[发明专利]超声处理装置和用于其的横向密封超声焊极

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

因此，本发明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，本发明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。

根据本发明，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，根据本发明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。