專利名稱：振動焊接裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于振動焊接的裝置及方法，尤其涉及具有多個振動頭的振動焊接。
背景技術(shù)：
振動焊接本身用于塑料零件的焊接。在此過程中，待焊的塑料零件在一些接觸面互相摩擦。經(jīng)過這樣的摩擦，在接縫區(qū)達(dá)到被連接塑料零件的熔點，以使此塑料在接觸面塑化并被連接。
對于振動焊接，在振動焊機(jī)中通常操作單獨的振動頭。該技術(shù)適于焊接不同尺寸的塑料零件，例如車輛儀表板。依據(jù)塑料零件的尺寸使用不同尺寸的焊機(jī)。焊機(jī)基于工具重量、被焊表面和設(shè)備尺寸來區(qū)分。
為了能連接較大的塑料零件，與繼續(xù)增加單獨振動頭的尺寸相比，在振動焊機(jī)中增加振動頭的數(shù)量更經(jīng)濟(jì)并且在技術(shù)上更有意義。因此，較大結(jié)構(gòu)通過電器部件如電線圈的串聯(lián)和機(jī)械構(gòu)件的機(jī)械連接是可以實現(xiàn)的。特別是對于較大結(jié)構(gòu)，機(jī)械連接是最重要的，由于只有采用這種方式，才能獲得被連接的機(jī)械構(gòu)件和振動頭的頻率和相位一致的振動。然而，非常不利的是，迄今為止，由于構(gòu)造的因素，僅兩個振動頭能互相連接并因此同步。但是，如果需要多個振動頭來進(jìn)行大塑料零件的振動焊接，將在振動頭中產(chǎn)生調(diào)制困難。例如，通過振動焊機(jī)中振動頭的非受控、異相的振動，塑料零件產(chǎn)生不可靠的連接。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于振動焊接的裝置和方法，其可確保即便在使用多個振動頭或振動系統(tǒng)時，塑料零件仍可獲得可靠的連接，因為振動系統(tǒng)或振動頭的總體就像一個大振動頭在工作。

發(fā)明內(nèi)容
上述目的通過如獨立權(quán)利要求1所述的裝置和如獨立權(quán)利要求6所述的方法來解決。
本發(fā)明的有利設(shè)計、實施例和進(jìn)一步開發(fā)將在以下的說明、附圖和相關(guān)的權(quán)利要求書中給出。本發(fā)明提供一種裝置和一種方法，使用所述裝置和方法，若干獨立的和機(jī)械解耦的振動系統(tǒng)以相同的振幅、頻率和相位工作，以致其效果等同于一個單獨的大振動頭。
根據(jù)本發(fā)明的振動焊裝置，其包括多個機(jī)械解耦的振動頭，每個振動頭與一個頻率轉(zhuǎn)換器或其他的適合的驅(qū)動器相連；與振動頭的頻率轉(zhuǎn)換器相連的電開關(guān)，以便其中一個頻率轉(zhuǎn)換器作為主頻率轉(zhuǎn)換器運行，而其他的頻率轉(zhuǎn)換器作為從頻率轉(zhuǎn)換器運行，從而基于主頻率轉(zhuǎn)換器的控制作用，可實現(xiàn)多個振動頭同步或目標(biāo)異步操作。
借助于本發(fā)明裝置，用于多個振動頭的同步操作的調(diào)制和構(gòu)造難點均被克服。這是由于借助于多個振動頭的電驅(qū)動器，可摒除同步作用的機(jī)械耦合。而且，這些具有相同控制信號的振動頭的供電是通過機(jī)械解耦振動頭的相互電連接而實現(xiàn)的。每個振動頭的相同的電控制信號確保振動頭在頻率、相位和振幅上的同步操作或選擇這些變量的同步操作是可能的。根據(jù)進(jìn)一步的實施例，還可以想到，被組合的塑料零件的結(jié)構(gòu)和/或材料特性使振動頭的與相位和/或振幅有關(guān)的目標(biāo)異步操作成為必需。還有利的是，振動頭一起起動和停止。根據(jù)另一實施例，振動頭也能在共同起動之后的任何時候單獨地和/或成組地停止。
根據(jù)另一實施例，優(yōu)選的是，主頻率轉(zhuǎn)換器為多個振動頭規(guī)定相同的頻率和相位，同時該頻率由各個振動頭的共振頻率的平均值得到。如另一設(shè)計，也可以想到，主頻率轉(zhuǎn)換器通過BUS系統(tǒng)或并聯(lián)電路驅(qū)動從頻率轉(zhuǎn)換器，借助于每個從頻率轉(zhuǎn)換器，各個振動頭的一個獨立振幅控制是可能的。基于振動頭的各自驅(qū)動和它們的缺少機(jī)械耦合，這些振動頭例如至少兩個振動頭，可以相對于被焊工件自由放置。因此結(jié)構(gòu)自由性，其能夠應(yīng)用到不同工件的幾何結(jié)構(gòu)，同時保證可靠的焊接連接。
根據(jù)本發(fā)明的具有多振動頭的振動焊接方法，其中每振動頭與頻率轉(zhuǎn)換器或其他適合的驅(qū)動器相連并且彼此間機(jī)械解耦，所述方法包括以下步驟定義至少一個頻率轉(zhuǎn)換器作為主頻率轉(zhuǎn)換器，其余頻率轉(zhuǎn)換器作為從頻率轉(zhuǎn)換器，由至少一個主頻率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動從頻率轉(zhuǎn)換器，以便振動頭在頻率、相位和振幅上或者選擇這些變量以同步或目標(biāo)異步的方式操作。


參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
圖1所示為多個振動頭，其在振動焊機(jī)中相互機(jī)械解耦。和圖2所示為如幾個振動頭振幅信號的比較。
具體實施例方式
用于振動焊的裝置包括多振動頭10，優(yōu)選兩個或更多的振動頭。圖1所示為這些振動頭10的一個例子。它們在振動焊裝置中以機(jī)械解耦的方式排列。基于振動頭10的機(jī)械解耦的排列方式，被焊塑料零件的幾何形狀不需要被調(diào)整的適應(yīng)振動頭10的排列或與其對齊。而且，振動頭10可自由定位，以便振動頭10的布置能夠被調(diào)整以適應(yīng)被處理的塑料零件的任意幾何形狀。
每個振動頭10與頻率轉(zhuǎn)換器或其他適合的驅(qū)動器(未示出)相連。頻率轉(zhuǎn)換器依次經(jīng)由電路彼此相連，以便頻率轉(zhuǎn)換器中的一個作為主頻率轉(zhuǎn)換器(下文稱主轉(zhuǎn)換器)操作，其他的頻率轉(zhuǎn)換器作為從頻率轉(zhuǎn)換器(下文稱從轉(zhuǎn)換器)操作。此電路要求，一個頻率轉(zhuǎn)換器被首先定義為主轉(zhuǎn)換器，其余頻率轉(zhuǎn)換器被定義為從轉(zhuǎn)換器。主轉(zhuǎn)換器為振動頭10的所有頻率轉(zhuǎn)換器即既為它本身和又為從轉(zhuǎn)換器規(guī)定控制和/或供應(yīng)信號(supply singal)。因此，任何安裝在具有振動頭10的振動焊機(jī)內(nèi)的頻率轉(zhuǎn)換器都可被定義為主轉(zhuǎn)換器，從而不需要用于振動焊機(jī)的振動系統(tǒng)的單獨頻率轉(zhuǎn)換器或單獨的控制單元。而且，可以想到，進(jìn)一步的實施例使用被振動頭10分離的頻率轉(zhuǎn)換器或單元的控制單元作為主轉(zhuǎn)換器。更為優(yōu)選的是，并非所有的控制信號都由主轉(zhuǎn)換器規(guī)定。因此，例如，根據(jù)進(jìn)一步的實施例，目標(biāo)振幅不是由主轉(zhuǎn)換器規(guī)定，而是由單獨的從轉(zhuǎn)換器規(guī)定。
經(jīng)由所述電路頻率轉(zhuǎn)換器或主轉(zhuǎn)換器和從轉(zhuǎn)換器相連，所述電路根據(jù)不同的實施例可被設(shè)計成不同。根據(jù)第一實施例，主轉(zhuǎn)換器和從轉(zhuǎn)換器經(jīng)由并聯(lián)電路相連。因此，主轉(zhuǎn)換器驅(qū)動所有從轉(zhuǎn)換器，并且因此驅(qū)動相連的具有相同的信號的振動頭10。所有的振動頭10因此以同步的頻率和相位操作。另外，每個從轉(zhuǎn)換器單獨地與主轉(zhuǎn)換器相連，以便接收各個振動頭的振幅的各個目標(biāo)值。在此方式中，在各振動頭10中產(chǎn)生由主轉(zhuǎn)換器以目標(biāo)方式控制并由從轉(zhuǎn)換器調(diào)制的振幅。一般來說，振幅由主轉(zhuǎn)換器確定當(dāng)然是可能的。然而，各個振幅的調(diào)制更適宜由各個從轉(zhuǎn)換器承擔(dān)。
根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實施例，從轉(zhuǎn)換器與主轉(zhuǎn)換器經(jīng)由BUS(二進(jìn)制單位系統(tǒng))系統(tǒng)相連，該BUS系統(tǒng)確保頻率轉(zhuǎn)換器之間的操作數(shù)據(jù)的交換，以便相連的振動頭10完全由主轉(zhuǎn)換器和BUS系統(tǒng)控制。主轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)牟僮鲾?shù)據(jù)包括給相連的從轉(zhuǎn)換器的控制和/或供應(yīng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)決定振動頭10的頻率、振幅和相位。
在上述用于連接頻率轉(zhuǎn)換器和振動頭10的電路的幫助下，振動頭10可在頻率、相位和振幅上或者選擇這些變量同步操作(參見圖2)或以目標(biāo)的異步方式操作。在本文中，同步指振動頭以相同的頻率、相位和振幅或者選擇這些匹配變量工作。異步指不同振動頭的相位和振幅彼此是不同的。不同的程度由振動焊接工藝的需要而決定。因此，可以想到，舉例來說，通過振動頭的同步操作在大面積工件上可形成干擾振蕩/振動。它們可通過一個或多個振動頭的目標(biāo)異步驅(qū)動和操作來抵消或減少。這樣，被處理工件的幾何形狀、尺寸和材料性能和振動焊其他的基本條件會要求這種工作模式。由于同步頻率控制，振動頭10的各自的共振頻率借助于所關(guān)聯(lián)的頻率轉(zhuǎn)換器或從轉(zhuǎn)換器確定并發(fā)送到主轉(zhuǎn)換器。主轉(zhuǎn)換器計算被識別的共振頻率的平均值，以便將頻率目標(biāo)值從主轉(zhuǎn)換器發(fā)送到從轉(zhuǎn)換器，或因此將平均值指派給從轉(zhuǎn)換器。振動頭10的振幅借助目標(biāo)值單獨控制，所述目標(biāo)值可由主轉(zhuǎn)換器以目標(biāo)方式進(jìn)行調(diào)制，而且也可通過它自己的線路或通過與被連接的振動頭10的各自的從轉(zhuǎn)換器相連的BUS系統(tǒng)來確定。因此，各個振動頭的振幅根據(jù)各自的目標(biāo)值可以相同或不同。
借助于在振動頭10的機(jī)械解耦布置及其同時，例如同步驅(qū)動，振動頭10可在空間上自由地定位。因此，具有相關(guān)頻率轉(zhuǎn)換器或從轉(zhuǎn)換器的振動頭10的空間排列最佳適應(yīng)于被處理的的工件的幾何形狀。因此，一方面，可保證振動頭的同步或目標(biāo)異步驅(qū)動，同時在另一方面，可避免振動頭機(jī)械耦合的約束。優(yōu)選使用兩個或更多振動頭10，同時該數(shù)量可根據(jù)工件幾何形狀和尺寸而變化。優(yōu)選的是，共同起動和停止振動頭，或在共同起動之后按序不一致地停止振動頭。
還優(yōu)選的是，頻率、相位和振幅或者選擇的這些變量由主轉(zhuǎn)換器同步控制。這些控制上的區(qū)別，例如由工件幾何形狀、尺寸或被處理材料的性能來確定。由此，由主轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的控制作用可修改以適應(yīng)不同的工作過程，以便例如防止主轉(zhuǎn)換器超載。
權(quán)利要求
1.振動焊接裝置，其特征在于a.多個機(jī)械解耦的振動頭(10)，每個振動頭與一個頻率轉(zhuǎn)換器或其他的適合的驅(qū)動器相連；b.將振動頭(10)的頻率轉(zhuǎn)換器連接在一起的電路，使其中一個頻率轉(zhuǎn)換器可作為主頻率轉(zhuǎn)換器操作，而其它的頻率轉(zhuǎn)換器作為從頻率轉(zhuǎn)換器操作，以便c.基于主頻率轉(zhuǎn)換器的控制作用，實現(xiàn)多個振動頭(10)的同步或目標(biāo)異步操作。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，振動頭(10)可在頻率、相位和振幅上或者選擇這些變量以同步或者目標(biāo)異步的方式操作。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，振動頭(10)的頻率和相位由主頻率轉(zhuǎn)換器規(guī)定，同時頻率由振動頭(10)的共振頻率的平均值確定。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，從頻率轉(zhuǎn)換器由主頻率轉(zhuǎn)換器借助于采用單獨振幅控制方式通過BUS系統(tǒng)或并聯(lián)電路來控制。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置具有至少兩個帶有頻率轉(zhuǎn)換器的振動頭(10)，所述振動頭(10)可相對于工件自由定位。
6.一種利用多個振動頭(10)振動焊接工件的方法，所述振動頭與頻率轉(zhuǎn)換器相連并相互機(jī)械解耦，該方法包括以下步驟a.定義至少一個頻率轉(zhuǎn)換器為主頻率轉(zhuǎn)換器，其余頻率轉(zhuǎn)換器為從頻率轉(zhuǎn)換器，及b.通過至少一個主頻率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動從頻率轉(zhuǎn)換器，以便c.在頻率、相位和振幅或者這些變量以同步或者目標(biāo)異步的方式操作振動頭。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，借助于頻率轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電路或借助于BUS系統(tǒng)使頻率轉(zhuǎn)換器連接而實現(xiàn)所述驅(qū)動。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，至少兩個振動頭被操作，振動頭可相對于工件自由定位。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其包括進(jìn)一步的步驟主頻率轉(zhuǎn)換器規(guī)定振動頭的頻率和相位，同時頻率由振動頭(10)的共振頻率的平均值確定。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其包括進(jìn)一步的步驟主頻率轉(zhuǎn)換器規(guī)定振動頭(10)各自的或共同的振幅目標(biāo)值，并將該目標(biāo)值傳輸給從頻率轉(zhuǎn)換器，以便振動頭(10)以匹配的振幅或不同的振幅被操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種振動焊接方法。振動焊接利用多個機(jī)械解耦的振動頭操作，其中每個振動頭連接一個頻率轉(zhuǎn)換器。一個電路與頻率轉(zhuǎn)換器連接，以使頻率轉(zhuǎn)換器中的一個可作為主頻率轉(zhuǎn)換器操作，而其他的頻率轉(zhuǎn)換器作為從頻率轉(zhuǎn)換器操作。借助于主頻率轉(zhuǎn)換器的控制，多個振動頭的同步和目標(biāo)異步操作均可實現(xiàn)。
文檔編號B29C65/08GK1943955SQ20061014867
公開日2007年4月11日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月5日
發(fā)明者C·諾伊羅特, H·普里姆 申請人:艾默生科技有限公司布蘭森超聲分公司