CH691728A5 - Ultraschallkonverter. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung betrifft einen Ultraschallkonverter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. 



  Ultraschallkonverter sind allgemein bekannt und dienen der Umwandlung von elektrischen in mechanische Schwingungen. Diese finden z.B. Anwendung als Schwingungserzeuger für Werkzeugsonotroden oder dergleichen. Solche Ultraschallkonverter bestehen in der Regel aus zwei zylindrischen Körpern, die eine oder mehrere piezoelektrische Ringscheiben unter einer gewissen mechanischen Vorspannung einspannen. Die gesamte Länge des Ultraschallkonverters wird stets auf eine halbe Wellenlänge oder ein ganzzähliges Vielfaches davon abgestimmt. Die geometrischen Abmessungen sind von der Arbeitsfrequenz, von der gewünschten Leistung und von den verwendeten Materialien abhängig.

   In Fig. 1 ist ein solcher konventioneller Ultraschallkonverter in Sandwichbauweise dargestellt, der aus zwei Spannkörpern 1 und 2 besteht, welche über eine Vorspannschraube 3 auf einem stiftförmigen Übertragungsteil 4 festgeschraubt sind. Zwischen den beiden Spannkörpern 1 und 2 sind zwei piezokeramische Ringscheiben 5 und 6 eingespannt. Die Vorspannung in der Grössenordnung von 4000 N/cm<2> wird mittels eines Drehmomentschlüssels durch die Vorspannschraube 3 eingestellt. Ein hülsenförmiges Gehäuse 7 umgibt die Spannkörper 1 und 2 und ist auf dem Übertragungsteil 4 festgeklemmt oder festgeschraubt.

   Auf der dem Übertragungsteil 4 gegenüberliegenden Seite ist ein elektrischer Anschlussstift 8 mit einer isolierenden Durchführungshülse 9 im Gehäuse 7 vorgesehen, der über eine elektrische Leitung 10 mit einer Metallscheibe 11 zwischen den piezokeramischen Ringscheiben 5 und 6 elektrisch verbunden ist. Um die notwendige elektrische Isolation zu gewährleisten, ist das Gehäuse 7 mit einem grösseren seitlichen Abstand zu den Spannkörpern 1 und 2 vorgesehen. Andererseits muss auch ein ausreichender axialer Abstand zwischen dem Spannkörper 2 und dem elektrischen Anschlussstift 8 gegeben sein, sodass der gesamte Ultraschallkonverter gewisse geometrische Dimensionen nicht unterschreiten kann. 



  Der vorliegenden Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, einen Ultraschallkonverter mit geringeren geometrischen Dimensionen zu schaffen, der wirtschaftlich herstellbar ist und bei geschlossenem Aufbau sichere Ummantelung und gute Stabilitätseigenschaften auf sich vereinigt. 



  Diese Aufgaben werden durch einen Ultraschallkonverter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. 



  Der erfindungsgemässe Ultraschallkonverter weist ein Spannelement auf, das die beiden Spannkörper mindestens teilweise umgibt. Es hat sich besonders bewährt, wenn einer der Spannkörper schwingungsmässig gegenüber dem Spannelement, in einer bevorzugten Ausführung eine Spannhülse, entkoppelt ist. Für die elektrische Verbindung weist mindestens einer der Spannkörper vorteilhafterweise einen Durchlass auf. Als Schwingungserzeuger hat sich insbesondere eine Ringscheibe bewährt, wobei die elektrische Zuführung mit einer der Oberflächen der Ringscheibe elektrisch verbunden ist. Zur formschlüssigen Verbindung weist die Spannhülse bevorzugt ein Innengewinde und mindestens einer der Spannkörper ein Aussengewinde auf. Um den anderen Spannkörper festzuhalten, weist die Spannhülse auf ihrer Innenwand mit Vorteil einen ringförmigen Anschlag auf.

   Der zweite Spannkörper ist in der Praxis mit einem vorstehenden Stift für die Übertragung der Schwingungsenergie ausgebildet, der einen Durchlass der Spannhülse durchgreift. Ferner kann die Spannhülse einen Führungsaufsatz aufweisen, der den vorstehenden Stift des zweiten Spannkörpers bezüglich der Spannhülse zentriert. 



  Ausserdem kann es von Vorteil sein, wenn der Führungsaufsatz bezüglich des restlichen Teiles der Spannhülse schwingungsmässig entkoppelt ist. 



  Die Erfindung wird nun anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt: 
 
   Fig. 2 einen Ultraschallkonverter, und 
   Fig. 3 die einzelnen Bauteile des Ultraschallkonverters. 
 



  In der Fig. 2 ist ein Ultraschallkonverter in zusammengeschraubtem Zustand und in Fig. 3 sind die einzelnen Bauteile zur Verdeutlichung dargestellt. Die Figuren zeigen den Ultraschallkonverter mit einem ersten Spannkörper 20 und einem zweiten Spannkörper 21, die über eine Spannhülse 23 unter einer mechanischen Vorspannung zueinander befestigt sind. Der erste Spannkörper 20 ist als Hohlzylinder ausgebildet und weist ein Aussengewinde 24 und endseitig zwei sacklochartige Bohrungen 25 auf. Die Spannhülse 23 weist im Bereich ihres offenen Endes ein Innengewinde 26 auf, in welches der erste Spannkörper 20 hineingeschraubt ist. Ferner ist die Spannhülse 23 mit einem hohlzylindrischen Führungsaufsatz 27 versehen, der über einen s-förmigen Verbindungsring 28 mit dem Hülsenteil 29 der Spannhülse 23 verbunden ist.

   Dieser Verbindungsring 28 dient zur schwingungsmässigen Entkopplung des Führungsaufsatzes 27 zum restlichen Teil der Spannhülse 23. Durch diese Massnahme und durch die linienförmige Lagerung des Endbereichs 31 am Anschlag 30 wird auch der zweite Spannkörper 21 schwingungsmässig gegenüber der Spannhülse 23 etwas entkoppelt. Im Hülsenteil 29 ist auf der dem ersten Spannkörper 20 gegenüberliegenden Seite ein einwärts vorstehender ringförmiger Anschlag 30 vorgesehen, gegen welchen ein zylinderförmiger Endbereich 31 des zweiten Spannkörpers 21 anschlägt. Der zweite Spannkörper 21 ist ausgehend vom Endbereich 31 stiftartig mit einem geringeren Durchmesser ausgebildet, welcher gleichzeitig den Übertragungsteil 32 für die Schwingungsenergie bildet.

   Der Innendurchmesser des Führungsaufsatzes 27 entspricht dem Aussendurchmesser des Übertragungsteiles 32 des zweiten Spannkörpers 21, sodass dieser von Führungsaufsatz 27 in Bezug auf die Spannhülse 23 zentriert wird. Zwischen beiden Spannkörpern 20 und 21 sind zwei piezoelektrische Ringscheiben 34 und 35 vorgesehen, welche eine Metallscheibe 36 einklemmen. Ein elektrischer Anschlussstift 37 ist mit der Metallscheibe 36 elektrisch verbunden und führt über eine Isolationshülse 38 durch die piezoelektrische Ringscheibe 35 und den ersten Spannkörper 20 aus dem von der Spannhülse 23 gebildeten Gehäuse hinaus. In der gegenüberliegenden piezoelektrischen Ringscheibe 34 ist eine weitere Isolationshülse 39 vorgesehen, um den Anschlussstift 37 gegenüber der Ringscheibe 34 und dem zweiten Spannkörper 21 elektrisch zu isolieren. 



  Beim neuartigen Ultraschallkonverter wird die Funktion des Einspannens der beiden piezoelektrischen Ringscheiben 35 und 34 durch die Spannhülse 23 übernommen. Mit dem ersten Spannkörper 20 kann die gewünschte Vorspannung mit einem Drehmomentschlüssel eingestellt werden, sodass die erwünschte Energieübertragung erfolgen kann. Die kompakte Bauweise ermöglicht eine Reduktion des Gehäusedurchmessers von bis zu 8 mm, was für bestimmte Anwendungen von erheblicher Bedeutung ist. Auf der der piezoelektrischen Ringscheibe 35 gegenüberliegenden Seite weist die Isolationshülse 38 einen ringförmigen Vorsprung auf, der gegen den ersten Spannkörper 20 anliegt.

   Damit wird gleichzeitig der Anschlussstift 37 direkt gegen die Metallscheibe 36 unter einer gewissen Vorspannung angedrückt und wird keine zusätzliche elektrische Verbindung mehr benötigt, sodass die Gesamtlänge des Ultraschallkonverters zusätzlich verringert werden kann. 



  Selbstverständlich lässt sich diese Erfindung auch im Zusammenhang mit mehr als zwei piezoelektrischen Ringscheiben anwenden. 



  Es versteht sich für den Fachmann, dass der zweite Spannkörper 21 auf der der Spannhülse 23 gegenüberliegenden Seite ein Aussengewinde aufweisen könnte, um in ein zusätzlich in der Spannhülse 23 vorgesehenes Innengewinde hineingeschraubt zu werden.

Claims (10)

1. Ultraschallkonverter mit wenigstens einem piezoelektrischen Schwingungserzeuger (34, 35), der zwischen zwei Spannkörpern (20, 21) von einem Spannelement (23) eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (23) die beiden Spannkörper (20, 21) mindestens teilweise umgibt.

2. Ultraschallkonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Spannkörper (21) schwingungsmässig gegenüber dem Spannelement (23) entkoppelt ist.

3. Ultraschallkonverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement eine Spannhülse (23) ist.

4. Ultraschallkonverter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Spannkörper (20) einen Durchlass zur Durchführung einer elektrischen Zufuhrleitung aufweist.

5.

Ultraschallkonverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger als Ringscheibe (34, 35) ausgebildet ist und die elektrische Zufuhrleitung mit einer der Oberflächen der Ringscheibe (34, 35) elektrisch verbunden ist.

6. Ultraschallkonverter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (23) mit einem Innengewinde (26) und einer der Spannkörper (20) mit einem Aussengewinde (24) zum Einschrauben in die Spannhülse (23) ausgebildet ist.

7. Ultraschallkonverter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (23) auf der Innenwand einen ringförmigen Anschlag (30) aufweist, gegen welchen einer der Spannkörper (21) anliegt.

8.

Ultraschallkonverter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Spannkörper (21) einen vorstehenden Stift (32) zum Übertragen der Ultraschallenergie aufweist, welcher einen Durchlass der Spannhülse (23) durchgreift.

9. Ultraschallkonverter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (23) einen Führungsaufsatz (27) aufweist, welcher den Stift (32) bezüglich der Spannhülse zentriert.

10. Ultraschallkonverter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsaufsatz (27) bezüglich des restlichen Teiles der Spannhülse (23) schwingungsmässig entkoppelt angeordnet ist.