本發(fā)明涉及一種用于加工材料的加工元件，包括基本上呈圓筒形式或圓筒的部段形式的承載面。在加工期間加工元件繞其縱向軸線旋轉使得承載面對著待加工材料滾動。在這方面已知具有圓筒形承載面的和在待加工材料上滾動的以及產生例如連續(xù)的縱向接縫的加工元件和也具有僅一個(或多個)呈圓筒的部段形式的承載面的加工元件，使得當加工元件旋轉時，呈圓筒的部段形式的承載面與待加工材料每轉只接觸一次從而例如產生橫向的密封接縫。

特別是當這樣的加工元件用于材料的超聲波加工時，如果其承受超聲波振動則一般被稱作超聲焊極，或者如果其相對于超聲焊極布置則被稱作砧座。

背景技術：

比如，超聲波加工設備可以既有呈輥狀的超聲焊極也有呈輥狀的砧座，呈網狀的材料通過兩者間并且當材料被超聲焊極朝著砧座方向加壓時被加工。

砧座的承載面經常被構造，也就是說其具有至少一個結構元件但通常是多個沿徑向伸出承載面的結構元件。在有些情況下取而代之的或是附加地超聲焊極的承載面被相應地構造。結構元件用于在加工操作期間焊接材料并且可能在材料上凸印相應的圖案或者標識(如果結構元件呈標識的形式的話)。

在現(xiàn)有技術中，結構元件具有用于接觸待加工材料的平的頂面，和周向延伸的將頂面連接到承載面的側表面。在用加工元件加工后，已加工材料具有相應的表面壓花。結構元件的頂面共同形成了所謂的密封表面。

原則上加工元件不僅可以用于材料的超聲波加工而且可以用于例如產生熱密封接縫。

然而在下文中參照用于超聲波加工的加工元件描述本發(fā)明，特別是參照具有相應的結構元件的砧座。然而應當理解所有在下文中描述的特征也可以用于超聲焊極并且此外也可以用于相對于其它加工方法。

有用于生產橫向密封接縫的超聲波加工機器。在這種情況下超聲焊極和/或砧座的承載面包括呈圓筒的部段形式的元件。每當呈圓筒的部段形式的承載面與材料進入接合時，實施材料加工。因為承載面不持續(xù)與待加工材料接觸，很難調節(jié)超聲焊極壓靠砧座的合適的焊接力。通常此處會使用調節(jié)機構，其比如測量相應的力并將其與參考值相比較。

每當要產生相應的橫向密封接縫時，呈圓筒的部段形式的承載面或設置在承載面上的結構元件與材料進入接合。由于將超聲焊極或砧座固定到機座的保持裝置中不能完全消除的彈性，由超聲焊極和砧座要施加的反作用力導致一方面在超聲焊極和配對工具之間、另一方面在超聲焊極和機座之間的相對位移。然而由于加工元件的旋轉，結構元件會與材料突然進入接合使得結構元件必須承受突然的沖擊力。此時，力調節(jié)裝置難以設置合適的力。由于突然的接合，超聲焊極發(fā)生另外的振動，并且配對工具也可能由于其在機座上的固定發(fā)生振動。也就是說，由于砧座的結構元件通過待加工材料施加在超聲焊極上的突然的沖擊，超聲焊極相對機座發(fā)生相對位移。

隨之而來是超聲焊極繞靜止位置減小振動，在這種情況下超聲焊極施加在配對工具上的力以及因此的焊接結果隨振動而改變。

按同樣的方式，如果呈圓筒的部段形式的承載面與材料進入接合，會涉及相對于超聲焊極的突然的放松，這也是不理想的。

技術實現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的是提供一種當材料與承載面進入接合并且/或者脫離接合時，減少超聲焊極突然的撓曲的加工元件。

根據(jù)本發(fā)明該目的通過如下方式實現(xiàn)：頂側至少部分地沿周向以小于頂側與圓筒軸線之間的最大間距的曲率半徑凸出彎曲或包括至少兩個包括<180°的角度的表面部分。

沿周向的曲率或頂側的有角度的配置導致超聲焊極由于材料與結構元件的頂側接合的壓力載荷逐漸地或在多個步驟中產生從而減小了傳遞到超聲焊極的沖擊力。

在較佳的實施例中規(guī)定沿周向的曲率具有大于頂側與圓筒軸線之間的最大間距的50％、較佳地大于75％、最好大于90％的半徑。選定的曲率半徑越小，頂側實際與待加工材料接觸的區(qū)域相應地越小。因此，根據(jù)相應的使用情況，曲率半徑盡可能大但小于頂側與圓筒軸線之間的最大間距可能是有利的。

這保證了使用加工元件時結構元件和超聲焊極之間的間距持續(xù)變小，直到已經實現(xiàn)超聲焊極與配套工具之間的最小間距。

在較佳的實施例中，設置結構元件的頂側有基本是平的或有與主體部分和圓筒軸線之間的間距相對應的曲率半徑的凸曲率的主體部分，和沿周向與主體部分相鄰的傾斜部分，傾斜部分相對于主體部分呈角度使得主體部分與傾斜部分包括小于180°的角度。在這種情況下，一直是在結構元件的材料內部測量角度。

這導致這樣的結果——如果主體部分是彎曲的——傾斜部分位于由主體部分限定的包絡線內?；旧享攤鹊奶荻然蚯试谥黧w部分和傾斜部分之間的過渡處改變。

在較佳的實施例中設定傾斜部分沿周向是凸出彎曲的，并且更具體地較佳地以小于頂側與圓筒軸線之間的最大間距并且大于頂側與圓筒軸線之間的最大間距的一半的曲率半徑凸出彎曲。

在還有一個較佳的實施例中規(guī)定頂側具有兩個沿周向在相對兩側與主體部分鄰接的傾斜部分，并且傾斜部分分別相對于主體部分呈角度使得主體部分與傾斜部分分別包括<180°的角度。因此在加工操作中結構元件的頂側不僅有輸入的傾斜部分還有輸出的傾斜部分，使得配套工具施加給超聲焊極的力也由結構元件在加工結束時僅僅逐漸地減小。

較佳地，在橫截面視圖中主體部分和傾斜部分包括的角度大于170°并且優(yōu)選地在185°到189.5°之間。根據(jù)本發(fā)明的方法關于傾斜部分的配置保證在加工材料時材料被首先導引到傾斜部分和超聲焊極之間，使得配套工具和超聲焊極之間的間距逐漸變小直至材料被主體部分加工。只有主體部分加工材料時最佳焊接力的情況才發(fā)生，使得實際的加工基本上只發(fā)生在主體部分的區(qū)域。

此外，可以設定傾斜部分具有在周向上沿主體部分的方向變大的寬度。也就是說，主體部分與逐漸變窄直到一點的傾斜部分鄰接，由此保證配套工具施加在超聲焊極上的力逐漸變大。

在還有一個較佳的實施例中設定側表面相對于承載面的法線傾斜，其中較佳地傾斜的角度小于25°并且特別優(yōu)選地在5°到20°之間。

有利地，結構元件是細長的形狀，長邊沿周向布置。在這種情況下，對在承載面上沿軸向以相互間隔的關系布置的多于兩個的結構元件可能是有利的。此處也可以設想多個相似的結構元件。

本發(fā)明還涉及一種包括超聲焊極和砧座的超聲波加工機器，其中超聲焊極和/或砧座具有與所述加工元件相對應的設計配置。

附圖說明

本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和可能的用途將在下文對于較佳實施例的說明中顯而易見。在附圖中：

圖1示出超聲波加工設備的示意圖，

圖2至5示出本發(fā)明的第一實施例的結構元件的各個視圖，

圖6至9示出本發(fā)明的第二實施例的結構元件的各個視圖，并且

圖10至13示出本發(fā)明的第三實施例的結構元件的各個視圖。

具體實施方式

圖1示出超聲波加工設備的示意圖。其具有振動系統(tǒng)10，該振動系統(tǒng)包括轉換器12、幅值變換器14、超聲焊極16和配對工具18。待處理的材料20(比如材料網)布置在超聲焊極16和配對工具18之間。轉換器12通過超聲波發(fā)生器(未示出)提供交流電壓。

在示出的實施例中，信號(u)取自振動系統(tǒng)10并通過反饋部分22饋送到閉環(huán)控制裝置24。該控制裝置24具有pid控制器26?？刂蒲b置24產生饋送到振動系統(tǒng)10并且特別是轉換器12的調整值(s)。振動系統(tǒng)10和控制裝置24形成受控的電氣和機械振蕩電路28。控制單元24能夠集成在超聲波發(fā)生器中。參考30表示加工過程，特別是焊接過程，其在振蕩電路28之外，因為其不直接受電氣和機械參數(shù)的影響。該加工過程30與檢測焊接力的圖線的力傳感器32相連。力傳感器32確定饋送到縮放單元34的過程參數(shù)(p)。該縮放單元34提供饋送到連接位置36的縮放后的過程參數(shù)(p')。該連接位置36位于控制裝置和振動系統(tǒng)10之間，使得不僅縮放后的過程參數(shù)(p’)而且調整值(s)被饋送到連接位置36。關聯(lián)在一起的參數(shù)(p’)和(s)被饋送到振動系統(tǒng)10并且特別是超聲波發(fā)生器12。

將看到呈輥狀的配對工具18的承載面具有兩個相對設置的結構元件45。它們可以是例如沿軸向布置的細長肋。在加工材料網20時，配對工具18繞其軸線旋轉，使得兩個結構元件45相繼與材料網20接觸并且當材料網夾在超聲焊極16和結構元件45之間時提供產生橫向密封接縫。結構元件的數(shù)量原則上可以是任何數(shù)量。

每當兩個結構元件45中的一個通過材料網20被壓向超聲焊極16時，這會導致由力傳感器32測量的力突然改變。然而，如果焊接力增大，超聲焊極必須提供相應的反作用力，也就是說所述情形引起超聲焊極保持座不可否認的輕微但可察覺的彈性形變。結構元件45一旦不再向超聲焊極16施加壓力，超聲焊極就會又移回到其原始位置。

然而，由于超聲焊極保持座的彈性特性，這會導致振動超調(overshoot)，使得焊接力的時間圖線呈阻尼振動的形式。然而由于焊接力由傳感器32連續(xù)測量而通常改變了的焊接力也由連接位置36不間斷地饋送，使得即使在凸起部分45不與材料網20接觸時，阻尼振動也會作為縮放后的過程參數(shù)(p’)饋送到連接位置36并影響控制。

為了提高控制性能，也已經建議了設置觸發(fā)裝置44，其借助位置傳感器43確定結構元件45的位置并且根據(jù)確定操作致動開關46，使得連接位置36與縮放后的過程參數(shù)(p’)或與恒定的參考值ref相連接。

不可否認可以通過此方法提高控制性能，但是對于超聲焊極的突然的振動移動沒有任何改變。

因此，根據(jù)本發(fā)明建議使結構元件45具有特別的形狀。

圖2是從呈圓筒的部段形式的承載面47的頂側上方觀察到的視圖。因此承載面47具有以與承載面和旋轉軸線的之間的間距相對應的曲率半徑。承載面上設置有包括多個結構元件48的兩行。

承載面的左手側沒有任何結構元件。

圖3是圖2中結構元件48的俯視圖。

圖4示出沿線a-a的剖視圖，也就是說垂直于旋轉軸線的剖視圖。

圖5示出沿線b-b的剖視圖，也就是說截面與旋轉軸線相平行。

將看到結構元件48有主體部分49、兩個傾斜部分50以及側部51。主體部分49具有彎曲配置并且更具體地具有與主體部分和配對工具的旋轉軸線之間的間距相對應的曲率半徑。沿周向鄰接于其兩側有可能觀察到兩個相對于主體部分49成角度的傾斜部分50，使得在圖4所示視圖中它們位于主體部分49的切線的下方。在本視圖中主體部分和傾斜部分包括的角度大于170°并且較佳地介于185°到189.5°之間。根據(jù)本發(fā)明的關于傾斜部分50的配置的測量，在加工材料時，保證了材料首先被引導至傾斜部分50和超聲焊極之間，使得配對工具和超聲焊極之間的間距逐漸變小直至主體部分49對材料進行加工。只有當主體部分49加工材料時最佳的焊接力情況才發(fā)生，使得實際的加工基本上只發(fā)生在主體部分的區(qū)域中。這一情形發(fā)生后，輸出傾斜50負責超聲焊極和配對工具之間的間距逐漸增加。

在示出的實施例中側表面51相對于承載面47的法線傾斜。在示出的實施例中，傾斜的角度是15°。

圖6至9示出結構元件的一個可替代的實施例。由同樣示出了呈圓筒的部段形式的承載面的平面圖的圖6中可以看到的，現(xiàn)在在其整個長度上具有包括多個結構元件52的兩列。在圖7中它們被以放大的比例示出。圖8示出沿線a-a的剖視圖，而圖9示出沿線b-b的剖視圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，與圖2至5中示出的實施例不同，主體部分53相較于傾斜部分54明顯較大。這里側部55也連接結構元件52的頂側到承載面47。根據(jù)本發(fā)明的傾斜部分54對于實際的材料加工操作沒有或具有次要重要性。它們只是用于分別逐漸增加和逐漸減少配對工具與超聲焊極之間的間距并進而地由配對工具施加到超聲焊極上的力，以便阻止或至少減少由于保持座的彈性而引起的超聲焊頭在機座的振動。如果，如所示出的例子，包括多個結構元件52的兩列相繼沿加工方向設置，相繼的結構元件的主體部分53之間必須保持有至少是傾斜部分長度的兩倍的最小間距。在實踐中發(fā)現(xiàn)，沿周向或加工方向相繼設置的兩個主體部分之間的間距是傾斜部分長度的2.5倍到3.5倍之間。

傾斜部分越長，根據(jù)本發(fā)明的效果相應的越顯著，并且相對于接著的結構元件的必需間隔相應地越大。因此，在實踐中已經證明傾斜部分的長度是主體部分的長度的10％到400％之間，并且較佳地是主體部分的長度的30％到200％之間是適宜的。

最后圖10至13示出了根據(jù)本發(fā)明的結構元件的第三實施例。這里圖10也示出了呈圓筒的部段形式的載體表面的平面圖，其上設置具有多個結構元件56的兩列。圖11中再次以放大比例示出了結構元件56，圖12和13分別示出沿線a-a和線b-b的剖面圖。從圖11的平面圖中看出，這里傾斜部分58具有逐漸變細到點的配置。除此以外此實施例基本上與前述的兩個實施例相對應。

附圖標記列表

10振動系統(tǒng)

12轉換器

14幅值變換器

16超聲焊極

18配對工具

20材料

22反饋部分

24控制裝置

26pid控制器

28振蕩電路

30處理過程

32力傳感器

34縮放單元

36連接位置

43位置傳感器

44觸發(fā)裝置

45,48,52,56結構元件

46開關

47承載面

49,53,57主體部分

50,54,58傾斜部分

51,55側部