DE8814470U1

DE8814470U1 - Ultraschallbearbeitungswerkzeug

Info

Publication number: DE8814470U1
Application number: DE8814470U
Authority: DE
Original assignee: DIETER HANSEN AG WATTWIL CH
Current assignee: DIETER HANSEN AG WATTWIL CH
Priority date: 1988-11-19
Filing date: 1988-11-19
Publication date: 1989-01-12

Description

zugelassene vp,rv'pjp,t<ineim

DiPL.-PHYS. BUSE -DiPL-PHYS. MENTZEL dipl.-ing. LUDEWIG

tlnterdörnen 114 Postfach 200210 · 5^r-ri0 Wuppertal 2 ■ Telefon (020,?) B5/022/23/24 ■ Telex 859160G wpat ■ Telefax 0202/57 1501

09 ^r>600 Wuppertal 2, den

Kermwort: I rager nabe für S mint rode

Firma Dieter Hansen aG., Ebnaterstraße, CH-963o Wattwil (Schweiz) Ultraschallhearbeitungswerkzeug

Ein Ultraschallbearbeitungswerkzeug gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 36 06 305 bekannt. In dieser Schrift ist ein Ultraschallbearbeitungswerkzeug umfassend einem Ultraschallwandler, einem Verstärker und eine Sonotrode beschrieben. Die Sonotrode hat an ihrem einen Stirnerde eine Zentrierschulter und eine zentrale Gewindebohrung zur Befestigung am Verstärker. An ihrem anderen Stirnende trägt sie eine Werkzeugkrone· Diese Ausbildung der Sonotrode hat sich bewährt. Allerdings ist deren Herstellung aufwendig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Sonotrode der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass sie preiswert herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung kann die Sonotrode als Verschleissteil leicht von der Nabe gelöst und gegen eine neue, billig herstellbare Sonotrode ausgetauscht, in die Nabe eingepresst und auf Rundlauf geprüft werden. Durch die hochpräzis geschliffene Zentrierschulter; der Nabe kann dann die Sonotrode am Ultraschallwandler exakt ausgerichtet befestigt werden, so dass die Werkzeugwechselzeiten kurz gehalten werden

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Nachfolgend wird ein Ausführunjsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform, und

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform.

Das Ultraschallbearbeitungswerkzeug gemäss Fig. 1 besteht aus einer Sonotrode 1 und einer Nabe 2. Die Sonotrode 1 besteht vorzugsweise aus Chromnickelstahl DIN 14NiCrl4 (ISO Nr. 1.5752) und ist rotationssymmetrisch, rohrförmig ausgebildet mit einer zentralen Durchgangsbohrung 3 zum Absaugen von Schleifemulsion oder zur Zufuhr einer Spulflüssigkeit. Sie hat oben einen dickeren, zylinderischen Abschnitt 4 und unten einen dünneren zylindrischen Abschnitt 5. Der Uebergang zwischen den Abschnitten 4 und 5 liegt etwa in einer Knotenebene 6. Die Länge der Sonotrode 1 entspricht ungefähr der halben Wellenlänge im Sonotrodenmaterial bei der Arbeitsfrequenz, z.B. 2OkHz. Durch diese Ausbildung wird an der Sonotrode 1 eine Verstärkung der Schwingungsamplitude erreicht. Am unterem Ende ist in die Sonotrode 1 eine rohrförmige Werkzeugkrone 7 eingesetzt. Diese ist am unteren Ende mit Hartstoffkörnern 8 beschichtet, zweckmässig aus Diamant oder kubischem Bornitrid. Am oberen Ende

hat die Sonotrode 1 einen selbsthonunen'' ^n Aussenkonus 9 von etwa 3° Oeffnungswinkel. Der Konus 9 ist in einem gegengleichen Innenkonus 10 der Nabe 2 eingepresst. Die Nabe 2 besteht aus einem Einsatzhärtbaren Chromnickelstahl, vorzugsweise ebenfalls aus dem Stahl DIN 14NiCrl4. Im Unterschied zur Sonotrode 1 ist die Nabe 2 einsatzgehärtet. Sie hat ebenfalls eine durchgehende axiale Bohrung bestehend aus dem Konus 10 und einer anschliessenden Gewindebohrung 11. Die Nabe 2 hat einen Flansch 12 mit einer ebenen Stirnfläche 13. Am oberen Ende ist ein Steilkonus 14 von etwa 16° Oeffnungswinkel angeformt. Die Fläche 13, der Steilkonus 14 und der Konus 10 sind präzisionsgeschliffen.

Anschliessend an den Aussenkonus 9 hat die Sonotrode 1 eine ebene Stirnfläche 15, welche bei eingesetzter Sonotrode an einer Stirnfläche 16 der Nabe 2 anliegt. Dadurch wird erreicht, dass die Konen 9, 10 kurz gehalten werden können und trotzdem eine präzise achsiale Flucht von Sonotrode 1 und N&be 2 eingehalten werden kann. Im vorliegenden Anwendungsfall ist es im Gegensatz zu allen bekannten Anwendungsfällen von selbsthemmenden Konusverbindungen wichtig, den Konus kurz auszubilden. Die Konusverbindung wird nämlich hier annähernd in einen Schwingungsbauch gelegt, wo die Bewegungsamplituden maximal, die Kraftamplituden dagegen minimal sind. Avis diesem

Grund muss die Konusverbindung nur geringe Kräfte übertragen, wenn die Konen kurz sind. Vorzugsweise ist die tragende Länge des Konus 9, d.h. die Länge der Kontaktflache mit dein Konus kleiner als sein grösster Durchmesser.

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Das zusammengebaute Werkzeug bestehend aus Sonotrode 1 und Nabe 2 wird am Stirnende eines Verstärkers 20 eines L'Ltraschallbearbeitungswerkzeuges montiert, dass z.B. gemäss DE-OS 36 06 305 ausgebildet sein kann. Der Steilkonus 14 sitzt in einem gegengleichen, präzisionsgeschliffenen Innenkonus 21 und ist in diesem exakt zentriert. Gleichzeitig liegt die Stirnfläche 13 an einer geschliffenen Gegenfläche 22 des Verstärkers 20 an zur Sicherung der akustischen Kopplung. Die Nabe 2 ist mit einer Differenzialschraube 23 am Verstärker 20 befestigt. Auch diese Differenzialschraube 23 hat eine Duchgangsbohrung 24. Durch die Differenzialschraube kann die Nabe 2 ohne Verdrehen gegenüber dem Verstärker angezogen werden.

Bei den Ausführungsformen nach Figuren 2 und 3 werden für analoge Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.^ so dass sich eine detaillierte Beschreibung erübrigt. Beide Ausführungsformen sind für grössere Bohrungsdurchmesser ausgebildet. Die Sonotroden 1 haben entsprechend grösseren Durchmesser als die Sonotrode 1 nach Fig. 1. Im Unterschied zur Aus führungsform nach Fig. 1 ist bei den Ausführungsformen nach Fic. 2 und 3 der selbsthemmende Konus 9 als Innenkonus ausgebildet, Dementsprechend ist der Konus 10 der Nabe 2 ein Aussenkonus. Die Werkzeugkrcne 7 ist hier einstückig mit der Sonotrode 1 ausgebildet.

Die beschriebenen Bearbeitungswerkzeuge haben eine sehr einfach aufgebaute Sonotrode 1, die deshalb preiswert herstell-

bar ist. Wenn die Sonotrode 1 verschlissen ist, wird nach Demontage vom Ultraschallwerkzeug die Sonotrode 1 von der Nabe

2 abgezogen, und auf die Nabe 2 wird eine neue Sonotrode 1 aufgepresst. Die Nabe 2 ist also mehrfach verwendbar. Nach dem Einpressen der Sonotrode 1 in die Nabe 2 kann noch der Rundlauf geprüft werden. Durch die präzisionsgeschliffenen Flächen 13, 14 der Nabe 2 ist nach dem Einsetzten des Bearbeitungswerkzeuges im Ultraschallwerkzeug keine Nachkontrolle oder Nachbearbeitung erforderlich. Die Sonotrode 1 mit der Nabe 2 können daher durch einen autostiatischen Werkzeugwechsler eingesetzt werden. Dadurch wird eine rationelle Ultraschallbearbeitung in Bearbeitungsautomaten ermöglicht. Wenn die Werkzeugkrone 7 mit Hartstoffkörnern 8 beschichtet ist, kann das beschriebene Werkzeug auch zum Ultraschall unterstützten Schleifen eingesetzt werden. Dazu ist die präzise Zentrierung durch die beschriebene Ausbildung der Nabe 2 von ausschlaggebender Bedeutung. In diesem Fall dient die zentrale Bohrung

3 durch die Sonotrode 1 zur Zufuhr einer Spülflüssigkeit, z. B. von Wasser.

Claims

PATENTANWÄLTE :· ·:

zugelassene Vetter Jfeim EbropÄisch'eo Patentamt

DiPL-PHYS. BUSE -DiPL-PHYS. MENTZEL · dipl-ing. LUDEWIG

Urtterdörnen 114 - Pottfich 200210 · 5600 Wuppertt! 2 · Telefon (0202) 557022/23/24 · Telex 859160S wpat · Telefax 0202/571501

89 5600 Wuppertal 2, den

Kennwort: Trägernabe für Sonotrode

Firma üieter Hansen AG., Ebnaterstraße, CH-963o Wattwil (Schweiz)

Ansprüche :

*· Ultraschallbearbeitungswerkzeug umfassend eine Sonotrode (1), die an ihrem ersten Stirnende mit einem Ultraschallwandler verbindbar ist und an ihrem zweiten Stirnende eine Werkzeugkrone (7) zur Bearbeitung eines Werkstücks trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (1) am ersten Stirnende mit einem selbsthemmenden Konus (9) in eine Nabe (2) eingesetzt ist, die austauschbar lösbar mit einer Zentrierschulter (14) und einem zentralen Befestigungsorgan (11) am Ultraschallwandler befestigbar ist, und die in Achsrichtung gemessen wesentlich kürzer als die Gesamtlänge der Sonotrode (1) ist.

²· Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierschulter (14) konisch ist.

³· Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) anschliessend an di'j Zentrierschulter (14) eine ebene Fläche (13,) zur Anlage an einer planen Gegenfläche (22) des Wandlers aufweist.

⁴· Werkzeug nach Anspruch 3,' dadurch gekennzeichnet,

dass die Zentrierschulter (14) und die Fläche (M) gehärtet

und geschliffen sind.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (1) und die Nabe (2) Durchgang sbohrungen (3/10,11) aufweisen zum Absaugen von Schleifemulsion oder zur Zufuhr von Spülflüssigkeit.

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aas Befestigungsorgan (11) der Nabe (.?) eine koaxiale Gewindebohrung ist.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkrone (7) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkrone (7) mit Hartstoffkörnern, insbesondere aus Diamant oder kubischem Bornitrid, beschichtet ist.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Konus (9) der Sonotrode (I) eine ebene Stirnfläche (15) anschliesst, die ar einer ebenen Stirnfläche (16) der Nabe (2) anliegt.

10. Werkzeug nach einrm der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende axiale Länge des Konus (9) jeringer ist als sein grösster Durchmesser.