-
Die Erfindung betrifft eine Sonotrodenanordnung zum Einsatz in Kunststoffbearbeitungswerkzeugen, wie zum Ultraschallschweißen, -schneiden, -stanzen u. ä. oder in Kunststoffverarbeitungswerkzeugen, wie z. B. in Spritzgießwerkzeugen, wo der Ultraschall zur Beeinflussung der Kunststoffschmelze genutzt wird.
-
Die Sonotrodenanordnung ist in den Kunststoffbe- und -verarbeitungswerkzeugen verbaut und soll gewährleisten, dass die Sonotrode in Longitudinal- und Transversalrichtung frei schwingen kann und neben einer Sonotrodenanpresskraft auch noch zusätzliche auf die Sonotrodenformfläche wirkende Kräfte, wie sie beim Spritzgießen durch den Spritzdruck entstehen, aufnehmen kann.
-
Aus der
DE 29503122.0 U1 ist eine Sonotrode zur Durchführung von Ultraschallschweißarbeiten bekannt, bei der die Ultraschallleistung des Konverters möglichst verlustarm auf das zu schweißende Werkstück übertragen werden soll und die die Dreh- und Kippmomente, wie sie beim Aufsetzen der Sonotrode auf das Werkstück entstehen, kompensieren soll. Dazu wird die Sonotrode von zwei oder mehr Transformationsstücken, die auf der Oberseite der Sonotrode verteilt angeordnet sind getragen, die die Biege-, Dreh- und Kippmomente der Sonotrode beim Aufsetzen auffangen.
-
Im Schwingungsknoten des rotationssymmetrischen Transformationsstückes ist ein massereicher, umlaufender, ringförmiger Bund angeordnet, der einstückig über einen dünnen im Querschnitt L-förmigen Steg mit dem Transformationsstück verbunden ist. Zum Einspannen wird die Sonotrode am umlaufenden, ringförmigen Bund des Transformationsstückes in der Trägereinrichtung geklemmt. Die Ultraschallschwingungen können sich von der Sonotrode über den dünnen L-förmigen Steg nur schwer auf die Trägereinrichtung ausbreiten, wodurch sich eine Entkoppelung zwischen der Sonotrode und der Trägereinrichtung ergibt.
-
Nachteilig bei dieser Sonotrodenhalterung ist, dass sie außer einer geringen Sonotrodenanpresskraft keine größeren auf die Sonotrodenformfläche wirkenden Kräfte aufnehmen kann, sondern dadurch in ihrer Funktion eingeschränkt oder gar zerstört wird.
-
Darüber hinaus ist eine präzise Führung und Justierung der Sonotrode im μ-Bereich in einem Kunststoffverarbeitungswerkzeug nicht möglich.
-
In der
DE 29601393 U1 wird eine Ultraschall-Sonotrode mit schwingungsfreiem Flansch zur Beschallung von Flüssigkeiten in einem Gefäß beschrieben, wobei eine flüssigkeits- und luftdichte sowie druckfeste Abdichtung zwischen der Sonotrode und dem Gefäß gewährleistet sein soll.
-
Durch die Ausbildung eines dünnwandigen, federelastischen Bereiches am Flansch der Sonotrode und dessen Anordnung im Schwingungsknoten der Sonotrode soll erreicht werden, dass radiale und auch longitudinale Restschwingungen in diesem Bereich abgefedert werden, so dass eine Entkopplung von Ultraschallwellen erfolgt und damit eine zuverlässige Dichtung zwischen Sonotrode und Gefäß erreicht wird. Der Flansch wird über eine Gummidichtung mit dem Gefäß verschraubt.
-
Diese stabförmige Sonotrode ist nur zur Einleitung von Ultraschallwellen in fluide Medien geeignet und kann keinerlei Kräfte aufnehmen oder kompensieren. Die Anwendung und der Einsatz in einem Kunststoffbe- oder -verarbeitungswerkzeug sind ausgeschlossen.
-
Weiterhin ist aus der
DE 10153706 B4 eine Vorrichtung zur Einkopplung von Ultraschall in ein Spritzgießwerkzeug bekannt. Hier erfolgt die direkte, lokale Einkopplung von Ultraschall in die Kavität des Spritzgießwerkzeuges und soll durch eine kurzzeitige, partielle Aufheizung der Schmelze zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Formteile, insbesondere im Bindenahtbereich und zur Verbesserung des Fließverhaltens der Kunststoffschmelze während des Formgebungsprozesses beitragen.
-
Die Sonotrode ist in eine Werkzeugplatte des Spritzgießwerkzeuges integriert und wird an ihrem umlaufenden Befestigungsring im Schwingungsknoten zwischen zwei Distanzringen gehalten und mit einem Klemmring fest gespannt, wobei die Sonotrode unmittelbar bis an die Kavität reicht und die Stirnfläche gleichzeitig einen Teil der Kavitätswandung bildet.
-
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass die Sonotrode durch die starre, feste Einspannung am Sonotrodenbund in ihrem Schwingungsverhalten, insbesondere in ihrem transversalen Schwingungsverhalten gestört und massiv behindert wird und damit das Übertragungsverhalten von Ultraschallenergie verschlechtert wird.
-
Darüber hinaus ist die Zentrierung der Sonotrode unzureichend und der gleichmäßige, umlaufende Schwingspalt, der zwischen der Sonotrode und der Kavität notwendig ist, kann nicht eingehalten werden. Die während der fortlaufenden Spritzgießzyklen durch den Spritzdruck auf die Sonotrodenformfläche wirkenden Kräfte bewirken Kipp-, Dreh- und Biegemomente, die die Sonotrode sukzessive verschieben, bis sie an der Kavität anliegt und damit in ihrem longitudinalen Schwingungsverhalten stark eingeschränkt ist bzw. was im Berührungsbereich bis zur Materialzerstörung führen kann.
-
Weitere Befestigungs- und Haltevorrichtungen für Schwingungsglieder oder Vibrationselemente sind aus dem
EP 667 189 A2 , der
DE 1 203 498 A und der
DE 2 034 928 A bekannt.
-
In der
EP 667 189 A2 wird eine Halterung für eine freistehende Sonotrode zum Ultraschallschweißen von Kunststoffformteilen aus Thermoplast beschrieben. Mit dieser Sonotrodenhalterung soll hier schwingungstechnisch eine Entkopplung zwischen dem Schwingungsglied und der Halterung erreicht werden, um den Verlust an Schwingungsenergie durch die Übertragung von Schwingungen auf die Halterung und Transmission auch auf weitere Teile der Schweißvorrichtung zu unterbinden bzw. zu minimieren. Dazu besitzt die Sonotrode im Schwingungsknoten einen umlaufenden dünnen, elastischen, ringförmigen Flansch, an dem sie zwischen zwei Dehnungsringen mit radialem Spiel eingefasst, und mit diesen wiederum zwischen zwei miteinander verschraubten, im Querschnitt L-förmigen Klemmringen axial eingespannt wird. Die Klemmringe dienen gleichzeitig zur Aufnahme der Sonotrode in ein Vorrichtungsgehäuse.
-
Die
DE 1 203 498 A betrifft eine Halterung für einen Schwingungsgeber zur Übertragung von mechanischen Schwingungen auf ein Werkstück zum Zweck der Ultraschall-Werkstoffprüfung. Die Halterung besteht aus einer zylindrischen, rohrförmigen Aufnahmehülse, in der eine piezoelektrische Scheibe als Schwingungsgeber gegen eine Federkraft längsverschiebbar angeordnet ist.
-
Diese Halterung soll ermöglichen, dass bei der Handhabung des Gerätes ein Schwingungszustand der piezoelektrischen Scheibe erreicht wird, bei dem ein festes Anliegen der Scheibe auf dem zu prüfenden Werkstück gewährleistet wird, während die Scheibe selbst nahezu frei, d. h. ungedämpft, innerhalb der Halterung schwingen kann und so eine einwandfreie Werkstoffprüfung erfolgt.
-
Dazu ist konzentrisch in der Aufnahmehülse ein ebenfalls zylindrischer, rohrförmiger Haltekörper mit drei gleichmäßig am Umfang verteilten hakenartigen Stegen angeordnet, die mit ihren umgebogenen Enden in die, in der Mantelfläche der piezoelektrischen Scheibe eingearbeiteten Längsnuten eingreifen und die Scheibe so in axialer Richtung führen, womit die Scheibe sich selbst einstellend innerhalb der Halterung gelagert ist. Aus der
DE 2 034 928 A ist ein Ultraschallgenerator mit einer Sonotrodenhalterung bekannt, bei der eine Schwingungsentkopplung zwischen Sonotrode und Halterung erreicht werden soll. Die freistehende Sonotrode ist dazu zentrisch mit einer dünnen, kreisförmigen Platte verschraubt und wird von dieser gehalten. Die Halteplatte ihrerseits ist am Rand mit der Halterung verschraubt. In der Halteplatte sind, konzentrisch um die Sonotrode herum schlitzförmige sich überlappende Durchbrüche angeordnet, die alle geraden Schallwege von der Sonotrode her zur Halterung unterbrechen. Die zwischen den Durchbrüchen verbleibenden Stege, die die Sonotrode mit der Halterung verbinden, verlaufen im Wesentlichen zickzackförmig und bilden damit für die von der Sonotrode ausgehenden Schwingungen ungeradlinige Schallwege, wodurch die zur Halterung noch übertretenden Schwingungen verringert werden.
-
Diese genannten Befestigungs- und Haltevorrichtungen für Schwingungsglieder oder Sonotroden sind zur Übertragung von Ultraschallenergie in Kunststoffbe- oder -verarbeitungswerkzeuge gänzlich ungeeignet, da sie die Aufnahme großer Spannkräfte und eine präzise Halterung, Führung und Zentrierung der Sonotrode in x-, y- und z-Richtung nicht gewährleisten und auch die Aufnahme großer axialer Kräfte auf die Sonotrode, wie sie z. B. beim Spritzgießen durch den Spritzdruck entstehen, nicht erlauben.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sonotrodenanordnung zur verlustarmen Einbringung und Übertragung von Ultraschallenergie in Kunststoffver- oder -bearbeitungswerkzeuge zu schaffen, die eine geringe Schwingungsdämpfung und gleichzeitig hohe Spannkräfte im Spannbereich der Sonotrode ermöglicht, eine präzise Halterung, Führung und Zentrierung der Sonotrode in x-, y- und z-Richtung gewährleistet und die Aufnahme großer axialer Kräfte von der Sonotrodenformfläche her erlaubt.
-
Erfindungsgemäß ist die Sonotrodenanordnung aus einer Sonotrode, einer sonotrodenformflächenseitigen Spannschale und einer sonotrodengewindeseitigen Spannschale aufgebaut. Die Sonotrode wird wie in einem Gehäuse, welches durch die beiden Spannschalen gebildet wird, gehalten und zentriert. Dazu werden die sonotrodenformflächenseitige Spannschale von der Sonotrodenformfläche her und die sonotrodengewindeseitige Spannschale von der Sonotrodengewindeseite her auf die Sonotrode aufgeschoben und fest aber lösbar miteinander verbunden.
-
Die Sonotrode besitzt im Schwingungsknoten einen umlaufenden Bund, der mit konzentrisch und radial zur Sonotrodenachse angeordneten Schlitzen versehen ist, die durch Stege in ihrem Verlauf unterbrochen werden. Dadurch wird der Bund in einen inneren und einen äußeren Ring geteilt, sodass der innere Ring damit einstückig mit der Sonotrode und der äußere Ring nur noch über die Stege mit dem inneren Ring der Sonotrode verbunden ist.
-
Am Umfang des äußeren Sonotrodenringes befindet sich an definierter Stelle eine Passnut, die im Zusammenwirken mit einem Passstift in der sonotrodengewindeseitigen Spannschale eine reproduzierbare Lagefixierung der Sonotrode bei der Montage der Sonotrodenanordnung ermöglicht.
-
Die sonotrodenformflächenseitige Spannschale ist eine im Wesentlichen zylindrische, plane Scheibe mit zwei oder mehr auf einem Teilkreis, nahe dem Außendurchmesser, gleichmäßig verteilt angeordneten Gewindebohrungen und einer Passstiftbohrung. Mittig in der Spannschale ist eine Bohrung zum Durchgang der Sonotrode angeordnet. Auf der Spannseite der Spannschale verläuft, ausgehend von den Gewindebohrungen, je eine erhabene rechteckförmige Klemmleiste konvergierend auf die Spannschalenmitte zu und endet in einem definierten Abstand vor der Durchgangsbohrung. Die Durchmesser der Durchgangsbohrung und der Sonotrode am formflächenseitigen Ende sind so aufeinander abgestimmt, dass ein gleichmäßiger, umlaufender Spalt entsteht, der nur so groß ist, dass die Sonotrode frei schwingen kann. Der Außendurchmesser der Spannschale ist so bemessen, dass sie spielfrei in eine äußere Ausnehmung der sonotrodengewindeseitigen Spannschale eintauchen kann und dort zentriert wird.
-
Die sonotrodengewindeseitige Spannschale besitzt ebenfalls zentrisch eine Durchgangsbohrung für die Sonotrode, die in ihrem Durchmesser so auf den Durchmesser der Sonotrode am gewindeseitigen Ende abgestimmt ist, dass ebenfalls ein gleichmäßiger, umlaufender Spalt entsteht, der maßlich aber einer großzügigen Spielpassung entspricht.
-
Konzentrisch zur Durchgangsbohrung sind weiter eine ringförmige äußere Ausnehmung und darin eine weitere, tiefer liegende ringförmige innere Ausnehmung von der Spannseite her in diese Spannschale eingebracht. Aus dem Umfang dieser inneren Ausnehmung ragen, gleichmäßig am Umfang verteilt, zwei oder mehr leistenförmige Zentrierschultern heraus.
-
An diese Zentrierschultern anschließend verlaufen auf dem Boden der inneren Ausnehmung leistenförmige Klemmschultern, die in eine kreisringförmige Auflagefläche übergehen, die konzentrisch zur Durchgangsbohrung angeordnet ist. Die Klemmschultern und die kreisringförmige Auflagefläche sind ebenfalls erhaben und ragen aus dem Boden hervor. In der sonotrodengewindeseitigen Spannschale sind weiterhin, passend und korrespondierend zu den Gewindebohrungen in der sonotrodenformflächenseitigen Spannschale, zwei oder mehr Schraubenbohrungen und eine Passstiftbohrung eingebracht.
-
Die Schraubenbohrungen, die Zentrierschultern und die Klemmschultern liegen auf den gleichen Linien, die vom Umfang der Spannschale konvergierend zum Mittelpunkt der Spannschale verlaufen. Die Zentrierschultern am Umfang der inneren Ausnehmung und die Klemmschultern am Boden der inneren Ausnehmung sitzen damit an derselben Winkelposition.
-
Der Durchmesser der kreisringförmigen Auflagefläche entspricht maßlich dem Durchmesser des inneren Sonotrodenringes.
-
Die Passstiftbohrung mit dem Passstift dient zur Verdrehsicherung und Positionierung der Spannschalen zueinander und der Lagefixierung der Sonotrode in den Spannschalen. Dazu ist die Passstiftbohrung so in die Spannschale eingebracht, dass sie die innere Ausnehmung in der Spannschale und den Umfang des äußeren Sonotrodenringes „anschneidet” und eine Nut hinterlässt.
-
Die Spannschalen sind dabei zueinander so ausgerichtet, dass sich die Klemmschultern der sonotrodengewindeseitigen Spannschale und die Klemmleisten der sonotrodenformflächenseitigen Spannschale genau gegenüberliegen, wobei die Sonotrode innerhalb der Spannschalen so justiert ist, dass der äußere Sonotrodenring jeweils in Höhe des Endbereiches eines Schlitzes paarweise von den Klemmschultern und Klemmleisten geklemmt wird und die Passnut am gegenüberliegenden Endbereich eines Schlitzes sitzt, da die Schwingungsenergie an den Endbereichen der Schlitze am geringsten ist.
-
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich am äußeren Sonotrodenring in den Endbereichen der Schlitze begrenzte schwingungsfreie Bereiche ergeben. In diesen Bereichen setzen die Klemmschultern und Klemmleisten an und klemmen die Sonotrode nur an diesen schwingungsfreien Bereichen, so dass eine schwingungsdämpfungsarme Befestigung und Zentrierung erreicht wird.
-
Der Passstift im Zusammenwirken mit den Passstiftbohrungen in den Spannschalen justiert die Spannschalen und die Sonotrode reproduzierbar in dieser Lage.
-
Zur Komplettierung der Sonotrodenanordnung werden die Spannschalen auf die Sonotrode aufgeschoben und fest, aber lösbar miteinander verbunden, z. B. verschraubt und halten und justieren die Sonotrode quasi wie in einem Gehäuse. Die sonotrodenformflächenseitige Spannschale taucht dabei spielfrei in die äußere Ausnehmung der sonotrodengewindeseitigen Spannschale ein und wird zentriert.
-
Die Sonotrode liegt mit ihrem äußeren Sonotrodenring auf den Klemmschultern am Boden der inneren Ausnehmung der sonotrodengewindeseitigen Spannschale auf und wird durch die Zentrierschultern am Umfang der inneren Ausnehmung zentriert. Der innere Sonotrodenring liegt vollständig an der kreisringförmigen Auflagefläche am Boden der inneren Ausnehmung an und wird dort abgestützt. Die Klemmleisten der sonotrodenformflächenseitigen Spannschale spannen die Sonotrode nur am äußeren Sonotrodenring, sodass die Sonotrode quasi im äußeren Sonotrodenring „hängt” und frei schwingen kann. Eine auf die Sonotrodenformflächenseite wirkende Kraft wird durch die kreisringförmige Auflagefläche für den inneren Sonotrodenring kompensiert.
-
Die Spannschalen, die Sonotrode und die Passstiftbohrung mit dem Passstift sind so zueinander angeordnet, dass sich die Klemmschultern und die Klemmleisten gegenüber liegen und die Sonotrode jeweils im Endbereich eines Schlitzes spannen und dass die Passstiftbohrung mit dem Passstift am gegenüberliegenden Endbereich eines Schlitzes liegt.
-
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
-
Es wird eine Sonotrodenanordnung zum Einsatz in einem Spritzgießwerkzeug beschrieben. Hier kann die Einleitung von Ultraschallenergie in die Kavität eines Spritzgießwerkzeuges während des Formgebungsprozesses zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Spritzgießformteilen, insbesondere im Bindenahtbereich oder zur Verbesserung des Fließverhaltens der Kunststoffschmelze beitragen.
-
Es zeigen:
-
1 Sonotrodenanordnung im Längsschnitt
-
2 Sonotrode in der Draufsicht
-
3 Längsschnitt der Sonotrode gemäß der Linie A-A
-
4 sonotrodenformflächenseitige Spannschale
-
5 Längsschnitt der Spannschale gemäß der Linie A-A
-
6 sonotrodengewindeseitige Spannschale
-
7 Längsschnitt der Spannschale gemäß der Linie A-A
-
Die Sonotrodenanordnung ist aus der Sonotrode 1, der sonotrodenformflächenseitigen Spannschale 2 und der sonotrodengewindeseitigen Spannschale 3 aufgebaut, 1. Die Spannschale 2 wird vom formflächenseitigen Ende auf die Sonotrode 1 aufgeschoben und kommt am Bund der Sonotrode 1 zur Anlage. Vom gewindeseitigen Ende der Sonotrode 1 her wird die Spannschale 3 auf die Sonotrode 1 aufgeschoben, wobei der Bund der Sonotrode 1 und die Spannschale 2 jeweils in ringförmige Ausnehmungen in der Spannschale 3 eintauchen und dort zur Anlage kommen. Die Spannschalen 2 und 3 werden fest miteinander verschraubt ohne sich an den Stirnseiten zu berühren und spannen so die Sonotrode 1. Zwischen den Stirnseiten verbleibt ein Spalt.
-
Die Sonotrode 1 besitzt im Schwingungsnullpunkt einen Bund, der mit drei um 120° versetzt, konzentrisch und radial angeordneten Schlitzen 4 versehen ist, die durch Stege 5 in ihrem radialen Verlauf unterbrochen werden, so dass ein äußerer Sonotrodenring 6 und ein innerer Sonotrodenring 7 entstehen, wobei der innere Sonotrodenring 7 vollständig mit der Sonotrode 1 und der äußere Sonotrodenring 6 nur noch über drei Stege 5 mit dem inneren Sonotrodenring 7 und damit mit der Sonotrode 1 verbunden ist, 2 und 3.
-
Am Umfang des äußeren Sonotrodenringes 6 ist eine Passnut 8 an definierter Stelle angeordnet.
-
Nach den 4 und 5 ist die Spannschale 2 eine zylindrische, abgesetzte, plane Scheibe mit drei auf einem Teilkreis nahe dem Außendurchmesser um 120° versetzt angeordnete Gewindebohrungen 9. Ebenso ist eine Passstiftbohrung 10 in die Spannschale 2 eingebracht, die zur lagegerechten Fixierung der Sonotrode 1 innerhalb der Spannschalen 2 und 3 und der beiden Spannschalen 2 und 3 zueinander dient.
-
Ausgehend von den Gewindebohrungen 9 verlaufen je eine erhabene, rechteckförmige Klemmleiste 11 konvergierend auf die Mitte der Spannschale 2 zu und enden in einem definierten Abstand vor der Durchgangsbohrung 12 in der Spannschale 2. Die Klemmleisten 11 sind auf der dem Sonotrodenbund zugewandten Seite der Spannschale 2 angeordnet.
-
Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 12 in der Spannschale 2 und der Durchmesser der Sonotrode 1 am formflächenseitigen Ende sind so aufeinander abgestimmt, dass ein gleichmäßiger, umlaufender Spalt entsteht, der so groß ist, dass die Sonotrode 1 frei schwingen kann, aber so klein ist, dass ein Eindringen von Kunststoffschmelze, selbst unter hohem Druck, z. B. dem Spritzdruck, nicht möglich ist.
-
Der Außendurchmesser der Spannschale 2 ist so bemessen, dass sie spielfrei in die äußere Ausnehmung 13 der Spannschale 3 eintauchen kann und dort zentriert wird, 1, 7.
-
Die sonotrodengewindeseitige Spannschale 3, 6 und 7, besitzt eine Durchgangsbohrung 14 für die Sonotrode 1, wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrung 14 und der Durchmesser der Sonotrode 1 am gewindeseitigen Ende so aufeinander abgestimmt sind, dass ein gleichmäßiger, umlaufender Spalt entsteht, der maßlich aber einer großzügigen Spielpassung entspricht, 1.
-
Konzentrisch zur Durchgangsbohrung 14 sind von der dem Sonotrodenbund zugewandten Seite der Spannschale 3 her eine ringförmige äußere Ausnehnung 13 und eine weitere, tiefer liegende ringförmige innere Ausnehmung 15 angeordnet. Aus dem Umfang dieser inneren Ausnehmung 15 ragen drei um 120° versetzt angeordnete Zentrierschultern 16 für die Sonotrode 1 heraus. Passend und korrespondierend zu den Gewindebohrungen 9 in der Spannschale 2 sind in der Spannschale 3 drei um 120° versetzt angeordnete Schraubenbohrungen 17 und eine Passstiftbohrung 10' einbracht.
-
Auf dem Boden der inneren Ausnehmung 15 befinden sich drei um 120° versetzt angeordnete Klemmschultern 18 und eine kreisringförmige Auflagefläche 19, die konzentrisch zur Durchgangsbohrung 14 verläuft. Die Klemmschultern 18 und die Auflagefläche 19 sind erhaben und ragen aus dem Boden heraus.
-
Die Schraubenbohrungen 17, die Zentrierschultern 16 und die Klemmschultern 18 liegen jeweils auf den gleichen Linien, die konvergierend zum Mittelpunkt der Spannschale 3 verlaufen. Die Klemmschultern 18 schließen, am Boden verlaufend, an die Zentrierschultern 16 an und münden in die kreisringförmige Auflagefläche 19. Die Zentrierschultern 16 und die Klemmschultern 18 in der inneren Ausnehmung 15 sitzen damit an derselben Winkelposition.
-
Der Durchmesser der Auflagefläche 19 entspricht maßlich dem Durchmesser des inneren Sonotrodenringes 7.
-
Die Passstiftbohrungen 10 und 10' in den Spannschalen 2 und 3 und der Passstift 20, 1, dienen zur Verdrehsicherung und Positionierung der Spannschalen 2 und 3 und der Sonotrode 1 zueinander.
-
Zur Komplettierung der Sonotrodenanordnung wird die Sonotrode 1 mit ihrem gewindeseitigen Ende in die Spannschale 3 eingesteckt, wobei sie mit der Passnut 8 am Passstift 20 in der Spannschale 3 entlang geführt wird, so dass der äußere Sonotrodenring 6 dabei in die innere Ausnehmung 15 der Spannschale 3 eintaucht und spielfrei und in Form einer Presspassung an den Zentrierschultern 16 anliegt.
-
Gleichzeitig liegt der äußere Sonotrodenring 6 nur auf den Klemmschultern 18 auf, die erhaben auf dem Boden der inneren Ausnehmung 15 verlaufen.
-
Der innere Sonotrodenring 7 liegt vollständig auf der kreisringförmigen Auflagefläche 19 auf und wird dort abgestützt.
-
Zur Fixierung der Sonotrode 1 wird die Spannschale 2 auf das formflächenseitige Ende der Sonotrode 1 aufgesteckt, wobei die Mantelfläche der Spannschale 2 in die äußere Ausnehmung 13 der Spannschale 3 spielfrei eintaucht und die Klemmleisten 11 nur den äußeren Sonotrodenring 6 klemmen.
-
Der innere Sonotrodenring 7 liegt ausschließlich an der kreisringförmigen Auflagefläche 19 der Spannschale 3 an und wird nicht geklemmt.
-
Ebenso taucht der Passstift 20 in die Passstiftbohrung 10 der Spannschale 2 ein, wodurch eine winkelgetreue Positionierung der Spannschalen 2 und 3 zueinander erreicht wird.
-
Eine winkelgetreue Positionierung der Spannschalen 2 und 3 zueinander, d. h. dass sich die Klemmleisten 11 der Spannschale 2 und die Klemmschultern 18 der Spannschale 3 genau gegenüberliegen und nur den äußeren Sonotrodenring 6 an drei definierten Stellen klemmen.
-
Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 12 in der Spannschale 2 und der Außendurchmesser der Sonotrode 1 an der Formflächenseite sind so aufeinander abgestimmt, dass ein umlaufender, gleichmäßiger, minimaler Spalt entsteht, der so groß ist, dass die Sonotrode 1 frei schwingen kann.
-
Durch diese Sonotrodenanordnung wird erreicht, dass auf die Formfläche der Sonotrode 1 einwirkende große Kräfte vom inneren Sonotrodenring 7 und auch zum Teil von den Klemmstellen am äußeren Sonotrodenring 6 im Bereich der Klemmschultern 18 aufgenommen werden.
-
Um die Schwingungsdämpfung, die durch die Klemmung der Sonotrode 1 entsteht, zu minimieren, wird die Sonotrode 1 nur an ihrem äußeren Sonotrodenring 6 geklemmt und kann in allen anderen Bereichen, vor allem am kompletten inneren Sonotrodenring 7, frei schwingen.
-
Dazu ist die Klemmfläche auf die im Bereich Klemmschultern 18 und Zentrierschultern 16 anliegenden Flächen begrenzt. Die Klemmstellen befinden sich auf dem äußeren Sonotrodenring 6 jeweils an den Endbereichen der Schlitze 4, wo die Klemmschultern 18 im Zusammenwirken mit den Klemmleisten 11 die Klemmwirkung und Fixierung der Sonotrode 1 bewirken.
-
Im Endbereich eines Schlitzes, einer Klemmstelle gegenüberliegend, ist am Umfang des äußeren Sonotrodenringes 6 die Passnut 8 eingearbeitet, die mit dem Passstift 20 korrespondiert.
-
Die Anordnung und das Zusammenwirken der Passnut 8 und des Passtiftes 20 ermöglichen und sichern, dass die Sonotrode 1 beim Zusammenbau der Sonotrodenanordnung und in Funktion immer lagegenau in den Spannschalen 3 und 2 fixiert wird.
-
Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine Sonotrodenandordnung, bei der die Longitudinal- und Transversalschwingungen der Sonotrode nicht behindert werden und eine verlustarme Einbringung oder Übertragung der Schwingungsenergie in das Werkstück oder den Werkstoff möglich ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sonotrode
- 2
- sonotrodenformflächenseitige Spannschale sonotrodengewindeseitige Spannschale
- 4
- Schlitze
- 5
- Stege
- 6
- äußerer Sonotrodenring
- 7
- innerer Sonotrodenring
- 8
- Passnut
- 9
- Gewindebohrung
- 10/10'
- Passstiftbohrung
- 11
- Klemmleiste
- 12
- Durchgangsbohrung
- 13
- äußere Ausnehmung
- 14
- Durchgangsbohrung
- 15
- innere Ausnehmung
- 16
- Zentrierschulter
- 17
- Schraubenbohrung
- 18
- Klemmschulter
- 19
- kreisringförmige Auflagefläche
- 20
- Passstift
