超聲波焊接裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及超聲波焊接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，超聲波焊接裝置具有換能器及超聲波發(fā)生器。所述換能器將由發(fā)生器產(chǎn)生的電振蕩例如借助壓電材料轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這樣產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)被導(dǎo)入超聲波發(fā)生器，其被激勵(lì)以盡可能以本征模式振動(dòng)。為了將振動(dòng)施加于焊接材料，超聲波發(fā)生器通常在超聲波發(fā)生器頭上具有焊接面。此外，可設(shè)有放大器，其放大焊接面上的振動(dòng)振幅。在此，放大器例如可通過超聲波發(fā)生器或超聲波發(fā)生器頭的特定幾何構(gòu)型來獲得。
[0003]這樣的裝置尤其用于包裝設(shè)備，在包裝設(shè)備中包括例如由紙和熱塑性材料構(gòu)成的層壓片的包裝材料被成形為例如容器，該容器在灌裝之后被封口。通常，容器具有長方體、平行六面體或四面體的外形并被灌裝流體如果汁或牛奶。容器通常由包裝材料的連續(xù)帶材形成并在灌裝后被封口且分?jǐn)嚅_。通常，熱焊接法被用于容器的成形和封口。雖然根據(jù)包裝材料的不同能以不同的方式引入熱能(例如若包裝材料包括傳導(dǎo)層如鋁箔，但感應(yīng)引入熱量)，但事實(shí)表明尤其能多種多樣地利用引入超聲波振動(dòng)以加熱焊接區(qū)內(nèi)的層壓品。
[0004]然而，根據(jù)容器的形狀，需要相對(duì)長的焊縫。為了實(shí)現(xiàn)均勻的焊接和/或封口，超聲波振動(dòng)須盡可能均勻地被引入到整個(gè)焊接區(qū)范圍。
[0005]為此，例如EP615907A1所述的已知裝置具有多個(gè)并列布置的、帶有長形焊接面的超聲波發(fā)生器。每個(gè)超聲波發(fā)生器分別被一個(gè)換能器激勵(lì)，換能器布置在超聲波發(fā)生器的背面上。每個(gè)換能器作為反應(yīng)物質(zhì)承載平衡重量。為了總體提供具有半波長的超聲波發(fā)生器，在換能器中，多個(gè)反應(yīng)體設(shè)置在超聲波發(fā)生器的背面。由于各超聲波發(fā)生器并列布置，故焊接面在從一個(gè)超聲波發(fā)生器至相鄰超聲波發(fā)生器的過渡處被斷開。借助這種布置產(chǎn)生的焊縫尤其在薄材料如箔焊接情況下因此可同樣在該位置處是斷開的。焊縫的這些間隙例如導(dǎo)致尤其在液體包裝中的不期望有的泄漏。
[0006]因此，W02011/117119A1提議一種一體成型的長形超聲波發(fā)生器，其借助在其整個(gè)長度上分散布置的三個(gè)換能器被激勵(lì)。所述超聲波發(fā)生器的均勻激勵(lì)是主要的，因?yàn)榉蔷鶆虻臋C(jī)械負(fù)載可導(dǎo)致過早的材料疲勞和損傷。W02011/117119A1中的換能器均布置在形成于所述超聲波發(fā)生器的背面的凹處中，所述凹處基本完全封裝設(shè)于其中的換能器。超聲波發(fā)生器具有垂直于縱向穿透的縫隙，縫隙為了更均勻的焊接效果減少不期望的振動(dòng)模式。雖然該超聲波發(fā)生器提供令人滿意的焊接效果，但其制造復(fù)雜且成本高昂。此外，所述超聲波發(fā)生器具有相對(duì)復(fù)雜且占地很大的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。特別是，本發(fā)明的任務(wù)是在結(jié)構(gòu)緊湊情況下提供一種制造成本低廉且制造簡單的超聲波焊接裝置，其尤其在具有超聲波發(fā)生器具有長形結(jié)構(gòu)情況下確保均勻焊接。此外，還確保對(duì)焊接材料的高效能量輸入。
[0008]所述任務(wù)通過本發(fā)明的特征完成。本發(fā)明涉及超聲波焊接裝置，其包括具有長形超聲波發(fā)生器頭的超聲波發(fā)生器、至少兩個(gè)換能器和作為反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)體，其中在超聲波發(fā)生器頭上形成有沿超聲波發(fā)生器頭縱向定向的長形焊接面，所述至少兩個(gè)換能器用于在工作方向上的超聲波發(fā)生器的超聲波振動(dòng)的激勵(lì)，其中所述工作方向優(yōu)選基本垂直于超聲波發(fā)生器頭縱向取向。所述裝置的特征在于，所述至少兩個(gè)換能器布置在超聲波發(fā)生器和反應(yīng)體之間。特別是，所述超聲波發(fā)生器和反應(yīng)體在工作方向上前后布置，此時(shí)換能器位于兩者之間。
[0009]用作反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)體優(yōu)選以與所述超聲波發(fā)生器分開的獨(dú)立構(gòu)件形式構(gòu)成。反應(yīng)體和超聲波發(fā)生器均優(yōu)選一體地以連續(xù)構(gòu)件形式構(gòu)成。由于僅設(shè)有用于所述至少兩個(gè)換能器和超聲波發(fā)生器的反應(yīng)物質(zhì)的單個(gè)反應(yīng)體，故該裝置可具有尤其簡單的結(jié)構(gòu)。此外，通過反應(yīng)體提供附加接合，借助該接合，可有針對(duì)性地優(yōu)化所述裝置的振動(dòng)特性以利于焊接面均勻振動(dòng)。尤其通過反應(yīng)體的有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，可相對(duì)簡單地附加補(bǔ)償不期望有的超聲波發(fā)生器振動(dòng)特性。
[0010]由于所述換能器布置在反應(yīng)體和超聲波發(fā)生器之間，故反應(yīng)體可同時(shí)用作換能器的平衡重量，還用作超聲波發(fā)生器的反應(yīng)物質(zhì)。由于所述構(gòu)件例如在工作方向上可堆疊布置(換能器在超聲波發(fā)生器和反應(yīng)體之間)，故所述布置當(dāng)然還對(duì)應(yīng)于由工作方向限定的方向。
[0011]所述超聲波發(fā)生器頭可以已知方式例如呈刀片形構(gòu)成，并且在垂直于縱向的橫截面中至少部分沿凹形彎曲的曲線朝向背面離開焊接面。所述曲線此時(shí)例如由圓形部分、指數(shù)函數(shù)或懸索曲線限定。超聲波發(fā)生器頭能以已知方式在橫向上被沿工作方向定向的縫隙斷開，以補(bǔ)償或消除不期望的例如垂直于工作方向的振動(dòng)模式。
[0012]顯然，根據(jù)超聲波發(fā)生器頭長度，可設(shè)有多個(gè)換能器。優(yōu)選所述換能器此時(shí)布置在反應(yīng)體和超聲波發(fā)生器之間。然而原則上也可想到如下裝置，在此，一個(gè)反應(yīng)體對(duì)應(yīng)于一組至少兩個(gè)換能器。
[0013]優(yōu)選所述超聲波發(fā)生器具有基本連續(xù)的尤其是平面的背面，背面在工作方向上與焊接面對(duì)置并且所述至少兩個(gè)換能器抵靠其上。由于根據(jù)本發(fā)明在所述超聲波發(fā)生器和反應(yīng)體之間布置有至少兩個(gè)換能器，故在超聲波發(fā)生器的背面上不必有用作反應(yīng)體和/或構(gòu)造用于接納換能器的任何結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，根據(jù)需要，可以形成如細(xì)小的凹槽用于安置所述換能器。盡管原則上這使在制造上更加復(fù)雜，但根據(jù)需要仍然可在必要時(shí)加以考慮。但是，超聲波發(fā)生器的背面最好被構(gòu)造為基本連續(xù)的平面。應(yīng)明白，所述基本連續(xù)的背面在局部位置例如被螺紋孔和/或凹部斷開以減小質(zhì)量。
[0014]同樣，優(yōu)選所述反應(yīng)體在超聲波發(fā)生器側(cè)具有尤其是平面的接觸面，至少兩個(gè)換能器抵靠所述接觸面。所述反應(yīng)體和/或超聲波發(fā)生器可這樣構(gòu)造，各構(gòu)件沒有朝向各個(gè)其它構(gòu)件伸出超過所述接觸面或背面的結(jié)構(gòu)。顯然，在所述接觸面上可設(shè)有細(xì)小凹部或其它結(jié)構(gòu)。例如，或許可以形成例如細(xì)小凹槽用于布置換能器。盡管原則上這在制造上更復(fù)雜，但根據(jù)需要仍然可在必要時(shí)加以考慮。
[0015]所述反應(yīng)體的接觸面和超聲波發(fā)生器的背面最好基本相互平行地取向。通過這種方式，例如能將例如基本呈圓柱形構(gòu)成的換能器以簡單構(gòu)造的平行平面的端面一方面布置在背面，且另一方面布置在接觸面上。無需特殊構(gòu)成所述換能器。所述換能器可直接抵靠在各面上或通過接觸元件如接觸片或接觸圓盤抵靠。所述接觸元件此時(shí)可以是換能器的一部分或者布置在換能器和相應(yīng)面之間的單獨(dú)構(gòu)件。
[0016]此外，所述至少兩個(gè)換能器可被夾在反應(yīng)體和超聲波發(fā)生器之間。因此，所述反應(yīng)體、至少兩個(gè)換能器和超聲波發(fā)生器形成在結(jié)構(gòu)簡單地制造的堆疊組件。在例如將反應(yīng)體相應(yīng)地與超聲波發(fā)生器螺紋連接時(shí)，可通過夾緊作用簡單建立反應(yīng)體和超聲波發(fā)生器與換能器的最佳的機(jī)械接觸以及熱接觸。因此，一方面可使所述換能器的機(jī)械振動(dòng)被最佳引入超聲波發(fā)生器。另一方面可將所述換能器中產(chǎn)生的熱通過超聲波發(fā)生器和/或反應(yīng)體最佳散失。
[0017]優(yōu)選所述至少兩個(gè)換能器中的每個(gè)換能器被配屬有螺釘，借助所述螺釘，尤其通過穿過各換能器的通孔地將反應(yīng)體與超聲波發(fā)生器擰螺紋連接。借此，能簡單確保與換能器工作方向相關(guān)居中的最佳的夾緊作用。
[0018]所述反應(yīng)體最好呈長形尤其條狀物構(gòu)成，并且以其縱向平行于超聲波發(fā)生器頭縱向來取向。通過這種方式，反應(yīng)體與超聲波發(fā)生器最佳匹配并且緊湊構(gòu)成。所述反應(yīng)體的縱向設(shè)定尺寸最好基本對(duì)應(yīng)于超聲波發(fā)生器頭的相應(yīng)設(shè)定尺寸。
[0019]所述至少兩個(gè)換能器優(yōu)選在超聲波發(fā)生器頭縱向上前后布置。以這種方式，由所述換能器引入的振動(dòng)被最佳分配給長形超聲波發(fā)生器。在多于兩個(gè)的換能器情況下，相鄰的換能器優(yōu)選均具有恒定的相互間距離。原則上也可想到，在多個(gè)換能器情況下，所述多個(gè)換能器相互以例如平行兩行的形式布置或以例如利于振動(dòng)的形式。通常，基于超聲波發(fā)生器頭的長形構(gòu)造，優(yōu)選縱向成行布置。
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