本发明专利技术涉及一种用于超声波焊接装置的超声波焊头，所述超声波焊头具有长度为o的上部和长度为u的下部，所述上部和所述下部布置为在所述超声波焊头的纵轴上彼此相邻，并且所述超声波焊头在所述纵轴的方向上的总长度为u+o，所述下部具有垂直于所述纵轴定向的密封面，所述密封面旨在与待加工材料接触。为了提供甚至可以将非常薄的材料层高质量地焊接在一起的用于超声波焊接装置的超声波焊头，根据本发明专利技术，所述下部具有槽，其中，所述槽从所述密封面延伸到所述下部的与所述密封面相反的一侧，使得所述超声波焊头的所述下部被分为在垂直于所述纵轴的方向上彼此相邻的多个段。所述纵轴的方向上彼此相邻的多个段。所述纵轴的方向上彼此相邻的多个段。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波焊头热变形的补偿
[0001]本专利技术涉及一种用于超声波焊接装置的超声波焊头(sonotrode)，该超声波焊头具有长度为o的上部和长度为u的下部，上部和下部布置为在超声波焊头的纵轴上彼此相邻，并且该超声波焊头在纵轴方向上的总长度为u+o，下部具有垂直于纵轴定向的密封面，密封面旨在与待加工材料接触。
技术介绍
[0002]一段时间以来，当涉及到将热塑性塑料彼此形状锁定或材料锁定时，超声波焊接已经成为一种公认的方法。应用范围从汽车和电气行业到包装、医疗和卫生行业。
[0003]典型的超声波焊接装置具有超声波发生器、转换器、可选的变幅器和被称为超声波焊头的焊接工具。超声波发生器根据施加的电源电压产生所需超声波频率的高电压。然后利用转换器的逆压电效应将超声波发生器的电振动转换为机械纵向振动，并且将机械纵向振动传递至变幅器或焊接工具。机械振动的振幅可以借助于变幅器而增大或减小，并且变幅器可选地布置在转换器和焊接工具之间。另外，变幅器还可以用于支撑由转换器、变幅器和焊接工具组成的振动装置。超声波焊头作为实际的主动焊接工具最终将机械振动传递至待接合的部件中。超声波焊头具有密封面，并且超声波焊头经由密封面与待加工材料接触。
[0004]频率在超声波范围内的机械振动在待接合的塑料中产生摩擦热，并且激励塑料中的分子移动。结果，塑料变软并且开始熔化，从而当在一段时间内对部件施加一定的压力时，待接合在一起的部件连接。然后，这些部件在分子水平上彼此固定地连接。
[0005]焊缝在强度、紧密性和视觉印象(optical impression)方面的性能取决于超声波焊接过程中的各种因素。一方面，在焊接过程中使用的振动的频率和振幅起着一定的作用，另一方面，持续时间和施加的焊接力也会影响焊接的最终结果。另外，焊接结果还取决于焊接工具的几何形状或空间形状。因此，已经预先选择了焊接工具的形状，使得例如对于视觉印象可以实现特定的焊接结果。
[0006]然而，也可以在焊接过程中改变焊接工具，即超声波焊头的形状。在焊接过程中，在超声波焊头内存在温度差，从而导致超声波焊头材料的不均匀热膨胀。这会导致部分地凸出的密封面，并且取决于所焊接的材料，密封面对焊接结果产生重大影响。因此，特别地，用于医疗行业或卫生产品的非常薄的材料层(例如，无纺布)的均匀焊接是非常受限的。在生产过程中，会在焊缝的强度和焊缝的视觉印象两者的结果中出现波动。这是因为，当焊接非常薄的材料层时，焊接工具和对向工具之间的间距(材料层布置在该间距之间)必须相应地选择为较小，以便实现焊接。如果该间距例如仅在几微米的范围内，则也仅在几微米的范围内的超声波焊头的密封面的变形会(相对地)导致焊接工具和对向工具之间的间距的显著局部变化。因此，在一些区域中，对待接合材料施加的压力太小，而在其他区域中施加的压力太大。
[0007]为了解决或最小化该问题，从现有技术中已知凹入地研磨与待加工材料接触的密
封面。然后，通过超声波焊头材料的凸出热膨胀来提升密封面的凹入凹陷，从而在超声波焊接装置的操作过程中实现平坦的密封面，并因此实现均匀的焊接。
[0008]这种解决方案的缺点是，仅在超声波焊接装置的非常特定的操作点理想地补偿变形。当从冷状态启动超声波焊接装置时，或者当将工具加热到比最初计划更大的程度时，无法达到这个最佳操作点，因此也无法实现均匀焊接。
[0009]尽管如此，为了实现尽可能可再现的加工结果，通常使用超声波焊头的强空气冷却作为这种解决方案的替代方案或附加方案，以便保持尽可能低的过度加热或变形。此外，已知在密封面的区域中为超声波焊头配备冷却通道，以便使超声波焊头的温度尽可能保持恒定。然而，即使以这种方式也不能保证非常薄的材料的均匀焊接。
技术实现思路
[0010]因此，本专利技术的目的是提供一种用于超声波焊接装置的超声波焊头，通过该超声波焊头甚至可以将非常薄的材料层高质量地焊接在一起。
[0011]根据本专利技术，该目的是通过上述类型的超声波焊头而实现的，该超声波焊头的下部具有槽，所述槽从密封面延伸到下部的与密封面相反的一侧，使得超声波焊头的下部被分为在垂直于纵轴的方向上彼此相邻的多个段。
[0012]超声波焊头的下部的所述划分导致热膨胀影响的降低，由此通过槽被分为多个密封面部分的密封面不会弯曲。换言之，所有密封面部分位于一个平面内，与待焊接材料同时接触，并且对待焊接材料施加相同的压力。甚至可以将非常薄的材料层焊接在一起，然而密封面的凸曲率(convex curvature)将导致令人不满意的焊接结果。
[0013]在一个实施方案中，超声波焊头被设计为u>0.25o，优选地0.8o<u<1.5o，更优选地0.95o<u<1.1o。理想地，上部的长度o基本上对应于下部的长度u。
[0014]在这种情况下，如果超声波焊头在纵轴方向上的总长度o+u对应于在超声波焊接过程中激励超声波焊头的波长λ，则会导致上部和下部之间的边界在激励振动的振动节点的范围内行进。上部和有槽的下部之间的边界在振动节点中的布置具有以下优点：这是低应力和低应变区域。因此，一方面减小了各个段之间的张力，但是段对超声波焊头的整体振动行为的影响也被最小化。结果，下部中的槽对传递至材料的振动几乎没有影响。
[0015]根据本专利技术的位于超声波焊头的下部中的槽一方面使密封面的热变形最小化，同时还不会显著影响超声波焊头的振动行为，因此优化了整体焊接结果。
[0016]在另一实施方案中，密封面由超声波焊头的彼此平行地延伸的两个相反侧面界定，并且槽在密封面的区域中与超声波焊头的两个侧面形成<90
°
的角度，优选地形成在80
°
和87
°
之间的角度。
[0017]槽与在焊接过程中垂直于材料的进给方向布置的超声波焊头的侧面成一定角度布置，导致在超声波焊头的整个宽度上实现均匀的焊接结果。超声波焊头的宽度应理解为是指在焊接操作过程中超声波焊头与待加工材料同时接触的范围，因此对应于在焊接操作过程中同时被加工的材料的宽度。如果槽垂直于侧面，即平行于进给方向布置，则会导致密封面具有不进行焊接的区域。这将影响所实现的焊缝的紧密性和视觉印象。然而，如果槽与侧面成一定角度布置，则焊接在超声波焊头的整个宽度上进行。
[0018]在该实施方案中，不需要将整个槽以一定角度布置。只要槽的邻接密封面的下部
以一定角度布置就足够了。这样的设计在制造技术方面提供了更容易制造的优点。
[0019]在另一实施方案中，槽具有两个支撑壁，支撑壁之间的间距朝着密封面变窄，该变窄优选地是阶梯式的，并且在密封面处的间距特别优选地小于或等于1mm，优选地小于或等于0.5mm，更优选地小于或等于0.3mm。
[0020]槽朝着密封面变窄提供了以下优点：当从表面角度观察时，只有密封面的较小区域被槽中断。结果，槽对焊接结果的影响被尽可能地最小化(除了热膨本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于超声波焊接装置的超声波焊头(1)，所述超声波焊头(1)具有长度为o的上部(20)和长度为u的下部(10)，所述上部(20)和所述下部(10)布置为在所述超声波焊头(1)的纵轴(100)上彼此相邻，并且所述超声波焊头(1)在所述纵轴(100)的方向上的总长度为u+o，所述下部(10)具有垂直于所述纵轴(100)定向的密封面(11)，所述密封面(11)旨在与待加工材料(40)接触，其特征在于，所述下部(10)具有槽(15)，其中，所述槽(15)从所述密封面(11)延伸到所述下部(10)的与所述密封面(11)相反的一侧，使得所述超声波焊头(1)的所述下部(10)被分为在垂直于所述纵轴(100)的方向上彼此相邻的多个段(10')。2.根据前述权利要求所述的超声波焊头(1)，其中，u>0.25o，优选地0.8o<u<1.5o，特别优选地0.95o<u<1.1o。3.根据前述权利要求中任一项所述的超声波焊头(1)，其中，所述密封面(11)由所述超声波焊头(1)的基本上彼此平行地延伸的两个相反侧面(12、12')界定，并且所述槽(15)在所述密封面(11)的区域中分别与所述超声波焊头(1)的两个所述侧面(12、12')形成<90
°
的角度(16)，优选地形成在80
°
和87
°
之间的角度(16)。4.根据前述权利要求中任一项所述的超声波焊头(1)，其中，所述槽(15)具有两个槽壁，并且所述槽壁之间的间距(17)朝着所述密封面(11)变窄，其中，所述变窄优选地是阶梯式的，其中，所述间距(17)优选地小于或等于1mm，优选地小于或等于0.5mm，特别优选地小于或等于0.3mm。5.根据前述权利要求中任一项所述的超声波焊头(1)，其中，所述槽(15)在背离所述密封面(11)的端部处具有加宽部(18)，所述密封面(11)优选地由所述超声波焊头(1)的基本上彼此平行地延伸的两个相反侧面(12、12')界定，并且其中，当在所述两个相反侧面(12、12')的平面上观察时，所述加宽部(18)是圆形的。6.根据前述权利要求中任一项所述的超声波焊头(1)，其中，所述密封面(11)由基本上彼此平行的两个相反侧面(12、12')界定，并且由所述超声波焊头(1)的正面(13)和背面(14)界定，其中，所述下部(10)在所述正面(13)和所述背面(14)之间的宽度(19)基本上对应于所述上部(20)在所述正面(13)和所述背面(...
【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希，
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：
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