[发明专利]带有阻尼的超声振动单元

说明书

本发明涉及一种超声振动单元，具有用于将交流电压转换为机械超声振动的转换器(1)和具有联接到转换器(1)的振动的超声焊极，其中，超声焊极和转换器(1)彼此协配，使得超声振动单元能以固有频率f振动，在该固有频率下，在超声振动单元内部形成具有至少一个振动节点和至少两个振动波腹的纵驻波。为了使超声振动单元可用，其中通常在操作期间以工作频率发生的寄生振动很小或不发生，其中同时，实际的工作振动不减弱，本发明提出了一种经由联接元件(3)连接到超声振动单元的阻尼的减振器单元(2)，其中，联接元件(3)在振动节点处连接到超声振动单元，其中，减振器单元(2)连接到构造成阻尼减振器单元(2)的振动的阻尼元件(4)。

技术领域

本发明涉及一种超声振动单元，其具有至少一个用于将交流电压转换为机械超声振动的转换器和振动地联接到该转换器的超声焊极。在该结构中，可以通过将转换器直接固定到超声焊极或通过插设振幅变换器来完成振动联接。

背景技术

这种超声振动单元可以用于焊接最广泛的多种材料。在该情况下，使超声焊极与待加工的材料接触，从而使超声焊极将超声振动传递到待加工的材料。为此，通常将待加工的材料定位在超声焊极和配对工具之间，从而使超声焊极在配对工具的方向上向材料施加力。

通常，超声振动单元的部件：转换器、振幅变换器和超声焊极沿明显的纵向轴线布置。

作为示例，在图7中示出了超声振动单元10的已知构造。它包括转换器壳体18、具有压电振动模块的转换器12和固定到转换器12的超声焊极11。转换器12具有凸缘13，该凸缘13借助弹性的O形环被软安装在转换器壳体18中。配对工具15与超声焊极11以相对关系布置。在超声焊极11与配对工具15之间保持间隙17，待借助超声振动单元10加工的材料幅材16移动穿过该间隙17。

为了产生具有最大可能振幅的超声振动，必须以接近超声焊极的共振频率的激励频率来激励超声焊极。超声焊极的共振频率通常也称为固有频率。

转换器通常以几乎等于超声焊极的固有频率f的工作频率操作。通过向转换器中的压电元件施加交流电压来使转换器本身在很大程度上振动。转换器所振动的工作频率因此由施加的交流电压的频率控制。超声振动单元的各个部件彼此匹配，使得整个振动系统所具有的固有频率对应于超声焊极的固有频率。在以该固有频率激励超声振动单元时，在整个超声振动单元中形成具有固定振动模式和波幅的纵驻波，其中与驻波相关的振动处于工作频率。

为了清楚地显示，在图7上方示出了曲线图，该曲线图示出了振动幅度依赖于位置的大小。可以看出，在超声振动单元10与材料幅材16接触的右端和超声振动单元10的左端，振动振幅都显示出最大值。在凸缘13的区域中，振动幅度最小。在超声焊极11中发现另一个振动节点。

凸缘13在振动节点中的布置提供了凸缘13在超声振动的传播方向上仅轻微振动。

借助于O形环14的软安装意指超声振动单元10与转换器壳体18分离，使得实际上没有振动能量从超声振动单元10传递到转换器壳体18。

当在超声焊接设备中使用超声振动单元时，当执行薄材料的超声焊接时，例如在焊接色拉袋时，与待焊接材料和/或为此目的使用的焊接砧座的相互作用也引起了不希望的寄生振动的激励，这在超声振动单元中产生了额外的纵向振动。经验表明，这些寄生振动的频率通常低于工作频率。

特别是在超声波焊接中，那些低频寄生振动会导致焊接结果质量下降。它们还可能导致超声焊接设备的各部件、尤其是转换器的压电元件的压力过大，以及造成增加的能源需求。另外，寄生振动导致增加的噪声产生，这是不希望的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种超声振动单元，其中通常在以工作频率操作中发生的寄生振动低或不发生，而同时实际的工作振动不减弱。