超聲波切割裝置制造方法
【專利摘要】一種超聲波切割裝置(1)，其包括至少一個(gè)與發(fā)生器(2)連接的超聲波轉(zhuǎn)換器(6)、至少一個(gè)聲導(dǎo)體(7)和至少一個(gè)切割刀片(8)。聲導(dǎo)體(7)設(shè)置在超聲波轉(zhuǎn)換器(6)與切割刀片(8)之間并且將它們相互連接。聲導(dǎo)體(7)的縱向中軸線具有不同于直線的延伸。所述至少一個(gè)發(fā)生器(2)具有用于掃描預(yù)定的超聲波頻率范圍的裝置。
【專利說明】超聲波切割裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波切割裝置，其包括至少一個(gè)與發(fā)生器連接的超聲波轉(zhuǎn)換器、至少一個(gè)聲導(dǎo)體和至少一個(gè)切割刀片，其中聲導(dǎo)體設(shè)置在超聲波轉(zhuǎn)換器與切割刀片之間并且將它們相互連接，并且其中聲導(dǎo)體的縱向中軸線具有不同于直線的延伸。
【背景技術(shù)】
[0002]由DE4319832A1已知這種類型的超聲波切割裝置用以切割食品如例如面食、乳酪、魚等切割物料。切割裝置具有一面狀的基本上在一平面內(nèi)延伸的切割刀片，切割刀片在其遠(yuǎn)離刀尖的一端與聲導(dǎo)體連接成一件式的。聲導(dǎo)體的與刀片間隔開的部分與一超聲波轉(zhuǎn)換器抒接，借助于超聲波轉(zhuǎn)換器可以沿切割刀片的縱向延伸方向?qū)⒊暡ㄕ駝?dòng)輸入聲導(dǎo)體中。在超聲波轉(zhuǎn)換器與切割刀片之間，聲導(dǎo)體在一垂直于切割刀片的延伸平面延伸的沿切割刀片的縱向方向延伸的平面內(nèi)具有一 90°彎曲，其具有一個(gè)預(yù)定的曲率半徑。彎曲的延伸在與切割刀片連接的末端上可持續(xù)不同地轉(zhuǎn)入切割刀片中。通過聲導(dǎo)體的不同于直線的延伸，它不僅沿切割刀片的縱向延伸方向而且在一垂直于由切割刀片展開的平面內(nèi)激發(fā)振動(dòng)。在這種情況下垂直于切割刀片的平面定向的振動(dòng)分量引起在切割刀片的各刀側(cè)面與切割物料之間的摩擦的降低。但在切割時(shí)仍產(chǎn)生一定的摩擦，其限制切割速度。也已證明，切割刀片通過超聲波振動(dòng)在不同的位置遭受不同強(qiáng)度的機(jī)械負(fù)荷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此具有目的，提供一種開頭所述型式的超聲波切割裝置，它具有簡單的結(jié)構(gòu)和緊湊的尺寸，但仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高的切割速度和切割刀片的均勻的機(jī)械負(fù)荷。
[0004]按照本發(fā)明該目的這樣達(dá)到，即所述至少一個(gè)發(fā)生器具有用于掃描預(yù)定的超聲波頻率范圍的裝置。
[0005]以有利的方式在這種情況下超聲波在切割刀片上的接點(diǎn)不是固定的而按照頻率變化改變其位置。由此在各接點(diǎn)中可以避免切割刀片在切割物料上的粘附。此外通過頻率變化降低切割刀片中的機(jī)械負(fù)荷，因?yàn)橹欢虝r(shí)地產(chǎn)生大的共振振幅并由此引起脈沖式的激發(fā)，這已證明對切割是有利的，因?yàn)橛纱硕堵浯懈畹奈锪稀ｎl率變化能夠激發(fā)極不同的刀具幾何尺寸和形狀和在只一個(gè)發(fā)生器上使用多個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器，由此可以制造很寬的切刀?？梢赃@樣選擇聲導(dǎo)體的不同于直線的延伸，即，使得切割刀片沿各相互橫向延伸的各方向可激發(fā)為超聲波振動(dòng)。由此可以將板波輸入切割刀片中，該板波可以在切割刀片的各基本上相互平行延伸的和/或成楔形向刀刃面那邊相互相向延伸的邊界面之間傳播。板波不僅具有在由切割刀片展開的平面內(nèi)橫向于切割刀片的縱向延伸定向的縱向分量，而且具有橫向于該平面定向的橫向振動(dòng)分量。這對于切割是有利的，因?yàn)榍懈钗锪弦环矫娴玫絺?cè)向的橫向于由切割刀片展開的平面定向的脈沖(其導(dǎo)致切割物料從切割刀片上更好的分離)，而另一方面將切割刀片也沿一處于由切割刀片展開的平面內(nèi)的方向激發(fā)為振動(dòng)，優(yōu)選沿切割刀片的縱向方向。由此在切割過程中降低摩擦，從而可以將輸入切割刀片的超聲波動(dòng)率更好地用于切割過程。通過板波，切割刀片可以具有較大的尺寸，而不必在切割刀片中設(shè)置各狹槽。關(guān)于切割刀片的幾何構(gòu)型幾乎沒有限制。
[0006]由DE102007014635A1雖然已知一種用于結(jié)構(gòu)的超聲波激發(fā)的裝置，它具有一與發(fā)生器連接的超聲波轉(zhuǎn)換器和用于掃描預(yù)定的超聲波頻率范圍的裝置。但該裝置沒有切割刀片。更確切地說該裝置用于，以一超聲波轉(zhuǎn)換器同時(shí)激發(fā)多個(gè)具有彼此不同的共振頻率的篩子。
[0007]聲導(dǎo)體優(yōu)選具有一彎曲的延伸。在此聲導(dǎo)體的延伸方向可以改變至少45°、特別是至少60°、可選地至少75°和優(yōu)選約90°。
[0008]在本發(fā)明的一有利的實(shí)施形式中將切割刀片構(gòu)成為平面的元件，其中將聲導(dǎo)體構(gòu)成為導(dǎo)桿，聲導(dǎo)體橫向于切割刀片延伸的平面與切割刀片連接。由此還可以更好地在切割刀片中激發(fā)板波。切割刀片可以具有各相互平行或同心延伸的邊界面和/或各成楔形相互相向延伸的邊界面。
[0009]在本發(fā)明的一符合目的的實(shí)施形式將聲導(dǎo)體設(shè)計(jì)成環(huán)形的，其中聲導(dǎo)體的第一端部區(qū)域連接于超聲波轉(zhuǎn)換器和聲導(dǎo)體的與第一端部區(qū)域徑向?qū)χ玫牡诙瞬繀^(qū)域連接于切割刀片。由此有可能將超聲波對稱地從兩側(cè)輸入切割刀片。聲導(dǎo)體在由其展開的平面內(nèi)優(yōu)選具有一橢圓形的或一圓環(huán)形的幾何形狀。但它也可以構(gòu)成多邊形的。
[0010]將切割刀片可以構(gòu)成基本上柱形的，其中聲導(dǎo)體在切割刀片的柱體周面上與切割刀片連接。對此所謂柱形的聲導(dǎo)體應(yīng)該被理解為一平面的聲導(dǎo)體，它在一平面內(nèi)延伸，該平面可以通過一在一平面內(nèi)延伸的曲線沿一不處于該平面內(nèi)的直線的移動(dòng)產(chǎn)生。該直線可以垂直于平面(直的柱體)或傾斜于平面(斜的柱體)延伸。
[0011]在本發(fā)明的一有利的實(shí)施形式中切割刀片構(gòu)成圓柱形的或橢圓形的。利用這樣的切割刀片可以例如從一實(shí)心材料中切出棒形的物品。
[0012]但也可以將切割刀片構(gòu)成為多邊形的、特別是矩形的。利用這樣的切割刀片可以例如從切割物料中切出棱柱形的物品。
[0013]在本發(fā)明的一有利的實(shí)施形式中超聲波切割裝置具有多個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器，它們分別經(jīng)由至少一個(gè)聲導(dǎo)體連接于切割刀片的各彼此間隔開的聲輸入點(diǎn)。由此在較大的切割刀片的情況下可以避免在切割刀片上的振幅降。
[0014]在本發(fā)明的一進(jìn)一步構(gòu)成中聲導(dǎo)體與切割刀片連接成一體的并且聲導(dǎo)體優(yōu)選通過大致成U形彎曲的刀桿構(gòu)成。由此得出特別簡單構(gòu)造的堅(jiān)固的超聲波切割裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]以下借助附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的各實(shí)施例。其中:
[0016]圖1 一個(gè)超聲波切割裝置的前視圖，其具有一直線的刀具，借助于多個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器對刀具激振，
[0017]圖2圖1中所示的超聲波切割裝置的側(cè)視圖，
[0018]圖3 —個(gè)超聲波切割裝置,它具有一圓柱形的刀具，
[0019]圖4 一個(gè)超聲波切割裝置，它具有一矩形的刀具，
[0020]圖5 —個(gè)超聲波切割裝置的俯視圖，其中刀具經(jīng)由橢圓形的聲導(dǎo)體連接于超聲波轉(zhuǎn)換器，[0021]圖6和7 —個(gè)超聲波切割裝置的側(cè)視圖，其中在刀具上一體成型聲導(dǎo)體，和
[0022]圖8 一個(gè)超聲波切割裝置的側(cè)視圖，將超聲波從上面輸入刀具中。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在圖1中總體用I標(biāo)記的超聲波切割裝置具有超聲波發(fā)生器2，該超聲波發(fā)生器具有用于掃描預(yù)定的超聲波頻率范圍的裝置(掃描功能)。發(fā)生器2經(jīng)由一第一高頻電纜3連接于一分配器4的輸入接頭。分配器4具有三個(gè)輸出接頭，在其上分別經(jīng)由一第二高頻電纜5連接一超聲波轉(zhuǎn)換器6的一高頻輸入端。
[0024]每一超聲波轉(zhuǎn)換器6分別經(jīng)由一棒形的聲導(dǎo)體與一個(gè)切割刀片8的為其配置的輸入點(diǎn)連接。如圖1和2中可看出的，切割刀片8構(gòu)成為薄的平板，它具有兩個(gè)相互平行延伸的邊界面9，其中一個(gè)固定連接于各聲導(dǎo)體7。切割刀片8在其下邊緣區(qū)域上成楔形向一刀刃10那邊逐漸縮小。但也可設(shè)想其它的實(shí)施形式，其中切割刀片8在其整個(gè)高度上構(gòu)成為楔形的。
[0025]圖2中可看出，聲導(dǎo)體7具有一成弧形彎曲的部段，該部段在一垂直于切割刀片8的縱軸線設(shè)置的、平行于圖2的圖平面延伸的平面內(nèi)延伸。該成弧形彎曲的聲導(dǎo)體部段具有一約90°的彎曲并且在其面向邊界面9的末端上經(jīng)由一在附圖中未更詳細(xì)示出的焊縫連接于切割刀片8。在其遠(yuǎn)離切割刀片8的另一端，該成弧形彎曲的聲導(dǎo)體部分經(jīng)由一直的聲導(dǎo)體部分連接于為其配置的超聲波轉(zhuǎn)換器6。該超聲波轉(zhuǎn)換器沿垂直于切割刀片8的縱軸線和平行于該縱軸線延伸的方向?qū)⒊暡ㄕ駝?dòng)輸入聲導(dǎo)體7的遠(yuǎn)離切割刀片8的末端。
[0026]還應(yīng)該提到，也可設(shè)想聲導(dǎo)體7的一其它的不同于直線的延伸，例如聲導(dǎo)體7的S形的或L形的延伸。
[0027]通過聲導(dǎo)體7作為彎曲的導(dǎo)體桿的實(shí)施形式將切割刀片8在垂直于切割刀片8的縱軸線設(shè)置的、與圖2中圖平面相對應(yīng)的平面內(nèi)不僅沿在該平面與切割刀片8的延伸平面之間的與雙箭頭11相對應(yīng)的相交線的方向而且在一垂直于切割刀片8的延伸平面內(nèi)定向的通過雙箭頭12說明的方向激發(fā)成振動(dòng)。
[0028]為了檢測由發(fā)生器2向超聲波轉(zhuǎn)換器6發(fā)送的功率，超聲波切割裝置I具有在附圖中未更詳細(xì)示出的測量裝置。該測量裝置經(jīng)由一控制裝置與用于掃描預(yù)定的超聲波頻率范圍的裝置處于控制連接。首先實(shí)施第一掃描，其中超聲波頻率從一預(yù)定的開始值開始改變直至一預(yù)定的終值。開始值可以例如為約30KHz并且終值為約38KHz。
[0029]在掃描該超聲波頻率范圍時(shí)，測量作為超聲波頻率的函數(shù)的、由發(fā)生器2發(fā)送的功率。接著借助于微處理器確定發(fā)送最高功率的頻率點(diǎn)f。，存儲(chǔ)該頻率點(diǎn)。然后確定一超聲波頻帶的最小的頻率值fmin和最大的頻率值fmax，該超聲波頻帶以一可調(diào)的例如至多4000Hz的帶寬優(yōu)選對稱地圍繞該頻率點(diǎn)f。設(shè)置。最小的頻率值可以例如為fmin = fo-2000Hz和最大的頻率值為fmax = f0+2000Hzo
[0030]首先這樣控制發(fā)生器2，即以最小的頻率值fmin激發(fā)切割刀片8。接著將頻率分別提高一個(gè)預(yù)定的值、例如1Hz，以便以分別這樣得到的新頻率激發(fā)切割刀片8。
[0031]在頻率的每一提高以后檢驗(yàn)，新頻率是否小于先前確定的最大的頻率值f_。如果是這種情況，則重復(fù)上述步驟，這些步驟包括頻率的提高、用該頻率對切割刀片8的激發(fā)和檢驗(yàn)新頻率是否小于最大的頻率值f_。[0032]如果新頻率并不小于最大的頻率值fmax，則將頻率分別降低所述預(yù)定的數(shù)值，以便分別以這樣得到的新頻率激發(fā)切割刀片8。
[0033]在頻率的每一降低以后檢驗(yàn)，新頻率是否大于先前確定的最小的頻率值fmin。如果是這種情況，則重復(fù)上述步驟，這些步驟包括頻率的降低、用該頻率對切割刀片8的激發(fā)和檢驗(yàn)新頻率是否大于最小的頻率值f:in。。
[0034]如果新頻率并不大于最小的頻率值f；in，則從最小的頻率值f；in開始在需要時(shí)重新完成上述步驟。
[0035]使用者可以將實(shí)施掃描的帶寬設(shè)定在200Hz與4000Hz之間。頻率步的步距也可以為大于1Hz。通過帶寬的調(diào)節(jié)還可以優(yōu)化切割結(jié)果。為了補(bǔ)償因溫度影響或耦合波動(dòng)引起的共振點(diǎn)的漂移，以規(guī)則的時(shí)間間隔如在接通時(shí)開始實(shí)施一新掃描，以便得出共振點(diǎn)f。。不過該新掃描不再在全部的30至38Hz范圍上進(jìn)行，而是僅僅在共振點(diǎn)f。的周圍進(jìn)行，以便不產(chǎn)生無效時(shí)間，因?yàn)樾聮呙栌幂^小的功率實(shí)施。
[0036]在圖3和4所示的實(shí)施例中將切割刀片8構(gòu)成基本上圓柱形的。在按圖3的實(shí)施例中切割刀片8通過薄壁的圓柱形管構(gòu)成，它在其下邊緣區(qū)域上向刀刃10那邊成楔形逐漸縮小。經(jīng)由一彎曲的聲導(dǎo)體7實(shí)現(xiàn)超聲波的輸入，其幾何形狀基本上對應(yīng)于在圖2中所示的聲導(dǎo)體7。輸入點(diǎn)與刀刃10保持間距并且處在切割刀片8的上邊緣區(qū)域。但輸入點(diǎn)也可以設(shè)置在切割刀片8的另一位置，例如在切割刀片8的與刀刃10相鄰的下邊緣區(qū)域上。
[0037]在圖4所示的實(shí)施例中刀刃10具有一矩形的延伸。顯然可設(shè)想，切割刀片8具有兩個(gè)相互平行設(shè)置的第一切割刀片部分13和兩個(gè)橫向于第一切割刀片部分設(shè)置的同樣相互平行延伸的第二切割刀片部分14。各第一切割刀片部分13和各第二切割刀片部分14分別構(gòu)成為薄的平面的板，它們在其下邊緣區(qū)域向刀刃10那邊成楔形逐漸縮小。
[0038]各第一切割刀片部分13與各第二切割刀片部分14連接成箱形的。超聲波的輸入再次經(jīng)由一彎曲的聲導(dǎo)體7實(shí)現(xiàn)，其幾何形狀基本上對應(yīng)于圖2中所示的聲導(dǎo)體7。輸入點(diǎn)與刀刃10保持間距并且處在切割刀片8的上邊緣區(qū)域。
[0039]在圖5所示的實(shí)施例中將聲導(dǎo)體7設(shè)計(jì)成橢圓形的。在此由聲導(dǎo)體7展開的平面垂直于該平面，在其中設(shè)置平板形的聲導(dǎo)體7。聲導(dǎo)體7的刀刃10基本上平行于由聲導(dǎo)體7展開的平面延伸。
[0040]聲導(dǎo)體7的一第一端部區(qū)域連接于超聲波轉(zhuǎn)換器6并且一與第一端部區(qū)域徑向?qū)χ玫牡诙瞬繀^(qū)域連接于切割刀片8。超聲波轉(zhuǎn)換器6設(shè)置在切割刀片8的直的延長線中并且沿切割刀片8的縱向方向?qū)⒊暡ㄝ斎肼晫?dǎo)體7中。
[0041]在圖6和7中示出的實(shí)施例中將切割刀片8構(gòu)成為平面的薄板，其向刀刃10那邊優(yōu)選在切割刀片8的整個(gè)高度上成楔形逐漸縮小。切割刀片8的高度從切割刀片8的遠(yuǎn)離聲導(dǎo)體7的一端向聲導(dǎo)體7那邊連續(xù)地增加。
[0042]聲導(dǎo)體7與切割刀片8構(gòu)成為一體的并且通過切割刀片8的刀桿或柄構(gòu)成。在一垂直于切割刀片8的延伸平面內(nèi)設(shè)置的、平行于切割刀片8的縱軸線延伸的平面內(nèi)，刀桿具有U形的延伸。聲導(dǎo)體7具有大致矩形的橫截面。聲導(dǎo)體7在其遠(yuǎn)離切割刀片8的自由端上借助于螺釘15可拆式連接于超聲波轉(zhuǎn)換器6。
[0043]在圖8所示的實(shí)施例中切割刀片8在其背離刀刃10的背面上與聲導(dǎo)體7連接。因此將超聲波從上面輸入切割刀片8中。顯然可看出，聲導(dǎo)體7的面向切割刀片8的端部區(qū)域大致垂直于刀刃10延伸。在此聲導(dǎo)體7在平板形切割刀片8所延伸的平面內(nèi)成弧形向相互相反的方向彎曲。超聲波轉(zhuǎn)換器6以其縱軸線平行于刀刃10定位。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波切割裝置(I)，其包括至少一個(gè)與發(fā)生器(2)連接的超聲波轉(zhuǎn)換器(6)、至少一個(gè)聲導(dǎo)體(7)和至少一個(gè)切割刀片(8)，其中聲導(dǎo)體(7)設(shè)置在超聲波轉(zhuǎn)換器(6)與切割刀片(8)之間并且將它們相互連接，并且聲導(dǎo)體(7)的縱向中軸線具有不同于直線的延伸；其特征在于，所述至少一個(gè)發(fā)生器(2)具有用于掃描預(yù)定的超聲波頻率范圍的裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，該超聲波切割裝置具有測量裝置用以檢測從發(fā)生器(2)向超聲波轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)送的功率，并且測量裝置與用于掃描預(yù)定的超聲波頻率范圍的裝置處于控制連接，使得選擇這樣的超聲波頻率范圍，該超聲波頻率范圍包含這樣的超聲波頻率，在該超聲波頻率時(shí)發(fā)生器(2)向超聲波轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)送其最大的功率。
3.按照權(quán)利要求2所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，測量裝置與用于掃描預(yù)定的超聲波頻率范圍的裝置這樣處于控制連接，即發(fā)生器(2)在一超聲波頻率時(shí)向超聲波轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)送其最大的功率，該超聲波頻率處在在頻率掃描時(shí)掃過的超聲波頻率范圍的最高頻率與最低頻率之間的中心。
4.按照權(quán)利要求1至3之一項(xiàng)所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，切割刀片(8)構(gòu)成為平面的兀件，并且聲導(dǎo)體構(gòu)成為導(dǎo)桿，該聲導(dǎo)體橫向于切割刀片(8)在其中延伸的平面與切割刀片連接。
5.按照權(quán)利要求1至4之一項(xiàng)所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，聲導(dǎo)體(7)設(shè)計(jì)成環(huán)形的，聲導(dǎo)體(7)的第一端部區(qū)域與超聲波轉(zhuǎn)換器(6)連接，并且與第一端部區(qū)域徑向?qū)χ玫牡诙瞬繀^(qū) 域與切割刀片(8)連接。
6.按照權(quán)利要求5所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，切割刀片(8)設(shè)計(jì)成基本上柱形的，并且聲導(dǎo)體(7)在切割刀片(8)的柱體周面上與切割刀片連接。
7.按照權(quán)利要求6所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，切割刀片(8)設(shè)計(jì)成圓柱形的或橢圓形的。
8.按照權(quán)利要求6所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，切割刀片(8)設(shè)計(jì)成多邊形的，特別是矩形的。
9.按照權(quán)利要求1至8之一項(xiàng)所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，該超聲波切割裝置具有多個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器(6)，這些超聲波轉(zhuǎn)換器分別經(jīng)由至少一個(gè)聲導(dǎo)體(7)與切割刀片(8)的彼此間隔開的聲輸入點(diǎn)連接。
10.按照權(quán)利要求1至9之一項(xiàng)所述的超聲波切割裝置(I)，其特征在于，聲導(dǎo)體(7)與切割刀片(8)連接成一體的并且聲導(dǎo)體優(yōu)選通過大致成U形彎曲的刀桿構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】B26D5/00GK103958136SQ201280055062
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月11日
【發(fā)明者】J·基辛 申請人:阿戴克超聲波系統(tǒng)股份公司