CH688188A5

CH688188A5 - Ultraschall-Schneidgeraet.

Info

Publication number: CH688188A5
Application number: CH00856/94A
Authority: CH
Inventors: Masahiko Yano
Original assignee: Suzuki Motor Co
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1997-06-13
Also published as: DE4406247C1

Description

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CH 688 188 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Schneidgerät gemäss dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruches. Das Ultraschall-Schneidgerät ist geeignet, die Ebenheit einer Schneidmesser-Einbauöffnung zu steigern und die Einpassgenauigkeit eines Schneidmessers in die Schneidmesser-Einbauöffnung zu erhöhen.

Als bisher üblich ist ein Ultraschall-Schneidgerät bekannt, das ein Schneidmesser aufweist, das Ultraschall-Schwingungen ausgesetzt wird, um damit Werkstücke zu bearbeiten. Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Ultraschall-Schneidgerätes, welches Elektroden 1 und 2, piezoelektrische Körper 3 und 4, einen verschraubten Vibrator 7, ein Horn 8 und ein Schneidmesser 10 enthält. Die Elektroden 1 und 2 stehen in elektrischer Verbindung mit einer nicht abgebildeten Hochfrequenz-Leistungsquelle. Die piezoelektrischen Körper 3 und 4 erzeugen Ultraschallwellen, wenn ein elektrischer Strom von der Leistungsquelle zu den Elektroden 1 und 2 fliesst. Der verschraubte Vibrator 7 besteht aus Aluminiumblöcken 5 und 6 und ähnlichen Teilen, zwischen welchen die piezoelektrischen Körper 3 und 4 gehalten werden. Das Horn 8 ist mit dem Vibrator 7 verbunden. Das Schneidmesser ist abnehmbar in eine Einbauöffnung 9 eingepasst, welche an einem abliegenden Endabschnitt des Horns 8 gebildet wird.

Die Schneidmesser-Einbauöffnung 9 des Horns 8 wird durch elektroerosive Bearbeitung gebildet. Die Fig. 5 veranschaulicht die Schneidmesser-Einbauöffnung 9, von welcher eine Querschnittform zum Umschliessen einer Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A sichtbar ist. Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, wird beim Einpassen des Schneidmessers 10 in die Schneidmesser-Einbauöffnung 9 eine Messeroberfläche 10A des Schneidmessers 10 auf eine Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A der Schneidmesser-Einbauöffnung 9 gelegt. Als nächstes wird ein Schraubenbolzen 8B in ein Schraubenloch 8A eingeschraubt, dessen eine Öffnung an einer Stelle längs des Kreisumfanges des Horns 8 definiert wird. Alsdann wird der Schraubenbolzen 8B festgezogen, um die Messeroberfläche 10A auf der Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A zu befestigen. Das Schneidmesser 10 wird damit innerhalb der Einbauöffnung 9 angebracht. In diesem Fall wird ein (nicht gezeigtes) Einstellwerkzeug verwendet, um das Schneidmesser 10 an einer zentralen Position der Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A in Querrichtung der Schneidmesser-Einbauöffnung 9 zu plazieren. Das Schneidmesser 10 wird in dieser Lage darin eingepasst.

Bei der Betätigung des Ultraschall-Schneidgerätes wird eine Spannung (Signal) aus der Hochfrequenz-Leistungsquelle auf eine Resonanzfrequenz eines mechanischen Systems abgestimmt, welches aus dem verschraubten Vibrator 7, dem Horn 8 und dem Schneidmesser 10 besteht. Die abgestimmte Spannung wird dann an die Elektroden 1 und 2 angelegt. Damit werden mechanische Ultraschall-Schwingungen zum Schneidmesser 10 mittels Reibung übertragen, welche auftritt, wenn das

Schneidmesser 10 gegen Seitenwand-Abschnitte 9B und den Schraubenbolzen 8B gedrückt wird, wobei die Seitenwand-Abschnitte 9B einen Bestandteil der Schneidmesser-Einbauöffnung 9 bilden.

Bei der oben beschriebenen bisherigen Technik wird ein Horn 8 mit einer Einbauöffnung 9 durch elektroerosive Bearbeitung gebildet. Demgemäss kann die Elektrodenabnützung oder können die metallischen Korngrenzen zum Beispiel feine Unregelmässigkeiten an einer Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A der Schneidmesser-Einbauöffnung 9 verursachen, wie in der Fig. 7 gezeigt wird. Weiter können sekundäre elektrische Entladungen und dergleichen ein Phänomen produzieren, bei welchem ein zentraler Abschnitt der Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A gekerbt wird. Das Ultraschall-Schneidgerät ist derart angeordnet, dass es rei-bungsmässig mechanische Ultraschall-Schwingungen zu einem Schneidmesser 10 überträgt, wobei die mechanischen Ultraschall-Schwingungen durch einen verschraubten Vibrator 7 erzeugt werden. Dieser Aufbau weist Probleme auf, wie der Bruch des Schneidmessers 10 oder das Auftreten eines exothermischen Phänomens, falls das Schneidmesser 10 auf einer nicht gleichmässig ausgeebneten Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A unter Druckkontakt auf ihr befestigt wird, oder falls das Schneidmesser 10 unter einem ungeeigneten normalen Freiwinkel, bezogen auf die Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A, bei der Befestigung auf dieser positioniert wird.

Damit die obengenannten Probleme beseitigt werden, sind drei Verfahren notwendig, welche die Ausrichtung, Vorbearbeitung und Feinbearbeitung umfassen, um die Genauigkeit der elektroerosiven Bearbeitung während der Bildung der Einbauöffnung im Horn zu erhöhen. Dieser Schritt schafft jedoch Probleme der Erhöhung des Mann-Tage-Auf-wandes bzw. der damit verbundenen Kosten. Ein weiteres Problem entsteht dadurch, dass das Schneidmesser 10 in der Schneidmesser-Einbauöff-nung 9 auf unbequeme Art eingepasst wird, da ein Einstellwerkzeug verwendet werden muss, damit das Schneidmesser 10 am zentralen Abschnitt der Schneidmesser-Einpassoberfläche 9A positioniert wird.

Angesichts der obengenannten Tatsachen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschall-Schneidgerät zu schaffen, welches dafür geeignet ist, dass ein Schneidmesser in einer Schneidmes-ser-Einbauöffnung in die richtige Lage eingepasst werden kann, und welches im weitem eine Verbesserung der Leitfähigkeit der Ultraschall-Schwingungen zum Schneidmesser verwirklicht. Diese Eigenschaften werden durch Verbesserungen von inhärenten Unzulänglichkeiten der obenbeschriebenen bisherigen Technik erreicht, besonders bei der Ebenheit einer Schneidmesser-Einpassoberfläche der Schneidmesser-Einbauöffnung in einem Horn.

Damit das obenerwähnte Ziel erreicht wird, ist die vorliegende Erfindung auf ein Ultraschall-Schneidgerät ausgerichtet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schneidmesser-Einbauöffnung durch Ausfräsung gebildet wird und in der

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Abmessung in Querrichtung geringfügig grösser als das Schneidmesser ist, wobei die Schneidmesser-Einbauöffnung so ausgelegt ist, dass sie eine Schneidmesser-Einpassoberfläche aufweist, die an einem zentralen Abschnitt der Schneidmesser-Einbauöffnung in deren Querrichtung definiert wird, und wobei die Schneidmesser-Einbauöffnung im weitern mit vertieften Abschnitten auf beiden Seiten der Schneidmesser-Einpassoberfläche ausgebildet wird.

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine Schneidmesser-Einbauöffnung eines Ultraschall-Schneidgerätes derart durch Ausfräsung gebildet, dass diese in der Abmessung in Querrichtung etwas grösser als ein Schneidmesser ist. Zusätzlich ist die Schneidmesser-Einbauöffnung so ausgelegt, dass sie eine Schneidmesser-Einpassoberfläche und vertiefte Abschnitte aufweist, die an einem zentralen Abschnitt der Schneidmesser-Einbauöffnung in deren Querrichtung, bzw. auf beiden Seiten der Schneidmesser-Einpassoberfläche definiert ist/sind. Dieser Aufbau kann die Ebenheit der Schneidmesser-Einpassoberfläche im Vergleich zu beliebigen, konventionellen, durch elektroerosive Bearbeitung gebildeten Schneidmesser-Einbauöffnungen steigern. Diese Eigenschaft erlaubt es, das Schneidmesser in der Schneidmesser-Einbauöffnung in die richtige Lage einzupassen, und sie kann im weitern die Leitfähigkeit der Ultraschall-Schwingungen zum Schneidmesser verbessern. Ausserdem ist es möglich, Unzulänglichkeiten wie Schneidmesser-Brüche oder das Auftreten eines exothermischen Phänomens zu bewältigen, welche beide durch ungenügende Ebenheit einer beliebigen, konventionellen, durch elektroerosive Bearbeitung gebildeten Schneidmesser-Einpassoberfläche verursacht werden. Es ist ebenfalls möglich, eine weitere Unzulänglichkeit in Form hoher Kosten und dergleichen zu beseitigen, welche aus der Durchführung einer Vielzahl von Verfahren der Ausrichtung, Vorbearbeitung und Feinbearbeitung und dergleichen zur Erhöhung der Genauigkeit der elektroerosiven Bearbeitung resultiert.

Eine Ausführungsform, die die vorliegende Erfindung enthält, wird nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Die Fig. 1 eine Querschnittansicht, die einen Schneidmesser-Einbauabschnitt einer Schneidmesser-Einbauöffnung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

die Fig. 2 eine Grundrissansicht, die die Schneidmesser-Einbauöffnung gemäss der vorliegenden Ausführungsform zeigt;

die Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht, die ein Ultraschall-Schneidgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform darstellt;

die Fig. 4 eine Seitenansicht, die den grössten Teil eines Ultraschall-Schneidgerätes gemäss der bisherigen Technik zeigt;

die Fig. 5 eine Querschnittansicht, die eine Schneidmesser-Einbauöffnung gemäss der bisherigen Technik zeigt;

die Fig. 6 eine seitliche Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in welchem ein Schneidmesser in der Schneidmesser-Einbauöffnung gemäss der bisherigen Technik eingepasst bleibt; und die Fig. 7 eine Querschnittansicht, die einen bearbeiteten Zustand der Schneidmesser-Einbauöffnung gemäss der bisherigen Technik veranschaulicht.

Die Fig. 3 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Ultraschall-Schneidgerätes gemäss der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Ul-traschall-Schneidgerät 11 besteht allgemein aus: einem Ultraschall-Generator 13, welcher in einem stangenförmigen Ultraschall-Generatorgehäuse 12 aufgenommen wird; und aus einem Schneidmesser 15, welches mit Hilfe eines Schraubenbolzens abnehmbar in ein hier nachstehend beschriebenes Horn eingepasst wird, wobei das Horn an einem abliegenden Endabschnitt des Ultraschall-Generators 13 angeordnet ist. Der Ultraschall-Generator 13 enthält weiter einen Ultraschall-Wandler 16, einen Verstärker 17 und das Horn 18. Der Ultraschall-Wandler 16 erzeugt Ultraschall-Schwingungen; der Verstärker 17 verstärkt die Ultraschall-Schwingungen vom Ultraschall-Wandler 16; und das Horn 18 empfängt die vom Verstärker 17 übertragenen Ultraschall-Schwingungen.

Der Ultraschall-Wandler 16 ist aus einem Aluminiumblock 19, einer Elektrode 20, einem keramischen Vibrator 21, einer Elektrode 22, einem keramischen Vibrator 23 und dergleichen aufgebaut, welche alle in dieser Folge angeordnet sind. Diese Bauteile werden durch einen nicht abgebildeten Schraubenbolzen in Richtung von einer Stirnfläche des Aluminiumblockes 19 zum Verstärker 17 hin festgehalten. Genauer ausgedrückt werden die keramischen Vibratoren 21 und 23 über die Elektroden 20 und 22 zwischen dem Aluminiumblock 19 und dem Verstärker 17 gehalten. Diese Anordnung bildet einen verschraubten Vibrator, in welchem die keramischen Vibratoren 21 und 23 so angepasst werden, dass sie Ultraschall-Schwingungen produzieren, wenn ein elektrischer Strom aus einer bekannten Hochfrequenz-Leistungsquelle über einen nicht abgebildeten Leiterdraht zu den Elektroden 20 und 22 geleitet wird.

Das Horn 18 wird aus einem Abschnitt 18A mit kleinem Durchmesser, einem Abschnitt 18B mit grossem Durchmesser und einem Zwischenabschnitt 18C mit einer im wesentlichen exponentiel-len Gestaltung gebildet. Der Abschnitt 18B mit grossem Durchmesser wird durch eine Stiftschraube 24 fest mit dem Verstärker 17 verbunden. Der Abschnitt 18A mit kleinem Durchmesser weist eine Schneidmesser-Einbauöffnung 25 auf, die an dessen abliegendem Endabschnitt definiert ist. Wie in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht, wird die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 durch Ausfräsung gebildet, und sie weist im Querschnitt eine im wesentlichen rechteckige Form auf. Die Schneidmesser-Ein-bauöffnung 25 wird gebildet aus: einer Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 als Auflage einer Messeroberfläche 15A des Schneidmessers 15; und aus vertieften Abschnitten 27 und 28, welche auf beiden Seiten der Schneidmesser-Einpass-oberfläche 26 angeordnet sind.

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Wie in der Fig. 1 durch R-Pfeile bezeichnet wird, weist die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 kurvenförmige Oberflächen-Abschnitte (R) auf, die an ihren Innenwand-Abschnitten gebildet werden. Die kurvenförmigen Oberflächen-Abschnitte werden während des Ausfräsens mit Hilfe der Schneiden eines Stirnfräsers durch Zerspanung gebildet. Die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 wird derart dimensioniert, dass sie eine geringfügig grössere Breite als die Querabmessung des Schneidmessers 15 aufweist. Die vertieften Abschnitte 27 und 28 werden in eine Form gebracht, die einem Radius des Stirnfräsers entspricht. Dank der Bildung durch Ausfräsung ermöglicht die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 eine etwa dreifache Erhöhung der Ebenheit im Vergleich zur Ebenheit einer beliebigen, konventionellen, durch elektroerosive Bearbeitung hergestellten Schneidmesser-Einbauöffnung. Ebene Bodenoberflächen-Abschnitte der Schneidmesser-Einbauöffnung 25 sind übrigens gleich gut geeignet für die Verwendung von Schwingungsübertragungen vom Ultraschall-Wandler 16 her.

Der Abschnitt 18A mit kleinem Durchmesser des Horns 18 weist im weitern ein Schraubenloch 30 auf, das an einer Stelle gebildet wird, die der Position entspricht, an der die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 ausgebildet ist. Ein (nicht gezeigter) Schraubenbolzen wird in das Schraubenloch 30 eingeschraubt und festgezogen, um die Messeroberfläche A des Schneidmessers 15 mit einer vorgegebenen Kraft auf der Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 der Schneidmesser-Einbauöffnung 25 zu befestigen. Die Messeroberfläche 15A wird damit auf der Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 unter Druckkontakt mit dieser befestigt. Bezugnehmend auf die Fig. 3 stellt ein mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnetes Element eine Schneidmesser-Abdeckung dar, welche entlang der Längsrichtung des Ultraschall-Generatorgehäuses 12 hin-und herverschoben werden kann.

Als nächstes wird die Handhabung eines Ultraschall-Schneidgerätes mit der obengenannten Struktur gemäss der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

Wenn ein Schneidmesser 15 in eine Schneidmesser-Einbauöffnung 25 eines Abschnittes 18A mit kleinem Durchmesser, der Teil eines Horns 18 eines Ultraschall-Schneidgerätes 11 bildet, eingebaut wird, ist das Schneidmesser 15 ursprünglich derart darin positioniert, dass eine Messeroberfläche 15A des Schneidmessers 15 an einer Schneid-messer-Einpassoberfläche 26 der Schneidmesser-Einbauöffnung 25 anliegend ist. Alsdann wird ein (nicht gezeigter) Schraubenbolzen in ein Schraubenloch 29 eingeschraubt, das im Abschnitt 18A mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist. Unter Verwendung eines Schraubenziehers wird der Schraubenbolzen festgezogen, um die Messeroberfläche 15A mit einer vorgegebenen Kraft auf der Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 zu befestigen. Als Ergebnis davon ist die Messeroberfläche 15A auf der Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 mit Hilfe des Schraubenbolzens befestigt.

Da die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 mittels Ausfräsung gebildet wird, kann für die Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 der Einbauöffnung 25 eine Verbesserung der Ebenheit erreicht werden, wobei letztere etwa dreimal so hoch wird wie diejenige anderer Schneidmesser-Einpassoberflächen von Schneidmesser-Einbauöffnungen, welche konventionell durch elektroerosive Bearbeitung gebildet werden. Die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 wird überdies derart ausgebildet, dass sie eine geringfügig grössere Breite als die Querabmessung des Schneidmessers 15 aufweist. Zusätzlich wird die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 mit vertieften Abschnitten 27 und 28 auf beiden Seiten der Schneid-messer-Einpassoberfläche 26 ausgebildet. Diese Konstruktion erlaubt, dass das Schneidmesser 15 richtig auf der Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 «verankert» wird, was konventionelle Methoden eliminiert, bei welchen ein Einstellwerkzeug zur Positionierung eines Schneidmessers an einer zentralen Lage einer Schneidmesser-Einbauöffnung verwendet wird.

Wie oben beschrieben wurde, wird beim Ultraschall-Schneidgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform der Abschnitt 18A mit kleinem Durchmesser des Horns 18 mit der Schneidmesser-Einbauöffnung 25 durch Ausfräsung definiert; und weist die Schneidmesser-Einbauöffnung 25 vertiefte Abschnitte 27 und 28 auf, die auf beiden Seiten der Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 gebildet werden. Verglichen mit konventionellen Beispielen ermöglicht die obengenannte Struktur Verbesserungen bei: der Ebenheit der Schneidmesser-Einpassoberfläche 26 der Einbauöffnung 25; und der Genauigkeit der Befestigung des Schneidmessers 15 auf der Schneidmesser-Einpassoberfläche 26. Als Ergebnis davon kann das Schneidmesser 15 in der Schneidmesser-Einbauöffnung 25 in die richtige Lage eingepasst werden.

Demgemäss ist es möglich, die Leitfähigkeit der Ultraschall-Schwingungen zum Schneidmesser 15 zu steigern. Im weitern ist es möglich, Unzulänglichkeiten wie Schneidmesser-Brüche oder das Auftreten eines exothermischen Phänomens zu bewältigen, welche beide durch ungenügende Ebenheit einer beliebigen, konventionellen, durch elektroerosive Bearbeitung gebildeten Schneidmesser-Einpassoberfläche verursacht werden. Es kann eine weitere Unzulänglichkeit in Form hoher Kosten und dergleichen beseitigt werden, welche aus der Durchführung einer Vielzahl von Verfahren der Ausrichtung, Vorbearbeitung und Feinbearbeitung und dergleichen zur Erhöhung der Genauigkeit der elek-troerosiven Bearbeitung resultiert.

Wie aus der obenstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird bei einem Ultraschall-Schneidgerät gemäss der vorliegenden Erfindung eine Schneid-messer-Einbauöffnung durch Ausfräsung gebildet und derart ausgelegt, dass sie in der Abmessung in Querrichtung etwas grösser als ein Schneidmesser wird. Im weitern ist die Schneidmesser-Einbauöffnung so ausgelegt, dass sie eine Schneidmesser-Einpassoberfläche bzw. vertiefte Abschnitte aufweist, die an einem zentralen Abschnitt der Schneidmesser-Einbauöffnung in Querrichtung, bzw. auf beiden Seiten der Schneidmesser Einpassoberfläche definiert ist/sind. Dieser Aufbau

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kann die gesteigerte Ebenheit der Schneidmesser-Einpassoberfläche im Vergleich zu konventionellen Beispielen ermöglichen. Diese Eigenschaft erlaubt es, das Schneidmesser im Innern der Schneidmesser-Einbauöffnung in der richtigen Lage einzubauen, und sie ermöglicht folglich eine Verbesserung der Leitfähigkeit der Ultraschall-Schwingungen zum Schneidmesser. Es gibt weitere wirkungsvolle Vorteile, welche die vorliegende Erfindung anbieten kann: es ist möglich, Unzulänglichkeiten wie Schneidmesser-Brüche oder das Auftreten eines exothermischen Phänomens zu vermeiden, welche beide durch unzulängliche Ebenheit einer beliebigen, konventionellen, durch elektroerosive Bearbeitung gebildeten Schneidmesser-Einpassoberfläche bewirkt werden, und es ist möglich, eine weitere Unzulänglichkeit in Form erhöhter Kosten und dergleichen «auszuebnen», welche die Durchführung einer Vielzahl von Verfahren der Ausrichtung, Vorbearbeitung und Feinbearbeitung und dergleichen zur Steigerung der Genauigkeit der elektroerosiven Bearbeitung begleiten.

Claims

Patentanspruch

1. Ultraschall-Schneidgerät, enthaltend einen Ultraschall-Wandler (16), der Ultraschall-Schwingungen erzeugt, einen Verstärker (17), der die Ultraschall-Schwingungen des Ultraschall-Wandlers verstärkt, ein Horn (18), an welches die Ultraschall-Schwingungen aus dem Verstärker übertragen werden, und ein Schneidmesser (10), das abnehmbar in eine Schneidmesser-Einbauöffnung (9) eingepasst ist, welche an einem abliegenden Endabschnitt des Horns gebildet ist, wobei das Ul-traschall-Schneidgerät dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schneidmesser-Einbauöffnung durch Ausfräsung gebildet ist und in der Abmessung in Querrichtung geringfügig grösser als das Schneidmesser ist, wobei die Schneidmesser-Einbauöffnung eine Schneidmesser-Einpassoberfläche (26) aufweist, die an einem zentralen Abschnitt der Schneidmesser-Einbauöffnung in deren Querrichtung definiert ist, und wobei die Schneidmesser-Einbauöffnung im weitern durch vertiefte Abschnitte (27, 28) auf beiden Seiten der Schneidmesser-Einpassoberfläche definiert ist.

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