变化通过诸杆的特定形状而显著减小。在较佳实施例中，连接部分紧接着辊轮形芯终止。连接部分和密封部分有利地在截面图(垂直于芯轴线的截面)中具有相同宽度。在另一较佳实施例中，设置成密封表面到芯轴线的间距d在超声波长的40至60％之间。在尤其较佳实施例中，密封表面具有平行于芯轴线延伸的沟槽。该沟槽设置成接纳布置在与超声焊极相关联的配套工具上的相应切割装置。基本上，沟槽将密封表面分成两个密封表面部分，其中一个密封表面部分产生第一包装件的底缝，而另一个密封表面部分产生另一包装件的头缝，同时相应的切割装置切断相邻包装件。由于沟槽的设置，相应的切割刀片可方便地穿入沟槽内并切断材料。这样，由于切割操作期间切割刃和密封表面不彼此接触，所以切割刃和密封表面被小心处理。或者，为了保护密封表面，还能够使可能设置在密封表面的在切割操作期间与切割工具接触的区域内的保护涂层做得更厚。作为替代方式，切割装置也可布置在超声焊极内。在该情况下，配套工具可具有相应的沟槽，切割操作期间超声焊极的切割装置可配合在该相应沟槽内。本专利技术还涉及用具有超声振动单元借助于超声连续处理幅材的超声处理装置，该超声振动单元包括：转换器、通过所述类型的变幅部分选配地连接到转换器的超声焊极、以及配套工具，其中为了处理幅材，可在超声焊极与配套工具之间引导幅材。在该情况下，芯轴线垂直于材料行进方向布置。超声处理操作期间，超声焊极绕其芯轴线转动。如该说明书的开头部分中已经解释的，在超声焊极的密封表面处产生的振幅沿密封表面并不均匀。而是，振幅在振动表面中心附近最大，而沿轴向变小，即是说沿平行于辊轮轴线的方向朝向边缘区域变小。因此，为了确保边缘区域内的最佳密封，必需增加所供给的能量且因此增加振幅，但是这样的后果是在密封表面中心的区域内传递不必要的大量能量。为了改进密封表面的整个长度上的密封质量，且同时为了减少用于密封横向密封缝所必需的能量，一特定实施例使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于借助于超声连续处理幅材的装置的超声焊极，其特征在于，所述超声焊极包括大致辊轮形芯和至少两个杆，其中所述杆沿芯轴线方向延伸且每个杆具有背向辊轮形芯的密封表面，所述密封表面至所述芯轴线的间距比所述芯半径大约25至150％之间。

【技术特征摘要】
2009.06.16 DE 102009026952.51.一种用于借助于超声连续处理幅材的装置的超声焊极，其特征在于，所述超声焊极包括大致辊轮形芯和至少两个杆，其中所述杆沿芯轴线方向延伸且每个杆具有背向辊轮形芯的密封表面，所述密封表面至所述芯轴线的间距比所述芯半径大约25至150％之间。2.如权利要求1所述的超声焊极，其特征在于，所述杆与所述辊轮形芯一体形成。3.如权利要求1或2所述的超声焊极，其特征在于，垂直于辊轮轴线的截面中密封表面的轮廓凸出弯曲，其中所述密封表面的曲率半径较佳地大约对应于所述密封表面到所述芯轴线的间距。4.如权利要求1所述的超声焊极，其特征在于，所述密封表面至所述芯轴线的间距比所述芯半径约75至100％之间。5.如权利要求1至4中一项所述的超声焊极，其特征在于，所述超声焊极具有20kHz至1GHz之间范围内的自然频率f，且所述密封表面沿所述芯轴线方向具有长度l，其中0.4×λ≤l≤0.6×λ，λ是所述超声焊极的所述超声振动的波长。6.如权利要求1至4中一项所述的超声焊极，其特征在于，所述超声焊极具有范围在20kHz至1GHz之间的自然频率f，且所述杆具有连接部分和具有密封表面的密封部分，其中所述密封部分沿所述芯轴线的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·沃格勒，
申请(专利权)人：海尔曼超声波技术两合有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE