技术摘要：
本发明涉及一种用于振动焊接装置的弹簧组。弹簧组包括第一纵向杆和平行于第一纵向杆并可相对于其移动的第二纵向杆。弹簧组的第一轴在第一和第二纵向杆的中间并平行于其纵向轴延伸。弹簧组包括多个板弹簧，每个板弹簧通过第一端和第二端分别与第一和第二纵向杆连接，弹  全部
背景技术：
弹簧组在振动焊接装置中的使用通常是公知的。例如，针对振动切割装置和方法 的WO  2009/068293  A1描述了一种包括两个振动头的装置，每个振动头包括彼此平行布置 的两个弹簧组。 EP  1  834  754  A2描述了另一种振动焊接装置以及相应的振动头。这里，多个盘状 弹簧用于形成弹簧组。 在WO  2013/135893  A1中描述了又一种振动焊接机和用于操作振动焊接机的方 法。在该装置中，使用排列成行的两个弹簧组。 最后，EP  0  497  322  A1描述了一种用于振动焊接装置的振动头的板弹簧(leaf  spring)装置。板弹簧装置由彼此联接的单个板弹簧组成。 除了根据EP  1  834  754  A2的装置之外，上述振动焊接装置的每个弹簧组包括第 一纵向杆和第二纵向杆，以及在第一纵向杆和第二纵向杆之间延伸的多个板弹簧。每个板 弹簧包括与第一纵向杆和第二纵向杆相邻的由一个底部半径限定的第一部分。换句话说， 两个相邻板弹簧之间的间隙形成为与对应于一半的圆或半圆的第一纵向杆和第二纵向杆 相邻。这些半圆中的一个半圆的端部均通过直线连接到相对布置的半圆的相对端部，使得 在弹簧组的侧视图中，间隙具有长方形或椭圆形孔的形状。 本发明的目的是在应力或载荷分布以及考虑到与现有技术设计相比的制造成本 的方面，同时保持由根据现有技术的弹簧组所提供的质量和特性，优化板弹簧的设计，从而 优化弹簧组的设计。
技术实现要素：
上述目的通过根据独立权利要求1的用于振动焊接装置的弹簧组、根据独立权利 要求11的包括弹簧组的振动焊接装置、根据独立权利要求12的用于弹簧组的制造方法以及 根据独立权利要求13的用于提供具有弹簧组的振动焊接装置的改装方法来解决。进一步优 选的实施例和开发从以下描述、附图以及所附权利要求得出。 一种用于振动焊接装置的弹簧组，包括用于固定连接到振动焊接装置的框架的第 一纵向杆，平行于第一纵向杆并可相对于第一纵向杆移动以及用于连接到工具的第二纵向 杆，其中弹簧组的第一轴在第一纵向杆的纵向轴和第二纵向杆的纵向轴之间的中部并平行 于第一纵向轴延伸，多个板弹簧，多个板弹簧中的每个板弹簧通过第一端连接至所述第一 纵向杆且通过第二端连接至所述第二纵向杆，其中所述弹簧组的第二轴垂直于所述第一轴 延伸，以及在所述弹簧组的非作用状态下平行于所述多个板弹簧，因此在所述弹簧组的非 4 CN 111570999 A 说　明　书 2/13 页 作用状态下，弹簧中心线在所述板弹簧的中间平行于所述第二轴延伸，以及所述多个板弹 簧中的每一个包括与所述第一纵向杆和/或所述第二纵向杆相邻的包括至少一个倒圆的第 一部分，使得所述第一部分相对于所述弹簧中心线凹入形成，其中所述第一部分连续过渡 到第二部分，所述第二部分相对于所述弹簧中心线凸起形成，且所述第二部分连续过渡到 与所述第一轴相邻布置的中心部分，使得相应的所述板弹簧的厚度在所述中心部分中最 低。 为了更容易理解，将基于示例性实施例来说明本发明的弹簧组。此外，使用右手笛 卡尔坐标系，从而清楚地限定弹簧组的构件之间的关系。在这点上，特别优选的是弹簧组的 构件，即第一纵向杆和第二纵向杆以及多个板弹簧，形成为一体件。 在该示例中，第一纵向杆和第二纵向杆均由长方体限定，优选由相同的长方体限 定。例如，一个长方体的角可用作弹簧组的右手笛卡尔坐标系的基准。由于长方体形状，第 一纵向杆和第二纵向杆各自具有由矩形限定的基面，其中纵向侧限定对应于笛卡尔坐标系 的x轴的纵向轴或第一轴，而较短侧限定对应于笛卡尔坐标系的y轴的第二轴。在这点上，具 有最大表面积的面之一被认为是基面。因此，长方体的第三轴(即笛卡尔坐标系的z轴)定义 了高度。第一杆的高度优选地等于第二杆的高度。 另外，第一杆和第二杆以它们的基面中的一个基面以期望的或技术上给定的距离 彼此相对的方式布置。在该布置中，第一纵向杆和第二纵向杆的由相应的基面限定(即由笛 卡尔坐标系的x轴和y轴限定)的假想的第一平面彼此平行。因此，弹簧组的第一轴平行于第 一纵向杆和第二纵向杆的纵向轴或第一轴延伸，并因此平行于笛卡尔坐标系的x轴线延伸。 弹簧组的第二轴平行于笛卡尔坐标系的z轴延伸。因此，弹簧组的第二轴垂直于第一轴延 伸。 而且，第一轴属于假想的第一平面，其在第一纵向杆和第二纵向杆之间在中部延 伸，即沿着笛卡尔坐标系的z轴在中部延伸。如稍后将解释的，该第一轴因此在弹簧组的非 作用状态下形成用于整个弹簧组的第一对称轴。 在如此布置的第一杆和第二杆之间布置有多个板弹簧。相应地，每个板弹簧的第 一端连接到第一杆，并且第二端连接到第二杆。因此，第二轴不仅垂直于第一轴延伸，而且 在弹簧组的非作用状态下平行于多个板弹簧延伸。 此外，并且在弹簧组的非作用状态下，每个板弹簧的中心线在板弹簧的中间平行 于弹簧组的第二轴延伸，并且因此在相对于假想的第一平面成直角的方向上延伸，即平行 于笛卡尔坐标系的z轴延伸。在这种状态下，每个板弹簧的中心线也形成相应板弹簧的对称 轴。为了完整起见，在弹簧组的第二轴构思在第一纵向杆和第二纵向杆的中间的情况下，即 在中部沿笛卡尔坐标系的x轴，它为弹簧组提供另一对称轴。 每个板弹簧平行于笛卡尔坐标系的y轴的延伸优选地等于第一纵向杆和第二纵向 杆在y方向上的延伸。关于板弹簧在笛卡尔坐标系的x方向上的延伸，其也可以被设为板弹 簧的厚度方向，其在z方向上沿着板弹簧的路线而变化，如下文将解释的。 每个板弹簧的形状可被认为基本上由双T形构成，其中T形的横向杆用于连接到相 应的纵向杆，并且两个T形在弹簧组的第一轴处(即在纵向杆之间的中间位置)彼此邻接。因 此，多个板弹簧中的每一个包括邻近第一和/或第二纵向杆的第一部分和在弹簧组的第一 轴的区域中中心部分。第一部分和中心部分通过第二部分彼此连接。 5 CN 111570999 A 说　明　书 3/13 页 第一部分包括至少一个倒圆，使得第一部分相对于弹簧中心线凹入形成。因此，板 弹簧的厚度，即在笛卡尔坐标系的x方向上的延伸，从纵向杆中之一沿中心线减小。 在中心部分的区域中，板弹簧的厚度是最低的。这与根据现有技术的上述布置相 反，在现有技术中，除了第一部分之外，板弹簧的厚度不改变。 由于厚度在中心部分中最低的限定，连接第一部分和中心部分的第二部分须具有 相对于板弹簧的中心线的锥形形状。因此，第一部分连续地过渡到第二部分中，第二部分又 连续地过渡到与弹簧组的第一轴相邻布置的中心部分中。在这方面，且根据本发明，第二部 分不具有相对于中心线倾斜的线性直线的形状，而是形成为与之相反的凸形形状。因此，与 线性直线相比，至少在第二部分的与第一部分相邻的区域中，从相应的杆朝向中心部分沿 中心线厚度减小。 关于所有前述部分彼此之间的连接以及与相应的第一纵向杆和第二纵向杆的连 接，该连接必须在连接点(xc，yc)处大体上满足方程(1)和(2)： f'(xc)＝g'(xc)    (1) f(xc)＝g(xc)    (2) 这意味着曲线的导数和函数值在连接点处必须相同。必须在所有使用的部分之 间，即在中心部分和凸出的第二部分之间，以及凸出的第二部分和第一部分之间，都必须满 足这一要求。 当通过孤立点和线性插值定义部分的连接时，仅可通过差值定义导数。通常基于 以下方程(3)： 其中： f′(xi)：在xi点处求导 i：点的序号。 该特定设计的第一优点，特别是板弹簧的第一优点在于，由于第二部分的凸形形 状，在使用弹性组件期间，可以显著地减小相应板弹簧所经受的载荷。特别地，载荷被更均 匀地分布在板弹簧内。因此，考虑到相同的应用，与现有技术的弹簧组相比，本发明的弹簧 组所经受的总载荷减小。为此，弹簧组的寿命进一步增加。 因此，与现有技术的弹簧组相比，存在减少在弹簧组中所使用的板弹簧的数量的 可能性，同时将总应力或载荷分布保持在现有技术的弹簧组的载荷分布的范围内。因此，由 于板弹簧的减少，弹簧组的制造成本降低，同时仍然保持了现有技术弹簧组所提供的质量 和特性。 在本发明弹簧组的优选实施例中，第二部分具有自然曲线的形状，特别是抛物线、 指数函数、斐波纳契曲线、双曲线等。已经发现，这种自然曲线的形状导致板弹簧内特别均 匀的应力或载荷分布，因此导致弹簧组内特别均匀的应力或载荷分布。 在弹簧组的另一优选实施例中，布置在第一纵向杆和第二纵向杆的端部处的板弹 簧包括相对于弹簧中心线在弹簧组的外侧上比在弹簧组的内侧上短的第一部分。现有技术 的弹簧组由多个相同的板弹簧组成。因此，考虑到第一部分切向地过渡到相应纵向杆的点 处，第一部分在笛卡尔坐标系的正x方向和负x方向上从中心线的延伸是相同的。换句话说， 6 CN 111570999 A 说　明　书 4/13 页 由第一部分切向地过渡到相应纵向杆的两个点限定的直线的中部布置在中心线上。现在， 相对于优选实施例，中部偏离中心线。这通过缩短布置在弹簧组的端部处的板弹簧的第一 部分的面向外的侧来实现。通过这种缩短，与在弹簧组的端部处并且具有未缩短的第一部 分的板弹簧相比，可以减小应力或载荷分布，特别是减小最后的板弹簧内的应力或载荷分 布，并且优选地，减小倒数第二个板弹簧内的应力或载荷分布。 根据弹簧组的另一优选实施例，中心部分包括由至少一个倒圆组成的第三部分， 使得第三部分形成为相对于弹簧中心线凹入。另外，优选地，中心部分包括在第三部分和邻 近的第二部分之间的第四部分，该第四部分相对于弹簧中心线以线性逐渐减小的方式形 成。每个部分连续地过渡，即无阶梯地进入相邻部分，并且特别是相切地进入相邻部分，如 上面已经说明的。由于中心部分的凹入形状，在弹簧组的第一轴处不存在锐角，而是存在圆 曲线。这种布置进一步改善了板弹簧内的应力分布，并确保厚度不会降到将削弱该布置的 所需最小值以下。 还优选地，第一部分包括至少两个不同的倒圆，并且所述至少两个不同的倒圆中 的较小的倒圆与所述第一和/或第二纵向杆相邻，而所述至少两个不同的倒圆中的较大的 倒圆与所述第二部分相邻。特别地，优选地，第一部分具有可变倒圆。关于术语可变倒圆及 其定义，特别参考J.T.P.卡斯特罗等人：“关于凹口形状优化以最小化应力集中的说明”的 出版物，载于理论和应用断裂力学84,2016,第72-85页，爱思唯尔出版公司。其中，参考了在 1941年提出的用于肩部圆角的Grodzinski图形方法，其也显示在本出版物的图2中。 回到弹簧组的优选实施例，第一部分在一端连续地、特别是相切地过渡到相应的 杆中，而在另一端连续地、特别是相切地过渡到第二部分中。与现有技术弹簧组中使用的板 弹簧相比，对于第一部分使用至少两个不同的倒圆进一步改善了板弹簧内的应力或载荷分 布。 根据弹簧组的另一优选实施例，两个相邻的板弹簧在第一纵向杆和第二纵向杆处 彼此连接，使得第一板弹簧的第一部分的面向相邻的第二板弹簧的一侧直接且连续地过渡 到相邻的第二板弹簧的第一部分的面向第一板弹簧的一侧。因此，如已经关于具有中心部 分和凹入的第三部分的实施例所说明的，一板弹簧的第一部分直接且连续地过渡到相邻弹 簧的第一部分。这种布置提供了特别紧凑的弹簧组。 根据优选的替代实施例，两个相邻的板弹簧在第一纵向杆和/或第二纵向杆处以 及在相应的第一部分的彼此面对的侧面处由平行于第一轴延伸的线性部分分开。这种布置 在笛卡尔坐标系的上述x方向上的期望延伸的情况下是特别有用的，使得尽管与现有技术 的弹簧组相比弹簧的数量可以减少，但是总长度，即x方向上的延伸，保持不变。通过这样方 式，根据该优选实施例的弹簧组也可以代替振动焊接装置中的现有技术的弹簧组，而无需 任何进一步的改编。 本发明的振动焊接装置，包括至少一个本发明的弹簧组。通过在振动焊接装置中 使用本发明的弹簧组，可以利用该振动焊接装置实现本发明的弹簧组的上述优点。因此，为 了避免重复，参考上述说明。 本发明的用于本发明的弹簧组的制造方法包括以下步骤：提供材料块，加工该材 料块，尤其是通过铣削，以产生第一和纵向杆第二纵向杆以及多个板弹簧，其中多个板弹簧 中的每一个包括与第一纵向杆和/或第二纵向杆相邻的包括至少一个倒圆的第一部分，使 7 CN 111570999 A 说　明　书 5/13 页 得第一部分相对于弹簧中心线形成凹入，其中，该第一部分连续地过渡到相对于弹簧中心 线凸起形成的第二中心，且第二部分连续地过渡到邻近第一轴布置的中心部分中，使得相 应板弹簧的厚度在中心部分中是最低的，特别是在第一轴处。因此，可以通过本发明的制造 工艺制造本发明的弹簧组。因此，关于本发明的弹簧组的优点和技术效果，参考以上说明。 一种用于提供具有至少一个本发明的弹簧组的振动焊接装置的本发明的改装方 法，包括以下步骤：提供至少一个本发明的弹簧组，拆卸存在于振动焊接装置中的至少一个 弹簧组，以及将至少一个本发明的弹簧组安装到振动焊接装置中。因此，通过这种改装方 法，已经存在于例如顾客场所的振动焊接装置可有效地装备有本发明的弹簧组，从而在改 装之后，也可通过这种振动焊接装置实现上述优点和技术效果。 附图说明 下面根据附图来详细地说明本发明。附图中相同的附图标记表示相同的部件和/ 或元件。 示出为： 图1示出了在非作用状态下用作起始点的弹簧组的实施例， 图2示出了处于作用状态的根据图1的实施例， 图3示出了根据本发明的弹簧组的第一实施例， 图4示出了用于说明改进的数学计算的一个板弹簧， 图5示出了图4的板弹簧的上半部分， 图6示出了用于说明改进的数学计算的第二部分的曲线， 图7示出了弹簧组的实施例，表明板弹簧的第一部分在弹簧组的端部处缩短， 图8示出了弹簧组的另一实施例，表明板弹簧的第一部分在弹簧组的端部处缩短， 图9示出了在第一部分中具有两个半径的弹簧组的实施例， 图10是根据本发明的弹簧组的另一实施例的一部分的放大图， 图11示出了用于构造板弹簧的第一部分的可变半径， 图12示出了基于图10的实施例的板弹簧的第一部分和第二部分的放大图， 图13示出了根据图1的弹簧组中的应力分布， 图14示出了实现本发明的改进中的至少一些改进的弹簧组的实施例中的应力分 布， 图15示出了根据图1的弹簧组的实施例与本发明的弹簧组的两个实施例的比较， 图16是用于弹簧组的本发明制造方法的实施例的流程图，以及 图17是用于提供具有弹簧组的振动焊接装置的本发明的改装方法的实施例的流 程图。