DE102006011593A1

DE102006011593A1 - Elastisch biegbarer Koppelkörper

Info

Publication number: DE102006011593A1
Application number: DE102006011593A
Authority: DE
Inventors: Udo Dipl.-Ing. Kirstgen (FH); Michael Dr. Thoms
Original assignee: Duerr Dental SE
Current assignee: Duerr Dental SE
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-13
Also published as: KR20080109770A; CN101400314A; WO2007104470A1; EA014087B1; CA2656898A1; EA200801950A1; EP1993464A1; JP2009529359A

Abstract

Ein Koppelkörper (26), der eine lineare Eingangsbewegung in eine hierzu transversale lineare Ausgangsbewegung umsetzen kann, hat zwei gleichlange parallele Biegearme (28, 30), die an den Enden durch transversale Verbindungsarme (32, 34) verbunden sind. Die Verbindungsarme (28, 30) tragen gleichsinnig und gleich weit von ihren neutralen Linien beabstandete Massekörper darstellende Antriebskörper (40, 42).

Description

Die Erfindung betrifft einen elastisch biegbaren Koppelkörper für hochfrequente Arbeitsgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Unter hochfrequent soll in den Ansprüchen und der Beschreibung eine Frequenz verstanden werden, die von einigen kHz bis 40 und mehr kHz beträgt. Für gängige dentale Anwendungen kann sie vorzugsweise im Bereich von 15 kHz bis 25 kHz liegen.

Ein hochfrequentes Arbeitsgerät für dentale Zwecke ist in der DE 42 38 384 A1 beschrieben. Es umfasst eine Ultraschall-Antriebseinheit, die einen gestreckten Stapel hintereinanderliegender piezoelektrischer Scheiben umfasst. Dieser Scheibenstapel ist in einem Griff des Arbeitsgerätes untergebracht. Der Koppelkörper ist als Ringschwinger ausgebildet, der vier in Umfangsrichtung gleich verteilte Schwingungsmaxima aufweist. Eines der Schwingungsmaxima ist mit der Ultraschall-Antriebseinheit verbunden, ein hierzu um 90° versetztes Schwingungsmaximum mit dem Werkzeug. Dieses führt somit eine Bewegung aus, deren Richtung um 90° zur Richtung der Abtriebsbewegung der Ultraschall-Antriebseinheit verkippt ist.

Arbeitsgeräte der oben angesprochenen Art finden insbesondere im dentalen Bereich Verwendung, um Zahnoberflächen zu reinigen oder auch Kavitäten in Zähnen zu erzeugen.

Dabei müssen. die Koppelkörper verhältnismäßig kleine Abmessungen aufweisen, um einem Zahnarzt auch unter den beengten Verhältnissen im Mund eines Patienten guten Blick auf die jeweilige Arbeitsstelle zu ermöglichen.

Die kleinen Durchmesser aufweisenden ringförmigen Koppelkörper gemäß dem Stand der Technik arbeiten nur dann zuverlässig, wenn sie hoch genau gearbeitet sind und aus speziellen, teuren Materialien hergestellt sind. Werden diese Bedingungen nicht eingehalten, kann es zu Brüchen im Koppelkörper und damit zu einem Ausfall des Arbeitsgerätes kommen.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Koppelkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, dass er einfacher hergestellt werden kann und weniger zu Materialbrüchen neigt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Koppelkörper mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Koppelkörper erfolgt das Erregen der Eigenschwingungen dadurch, dass man an einem vorgegebenen Punkt der Biegearme mit einem Drehmoment angreift. Dieses wird durch eine Kraft erzeugt, die unter einem Hebelarm auf dem angetriebenen Biegearm/die angetriebenen Biegearme einwirkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Gemäß Anspruch 2 erhält man eine besonders effektive Erregung der Eigenschwingungen der Biegearme, da die antreibende Kippbewegung an einem Punkt des Biegearmes eingespeist wird, an dem dieser einen Knoten einer Eigenschwingung aufweist.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf symmetrische Schwingungsverhältnisse und symmetrische Belastungen des angetriebenen Biegearmes/der angetriebenen Biegearme von Vorteil.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird erreicht, dass auch ein nicht angetriebener Biegearm symmetrisch zu einer transversalen Armmittelebene schwingt und belastet ist.

Ein Koppelkörper gemäß Anspruch 5 hat zwei Biegearme mit in gleicher Richtung aufgesetzten als Massekörper wirkender Antriebskörper, deren Schwerpunkte jeweils von der neutralen Faser des sie tragenden Biegearmes entfernt sind. werden die Biegearme in Längsrichtung mit Kraft beaufschlagt, so führen die unter Abstand aufgesetzten als Massekörper wirkender Antriebskörper dann auf Grund ihrer Trägheit zu gleichsinnigen Biegungen der beiden Biegearme.

Da die beiden getriebenen Enden und die beiden freien, treibenden Enden der Biegearme durch Verbindungsarme verbunden sind, erhält man bei den treibenden Enden der Biegearme eine Bewegung des dort liegenden Verbindungsarmes, die senkrecht auf der Längsrichtung der beiden Biegearme steht und damit auch senkrecht zu der hierzu parallelen Antriebsbewegung, die dem die getriebenen Enden der Biegearme verbindenden Verbindungsarm aufgeprägt wird.

Ein Koppelkörper gemäß Anspruch 2 kann somit als Rahmen mit biegbaren parallelen Seiten angesehen werden, welche unter Abstand von den Rahmenkanten aufgesetzte als Massekörper wirkender Antriebskörper tragen. Der Koppelkörper bildet somit ein elastisch verformbares Parallelogrammgestänge mit aufgesetzten als Masse*körper wirkenden Antriebskörpern, die dazu führen, dass eine hochfrequente aufge prägte lineare Wechsel-Eingangsbewegungin eine hierzu verkippte im Wesentlichen lineare Wechsel-Ausgangsbewegung gleicher Frequenz umgesetzt wird.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6, ist im Hinblick darauf vorteihaft, die Belastungen und Bewegungsverhältnisse in beiden Biegearmen gleich einzustellen.

Bei einem Koppelkörper gemäß Anspruch 7 kann man für das von dem einen der Antriebskörper erzeugten Massenträgheitsmoment von der transversalen Abmessung des durch die verschiedenen Arme aufgespannten Rahmens profitieren. Die Masse des einen Antriebskörpers kann daher etwas kleiner gewählt werden.

Dabei kann man gemäß Anspruch 8 die Drehmomente, welche die als Massekörper wirkender Antriebskörper auf die Biegearme ausüben, wenn der durch Biegearme und Verbindungsarme gebildet Rahmen beschleunigt wird, trotz unterschiedlicher Massen der Antriebskörper einander angleichen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 ist im Hinblick auf kompakte Abmessungen des Koppelkörpers von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 ist im Hinblick auf glatte Begrenzungsflächen des Koppelkörpers vorteilhaft.

Ein Koppelkörper gemäß Anspruch 11 zeichnet sich dadurch aus, daß Beschleunigungen des durch Biegearme und Verbindungsarme gebildeten Rahmens in Richtung der Biegearmachsen besonders effektiv in Biegeschwingungen umgesetzt werden.

Dabei kann man gemäß Anspruch 12 dem im Inneren des Rahmens liegenden Antriebskörper besonders große Masse geben.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 ist im Hinblick auf eine starke Erzeugung von Biegeschwingungen von Vorteil. Entsprechend stark sind die hieraus abgeleiteten Abtriebsbewegungen in Richtung der Werkzeugachse, die vom werkzeugseitigen Verbindungsarm bereitgestellt werden.

Anspruch 14 gibt eine besonders einfache und zuvelässige Möglichkeit der Verbindung von Sonotrode und Koppelkörper an.

Ein Koppelkörper gemäß Anspruch 15 erlaubt, daß die durch Koppelkörper und Sonotrodenabstriebsende gebildete Einheit in zur Rahmenebene senkrechter Richtung besonders kurz baut.

Auch die Weiterbildung gemäß Anspruch 16 dient einer gleichmäßigen Verteilung der mechanischen Belastungen auf beide Biegearme.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 17 ist in Hinblick auf ein präzises und zuverlässiges Einleiten der Antriebsbewegung und in Hinblick auf ein präzises und sicheres Bewegen des Werkzeuges von Vorteil.

Dies gilt verstärkt für einen Koppelkörper gemäß Anspruch 18.

Bei einem Koppelkörper gemäß Anspruch 19 ist die im kräftefreien Zustand eingenommene Geometrie ein Rechteck.

Die Auslenkungen der Biegearme erfolgen symmetrisch nach beiden Seiten der durch sie gebildeten Rechteckkanten, wodurch eine zur Eingangsbewegung parallele Rest-Be wegungskomponente, die bei größerer Auslenkung der Biegearme verbleibt, sehr klein gehalten werden kann, beziehungsweise bei kleinen Auslenkungen, wie sie hier von Interesse sind, praktisch null ist.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 20 ist im Hinblick auf die Vermeidung lokaler Spannungen im Material des Koppelkörpers von Vorteil.

Bei einem Koppelkörper gemäß Anspruch 21 können die Massekörper und die Verbindungsarme im Wesentlichen in einer gleichen Ebene liegen, ohne dass der im Inneren des Rahmens liegende Antriebskörper die Verformung des Rahmens behindert. In Folge dessen kann man einen Koppelkörper ausgehend von einem planparallelen Rohling auf einfache Weise herstellen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 22 ist im Hinblick auf ein einfaches und sicheres Befestigen des Werkzeueses am treibenden Teil des Koppelkörpers von Vorteil.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 23 wird erreicht, dass der Koppelkörper in der Nachbarschaft des Werkzeuges besonders schlank baut. Dies ist im Hinblick auf guten visuellen Kontakt zur Arbeitsstelle von Vorteil.

Gemäß Anspruch 24 erhält man eine einfache und belastungsfähige Verbindung des Koppelkörpers mit der Antriebseinheit. Letztere kann z. B. einfach durch einen Ultraschallgenerator oder durch einen Ultraschallgenerator mit nachgeschalteter Sonotrote gebildet sein.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 25 ist wiederum im Hinblick auf günstige Ergonomie des mit dem Koppelkörper realisierten Arbeitsgerätes von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 26 ist von einem wie dem Hinblick auf die Herstellbarkeit des Koppelkörpers aus einem planparallelen Rohling von Vorteil. Darüber hinaus gestattet die rechteckig prismatische Grundgeometrie des Biegearmes, die Schwingungsfrequenzen präzise vorauszuberechnen. Schließlich werden durch die Rechteckform die Biegeschwingungen genau vorgegeben:
Die in den Biegearmen induzierten Schwingungen sind weitgehend frei von Torsionen bezüglich der Biegearm-Längsachse.

Die vorgenannten Vorteile gelten verstärkt für einen Koppelkörper nach Anspruch 27 und einen solchen gemäß Anspruch 28.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 29 ist im Hinblick auf kompakten Bau des Koppelkörpers und eines ihn enthaltenden Handstückes in der Nachbarschaft der Arbeitsstelle von Vorteil. Dies erleichtert die Handhabung unter räumlich beengten Verhältnissen und den Sichtkontakt zur Arbeitsstelle.

Ein Koppelkörper gemäß Anspruch 30 zeichnet sich durch besonders hohe Lebensdauer aus.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1: eine seitliche Ansicht eines dentalen Ultraschall-Handstückes, in welcher die verschiedenen Hauptkomponenten des Handstückes schematisch angedeu tet sind;
2: eine seitliche Ansicht eines Koppelkörpers, der in einem Ultraschall-Handstück gemäß 1 verwendbar ist;
3: eine schematische Ansicht des Koppelkörpers nach 2 in einer Bewegungsphase, in welcher auf den Koppelkörper eine in der Zeichnung nach rechts gerichtete ziehende Kraft ausgeübt wird;
4: eine ähnliche Ansicht wie 3, wobei jedoch auf den Koppelkörper eine in der Zeichnung nach links gerichtete drückende Kraft ausgeübt wird;
5: eine perspektivische Ansicht einer praktischen Ausführungsform eines Koppelkörpers für ein Arbeitsgerät nach 1;
6: einen Längsschnitt durch den Koppelkörper nach 6;
7: eine perspektivische Ansicht eines weiter abgewandelten Koppelkörpers;
8: einen Mittenschnitt durch den Koppelkörper nach 7 zusammen mit dem Abtriebsende eine Sonotrode; und
9: eine ähnliche Ansicht wie 7, in welcher ein nochmals abgewandelter Koppelkörper wiedergegeben ist.
In 1 ist mit 10 insgesamt ein Ultraschall-Handstück bezeichnet, welches zum Antrieb eines Werkzeuges 12 dient.
Bei dem Werkzeug 12 kann es sich zum Beispiel um ein lanzettförmiges flaches Werkzeug handeln, mit welchem die Seitenflächen eines Zahnes bearbeitet werden sollen. Das Werkzeug 12 bewegt sich in Richtung des in der Zeichnung angegebenen Pfeiles 14. während des Arbeitens mit dem Werkzeug 12 wird auf dieses durch eine Düse 16 ein Strahl 18 einer Arbeitsflüssigkeit gerichtet, welche ein in Wasser suspendiertes abrasives Medium enthält.
Zum Erzeugen der in 1 vertikalen Hin- und Herbewegung des Werkzeuges 12, deren Amplitude bei einigen 10μm bis 100μm liegt, dient in ein Ultraschallgenerator 20, der im Inneren eines Griffes 22 des Handstückes 10 untergebracht ist. Der Ultraschallgenerator 20 umfasst eine Mehrzahl in axialer Richtung hintereinander gestapelter piezoelektrischer Scheibe und ist an seinem in 1 links gelegenen Abtriebsende mit einer Sonotrode 24 verbunden. Letztere dient dazu, durch "Trichterwirkung" die Ultraschallenergie zu konzentrieren und am Ausgang eine entsprechend vergrößerte Bewegungsamplitude bereitzustellen.
Das Ende der Sonotrode 24 ist mit einem Koppelkörper 26 verbunden. Dieser setzt die in axialer Richtung des Griffes 22 gerichtete, in der Zeichnung horizontale Abtriebsbewegung der Sonotrode 24 in eine zur Achse des Griffes 22 senkrechte, in der Zeichnung vertikale Bewegung des Werkzeuges 12 um.
2 zeigt schematischen Aufbau des Koppelkörpers 26. Er hat zwei zueinander parallele gleich lange Biege arme 28, 30, die jeweils rechteckigen Querschnitt haben, wobei die lange Seite des Querschnittes senkrecht zur Zeichenebene von 2 steht. Die Enden der Biegearme 28, 30 sind durch Verbindungsarme 32, 34 zu einem rechteckigen Rahmen 36 geschlossen, dessen innerer Rand bei den Ecken viertelkreisförmige Abrundungen 38 aufweist.
Die Verbindungsarme 32, 34 haben senkrecht zur Zeichenebene von 2 die gleichen Abmessungen wie die Biegearme 28, 30, haben jedoch eine Breite B, die deutlich größer ist als die Breite b der Biegearme. Die im übrigen auch kürzeren Verbindungsarme 32, 34 können daher gegenüber den Biegearmen 28, 30 als im Wesentlichen starr angesehen werden.
Die Verbindungsarme 32, 34 tragen bei ihrer Mitte identische als Massekörper wirkende Antriebskörper 40, 42, deren Schwerpunkte um den gleichen Abstand D nach oben von den neutralen Fasern der Biegearme 28, 30 entfernt sind. Die Antriebskörper 40, 42 haben ebenfalls die gleiche Abmessung senkrecht zur Zeichenebene von 2 wie die Biegearme 28, 30 und die Verbindungsarme 32, 34. Der gesamte Koppelkörper 26 kann somit durch Aussägen aus einem planparallelen Rohling hergestellt werden.
Die als Massekörper wirkenden Antriebskörper 40, 42 haben im Wesentlichen die Form axial kurzer Zylinder und sind über Übergangsabschnitte 44, 46 mit den benachbarten Verbindungsarmen 32, 34 verbunden.
Die Übergangsabschnitte 44, 46 sind an ihren beiden Seiten jeweils über Abrundungen 48, 50 mit den Biegearmen 28, 30 verbunden.
Unter Einsatzbedingungen ist der in der Zeichnung links gelegene Verbindungsarm 32 mit dem Werkzeug 12 über eine nicht dargestellte Spangzange verbunden, während der in der Zeichnung rechts gelegene Verbindungsarm 34 über einen in 2 nicht dargestellten Verbindungskopf mit dem Abtriebsabschnitt der Sonotrode 24 verbunden ist.
In den 3 und 4 ist dargestellt, wie sich der Koppelkörper verformt, wenn auf den in der Zeichnung rechts gelegenen Verbindungsarm 34 eine nach rechts gerichtete ziehende Kraft bzw. eine nach links gerichtete drückende Kraft ausgeübt wird.
Wird, wie in 3 dargestellt, auf den Verbindungsarm 34 eine nach rechts gerichtete Kraft ausgeübt, so führt die Tragheit der Antriebskörper 40, 42 dazu, dass die Biegearme 28, 30 nach unten gekrümmt werden. Da die Antriebskörper 40, 42 was ihre Geometrie, ihr Material und ihr Gewicht betrifft, exakt gleich sind, werden die beiden Biegearme 28, 30 in gleicher Weise nach unten gebogen.
Da ihre Längen konstant bleiben und sich ihre freien Enden gleich bewegen, wird der in der Zeichnung links gelegene Verbindungsarm 32 parallel zum Verbindungsarm 34 nach unten bewegt.
Wird dagegen auf den rechten Verbindungsarm 34 eine nach links gerichtete Kraft ausgeübt, so kommt es wegen der Trägheit der Antriebskörper 40, 42, ähnlich wie oben beschrieben, zu einer gleichsinnigen und gleich großen Biegung der Biegearme 28, 30 nach oben und damit zu einer Bewegung des Verbindungsarmes 32 nach oben in exakt zur Erstreckung des Verbindungsarmes 34 paralleler Richtung.
Man erkennt, dass der Koppelkörper 26 somit eine auf den rechts gelegenen getriebenen Verbindungsarm 34 ausgeübte Wechselbewegung, die in der Achse der Sonotrode 24 und damit in der Achse des Ultraschallgenerators 20 und des Griffes 22) erfolgt, in eine Werkzeugbewegung umsetzt, die senkrecht zur Achse der Sonotrode 24 und damit zu der des Griffes 22 erfolgt.
Aus den 2 bis 4 ist ersichtlich, dass der Antriebskörper 40, der im Inneren des Rahmens 36 liegt und von dem unteren Biegearm 32 getragen ist, von dem oberen, außerhalb des Rahmens 36 liegenden Biegearm 34 so weit entfernt ist, dass dessen Biegebewegung nicht beeinträchtigt wird. Da, wie dargelegt, beide Biegearme 28, 30 in gleicher Richtung und um gleiche Beträge ausgelenkt werden, braucht dieser Abstand zwischen Antriebskörper 40 und Biegearm 30 nicht groß zu sein.
5 und 6 zeigen ein praktisches Ausführungsbeispiel für einen Koppelkörper 26. Teile des Koppelkörpers 26, die von der Funktion her schon obenstehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 entsprechenden Teilen entsprechen, sind wieder mit demselben Bezugszeichen versehen und brauchen in ihren grundlegenden Eigenschaften nicht nochmals detailliert beschrieben zu werden.
Den Koppelkörper 26 nach 5 kann man aus einem planparallelen Rohling dadurch herstellen, dass man in ihm im Bereich der Biegearme 28, 30 zwei Langlöcher herstellt, die an ihren Enden jeweils durch eine halbzylindrische Fläche 48 abgeschlossen sind. In dem zwischen den beiden Langlöchern verbleibenden Steg wird dann ein Schlitz 52 eingefräst, wodurch man eine untere Antriebskörperbasis 40 erhält.
Ähnlich erzeugt man in einem oberen Abschnitt des Rohlings zwei weitere Langlöcher, die von abgeplattet halbzylindrischen Flächen 50 abgschlossen sind und von denen das linke nach oben und nach links so geöffnet wird, dass die Bodenfläche des Langloches bis zum freien horizontalen Ende des Koppelkörpers 26 fortgesetzt wird und das Langloch nach oben kurz vor der rechten Langloch-Endfläche geöffnet wird.
Ähnlich fräst man auch den oberen Materialabschnitt über dem rechten Langloch von 5 weg, derart, dass man einen im Wesentlichen T-förmigen Antriebskörper 42 erhält.
An den rechts gelegenen Verbindungsarm 34 des Koppelkörpers ist ein Verbindungskopf 54 angeformt, der eine nach rechts offene Gewindebohrung 56 aufweist, in die ein mit Gewinde versehener Endabschnitt der Sonotrode 24 eingeschraubt werden kann.
Eine obere Begrenzungsfläche des Verbindungskopfes 54 und eine untere Begrenzungsfläche dieses Verbindungskopfes sind so gelegt, dass die mittig im Verbindungskopf liegende Bohrung 56 etwa auf Höhe des oberen Biegearmes 30 liegt. Die Übergangsflächen von diesen oberen und unteren Begrenzungsfläche zum eigentlichen Koppelkörper sind geschwungen, wie bei 58 und 60 in der Zeichnung angedeutet. Die Kanten des Verbindungskopfes 54 sind durch Fasen 62 gebrochen.
Der in 5 links gelegene Endabschnitt des Koppelkörpers 26 weist einen mittigen vertikalen Schlitz 64 auf, der zu einer vertikalen Bohrung 66 führt. Im links gelegenen Bereich sind die Außenseite der Verbindungsarme 32, 34 jeweils symmetrisch zur Längsmittelebene mit einer Abschrägung 68 versehen, so dass Klemmabschnitte 70, 72 des links gelegenen Verbindungsarmes 34 erhalten werden.
Parallel zu der Bohrung 66 ist in den Verbindungsarm 32 eine axial gesclitzte Aufnahmehülse 74 eingesetzt, in welche der Schaft eines Werkzeuges einsetzbar ist.
Durch eine nicht dargestellte Klemmschraube können die Klemmabschnitte 70, 72 entgegen ihrer Federkraft aufeinanderzubewegt werden, um den Schaft eines Werkzeuges fest in der Aufnahmehülse 74 einzuspannen.
Der obere Antriebskörper 42 hat einen zu seiner oberen Stirnfläche hin offenen mittigen vertikalen Schlitz 78, in dessen Boden eine Durchgangsbohrung 80 vorgesehen ist. Letztere fluchtet mit einer Befestigungsbohrung 82 in der Antriebskörperbasis 40.
In die Befestigungsbohrung 82 ist der Schaft eines Massestabes 84 fest eingesetzt (verschweißt), der sich unter seitilchem Spiel durch die Durchgangsbohrung 80 und den Schlitz 78 erstreckt, so dass der Massestab 84 auch unter Ultrachallbeaufschlagung des Koppelkörpers 26 nicht seitlich anstößt.
Die Stirnfläche des Massestabes 84 und die Oberseite des Antriebskörpers 42 sind im wesentlichen koplanar.
Die Geometrie und Masse von Antriebskörperbasis 40 und Massestab 84 sind so gewählt, dass das gemeinsame Massenträgheitsmoment bezüglich des Anbindungsbereiches zum Biegearm 28 im wesentlichen gleich dem Massenträgheitsmoment des Antriebskörpers 42 zu seinem Anbindungsbereich am Biegearm 30 ist.
Von der Funktion her entspricht der Koppelkörper 26 nach 5 und 6 demjenigen nach den 2 bis 4.
Als Material für den Koppelkörper 26 und ggf. seine Teile wird Titan verwendet.
Die 7 und 8 zeigen einen abgewandelten Koppelkörper 26, der in zur Achse der Biegearme 28, 30 senkrechter Richtung kompakter baut. Komponenten, die unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren schon beschrieben wurden, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, auch wenn sie geometrisch etwas anders ausgebildet sind, sofern sie funktional entsprechen.
Der nach außen über den Rahmen des Koppelkörpers 26 überstehende Antriebskörper 42 ist verkleinert und ragt nur noch ganz geringfügig ins Innere des Rahmens. Der ins Innere des Rahmens ragende Antriebskörper 40 ist mit seiner ebenen Stirnfläche bis kurz vor die Innenseite des Biegearmes 30 geführt.
Der Antriebskörper 40 dient als Koppelabschnitt für eine Sonotrode. Hierzu ist in ihm die Gewindebohrung 56 vorgesehen. Ferner ist in dem Verbindungsarm 32 eine Durchgangsbohrung 86 vorgesehen, durch welche sich ein Abtriebsabschnit 88 der Sonotrode 24 unter Spiel erstrecken kann.
Die Achse der Bohrung 86 verläuft parallel zu den Biegearmen 28, 30 und mitten zwischen diesen, so daß der Abtriebsabschnitt 88 unter einem Hebelarm (über den Antriebskörper 40) an dem Biegearm 28 angreift. Wegen dieser Geometrie der Krafteinleitung ist ein gutes Aufschwingen des durch die Biegearme 28, 30 und die Verbindungsarme 32, 34 gebildeten Koppelkörperrahmens gewährleistet, obwohl die Antriebskörper 40, 42 gegenüber den anderen Ausführungsbeispielen deutlich verminderte Masse aufweisen.
Der Koppelkörper 26 gemäß den 7 und 8 zeichnet sich durch besonders kompakten Aufbau und gute Umlenkung der Eingangsbewegung in eine zu dieser unter 90° geneigt verlaufenden Abtriebsbewegung aus.
Der Koppelkörper gemäß Anspruch 9 ähnelt weitgehend demjenigen nach 7.
Der Antriebskörper 42 ist nun aber verschwunden, und die Stirnfläche des Antriebskörpers 40 ist nochmals näher gegen die Innenfläche des Biegearmes 30 gerückt, so nahe wie dies fertigungstechnisch möglich ist.
Die Herstellung erfolgt so, dass ein plattenförmiger Rohling mit der gewünschten Außenkontur gefräst wird und in ihm zwei Durchbrüche mit den Abrundungen 38, 48 erzeugt werden, wobei zunächst ein mittiger durchgehender Steg verbleibt, der später den Antriebskörper 40 bildet. In das so erhaltene Zwischenprodukt, dessen Gestalt im Wesentlichen einer "8" entspricht, wird dann die Durchgangsbohrung 86 eingebohrt und die hiermit fluchtende Gewindebohrung 56 eingearbeitet.).
Dann wird der Schlitz 52 so nahe wie fertigungstechnisch möglich bei der Innenseite des Biegearmes 30 mit einem schmalen Scheibenfräser eingefräst.
Der Biegearm 28 hat auf Grund des von ihm getragenen Antriebskörpers 40 ein anderes Schwingungsverhalten als es ein gleichen Querschnitt aufweisender Biegearm ohne aufgesetzten Antriebskörper hätte.
Um diesen Unterschied auszugleichen, ist der in 9 unten liegende Biegearm um etwa 25 Prozent breiter (Abmessung in in 9 vertikaler Richtung) ausgebildet als der Biegearm 28. Auf diese Weise haben beide Biegearme 28, 30 die gleiche Eigenfrequenz und schwingen mit ihrem dem Verbindungsarm 34 benachbarten Enden in Phase mit gleicher Amplitude.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel hat der Koppelkörper 26 in Längsrichtung (in der Zeichnung in horizontaler Richtung) gemessen eine Gesamtabmessung von 24,2 mm, in transversaler (in der Zeichnung vertikaler) Richtung gemessen hat die untere Begrenzungsfläche des Koppelkörpers 26 einen Abstand von der Längsachse desselben, der 4 mm beträgt, während die obere Außenfläche des Koppelkörpers 26 einen Abstand von der Längsachse von nur 3,6 mm aufweist. Der Abstandsunterschied entspricht der vergrößerten transversalen Abmessung des in 9 unten liegenden Biegearmes 30.
Bei diesem. praktischen Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Platte, aus dem der Koppelkörper 26 hergestellt ist, 5 mm, der Durchmesser der Durchgangsbohrung 86 4 mm und der Durchmesser der Gewindebohrung 56 3,5 mm.
Als Material für den Koppelkörper 26 dient Titan.

Claims

Elastisch biegbarer Koppelkörper zur Kopplung einer Antriebseinheit (20, 24) mit einem Werkzeug (12) welcher eine längs einer Eingangsachse erfolgende Eingangsbewegung in eine längs einer von der Eingangsachse verschiedenen Ausgangsachse erfolgende Ausgangsbewegung umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei parallele gleichlange Biegearme (28, 30) aufweist, die an ihren Enden durch transversale Verbindungsarme (32, 34) verbunden sind, und dass an mindestens einem der Biegearme (28, 30) eine hochfrequente Biegekraft unter einem Hebelarm angreift.
Koppelkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekraft bei einem Knoten einer Eigenschwingung des durch sie bewegten Biegearmes (28) angreift.
Koppelkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Biegekraft bewegte Biegearm (28) symmetrisch im wesentlichen zu einer transversalen Armmittelebene ist und die Biegekraft in der Armmittelebene angreift.
Koppelkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auch der zweite Biegearm (30) im wesentlichen symmetrisch zu einer transversalen Armmittelebene ist.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegearme (28, 30) gleichsinnig transversal außermittige Massekörper darstellende Antriebskörper (40, 42; 40, 42, 84) tragen.
Koppelkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenträgheitsmomente der Massekörper darstellenden Antriebskörper (40, 42; 40, 42, 84) bezüglich ihres Anbindungsbereiches an den zugehörigen Biegearm (28, 30) im wesentlichen gleich sind.
Koppelkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunkte der Massekörper darstellenden Antriebskörper (40, 42, 84) unterschiedlich weit von dem jeweils zugehörigen Biegearm (28, 30) entfernt sind.
Koppelkörper nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß und die Massen der Massekörper darstellenden Antriebskörper (40, 42, 84) entsprechend ihrem unterschiedlichen Abstand von dem jeweils zugehörigen Biegearm (28, 30) unterschiedlich sind.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Massekörper darstellenden Antriebskörper (40, 42, 84) transversal verschachtelt sind.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen beider Massekörper darstellender Antriebskörper (40, 42, 84) im wesentlichen parallel zu einander sind, vorzugsweise koplanar sind.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet., daß die Massekörper darstellenden Antriebskörper (40, 42) in gleicher Absolutrichtung von den zugehörigen Biegearmen (28, 30) abstehen, so dass ein erster (40) der Antriebskörper (40, 42) ins Innere des durch Biegearme (28, 30) und Verbindungsarme (32, 34) gebildeten Rahmens ragt, während der zweite (42) der Antriebskörper (40, 42) über die lichte Kontur des durch Biegearme (28, 30) und Verbindungsarme (32, 34) gebildeten Rahmens übersteht.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Antriebskörper (40, 42) gleiche Geometrie haben, vorzugsweise die von Kreisscheiben.
Koppelkörper einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichent, daß ein von einem (28) der Biegearme (28, 30) transversal verlaufend getragener Antriebskörper (40) mit Verbindungsmitteln (56) versehen ist, an welchen ein Abtriebsabschnitt (88) einer Sonotrode (24) ankoppelbar ist.
Koppelkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (56) eine Gewinderbohrung aufweisen.
Koppelkörper nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster (32) der Verbindungsarme (32, 34) mit einer zu den Biegearmen (28, 30) parallelen Durchgangsöffnung (86) versehen ist, durch die der Abtriebsabschnitt (88) der Sonotrode (24) unter Spiel hindurchführbar ist.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegearme (28, 30) solche Randkontur und/oder solchen Querschnitt aufweisen, dass sie gleiche Schwinungsfrequenz haben und ihre ausgangsseitigen Enden in Phase schwingen.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsarme (32, 34) verglichen mit der Biegesteifigkeit der Biegearme (28, 30) große Biegesteifigkeit aufweisen.
Koppelkörper nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsarme (32, 34) im Wesentlichen starr sind.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsarme (32, 34) senkrecht auf den Biegearmen (28, 30) stehen.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskörper (40, 42) über gekrümmte Übergangsflächen (48, 50) mit den Seiten der Biegearme (28, 30) verbunden sind.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der vom einem (28) der Verbindungsarme (28, 30) getragene zum Inneren des Koppelkörpers weisende Massekörper (40) unter geringem Abstand vor der Innenseite des anderen Biegearmes (30) endet.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der werkzeugseitige Verbindungsarm (34) als Spannzange (64, 74) ausgebildet ist.
Koppelkörper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der werkzeugseitige Verbindungsarm verminderte Dicke (68) aufweist.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Antriebseinheit (20, 24) verbindbare Verbindungsarm einen Verbindungskopf (54) aufweist, der mit Mitteln (56) zum Ankoppeln an die Antriebseinheit (20, 24) versehen ist.
Koppelkörper nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskopf (54) eine Achse aufweist, die im wesentlichen mit der Mittelebene eines (30) der Biegearme (28, 30) fluchtet.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform der Biegearme (28, 30) einem rechteckigen Querschnitt aufweisendem Prisma entspricht.
Koppelkörper nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Querschnittes des Prismas deutlich größer ist als dessen Höhe.
Koppelkörper nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Querschnitts des Prismas etwa dem 3- bis 6-fachen, vorzugsweise etwa dem 4- bis 5-fachen der Höhe des Querschnittes des Prismas entspricht.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten der Verbindungsarme (32, 34) abgerundet sind, vorzugsweise die Außenseiten der Biegearme (28, 30) glatt verbindende Zylinderflächen sind.
Koppelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Titan hergestellt ist.