振動焊接裝置及方法
2023-04-25 01:13:16 1
專利名稱：振動焊接裝置及方法
技術領域：
本發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：
振動焊接本身用於塑料零件的焊接。在此過程中，待焊的塑料零件在一些接觸面互相摩擦。經過這樣的摩擦，在接縫區達到被連接塑料零件的熔點，以使此塑料在接觸麵塑化並被連接。
對于振動焊接，在振動焊機中通常操作單獨的振動頭。該技術適於焊接不同尺寸的塑料零件，例如車輛儀錶板。依據塑料零件的尺寸使用不同尺寸的焊機。焊機基於工具重量、被焊表面和設備尺寸來區分。
為了能連接較大的塑料零件，與繼續增加單獨振動頭的尺寸相比，在振動焊機中增加振動頭的數量更經濟並且在技術上更有意義。因此，較大結構通過電器部件如電線圈的串聯和機械構件的機械連接是可以實現的。特別是對於較大結構，機械連接是最重要的，由於只有採用這種方式，才能獲得被連接的機械構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，由於構造的因素，僅兩個振動頭能互相連接並因此同步。但是，如果需要多個振動頭來進行大塑料零件的振動焊接，將在振動頭中產生調製困難。例如，通過振動焊機中振動頭的非受控、異相的振動，塑料零件產生不可靠的連接。
因此，本發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時，塑料零件仍可獲得可靠的連接，因為振動系統或振動頭的總體就像一個大振動頭在工作。
發明內容
上述目的通過如獨立權利要求1所述的裝置和如獨立權利要求6所述的方法來解決。
本發明的有利設計、實施例和進一步開發將在以下的說明、附圖和相關的權利要求書中給出。本發明提供一種裝置和一種方法，使用所述裝置和方法，若干獨立的和機械解耦的振動系統以相同的振幅、頻率和相位工作，以致其效果等同於一個單獨的大振動頭。
根據本發明的振動焊裝置，其包括多個機械解耦的振動頭，每個振動頭與一個頻率轉換器或其他的適合的驅動器相連；與振動頭的頻率轉換器相連的電開關，以便其中一個頻率轉換器作為主頻率轉換器運行，而其他的頻率轉換器作為從頻率轉換器運行，從而基於主頻率轉換器的控制作用，可實現多個振動頭同步或目標異步操作。
藉助於本發明裝置，用於多個振動頭的同步操作的調製和構造難點均被克服。這是由於藉助於多個振動頭的電驅動器，可摒除同步作用的機械耦合。而且，這些具有相同控制信號的振動頭的供電是通過機械解耦振動頭的相互電連接而實現的。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。根據進一步的實施例，還可以想到，被組合的塑料零件的結構和/或材料特性使振動頭的與相位和/或振幅有關的目標異步操作成為必需。還有利的是，振動頭一起起動和停止。根據另一實施例，振動頭也能在共同起動之後的任何時候單獨地和/或成組地停止。
根據另一實施例，優選的是，主頻率轉換器為多個振動頭規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。如另一設計，也可以想到，主頻率轉換器通過BUS系統或並聯電路驅動從頻率轉換器，藉助於每個從頻率轉換器，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動和它們的缺少機械耦合，這些振動頭例如至少兩個振動頭，可以相對於被焊工件自由放置。因此結構自由性，其能夠應用到不同工件的幾何結構，同時保證可靠的焊接連接。
根據本發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換器或其他適合的驅動器相連並且彼此間機械解耦，所述方法包括以下步驟定義至少一個頻率轉換器作為主頻率轉換器，其餘頻率轉換器作為從頻率轉換器，由至少一個主頻率轉換器驅動從頻率轉換器，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異步的方式操作。
參照附圖對本發明進行更加詳細的說明。
圖1所示為多個振動頭，其在振動焊機中相互機械解耦。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械解耦的方式排列。基于振動頭10的機械解耦的排列方式，被焊塑料零件的幾何形狀不需要被調整的適應振動頭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的布置能夠被調整以適應被處理的塑料零件的任意幾何形狀。
每個振動頭10與頻率轉換器或其他適合的驅動器(未示出)相連。頻率轉換器依次經由電路彼此相連，以便頻率轉換器中的一個作為主頻率轉換器(下文稱主轉換器)操作，其他的頻率轉換器作為從頻率轉換器(下文稱從轉換器)操作。此電路要求，一個頻率轉換器被首先定義為主轉換器，其餘頻率轉換器被定義為從轉換器。主轉換器為振動頭10的所有頻率轉換器即既為它本身和又為從轉換器規定控制和/或供應信號(supply singal)。因此，任何安裝在具有振動頭10的振動焊機內的頻率轉換器都可被定義為主轉換器，從而不需要用于振動焊機的振動系統的單獨頻率轉換器或單獨的控制單元。而且，可以想到，進一步的實施例使用被振動頭10分離的頻率轉換器或單元的控制單元作為主轉換器。更為優選的是，並非所有的控制信號都由主轉換器規定。因此，例如，根據進一步的實施例，目標振幅不是由主轉換器規定，而是由單獨的從轉換器規定。
經由所述電路頻率轉換器或主轉換器和從轉換器相連，所述電路根據不同的實施例可被設計成不同。根據第一實施例，主轉換器和從轉換器經由並聯電路相連。因此，主轉換器驅動所有從轉換器，並且因此驅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，每個從轉換器單獨地與主轉換器相連，以便接收各個振動頭的振幅的各個目標值。在此方式中，在各振動頭10中產生由主轉換器以目標方式控制並由從轉換器調製的振幅。一般來說，振幅由主轉換器確定當然是可能的。然而，各個振幅的調製更適宜由各個從轉換器承擔。
根據本發明進一步實施例，從轉換器與主轉換器經由BUS(二進位單位系統)系統相連，該BUS系統確保頻率轉換器之間的操作數據的交換，以便相連的振動頭10完全由主轉換器和BUS系統控制。主轉換器傳輸的操作數據包括給相連的從轉換器的控制和/或供應數據，這些數據決定振動頭10的頻率、振幅和相位。
在上述用於連接頻率轉換器和振動頭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幹擾振蕩/振動。它們可通過一個或多個振動頭的目標異步驅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。由於同步頻率控制，振動頭10的各自的共振頻率藉助於所關聯的頻率轉換器或從轉換器確定並發送到主轉換器。主轉換器計算被識別的共振頻率的平均值，以便將頻率目標值從主轉換器發送到從轉換器，或因此將平均值指派給從轉換器。振動頭10的振幅藉助目標值單獨控制，所述目標值可由主轉換器以目標方式進行調製，而且也可通過它自己的線路或通過與被連接的振動頭10的各自的從轉換器相連的BUS系統來確定。因此，各個振動頭的振幅根據各自的目標值可以相同或不同。
藉助於在振動頭10的機械解耦布置及其同時，例如同步驅動，振動頭10可在空間上自由地定位。因此，具有相關頻率轉換器或從轉換器的振動頭10的空間排列最佳適應於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異步驅動，同時在另一方面，可避免振動頭機械耦合的約束。優選使用兩個或更多振動頭10，同時該數量可根據工件幾何形狀和尺寸而變化。優選的是，共同起動和停止振動頭，或在共同起動之後按序不一致地停止振動頭。
還優選的是，頻率、相位和振幅或者選擇的這些變量由主轉換器同步控制。這些控制上的區別，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，由主轉換器實現的控制作用可修改以適應不同的工作過程，以便例如防止主轉換器超載。
權利要求
1.振動焊接裝置，其特徵在於a.多個機械解耦的振動頭(10)，每個振動頭與一個頻率轉換器或其他的適合的驅動器相連；b.將振動頭(10)的頻率轉換器連接在一起的電路，使其中一個頻率轉換器可作為主頻率轉換器操作，而其它的頻率轉換器作為從頻率轉換器操作，以便c.基於主頻率轉換器的控制作用，實現多個振動頭(10)的同步或目標異步操作。
2.如權利要求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異步的方式操作。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，振動頭(10)的頻率和相位由主頻率轉換器規定，同時頻率由振動頭(10)的共振頻率的平均值確定。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，從頻率轉換器由主頻率轉換器藉助於採用單獨振幅控制方式通過BUS系統或並聯電路來控制。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置具有至少兩個帶有頻率轉換器的振動頭(10)，所述振動頭(10)可相對於工件自由定位。
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換器相連並相互機械解耦，該方法包括以下步驟a.定義至少一個頻率轉換器為主頻率轉換器，其餘頻率轉換器為從頻率轉換器，及b.通過至少一個主頻率轉換器驅動從頻率轉換器，以便c.在頻率、相位和振幅或者這些變量以同步或者目標異步的方式操作振動頭。
7.如權利要求6所述的方法，其中，藉助於頻率轉換器的並聯電路或藉助於BUS系統使頻率轉換器連接而實現所述驅動。
8.如權利要求6所述的方法，其中，至少兩個振動頭被操作，振動頭可相對於工件自由定位。
9.如權利要求6所述的方法，其包括進一步的步驟主頻率轉換器規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.如權利要求6所述的方法，其包括進一步的步驟主頻率轉換器規定振動頭(10)各自的或共同的振幅目標值，並將該目標值傳輸給從頻率轉換器，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
本發明涉及一種振動焊接方法。振動焊接利用多個機械解耦的振動頭操作，其中每個振動頭連接一個頻率轉換器。一個電路與頻率轉換器連接，以使頻率轉換器中的一個可作為主頻率轉換器操作，而其他的頻率轉換器作為從頻率轉換器操作。藉助於主頻率轉換器的控制，多個振動頭的同步和目標異步操作均可實現。
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 優先權日2005年10月5日
發明者C·諾伊羅特, H·普裡姆 申請人:艾默生科技有限公司布蘭森超聲分公司