DE102011109518B4 - Installation arrangement for vibration-sensitive elements in vibrating bodies - Google Patents

Installation arrangement for vibration-sensitive elements in vibrating bodies Download PDF

Info

Publication number
DE102011109518B4
DE102011109518B4 DE102011109518.0A DE102011109518A DE102011109518B4 DE 102011109518 B4 DE102011109518 B4 DE 102011109518B4 DE 102011109518 A DE102011109518 A DE 102011109518A DE 102011109518 B4 DE102011109518 B4 DE 102011109518B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sonotrode
vibration
heating cartridges
temperature
annular gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102011109518.0A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102011109518A1 (en
Inventor
Ingo Hoveling
Tino Jahnke
Wolfgang Kazmirzak
Jörg Michaelis
Thomas Zwicker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunststoff-Zentrum In Leipzig Gemeinnuetzige GmbH
Kunststoff Zentrum in Leipzig GmbH
Original Assignee
Kunststoff-Zentrum In Leipzig Gemeinnuetzige GmbH
Kunststoff Zentrum in Leipzig GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunststoff-Zentrum In Leipzig Gemeinnuetzige GmbH, Kunststoff Zentrum in Leipzig GmbH filed Critical Kunststoff-Zentrum In Leipzig Gemeinnuetzige GmbH
Priority to DE102011109518.0A priority Critical patent/DE102011109518B4/en
Publication of DE102011109518A1 publication Critical patent/DE102011109518A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102011109518B4 publication Critical patent/DE102011109518B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/18—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools
    • B29C65/24—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools characterised by the means for heating the tool
    • B29C65/30—Electrical means
    • B29C65/305—Electrical means involving the use of cartridge heaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/18—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/72—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by combined operations or combined techniques, e.g. welding and stitching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/731—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined
    • B29C66/7311—Thermal properties
    • B29C66/73115—Melting point
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/816—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the mounting of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8167—Quick change joining tools or surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
    • B29C66/8183—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the thermal conducting constructional aspects
    • B29C66/81831—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the thermal conducting constructional aspects of the welding jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/912—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9121—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature
    • B29C66/91211—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature with special temperature measurement means or methods
    • B29C66/91212—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature with special temperature measurement means or methods involving measurement means being part of the welding jaws, e.g. integrated in the welding jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/912—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9121—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature
    • B29C66/91231—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature of the joining tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einbauanordnung für schwingungsempfindliche Elementen wie Heizpatronen, Temperaturfühler oder Sensoren in Sonotroden, wobei ein freies Schwingen der Sonotrode und ein guter, schneller Wärmeübergang zwischen den Heizpatronen und der Sonotrode gewährleistet wird und die Temperierung der Sonotrode im Schwingungsbetrieb mit einer elektronischen Temperaturregelung erfolgen kann. In die Sonotrode werden eine oder mehrere längsaxiale, zylindrische Grundbohrungen zur Aufnahme der Heizpatronen eingebracht. Die Durchmesser der Aufnahmebohrungen sind größer als die Durchmesser der Heizpatronen, so dass beim Einstecken ein konzentrischer Ringspalt verbleibt. Die Tiefe der Aufnahmebohrungen ist größer als die Länge der Heizpatronen, so dass diese den Boden der Grundbohrungen nicht berühren und damit keine Berührung mit der Sonotrode haben und diese frei schwingen kann. In den Ringspalt zwischen den Heizpatronen und den Bohrungswandungen wird ein gut wärmeleitendes Pulver eingefüllt und verdichtet. Die Aufnahmebohrungen verbleiben oben offen.The invention relates to an installation arrangement for vibration-sensitive elements such as heating cartridges, temperature sensors or sensors in sonotrodes, with a free swing of the sonotrode and a good, quick heat transfer between the heating cartridges and the sonotrode is ensured and the temperature of the sonotrode can be done in vibration mode with an electronic temperature control , In the sonotrode one or more longitudinal axial, cylindrical blind holes for receiving the heating cartridges are introduced. The diameters of the mounting holes are larger than the diameter of the heating cartridges, so that when inserting a concentric annular gap remains. The depth of the mounting holes is greater than the length of the heating cartridges, so that they do not touch the bottom of the blind holes and thus have no contact with the sonotrode and this can swing freely. In the annular gap between the heating cartridges and the bore walls, a good thermal conductivity powder is filled and compacted. The mounting holes remain open at the top.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einbauanordnung für schwingungsempfindliche Elemente zum schwingungs- und zerstörungsfreien Betrieb der schwingungsempfindlichen Elemente in Sonotroden, unabhängig von der Dauer und der Intensität des Schwingungszustandes der Sonotroden.The invention relates to an installation arrangement for vibration-sensitive elements for vibration and non-destructive operation of the vibration-sensitive elements in sonotrodes, regardless of the duration and intensity of the vibration state of the sonotrodes.

Solche schwingungsempfindlichen Elemente sind z. B. Temperaturfühler, Heizpatronen oder Sensoren, die in Sonotroden angebracht werden. Die Sonotroden sollen durch den Einbau von Temperaturfühlern und/oder Heizpatronen aktiv temperiert werden.Such vibration sensitive elements are z. As temperature sensors, heating cartridges or sensors that are mounted in sonotrodes. The sonotrodes should be actively tempered by the installation of temperature sensors and / or heating cartridges.

In der Industrie, dem Maschinen- und Automobilbau, in der Elektrotechnik und Elektronik und auch in der Medizintechnik werden zunehmend hochtemperaturbeständige Hochleistungskunststoffe mit einer Schmelztemperatur von über 280°C zur Fertigung von komplizierten Formteilen oder Bauteilsystemen eingesetzt.In the industry, mechanical and automotive engineering, in electrical engineering and electronics, and also in medical technology, high-temperature resistant high-performance plastics with a melting temperature of more than 280 ° C. are increasingly used for the production of complicated molded parts or component systems.

Diese Formteile oder Bauteilsysteme lassen sich aber nicht immer einstückig, z. B. im Spritzgießverfahren, fertigen, sondern müssen aus zwei oder mehreren Teilen zusammengefügt werden.These moldings or component systems can not always be in one piece, z. B. in injection molding, finished, but must be assembled from two or more parts.

Zum Fügen von Kunststoffteilen ist das Ultraschallschweißen und -nieten als effektives und kostengünstiges Fügeverfahren in der Praxis etabliert. Allerdings gilt dies vorrangig für die technisch weniger anspruchsvollen Massenkunststoffe wie z. B. Polyethylen oder Polypropylen mit einer Schmelztemperatur um 150°C. Folien oder Formteile aus hochtemperaturbeständigen Hochleistungskunststoffen wie Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethersulfon (PES) mit einem Schmelzpunkt von über 280°C lassen sich mit in der Praxis gebräuchlichen Sonotroden nicht in ausreichender Qualität schweißen oder nieten, weil die punktuell benötigte Wärmeenergiemenge zur Erwärmung der Fügezone von der „kalten” Sonotrode nicht in den Grundwerkstoff eingebracht werden kann. Eine Erhöhung der Ultraschallleistung der Sonotrode löst das Problem nicht, da ein Teil der erzeugten Wärmeenergie von der „kalten” Sonotrode wieder abgeleitet wird und führt bei weiterer Erhöhung der Ultraschallleistung zur thermischen Schädigung des Grundwerkstoffes bis hin zum Verdampfen des Grundwerkstoffs an der Oberfläche der Fügezone. Eine „warme” Sonotrode, d. h. eine beheizte bzw. temperierte Sonotrode kann hier Abhilfe schaffen.For joining plastic parts, ultrasonic welding and riveting is established as an effective and cost-effective joining method in practice. However, this applies primarily to the less technically demanding bulk plastics such. As polyethylene or polypropylene having a melting temperature of 150 ° C. Foils or molded parts made of high-temperature resistant high-performance plastics such as polyetheretherketone (PEEK) or polyethersulfone (PES) with a melting point of over 280 ° C can not be welded or riveted in sufficient quality with practical sonotrodes, because the heat energy required for heating the joining zone of the "cold" sonotrode can not be incorporated into the base material. Increasing the ultrasound power of the sonotrode does not solve the problem, since part of the generated heat energy is dissipated again by the "cold" sonotrode and, with further increase of the ultrasonic power, leads to thermal damage to the base material up to vaporization of the base material at the surface of the joint zone. A "warm" sonotrode, d. H. a heated or tempered sonotrode can remedy this situation.

Dies setzt voraus, dass es möglich wird eine Sonotrode mit elektrischen Heizpatronen direkt zu beheizen und die Temperatur über Temperaturfühler in der Sonotrode zu erfassen und zu regeln.This presupposes that it is possible to directly heat a sonotrode with electric heating cartridges and to detect and regulate the temperature via temperature sensors in the sonotrode.

Der Anmelderin sind aus der Fach- und Schutzrechtsliteratur sowie aus der Betriebspraxis derartige Sonotroden nicht bekannt.The applicant is not known from the technical and intellectual property literature and from the practice of such sonotrodes.

Aus der betrieblichen Praxis ist das direkte Beheizen von mechanischen Elementen wie z. B. Heizspiegel für das Heizelementschweißen mittels Wärmeleitung bekannt.From practical experience is the direct heating of mechanical elements such. B. heating mirror for the Heizelementschweißen known by heat conduction.

Hierbei sind in den Heizspiegel gleichmäßig verteilt Bohrungen eingebracht und die Heizpatronen werden direkt in diese Bohrungen eingesteckt. In einer Zusatzbohrung ist ein Temperaturfühler installiert. Die Heizpatronen sind hierbei möglichst so angeordnet, dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf dem Heizspiegel erreicht wird.In this case, evenly distributed holes are introduced into the heating mirror and the heating cartridges are inserted directly into these holes. An additional bore has a temperature sensor installed. The heating cartridges are in this case as possible arranged so that a uniform temperature distribution is achieved on the heating mirror.

Die Durchmesser der Heizpatronen und der Einsteckbohrungen sind aufeinander abgestimmt und werden mit definierten Passungen gefertigt.The diameters of the heating cartridges and the insertion holes are coordinated and manufactured with defined fits.

Bei der Erwärmung der Heizpatrone dehnt sich diese aus, so dass sich eine Presspassung zwischen der Außenhülle der Heizpatrone und der Bohrungswandung einstellt und eine innige, feste Anlage zwischen Heizpatrone und Bohrungswandung entsteht. Durch diese spaltfreie, innige Anlage der Heizpatrone in der Aufnahmebohrung wird ein guter Wärmeübergang erreicht, so dass große Wärmeenergiemengen von der Heizpatrone auf den zu beheizenden Heizspiegel übertragen werden können.When heating the immersion heater, this expands so that an interference fit between the outer shell of the immersion heater and the bore wall is established and an intimate, solid contact between the heating cartridge and the bore wall is formed. Through this gap-free, intimate installation of the heating element in the receiving bore, a good heat transfer is achieved, so that large quantities of heat energy can be transferred from the heating element to the heating element to be heated.

Diese direkte Beheizung des mechanischen Elementes ist jedoch zur Beheizung eines schwingenden Systems, wie eine Sonotrode, nicht geeignet und hat folgende Nachteile. Eine in einer Presspassung in einem schwingenden System eingebrachte Heizpatrone beeinflusst massiv das Schwingverhalten und somit das freie Schwingen des Systems. Darüber hinaus ist kaum noch ein Resonanzabgleich des schwingenden Systems möglich, es treten hohe Leistungsverluste auf und das schwingende System kann nicht funktionsgerecht arbeiten.However, this direct heating of the mechanical element is not suitable for heating a vibrating system, such as a sonotrode, and has the following disadvantages. An immersion heater mounted in an oscillating system in a press fit massively influences the vibration behavior and thus the free oscillation of the system. In addition, hardly a resonance balance of the oscillating system is possible, there are high power losses and the oscillating system can not work properly.

Darüber hinaus würden schwingungsempfindliche Elemente wie elektrische Heizpatronen, Temperaturfühler oder Sensoren durch die auf sie einwirkenden Ultraschallschwingungen auf Dauer beschädigt und zerstört werden.In addition, vibration-sensitive elements such as electric heating cartridges, temperature sensors or sensors would be permanently damaged and destroyed by the ultrasonic vibrations acting on them.

Aus der Praxis ist weiter bekannt, dass zu beheizende Elemente über ein Warmluftgebläse mit heißer Luft angeblasen werden, um mit Hilfe der Wärmekonvektion das zu beheizende Element auf die technologisch notwendige Temperatur zu bringen.From practice it is also known that to be heated elements are blown through a hot air blower with hot air to bring the element to be heated to the technologically necessary temperature with the help of convection.

Nachteilig hierbei ist der schlechte Wirkungsgrad der Wärmeübertragung. Gleichzeitig wird durch das Anblasen mit heißer Luft auch kalte, atmosphärische Luft angesaugt, was zur Temperaturabsenkung des Heizluftstromes führt. Darüber hinaus ist ein Konstanthalten bzw. Regeln der Temperatur des zu beheizenden Elementes auf diese Weise nur in sehr großen Toleranzbereichen möglich.The disadvantage here is the poor efficiency of heat transfer. At the same time by blowing with hot air and cold, atmospheric air is sucked, causing the temperature drop of the heating air flow leads. In addition, a constant or regulating the temperature of the element to be heated in this way is possible only in very large tolerance ranges.

Bekannt ist aus der Praxis auch die Erwärmung durch Induktion. Hierbei wird ein zu beheizendes Element von einer mit Wechselstrom durchflossenen Spule umschlossen, so dass die Induktionsströme im zu beheizenden Element eine Temperaturerhöhung hervorrufen.It is known from practice, the heating by induction. In this case, an element to be heated is surrounded by a coil through which alternating current flows, so that the induction currents in the element to be heated cause a temperature increase.

Nachteil der induktiven Erwärmung ist das starke Temperaturgefälle zum Inneren des zu beheizenden Elementes, da die Induktionsströme hauptsächlich auf der Oberfläche fließen und somit auch nur diese erwärmen. Darüber hinaus ist dieses Verfahren auch nur für Materialien geeignet, die elektromagnetisch induktiv bzw. magnetisch sind. Gleichzeitig muss das Material eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, um die hauptsächlich an der Oberfläche entstehende Wärme in das Innere des Elementes zu leiten. Ein schlechter Wärmeleiter wie z. B. Titan, welches oft im Ultraschallbereich von 20 bis 40 kHz als Sonotrodenwerkstoff eingesetzt wird, könnte hier keine Anwendung finden.Disadvantage of inductive heating is the strong temperature gradient to the interior of the element to be heated, since the induction currents flow mainly on the surface and thus only heat them. Moreover, this method is only suitable for materials that are electromagnetic or magnetic. At the same time, the material must have a good thermal conductivity in order to direct the heat that mainly arises at the surface into the interior of the element. A bad heat conductor such. As titanium, which is often used in the ultrasonic range of 20 to 40 kHz as sonotrode material, could find no application here.

In der DE 102 50 741 B4 wird ein beheiztes Schwingwerkzeug zum Einsatz in Ultraschallschwingsystemen beschrieben. Im Inneren einer zu beheizenden Sonotrode ist ein funktionales System von Bohrungen und Kanälen eingearbeitet, durch welche ein Heizmedium, z. B. erwärmte Druckluft, fließt. Die Druckluft wird in einem um die Sonotrode angeordneten Heizmantel oder in einer externen Heizung erwärmt.In the DE 102 50 741 B4 a heated oscillating tool for use in ultrasonic vibrating systems is described. Inside a sonotrode to be heated a functional system of holes and channels is incorporated, through which a heating medium, eg. B. heated compressed air flows. The compressed air is heated in a heating jacket arranged around the sonotrode or in an external heater.

Nachteilig hierbei ist, dass es keine Möglichkeit gibt, einen Temperaturfühler in der Sonotrode unterzubringen, mit dem die Temperatur der Sonotrode erfasst und geregelt werden könnte. Außerdem nimmt die Temperatur der erwärmten Druckluft mit steigender Entfernung vom Heizmantel oder der externen Heizung ab, was eine Regelung auf eine definierte Sonotrodentemperatur sehr erschwert bis unmöglich macht.The disadvantage here is that there is no way to accommodate a temperature sensor in the sonotrode, with which the temperature of the sonotrode could be detected and controlled. In addition, the temperature of the heated compressed air decreases with increasing distance from the heating jacket or the external heater, which makes a regulation to a defined sonotrode temperature very difficult to impossible.

Aus der DE 40 32 192 C2 ist eine Vorrichtung zum Erhitzen eines ultraschallbetriebenen Löt- oder Schweißkopfes bekannt. Dazu wird auf den Löt- oder Schweißkopf, nahe der Werkzeugspitze, ein Heizelement geringer Masse durch Schweißen, Kleben oder Löten aufgebracht. Das Heizelement ist mit dem Grundwerkstoff des Löt- oder Schweißkopfes stoffschlüssig verbunden und dient gleichzeitig auch zur Temperaturmessung.From the DE 40 32 192 C2 For example, an apparatus for heating an ultrasonically powered soldering or welding head is known. For this purpose, a low mass heating element is applied by welding, gluing or soldering on the soldering or welding head, near the tool tip. The heating element is materially connected to the base material of the soldering or welding head and also serves for temperature measurement.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass nur Heizelemente mit sehr geringen Massen einsetzbar sind, da größere Massen zu starken bis unzulässigen Frequenzstörungen führen würden. Daraus folgend können nur Heizelemente mit sehr geringen Leistungen zum Einsatz kommen. Außerdem ist das Heizelement bei diesem Verfahren starken Schwingungsbelastungen ausgesetzt, was sehr schnell zur Beschädigung oder Zerstörung führen kann.This method has the disadvantage that only heating elements with very low masses can be used, since larger masses would lead to strong to impermissible frequency interference. As a result, only heating elements with very low power can be used. In addition, the heating element in this method is exposed to strong vibration loads, which can very quickly lead to damage or destruction.

Die DE 10 2006 015 319 B3 offenbart einen Messring und eine Messeinheit zur Temperaturmessung an der oszillierenden Kolbenstange eines Verdichters im laufenden Betrieb. Die Kontrolle der Kolbenstangentemperatur soll unzulässige Aufheizungen der Kolbenstange feststellen und gegebenenfalls vor Erreichen einer kritischen Temperatur rechtzeitig ein Warnsignal zur Verfügung stellen.The DE 10 2006 015 319 B3 discloses a measuring ring and a measuring unit for measuring the temperature at the oscillating piston rod of a compressor during operation. The control of the piston rod temperature should detect impermissible heating up of the piston rod and, if necessary, provide a warning signal in good time before reaching a critical temperature.

Dazu ist der Messring berührungslos um die Kolbenstange angeordnet und besitzt tangentiale Bohrungen für Temperaturmesselemente. Die Temperaturmessung erfolgt dann durch Einsetzen von Temperaturmesselementen in die Bohrungen, wobei die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von den Temperaturmesselementen erfasst wird.For this purpose, the measuring ring is arranged without contact around the piston rod and has tangential bores for temperature measuring elements. The temperature measurement is then carried out by inserting temperature measuring elements in the holes, wherein the heat transfer is detected by conduction of heat from the temperature sensing elements.

Nachteilig bei dieser Messeinheit ist, dass sich zwischen dem Messring mit den Temperaturmesselementen und der Kolbenstange ein Luftpolster befindet und die Wärmeübertragung über das schlecht wärmeleitende Medium Luft erfolgen muss, was zu einer trägen Temperaturerfassung führt.A disadvantage of this measuring unit is that there is an air cushion between the measuring ring with the temperature measuring elements and the piston rod and the heat transfer must be done on the poor heat-conducting medium air, resulting in a sluggish temperature detection.

Darüber hinaus können Luftströmungen innerhalb der Messeinheit das Messergebnis verfälschen, wobei diese Anordnung prinzipiell nicht zur Übertragung von größeren Wärmeenergiemengen oder zur Temperierung von Sonotroden geeignet ist.In addition, air flows within the measuring unit can falsify the measurement result, and this arrangement is in principle not suitable for transmitting larger quantities of thermal energy or for controlling the temperature of sonotrodes.

Weiterhin ist aus der DE 195 43 024 A1 ein Verfahren zur Messung der Temperatur an einem bearbeiteten und auszumessenden Werkstück bekannt. Die Temperatur des Werkstückes soll in die Messung der Koordinaten des Werkstückes mit eingehen, weil sich bei einer Temperaturänderung des Werkstückes auch seine Abmessungen ändern. Anhand der gemessenen Temperatur können die gemessenen Maße beispielsweise auf die Maße bei Raumtemperatur zurück gerechnet werden.Furthermore, from the DE 195 43 024 A1 a method for measuring the temperature of a machined and measured workpiece known. The temperature of the workpiece should be included in the measurement of the coordinates of the workpiece, because change in a temperature change of the workpiece and its dimensions. Based on the measured temperature, the measured dimensions can, for example, be calculated back to the measurements at room temperature.

Dazu ist ein Temperaturfühler an der Tasterwechselvorrichtung eines Koordinatenmessgerätes angebracht und kann wie ein Taster eingewechselt werden. Zur Temperaturmessung wird der Temperaturfühler in eine Bohrung oder einen Hohlraum des Werkstückes eingefahren und mit Abstand von den Wandungen gehalten, so dass die Innentemperatur des Werkstückes berührungslos gemessen werden kann.For this purpose, a temperature sensor is attached to the probe changing device of a coordinate measuring machine and can be loaded as a button. For temperature measurement, the temperature sensor is moved into a bore or a cavity of the workpiece and held at a distance from the walls, so that the internal temperature of the workpiece can be measured without contact.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist auch hier, dass die Wärme über das schlecht wärmeleitende Medium Luft auf den Temperaturfühler übertragen wird. Als Messverfahren ist dieses Verfahren thermisch sehr träge und eine direkte Übertragung oder Erfassung von größeren Wärmeenergiemengen ist hiermit nicht möglich.A disadvantage of this method is also here that the heat on the poor heat-conducting Medium air is transferred to the temperature sensor. As a measuring method, this method is thermally very sluggish and a direct transmission or detection of larger amounts of heat energy is not possible hereby.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einbauanordnung zur Einbringung von schwingungsempfindlichen Elementen in Sonotroden zu schaffen, die ein freies und unbeeinflusstes Schwingen der Sonotroden in Longitudinal- und Transversalrichtung gewährleistet, einen guten und schnellen Wärmeübergang zwischen den schwingungsempfindlichen Elementen und den Sonotroden durch direkten Kontakt zueinander ermöglicht, einen zerstörungsfreien Betrieb der schwingungsempfindlichen Elemente in den Sonotroden erlaubt und die Temperierung der Sonotroden im diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Schwingungsbetrieb erfolgen und die Temperaturregelung mittels elektronischer Regelbausteine realisiert werden kann.The object of the invention is to provide a mounting arrangement for the introduction of vibration-sensitive elements in sonotrodes, which ensures a free and unaffected oscillation of the sonotrodes in the longitudinal and transverse direction, a good and rapid heat transfer between the vibration-sensitive elements and the sonotrodes by direct contact allows each other , a non-destructive operation of the vibration-sensitive elements in the sonotrodes allowed and the temperature control of the sonotrodes in discontinuous or continuous vibration operation done and the temperature control can be realized by means of electronic control modules.

Nach dem Erfindungsgedanken werden unter Sonotroden Ultraschallsonotroden aus geeigneten Werkstoffen wie z. B. Titan oder schwingungsgeeignete Stählen verstanden, die vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 15 KHz und 70 KHz in Resonanz schwingen. Als schwingungsempfindliche Elemente sind Bauteile anzusehen, die durch Einwirkung von mechanischen, elektromechanischen oder akustischen Schwingungen beschädigt oder auf Dauer zerstört werden können. Solche schwingungsempfindliche Elemente sind z. B. Temperaturfühler, elektrische Heizpatronen, Sensoren oder ähnliche Bauteile.According to the idea of the invention are under sonotrodes ultrasonic sonotrodes of suitable materials such. As titanium or vibration suitable steels understood that oscillate preferably in a frequency range between 15 KHz and 70 KHz in resonance. As vibration-sensitive elements are components that can be damaged or permanently destroyed by the action of mechanical, electro-mechanical or acoustic vibrations. Such vibration sensitive elements are z. As temperature sensors, electric heating cartridges, sensors or similar components.

Erfindungsgemäß werden in eine Sonotrode eine oder mehrere längsaxiale, vorzugsweise zylindrische Grundbohrungen oder andere Hohlräume, die technisch herstellbar sind, zur Aufnahme der schwingungsempfindlichen Elemente eingebracht.According to the invention, one or more longitudinal axial, preferably cylindrical blind holes or other cavities, which can be produced industrially, are introduced into a sonotrode for receiving the vibration-sensitive elements.

Die Durchmesser der Bohrungen sind größer dimensioniert als die Durchmesser der einzubringenden schwingungsempfindlichen Elemente, so dass zwischen dem Außendurchmesser des schwingungsempfindlichen Elementes und dem Durchmesser der Aufnahmebohrung ein konzentrischer Ringspalt verbleibt.The diameters of the bores are dimensioned larger than the diameter of the vibration-sensitive elements to be introduced, so that a concentric annular gap remains between the outer diameter of the vibration-sensitive element and the diameter of the receiving bore.

Die Aufnahmebohrungen werden unter Beachtung und Berücksichtigung des Schwingverhaltens der Sonotrode von ihrer Lage, Bohrungstiefe und Dimensionierung so angeordnet, dass die Funktionalität der einzubringenden schwingungsempfindlichen Elemente gewährleistet wird. Die Anzahl der Aufnahmebohrungen wird dabei in Abhängigkeit von der Größe und Geometrie der Sonotrode und den Randbedingungen wie Verfahrenstemperatur und Wärmeverteilung festgelegt.Taking into account and taking into account the vibrational behavior of the sonotrode, the locating bores are arranged by their position, bore depth and dimensioning in such a way that the functionality of the vibration-sensitive elements to be introduced is ensured. The number of mounting holes is determined depending on the size and geometry of the sonotrode and the boundary conditions such as process temperature and heat distribution.

Weil die schwingungsempfindlichen Elemente von ihrer Dimensionierung her kleiner gehalten sind als die Aufnahmebohrungen in der Sonotrode, ist es möglich, diese konzentrisch, ohne Wandberührung und unter Bildung eines Ringspaltes in die Aufnahmebohrungen einzubringen. Die Tiefe der Aufnahmebohrungen ist größer als die Länge der schwingungsempfindlichen Elemente, so dass diese den Boden der Grundbohrung ebenfalls nicht berühren.Because the vibration-sensitive elements are kept smaller in size than the receiving bores in the sonotrode, it is possible to introduce them concentrically, without wall contact and with the formation of an annular gap in the receiving bores. The depth of the mounting holes is greater than the length of the vibration sensitive elements, so that they also do not touch the bottom of the blind hole.

Die schwingungsempfindlichen Elemente stehen damit in keinerlei Berührung mit der Sonotrode, so dass diese unabhängig und frei schwingen kann.The vibration-sensitive elements are thus in no contact with the sonotrode, so that it can vibrate independently and freely.

Der zwischen der Bohrungswandung und dem schwingungsempfindlichen Element vorhandene Ringspalt ist zunächst noch mit Luft gefüllt. Diese Luft ist ein schlechter Wärmeleiter und verhindert einen guten und schnellen Wärmeübergang zwischen beiden Teilen.The existing between the bore wall and the vibration sensitive element annular gap is initially filled with air. This air is a poor heat conductor and prevents a good and quick heat transfer between the two parts.

In Weiterführung des Erfindungsgedanken wird in den Ringspalt zwischen dem schwingungsempfindlichen Element und der Bohrungswandung ein körniges oder pulverförmiges Medium eingefüllt und verdichtet.In continuation of the idea of the invention, a granular or powdery medium is introduced into the annular gap between the vibration-sensitive element and the bore wall and compacted.

Die Partikel dieses Mediums bestehen aus einem gut wärmeleitfähigem Material, so dass ein guter Wärmeaustausch zwischen der Sonotrode und dem schwingungsempfindlichen Element und umgekehrt gegeben ist.The particles of this medium are made of a good thermally conductive material, so that a good heat exchange between the sonotrode and the vibration-sensitive element and vice versa is given.

Die Aufnahmebohrung kann oben offen verbleiben oder durch einen elastischen Stopfen oder eine wärmebeständige, elastische Vergussmasse abgeschlossen werden.The receiving bore can remain open at the top or be closed by an elastic plug or a heat-resistant, elastic potting compound.

Durch die Schwingungseinwirkung der Sonotrode wird das körnige oder pulverförmige Medium stark verdichtet, wodurch die Wärmeleitung weiter verbessert wird.Due to the vibration effect of the sonotrode, the granular or powdery medium is strongly compressed, whereby the heat conduction is further improved.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich das Medium gleichzeitig zum Verdichtungseffekt unter Schwingungseinwirkung der Sonotrode wie ein Fluidum verhält.Surprisingly, it has been found that the medium simultaneously behaves like a fluid to the compression effect under the action of vibration of the sonotrode.

Im nichtschwingenden Zustand der Sonotrode ist das Medium aufgrund der hohen Verdichtung vergleichbar mit einem festen Körper. Im schwingenden Zustand der Sonotrode wird das Medium fluidisch und verhält sich physikalisch wie eine Flüssigkeit.In the non-vibrating state of the sonotrode, the medium is comparable to a solid body due to the high compression. In the vibrating state of the sonotrode, the medium becomes fluidic and behaves physically like a liquid.

Nach den Reflexionsgesetzen können Schwingungen sehr gut von festen Medien auf weniger feste Medien wie z. B. Flüssigkeiten übertragen werden, umgekehrt jedoch nicht. Dieses Reflexionsverhalten bewirkt, dass keine Schwingungen und damit auch keine Schwingungsenergie von der Sonotrode über das Medium auf das in die Sonotrode eingebrachte schwingungsempfindlichen Element übertragen werden können, so dass das „schwimmend” in der Sonotrode angeordnete schwingungsempfindliche Element durch die Schwingungen nicht beschädigt oder zerstört werden kann.According to the laws of reflection vibrations can very well from solid media to less solid media such. B. transferred liquids but not the other way around. This reflection behavior causes no vibrations and thus no vibration energy from the sonotrode can be transmitted through the medium to the vibration sensitive element introduced into the sonotrode, so that the vibration-sensitive element "floating" arranged in the sonotrode are not damaged or destroyed by the vibrations can.

In umgekehrter Weise ist das schwingungsempfindliche Element während des Schwingens der Sonotrode nicht mechanisch fest mit dieser verbunden und beeinflusst somit das Schwingverhalten der Sonotrode nicht.Conversely, the vibration-sensitive element is not mechanically fixedly connected to it during the oscillation of the sonotrode and thus does not affect the vibrational behavior of the sonotrode.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Es wird eine Einbauanordnung mit elektrischen Heizpatronen und Temperaturfühlern an einer direkt beheiz- und temperierbaren Ultraschall-Sonotrode beschrieben.It describes an installation arrangement with electric heating cartridges and temperature sensors on a directly heated and tempered ultrasonic sonotrode.

Es zeigen:Show it:

1 Einbauanordnung für eine Sonotrode im Längsschnitt nach Linie A-A 1 Installation arrangement for a sonotrode in longitudinal section along line AA

2 Einbauanordnung in der Draufsicht 2 Installation arrangement in plan view

3 Einzelheit X nach 2 3 Detail X after 2

Erfindungsgemäß ist in diesem Ausführungsbeispiel die Sonotrode rotationssymmetrisch und die schwingungsempfindlichen Elemente sind Heizpatronen und Temperaturfühler, die direkt in die Sonotrode eingefügt werden.According to the invention, the sonotrode is rotationally symmetrical in this embodiment and the vibration-sensitive elements are heating cartridges and temperature sensors that are inserted directly into the sonotrode.

Dazu werden in die Sonotrode 1 von der Gewindeseite 2 her gleichmäßig auf einem Teilkreis verteilt vier Aufnahmebohrungen 3 für Heizpatronen 4 und zwei Einsteckbohrungen 5 für Temperaturfühler 6 eingebracht. Die beiden Einsteckbohrungen 5 mit den Temperaturfühlern 6 liegen sich dabei auf dem Teilkreis gegenüber.To do this, be in the sonotrode 1 from the thread side 2 evenly distributed on a pitch circle four mounting holes 3 for heating cartridges 4 and two insertion holes 5 for temperature sensor 6 brought in. The two insertion holes 5 with the temperature sensors 6 lie opposite each other on the pitch circle.

Die Aufnahmebohrungen 3 und die Einsteckbohrungen 5 sind zylindrische, längsaxiale Grundbohrungen, die nahe bis zur Sonotrodenformfläche 7 reichen, diese aber nicht durchstoßen und von ihrer Lage, Bohrungstiefe und Dimensionierung so angeordnet sind, dass sie das Schwingverhalten der Sonotrode 1 nicht beeinträchtigen.The mounting holes 3 and the insertion holes 5 are cylindrical, longitudinal axial blind holes that are close to the Sonotrodenformfläche 7 rich, but they are not pierced and arranged by their position, hole depth and dimensioning so that they the vibrational behavior of the sonotrode 1 do not interfere.

Die Aufnahmebohrungen 3 und die Einsteckbohrungen 5 sind tiefer als die Heizpatronen 4 bzw. die Temperaturfühler 6 lang sind.The mounting holes 3 and the insertion holes 5 are deeper than the heating cartridges 4 or the temperature sensor 6 are long.

Die Durchmesser der Aufnahmebohrungen 3 und der Einsteckbohrungen 5 sind größer dimensioniert als die Durchmesser der Heizpatronen 4 und der Temperaturfühler 6, so dass zwischen den Heizpatronen 4 und den Temperaturfühlern 6 und den jeweils zugehörigen Bohrungen ein konzentrischer Ringspalt 8 verbleibt. Die Heizpatronen 4 und die Temperaturfühler 6 werden unter Ausbildung eines gleichmäßigen Ringspaltes 8 in die jeweiligen Bohrungen so eingesteckt, dass keinerlei Berührung der Heizpatronen 4 und der Temperaturfühler 6 mit den Wandungen der Bohrungen erfolgt und die Sonotrode 1 unabhängig und frei schwingen kann.The diameters of the mounting holes 3 and the insertion holes 5 are larger than the diameter of the heating cartridges 4 and the temperature sensor 6 , so between the heating cartridges 4 and the temperature sensors 6 and the respective associated holes a concentric annular gap 8th remains. The heating cartridges 4 and the temperature sensors 6 be under formation of a uniform annular gap 8th inserted in the respective holes so that no contact with the heating cartridges 4 and the temperature sensor 6 done with the walls of the holes and the sonotrode 1 can swing independently and freely.

In den Ringspalt 8 einschließlich des Raumes zwischen den Enden der Heizpatronen 4 und der Temperaturfühler 6 und dem Grund der jeweiligen Bohrungen wird bis zum gewindeseitigen Ende 2 der Sonotrode 1 gut wärmeleitfähiges Pulver 9 eingefüllt und verdichtet.In the annular gap 8th including the space between the ends of the heating cartridges 4 and the temperature sensor 6 and the reason of the respective holes is up to the thread-side end 2 the sonotrode 1 good thermally conductive powder 9 filled and compacted.

Der Ringspalt 8 bleibt am gewindeseitigen Ende 2 der Sonotrode 1 offen.The annular gap 8th stay at the thread end 2 the sonotrode 1 open.

Mit Hilfe der direkt in die Sonotrode 1 eingebrachten Heizpatronen 4 kann einerseits von den Heizpatronen 4 über das gut wärmeleitende Pulver 9 Wärme auf die Sonotrode 1 übertragen werden und die Sonotrode 1 kann effektiv und schnell beheizt werden. Andererseits wird die Wärme über das gut wärmeleitende Pulver 9 auch schnell und direkt von der Sonotrode 1 auf die Temperaturfühler 6 zur Temperaturmessung übertragen.With the help of directly into the sonotrode 1 introduced heating cartridges 4 on the one hand from the heating cartridges 4 over the good thermal conductivity powder 9 Heat on the sonotrode 1 be transmitted and the sonotrode 1 can be heated effectively and quickly. On the other hand, the heat on the good thermal conductivity powder 9 also fast and direct from the sonotrode 1 on the temperature sensor 6 transmitted to the temperature measurement.

Die Temperaturfühler 6 erfassen die Temperatur der Sonotrode 1 und leiten die Messwert an eine nicht weiter dargestellte elektronische Temperaturregeleinheit weiter.The temperature sensors 6 detect the temperature of the sonotrode 1 and forward the measured value to an electronic temperature control unit, not shown further.

Es versteht sich und liegt im Rahmen des Erfindungsgedanken, dass die jeweilige Anzahl der elektrischen Heizpatronen und/oder Temperaturfühler zur Temperierung der Sonotrode von deren geometrischen Gestalt und Größe und den Randbedingungen wie Verfahrenstemperatur und Wärmeverteilung abhängt und danach ausgelegt wird.It is understood and is within the scope of the inventive idea that the respective number of electric heating cartridges and / or temperature sensor for temperature control of the sonotrode depends on its geometric shape and size and the boundary conditions such as process temperature and heat distribution and is designed accordingly.

Mit der erfindungsgemäßen Einbauanordnung wird es möglich eine beheiz- bzw. temperierbare Sonotrode zu schaffen, bei der die Heizpatronen und/oder Temperaturfühler direkt in der Sonotrode angeordnet werden können ohne dass diese durch die Ultraschallschwingungen geschädigt oder zerstört werden oder das Schwingungsverhalten der Sonotrode beeinflussen. Die Temperatur der Sonotrode kann schnell und genau durch die in der Sonotrode integrierten Temperaturfühlern erfasst und durch an Regelbausteine weitergeleitete Signale geregelt werden.With the installation arrangement according to the invention, it is possible to provide a heated or tempered sonotrode, in which the heating cartridges and / or temperature sensors can be placed directly in the sonotrode without these being damaged or destroyed by the ultrasonic vibrations or influence the vibration behavior of the sonotrode. The temperature of the sonotrode can be detected quickly and accurately by the temperature sensors integrated in the sonotrode and regulated by signals relayed to control modules.

Der Aufbau dieser Sonotrode ist konstruktiv einfach und sicher und ermöglicht eine kostengünstige Fertigung in großen Stückzahlen. Darüber hinaus arbeitet die Sonotrode wartungsfrei und besitzt eine hohe Lebensdauer. Mit der beheizbaren Sonotrode wird es möglich, bisher schwer- oder nichtschweißbare oder -nietbare Hochtemperaturkunststoffe mittels Ultraschall sicher und qualitätsgerecht zu fügen.The structure of this sonotrode is structurally simple and safe and allows cost-effective production in large quantities. In addition, the sonotrode is maintenance-free and has a long service life. With the heated sonotrode, it is possible to add high-temperature plastics that were previously difficult or impossible to weld or rivet, using ultrasound in a safe and high-quality manner.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Sonotrodesonotrode
22
Gewindeseitethread side
33
Aufnahmebohrunglocation hole
44
HeizpatroneCartridge Heater
55
Einsteckbohrunginsertion bore
66
Temperaturfühlertemperature sensor
77
SonotrodenformflächeSonotrodenformfläche
88th
Ringspaltannular gap
99
Pulverpowder

Claims (2)

Einbauanordnung für schwingungsempfindliche Elemente in Sonotroden, dadurch gekennzeichnet, dass in eine schwingende Sonotrode eine oder mehrere längsaxiale, vorzugsweise zylindrische Grundbohrungen oder andere Hohlräume, die technisch herstellbar sind, zur Aufnahme von einem oder mehreren schwingungsempfindlichen Elementen eingebracht sind und der Durchmesser der Aufnahmebohrung größer dimensioniert ist als der Durchmesser des einzubringenden schwingungsempfindlichen Elementes und sich zwischen dem Durchmesser der Aufnahmebohrung und dem Außendurchmesser des schwingungsempfindlichen Elementes ein konzentrischer Ringspalt ergibt, dass die Tiefe der Aufnahmebohrung größer ist als die Länge des schwingungsempfindlichen Elementes, dass die Aufnahmebohrung unter Beachtung des Schwingverhaltens der Sonotrode von ihrer Lage, Bohrungstiefe und Dimensionierung so angeordnet ist, dass die Funktionalität des einzubringenden schwingungsempfindlichen Elementes gewährleistet ist, dass das schwingungsempfindliche Element ohne Wandberührung in die Aufnahmebohrung eingebracht ist und in den Ringspalt zwischen der Wandung der Aufnahmebohrung und dem schwingungsempfindlichen Element ein gut wärmeleitendes, körniges oder pulverförmiges Medium eingefüllt und verdichtet ist, dass die Aufnahmebohrung oben offen oder durch einen elastischen Stopfen oder eine elastische, wärmebeständige Vergussmasse abgeschlossen ist.Installation arrangement for vibration-sensitive elements in sonotrodes, characterized in that in an oscillating sonotrode one or more longitudinal axial, preferably cylindrical blind holes or other cavities that are technically produced, are incorporated for receiving one or more vibration-sensitive elements and the diameter of the receiving bore larger dimensions as the diameter of the vibration-sensitive element to be introduced and between the diameter of the receiving bore and the outer diameter of the vibration-sensitive element, a concentric annular gap shows that the depth of the receiving bore is greater than the length of the vibration-sensitive element that the receiving bore, taking into account the vibrational behavior of the sonotrode of their Position, hole depth and dimensioning is arranged so that the functionality of the introduced vibration-sensitive element is ensured that da s vibration-sensitive element is introduced without wall contact in the receiving bore and in the annular gap between the wall of the receiving bore and the vibration sensitive element filled and compacted a good thermal conductivity, granular or powdery medium that the receiving bore open at the top or by an elastic plug or elastic, heat-resistant potting compound is completed. Einbauanordnung für schwingungsempfindliche Elemente in Sonotroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in eine Sonotrode (1) eingebrachten schwingungsempfindlichen Elemente Heizpatronen (4) und/oder Temperaturfühler (6) sind, dass in die Sonotrode (1) von der Gewindeseite (2) her gleichmäßig verteilt Aufnahmebohrungen (3) für Heizpatronen (4) und/oder Einsteckbohrungen (5) für Temperaturfühler (6) eingebracht sind, dass die Aufnahmebohrungen (3) und/oder die Einsteckbohrungen (5) zylindrische, längsaxiale Grundbohrungen sind, die nahe bis zur Sonotrodenformfläche (7) reichen diese aber nicht durchstoßen und die Aufnahmebohrungen (3) und/oder die Einsteckbohrungen (5) tiefer als die Heizpatronen (4) und Temperaturfühler (6) lang sind, dass die Durchmesser der Aufnahmebohrungen (3) und der Einsteckbohrungen (5) größer dimensioniert sind als die Durchmesser der Heizpatronen (4) und der Temperaturfühler (6), so dass zwischen den Aufnahmebohrungen (3) und den Heizelementen (4) und/oder den Einsteckbohrungen (5) und den Temperaturfühlern (6) jeweils ein konzentrischer Ringspalt (8) verbleibt, dass in den Ringspalt (8) einschließlich des Raumes zwischen den Enden der Heizpatronen (4) und/oder der Temperaturfühler (6) und dem Grund der Aufnahmebohrungen (3) und/oder der Einsteckbohrungen (5) bis zum gewindeseitigen Ende (2) der Sonotrode (1) ein gut wärmeleitendes Pulver (9) eingefüllt und verdichtet ist, dass der Ringspalt (8) am gewindeseitigen Ende (2) der Sonotrode (1) offen ist.Mounting arrangement for vibration-sensitive elements in sonotrodes according to claim 1, characterized in that in a sonotrode ( 1 ) introduced vibration sensitive elements cartridge heaters ( 4 ) and / or temperature sensors ( 6 ) are that in the sonotrode ( 1 ) from the thread side ( 2 ) evenly distributed receiving bores ( 3 ) for heating cartridges ( 4 ) and / or insertion holes ( 5 ) for temperature sensors ( 6 ) are introduced, that the receiving bores ( 3 ) and / or the insertion holes ( 5 ) are cylindrical, longitudinal axial blind holes that are close to the Sonotrodenformfläche ( 7 ) but these are not pierced and the receiving bores ( 3 ) and / or the insertion holes ( 5 ) lower than the heating cartridges ( 4 ) and temperature sensors ( 6 ) are long that the diameter of the mounting holes ( 3 ) and the insertion holes ( 5 ) are larger than the diameter of the heating cartridges ( 4 ) and the temperature sensor ( 6 ), so that between the receiving bores ( 3 ) and the heating elements ( 4 ) and / or the insertion holes ( 5 ) and the temperature sensors ( 6 ) in each case a concentric annular gap ( 8th ) remains that in the annular gap ( 8th ) including the space between the ends of the heating cartridges ( 4 ) and / or the temperature sensor ( 6 ) and the bottom of the receiving bores ( 3 ) and / or the insertion holes ( 5 ) to the thread-side end ( 2 ) of the sonotrode ( 1 ) a good thermal conductivity powder ( 9 ) is filled and compacted, that the annular gap ( 8th ) at the threaded end ( 2 ) of the sonotrode ( 1 ) is open.
DE102011109518.0A 2011-08-05 2011-08-05 Installation arrangement for vibration-sensitive elements in vibrating bodies Active DE102011109518B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011109518.0A DE102011109518B4 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Installation arrangement for vibration-sensitive elements in vibrating bodies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011109518.0A DE102011109518B4 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Installation arrangement for vibration-sensitive elements in vibrating bodies

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011109518A1 DE102011109518A1 (en) 2013-02-07
DE102011109518B4 true DE102011109518B4 (en) 2015-05-21

Family

ID=47554141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011109518.0A Active DE102011109518B4 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Installation arrangement for vibration-sensitive elements in vibrating bodies

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102011109518B4 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH242135A (en) * 1945-01-17 1946-04-30 Haas Paul Electric heating device.
DE4032192C2 (en) * 1990-10-08 1994-05-26 Michael Kising Device for heating an ultrasonic soldering or welding head
DE19543024A1 (en) * 1995-11-18 1997-05-22 Leitz Mestechnik Gmbh Measuring temperature of workpiece with help of coordinate measuring unit
DE19624494A1 (en) * 1996-06-19 1998-01-02 Sick Ag Extremely rugged inductive or optical sensor unit resisting vibration and shock
DE19853668A1 (en) * 1997-11-21 1999-05-27 Denso Corp Temperature measurement sensor
DE19836229C1 (en) * 1998-08-04 2000-03-23 Hielscher Gmbh Arrangement for heat dissipation, especially for high-power ultrasonic transducers
DE10250741B4 (en) * 2002-10-31 2004-08-26 Kunststoff-Zentrum in Leipzig gemeinnützige Gesellschaft mbH Heated vibrating tool for use in vibrating systems
US20060113351A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-01 Fujitsu Limited Ultrasonic head
DE102006015319B3 (en) * 2006-03-30 2007-09-20 Stasskol Kolbenstangendichtungen Gmbh Measuring ring for temperature measurement of piston rod, has borehole opening out with one end in outer mantel surface, and provided for insertion of temperature measuring unit, whose spikes project in innermost of recess or borehole
CH700508A2 (en) * 2009-03-05 2010-09-15 Branson Ultrasonics Corp Measuring Node horn arrangement for use in ultrasonic welding.

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH242135A (en) * 1945-01-17 1946-04-30 Haas Paul Electric heating device.
DE4032192C2 (en) * 1990-10-08 1994-05-26 Michael Kising Device for heating an ultrasonic soldering or welding head
DE19543024A1 (en) * 1995-11-18 1997-05-22 Leitz Mestechnik Gmbh Measuring temperature of workpiece with help of coordinate measuring unit
DE19624494A1 (en) * 1996-06-19 1998-01-02 Sick Ag Extremely rugged inductive or optical sensor unit resisting vibration and shock
DE19853668A1 (en) * 1997-11-21 1999-05-27 Denso Corp Temperature measurement sensor
DE19836229C1 (en) * 1998-08-04 2000-03-23 Hielscher Gmbh Arrangement for heat dissipation, especially for high-power ultrasonic transducers
DE10250741B4 (en) * 2002-10-31 2004-08-26 Kunststoff-Zentrum in Leipzig gemeinnützige Gesellschaft mbH Heated vibrating tool for use in vibrating systems
US20060113351A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-01 Fujitsu Limited Ultrasonic head
DE102006015319B3 (en) * 2006-03-30 2007-09-20 Stasskol Kolbenstangendichtungen Gmbh Measuring ring for temperature measurement of piston rod, has borehole opening out with one end in outer mantel surface, and provided for insertion of temperature measuring unit, whose spikes project in innermost of recess or borehole
CH700508A2 (en) * 2009-03-05 2010-09-15 Branson Ultrasonics Corp Measuring Node horn arrangement for use in ultrasonic welding.

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011109518A1 (en) 2013-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013015069B4 (en) Hot stamping process
US10532517B2 (en) Method for joining a device to an object with the aid of ultrasonic vibration energy and device and installation suitable for the method
EP3365637B1 (en) Thermal flow meter and arrangement consisting of a pipe and the thermal flow meter
Li et al. Ultrasonic welding of carbon fiber reinforced composite with variable blank holding force
DE1629192C3 (en) Method and device for joining at least partially thermoplastic materials by means of an ultrasonic sonotrode
CN109328121B (en) Method for additive manufacturing and multi-purpose powder removal component
EP3840889B1 (en) Laboratory vibratory mill
DE102016117834A1 (en) seal organ
DE102015120717A1 (en) Systems and methods for reducing the formation of air pockets during welding
US10288573B2 (en) Method for manufacturing an inductive conductivity sensor and inductive conductivity sensor
DE102010008298A1 (en) Horn with part determination
KR102509638B1 (en) Tooling and method of manufacturing tooling for use in methods of electromagnetic welding of molded parts
DE102011109518B4 (en) Installation arrangement for vibration-sensitive elements in vibrating bodies
DE102014111266A1 (en) Method for producing an inductive conductivity sensor and inductive conductivity sensor
DE102011053867B4 (en) Injection mold with inductor for the production of plastic moldings
WO2014067761A1 (en) Device and method for handling workpieces
DE102012002099A1 (en) Method and device for joining plastic-metal hybrid components
Hoehr et al. Ultrasonic welding of polymer micro fluidic devices by inserting metal parts
CN109564120A (en) Method for the sensor of heat flow measuring device, heat flow measuring device and the sensor for manufacturing heat flow measuring device
DE102015009373A1 (en) Method and device for the contactless control of the temperature of resonating ultrasonic sonotrodes
WO2017067701A1 (en) Thermal flow meter and method for producing a thermal flow meter
DE102016218512A1 (en) Method for ultrasonic spot welding of thermoplastic components, ultrasonic spot welding device and use of the ultrasonic spot welding device
EP3936298A1 (en) Moulding tool for manufacturing a particle foam moulding
JP6854042B2 (en) Heating device for manifold of injection mold
DE102015118131A1 (en) Thermal flow meter and method of making the same

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final