DE3925788C2 - - Google Patents
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- DE3925788C2 DE3925788C2 DE3925788A DE3925788A DE3925788C2 DE 3925788 C2 DE3925788 C2 DE 3925788C2 DE 3925788 A DE3925788 A DE 3925788A DE 3925788 A DE3925788 A DE 3925788A DE 3925788 C2 DE3925788 C2 DE 3925788C2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
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.
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Family Applications (1)
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