用於引入超聲波能量的超聲波焊頭的製作方法

2023-05-22 18:50:36

用於引入超聲波能量的超聲波焊頭的製作方法
【專利摘要】描述一種用於連接到超聲波振動發生器（2，3）上的超聲波焊頭（18），所述超聲波焊頭具有沿第一軸線（16）延伸的連接部段（4），所述連接部段以第一端部（42）固定在超聲波發生器（2，3）上或者與其連接，其中連接部段（4）通過超聲波振動發生器（2，3）基本上僅沿著第一軸線（16）進行振動。所述超聲波焊頭的特徵在於，在連接部段（4）的自由的、與第一端部（42）對置的端部（43）上在共同的交叉區域（36）中設有沿著第二軸線（8）延伸的基本上圓柱形的第一套管（5）和沿著第三軸線（17）延伸的基本上圓柱形的第二套管（6），其中第一軸線（16）與第二軸線（8）包圍在100°至140°的範圍中的第一角度（γ），並且其中第一軸線（16）與第三軸線（17）包圍在100°至140°的範圍中的第二角度（β），其中這三個軸線（8，16，17）基本上設置在超聲波焊頭平面（41）中。此外，描述一種相應的超聲波焊頭工具以及這種超聲波焊頭工具的應用。
【專利說明】用於引入超聲波能量的超聲波焊頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於將超聲波能量尤其引入到多孔的凹部中的超聲波焊頭、一種具有所述超聲波焊頭的超聲波焊頭工具以及所述設備的應用。
【背景技術】
[0002]超聲波越來越多地用於:通過將在超聲波作用下液化的材料引入到連接部位中來建立工件之間的連接，所述連接部位在超聲波下液化並且隨後建立兩個工件之間的形狀配合的和/或材料配合的連接。
[0003]為了液化儘可能有效地、也就是通過使用儘可能少的振動能量且儘可能局部地進行，必要的是提供一種設備，所述設備能夠實現以對於相應的應用情況最優化的超聲波振動的定向來引入超聲波振動。此外，重要的是，通過實現振動的偏轉來實現在引入部位處的通常困難的空間條件。
[0004]相應地，從醫學領域以及非醫學領域得出多種特定的設備，所謂的超聲波焊頭工具，所述超聲波焊頭工具能夠實現引入超聲波。
[0005]在此，例如從US 5，100,321、US 2003/0157458、EP 0535 542 或 US5, 899，693 或EP I 530 953中，只要在該情況下能夠總體來說提到超聲波的實際上針對性的偏轉，超聲波在應用領域中的偏轉通過將超聲波焊頭耦聯到產生超聲波的設備上來保證，所述超聲波焊頭具有鉤狀的結構，那麼，藉助所述結構，以適應狹窄的空間狀況的方式，能夠將振動能量經由所述鉤狀設備的頂部完全目的明確地送到期望的位置上。這種設備的問題是，超聲波振動的偏轉是複雜的事件，並且相應地，例如當在耦合部位上在軸向方向上施加超聲波振動時，這種設備不能夠保證，也在超聲波焊頭的與所述耦合部位處於一定角度的頂部上也同樣施加僅沿著頂部的軸線伸展的超聲波振動。因此，此外，在頂部上也出現橫向振動，所述橫向振動例如又尤其在醫學領域中是尤其不期望的，因為所述橫向振動一方面能夠在對病人進行處理時導致不舒服的疼痛，也因為所述橫向振動必要時能夠持久地損壞周圍組織。此外，由此，得出無效率的能量引入進而處理時間的不期望的延長。
[0006]另一方面，存在下述設備，所述設備完全目的明確地具有偏轉超聲波振動的目標。那麼，這經由相應特定構成的超聲波焊頭的彎曲振動來實現，換言之，將在底部或沿著超聲波焊頭的固定軸線施加的軸向振動轉換成超聲波探頭的通常為了所述目的而特定彎曲的中間元件中的彎曲振動，並且隨後軸向振動在進行彎曲振動的聯接元件的超聲波焊頭的端部上運送到頂部中，所述頂部的幾何形狀設置成，使得在頂部上將軸向的超聲波振動目的明確地施加在所述頂部元件中。那麼通常具有環形的或圓形的、承擔彎曲振動的中間元件的這種類型的設備例如從EP 0594 541，、WO 2005/009256、US 2010/0130867或從DE20113692中已知。
[0007]這種設備具有下述缺點，彎曲的、進行彎曲振動的中間元件是複雜的並且承受尤其強負荷的元件，相應地也是極易磨損的，並且所述中間元件此外需要大量空間。基於相同原理的結構從WO 2007/101362中已知，但是，在此沒有使用真正環形的彎曲振動中間元件，而是僅使用以部分圓的形式構成的彎曲的彎曲振動元件。

【發明內容】

[0008]相應地，本發明的目的是，提出一種改進的超聲波焊頭，尤其是下述超聲波焊頭，所述超聲波焊頭能夠完全目的明確地使沿著僅一軸線振蕩的超聲波振動的偏轉在小空間上以特定的角度轉向，也就是說，使得又沿著第二軸線產生基本上僅沿著第二軸線振蕩的超聲波振動。
[0009]具體地，本發明提出一種用於連接到超聲波振動發生器上的超聲波焊頭，所述超聲波焊頭具有沿著第一軸線延伸的連接部段，所述連接部段以第一端部固定在振動發生器上或與其連接，其中連接部段通過超聲波振動發生器基本上僅沿著第一軸線進行振動。
[0010]所述目的通過權利要求1的特徵來實現。
[0011]尤其地，如同在上文中提出的超聲波焊頭的特徵在於，在超聲波焊頭的連接部段的自由的、與第一端部對置的端部上在共同的交叉區域中設置沿著第二軸線延伸的基本上圓柱形的第一套管和沿著第三軸線延伸的基本上圓柱形的第二套管，其中第一軸線與第二軸線包圍在100°至140°的範圍中的第一角度，並且其中第一軸線與第三軸線包圍在100°至140°的範圍中的第二角度，並且其中三個軸線基本上設置在超聲波焊頭平面中。
[0012]通常，在此優選地，第一套管和第二套管構成為圓柱形的，但是，所述第一套管和第二套管也能夠具有其他的橫截面，例如橢圓的或多邊形的橫截面。連接部段同樣能夠構成為圓柱形的，但是，所述連接部段也能夠具有其他的橫截面，例如矩形的橫截面或另外的多邊形的或橢圓的橫截面。
[0013]在此，在一定程度上，本發明的其中一個核心在於，與根據現有技術的複雜的偏轉設備相比，所述偏轉設備通常將彎曲振`動用於從第一方向偏轉到第二方向中(那麼，這以相應的能夠承受所述彎曲振動的大的元件為前提)，那麼優選的是，在一定程度上使用Y形結構，所述Y形結構在質量分布和幾何形狀的設計方案的方面設計成，使得沿著所有的臂，分別基本上僅存在沿著相應的臂的軸線的超聲波振動。換言之，提出一種保持平衡的結構，所述結構能夠在小空間上實現超聲波振動在軸向方向上的目的明確的偏轉。優選地，在此，在臂中，尤其在套管的頂部上，在所述套管構成為空心圓柱形的情況下在環繞的稜邊上、即在相應套管的在前面的開口區域中的頂部上，振動的非軸向的部分(也就是說，在臂中或在交叉點周圍的彎曲振動)總計不大於全部的超聲波振動的15%，優選地不大於10%，並且尤其不大於5%。也就是說，在每個臂中，尤其在套管的頂部上，在所述套管構成為空心圓柱形的情況下在環繞的稜邊上、即在相應套管的在前面的開口區域中的頂部上，振動能量的大部分，即大於85%的，優選地大於90%的，尤其優選地大於95%的並且更尤其優選地至少為98%的超聲波振動能量作為軸向振動。
[0014]根據第一優選的實施形式，其特徵在於，兩個套管的外直徑與沿著第二軸線或第三軸線延伸的長度的比值位於1:2至1:10的範圍中，優選地位於1:3至1:6的範圍中。示出了，在兩個套管的這種尺寸設計下，所述套管在一定程度上將沿著連接部段的軸向的振動很大程度上對稱地分布在兩個不同的空間方向中，其中在這兩個不同的空間方向上又存在軸向的振動，所述比值能夠良好地保證上述質量分布。尤其示出，當比值在1:2之下時導致不滿意的振動特性，並且當比值在1:10之上時，相應的套管過長並且開始顫動。在此優選地，連接區域構成為具有與兩個套管相似的長度，以便繼續優化所述對稱性。可能的詳細的可能尺寸設計繼續在下文中實施。
[0015]在此優選地，為了保證振動的最優化的分布和所述對稱性，第一角度Y和/或第二角度β在110°至130°的範圍中，優選地在115°至125°的範圍中，尤其優選地在118°至122°的範圍中。尤其優選地，這兩個角度基本上為120°，使得存在具有三個轉動軸線的對稱元件。
[0016]根據另一個優選的實施形式，第一角度Y和第二角度β是相同的直至相差不大於5°，優選地不大於2°。更尤其優選地，這兩個角度基本上剛好相等。
[0017]根據另一個優選的實施形式，第二軸線和第三軸線包圍第三角度α，所述第三角度位於100°至140°的範圍中，尤其位於110°至130°的範圍中，尤其優選地位於105°至125°的範圍中。
[0018]優選地，不僅第一套管、而且第二套管構成為具有圓柱形外面的圓柱體。此外，優選地，連接區域也構成為圓柱體。
[0019]此外，優選地，第一套管的外直徑D大於第二套管的外直徑d。因此，可能的是，將兩個套管用於不同的凹部，相應地存在下述工具，所述工具通過其對稱的設計方案來確保在沒有橫向振動的情況下超聲波振動在兩個方向上並且沿著軸線的最優化的偏轉，但是，其中能夠同時將兩個套管用於實際的工作步驟，從而並不是簡單地將套管中的僅一個套管設為用於超聲波振動的偏轉的保持平衡的目的。此外，能夠將兩個套管目的明確地用於不同的應用。在此，大直徑優選是小直徑的1.1至3倍，尤其優選1.2至2倍。
[0020]根據另一個優選的實施形式，兩個套`管的外直徑d、D與沿著第二軸線或第三軸線延伸的長度1、L的比值基本上是相同的，這又以便保證儘可能有效的質量分布。
[0021]另一個尤其優選的實施形式的特徵在於，第一套管和/或第二套管、優選地兩個套管具有中央的軸向的圓柱形的凹部，所述凹部在構成前面的開口的情況下朝向相應的自由端敞開。換言之，兩個套管構成為空心圓柱體，所述套管也能夠構成為實心圓柱體。因此，能夠將這種超聲波焊頭例如用於在WO 2009/141252中描述的方法。也可能的是，一個套管構成為空心圓柱體以及一個套管構成為實心圓柱體。如果一個(或兩個)套管構成為實心圓柱體，那麼所述套管具有在根據WO 2009/141252的方法中的導向銷的功能，如果一個(或兩個)套管構成為空心圓柱體，並且這是優選的變型形式，那麼所述套管用作在根據WO2009/141252的方法的範圍中的套管。如果分別構成空心圓柱體，那麼，由此形成的圓柱形的內腔優選地在長度上具有恆定的橫截面。也可能的是，僅一個套管構成為空心圓柱體並且另外的套管例如構成為實心圓柱體，設計為儘可能短進而節約空間的但是在幾何形狀和質量的方面設計成，使得所述套管調節空心套管中的振動特性，使得在那僅存在軸向振動。
[0022]在此，優選地，在相應的套管的所述前面的開口的區域中由此形成的環繞的稜邊構成為朝向頂部圓錐形地漸縮，也就是說，在直徑對應於空心圓柱體的內直徑的內部稜邊上，存在優選為尖銳的稜邊。圓柱形地漸縮在此能夠為階梯形的形式、為在軸向剖面圖中沿著直線的形式、或者但是也在一定程度上包括凹形地圓錐形地漸縮。這又使得結合根據WO2009/141252的方法的應用最優化，換言之，使得圍繞導向銷在方法中施加的能夠通過超聲波液化的套筒儘可能最優化地分送到要改進的凹部的多孔的壁部結構中。
[0023]根據另一個優選的實施形式，在內側限定空心圓柱體的凹部是具有在整個長度上恆定的直徑的穿通孔，此外，所述穿通孔在交叉區域的相應的部位上經由相應的後側的開口是可接近的，使得能夠將具有相應的外直徑的導向銷從前和從後推入或完全推進。
[0024]另一個優選的實施形式的特徵在於，不僅連接區域、而且兩個套管構成為管形的空心圓柱體，所述空心圓柱體在交叉區域中匯合(例如，當超聲波焊頭構成為一件式時)或者相互連接(例如，當各個元件相互螺絲擰緊時)。這優選地使得，存在穿過兩個套管分別從兩側可接近的穿通開口，並且在連接區域的自由端上存在前面的開口。但是，所述前面的開口也例如能夠出於衛生的原因而由栓等關閉。如果連接區域也構成為空心圓柱體，那麼，所述連接區域優選地在壁厚和/或外直徑和/或長度方面的尺寸設計成與套管中的一個套管或兩個套管相似。
[0025]另一個優選的實施形式的特徵在於，第一套管和第二套管具有尤其關於通過第一軸線和超聲波焊頭平面的平面法線展開的鏡平面對稱的質量分布。優選地，這例如通過下述方式來確保:為了補償兩個套管的長度和/或直徑和/或內直徑或材料的差異，在超聲波焊頭上在交叉區域中構成材料增厚部和/或材料凹部。這種增厚部也能夠用於穩定，和/或這種增厚部也能夠設在連接區域的自由端的區域中。交叉區域也能夠在一定程度上構成為單獨的塊，在所述塊上成形了連接區域和兩個套管，或者將兩個套管擰入到所述塊中。因此，交叉區域例如能夠設計成固定用於不同的應用領域的不同的套管，此外，交叉區域能夠通過其特定的質量分布用於在一定程度上調節超聲波焊頭的振動特性，使得在端部上設計成簡單的空心圓柱體的不同的套管能夠擰入，所述套管不再特定地針對最優化的振動分布來設計，因為所述功能通過交叉區域的設計方案來承擔。
[0026]根據另一個優選的實施形式，超聲波焊頭由必要時覆層的、金屬的材料製成。所述材料優選地選自如下組，所述組由鋁、鐵、鈦、鋼以及主要包含鋁、鐵、鈦、鋼的合金或由鋁、鐵、鈦、鋼組成的合金組成。
[0027]通常，可能的是， 如同已經在上文中提及的，超聲波焊頭構成為一件式的，例如由上述材料中的一種製成。在該情況下，例如從工件塊中銑出超聲波焊頭。替選地，可能的是，如同同樣已經在上文中提及的，超聲波焊頭由彼此連接的單一元件構成。這些單一單獨的並且相互連接的元件在此例如能夠是兩個套管、交叉件和連接部段。連接優選地能夠通過形狀配合和/或力配合來實現。替選地或附加地，材料配合也是可能的，但是，所述材料配合不應與超聲波特性負面地相互作用，這是在一些這種連接方式下的情況。因此，例如可能的是，通過連接部段和/或交叉區域和/或第一套管和/或第二套管相互螺絲擰緊/插入/壓入/鉚接的方式，超聲波焊頭例如由相互螺絲擰緊、插入、壓入或鉚接的元件構成。例如，可能的是，交叉區域以具有三個以相應的角度岔開的內螺紋的塊的形式構成，使得隨後構成為在相應的區域中具有外螺紋的簡單的空心圓柱體的連接部段或套管能夠擰入。優選地，超聲波焊頭不具有焊接部位，因為所述焊接部位能夠負面地影響振動特性。如同闡明的，能夠使用覆層，尤其例如影響滑動特性、衛生特性和/或振動傳遞特性的覆層。例如，尤其在套管的區域中，覆層能夠由塑料、例如PTFE製成。
[0028]在尺寸設計方面，尤其為了改進孔，例如在家具領域中，或者通常在連接多孔的材料，例如木頭、泡沫(金屬泡沫、塑料泡沫等)、連接材料時，但是或者也在醫學領域中，例如在骨頭中的孔或多孔組織中，證實為有利的是，兩個套管具有在5mm至50mm的範圍中，優選地在IOmm至25mm的範圍中的長度和在2mm至15mm的範圍中，優選地在2.5mm至IOmm的範圍中，尤其優選地在2.5mm至7mm的範圍中的直徑。如同已經在上文中提及的,有利的是，例如，兩個套管關於外直徑的尺寸特定地針對兩個標準孔直徑來設計，例如，能夠考慮的是，第一套管具有4.3mm的外直徑並且第二套管具有3.5mm的外直徑。
[0029]優選的套管組的尺寸設計成如下:
[0030]-在超聲波焊頭中兩個小直徑2.8mm (第一套管的外直徑)和3.5mm (第二套管的外直徑)的組合，
[0031]-兩個大直徑4.3mm (第一套管的外直徑)和5.3mm (第二套管的外直徑)的組合。
[0032]但是，原則上也能夠使用其他的組合。為了補償質量分布，那麼，可能的是，稍微調節長度，也就是說，具有較薄外直徑的套管構成為比具有較厚外直徑的套管稍長。對於在上文中提出的兩種尺寸，例如 可能的是，外直徑為4.3_的套管設計成具有大約15_的長度，並且外直徑為3.5mm的套管設計成具有16_的長度。振動特性的特定的調節和均衡通常能夠很大程度上通過套管的這種長度調節來實現，使得振動特性的最優化能夠相對簡單地通過試驗或模擬來確定。附加的調節能夠通過交叉區域的設計方案、例如通過材料增厚部或材料凹部引起。
[0033]在此，相應的穿過兩個這種不同的套管的穿通開口能夠關於內直徑構成為相同的，以便能夠使用相同的導向銷。但是，也可能的是，穿過相應的套管的穿通開口適配地設計成不同的(例如，以便維持最優化的壁厚)，其中那麼，在應用不同的套管時，也必須使用不同的導向銷。
[0034]優選地，在連接部段的第一端部上，設有的接口用於固定在超聲波振動發生器上，優選地以形狀配合的和/或力配合的聯接區域的形式，尤其優選地以螺紋、法蘭、槽或卡口連接的形式。
[0035]此外，本發明涉及一種具有如在上文中詳細說明的超聲波振動發生器和超聲波焊頭的超聲波焊頭工具，其中優選地，超聲波發生器包括構成為手柄的轉換器以及放大器，其中超聲波焊頭固定在放大器上或者與其構成為一件式的。此外，相應的工具通常具有電子端子和控制裝置，藉助所述控制裝置能夠設定施加的振動。通常，施加在20kHz至120kHz的範圍中，優選地在30kHz至80kHz的範圍中，尤其優選地在50kHz至80kHz的範圍中的振動。
[0036]優選地，這種超聲波焊頭工具的特徵在於，所述超聲波焊頭工具作為手持式工具設計成用於醫學領域，尤其用於移植領域，尤其是用於牙科領域。
[0037]此外，本發明涉及這種超聲波焊頭或這種超聲波焊頭工具用於改進凹部的應用，特別是在例如如同在WO 2009/141252中詳細描述的方法的範圍中。在此，能夠是醫學方法或非醫學方法。相應地，在方法方面，WO 2009/141252的公開內容明確地包含在該公開內容中。換言之，涉及用於改進在多孔、穿孔且具有通過凹部露出的空腔的材料中的凹部的方法，其中將具有帶有外直徑的圓柱形罩面和中央凹部的兩個圓柱形的套管中的一個套管用於容納導向銷，其中導向銷設為用於，在施加機械能之前導入基本上直至凹部的底部，其中導向銷在其朝向凹部的底部的端部的區域中被由能夠藉助機械能液化的材料製成的改進套筒所包圍，其中改進套筒的圓柱形罩面基本上具有與套管相同的外直徑，並且其中導向銷以可移動的方式容納在中央凹部中，使得套管在施加機械能時能夠相對於導向銷在朝向凹部的底部的方向上移動，同時改進套筒的材料被液化以及被側向地和/或縱向地移位。[0038]其他的實施形式在從屬權利要求中說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]在下文中，根據附圖描述本發明的優選的實施形式，所述實施方式僅用於闡明並且不視為限制性的。在圖中示出:
[0040]圖1示出超聲波焊頭工具的側視圖，其中超聲波焊頭部分軸向剖開地示出並且位於紙面，並且其中導向銷從第一套管的前面突出；
[0041]圖2在a)中示出根據圖1的超聲波焊頭的側視圖，其中導向銷從第一套管後側突出，並且在b)中示出具有長的導向銷的根據圖1的超聲波焊頭工具，所述超聲波焊頭工具在兩側從第一套管突出；
[0042]圖3示出在下顎中準備好的孔之上的導入到嘴開口中的超聲波焊頭工具的示意立體圖；
[0043]圖4以沿著第一套管上的超聲波焊頭平面的視圖示出超聲波焊頭；
[0044]圖5示出超聲波焊頭的立體圖；並且
[0045]圖6示出超聲波焊頭的可能的標註尺寸。
【具體實施方式】
[0046]尤其對於醫學領域，特別是對於移植領域並且更尤其對於牙移植領域，例如，從W02009/141252中已知一種用於改進多孔材料中的凹部的方法。在此，將基本上圓柱形的由在超聲波下液化的材料製成的套筒用於，在一定程度上藉助所述在超聲波作用下液化的材料來填充凹部的壁部區 域的多孔部分。這發生使得將在設有相應的軸向凹部的套管中導向的導向銷作為導向元件引入到已經設有的孔中，並且隨後以滑動的方式支承在所述導向銷上的套管向下朝向凹部的底部的方向推動。圍繞導向銷，在頂部區域中設有由可液化的材料製成的空心圓柱體，並且所述空心圓柱體通過具有基本上對應於要改進的孔的內直徑的外周的套管、通過所述材料套筒的向下移動和同時的液化而向外移位到多孔部分中並且相應地填充材料中的空腔。
[0047]結合這種方法有利的是，僅在導向銷上引導的套管上施加超聲波振動，因此要液化的材料幾乎始終總是僅在與所述套管接觸的位置上液化。此外，能夠在所述套管上避免橫向的超聲波振動，也就是說，超聲波振動能夠沿著所述套管的軸線伸展。因為剛好在牙科領域中，空間狀況是狹窄的，相應地，出現對下述設備的要求，所述設備對此能夠將手持設備的超聲波振動僅偏轉到一個方向上，使得所述超聲波振動因此能夠在處理孔時最優化地使用。這種設備在下文中描述。
[0048]圖1示出具有以轉換器2的形式的手柄的超聲波焊頭工具I的側視圖，在所述超聲波焊頭工具中，產生實際的超聲波。以在例如30kHz至70kHz的範圍中的頻率施加超聲波並且振幅為大約I微米至5微米，超聲波振動如同示意地以箭頭9表示的那樣在軸向方向上伸展。超聲波振動首先傳遞到所謂的放大器3上，在所述放大器中振幅增強，使得超聲波振動隨後在實際的超聲波焊頭18的區域中具有在5微米至25微米之間的沮圍中的振幅。
[0049]在所述放大器3上固定實際的超聲波焊頭元件18。這例如經由以螺紋的形式的聯接部位，但是，也能夠考慮其他的聯接可能性。實際的超聲波焊頭18具有構成為圓柱形的連接部段4，所述連接部段在該情況下構成為空心圓柱體，也就是說，所述連接部段具有沿軸線16伸展的內部空腔13。所述空腔向前敞開，也就是說，存在前面的開口 31。
[0050]在超聲波焊頭18的所述連接部段的自由的前端上設置交叉區域36。在所述交叉區域36中，超聲波焊頭18分枝成兩個指向不同方向的套管，即具有較大的外直徑的第一套管5並且具有較小的外直徑的第二套管6。兩個部段5和6對稱地分枝，也就是說，第一套管5的軸線8和第二套管6的軸線17相互間形成120度的角度，所述軸線又與已經提及的連接部段4的軸線16形成相同的角度，並且該三腳架的各個臂全部位於共同的平面中，所述平面示意地通過附圖標記41說明並且所述平面在該視圖中位於紙面中。
[0051]不僅第一套管5、而且第二套管6構成為空心圓柱體，也就是說，所述套管分別包圍空腔15或14。所述空腔在此分別設計成穿過整個超聲波焊頭區域的穿通開口，也就是說在第一套管的前端上存在前面的開口 27並且在後側存在後面的開口 28，並且在第二套管6中同樣存在前面的開口 29和後側的開口 30 (也參見圖2)。導向銷7能夠可移動地推入到在整個長度上具有恆定的內直徑的各個穿通開口中。如果在放大器3上在軸向方向上如根據箭頭9示出的那樣施加超聲波振動，那麼，這引起連接部段4中的同樣軸向的超聲波振動，如同示意地通過箭頭10示出。通過對稱地設計兩個臂5或6，所述軸向的振動分配成各個套管中的兩個又軸向的振動，如同通過箭頭11和12示出的。這完全在對稱考慮的範圍中，如同例如從具有相似的對稱組的分子的振動特性中已知。如果超聲波焊頭18構成為完全對稱的，也就是說如果兩個套管5和6構成為具有相同的長度、相同的壁厚以及由相同的材料製成並且具有相同的直徑，那麼，振動分別軸向均勻地分布到兩個套管5和6上並且尤其當相應的臂包圍120度的角度時振動也在所述套管中沿著相應的軸線伸展。
[0052]但是，目前因為應當同時實現下述目的:套管5、6的兩個臂能夠用於不同的應用，也就是說以不同的外直徑用於具有不同直徑的孔，所以，在此完全目的明確地沒有提供所述完全的對稱，但是所述事實考慮到確保相應的臂中的真正純的軸向的振動，其方式在於一方面具有較小直徑的套管部段.6構成為比具有較大直徑的較短的套管部段5稍長，並且通過附加地將材料增厚部24在交叉區域中設在臂6上以及將相應的材料增厚部在區域23中設在元件5上。因此，能夠均衡和保證振動特性，使得實際上，僅藉助在圖1中的箭頭示出的軸向振動位於各個臂上。
[0053]為了執行在開始提及的根據WO 2009/141252的方法，此外，各個套管5、6在頂部的環繞的稜邊，也就是末稜邊19圓錐形漸縮地構成，以便保證儘可能集中側向地移位由能液化的材料製成的材料套筒，所述材料套筒被推動到導向銷7上。
[0054]圖2示出，如何能夠將導向銷7推動穿過套管5中的中央的穿通開口，在圖2a中，將導向銷7向後面向外推動，在圖2b中設有長的導向銷，所述長的導向銷延伸穿過整個穿通開口並且換言之所述長的導向銷以其後側的端部32向後突出。導向銷7能夠根據需求相應地以不同的長度設置並且例如能夠由塑料製成。
[0055]圖3示出這種超聲波焊頭工具這在牙科領域中的使用的示意圖，也就是說，在那在下顎33中設有準備好的孔37，所述孔具有側向的環繞的多孔的壁部區域39。在根據WO2009/141252的方法中，現在，將(在此沒有示出的)導向銷推入到孔中，並且在所述導向銷的伸入到孔中的端部上設有由在振動的作用下液化的材料製成的環繞的材料套筒。現在，將套管5在向下運動中在圖3中逐漸地推動到孔中，使得空心圓柱形的材料套筒在與套管的末端的接觸區域中逐漸地從上向下液化並且側向地移位到多孔區域39中，而導向銷保
持靜止。
[0056]圖4和5示出這種超聲波焊頭的立體圖，在此能夠觀察到，交叉區域36能夠如何以塊的形式構成，所述塊的結構尤其也能夠匹配于振動情況。
[0057]圖6示出這種超聲波焊頭的可能的尺寸和設計方案，因此，例如，第一套管5的可能的長度L位於10至20mm的範圍中，例如大約為15mm，外直徑D例如為4.3mm並且內直SDi為3mm，使得在此能夠使用外直徑為3mm的導向銷7。相應地，那麼，能夠使用內直徑為3_並且外直徑為4.3mm的由可液化的材料製成的材料套筒。
[0058]第二套管6具有如同如上所述地為了改進振動而構成稍長的在10至20mm的範圍中的長度1，在此具體為大約16mm，外直徑d為3.5mm並且內直徑di為2.5mm。因此，當將所述套管用於外直徑為3.5mm的較小的孔時，那麼能夠使用外直徑為2.5mm的導向銷7。相應地，能夠使用由可液化的材料製成的內直徑為2.5mm並且外直徑為3.5mm的材料套筒。
[0059]如同也已經在上面的圖中示出的，連接部段4也構成為空心圓柱體，也就是說，所述連接部段包圍空腔。所述部段通常具有長度k，所述長度大約對應於各個套管的長度。在此處說明的具體情況下，所述部段具有大約為15mm的長度k。三個臂分別包圍角度α、β、Y，這些角度在此處示出的具體實例中全部為120度。
[0060]附圖標記列表
[0061]I 超聲波焊頭工具
[0062]2 轉換器
[0063]3 放大器
[0064]4 18的連接部段
[0065]5 18的第一工作部段，具有大直徑的第一套管
[0066]6 18的第二工作部段，具有小直徑的第二套管
[0067]7 導向銷
[0068]8 5的軸線，第二軸線
[0069]9 3中的振動方向
[0070]10 4上的振動方向
[0071]11 5上的振動方向
[0072]12大約6上的振動方向
[0073]13 4中的空腔
[0074]14 6中的空腔
[0075]15 5中的空腔
[0076]16 4的軸線，第一軸線
[0077]17 6的軸線，第三軸線
[0078]18超聲波焊頭
[0079]19 5的末稜邊
[0080]20 6的末稜邊
[0081]21元件4至6的交叉點
[0082]22在交叉區域的範圍中在4上的材料增厚部[0083]23在交叉區域的範圍中在5上的材料增厚部
[0084]24在交叉區域的範圍中在6上的材料增厚部
[0085]257的自由的末端
[0086]267的圓柱形的周向面
[0087]275的前面的開口
[0088]285的後側的開口
[0089]296的前面的開口
[0090]306的後側的開口
[0091]31前面的開口
[0092]327的後側的端部
[0093]33下顎
[0094]34上顎
[0095]35嘴開口
[0096]3618的交叉區域
[0097]3733中的準備好的孔
[0098]3837 的底部
[0099]3937的多孔的壁部區域
[0100]403中的用於18的固定開口
[0101]41超聲波焊頭平面
[0102]424的後側的端部，4的連接側
[0103]434的自由端
[0104]α8和17、或5和6之間的敞開角度
[0105]β16和17、或4和6之間的敞開角度
[0106]Y8和16、或4和5之間的敞開角度，第一角度
[0107]L5的工作部段的長度
[0108]D5的外直徑
[0109]Di5的內直徑
[0110]I6的工作部段的長度
[0111]d6的外直徑
[0112]Cli6的內直徑
[0113]k4的在3和36之間的長度
【權利要求】
1.一種用於連接到超聲波振動發生器(2，3)上的超聲波焊頭(18)，所述超聲波焊頭(18)具有沿著第一軸線(16)延伸的連接部段(4)，所述連接部段(4)以第一端部(42)固定在所述振動發生器(2，3)上或者與所述振動發生器(2，3)連接，其中所述連接部段(4)通過所述超聲波振動發生器(2，3)基本上僅沿著所述第一軸線(16)進行振動， 其特徵在於， 在所述連接部段(4)的自由的、與所述第一端部(42)對置的端部(43)上在共同的交叉區域(36)中設有沿著第二軸線(8)延伸的基本上圓柱形的第一套管(5)和沿著第三軸線(17)延伸的基本上圓柱形的第二套管(6)，其中所述第一軸線(16)與所述第二軸線(8)包圍在100°至140°的範圍中的第一角度(Y)，並且其中所述第一軸線(16)與所述第三軸線(17)包圍在100°至140°的範圍中的第二角度(β )，其中這三個軸線(8，16，17)基本上設置在超聲波焊頭平面(41)中。
2.根據權利要求1所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，兩個所述套管(5，6)的外直徑(d，D)與沿著所述第二軸線(8)或所述第三軸線(17)延伸的長度(1，L)的比值位於1:2至1:10的範圍中，優選地位於1:3至1:6的範圍中。
3.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，所述第一角度(Y)和/或所述第二角度(β)位於110°至130°的範圍中，優選位於115°至125°的範圍中，尤其優選地位於118°至122°的範圍中。
4.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，所述第一角度(Y)和所述第二角度(β)是相同的直至相差不大於5°、優選地相差不大於2°，並且優選地，所述第二軸線(8)和所述第三 軸線(17)包圍第三角度(α )，所述第三角度(α )位於100°至140°的範圍中，尤其位於110°至130°的範圍中，尤其優選地位於105°至125°的範圍中。
5.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，不僅所述第一套管(5)而且所述第二套管(6)構成為具有圓柱形外面的圓柱體，並且其中所述第一套管(5)的外直徑(D)大於所述第二套管的外直徑(d)，其中所述第一套管(5)的外直徑(D)優選地是1.1至3倍大，尤其優選地1.2至2倍大，並且其中優選地，兩個所述套管(5，6)的外直徑(d，D)與沿著所述第二軸線(8)或所述第三軸線(17)延伸的長度(I，L)的比值基本上是相等的。
6.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，所述第一套管(5)和/或所述第二套管(6)、優選地兩個所述套管具有中央的軸向的圓柱形的凹部(14，15)，所述凹部(14，15)在構成前面的開口(27，29)的情況下朝向相應的自由端敞開，其中優選地，相應的所述套管(5，6)的由此在所述前面的開口(27，29)的區域中形成的環繞的稜邊被圓錐形漸縮地構成，並且其中優選地，所述凹部(14，15)是具有恆定的內直徑(Di，di)的穿通孔，所述穿通孔在所述交叉區域(36)的相應位置上經由相應的後側的開口(28，30)是可接近的。
7.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，不僅連接區域(4)，而且兩個套管(5，6)構成為管形的空心圓柱體，其方式在於存在穿過兩個套管(5，6)分別從兩側可接近的穿通開口(27-30)，所述空心圓柱體在所述交叉區域(36)中匯合或彼此連接，其中優選地，在所述連接區域(4)的所述自由端(43)上存在前面的開口，所述前面的開口又能夠優選地由封閉元件關閉。
8.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，所述第一套管(5)和所述第二套管(6)具有尤其關於通過所述第一軸線(16)和所述超聲波焊頭平面(41)的平面法線展開的鏡平面對稱的質量分布，其中為了補償所述長度(L，I)和/或所述直徑(D，d)和/或所述內直徑(Di，di )中的差異，在所述超聲波焊頭(8 )上在所述交叉區域(36 )中構成材料增厚部(23，24)和/或材料凹部。
9.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，所述超聲波焊頭(18)由金屬材料製成，所述金屬材料優選地選自下述組，所述組由鋁、鐵、鈦、鋼以及主要包含鋁、鐵、鈦、鋼的合金或由鋁、鐵、鈦、鋼組成的合金組成，其中優選地，所述超聲波焊頭構成為一件式的並且從唯一的工件塊加工出來，或者其中優選地，所述超聲波焊頭由相互螺絲擰緊的元件形成，其方式在於所述連接部段(4)和/或所述交叉區域(36)和/或所述第一套管(5)和/或所述第二套管(6)彼此螺絲擰緊。
10.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，兩個套管(5，6)具有在5mm至50mm 的範圍中，優選地在IOmm至25mm的範圍中的長度(L, I)和在2mm至15mm的範圍中，優選地在2.5mm至10_的範圍中,尤其優選地在2.5mm至7_的範圍中的直徑。
11.根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)，其特徵在於，在所述連接部段(4)的第一端部(42)上設有接口以用於固定在所述超聲波振動發生器(2，3)上，優選地以形狀配合的和/或力配合的聯接區域的形式，尤其優選地以螺紋、法蘭、槽或卡口連接的形式。
12.—種具有超聲波振動發生器(2，3)和根據上述權利要求之一所述的超聲波焊頭(18)的超聲波焊頭工具(1)，其中優選地，所述振動發生器包括構成為手柄的轉換器(2)以及放大器(3)，其中所述超聲波焊頭固定在所述放大器上或與所述放大器構成為一件式的。
13.根據權利要求12所述的超聲波焊頭工具(I)，其特徵在於，所述超聲波焊頭工具(I)設計成用於醫學領域的、尤其是用於移植領域、尤其是用於牙科領域的手持式工具。
14.根據上述權利要求1至11之一所述的超聲波焊頭(18)或者根據權利要求12所述的超聲波焊頭工具的應用，其用於改進凹部，尤其是改進在多孔的、穿孔的且具有通過凹部露出的空腔的材料中的凹部，其中將具有帶有外直徑的圓柱形罩面和中央凹部(14，15)的兩個圓柱形的套管(5，6)中的一個用於容納導向銷(7)，其中所述導向銷(7)設置用於，在施加機械能之前基本上導入到所述凹部的底部上，其中所述導向銷(7)在其朝向所述凹部的底部的端部的區域中被由能夠藉助機械能液化的材料製成的改進套筒所包圍，其中所述改進套筒的圓柱形罩面具有與所述套管(5，6)基本上相同的外直徑，並且其中所述導向銷(7)以可移動的方式容納在所述中央凹部(14，15)中，使得所述套管(5，6)在施加機械能時能夠相對於所述導向銷(7)在朝向所述凹部的底部的方向上移動，同時所述改進套筒的材料被液化以及被側向地和/或縱向地移位。
【文檔編號】B06B3/00GK103429189SQ201280012895
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年2月2日 優先權日:2011年3月11日
【發明者】馬爾科·斯託費爾, 烏韋·維爾納 申請人:內克西利斯股份公司