【】本发明有关于一种超音波熔接装置。本发明进一步有关于一种用于制造此一超音波熔接装置之音极的方法与一种用于制造此一超音波熔接装置之音极载体的方法。
背景技术
0、
背景技术：
1、超音波熔接装置一般包含音极可更换地固定于其上的音极载体。音极的超音波振动可由音极载体产生，然后振动的能量可经由音极传输到待熔接工件。取决于应用，音极载体可结合不同类型的音极，例如，用于点熔接或滚缝熔接的音极，例如，或形式为挠曲谐振器(flexural resonator)的音极也可以用于难以接近的点(仅举几个实施例)。
2、例如，音极可经由一或多个螺钉拧接至音极载体。该(等)螺钉之拧紧扭矩的偏差，例如，由于使用不正确的工具或由于耦接面肮脏或有缺陷，可能显著影响音极的振动性质从而超音波熔接装置的熔接性质。例如，夹紧力不足可能导致音极在熔接操作期间转动及/或在耦接面的区域中过度变形，这可能会对熔接结果产生负面影响。在最坏的情况下，音极及/或螺钉可能断裂。
技术实现思路
0、
技术实现要素：
1、因此，亟须一种致能改善音极与音极载体之固定的超音波熔接装置。
2、而且亟须一种用于制造对应改良音极的方法。
3、同样，亟须一种用于制造对应改良音极载体的方法。
4、独立专利权利要求的专利目标可满足这些要求。数个有利的具体实施例在附属权利要求、以下描述及附图中解释。
5、本发明的第一方面有关于一种超音波熔接装置。该超音波熔接装置包含至少一音极与经形成为可造成该音极之超音波振动的一音极载体。该音极与该音极载体在各种情形下有一接触面，以下也被称为耦接面。该等接触面中之至少一者至少部分被粗糙化。该音极以使该等接触面互相推顶的方式可更换地固定于该音极载体。
6、本发明的第二方面有关于一种方法，其用于制造如以上及以下所述用于超音波熔接装置的音极。该方法包含以下步骤中之至少一者：提供处于待加工状态的该音极，与加工该音极以便至少部分粗糙化该音极的接触面。
7、本发明的第三方面有关于一种方法，其用于制造如以上及以下所述用于超音波熔接装置的音极载体。该方法包含以下步骤中之至少一者：提供处于待加工状态的该音极载体，与加工该音极载体以便至少部分粗糙化该音极载体的接触面。
8、应指出的是，该超音波熔接装置的特征也可理解为以上及以下所述之方法的特征，反之亦然。
9、在不以任何方式限制本发明之范畴的情形下，本发明的具体实施例可视为是基于以下所描述的概念和发现。
10、如前述，该音极与该音极载体的连接对于熔接结果的质量起决定性作用。这种连接有多好可能取决于各种影响因素，例如，螺钉拧紧扭矩是否遵守规定、接触面的清洁程度、或接触面的生产特定表面性质。
11、因此，呈现于此的办法使得音极与音极载体的连接有可能对于以下的敏感度显著降低：例如油或油脂的污染、音极的维修及安装误差、与相关组件的生产波动，且实际上在音极及/或音极载体上不会产生不合意的凹口。如果音极或音极载体在熔接操作期间暴露于高水平的应变，此类凹口可能会导致损坏，即使它们相对较小。
12、这原则上通过以下方式实现：藉由以适当方式针对性粗糙化一或两个接触面或彼之至少一部分来增加音极与音极载体之间的磨擦。换言之，使用适合加工方法对应地粗糙化音极及/或音极载体，可在一或两个接触面内建立一或多个粗糙化部分，它可能在微观层面上与对应配对物钩在一起，例如，未被粗糙化的一或多个部分及/或配对物中也对应被粗糙化的一或多个部分。这样的微齿化确保音极与音极载体在熔接操作期间有可靠的连接，且实际上不必增加使音极与音极载体互相推顶的夹紧力。
13、有可能在测试中证明这种有利效果，其中需要测量使以形式习知为挠曲谐振器之音极(进一步参考下文)相对于该音极载体旋转的旋转力。
14、以下为用于测试的参数：旋转力之施力点与音极中心的距离：78毫米；进给速度：2毫米/分钟；用于使音极固定于音极载体的螺钉拧紧扭矩：20牛顿米。力的引进与音极的纵轴垂直。
15、在此情形下，有可能使旋转力从用于有未加工亦即未特别粗糙化之接触面的音极的约550牛顿增加到用于有用雷射加工粗糙化之接触面的音极的约800牛顿，甚至增加到用于有用玻璃珠喷砂粗糙化之接触面的音极的1150牛顿。因此，在有相同的拧紧扭矩的情形下，有可能使固定的稳定性提高一倍以上。就振动特性而言，所有受测音极都没有什么特别之处。
16、旋转力的增加可以用以下事实解释：由于在音极及/或音极载体上的接触面内产生一种确定的结构，它是一种微观尺度的强制锁定，亦即，微齿化。该结构可实作为使其最小程度地刺入对应配对物，亦即，音极与音极载体在接触面处不是以点状或线性方式接触，而是以表面方式接触。使用于微齿化的结构及/或配对物与该结构压在一起的表面可稍微弹性及/或塑性变形。该结构藉由粗糙化所产生的突出边缘或尖峰可稍微刺入配对物靠近表面的材料，从而导致微齿化。变形可能只有几毫米甚至更小，特别是明显小于由粗糙化所产生的结构。
17、以上及以下所使用的一些用语将在以下更详细地解释。
18、用语接触面一方面可理解为音极的微观平坦表面部分，音极在其上与音极载体的接触面接触。另一方面，这可理解为音极载体的微观平坦表面部分，音极载体在其上与音极的接触面接触。藉由使音极固定于音极载体且以确定的夹紧力互相推顶，可使这两个接触面互相覆盖。
19、音极与音极载体有可能仅仅在它们的接触面上接触。
20、该接触面可部分粗糙化，亦即，粗糙化一或多个连贯或独立部分。替换地，可粗糙化整个接触面，亦即，粗糙化部分可延伸到整个接触面。
21、用语粗糙化部分在此背景下可理解为接触面中例如经特殊加工的平坦部分，由于特殊加工，其粗糙度显著高于接触面中没有用此方式加工的部分或音极及/或音极载体的另一表面。以此目的，例如，该接触面的加工可使用用于表面处理的机械、光学、电气(例如，侵蚀)、电化学或化学方法，或结合使用这些方法中之至少两者。换言之，藉由加工可在该接触面的区域中形成特殊增磨结构(special friction-increasing structure)，其中，该结构的增磨性质可在所有方向都相同，亦即，无方向性或各向同性，或在不同的方向不同，亦即，有方向性或各向异性。
22、该接触面之粗糙化部分的粗糙度在定量及/或定性上可与该接触面中未以此方式粗糙化之部分的粗糙度不同。未被粗糙化的部分可实质上是平滑的，其中，在此部分之表面上的任何微观不均匀可由生产或加工方法造成。例如，该未粗糙化部分可有起源于相关组件之机械加工及/或相关组件之研磨、砂磨或抛光的残留粗糙度。此一残留粗糙度一般是各向异性的，亦即，相关部分一般有以下表面结构：其偏好方向可对应至例如在机械加工、研磨、砂磨或抛光期间的加工方向。该接触面的故意粗糙化部分的粗糙度可明显比未粗糙化部分大例如2、5或甚至10倍。而且，产生各向同性粗糙表面结构的技术，亦即，没有偏好方向，例如，雷射照射、颗粒喷砂、特别是玻璃球喷砂或喷砂，可使用于该接触面的针对性粗糙化。
23、该音极载体例如可包含转换器及/或助推器。该音极载体另外可包含发电机。该音极可固定于例如助推器或转换器之(纵向)音极载体的自由端垂直于该等接触面，特别是，以该音极载体可以在超音波范围内的频率沿着振动轴线来回移动的方式。
24、在数个特定具体实施例中，该音极载体另外可包含一中间件，它一方面可固定于该助推器或转换器，且在另一方面，该音极可固定于其上。
25、用语转换器可理解为一种电机组件，其经形成为可将发电机所提供的高频电压转换为有在超音波范围内之对应频率的机械超音波振动，例如，在20千赫与100千赫之间、在20千赫与35千赫之间为较佳。
26、也被称为传输或振幅转换片的助推器可经形成为可改变转换器所提供之超音波振动的振幅，亦即，减少及/或增加振幅，且将用此方式改变的超音波振动传输到该音极。该助推器另外可经形成为可装上在该超音波熔接装置中的该音极载体。
27、用语音极可理解为可由于引进超音波振动而引起对应高频共振且经形成为可传输该等振动至一或多个待熔接工件的一种工具。例如，可形成相对于彼之纵轴及/或横轴呈对称的音极，特别是，如果它实作为双臂式挠曲谐振器(进一步参考下文)的话。因此可避免在该音极上有不均匀的应变。
28、根据一具体实施例，该音极可经由至少一螺钉可更换地固定于该音极载体。在此情形下，该螺钉可使该等接触面互相推顶。这致能该等接触面受控地压在一起。因此可进一步简化该音极的替换。该音极也可经由两个或两个以上的螺钉可更换地固定于该音极载体。
29、根据一具体实施例，该螺钉可引入该音极的音极开口，且该音极开口至少部分可被该音极的接触面包围。另外或替换地，该螺钉可引入该音极载体的音极载体开口，且该音极载体开口至少部分可被该音极载体的接触面包围。换言之，该螺钉可横向穿过一或两个接触面，特别是垂直地穿过。因此，可改善这两个接触面之间的磨擦连接。
30、根据一具体实施例，该音极开口可被该音极的接触面以环状及/或环段状方式包围。另外或替换地，该音极载体开口可被该音极载体的接触面以环状及/或环段状方式包围。这可简化该音极相对于该音极载体的定向，特别是，如果该音极只经由一个螺钉固定于该音极载体的话。
31、根据一具体实施例，该音极开口可被该音极之接触面的至少一环状及/或环段状粗糙化部分包围。另外或替换地，该音极载体开口可被该音极载体之接触面的至少一环状及/或环段状粗糙化部分包围。可有效避免该音极相对于该音极载体在熔接操作期间的非故意旋转，特别是，如果该音极只经由一个螺钉固定于该音极载体的话。
32、根据一具体实施例，该等接触面中之至少一者可包含由数个条状粗糙化部分组成的条状图案。该等条状部分的定向可相同或不同。如果条状部分分布在整个接触面上，则是有利的，特别是均匀地分布。该条状图案例如可藉由该音极或该音极载体的雷射加工产生。用此具体实施例有可能在测试中实现特别良好的结果。
33、根据一具体实施例，该条状图案的粗糙化部分可彼此平行地配置。在此情形下，相同接触面或不同接触面的粗糙化部分可彼此平行地配置。该条状图案的每个粗糙化部分另外可与该音极的纵向平行地延伸。用此具体实施例也有可能在测试中实现特别良好的结果。
34、根据一具体实施例，该接触面中至少部分被粗糙化的粗糙化部分可有粗糙度，其特征在于：该粗糙化部分的平均粗糙度深度rz大于2.0微米及/或该粗糙化部分的算术平均粗糙度值ra大于0.3微米。这种下限阈值在测试中已被证明特别实用。
35、根据一具体实施例，平均粗糙度深度rz可小于14微米。另外或替换地，算术平均粗糙度值ra可小于3.0微米。这种上限阈值在测试中已被证明特别实用。
36、例如，在测试中测量以下粗糙度值：
37、-对于接触面被以玻璃珠喷砂粗糙化的部分：ra为0.53微米；rz为3.29微米；
38、-对于接触面被雷射处理粗糙化的部分：ra为2.43微米；rz为13.27微米；
39、-对于接触面未被粗糙化的部分，亦即，未经处理或仅予以研磨的部分：ra为0.16微米；rz为0.90微米。
40、该音极实作为挠曲谐振器，其包含一基体与从该基体突出的至少一弯臂。该音极经由该基体可更换地固定于该音极载体，且该基体可包含该音极的接触面。这具有激发该音极进行横向振动的效果，亦即，在处于振动状态时弹性变形为波浪线状。在此情形下，该音极可具有也被称为零点交叉的数个点，在此它们相对于假想零线的挠曲为零或小到可以忽略不计。这个具体实施例使得有可能熔接难以接近的平坦工件。
41、该基体有可能为该音极的最宽部分，同时可实作至少部分明显比该基体窄及/或薄的该弯臂。形式为棒状挠曲谐振器的音极也有可能。例如，该弯臂的横截面可随着与该基体的距离增加而变细。该弯臂的自由端因此也可朝向在不显著削弱该弯臂之强度下难以接近的工件移动。为了使该弯臂可以自由振动，它不应接触到该音极载体。换言之，该音极有可能在处于振动状态时使音极载体仅与其基体接触，亦即，在熔接操作期间。在熔接操作期间，该弯臂可以使待熔接工件只与其自由端接触。
42、例如，该挠曲谐振器可包含从该基体互相反向突出的两个弯臂。
43、根据一具体实施例，该音极及/或该音极载体之接触面的加工可包含雷射处理、用喷砂剂喷砂的机械加工或这两者的组合。该音极或该音极载体的加工因此可特别精确地执行。藉助于雷射处理，例如，用激光脉冲在数个点可以点状方式熔化相关接触面。在此情形下，可在随着选定雷射参数而改变的相关点处可形成微观小高处，这些小高处有微齿化的作用。例如，藉助于雷射处理，可产生由数个条状粗糙化部分组成的精确条状图案(进一步参考上文)。不过，也可想到环状及/或环段状图案，例如，由数个同心环及/或同心环段组成的图案。例如，玻璃珠或砂适合作为喷砂剂。其他喷砂剂也有可能。
44、也应指出的是，本发明具体实施例之可能特征及优点的以上及以下解释系部分参考一种超音波熔接装置、部分参考一种用于制造该超音波熔接装置之对应修改音极的方法、部分参考一种用于制造该超音波熔接装置之对应修改音极载体的方法。熟谙此艺者会明白，可以类似及适合的方式转移及/或调整描述用于个别具体实施例的特征到其他具体实施例及/或更换以得到本发明的进一步具体实施例及可能的协同效应。
1.一种超音波熔接装置(1)，其包含：
2.如权利要求1之超音波熔接装置(1)，
3.如权利要求2之超音波熔接装置(1)，
4.如权利要求3之超音波熔接装置(1)，
5.如权利要求3或4之超音波熔接装置(1)，
6.如权利要求1至5中之任一项的超音波熔接装置(1)，
7.如权利要求6之超音波熔接装置(1)，
8.如前述权利要求中任一项之超音波熔接装置(1)，
9.如权利要求8之超音波熔接装置(1)，
10.如前述权利要求中任一项之超音波熔接装置(1)，
11.一种方法，其用于制造前述权利要求中任一项之超音波熔接装置(1)的音极(3)，其中，该方法包含下列步骤：
12.一种方法，其用于制造如权利要求1至10中之任一项之超音波熔接装置(1)的音极载体(2)，其中，该方法包含下列步骤：
13.如权利要求11或12之方法，
