DE3925788C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten einer Ultraschallvibrationseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 33 06 841 be­ kannt. Diese Druckschrift beschreibt ein Ultraschall-Bear­ beitungswerkzeug mit einer Haltevorrichtung, die unter an­ derem aus einem Zylinder besteht, und in der ein am Vibrator angebrachter Kolben mittels beidseitiger Druckbeaufschlagung das Werkzeug führt und steuert.

Aus der DE-OS 28 45 188 ist ferner eine Zentriereinrichtung für einen hydraulischen Schwingungserreger bekannt, die mit hydraulischer Steuerung mittels Kabeln und zwei Beaufschla­ gungszylindern für einen Vibrator versehen ist.

Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend auf Fig. 2 vorliegender Anmeldung Bezug genom­ men, die einen Längsschnitt durch eine weitere Vorrichtung zum Halten einer Ultraschall-Vibrationseinrichtung zeigt, die in der nicht vorveröffentlichten JP-A 63-1 93 699 be­ schrieben ist.

Gemäß Fig. 2 erzeugt ein Ultraschallvibrator 1 Ultraschall­ schwingungen und weist die Gestalt einer Säule auf. Ein Ul­ traschallvibrationsübertrager 2 ist mit dem Boden des Ultra­ schallvibrators 1 koaxial verbunden. An den Boden des Über­ tragers 2 ist ein Werkzeug 3 zur Ausführung eines Bearbei­ tungsvorganges durch Anwendung von Ultraschallvibration an­ geschlossen. An der äußeren Umfangsoberfläche des Übertra­ gers 2 sind, nahe am oberen und unteren Ende, Flanschen 4a und 4b fest am Übertrager angeordnet, die als Kolben arbeiten. Ein Zylinder 5 umschließt die Flanschen 4a und 4b derart, daß sie in axialer Richtung des Zylinders auf und ab gleiten können. Versorgungsmechanismen 7a und 7b speisen ein unter Druck gesetztes Fluid, beispielsweise Druckluft, in die zwischen den Flanschen 4a und 4b und beiden Enden des Zylinders 5 vorhandenen Räume 6a und 6b. Die Mechanismen besitzen Speiseleitungen 8a und 8b, die von einer (nicht dargestellten) Druckfluidquelle herkommen, mit den genannten Räumen verbunden sind und Steuerventile 9a und 9b aufweisen, welche unabhängig voneinander gesteuert werden. Im Zylinder 5 ist eine Öffnung 11 angebracht, so daß der Zwischenraum 10 zwischen den Flanschen 4a und 4b des Zylinders mit der äußeren Umgebung in Verbindung steht.

Im folgenden wird die Betriebsweise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung beschrieben. Wenn die Steuerventile 9a und 9b geöffnet sind, wird das unter Druck gesetzte Fluid, beispielsweise Druckluft, von der Druckfluidquelle her in die Räume 6a und 6b gespeist, so daß die Vibrationseinrichtung aus Ultraschallvibrator 1 und Vibrationsübertrager 2 zum Schwimmen gebracht wird. Der Vibrator 1 wird dann durch Wechselstromenergie angetrieben, so daß er Ultraschallvibrationen entsprechend der Frequenz der Wechselstromenergie erzeugt. Die Ultraschallvibrationen werden über den Ultraschallvibrationsübertrager 2 auf das Werkzeug 3 übertragen, so daß das Werkzeug die Ultraschallbearbeitung eines Werkstückes ausführt. Dabei werden die mit dem Übertrager 2 fest verbundenen Flansche 4a und 4b einer Ultraschallschwingung ausgesetzt; jedoch ist die Reibung zwischen der Innenoberfläche des Zylinders 5 und den Flanschen sehr gering. Deshalb kann die Ultraschallvibrationseinrichtung ungehindert in Richtung der Ultraschallschwingung gleiten und frei um die Achse der Einrichtung drehen, die sich in Richtung der Ultraschallschwingung erstreckt. Auch wenn sich die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems ändert, wird die Ultraschallschwingung des Übertragers 2 durch nichts behindert, weil der Übertrager 2 schwimmend im Zylinder 5 gehalten wird, wie ein Resonator ohne festgehaltenes Ende. Aus diesem Grund bleibt die durch den Übertrager übertragene Energie der Ultraschallschwingung ohne Verlust.

Zwischen dem Druck des Fluids in Raum 6a und dem Druck des Fluids in Raum 6b kann eine Differenz eingestellt werden, so daß nicht nur die Ultraschallvibrationseinrichtung getragen wird, sondern auch der Druck der Ultraschallbearbeitung auf das Werkstück wahlweise eingestellt werden kann.

Wenn die Amplitude der Ultraschallvibration der von der Vorrichtung getragenen Einrichtung bei der Übertragung der Vibration auf das Werkzeug 3 vergrößert werden soll, wird ein Vibrationsvergrößerer 12 am Boden des Vibrationsübertragers 2, koaxial unterhalb des Bodens des Zylinders 5, angeschlossen, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Vibrationsvergrößerer überträgt die Ultraschallschwingung vom Übertrager auf das am Boden des Vergrößerers angeschlossene Werkzeug, wobei die Amplitude der Vibration vergrößert und das Werkzeug veranlaßt wird, eine Ultraschallvibration mit der vergrößerten Amplitude auszuführen.

Wenn der Vibrationsvergrößerer 12 an den Boden des Vibrationsübertragers 2 zur Vergrößerung der Amplitude der Ultraschallvibration angekoppelt ist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, vergrößert sich die Länge der Ultraschallvibrationseinrichtung sowie die Beweglichkeit der Einrichtung im Bereich des Werkzeuges 3 und nimmt in Richtung senkrecht zur Vibration zu. Damit entsteht ein Problem.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Halten einer Ultraschallvibrationseinrichtung zu schaffen, bei der die Amplitude der Ultraschallvibration der Einrichtung ohne Veränderung der Länge der Einrichtung vergrößert wird, und ohne daß die Beweglichkeit der Einrichtung im Bereich des Werkzeuges in Richtung senkrecht zur Vibration erhöht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird, um die mit zwei Flanschen und einem Zylinder versehene Ultraschallvibrationseinrichtung zu halten, die Querschnittsfläche des einen Endabschnittes des Innenraumes des Zylinders gegenüber derjenigen des anderen Endabschnittes des Zylinders unterschiedlich groß gemacht, und einer der Flanschen wird im Außendurchmesser gegenüber dem anderen Flansch unterschiedlich groß gemacht und in den einen Endabschnitt eingefügt.

Da die Querschnittsfläche des einen Endabschnittes des Innenraumes des Zylinders der Einrichtung erfindungsgemäß gegenüber derjenigen des anderen Endabschnittes des Innenraumes unterschiedlich groß, und einer der Flanschen der Vorrichtung im Außendurchmesser unterschiedlich groß gegenüber demjenigen des anderen Flansches gemacht und in den einen Endabschnitt des Innenraumes eingefügt wird, wird die Amplitude der Ultraschallvibration der Einrichtung in der Längsrichtung derselben ohne Vergrößerung der Baulänge der Einrichtung erhöht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 stellt einen Längsschnitt dar, der eine Vorrichtung zum Halten einer Ultraschallvibrationseinrichtung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 stellt einen Längsschnitt dar, der eine bereits vorgeschlagene Vorrichtung zum Halten einer Ultraschallvibrationseinrichtung zeigt; und

Fig. 3 stellt eine Schnittansicht durch die in Fig. 2 gezeigte und mit einem Vibrationsvergrößerer ausgerüstete Vorrichtung dar.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Gleiche Bezugszeichen in den Fig. 1, 2 und 3 kennzeichnen gleiche oder entsprechende Teile. Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung zum Halten einer Ultraschallvibrationseinrichtung mit einem Ultraschallvibrator 1 und einem Ultraschallvibrationsübertrager 2 einen Zylinder 5 auf, der am Boden des Zylinders einen Abschnitt 5a mit einem kleinen Innendurchmesser besitzt, so daß die Querschnittsfläche des Innenraumes des Zylinders am Boden kleiner ist als im Mittelabschnitt und am oberen Ende desselben. Der Übertrager 2 weist am Boden einen Abschnitt 2a mit einem kleinen Außendurchmesser auf. Ein unterer Flansch 4b, der im Außendurchmesser kleiner als ein oberer Flansch 4a ist, ist an der äußeren Umfangsoberfläche des Abschnittes 2a mit dem kleineren Außendurchmesser fest mit diesem Abschnitt verbunden und in den Abschnitt 5a des Zylinders 5 mit dem kleineren Innendurchmesser so eingepaßt, daß der Flansch in Achsrichtung des Zylinders auf und ab gleiten kann. Mit Ausnahme der soeben beschriebenen Merkmale besitzt die Vorrichtung den gleichen Aufbau wie die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung.

Nunmehr wird die Betriebsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung erläutert. Die Ultraschallvibrationseinrichtung, bei der der Vibrationsübertrager 2 die Ultraschallschwingung des Ultraschallvibrators 1 auf das Werkzeug 3 zum Zwecke der Ultraschallbearbeitung überträgt, wird in der gleichen Weise schwimmend gehalten wie die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung. Damit ist gemeint, daß die mit der äußeren Umfangsoberfläche des Übertragers 2 fest verbundenen Flanschen 4a und 4b in den Zylinder 5 so eingepaßt sind, daß die Beweglichkeit der Einrichtung in Richtung senkrecht zur Ultraschallvibration gering ist. Die Ultraschallvibrationseinrichtung wird durch ein in den Räumen 6a und 6b unter Druck stehendes Fluid so gehalten, daß die Beweglichkeit der Einrichtung in Richtung der Ultraschallvibration groß ist. Weiter wird bei dieser Ausführungsform die Amplitude der Ultraschallvibration ohne Vergrößerung der Baulänge der Ultraschallvibrationseinrichtung erhöht, weil der Querschnitt des Übertragers 2 und des Innenraumes des Zylinders 5 am oberen Ende größer als am Bodenende ist und weil der obere Flansch 4a im Außendurchmesser größer als der untere Flansch 4b ist.

Wenn auch die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung als Ultraschallbearbeitungseinrichtung eingesetzt wird, ist die Erfindung doch nicht darauf beschränkt und kann auch bei anderen Geräten verwendet werden, wie beispielsweise bei einem Ultraschallkunststoffschweißer, bei dem der gleiche Effekt wie bei der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden kann. Wie oben beschrieben, werden bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Halten einer Ultraschallvibrationseinrichtung zwei Flanschen, die als Kolben wirken, an der äußeren Umfangsoberfläche eines mit einem Ultraschallvibrator verbundenen Vibrationsübertragers angebracht, wobei ein unter Druck stehendes Fluid in Räume zwischen den Flanschen und beiden Enden des Zylinders eingespeist wird. Die Querschnittsfläche des einen Endabschnittes des Innenraumes des Zylinders ist gegenüber derjenigen des anderen Endabschnittes des Innenraumes verschieden groß gemacht. Einer der Flanschen ist im Außendurchmesser gegenüber dem Außendurchmesser des anderen Flansches unterschiedlich groß gemacht und in den einen Endabschnitt des Innenraumes des Zylinders eingefügt. Dementsprechend wird die Ultraschallvibrationseinrichtung ohne ortsfestes Halterungsende schwimmend gehalten, wobei die Position der Flanschen nicht auf die des Knotens der Ultraschallschwingung beschränkt ist, die Resonanzfrequenz der Einrichtung sich leicht infolge der Veränderung des Vibrationssystems ändern kann, die Beweglichkeit der Einrichtung in Richtung senkrecht zu derjenigen der Ultraschallvibration der Einrichtung klein ist, und wobei die Amplitude der Vibration ohne Vergrößerung der Baulänge der Einrichtung vergrößert wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Halten einer Ultraschallvibrationseinrichtung

• - mit einem Ultraschallvibrator (1);
• - mit einem Vibrationsübertrager (2), der mit dem Ende des Ultraschallvibrators (1) koaxial verbunden ist;
• - mit einem Zylinder (5), in dem eine Kolbeneinrichtung (4a, 4b) in Zylinderachsrichtung beweglich angeordnet ist; und
• - mit Versorgungsmechanismen (7a, 7b) zur Einspeisung eines unter Druck stehenden Fluids in die beiden zwischen der Kolbeneinrichtung (4a, 4b) und beiden Enden des Zylinders (5) angeordneten Räume,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kolbeneinrichtung zwei beabstandete als Kolben wirkende Flansche (4a, 4b) mit unterschiedlich großen Außendurchmessern aufweist, die auf der äußeren Umfangsfläche des Vibrationsübertragers (2) angeordnet sind; und
• - daß der Zylinder (5) einen Innenraum mit Endabschnitten (6a, 6b) aufweist, deren innere Querschnittsflächen unterschiedlich groß sind und in die die Flansche (4a, 4b) eingepaßt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Werkzeug (3) zur Ultraschallbearbeitung aufweist, wobei das Werkzeug (3) an ein Ende des Vibra­ tionsübertragers (2) angekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Flansches (4b) in der Nähe des Werkzeuges kleiner als derjenige des anderen Flan­ sches (4a) bemessen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des einen Endes des Zylinderinne­ ren (6b) in der Nähe des Werkzeuges (3) kleiner als die­ jenige des anderen Endes des Zylinderinneren (6a) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsmechanismen (7a, 7b) Speiseleitungen (8a, 8b) und Steuerventile (9a, 9b) aufweisen, wobei die Spei­ seleitungen (8a, 8b) unabhängig voneinander gesteuert werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (5) eine Öffnung (11) in seinem Mittel­ abschnitt aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationsübertrager (2) einen Abschnitt (2a) mit kleinem Außendurchmesser besitzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschen (4a, 4b) an jeder beliebigen Stelle des Vi­ brationsübertragers angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschen (4a, 4b) an jeder beliebigen Stelle des Vi­ brationsübertragers (2) angeordnet sind, mit Ausnahme an derjenigen der Knoten der Ultraschallvibration.