專利名稱：用于在超聲波系統(tǒng)的超聲焊極與構(gòu)成一相對(duì)表面和形成超聲波切割裝置的部分的－工具 ...的制作方法
根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分，本發(fā)明涉及一方法，用于在一超聲波系統(tǒng)的一超聲焊極與一超聲波切割裝置的一工具之間保持恒定的平均間隙寬度，其中超聲波切割裝置被設(shè)計(jì)成一相對(duì)(counter)表面，用于切割和/或焊接各種類型的材料，例如合成薄片、含有合成物質(zhì)的織物。
為了產(chǎn)生超聲波并將其以所需的工作頻率作用到一介質(zhì)上，原則上使用一超聲波轉(zhuǎn)換器(λ/2發(fā)生器)、一超聲焊極和/或一導(dǎo)條，其中超聲波轉(zhuǎn)換器將所施加的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)。
超聲焊極(sonotrode)被當(dāng)作一工具，由此將超聲功率傳遞到作用位置。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，材料流或彼此疊置的材料流被引導(dǎo)于一相對(duì)工具例如一切割工具與超聲波裝置之間。
傳遞給材料流的縱向振動(dòng)造成材料加熱和/或材料裂開，并且然后產(chǎn)生焊接和/或切割作用。
為了獲得一恒定的和最優(yōu)的焊接和切割質(zhì)量，并且獲得使切割工具的磨損最小的效果，在超聲焊極與工具之間設(shè)定一最優(yōu)和恒定的平均焊接和/或切割間隙寬度是尤其重要的。
在DE4439284A1中，描述了用于連續(xù)地超聲波處理一材料流的一裝置，其中超聲焊極與相對(duì)工具之間的間隙是可調(diào)節(jié)的。超聲波轉(zhuǎn)換器裝置通過一溫度控制的調(diào)節(jié)裝置而與機(jī)器支柱剛性地連接。通過溫度控制的調(diào)節(jié)裝置，可以補(bǔ)償超聲波速度中與溫度有關(guān)的長(zhǎng)度變化，從而焊接和切割間隙保持一恒定的大小。
其缺點(diǎn)是僅記錄和補(bǔ)償了與溫度有關(guān)的長(zhǎng)度變化，但因材料彈性和工具磨損而造成的有關(guān)元件的長(zhǎng)度變化不能被記錄和補(bǔ)償，該長(zhǎng)度變化在例如通過一材料流之后，會(huì)達(dá)到幾個(gè)μm。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種與類別有關(guān)的方法，以恒定地維持一超聲波切割裝置的平均間隙寬度，從而避免了已知方法和裝置的缺點(diǎn)，并且通過控制與外部影響因素?zé)o關(guān)的一恒定和最優(yōu)限定的間隙寬度，可以確保以恒定的質(zhì)量可靠和有效地焊接和/或切割不同類型的材料，特別是合成薄板。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1中的特征來完成。相應(yīng)地，通過一控制系統(tǒng)來保持超聲焊極與一接觸表面之間的接觸時(shí)間恒定，從而在超聲焊極與至少一個(gè)相對(duì)表面之間保持一恒定的間隙。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選的實(shí)施例，如權(quán)利要求2所述，控制系統(tǒng)包括連接在一起的兩個(gè)控制回路。其中采用帶有電子裝置的一第一快速控制回路，連續(xù)地校正振動(dòng)系統(tǒng)(超聲波系統(tǒng))的幅度，并且然后接觸時(shí)間以快速的周期負(fù)荷保持恒定。采用第二和較慢的控制回路，但其控制時(shí)間快于系統(tǒng)的溫度變化，并且借助于一個(gè)致動(dòng)元件，可補(bǔ)償切割工具與超聲焊極之間與熱有關(guān)和與磨損有關(guān)的間隙變化，而上述變化由于其預(yù)期的大小而不再由幅度控制補(bǔ)償，從而預(yù)定的接觸時(shí)間保持恒定。
按此方式，分別保護(hù)了實(shí)際間隙與實(shí)際間隙寬度。設(shè)定點(diǎn)的偏離會(huì)自動(dòng)地補(bǔ)償，而不受其它因素的影響。確保了恒定良好和可重復(fù)的焊接及切割結(jié)果，以及切割工具和超聲焊極的一最小的磨損。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，并且通過一合適的杠桿機(jī)構(gòu)，可保持兩個(gè)或幾個(gè)恒定的平均間隙寬度，然后，當(dāng)例如在一切割點(diǎn)磨損后，需要進(jìn)行重新調(diào)整。接下來階段的間隙寬度都小于或等于前一階段的間隙寬度。用此方式，例如，可確保在切割過程中用一磨損補(bǔ)償來進(jìn)行焊接和切割。焊接和切割的幾何特性彼此獨(dú)立。因此，例如可以在一大的尺寸比例下焊接而用一銳角進(jìn)行切割。
對(duì)于獨(dú)立的和兩階段的焊接和切割，分別可以顯著增大處理速度而不會(huì)降低邊緣質(zhì)量，因?yàn)樵诤附硬僮鬟^程中，在材料還尚未在第一次處理過程中分離時(shí)，更多的能量可作用到材料上。
可以用多種方式來布置和使用所應(yīng)用的工具。例如，非接觸工具可以通過耳軸來安裝，并且可具有一輪廓表面。
工具的布置可以是這樣的，以致于一個(gè)工具可振動(dòng)，而另一個(gè)工具的位置固定。
根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明的有利的實(shí)施例由進(jìn)一步的從屬權(quán)利要求限定。
基于一切割裝置的一實(shí)施例的附圖，可以更好地理解本發(fā)明。圖中

圖1是一超聲波切割裝置的示意圖；圖2是控制結(jié)構(gòu)的一示意圖；和圖3是另一實(shí)施例的示意圖。
如圖1所示，超聲波切割裝置包括一超聲波系統(tǒng)1；一超聲焊極2，其通過一無振動(dòng)的凸緣8而與一固定板4連接；一連接元件7，在該連接元件上固定一切割工具3，此處的切割工具3為一焊接和切割板；一調(diào)節(jié)螺釘5，此處的調(diào)節(jié)螺釘5為一微調(diào)螺釘，借此可以機(jī)械地調(diào)節(jié)超聲焊極2與切割工具3之間的間隙9；和一熱致動(dòng)元件及杠桿系統(tǒng)6，此處為一致動(dòng)器，用于補(bǔ)償超聲焊極2與切割工具3之間的與熱有關(guān)的和與磨損有關(guān)的間隙變化(間隙9)。
超聲波功率通過超聲波系統(tǒng)1的超聲焊極2傳遞給切割工具3，其中超聲焊極2用作一幅度變換器。通過超聲焊極2，其受到縱向的超聲波振動(dòng)，就以這樣的方式進(jìn)行一焊接和/或切割操作，即在振動(dòng)周期的一很短的部分內(nèi)，要切割的材料與切割工具3就處于一可靠的鎖止嚙合狀態(tài)。如果還焊接所要切割的材料的話，則通過相應(yīng)地形成超聲焊極和相對(duì)工具以及按照材料的性質(zhì)，也以這樣的一程度來按壓材料，即為焊接材料而獲得一足夠高的溫度。根據(jù)圖2的控制系統(tǒng)包括2個(gè)控制回路。第一控制回路為一快速控制回路，在電流接通時(shí)，永久地測(cè)量超聲焊極2與切割工具3的接觸時(shí)間，并且利用振動(dòng)系統(tǒng)1的振幅的變化，用這樣的方式來校正該接觸時(shí)間，即切割工具3與超聲焊極2之間的預(yù)定接觸時(shí)間保持恒定。
接觸時(shí)間的基準(zhǔn)值和/或預(yù)定設(shè)定值是通過一微調(diào)螺釘5由預(yù)定的間隙9導(dǎo)出的。在此，間隙9的機(jī)械設(shè)定是以這樣的方式實(shí)現(xiàn)的，即接觸時(shí)間很短，即接近于零的值(圖1)。
接觸時(shí)間的設(shè)定值12也可以用其它的調(diào)節(jié)裝置來設(shè)定，機(jī)械地和/或電子地，以及光電地，手動(dòng)或自動(dòng)地，例如通過壓電元件。當(dāng)在較長(zhǎng)時(shí)間確保了恒定的維持時(shí)，則可能需要一自動(dòng)的重新調(diào)節(jié)，這也可能是因?yàn)榭紤]到超聲焊極磨損的緣故。
接觸時(shí)間在一測(cè)量單元10(圖2)中電子地測(cè)量并且傳遞到一評(píng)測(cè)單元11中。
在此考慮一快速周期負(fù)荷，例如當(dāng)材料流進(jìn)入間隙9內(nèi)時(shí)，超聲焊極2與切割工具3之間的剛性配置的少量彈性變形就被消除了、即在幾毫秒內(nèi)被補(bǔ)償了，從而幅度迅速增大，直到再次獲得接觸時(shí)間的預(yù)定設(shè)定值。當(dāng)材料流從間隙9輸出時(shí)，進(jìn)行相反的控制，其中減小振動(dòng)的幅度。
通過接觸時(shí)間的測(cè)量，獲得作為信號(hào)13的一脈沖持續(xù)值，其正比于接觸時(shí)間，在評(píng)測(cè)單元11中將該信號(hào)與固定地預(yù)設(shè)的脈沖持續(xù)值(設(shè)定值)12進(jìn)行比較，并且獲得脈沖持續(xù)值的一校正信號(hào)14，將該信號(hào)傳導(dǎo)給一幅度致動(dòng)元件15，該幅度致動(dòng)元件通過幅度校正信號(hào)17會(huì)造成振幅的增大或減小。
一第二和較慢的控制回路與第一控制回路相連，借此，通過一熱致動(dòng)元件6(圖1中的致動(dòng)器)和一杠桿系統(tǒng)，就可平衡切割工具3與焊極2之間的與熱有關(guān)和與磨損有關(guān)的間隙變化。所有與熱有關(guān)的間隙變化都被補(bǔ)償。
用于起動(dòng)或停止熱致動(dòng)元件6以及用于幅度調(diào)節(jié)的校正信號(hào)17的固定預(yù)設(shè)基準(zhǔn)值18、19被導(dǎo)入一開/關(guān)型溫度開關(guān)20中，其輸出信號(hào)21被傳導(dǎo)給熱致動(dòng)元件6。
通過對(duì)接觸時(shí)間的一最優(yōu)工作范圍的約束，就限定了極限值信號(hào)，其用于機(jī)械綜合系統(tǒng)的機(jī)械式基本設(shè)定。
幅度校正信號(hào)17作用在一限定的信號(hào)范圍內(nèi)；當(dāng)離開該范圍時(shí)就進(jìn)行熱致動(dòng)元件6的起動(dòng)或停止。
圖3所示的實(shí)施例，用杠桿機(jī)構(gòu)22和調(diào)節(jié)裝置24，兩間隙范圍9可保持恒定。
與圖1所示實(shí)施例相反，其中此處的接觸表面等同于相對(duì)表面，在該實(shí)施例中，接觸表面23形成在一超聲焊極凹口16與一可調(diào)節(jié)舌部24之間。此處的相對(duì)表面為焊接工具3，其通過杠桿機(jī)構(gòu)22而與超聲焊極2形成一恒定的間隙9。在此情形中不進(jìn)行分離。也可采用一切割工具，其部分地切割一材料。
此處不會(huì)產(chǎn)生材料磨損，這種磨損一般是因工具3與超聲焊極2直接接觸而產(chǎn)生的，因此不必進(jìn)行重新調(diào)節(jié)。但是，在該情形中，兩個(gè)平均間隙寬度，即接觸表面23的和相對(duì)表面3的，都保持恒定。
一未示出的變型例表示了2個(gè)相對(duì)表面，其中之一由一接觸表面形式，例如在此可進(jìn)行焊接和接下來的分離。在此情形中，重新調(diào)節(jié)切割工具的磨損，并且焊接間隙不會(huì)改變。
附圖標(biāo)記列表1超聲波系統(tǒng)2超聲焊極3切割工具4固定板5調(diào)節(jié)螺釘6致動(dòng)元件(致動(dòng)器)7連接元件8凸緣9間隙10 測(cè)量回路11 評(píng)測(cè)回路12 設(shè)定的脈沖持續(xù)值信號(hào)13 脈沖持續(xù)值信號(hào)14 校正信號(hào)15 幅度致動(dòng)元件16 超聲焊極凹口17 幅度校正元件18 基準(zhǔn)值19 基準(zhǔn)值20 開/關(guān)型溫度開關(guān)21 輸出開關(guān)22 杠桿機(jī)構(gòu)23 接觸表面24 致動(dòng)元件(可調(diào)節(jié)舌部)
權(quán)利要求
1.用于在一超聲波系統(tǒng)(1)的一超聲焊極(2)與一超聲波切割裝置的一工具(3)之間保持恒定的平均間隙的方法，其中超聲波切割裝置被設(shè)計(jì)成一相對(duì)表面，用于切割和/或焊接各種類型的材料，例如合成薄片、含有合成物質(zhì)的織物，該方法使用一調(diào)節(jié)裝置，其特征是通過一控制系統(tǒng)來保持超聲焊極(2)與一接觸表面(23)之間的接觸時(shí)間恒定，從而在超聲焊極(2)與至少一個(gè)相對(duì)表面(3)之間保持一恒定的間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是接觸時(shí)間保持恒定，其中采用帶有電子裝置的一第一快速控制回路，連續(xù)地校正超聲波系統(tǒng)(1)的幅度，并且然后接觸時(shí)間以快速的周期負(fù)荷保持恒定，并且采用第二和較慢的控制回路，但其控制時(shí)間快于系統(tǒng)(1)的溫度變化，通過至少一個(gè)致動(dòng)元件(6)來補(bǔ)償切割工具(3)與超聲焊極(2)之間的與熱有關(guān)和與磨損有關(guān)的間隙變化，從而預(yù)定的接觸時(shí)間保持恒定。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是作為用于補(bǔ)償與磨損有關(guān)的間隙變化的一致動(dòng)元件(6)，設(shè)置一杠桿機(jī)構(gòu)(22)，借此可保持至少兩個(gè)預(yù)定的平均間隙寬度，其中在每一情形中接下來階段的間隙寬度小于或等于前一階段的間隙寬度。
4.如權(quán)利要求1～3所述的方法，其特征是設(shè)置平行的相對(duì)表面(3)，每一表面具有其自己的調(diào)節(jié)裝置，其中也是平行的接觸表面(23)以一連續(xù)的次序周期地監(jiān)測(cè)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是根據(jù)其效率來調(diào)節(jié)兩個(gè)控制回路，其中至少一個(gè)致動(dòng)元件(6)的起動(dòng)/停止是用幅度校正信號(hào)(17)的限定的信號(hào)范圍來控制的。
6.如權(quán)利要求1～5所述的方法，其特征是用這樣的一方法來進(jìn)行用于超聲焊極(2)與接觸表面(23)之間的接觸時(shí)間的設(shè)定值(12)的預(yù)設(shè)，即采用例如一微調(diào)螺釘、壓電元件、致動(dòng)器之類的一調(diào)節(jié)裝置(5)，從而所測(cè)量的接觸時(shí)間很小并接近于零。
7.如權(quán)利要求2～6所述的方法，其特征是作為用于補(bǔ)償與熱有關(guān)和與磨損有關(guān)的間隙變化的一致動(dòng)元件(6)，設(shè)置至少一個(gè)可查驗(yàn)的鋁元件。
8.如權(quán)利要求1～7所述的方法，其特征是在間歇的操作中進(jìn)行切割和/或焊接。
9.如權(quán)利要求1～8所述的方法，其特征是工具(3)被作用到振動(dòng)超聲焊極(2)上，并且在該工具(3)與其相互作用的相對(duì)的支承面之間形成平均間隙寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一方法,用于在一超聲波系統(tǒng)的一超聲焊極與一超聲波切割裝置的一工具之間保持恒定的平均間隙寬度,其中超聲波切割裝置被設(shè)計(jì)成一相對(duì)表面,用于切割和/或焊接各種類型的材料,例如合成薄片、含有合成物質(zhì)的織物,其中采用一切割工具并利用一調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種與類別有關(guān)的方法,以恒定地維持一超聲波切割裝置的平均間隙,從而避免了已知方法和裝置的缺點(diǎn),并且通過控制與外部影響因素?zé)o關(guān)的一恒定和最優(yōu)限定的間隙,可以確保以恒定的質(zhì)量可靠和有效地焊接和/或切割不同類型的材料,例如合成薄片、含有合成物質(zhì)的織物。該任務(wù)這樣完成,即通過一控制系統(tǒng)來保持超聲焊極與一接觸表面23之間的接觸時(shí)間恒定,從而在超聲焊極2與至少一個(gè)相對(duì)表面3之間保持一恒定的間隙。
文檔編號(hào)B26D7/08GK1327415SQ00802235
公開日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2000年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月15日
發(fā)明者弗蘭克·埃爾納, 哈拉爾德·希爾舍 申請(qǐng)人:希爾舍博士有限公司