[发明专利]超声密封设备

说明书

技术领域

本发明涉及被特别用于密封材料薄片或条带的超声密封设备。

背景技术

在密封设备的技术领域中，现有技术教示了超声密封设备的使用，因为这种类型的技术允许材料的精确的和“冷的”加工，例如密封热塑性膜的边缘。

超声密封设备包含：

-电力信号的发生器，通常具有20kHz至50kHz的频率；

-转换器，将电力信号转换为相同频率和确定振幅的机械振动；

-(任选的)放大器或者增幅器，提高机械振动的振幅；

-超声振动发生器(sonotrode)，将机械振动传递至将被密封的材料；和

-砧座，作为用于将被密封的材料和超声振动发生器的接触元件来运行。

实际上，热超声振动发生器通过接触将被密封的材料来传递能量，所述材料通过熔融而被密封。

现有技术存在两种类型的密封设备：所谓的“散热”设备，其中，超声振动发生器以交替的方式沿着朝向和远离将被密封的材料的单一方向移动，并且砧座为静止的或者旋转的；以及旋转密封设备，其中超声振动发生器和砧座通常围绕互相平行的旋转轴持续地旋转。

散热类型的密封设备的例子在专利WO 2004/091894中示出。

旋转类型的密封设备的例子在专利US 2012/0012258中示出。

在散热密封设备中，将被密封的材料通常间歇地移动，也就是说，其在密封过程中于砧座和超声振动发生器之间是静止的，并且一旦完成密封，就会远离砧座和超声振动发生器。这些密封设备的生产能力通常受到限制。

可替换地，将被密封的材料还可连续地移动，由此提高生产能力，但是材料与超声振动发生器和砧座之间的高程度的摩擦对密封质量具有负面影响，使材料产生褶皱并消散大量的能量。

旋转密封设备克服了散热密封器的摩擦问题，但是它们具有能量性质的其它缺陷，因为仅供给至超声振动发生器实际上会被用于密封的最小部分的能量。

实际上，在旋转密封设备中，超声振动发生器沿着各自的旋转轴轴向地振动，并沿着垂直于旋转轴的径向方向径向地振动。

仅径向振动会被用于密封，其对应于供给至超声振动发生器的全部能量的约四分之一。超声振动发生器的轴向振动并未被使用，并且因此会损失相应的能量(等于供给至超声振动发生器的全部能量的约四分之三)。

发明内容

本发明的目的在于提供克服了如上所述的现有技术缺陷的特别是用于密封条带形式的材料的超声密封设备。

更具体的是，本发明的目的在于提供高能量效率的超声密封设备，其具有降低的运行成本，并有利地能够对薄片或条带形式的材料形成高质量的密封。

这些目的通过根据本发明的在所附权利要求中表征的超声密封设备而完全地实现。

更具体的是，用于有利地密封条带形式的材料的超声密封设备包含电力信号的发生器；用于将电力转换为机械振动的转换器；围绕第一轴线旋转并具有第一外周表面的超声振动发生器；和围绕与第一轴线平行的第二轴线旋转并具有第二外周表面的砧座。

根据本发明，在第一外周表面和第二外周表面之间具有沟槽。有利地，所述沟槽为环形的。更有利地，所述沟槽为连续的。替代地，所述沟槽为不连续的。

同样根据本发明，第一外周表面和第二外周表面之间还具有凸出元件。有利地，所述凸出元件为连续的；替代地，所述凸出元件为不连续的，或者换句话说，其由至少两个连续的弯曲部件构成。不连续的凸出元件经设计以与连续沟槽和具有相应的不连续性的不连续沟槽连接。

同样根据本发明，所述凸出元件还被配置成至少在轴向上(即至少沿着与第一轴线和第二轴线平行的方向)与沟槽一起操作，从而密封沿着与旋转的第一轴线和第二轴线垂直的方向移动并经过使沟槽和凸出元件啮合的超声振动发生器和砧座之间的条带形式的材料。

有利地，凸出元件与沟槽啮合预定的深度。

这种沟槽和凸出元件的组合结构使得其能够使用通过超声振动发生器沿着与超声振动发生器的旋转轴平行的轴所产生的振动来密封材料：因此，特别地，沿着超声振动发生器轴向产生的振动会被至少部分地使用，从而获得正在供给的并在超声振动发生器和砧座之间插入的材料的密封。

这种特征使得其能够使用超声振动发生器振动的主要部分(即轴向振动)来执行密封。

然而，应当注意的是，沟槽-凸出元件结构还使得其能够使用径向振动作为次要密封效应。