專利名稱：用超聲波切割和/或焊接帶材的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用超聲波切割和/或焊接帶材的裝置，該裝置的主動(dòng)件由一個(gè)分成數(shù)段的振動(dòng)發(fā)送器和一個(gè)使振動(dòng)加強(qiáng)的尖頭振子構(gòu)成(參見DE-3925788Al)。
為了制造出帶子，例如標(biāo)簽帶，人們先織造出一條寬幅織物帶材，在該帶材的相鄰帶區(qū)中加工出多組所要求的帶子圖案，然后在這些帶區(qū)之間的分界處將寬幅織物帶材切割開。為此以前采用的是加熱的金屬絲，由金屬絲在織物帶材中產(chǎn)生一個(gè)熔化切割口，同時(shí)將所切斷的絲紗斷頭相互熔接在一起。但這樣形成的熔化邊緣很硬，并帶來(lái)必須采取附加措施才能解決的問(wèn)題(見DE-3937947-A1)。為了改善切割時(shí)的質(zhì)量問(wèn)題，人們?cè)诳椩熘幸验_始采用超聲波切割法(EP-0534300-A1)。
公知的上述超聲波切割裝置需要占很多的地方，并且它們的振動(dòng)發(fā)送器和尖頭振子的長(zhǎng)度都必須與驅(qū)動(dòng)這些部件的發(fā)生器的交變電壓頻率精確調(diào)諧。這在以后還要結(jié)合圖2詳細(xì)說(shuō)明。在公知裝置中產(chǎn)生的諧振曲線是非常尖銳的且頻率范圍窄。這種諧振曲線要求振動(dòng)發(fā)送器的軸向長(zhǎng)度與振動(dòng)發(fā)送器的壓電元件產(chǎn)生的聲波波長(zhǎng)精確調(diào)諧。但是甚至對(duì)于相同結(jié)構(gòu)的裝置，在制造中產(chǎn)生的誤差就會(huì)使各諧振曲線的位置彼此非常不同，以致于為使裝置運(yùn)行必須采用獨(dú)自的發(fā)生器。這些不同的發(fā)生器的交變電壓必須相應(yīng)于相配的裝置的各個(gè)諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于結(jié)構(gòu)部件的尺寸大和數(shù)量多，這些公知裝置都相當(dāng)昂貴，此外其效率較低。
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種價(jià)廉物美的用超聲波切割和/或焊接帶材的裝置，其特征是結(jié)構(gòu)緊湊，工作經(jīng)濟(jì)可靠。這由權(quán)利要求1特征部分所述的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些措施具有以下的特殊意義。
在本發(fā)明的裝置中，振動(dòng)發(fā)送器只用了壓電元件和背向帶材的反向段并將反向段直接與尖頭振子壓緊在一起，由此縮短了裝置的軸向長(zhǎng)度。由此形成了一種新的結(jié)構(gòu)單元，這種結(jié)構(gòu)單元由反向段、壓電元件與尖頭振子組合而成，因此以后將其簡(jiǎn)稱為“組合件”。而且本發(fā)明還放棄了至今在現(xiàn)有技術(shù)中通常對(duì)振動(dòng)發(fā)送器和尖頭振子這些部件所采用的尺寸選擇，其所用的反向段的軸向長(zhǎng)度最大為聲波波長(zhǎng)的1/8，其組合件的軸向總長(zhǎng)度最大只有聲波波長(zhǎng)的3/4。由于本發(fā)明的裝置大大縮短了軸向長(zhǎng)度，因此其橫截面也能縮小，這樣不僅節(jié)省了空間位置，而且也節(jié)省了許多材料，這在所用材料很昂貴時(shí)極其重要。實(shí)踐表明，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，在本發(fā)明的裝置中產(chǎn)生了平坦的諧振曲線，這種諧振曲線不再要求結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度與所給定的聲波波長(zhǎng)精確調(diào)諧。這一點(diǎn)還要詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明還可以將多個(gè)相互獨(dú)立工作的組合件并聯(lián)地連接到一個(gè)公共的發(fā)生器上。因此可以由一個(gè)公共的發(fā)生器向設(shè)置在一個(gè)織機(jī)上的所有切割組合件提供交變電壓。
本發(fā)明的其它措施和優(yōu)點(diǎn)由以下的描述以及附圖給出。附圖中除了一個(gè)是現(xiàn)有技術(shù)外，示出了本發(fā)明的一些實(shí)施例。


圖1是具有多個(gè)本發(fā)明的組合件的織機(jī)的部分示意透視圖，本發(fā)明的組合件從織機(jī)所生產(chǎn)出的寬幅織物帶材上切割出標(biāo)簽帶，圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)裝置的主動(dòng)件的軸向部分剖視圖，圖3是兩條諧振曲線，其中一條對(duì)應(yīng)了圖2所示的已知裝置，另一條對(duì)應(yīng)于圖4所示的本發(fā)明的組合件，圖4是尺寸比例與圖2幾乎相同的本發(fā)明的組合件的視圖，該組合件構(gòu)成本發(fā)明的主動(dòng)件，圖5是圖4所示的組合件的下部的放大視圖，圖6是一臺(tái)與圖1所示結(jié)構(gòu)有所不同的織機(jī)的橫截面圖，圖7是圖5中橫截面圖所示部分以近似于實(shí)物尺寸給出的視圖，圖8是本發(fā)明的組合件裝置在一個(gè)沖載工具中的另一種應(yīng)用。
在圖1所示的織機(jī)上以通常的紡織技術(shù)由經(jīng)紗11和一股或多股緯紗12編織制成帶材10，同時(shí)可以在其上織入任意的圖案13，這對(duì)于要在該織機(jī)上織出標(biāo)簽時(shí)是尤其有意義的。在這種情況下，作為寬幅織物，在帶材10的許多相互并列的帶區(qū)上制作出標(biāo)簽圖案13。然后把帶材輸向多臺(tái)切割裝置20，在所希望的地方切割出縱向切口14，它們使帶材10切割成單個(gè)的條帶15。相應(yīng)于織造過(guò)程，在編織經(jīng)紗和緯紗11，12時(shí)沿運(yùn)動(dòng)箭頭77的方向牽拉切割出來(lái)的條帶15，然后根據(jù)圖案13的長(zhǎng)度將條帶分割成所要求的段而構(gòu)成能夠固定在衣物或類似物件上的標(biāo)簽。
本案涉及的是一種以超聲波工作的切割裝置，該裝置有一個(gè)可從圖1中看到的發(fā)生器50，該發(fā)生器50由普通的交流電流產(chǎn)生例如20～30千赫茲的高頻交流電壓，并經(jīng)電線31將該高頻交流電壓輸給本發(fā)明的裝置的一個(gè)還要詳細(xì)說(shuō)明的主動(dòng)件20。該主動(dòng)件20例如位于帶材的一個(gè)觀察側(cè)面16上，在相對(duì)的帶材背側(cè)面17上它配有一個(gè)被動(dòng)件30，該被動(dòng)件以下簡(jiǎn)稱“砧”。要切割的帶材10位于主動(dòng)件20和砧30之間。在主動(dòng)件20中(以后還要詳述)交流電壓被轉(zhuǎn)變成相同頻率的超聲波并在振幅增強(qiáng)后作為振動(dòng)能傳遞到帶材10上。主動(dòng)件20象一把錘頭那樣作用，以其與帶材相接觸的一端28發(fā)出每秒20至30000個(gè)脈沖的機(jī)械式錘擊。在這種錘擊運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦對(duì)帶材產(chǎn)生加熱作用，可以用于帶材10的分離或焊接。當(dāng)錘端28是尖的時(shí)就形成一種超聲波切割，而當(dāng)錘端28是平的時(shí)就形成一種焊接。沿著切割面的緣邊受到熔化，由此避免織物在切割口部位14處形成散邊。除了使帶材熔化外還可以在帶材的切口部位14處施加機(jī)械性破壞，因此也可以在帶材10中使用不能熔化的材料，例如棉紗，這種材料可以用尖端分離。
公知的主動(dòng)件20′具有以下能從圖2中較詳細(xì)看出的外觀。從已談及的發(fā)生器來(lái)的振動(dòng)電信號(hào)在一個(gè)振動(dòng)發(fā)送器24′中轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)。振動(dòng)發(fā)送器24′沿軸向分成三段21′，22′，23′，它們是圓柱形的，相互間由一個(gè)軸向螺釘18′固定連接。電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)壓電陶瓷25′，這兩個(gè)壓電陶瓷25′在工作情況下是相互反相振動(dòng)的并構(gòu)成振動(dòng)發(fā)送器24′的第一軸向段21′，以下簡(jiǎn)稱為“壓電元件”。該壓電元件21′連接在另外兩個(gè)軸向段22′，23′之間，而這兩段的材料是不同的。壓電元件21′產(chǎn)生的聲振動(dòng)以非常不同的方式傳送到位于壓電元件21′兩端的另外兩段22′和23′上。傳遞到位于外側(cè)的軸向段22′上的聲能應(yīng)盡可能的低，因此該段是用鋼材制成的，以下將其簡(jiǎn)稱為“反向段”。相反，振動(dòng)發(fā)送器24′的位于壓電元件21′另一端的第一軸向段23′則應(yīng)吸收盡可能高的所產(chǎn)生的聲能并將其傳遞給以下還要詳細(xì)描述的尖頭振子26′，能量在此處得到使用。因此在以后將軸向段23′簡(jiǎn)稱為振動(dòng)發(fā)送器24′的“作用段”，該作用段23′由鋁材制成。
尖頭振子26′經(jīng)螺紋銷19′只與前述的作用段23′相連，并且是由昂貴的鈦材構(gòu)成的。尖頭振子的任務(wù)是增大來(lái)自振動(dòng)發(fā)送器24′的超聲波的振幅，它有一個(gè)錐形逐縮段27′。尖端28′接觸帶材并有鋒利的切割刃面29′，用于切割出前面已提到的切口。尖頭振子26′的長(zhǎng)度36′大約是作用段23′長(zhǎng)度33′的兩倍，由于圖面位置有限，在圖2中只示出了它的兩個(gè)端部。
振動(dòng)發(fā)送器24′的各個(gè)段必須具有與所用的超聲波振動(dòng)精確調(diào)諧的在圖2中可看到的軸向長(zhǎng)度32′，33′，36′，以便在尖端28′能產(chǎn)生足夠的聲能。在主動(dòng)件20′中產(chǎn)生的超聲波導(dǎo)致所謂的“駐波”，這種“駐波”有一個(gè)具有大幅值的所謂的“振動(dòng)波腹”和一個(gè)具有零幅值的“振動(dòng)波節(jié)”。駐波的波長(zhǎng)一方面與超聲波頻率有關(guān)，另一方面與形成該駐波的介質(zhì)有關(guān)。雖然該駐波是縱向波，但為了更好地顯示，在圖2的右半部圖面上將所形成的駐波37′以橫向振動(dòng)的形式示出。為了使尖端28′處的能量得到最佳利用，現(xiàn)有技術(shù)要求所產(chǎn)生的超聲波頻率按如下方式與各個(gè)段的軸向長(zhǎng)度精確地匹配。
應(yīng)在振動(dòng)發(fā)送器24′的兩個(gè)壓電陶瓷25′之間的中點(diǎn)產(chǎn)生駐波37′的振動(dòng)波節(jié)35′，外側(cè)的反向段22′具有軸向長(zhǎng)度32′，在考慮到在該段材料中的聲速的情況下，該長(zhǎng)度32′應(yīng)精確等于半個(gè)聲波波長(zhǎng)，即λ/2，此時(shí)在反向段22′的上端處形成一個(gè)振動(dòng)波腹34′。在考慮到作用段23′所采用的材料的情況下，此段的軸向長(zhǎng)度33′也必須等于半個(gè)聲波波長(zhǎng)λ/2，以便在與相接的尖頭振子26′的過(guò)渡處形成一個(gè)振動(dòng)波腹34′。圖2所示振動(dòng)發(fā)送器24′的整個(gè)軸向長(zhǎng)度亦即為λ。在其它公知的裝置中，該部件的軸向長(zhǎng)度至少為λ/2，或者是它的整數(shù)倍。相應(yīng)地，尖頭振子26′的軸向長(zhǎng)度36′也是這樣，如圖2中減短了的駐波37′的視圖，該尖頭振子26′的長(zhǎng)度同樣必須等于聲波波長(zhǎng)λ或其整數(shù)倍。此時(shí)要考慮錐形逐縮段27′，只有這樣才能在尖端28′形成起作用的振動(dòng)波腹34′。振動(dòng)波節(jié)35′位于軸向段36′之內(nèi)。如圖所示，現(xiàn)有技術(shù)中公知的主動(dòng)件20′的總長(zhǎng)為38′，它至少是在所涉及的不同材料中的聲波波長(zhǎng)的兩倍，即2λ。對(duì)應(yīng)于這個(gè)大的長(zhǎng)度38′，公知主動(dòng)件20′的各段具有大的直徑39′。
如前所述，公知切割裝置的主動(dòng)件20′具有尖銳的諧振曲線51′，如圖3所示。在圖3中，要傳遞的振動(dòng)能E是依據(jù)有效的聲波頻率f繪出的。公知的諧振曲線被限制在有效諧振頻率f。的一個(gè)很窄的范圍中，所產(chǎn)生的聲頻稍有偏移就會(huì)導(dǎo)致失諧，使得接觸的尖端28′不能形成穩(wěn)定的駐波37′的振動(dòng)波腹34′。因此要求所述的軸向長(zhǎng)度32′，33′，36′與有效的超聲波頻率精確地調(diào)諧。這種調(diào)諧一般經(jīng)交變電壓發(fā)生器來(lái)進(jìn)行，該發(fā)生器必須將其輸出的電振蕩頻率作相應(yīng)的再調(diào)整。
因此，至今結(jié)構(gòu)類型相同的兩個(gè)公知的主動(dòng)件20′必須分別由單獨(dú)的交變電壓發(fā)生器來(lái)驅(qū)動(dòng)。在加工中產(chǎn)生的誤差已經(jīng)使軸向長(zhǎng)度32′，33′，36′有所不同，從而必須對(duì)諧振頻率fo進(jìn)行相互不同的調(diào)整。因此，如果象圖1那樣要用數(shù)個(gè)超聲波切割裝置20將寬幅帶材10切割成許多織物長(zhǎng)條帶15時(shí)，上述情況就意味著需要很高的裝置費(fèi)用和場(chǎng)地費(fèi)用。此外，在公知的主動(dòng)件20′中，壓電元件21′必須脈沖式地、亦即具有靜止相位地工作。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有了極大的改進(jìn)，這可以由圖4所示的本發(fā)明的主動(dòng)件20來(lái)說(shuō)明。部件的標(biāo)號(hào)與表示現(xiàn)有技術(shù)的圖2所示的主動(dòng)件20′所用的標(biāo)號(hào)相同，但去掉了撇號(hào)(′)，以示區(qū)別。此處討論它的不同之處和特殊之處就夠了，對(duì)于其余部分則至此為止的描述仍有效。
本發(fā)明的主動(dòng)件20的一個(gè)特點(diǎn)是尖頭振子26直接裝在壓電元件21上，該壓電元件此處也是由兩個(gè)壓電陶瓷25構(gòu)成的，并由圖1所示發(fā)生器50經(jīng)在圖4中也能看見的電線31供給交變電壓。除尖頭振子26和壓電元件21外只設(shè)置了一個(gè)反向段22。這些部件26，21，22直接用一個(gè)軸向螺釘48相互固定壓緊。螺釘48的軸穿過(guò)反向段22和壓電元件21的兩個(gè)陶瓷片25中的軸向孔。為了電線31的連接，軸在局部區(qū)域上用軟管47進(jìn)行絕緣。螺釘48的端部直接進(jìn)入尖頭振子26中的盲孔結(jié)構(gòu)的螺紋孔46中。在本發(fā)明中由這些部件形成一個(gè)新的組合起來(lái)的主動(dòng)件20，正如本文開頭已說(shuō)過(guò)的，以后將其簡(jiǎn)稱為“組合件”。在本發(fā)明的組合件20中省去了與現(xiàn)有技術(shù)中的主動(dòng)件20′的作用段23′相對(duì)應(yīng)的部件，從圖2和圖4兩個(gè)比例大約相同的視圖進(jìn)行比較就已經(jīng)能看出，除了省去部件23′外，本發(fā)明的軸向長(zhǎng)度也要短許多。因此這些部件的直徑39也能相應(yīng)地減小，本發(fā)明的部件20所用的材料費(fèi)用要大大低于現(xiàn)有技術(shù)中的部件20′所用的材料費(fèi)用。
由于反向段22最長(zhǎng)只需要是有效聲波波長(zhǎng)λ的1/8，因此可以減短反向段22的軸向長(zhǎng)度32。在圖4所示實(shí)施例中，反向段22由優(yōu)質(zhì)鋼制成，其軸向長(zhǎng)度32只為有效聲波波長(zhǎng)的1/16。令人驚奇的是，該軸向長(zhǎng)度32能在很大程度上改變，同時(shí)又不會(huì)使切割或焊接的良好質(zhì)量變得很差。屬于該組合件中的尖頭振子26的軸向長(zhǎng)度36也是這樣，實(shí)踐表明，它的長(zhǎng)度36可以在有效聲波波長(zhǎng)的7/16至10/16之間的范圍中任意改變。這一點(diǎn)以后還要對(duì)照?qǐng)D3詳細(xì)說(shuō)明。在本例中用于尖頭振子26的材料是一種所謂“硬鋁”，亦即是一種由鋁、鎂和硅組成的合金，從壓電元件21中央開始測(cè)量，在本例中尖頭振子26的軸向長(zhǎng)度36約為3/8λ。這樣圖4中的組合件20的總長(zhǎng)38約為λ/2，即只是圖2所示公知主動(dòng)件20′總長(zhǎng)的1/4。與圖2類似，在圖4中也示出了所側(cè)得的用于此處的組合件20的駐波37。在橫坐標(biāo)上表示出的所產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)的振幅是以對(duì)數(shù)值示出的。如圖所示，在尖端28處形成幅值很大的振動(dòng)波腹34，而大約在壓電元件21的中央處形成振動(dòng)波節(jié)35。駐波的這種有利形狀是由這個(gè)組合件的以下進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)得到的。
本發(fā)明的組合件20的尖頭振子26具有一個(gè)由不同材料構(gòu)成的特殊的末段部分40，如圖4和5所示。在本例情況下也設(shè)有切割刃面29的尖端28由一個(gè)端部件41構(gòu)成，該端部件41所用材料與尖頭振子26的上段43所用的輕金屬合金不同，它是硬度大于HRC60的鋼材。上段43以一個(gè)錐形逐縮部分24延伸并與圓柱形的端部件41最終接在一起。尖頭振子26的末段40由一個(gè)螺紋銷49與上段43連接起來(lái)，該螺紋銷49的兩端都旋入盲孔結(jié)構(gòu)的螺紋孔59中，這可從圖5中清晰地看見。為了補(bǔ)償振動(dòng)所造成的不利的影響，在端部件41和上段43之間設(shè)置了一個(gè)最好由純鈦構(gòu)成的插件42，其任務(wù)是減小在傳遞振動(dòng)能時(shí)的損失。該鈦環(huán)結(jié)構(gòu)的插件42被螺紋銷49軸向穿過(guò)并使螺紋銷49區(qū)域的振動(dòng)得以衰減。
使螺紋銷49前端44和螺紋孔59端面54處于良好的面接觸是很有意義的，如圖5所示。為此，螺紋銷49有一個(gè)具有錐形前端44的徑向臺(tái)階45。螺紋孔59的端面54在尖頭振子26的端部件41和上段43中都有一個(gè)相應(yīng)的互補(bǔ)的倒錐。通過(guò)這種面接觸使得在螺紋銷49的區(qū)域中也能很好地傳遞軸向力。
如圖3所示，本發(fā)明的組合件20具有一個(gè)與前述現(xiàn)有技術(shù)完全不同的有利的諧振曲線51，它在諧振頻率fo的范圍中具有一個(gè)寬的相當(dāng)平的最大值。諧振曲線51實(shí)際上能夠在一個(gè)相當(dāng)大的頻率范圍△f(△f位于諧振頻率fo兩側(cè)的限界頻率f1和f2)中將相同的能量在尖端28處釋放出去。如從前面對(duì)圖4所做的說(shuō)明中可以看到的那樣，這意味著能夠改變起決定性的軸向長(zhǎng)度32和36，而又不會(huì)使組合件20的良好性能受到損害。亦即它并不要求所說(shuō)的組合件20的總長(zhǎng)38精確等于聲波波長(zhǎng)的一半，即λ/2，而是可以有偏差。其所具有的很大的優(yōu)點(diǎn)在于(正如圖1中可看到的那樣)，現(xiàn)在在任何情況下所有在織機(jī)中設(shè)置的相同類型的組合件20都能夠沒(méi)有問(wèn)題地與同一個(gè)交變電壓發(fā)生器50相連。這使結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化并帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn)。
參見圖1，組合件20可以裝在一個(gè)公共的軌52上，該軌52在織機(jī)編織期間相對(duì)于寬幅織物帶材的運(yùn)送方向77橫向地布置。為了單獨(dú)調(diào)節(jié)圖1中由超聲波切割口14產(chǎn)生的單個(gè)條帶15的寬度55，可以改變組合件20之間的間距。位于帶材背側(cè)的砧30是所有組合件20共用的，它由一同樣是在帶材10的運(yùn)送方向77的橫向上布置的連續(xù)桿構(gòu)成。由圖6所示橫截面圖清楚可見，砧30是空心管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部填充一種比重高的可變形材料，在本例中是鉛。這由圖7也能很好看出，從圖7中還可以得到以下本發(fā)明的一些其它重要細(xì)節(jié)。
利用一個(gè)可以用聚丙烯材料制做的特殊結(jié)構(gòu)的殼60將組合件20固定到軌52上。此處涉及的是一種彈性材料，用這樣材料制成兩個(gè)隔開的可變形的鉤61。軌52有相配的貫穿的板條56，它們由鉤61以相互鏡象對(duì)稱的方式鉤住。鉤著板條56的鉤61承受材料的彈性張力并利用摩擦力而將殼60固定保持在軌52上。殼60有一個(gè)可拆除的蓋，該蓋在圖7中雖然去掉了，但可以用例如螺釘類似部件將其固定在由標(biāo)號(hào)62表示的位置上。
殼60有一個(gè)中腔63，其中裝入前述的組合件20。組合件20此時(shí)由一彈簧65頂壓在腔63內(nèi)部中的一個(gè)確定的支座面64上。組合件20的已提及的末段40從殼中伸出。彈簧65此時(shí)經(jīng)一個(gè)由聚四氟乙烯制成的塑料環(huán)67和一個(gè)由硅樹脂制成的彈性體環(huán)66而支撐在組合件20的前述反向段的上端。而彈簧65的另一端則直接支撐在殼60的內(nèi)面上。在殼60的外腔68中設(shè)置一個(gè)可以引入冷卻空氣的軟管70，該軟管通入前述中腔63的下部區(qū)域中，如圖7所示。冷卻空氣在組合件20周圍流動(dòng)，將熱量從殼60中的開口69帶到外部。軟管70在殼60的上部區(qū)域終止于一個(gè)未詳細(xì)示出的軟管連接頭，軟管連接頭上可以接上一個(gè)在圖7中處于拆下狀態(tài)的軟管插頭71，該插頭裝在一個(gè)輸送冷卻空氣的軟導(dǎo)管72中。
外腔68中還有已多次提及的用于已述的組合件20的壓電元件的電線31，它經(jīng)隔離壁73中的一個(gè)開口引導(dǎo)，該隔離壁位于殼60中兩個(gè)腔63，68之間。電線31終止于一個(gè)同樣設(shè)置在殼60上部區(qū)域中的電連接插套筒74中，根據(jù)需要可以將圖7中呈拆開狀態(tài)示出的相應(yīng)連接插頭75插接在該套筒74中。連接插頭75支承在一個(gè)繼續(xù)引伸的電線段76上，該段76在圖6中更詳細(xì)地描述。
圖7示出了末段40的尖端28如何將帶材10壓在對(duì)面的砧30上以及在織造期間在帶材10受到牽拉運(yùn)動(dòng)時(shí)如何用尖端28產(chǎn)生所述的超聲波切割口14。本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是本發(fā)明的組合件20能夠連續(xù)地工作，亦即沒(méi)有靜止相位，為了能維持諧振，至今為止在現(xiàn)有技術(shù)中需要以脈沖方式工作。前述的冷卻有利于本發(fā)明中壓電元件的連續(xù)工作。
為了使內(nèi)裝有組合件20的殼60在軌52上的位置能精確地調(diào)節(jié)，采用了一個(gè)從側(cè)面固定到軌52上的平行齒桿57，在圖1中也可看見。齒桿57通過(guò)一個(gè)側(cè)面凸起伸入到殼60的一個(gè)孔78中，該孔基本上平行于所述的中腔63延伸并從殼60上端開口，但殼60有一個(gè)止動(dòng)件82，它鎖定殼60在軌52上所選擇的位置。在本例中，止動(dòng)件82是一個(gè)帶齒的輪，該輪通?？偸怯梢粋€(gè)彈性件83(此處是一個(gè)螺旋彈簧)保持與齒桿57嚙合，從而閉鎖了殼60的移動(dòng)調(diào)節(jié)。彈性件83可以裝在前述孔78的一個(gè)軸向延長(zhǎng)部分中。
為了使殼60在軌52上縱向移動(dòng)，設(shè)有一個(gè)在圖7中可見的操縱工具80，它有一根軸，軸端上有一個(gè)與齒桿57相匹配的小齒輪81。為了調(diào)節(jié)殼60，首先使操縱工具80的軸沿軸向箭頭79方向穿過(guò)開口移入孔78的內(nèi)部，使小齒輪81與齒桿57嚙合。然后使操縱工具80沿圖7示出的轉(zhuǎn)動(dòng)箭頭84方向運(yùn)動(dòng)，這樣小齒輪就在齒桿57上滾動(dòng)，使殼60以相應(yīng)的方式沿軸52運(yùn)動(dòng)。操縱工具80的軸是可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在殼孔78中的。在操縱工具80進(jìn)行軸向插入運(yùn)動(dòng)(方向79)的同時(shí)也解除了止動(dòng)件82的作用。在本實(shí)施例中，是頂壓齒輪82克服作用在其上的彈性件83的力，從而釋放開齒桿57。
圖6示出了一個(gè)不同于圖1的實(shí)施例。在本例中采用了一個(gè)布置在寬幅帶材10上方的雙軌58，它有兩個(gè)所述類型的軌件52，52′。這兩個(gè)軌件在兩個(gè)相互背向指向的軌外側(cè)面88，88′上有兩組夾持在其上的殼60。由此可以使圖1中所述的超聲波切割口14設(shè)置得更窄，即窄于圖1所示的殼60的結(jié)構(gòu)寬度86。因?yàn)槲挥诹硪卉壖?2′上的殼60可以設(shè)置在雙軌58的軌件52上的殼組60的空隙區(qū)域中。雙軌58的兩個(gè)軌件52，52′不僅相互之間，而且與織物帶材的一個(gè)導(dǎo)向件90都以一定的角度設(shè)置。導(dǎo)向件90支承著兩個(gè)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)為被填充的管53，53′的砧30。
如圖6所示，在標(biāo)號(hào)為88的編織位置處形已經(jīng)結(jié)合圖1描述過(guò)的由經(jīng)紗11和緯紗12織成的寬幅織物，然后將該寬幅織物繞到加熱棒87上，該加熱棒則位于一個(gè)寬夾具中。帶材10然后從此處經(jīng)螺紋桿89和所述的第一個(gè)管53′運(yùn)行過(guò)去，在各個(gè)殼60中的一組組合件20頂壓在管53′上，從而在帶材10上產(chǎn)生第一組切割口。螺紋桿89用于在牽拉帶材的運(yùn)動(dòng)中使帶材10保持所要求的寬度。那些還沒(méi)有被縱向切割的帶區(qū)則在此之后引導(dǎo)到第二管53上，而由固定在后面的軌件52上的組合件20進(jìn)行分割。如圖6所示，切割好的條帶15此時(shí)經(jīng)另一個(gè)螺紋桿91引導(dǎo)，使之轉(zhuǎn)向而被導(dǎo)向一個(gè)未詳細(xì)示出的織機(jī)輸出羅拉上。
在雙軌58的兩個(gè)軌件52，52′之間形成一個(gè)空間92，雖然該空間向上開口，但被一個(gè)為了裝配而能拆卸的型材蓋93封住了。型材蓋93上可以裝電連接部件94，在圖1中已述的用于各個(gè)殼60的電線段76可以經(jīng)互補(bǔ)的電連接件95與這些電連接部件94電接觸。圖1中已述的電線31從連接部件94出去并在軌空間92內(nèi)一直引到所述的公共的交變電壓發(fā)生器50上。用于使組合件20工作的電部件96同樣也可以裝設(shè)在該空間92中，而且如圖6所示那樣是經(jīng)一線路板97裝在型材蓋93的一個(gè)向內(nèi)指向的側(cè)翼板上。圖7所示的軟導(dǎo)管72可以用類似于圖6所示的電線段76的方式，經(jīng)附帶的未詳細(xì)示出的軟管連接件與型軌(型材蓋)93相連。在由軌58，93包住的空間92中還可以設(shè)置在圖6中可見的冷卻空氣供給軟管99。供給軟管99通到一個(gè)未詳細(xì)示出的、在軌58端部處的冷卻空氣輸送源上。
圖8示出了一個(gè)不同的實(shí)施例，其中，本發(fā)明的多個(gè)組合件20配有一個(gè)公共的工具100，該工具100在本例下是一個(gè)沖裁工具，它的工作型面確定了這樣的形狀，即用這種形狀應(yīng)該能通過(guò)超聲波將沖裁物件從未詳細(xì)示出的帶材上切割下來(lái)。在所示的實(shí)施例中，工作型面101是一個(gè)六邊形型面。針對(duì)圖4而言，該沖裁工具100取代了所述的各單個(gè)組合件20的端部件41。由于存在已結(jié)合圖3說(shuō)明了的本發(fā)明組合件20的寬諧振曲線51，這種應(yīng)用是可能的。如圖8可見，通向組合件20的各個(gè)壓電元件的所有電線31因此又可以接到一個(gè)公共的交變電壓發(fā)生器50上。
這種工具100除了能生成切割線外，當(dāng)然也能在兩個(gè)或多個(gè)相互并列的帶材之間生成焊縫。此外，工具100也能具有其它的任意的形狀而完成其它不同的功能，例如可以用作液體或類似物的霧化器。在這種情況下，霧化器要做成板狀，其上連接多個(gè)本發(fā)明的組合件。在工作時(shí)板被整體激勵(lì)形成超聲波振動(dòng)。到達(dá)板上的液體則由于該振動(dòng)的作用而被霧化。通過(guò)用更多數(shù)目的組合件20可以在板或工具100上產(chǎn)生隨后要用的相當(dāng)高的振動(dòng)能。
標(biāo)號(hào)表10帶材，寬幅織物帶材11，12帶材10的經(jīng)紗和緯紗13帶材10上的圖案14切割線，超聲波切口15條狀帶子16，17帶材10的正面和背面18′螺釘(圖2)19′螺紋桿(圖2)20本發(fā)明的切割裝置-組合件的主動(dòng)件20′公知切割裝置的主動(dòng)件21，21′20及20′的軸向中段，壓電元件22，22′20及20′的軸向外段，反向段23′20′的軸向內(nèi)段，作用段24′20′的振動(dòng)發(fā)送器25，25′20及20′的壓電陶瓷26，26′20及20′的尖頭振子27，27′26及26′的錐形逐縮段28，28′26，26′的接觸尖端29，29′28，28′的切割刃面30切割裝置的被動(dòng)件，砧31，31′至50的電線32，32′22及22′的軸向長(zhǎng)度33′23′的軸向長(zhǎng)度
34，34′37及37′的振動(dòng)波腹35，35′37及37′的振動(dòng)波節(jié)36，36′26及26′的軸向長(zhǎng)度37，37′20′(圖27)及20(圖4)中的駐波38，38′20及20′的總長(zhǎng)39，39′20及20′的直徑4026(圖4)的末段4140的端部件4240的間隔件，鈦墊片4326(圖4)的上段4449(圖5)的錐形前端4549的徑向臺(tái)階4648(圖4)的螺紋連接孔47絕緣軟管(圖4)4822，26之間的張緊螺釘4943，40之間的螺紋銷50交變電壓發(fā)生器51，51′20及20′的諧振曲線5260的軌，58的第一軌件52′58的另一個(gè)軌件53，53′30的鋼制空心管(圖6)5459的錐形端面5515的條帶寬度5652的板條
5752及58上的齒桿58雙軌5949的螺紋孔(圖5)6020的殼6160的隔開的鉤6260上殼蓋的固定位置6360中的中腔6460中20的支承面6520的彈簧66由PTFE材料制成的塑料環(huán)67硅樹脂制成的彈性體環(huán)6860的外腔6960中殼的開口70冷卻空氣軟管71軟管插頭72軟導(dǎo)管7360，68之間的隔離壁74電連接套筒7576上的電連接插頭7675處的電線段77帶材的受牽拉運(yùn)動(dòng)78孔7980的軸向運(yùn)動(dòng)箭頭8060的操縱工具
8180上的小齒輪82止動(dòng)件，帶齒的輪8382的彈性件8480的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)箭頭85編織位置(圖6)8660的結(jié)構(gòu)寬度(圖1)87加熱棒(圖6)88，88′52，52′的軌外側(cè)89螺紋桿90導(dǎo)向件91螺紋桿9258中的中間空間9358的型材蓋子9493處的電連接件9576處的電連接部件9692中的電部件9796的印刷電路板9893上的內(nèi)翼板9992中冷卻空氣的供給軟管100工具件，沖裁工具101100的工作型面10253的管填充材料，鉛
權(quán)利要求
1.對(duì)帶材(10)實(shí)施超聲波切割和/或超聲波焊接的裝置，該帶材(10)最好是由可熔化的材料構(gòu)成，尤其是絲紗材料構(gòu)成的寬幅織物帶材(10)，所述裝置包括一個(gè)產(chǎn)生交變電壓的發(fā)生器(50)，一個(gè)分成三個(gè)軸向段(21′，22′，23′)的振動(dòng)發(fā)送器(24′)，亦即一個(gè)位于振動(dòng)發(fā)送器(24′)中間部分處的能夠吸收發(fā)生器(50)產(chǎn)生的交變電壓而產(chǎn)生超聲波能的壓電元件(21′)以及將該壓電元件夾在之間的一個(gè)傳遞高的可利用的超聲波能的作用段(23′)和一個(gè)吸收低的損失的超聲波能的反向段(22′)，一個(gè)尖頭振子(26)，它將來(lái)自振動(dòng)發(fā)送器(24′)的超聲波的振幅增大，其尖端(28′)與帶材(10)接觸并將振動(dòng)能傳遞到帶材(10)上，以及一個(gè)設(shè)在帶材(10)相對(duì)的側(cè)面(17)上的砧(30)，其特征是，尖頭振子(26)取代作用段(23′)直接支承在壓電元件(21)上并與對(duì)面的反向段(23)張緊在一起，構(gòu)成一個(gè)尖頭--壓電元件--反向段的組合件(20)，其中反向段(22)的軸向長(zhǎng)度(32)小于或等于有效聲波波長(zhǎng)(λ)的1/8，而組合件(20)的總軸向長(zhǎng)度(38)小于或等于聲波波長(zhǎng)(λ)的3/4。
2.按權(quán)利要求1的裝置，其特征是，組合件(20)的軸向總長(zhǎng)度(38)小于或等于聲波波長(zhǎng)(λ)的一半。
3.按權(quán)利要求1或2的裝置，其特征是，組合件(20)的反向段(22)的軸向長(zhǎng)度(32)小于或等于有效聲波波長(zhǎng)(λ)的1/16。
4.按權(quán)利要求1至3的裝置，其特征是，尖頭振子(26)在其錐形漸縮段(27)之后有一個(gè)由另一種材料構(gòu)成的尖端(41)。
5.按權(quán)利要求4的裝置，其特征是，錐形漸縮的尖頭振子(26)由一種輕金屬合金構(gòu)成，而尖端(41)由本身硬度大于HRC60的鋼材構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求4或5的裝置，其特征是，在尖端(41)和漸縮的尖頭振子(26)之間設(shè)置一個(gè)由高彈性模量材料構(gòu)成的間隔件(42)。
7.按權(quán)利要求6的裝置，其特征是，間隔件(42)由鈦材構(gòu)成。
8.按權(quán)利要求4至7中之一或多個(gè)所述的裝置，其特征是，尖端(41)以及必要時(shí)和間隔件(42)一起由一個(gè)軸向螺紋銷(49)進(jìn)行螺紋連接而被固定到尖頭振子(26)的逐縮段上。
9.按權(quán)利要求8的裝置，其特征是，螺紋銷(49)的外側(cè)前端(44)與一個(gè)容納該前端的螺紋孔(59)的一個(gè)端面(54)面接觸(圖5)。
10.按權(quán)利要求1至9中之一或多個(gè)所述的裝置，其特征是，一個(gè)公共的發(fā)生器(50)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)能獨(dú)立進(jìn)行切割和/或焊接的組合件(20)的壓電元件(21)(圖1，8)。
11.按權(quán)利要求1至10之一或多個(gè)所述的裝置，其特征是，組合件(20)設(shè)置在一個(gè)公共軌(57)上，該軌布置在要切割成條帶(15)或要焊接的帶材(10)的上方。
12.按權(quán)利要求11的裝置，其特征是，設(shè)有一個(gè)雙軌(58)，在該雙軌上將一些組合件(20)設(shè)置在兩個(gè)相對(duì)的軌側(cè)面(88，88′)上，并且必要時(shí)是相互交錯(cuò)地設(shè)置。
13.按權(quán)利要求11或12的裝置，其特征是，共同固定在一個(gè)軌(52，58)上的組合件(20)配有一個(gè)公共的位于相對(duì)的帶材背面(17)的連續(xù)桿(53)，該桿用作被動(dòng)砧(30)。
14.按權(quán)利要求13的裝置，其特征是，桿由空心管(53)構(gòu)成，其中填充可變形的高比重的材料(102)，如鉛。
15.按權(quán)利要求10至14中之一或多個(gè)所述的裝置，其特征是，為了能夠調(diào)節(jié)由帶材(10)切割出或焊接的條帶寬度(55)，組合件(20)能沿公共軌(52;58)進(jìn)行移動(dòng)。
16.按權(quán)利要求15的裝置，其特征是，每個(gè)組合件(20)都支承在一個(gè)殼(60)中，該殼可以?shī)A持在軌(52;58)上(圖7)。
17.按權(quán)利要求15或16的裝置，其特征是，軌(52;58)配有一個(gè)縱向布置的齒桿(57)，容納組合件(20)的殼有一個(gè)一直通向齒桿(57)的孔(78)，該孔中可以插入一個(gè)配有小齒輪(81)的操縱工具(80)，以便能沿縱向移動(dòng)殼(60)。
18.按權(quán)利要求17的裝置，其特征是，容納組合件(20)的殼(60)有一個(gè)自動(dòng)作用的止動(dòng)件(82)，它可與齒桿的齒嚙合，或者在插入操縱工具(80)時(shí)其止動(dòng)作用得到解除(圖7)。
19.按權(quán)利要求1至18中之一或多個(gè)所述的裝置，其特征是，一個(gè)組合件(20)或一組組合件(20)是由一個(gè)交變電壓發(fā)生器(50)連續(xù)驅(qū)動(dòng)的。
20.按權(quán)利要求1至19中之一或多個(gè)所述的裝置，其特征是，多個(gè)組合件(20)具有一個(gè)取代單個(gè)的尖端(41)的公共工具件(100)，這些組合件的壓電元件(21)相互并聯(lián)地連接在一個(gè)公共的交變電壓發(fā)生器(50)上。
21.按權(quán)利要求20的裝置，其特征是，公共的工具件(100)有一個(gè)工作型面(101)，它與帶材(10)中要產(chǎn)生的焊縫或切割線所要求的變化相適配(圖8)。
22.按權(quán)利要求21的裝置，其特征是，公共的工具件用作液體或類似物的霧化器。
全文摘要
一種切割或焊接帶材的裝置，其主動(dòng)件包括一個(gè)具有一個(gè)壓電元件的，分成多段部分的振動(dòng)發(fā)送器，和一個(gè)使振動(dòng)發(fā)送器中產(chǎn)生的聲能加強(qiáng)并經(jīng)尖端傳遞給帶材的尖頭振子。為了獲得一種功能強(qiáng)，體積緊湊的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出將尖頭振子直接裝在一個(gè)壓電元件上，該壓電元件的相對(duì)的另一側(cè)上只裝有振動(dòng)發(fā)送器的一個(gè)反向段。這三個(gè)部件相互壓緊在一起，構(gòu)成一個(gè)組合件。其中反向段的軸向長(zhǎng)度小于或等于有效聲波波長(zhǎng)的1/8，而組合件的總的軸向長(zhǎng)度小于或等于聲波波長(zhǎng)的3/4(圖4)。
文檔編號(hào)D06H7/22GK1094344SQ9410118
公開日1994年11月2日 申請(qǐng)日期1994年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月4日
發(fā)明者S·基普 申請(qǐng)人:沃培爾紡織機(jī)械公司