[发明专利]用于超声波切割设备的刀头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超声波切割设备的刀头以及一种具有该刀头的超声波切割设备。

背景技术

超声波切割设备原则上是众所周知的。它们例如用于裁截下料纤维复合材料的半成品。其中，要对特别是在三个维度上复杂几何形状的纤维复合半成品在其边缘处进行裁截下料。这种裁切经常是通过具有机械手机构的超声波切割设备予以实施。这样的机械手机构、特别是机械手臂可以设计为例如能够围绕多达六个轴运动。为了实施裁切过程，在这种机械手臂的端部上典型地设置有刀头。

在已知的超声波切割设备中，其缺点是：必须通过超声波切割设备实施非常烦琐的刀头运动过程/运动变化曲线。例如，如果设置有一机械手臂，则在复杂几何形状的情况下必须实施非常大量的、绕来绕去的(weitschleifend)切割运动。由此在设立这种超声波切割设备时便导致很高的空间需求。在此，不利之处还包括：超声波切割设备的在空间上大幅度延展的运动必要性伴随着相对较高的时间需求。而在对半成品(例如形式上为纤维复合半成品)实施切割过程时用于刀头跟踪的时间花费对于整个时间需求来说是决定性的。因此，高的运动需求以及由此增大的时间需求导致了实施裁切时周期时间的延长。此外，由于对超声波切割设备机械手臂的很高的运动需求还会达到各个铰接部的高负荷以及用于沿着机械手臂供应介质的软管组件的高磨损。

发明内容

本发明的目的是，至少部分地消除前述缺点。特别是，本发明的目的在于，提供一种用于超声波切割设备的刀头以及一种这样的超声波切割设备，它们能够以经济而简单的方式降低空间需求和/或缩短用于裁切纤维复合半成品的加工时间。

上述目的通过具有权利要求1所述特征的刀头以及具有权利要求11所述特征的超声波切割设备得以实现。本发明的其他特征和细节可由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合本发明的刀头所说明的特征和细节当然结合本发明的超声波切割设备也是适用的，反之亦然，因而关于各发明方面的公开内容总是可以相互引用。

本发明的用于超声波切割设备的刀头具有包括切割刀具和声学作用极(Sonotrode)的超声波系统。本发明的刀头的特征在于，超声波系统围绕一旋转轴线可旋转地支承。

在此，优选所述超声波切割设备是按已知型式设计的。刀头例如可以设置在该超声波切割设备的机械手臂的一个端部上。同时超声波系统本身同样以已知方式构造。这样，它设置有一个切割刀具和一个声学作用极，它们共同实施裁切。在此，切割刀具本身具有至少一个切割刃，该切割刃直接执行裁切。为了延长切割刀具的切割刃的耐久性以及同时提高切割过程的速度，该切割刀具与声学作用极是固定连接的。声学作用极构造为用于在切割刀具上和在其自身上产生高频振动。换言之，通过声学作用极的高频振动同样使切割刀具振动。因此在切割刀具的切割刃上产生处于微米范围内的切割运动或者说锯切运动。如果现在配有该刀头的超声波系统的这种切割刀具为裁切纤维复合半成品而沿着其边缘运动，则能够以高使用寿命以及高速度实施边缘裁切。

然而，与已知的刀头相比，在本发明的刀头中超声波系统是围绕一旋转轴线可旋转地支承的。这意味着：超声波系统以及因此特别是切割刀具的切割刃能够进行一种特别是主动的旋转。由于切割刀具的切割刃的旋转，可以至少部分地通过超声波系统的旋转进行对即使很复杂的几何形状的跟踪。只要至少部分地通过超声波系统的旋转实现了对于复杂几何形状的跟踪，就足以相应地减少通过超声波切割设备的机械手臂实施的跟踪。

可以概括地说：利用本发明的刀头能够通过超声波系统的旋转提供在边缘裁切期间切割刀具的必要运动的至少一部分。与此相应地便减少了对于超声波切割设备的机械手臂的必要的运动需求的这一部分。那就是说，切割刃的必要的运动分成由超声波系统的旋转实施的运动和由超声波切割设备或者机械手臂实施的运动。相应地明显减少了在超声波切割设备的机械手臂方面的必要的运动需求。另一个优点是下述事实：由于刀具的可旋转性和对称的切割刃几何形状，该刀具在每次切割后可以旋转，以便实现切割刃的均匀磨损。这一点导致提高刀具的使用寿命。

通过减少超声波切割设备的机械手臂的运动必要性，还减少了必要的空间需求。通过减少运动还相应地缩短了加工时间，因为可以在更短的时间内实施机械手臂的必要的运动。在此，需要指出的是：与超声波切割设备的相应运动相比，超声波系统本身的旋转运动由于刀头的紧凑尺寸之故而可以明显更快地并且特别是节省空间地实施。通过本发明的刀头，便能够相应地缩短周期时间并且特别是还同时能够减少用于超声波切割设备的必要的结构空间。