DE10108575A1 - Ultraschallschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung - Google Patents
Ultraschallschwingungsvorrichtung zur UltraschallbearbeitungInfo
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Abstract
Bei einem Ultraschalltorsionswandler zur Ultraschallbearbeitung ist ein Ultraschalltorsionswandler so aufgebaut, daß der gesamte vordere Körper einstückig bzw. zusammenhängend auf axialsymmetrische Weise gebildet ist, wobei seine Gesamtlänge auf die halbe Wellenlänge entsprechend der Resonanzfrequenz festgesetzt ist, wobei ein stufenversehener kreisförmiger Säulenabschnitt zur Einstellung der Frequenz im vorderen Körper vorgesehen ist und im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers ein Werkzeugbefestigungsabschnitt vorgesehen ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Torsionsschwingungs
vorrichtung zur Ultraschallbearbeitung, mit der ein Schneid-,
Schleif- und Bohrvorgang oder dergleichen bei Metallmaterial,
Verbund- oder Compositwerkstoff, Glas, Keramik oder derglei
chen ausgeführt wird.
Eine herkömmliche Torsionsschwingungsvorrichung zur Ultra
schallbearbeitung ist, wie in Fig. 4 gezeigt, so aufgebaut,
daß ein Ultraschallwandler 1, ein Koppel- bzw. Übertragungs
stück (Schwingungsübertragungskonus) 2 und ein Horn 3, die
dieselbe Torsionsschwingungsresonanzfrequenz haben, mittels
Bolzen 4 und 5 verbunden sind, und ein Werkzeugbefestigungs
abschnitt 6 ist im vorderen Endabschnitt des Horns 3 vorge
sehen. Der Ultraschallwandler 1 ist ein mittels Bolzen ge
klemmter Wandler vom Langevin-Typ und ist so aufgebaut, daß
ein durch ein piezoelektrisches Element 1C für eine Torsions
schwingung durchgehender Bolzen 1E und eine Elektrode 1D mit
einem zentralen Schraubloch in einem vorderen Körper 1A und
hinteren Körper 1B geklemmt sind, um das piezoelektrische
Element 1C und die Elektrode 1D zwischen dem vorderen Körper
1A und dem hinteren Körper 1B zu klemmen.
Die in Fig. 4 gezeigte Schwingungsvorrichtung, ein im Koppel
stück 2 vorgesehener Flansch 2A (eine Position entsprechend
einem Schwingungsknoten), ist an einem Tisch, wie einem
Schneidwerkzeugtisch oder dergleichen, befestigt. Die Ampli
tude des Ultraschallwandlers 1 wird durch das Koppelstück 2
und das Horn 3 vergrößert für eine Übertragung zu einem Werk
zeug 7, das an dem Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 befestigt
ist.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Schwingungsvorrichtung ist der
Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 mit einem Schraubenaufnahme
abschnitt 6A versehen, und eine Spannzange 8 mit Schlitzen für
das Werkzeug 7 wird in den Werkzeugbefestigungsabschnitt 6
eingebracht, so daß sie durch Eingriff eines Schraubsteck
abschnitts 8A im Basisende der Spannzange 8 mittels Verjüngung
mit dem Schraubenaufnahmeabschnitt 6A verbunden wird, wodurch
das Werkzeug 7 und die Spannzange 8 am Werkzeugbefestigungs
abschnitt 6 angebracht werden können.
Die Vorrichtung gemäß Stand der Technik hat die folgenden
Probleme:
- 1. Die Längen des Ultraschallwandlers 1, des Koppelstücks 2 (eines verstärkenden Übertragungskörpers mit Aufweitung und Kompression der Ultraschallschwingung) und des Horns 3 sind jeweils die halbe (X/2) Resonanzfrequenz. Die Gesamtlänge der Schwingungsvorrichtung, mit der sie verbunden sind, ist zwei Drittel Wellenlängen. Die Länge und übermäßige Masse der Schwingungsvorrichtung erfordert einen großen Raum für den Einbau in der Bearbeitungsvorrichtung. Eine Bearbeitungsvor richtung mit großer Abmessung ist insbesondere für kleine Ar beiten unzweckmäßig.
- 2. Der Feststellvorgang für die entsprechenden Längen des Ultraschallwandlers 1, Übertragungsstücks 2 und des Horns 3 auf die halbe Wellenlänge bei derselben Resonanzfrequenz wird ausgeführt, indem ein Schneidevorgang wiederholt wird. Die Formen des Ultraschallwandlers 1, des Übertragungsstücks 2 und des Horns 3 und ein Meßvorgang der Resonanzfrequenz (nach empirisch-praktischer Methode - trial and error) erfordern bei dem Prozeß viel Mühe.
- 3. Da der Durchmesser des Scheibenaufnahmeabschnitts 6A im Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 nicht groß sein kann, ist es nicht möglich, die Spannzange 8 in den Werkzeugbefestigungs abschnitt 6 fest einzubringen, um eine Verjüngungsverbindung zu erzielen, somit ist es schwer, die Montagefestigkeit des Werkzeugs 7 zu verbessern. Da weiter die Spannzange 8 gegen den Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 gedreht wird, wird ein Verschiebeabrieb in den Verjüngungsverbindeabschnitt zwischen dem Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 und der Spannzange 8 ver größert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einstellung
einer Resonanzfrequenz zu erleichtern und die Abmessung der
Schwingungsvorrichtung kompakt zu machen. Dabei soll die
Schwingungsamplitude der Schwingungsvorrichtung leicht ver
größert werden können. Auch soll eine Spannzange leicht und
sicher angebracht werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Torsionsschwin
gungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schwin
gungsvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit eine Torsions
schwingungsvorrichtung für eine Ultraschallbearbeitung mit
einem vorderen Körper und einem hinteren Körper vorgesehen,
die ein piezoelektrisches Element für eine Torsionsschwingung
halten. Dazwischen ist eine Elektrodenplatte angeordnet, wobei
ein mittels Bolzen geklemmter Ultraschalltorsionswandler vom
Langevin-Typ verwendet wird, gebildet durch Eingreifen eines
durch das piezoelektrische Element und die Elektrodenplatte
verlaufenden Bolzens mit zentralen Schraublöchern am vorderen
Körper und am hinteren Körper. Der Ultraschalltorsionswandler
ist mit axialsymmetrischem zusammenhängendem bzw. integralem
Aufbau in einem Loch des vorderen Körpers gebildet, wobei des
sen Gesamtlänge der halben Resonanzfrequenz entspricht. Ein
mit Stufen versehener kreisförmiger Säulenabschnitt zur Ein
stellung einer Frequenz ist im vorderen Körper vorgesehen und
im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers ist ein Werk
zeugbefestigungsabschnitt vorgesehen.
Die Erfindung wird im folgenden weiter aus der untenstehend
gegebenen detaillierten Beschreibung und aus der begleitenden
Zeichnung ersichtlich, die jedoch die Erfindung nicht ein
schränken sollen, sondern lediglich zu deren Erläuterung und
Verständnis dienen. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die eine Torsionsschwin
gungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung gemäß
der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A und 2B schematische Ansichten, die einem Werkzeugbe
festigungsabschnitt der Torsionsschwingungsvorrich
tung zur Ultraschallbearbeitung zeigen;
Fig. 3 ein Diagramm einer Resonanzfrequenz-Einstelllinie;
und
Fig. 4 eine schematische Ansicht, die ein herkömmliches
Ausführungsbeispiel zeigt.
Eine Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung
10 besteht aus einem mittels Bolzen geklemmten Ultraschalltor
sionswandler 10A vom Langevin-Typ, wie er in Fig. 1 gezeigt
ist. Der Ultraschalltorsionswandler 10A ist so aufgebaut, daß
ein durch piezoelektrische Ultraschalltorsionsschwingelemente
13 und 14 und Elektrodenplatten 15, 16 und 17 durchtretender
Bolzen 18 mit zentralen Schraublöchern in einem vorderen Kör
per 11 und einem rückwärtigen Körper 12 auf solche Weise ge
klemmt ist, daß er die piezoelektrischen Elemente 13 und 14
und die Elektrodenplatten 15, 16 und 17 zwischen dem vorderen
Körper 11 und dem hinteren Körper 12 hält.
Der vordere Körper 11 des Ultraschalltorsionswandlers 10A wird
durch maschinelle Bearbeitung eines einzelnen Metallkörpers,
so daß dieser Stufen aufweist, und einen Abschnitt 21 mit
großem Durchmesser (Radius r1) mit demselben Durchmesser wie
diejenigen des hinteren Körpers 12 und der piezoelektrischen
Elemente 13 und 14 erhalten. Ein Abschnitt 22 mit kleinem
Durchmesser (Radius r2) ist über einen Flanschabschnitt 21A
mit dem Abschnitt 21 mit großem Durchmesser verbunden. Ein mit
Stufen versehener kreisförmiger Säulenabschnitt 23 (Radius r3)
ist mit dem mittleren Abschnitt 22 mit kleinem Durchmesser
verbunden und ein vorderer Endabschnitt 24 mit kleinem Durch
messer (Radius r4) ist mit dem stufenversehenen kreisförmigen
Säulenabschnitt 23 verbunden. Die Elemente können ganz zusam
menhängend (integral) auf axialsymmetrische Weise aufgebaut
sein.
Der Ultraschalltorsionswandler 10A ist so aufgebaut, daß seine
Gesamtlänge die halbe Wellenlänge (λ/2) der Resonanzfrequenz
(λ) ist. Die Länge kann zwischen dem Abschnitt 21 mit großem
Durchmesser des vorderen Körpers 11 und dem hinteren Körper 12
auf L1 festgesetzt werden, wobei entsprechende Längen des
mittleren Abschnitts 22 des vorderen Körpers 11 mit kleinem
Durchmesser, des stufenversehenen kreisförmigen Säulenab
schnitts 23 und des Abschnitts 24 des vorderen Endes mit klei
nem Durchmesser auf L2, L3 und L4 festgesetzt werden, womit
der Flanschabschnitt 21A zwischen dem Abschnitt 21 mitgroßem
Durchmesser und dem mittleren Abschnitt 22 mit kleinem Durch
messer auf einen Schwingungsknoten (einen feststehenden Punkt
eines Schneidwerkzeugtisches oder dergleichen der Bearbei
tungsvorrichtung) (Fig. 1) festgesetzt wird und die Formeln
L1 = λ/4, L2 + L3 + L4 = λ/4 aufgestellt werden.
Weiter ist der Ultraschalltorsionswandler 10A mit einem sich
verjüngenden, lochförmigen Werkzeugbefestigungsabschnitt 25 im
vorderen Ende und einem Abschnitt 24 des vorderen Körpers 11
mit kleinem Durchmesser versehen. Dann wird eine Spannzange
mit Schlitzen 31 (das Bezugszeichen 31A bezeichnet eine sich
verjüngende Fläche und das Bezugszeichen 31B bezeichnet einen
Schlitz) genommen, an der ein Werkzeug 30 wie ein Bohrer oder
dergleichen befestigt ist, und unter Druck in den Werkzeug
befestigungsabschnitt 25 eingesetzt. Dieser kann dadurch, daß
er einer Vortriebskraft einer Spangenzangenbefestigungsvor
richtung 32, die mittels einer im stufenversehenen kreisförmi
gen Säulenabschnitt 23 des vorderen Körpers 11 vorgesehenen
Schraube 23A geklemmt ist, an der vorderen Endfläche der
Spannzange 31 in einem Zustand fest angebracht werden, bei dem
er in den Werkzeugbefestigungsabschnitt 25 eingesetzt wird,
wie in Fig. 2A gezeigt ist. Die Spannzangenbefestigungsvor
richtung 32 wird unmittelbar nach Anbringen der Spannzange 31
am Werkzeugbefestigungsabschnitt 25 von der Schraube 23A des
stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts 23 getrennt
und erzeugt keine Last für die Schwingung. Wenn das Werkzeug
30 entfernt wird, kann die Spannzange 31 vom Werkzeugbefesti
gungsabschnitt 25 abgenommen werden, indem eine Vortriebksraft
einer Spannzangenentfernungsvorrichtung 33 aufgebracht wird,
die mit einer Schraube 31C der Spannzange 31 an der vorderen
Endfläche des vorderen Endabschnitts 24 des vorderen Körpers
11 mit kleinem Durchmesser geklemmt ist, wie in Fig. 2B
gezeigt ist. Weiter kann der Ultraschalltorsionswandler 10A
die Resonanzfrequenz des Ultraschalltorsionswandlers 10A auf
eine in Fig. 3 gezeigte Weise einstellen, indem der stufen
versehene kreisförmige Säulenabschnitt 23 des vorderen Körpers
11 zu einer Anordnung bzw. zu einem Aufbau zur Einstellung
einer Frequenz und Einstellung von deren Länge L3 gemäß einem
Schneidvorgang oder dergleichen festgesetzt wird. Bei der in
Fig. 3 dargestellten horizontalen Achse ist die verwendete
Länge L2 des mittleren Abschnitts 22 mit kleinem Durchmesser
dadurch vergrößert, daß die Länge L3 des stufenversehenen
kreisförmigen Säulenabschnitts 23 fortgelassen ist. Da der
Ultraschalltorsionswandler 10A in diesem Fall so aufgebaut
ist, daß der stufenversehene kreisförmige Säulenabschnitt 23
mit der Schraube 23A für die Spannzangenbefestigungsvorrich
tung 32 wie oben erwähnt versehen ist und deren Durchmesser
(2r3) nicht geschnitten werden kann, wird der Aufbau so ausge
führt, daß dessen Länge L3 eingestellt wird, jedoch kann der
Durchmesser des stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts
23 gemäß einer Schneidebetätigung oder dergleichen verstellt
werden, um die Resonanzfrequenz einzustellen.
Wenn die die Beziehungen r2 = r4 und r3 = nr2 hergestellt werden
und eine Wellenlängenkonstante der entsprechenden Elemente 21
bis 24 auf β (β = 2πf/C, f: Frequenz und c: Schallgeschwindig
keit) festgesetzt werden, kann im vorderen Körper 11 die Fre
quenzbedingung des Ultraschalltorsionswandlers 10A durch die
folgende Formel (1) erhalten werden.
Wenn ein Baumaterial oder ein Bestandteil des vorderen Körpers
11 als Titanlegierung festgelegt wird und die Relationen
L2 + L3 = 20 mm, L4 = 10 mm und n = 1,125 in der Formel (1) aufgestellt
werden, ändert sich die Resonanzfrequenz des Ultraschalltor
sionswandlers 10A in bezug auf L2 wie in Fig. 3 gezeigt. Das
heißt, es ist bei dem Ultraschalltorsionswandler 10A möglich,
eine gewünschte Resonanzfrequenz durch Fortlassen der Länge L3
des stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts 23 im vor
deren Körper 11 einzustellen und die Länge L2 des mittleren
Abschnitts 22 mit kleinem Durchmesser zu vergrößern.
Als nächstes wird eine Beschreibung einer Amplitudenaufweit
rate des Ultraschalltorsionswandlers 10A gegeben.
- A) Dadurch, daß die Durchmesser (2r2, 2r3 und 2r4) sämt
licher Abschnitte (des mittleren Abschnitts 22 mit kleinem
Durchmesser, des stufenversehenen kreisförmigen Säulenab
schnitts 23 und des vorderen Endabschnitts 24 mit kleinem
Durchmesser) in der vorderen Endseite ausgehend vom Flansch
abschnitt 21A des vorderen Körpers 11 kleiner als der Durch
messer (2r1) des hinteren Körpers 12 gemacht werden, ist es
bei dem Ultraschalltorsionswandler 10A möglich, die Amplitu
denvergrößerungsrate Mf des Ultraschalltorsionswandlers 10A zu
vergrößern. Die Amplitudenaufweitrate Mf kann durch die fol
gende Formel (2) ausgedrückt werden, wenn der Ultraschalltor
sionswandler 10A denselben Zustand hat bzw. dieselben Bedin
gungen erfüllt wie bei der oben erwähnten Formel (1) und der
vordere Körper 11 und der hintere Körper 12 aus demselben
Material hergestellt sind.
Indem die Durchmesser der entsprechenden Elemente in der vor deren Endseite des Flanschabschnitts 21A des vorderen Körpers 11 kleiner als der Durchmesser des hinteren Körpers 12 gemacht wird, wird gemäß der Formel (2) die Amplitudenvergrößerungs rate Mf im Verhältnis zur dritten Potenz des Durchmesserver hältnisses (r1/r4) vergrößert. - B) Dadurch, daß die Schallimpedanz des hinteren Körpers 12
größer als die Schallimpedanz des vorderen Körpers 11 gemacht
wird, kann bei dem Ultraschalltorsionswandler 10A die Ampli
tudenvergrößerungsrate Mb des Ultraschalltorsionswandlers 10A
vergrößert werden. Bei dem Ultraschalltorsionswandler 10A kann
die Amplitudenvergrößerungsrate Mb durch die Elemente in der
Rückflächenseite ausgehend vom Flansch 21A des vorderen Kör
pers 11, das heißt des Abschnitts 21 mit großem Durchmesser,
den piezoelektrischen Elementen 13 und 14 und dem hinteren
Körper 12 durch die folgende Formel (3) erhalten werden. Man
kann die Durchmesser der entsprechenden Elemente 21, 13, 14
und 12 auf denselben Durchmesser (2r1) festsetzen, wobei eine
Länge, eine Impedanz und eine Wellenlängenkonstante des Ab
schnitts 21 mit großem Durchmesser auf La, Za und ba festge
setzt werden, eine Gesamtlänge, eine Impedanz und eine Wellen
längenkonstante der piezoelektrischen Elemente 13 und 14 auf
Lb, Zb und βb festgesetzt werden, eine Länge, eine Impedanz
und eine Wellenlängenkonstante des hinteren Körpers 12 auf Lc,
Zc und βc festgesetzt werden und K auf eine Konstante
festgesetzt wird.
Es besteht die Annahme, daß in Formel (3) die piezoelektri
schen Elemente 13 und 14 aus PZT (Bleizirkonattitanat) be
stehen (Za ≒ Zb und Lb = 10 mm), besteht der vordere Körper 11
(der Abschnitt 21 mit großem Durchmesser) aus einer Titanle
gierung und der hintere Körper 12 besteht aus rostfreiem Stahl
(SUS316). Da die Schallimpedanz Zc von SUS316 (dem hinteren
Körper 12) größer als die Schallimpedanz Za der Titanlegierung
(des vorderen Körpers 11) ist (Zc ≒ 2Za), ist die Amplituden
vergrößerungsrate Mb bei derselben Resonanzfrequenz 1,2mal im
Vergleich zu dem Aufbau vergrößert, der dadurch gebildet ist,
daß in beiden Fällen, d. h. beim vorderen Körper 11 und hinte
rem Körper 12, dieser aus Titanlegierung besteht.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können daher die
folgenden Wirkungen erzielt werden.
- 1. Der dem Koppelstück und dem Horn bei der herkömmlichen Vorrichtung entsprechende Aufbau ist zusammenhängend bzw. integral mit dem vorderen Körper 11 des Ultraschalltorsions wandlers 10A gebildet. Die Gesamtlänge ist auf die halbe Wel lenlänge der Resonanzfrequenz verkürzt und der Werkzeugbe festigungsabschnitt 25 ist in dessen vorderem Endabschnitt vorgesehen. Demgemäß ist es möglich, die gesamte Länge der Schwingungsvorrichtung 10 kompakt auszuführen (ein Drittel der herkömmlichen Länge).
- 2. Der stufenversehene kreisförmige Säulenabschnitt 23 zur Einstellung der Frequenz ist im vorderen Körper 11 des Ultra schalltorsionswandlers 10A vorgesehen. Demgemäß ist es mög lich, die Mühe und den Arbeitsgang zur Einstellung der Reso nanzfrequenz zu verringern.
- 3. Da der Durchmesser des vorderen Körpers 11 des Ultra schalltorsionswandlers 10A in der vorderen Endseite ausgehend vom Flansch 21A kleiner als derjenige des hinteren Körpers 12 gemacht ist, kann die Schwingungsamplitude der Schwingungsvor richtung 10 leicht vergrößert werden (auf die dritte Potenz des Durchmesserverhältnisses), indem die Formen des vorderen Körpers 11 und des hinteren Körpers 12 ausgewählt werden. Wenn demgemäß die Gesamtlänge des Ultraschalltorsionswandlers 10A gemäß Punkt (1) verkürzt wird, kann die Schwingungsamplitude auf einen Pegel gleich dem herkömmlichen oder größer als dieser vergrößert werden.
- 4. Da die Schallimpedanz des hinteren Körpers 12 des Ultra schalltorsionswandlers 10A größer als die Schallimpedanz des vorderen Körpers 11 gemacht ist, kann die Schwingungsamplitude der Schwingungsvorrichtung 10 leicht durch Auswahl des Mate rials des vorderen Körpers 11 und des hinteren Körpers 12 ver größert werden.
- 5. Die Schraube 23A zur Anbringung der Spannzange 31 am Werkzeugbefestigungsabschnitt 25 ist im stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitt 23 im vorderen Körper 11 des Ultraschalltorsionswandlers 10A vorgesehen. Es ist demgemäß möglich, die Spannzange 31 leicht und sicher anzubringen.
Wie zuvor erläutert wurde, sind Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung beschrieben worden. Jedoch sind die speziellen Kon
figurationen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind
diejenigen mit einer Abwandlung der Konstruktion im Bereich
der vorliegenden Erfindung auch mitenthalten.
Wie oben erwähnt, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung mög
lich, die Gesamtlänge der Schwingungsvorrichtung kompakt aus
zuführen und es zu erleichtern, die Resonanzfrequenz einzu
stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiter möglich, die
Schwingungsamplitude der Schwingungsvorrichtung leicht zu
vergrößern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiter möglich, die
Spannzange leicht und sicher zu befestigen.
Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Bei einem
Ultraschalltorsionswandler zur Ultraschallbearbeitung ist ein
Ultraschalltorsionswandler so aufgebaut, daß der gesamte vor
dere Körper einstückig bzw. zusammenhängend auf axialsymme
trische Weise gebildet ist, wobei seine Gesamtlänge auf die
halbe Wellenlänge entsprechend der Resonanzfrequenz festge
setzt ist, wobei ein stufenversehener kreisförmiger Säulenab
schnitt zur Einstellung der Frequenz im vorderen Körper vorge
sehen ist und im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers
ein Werkzeugbefestigungsabschnitt vorgesehen ist.
Obwohl die Erfindung in bezug auf mehrere exemplarische Aus
führungsbeispiele veranschaulicht und erläutert worden ist,
ist es für Fachleute selbstverständlich, daß das obenstehende
und zahlreiche weitere Änderungen, Fortlassungen oder Zusätze
an den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgeführt
werden können, ohne deren Bereich zu verlassen. Daher sollte
die vorliegende Erfindung nicht so verstanden werden, daß sie
auf spezielle oben dargelegte Ausführungsbeispiele beschränkt
ist, sondern vielmehr derart, daß sie sämtliche mögliche Aus
führungsbeispiele, die in einem darin enthaltenen Umfang ver
körpert sein können, sowie deren Äquivalente in bezug auf die
in den Ansprüchen angegebenen Merkmale umfaßt.
Claims (6)
1. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung
mit einem vorderen Körper (11) und einem hinteren Körper (12),
die ein piezoelektrisches Element (13, 14) zur Torsionsschwin
gung und eine Elektrodenplatte von (15, 16) dazwischen halten,
und wobei ein mittels Bolzen geklemmter Ultraschalltorsions
wandler vom Langevin-Typ verwendet wird, der gebildet ist
durch Eingreifen eines durch das piezoelektrische Element (13,
14) durchtretenden Bolzens (18) und der Elektrodenplatte (15,
16) mit zentralen Schraublöchern am vorderen Körper (11) und
hinteren Körper (12),
wobei der Ultraschalltorsionswandler so angeordnet und in axialsymmetrischem zusammenhängendem Aufbau insgesamt des vor deren Körpers (11) aufgebaut ist, wobei dessen Gesamtlänge gleich der halben Resonanzfrequenz entspricht, ein stufenver sehener kreisförmiger Säulenabschnitt (23) zur Einstellung einer Frequenz im vorderen Körper (11) vorgesehen ist und im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers (11) ein Werkzeug befestigungsabschnitt (25) vorgesehen ist.
wobei der Ultraschalltorsionswandler so angeordnet und in axialsymmetrischem zusammenhängendem Aufbau insgesamt des vor deren Körpers (11) aufgebaut ist, wobei dessen Gesamtlänge gleich der halben Resonanzfrequenz entspricht, ein stufenver sehener kreisförmiger Säulenabschnitt (23) zur Einstellung einer Frequenz im vorderen Körper (11) vorgesehen ist und im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers (11) ein Werkzeug befestigungsabschnitt (25) vorgesehen ist.
2. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbei
tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Durchmesser in der vorderen Endseite des vorderen Kör
pers (11) kleiner als derjenige des hinteren Körpers (12) ist.
3. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung
nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Schallimpedanz des hinteren Körpers (12) hö
her als die Schallimpedanz des vorderen Körpers (11) festge
setzt ist.
4. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung
nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Schraube (23A) zur Anbringung ei
ner Spannzange (31) am Werkzeugbefestigungsabschnitt (25) im
stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitt (23) des vor
deren Körpers (11) vorgesehen ist.
5. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung
nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich
net, daß der vordere Körper (11) aus einer Titanlegierung
besteht und der hintere Körper (12) aus rostfreiem Stahl be
steht.
6. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung
nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein stufenversehener kreisförmiger Säu
lenabschnitt (23) im vorderen Körper (11) des Ultraschalltor
sionswandlers gebildet ist und die Länge oder der Durchmesser
der stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts (23) so
eingestellt ist, daß die Resonanzfrequenz eingestellt wird.
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