DE1597006A1

DE1597006A1 - Transducer

Info

Publication number: DE1597006A1
Application number: DE19671597006
Authority: DE
Inventors: Mcmaster Robert Charles; Libby Charles Cory; Minchenko Hildegard Maria
Original assignee: Ohio State University
Current assignee: Ohio State University
Priority date: 1966-12-28
Filing date: 1967-12-20
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR1548215A; GB1217859A; GB1217860A; US3475628A; CH487679A

Description

DiPL-ING. HANS BEGRICH · DIPL-ING. ALFONS WASMEIERDiPL-ING. HANS BEGRICH · DIPL-ING. ALFONS WASMEIER REGENSBURG 3 · LESSINGSTRASSE 10REGENSBURG 3 LESSINGSTRASSE 10 Patentanwälte Beg rieh · Wasmeier, 8400 Regensburg 3, Postfach 11Patent Attorneys Beg rieh Wasmeier, 8400 Regensburg 3, Postfach 11

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0/p 60730 / p 6073

^Tag 18. Dezember 67 W/He ^Day December 18, 67 W / He

THE OHIO STATE imiVERSITY, North High Street, Columbus, Ohio, USATHE OHIO STATE imiVERSITY, North High Street, Columbus, Ohio, USA

SchallwandlerTransducer

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verwendung eines elektromechanischen Wandlers hoher Leistung und hohen Q-Wertes in Verbindung mit einem Werkstück, und insbesondere auf die Belastung eines elektromechanischen Hochleistungswandlers, d.h. auf die Kopplung eines elektromechanischen Hochleistungswandlers mit einem Werkzeug in Verbindung mit einem Werkstück. The invention relates to an apparatus for using a high power, high Q electromechanical transducer in connection with a workpiece, and in particular the load on an electromechanical high-performance converter, i.e. the coupling of an electromechanical high-performance converter with a tool in connection with a workpiece.

In der tatentanmeldung 0 12 622 IXa/42s ist ein Schallwandler beschrieben und dargestellt, der das Antriebselement (piezoelektrisches Element) mit dem mechanischen Verschiebeverstärker (Horn) in einer neuartigen Weise verbindet. Der dort angegebene Wandler ist ein Wandler mit hohem Q-Wert, der außerordentlich robust und kompakt ausgebildet ist und der kontinuierliche BelastungenA sound transducer is described in the patent application 0 12 622 IXa / 42s and shown that the drive element (piezoelectric Element) connects to the mechanical displacement amplifier (horn) in a novel way. The converter specified there is a transducer with a high Q value that is extremely robust and compact and can handle continuous loads

009816/1041009816/1041

2 18.12.1967 W/He Ο/ρ 62 December 18, 1967 W / He Ο / ρ 6

aufnehmen kann. In einer anderen Patentanmeldung 0 12 620 IXa/42s ist ein Wandler angegeben, der extrem hohe Leistung abgeben kann, die z.B. in PS (oder kW) in einem akustischen Frequenzbereich meßbar ist. Die "bauliche Auslegung des Wandlers ermöglicht eine außerordentliche hohe Leistungsabgabe aus den Antriebselementen. Durch das Festhalten der piezoelektrischen Elemente sowohl in radialer als in longitudinaler (axialer) Richtung sind die akustischen Beanspruchungen in den piezoelektrischen Elementen stets Druckbeanspruchungen, nie Zugbeanspruchungen selbst unter maximaler Spannungserregung.can accommodate. Another patent application 0 12 620 IXa / 42s specifies a converter that can deliver extremely high power, which can be measured e.g. in PS (or kW) in an acoustic frequency range. The "structural design of the converter enables a extraordinarily high power output from the drive elements. By holding the piezoelectric elements in both The acoustic stresses in the piezoelectric elements are always more radial than in the longitudinal (axial) direction Compressive loads, never tensile loads even under maximum tension excitation.

In der Patentanmeldung 0 12 619 IXa/42s ist ein Generator beschrie ben und dargestellt, der auf die Ausnutzung der erzeugten Kraft als Werkstückbelastung gerichtet ist. Insbesondere ist dort eine Übertragungsleitung angegeben, die einen Wandler mit einem anderen Wandler zur Arbeitsübertragung koppeln kann.A generator is described in patent application 0 12 619 IXa / 42s ben and shown, which is directed to the utilization of the force generated as workpiece load. In particular, there is one Transmission line specified, which can couple a transducer with another transducer for the transfer of work.

Ein elektromechanischer Wandler, wie er in den vorerwähnten Anmeldungen angegeben ist, weist volle Leistungseigenschaften auf, wenn er bei seiner Resonanzfrequenz vibrieren kann. Man hat nun in der Praxis festgestellt, daß die Kopplung des Wandlers mit einem Werkstück, wie die Kopplung der Spritze des Homes mit einem Werkzeug, die Leistungsfähigkeit des Wandlers erheblich vermindert, wenn (1) die Eingangsfrequenz konstant ist und (2) die Lasteigenschaften (Masse und Nachgiebig^ t) eine Fehlanpassung ah die Resonanzanordnung des Wandlers darstellen. Die Erläuterung hierfür ist verhältnismäßig einfach: Das Werkzeug wird,An electromechanical converter like the one in the aforementioned applications is specified has full performance characteristics if it can vibrate at its resonant frequency. One has now found in practice that the coupling of the transducer with a workpiece, such as the coupling of the syringe of the home with a tool that significantly reduces the performance of the converter if (1) the input frequency is constant and (2) the load properties (mass and resilience ^ t) a mismatch ah represent the resonance arrangement of the transducer. The explanation for this is relatively simple: The tool is,

undand

wenn es befestigt ist, ein Teil der Anordnung/die Anordnung schwingt deshalb nicht mehr mit der ursprünglichen Eingangsfrequenz .when it is attached, a part of the arrangement / the arrangement therefore no longer oscillates at the original input frequency .

009815/1041 _{BAD 0R1G},_NAL 009815/1041 _{BAD 0R1G} , _NAL

18.12.1967 W/HeDecember 18, 1967 W / He

O/p eW⁷⁰⁰⁶ O / p eW ⁷⁰⁰⁶

Vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur wirksamen Kopplung eines elektromechanischen Hochleistungswandlers hohen Q-Wertes gerichtet, der ein Werkzeug beaufschlagt, d.h. der das Werkzeug in "bezug auf an Werkstück antreibt. In einer ersten Anordnung ist das wesentliche Merkmal der Erfindung darin zu sehen, daß das Werkzeug nicht e;nen Teil der Wandlerresonanz— anordnung darstellt·, wodurch der Wandler seine volle Leistungskapazität bei Resonanzfrequenz erzielen kann. Bei einer anderen Ausführungsform ist eine Vorrichtung vorgesehen, die einen Wandler mit hohem Q-Wert wirksam mit Werkstückoberflächen verschiedener Konfiguration Bt* koppelt. Der Wandler wird insbesondere zur Beaufschlagung dünner Oberflächen sowie schicht- und plattenförmiger Körper verwendet, und insbesondere auch dort, wo die Resonanzfrequenz des Wandlers im allgemeinen nicht die gleiche wie irgendeine der Resonanzfrequenzen der Werkstückoberflächen ist. The present invention is directed to a device for the effective coupling of a high-Q electromechanical transducer which acts on a tool, ie which drives the tool in relation to the workpiece the tool does not form part of the transducer resonance assembly, thereby allowing the transducer to achieve its full power capacity at resonance frequency In another embodiment, apparatus is provided which effectively couples a high Q transducer to workpiece surfaces of various configurations Bt * The transducer is used in particular for the application of thin surfaces as well as layered and plate-shaped bodies, and in particular also where the resonance frequency of the transducer is generally not the same as any of the resonance frequencies of the workpiece surfaces.

Ziel der Erfindung ist es somit, ein neuartiges Verfahren .und eine Vorrichtung zur Ausnutzung eines Hochleistungswandlers in einer Werkstückumgebung zu schaffen und einen Wandler mit hohem Q-Wert mit Werkstücken in einer Werkstückumgebung ohne Verlust der Leistungskapazität unter Anwendung einer Konstantfrequenzeinspeisung zu koppeln. Die Werkstückflächen können dabei verschiedenartige Konfigurationen haben. Weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die einer Werkstückfläche hohe Leistung zuführt, die einfach und robust im Aufbau ist und die an jede Art von Hochleistungswandler mit hohem Q-Wert anpaßbar ist.The aim of the invention is thus to provide a novel method .und to provide an apparatus for utilizing a high power transducer in a workpiece environment and a transducer with high Q value with workpieces in a workpiece environment without loss of power capacity using a constant frequency feed to pair. The workpiece surfaces can be of different types Have configurations. Another object of the invention is to provide an apparatus that can hold a workpiece surface supplies high power which is simple and robust in construction and which is adaptable to any type of high performance high Q converter is.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Wandler ein Werkzeug zur Beaufschlagung "des Werkstückes und eine Vorrichtung zur Kopplung des Werkzeuges mit dem Wandler aufweist, undAccording to the invention, this is achieved in that the transducer has a tool for acting on the workpiece and a device for coupling the tool with the converter, and

009815/KH1009815 / KH1

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daß die Vorrichtung einen nicht "begrenzenden Eingriff des Werkzeuges mit dem Werkstück aufrecht hält, wodurch eine Bewegungsfreiheit zwischen dem Wandler und dem Werkstück erzielt wird.that the device maintains a non-limiting engagement of the tool with the workpiece, thereby providing freedom of movement between the transducer and the workpiece.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es ezeigen:The invention is explained below in conjunction with the drawing on the basis of exemplary embodiments. It shows:

Fig. 1 und la eine erste Ausführungsform der Erfindung, die die Kopplung eines Hochleistungswandlers mit einem Werkstück darstellt,Fig. 1 and la a first embodiment of the invention, which the Represents coupling of a high-performance converter with a workpiece,

Pig. 2 die Ausführungsform nach Pig. 1 in einer anderen Werkstückumgebung, Pig. 2 the embodiment according to Pig. 1 in a different workpiece environment,

Fig. 2a und 2b praktische Ausgestaltungen der Anordnungen nach I¹Ig. 2,2a and 2b practical embodiments of the arrangements according to I ¹ Ig. 2,

Pig. 3 eine weitere Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung, die eine Kopplung eines Hochleistungswandlers mit einem Werkstück darstellt,Pig. 3 a further embodiment according to the present invention, a coupling of a high-performance converter with a Represents workpiece,

Fig. 3a eine praktische Ausgestaltung der Ausführung nach Fig. 4»Fig. 3a shows a practical embodiment of the embodiment according to Fig. 4 »

Fig. 4 eine andere Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung, die die Kopplung eines Hochleistungswandlers mit einem Werkstück zeigt,4 shows another embodiment according to the present invention, which shows the coupling of a high-performance converter with a workpiece,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform vorliegender Erfindung, die die Kopplung des Hochleißtungswandlere mit einem Werkstück darstellt,5 shows a further embodiment of the present invention, which shows the coupling of the high-efficiency converter to a workpiece ,

0098 15/1 OA 1 bad original0098 15/1 OA 1 bad original

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Pig. 6 wieder eine andere Ausfuhrungsform gemäß vorliegender Erfindung, in der die Kopplung eines Hoclileistungswandlers mit einem Werkstück gezeigt ist undPig. 6 again another embodiment according to the present one Invention in which the coupling of a high power converter is shown with a workpiece and

Fig. 7 eine letzte Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung, die die Kopplung eines Hochleistungswandlers mit einem Werkstück zeigt.7 shows a final embodiment according to the present invention, which shows the coupling of a high-performance converter to a workpiece.

In den Figuren ist das Verfahren und die Vorrichtung zur Kopplung des Wandlers hoher Leistung und hohen Q-Wertes, z.B. der Spitze des Hornes, mit dem Werkzeug oder direkt mit dem Werkstück gezeigt, Der wesentliche Portschritt ist, daß in jedem Falle der Wandler in der lage ist, einen größeren Teil seiner Leistungskapazität abzugeben, um eine nutzbringende Arbeit auszuführen, als wenn konventionelle Kopplungsmittel verwendet würden.In the figures, the method and apparatus for coupling the high power, high Q transducer, e.g. Tip of the horn, with the tool or directly with the workpiece The essential port step is that in each case the converter is able to use a larger part of its power capacity to do a useful job as if conventional coupling agents were used.

In den Figuren 1 und 2 ist an der Spitze des Hornes 10 des Wandlers 5 ein Bund 7 vorgesehen, der im Querschnitt in Fig. 1 und perspektivisch in Fig. la gezeigt ist. Der Bund 7 kann die Form einer in Schraubeingriff mit der Spitze 10 des Wandlers stehenden Schraube aufweisen oder er kann einstückig mit der Hornspitze ausgebildet oder aufgepreßt bzw. aufgeschrumpft sein. Die Figuren 2a und 2b zeigen andere Ausführungsformen zur Halterung des Stiftes 11 innerhalb des Bundes 7. In Fig. 2a weist der Bund 7c eine Schulter 7a auf, um die longitudinale Bewegung des Stiftes 11a durch den Kopf lic zu begrenzen - der Abstand zwischen der Schulter 7a und der Spitze des Hornes reicht dabei aus, um eine Vibrationsbewegung des Stiftes 11a aufrechtzuerhalten. Der Bund 7c ist in diesem Falle auf der Spitze des Hornes aufgeschraubt, wenn der Stift 11a eingesetzt ist. In Fig. 2b ist die AnordnungIn Figures 1 and 2, the horn 10 is at the tip of the transducer 5, a collar 7 is provided, which is shown in cross section in Fig. 1 and in perspective in Fig. La. The collar 7 can take the form a screw in screw engagement with the tip 10 of the transducer, or it can be integral with the horn tip be formed or pressed on or shrunk on. Figures 2a and 2b show other embodiments for holding the Pin 11 within the collar 7. In Fig. 2a, the collar 7c has a shoulder 7a to allow the longitudinal movement of the pin 11a by the head lic - the distance between the shoulder 7a and the tip of the horn is sufficient to allow a Maintain vibratory motion of the pin 11a. In this case, the collar 7c is screwed onto the tip of the horn, when the pin 11a is inserted. In Fig. 2b is the arrangement

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ähnlich wie nach Fig. 2a, mit der Ausnahme, daß der Anschlag 7d aus Gummi oder dergl. bestehen kann und im Preßsitz in dem Bund 7b in der Nähe der Spitze des Hornes eingepaßt ist. In ähnlicher Weise kammer Kopf lic des Stiftes oder der Stift 11b unter Kraftanwendung durch die Öffnung eingepaßt werden, damit er an dem Anschlag 7d anliegt.similar to FIG. 2a, with the exception that the stop 7d made of rubber or the like. and is press-fitted in the collar 7b near the tip of the horn. In a similar way Way chamber head lic of the pen or the pen 11b below Force must be fitted through the opening so that it rests against the stopper 7d.

In Fig. 3 weist das Werkzeug 9 eine longitudinale Öffnung 13 auf. Ferner ist eine longitudinale öffnung 12 in der Unterseite der Spitze des Hornes ausgebildet. Die beiden Öffnungen 12 und 13 sind in longitudinaler Richtung mit-einander ausgerichtet, nehmen den Stift 11 auf und halten ihn fest. Der Stift 11 weist einen Querdurchmesser auf, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der beiden Öffnungen. Auf diese Weise wird der S^ift 11 im Betrieb festgehalten, aber nicht daran gehindert, longitudinale Vibrationen auszuführen.In FIG. 3, the tool 9 has a longitudinal opening 13. Furthermore, there is a longitudinal opening 12 in the underside of the Formed tip of the horn. The two openings 12 and 13 are aligned with one another in the longitudinal direction open the pin 11 and hold it in place. The pin 11 has a transverse diameter that is slightly smaller than the inner diameter of the two openings. In this way, the pin 11 is held in place during operation, but not prevented from moving longitudinally Perform vibrations.

Der Stift 11 braucht nicht aus Metall zu sein, er kann auch aus elastischem oder starrem Material hergestellt sein. Wie auch in Fig. 3a gezeigt, ist zur Verhinderung einer Abnutzung an der Spitze des Hornes 10 ein Ansatz 15 halber Wellenlänge in Schraubeingriff (wie bei 17 gezeigt) mit der Spitze des Hornes vorgesehen. Die Abnutzung wird von dem Ansatz aufgenommen und im Bedarf sfalle wird der Ansatz ausgewechselt.The pin 11 need not be made of metal, it can also be made of elastic or rigid material. As in Fig. 3a is shown to prevent wear on the Tip of the horn 10 has a half-wavelength lug 15 in screw engagement (as shown at 17) with the tip of the horn. The wear and tear is absorbed by the attachment and, if necessary, the attachment is replaced.

In Fig. 4 ist eine weitere Anordnung zur Kopplung der Spitze 18 des Hornes 10 des Wandlers 5 gezeigt. In diesem Falle ist das Werkzeug 15 verbreitert und weist eine Öffnung 15a auf. Die Verbreiterung 15 ist größer als die Spitze des Hornes des Wandlers, damit ein räumlicher Kontakt ohne Beschränkung des Wandlers erzieli wird.In Fig. 4, a further arrangement for coupling the tip 18 of the horn 10 of the transducer 5 is shown. In this case it is Tool 15 is widened and has an opening 15a. The broadening 15 is larger than the tip of the horn of the transducer, so that spatial contact is achieved without restricting the transducer will.

009815/KK1 BAD ORIGINAL009815 / KK1 BAD ORIGINAL

7 18.12.1967 W/He O/p 60737 December 18, 1967 W / He O / p 6073

Für die Arbeitsweise der Wandler mit den in den Figuren 1, 2, und 4 gezeigten Abänderungen ist es von Bedeutung, daß keine direkte Kopplung des Wandlers der Spitze des Hornes mit dem Werkzeug oder mit dem Werkstück vorhanden ist. In jedem Falle ist eine Bewegungsfreiheit zwischen dem Wandler und dem Werkstück gegeben. Demgemäß werden, da keine zusätzliche Anordnung zum Wandler vorhanden idb, Resonanzlänge und Frequenz nicht beeinflußt. For the operation of the converter with the modifications shown in Figures 1, 2, and 4, it is important that none direct coupling of the transducer of the tip of the horn with the tool or with the workpiece is present. In any case it is given freedom of movement between the transducer and the workpiece. Accordingly, as there is no additional arrangement for Converter available idb, resonance length and frequency not affected.

Insbesondere ist im Betrieb (in Verbindung mit Fig. 1) der Wand-r ler zum Eintreiben eines Nagels, Stiftes und dergl. in ein anderes Material - das Werkstück 3 ~ gezeigt. Mit jedem Schlag bewegt sich das angetriebene Glied 6 in einer Richtung mit einer geringen oder keiner Rückwärtsbewegung. In diesem Falle federt der Wandler zurück, d.h. die Rückwärtsbewegung wird im Wandler aufgenommen.In particular, in operation (in conjunction with FIG. 1) the wall r for driving a nail, pen and the like into a other material - the workpiece 3 ~ shown. With each stroke, the driven member 6 moves in one direction with one little or no backward movement. In this case, the converter springs back, i.e. the backward movement takes place in the converter recorded.

In Fig. 2 erfolgt der Betrieb indirekt, d.h., das Werkzeug 4 führt die Arbeit am Werkstück 3 aus. In diesem Falle jedoch wird die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung vollständig vom Werkzeug 4 aufgenommen. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß das Werkzeug 4 innerhalb des festgelegten Bereiches bei jedem Schlag vor- und zurückfedert. Die Schläge des Werkzeuges relativ zum Werkstück brauchen nicht notwendigerweise bei jeder Vorwärtsbewegung der Spitze des Hornes des Wandlers aufzutreten. Die Relativbewegung zwischen der Werkzeugstirnseite und der Wandlerspitze kann aufgrund der Kompression der Werkzeugstirnfläche im Augenblick des Stofes auftreffen oder aber aufgrund der Kompression plus einer Gesamtbewegung der Werkzeugmasse auftreten» In jedem Falle trennt die Bewegung der Werkzeugetirnflache das Werkzeug von dem Wandler nach jedem Schlag.In Fig. 2, the operation is indirect, that is, the tool 4 performs the work on the workpiece 3. In this case, however, will the forward and backward movement is completely absorbed by the tool 4. In other words, it means that the tool 4 springs back and forth within the specified range with each impact. The strokes of the tool relative to the workpiece need not necessarily occur with every forward movement of the tip of the horn of the transducer. The relative movement between the tool face and the transducer tip can be due to the compression of the tool face at the moment of the material or due to the compression plus one Total movement of the tool mass occur »In any case, the movement of the tool face separates the tool from the Converter after each beat.

009815/1041009815/1041

BAOBAO

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Bei einer bevorzugten baulichen Ausgestaltung hat man angenommen, daß der Schlag zwischen dem Werkzeug und der Werkstückoberfläche weniger häufig auftrat als einmal in zehn Perioden der Resonanzfrequenz des Wandlers. Man war ferner der Ansicht, daß die Auftreff geschwindigkeit sich als wesentlich herausgestellt hat, um die Abgabe hoher Energie aus einem Wandler hohen Q-Wertes an eine Werkstückumgebung zu ermöglichen.In a preferred structural embodiment, it has been assumed that the impact between the tool and the workpiece surface occurred less frequently than once in ten periods of the transducer resonant frequency. It was also of the opinion that the impact speed has been found to be essential to the delivery of high energy from a high Q transducer to a To enable workpiece environment.

Die Arbeitsweise des in Pig. 3 gezeigten Wandlers ist ähnlich der des Wandlers nach Fig. 2 - der Stift 11 bildet in diesem Falle das Werkzeug zur Durchführung der Arbeit am Werkstück. Wie in Fig. 2 wird auch hier die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung von dem stift 11 aufgenommen. Andererseits kann, wie oben angedeutet, der Stift 11 einfach als ein Stift dienen und das WerkzeugHow the in Pig. The transducer shown in FIG. 3 is similar to that of the transducer of FIG. 2 - the pin 11 forms in this Trap the tool to carry out the work on the workpiece. As in Fig. 2, the forward and backward movement is also here picked up by pin 11. On the other hand, as indicated above, the pen 11 simply serve as a pen and the tool

9 kann das die Arbeit leistende Element sein. Auf diese Weise hält der Stift die geeignete Ausrichtung aufrecht. In jedem Falle ist kein kontinuierlicher direkter Kontakt zwischen dem Wandler und dem Werkstück vorhanden. Der Kontakt ist intermittierend und hat eine Dauer (bei jedem Schlag) von weniger als 1/2 Periode der Wandlerresonanzfrequenz.9 can be the element doing the work. In this way the pen will maintain the proper orientation. In any case there is no continuous direct contact between the transducer and the workpiece. The contact is intermittent and has a duration (at each beat) of less than 1/2 period of the transducer resonance frequency.

In einem in der Praxis arbeitenden Ausftihrungsbeispiel nach Fig. 3a hat man festgestellt, daß es wesentlich ist, Ansätze mit einer halben Wellenlänge (der Resonanzfrequenz des Wandlers) zwischen der Spitze des Hornes und dem Arbeitsende zu verwenden, wie in Fig. 2 gezeigt. Bei dieser praktischen Anordnung tritt keine direkte Abnutzung an der Spitze der Resonanzhornanordnung auf.In a practical embodiment of FIG. 3a it has been found that it is essential to use approaches with half a wavelength (the resonant frequency of the transducer) between the tip of the horn and the working end, as shown in FIG. With this practical arrangement, there is no direct wear on the tip of the resonance horn assembly.

In den Figuren 5, 6 und 7 ist eine weitere Vorrichtung zur Kopplung des Wandlers mit einem Werkstück dargestellt. Bei denIn Figures 5, 6 and 7 is a further device for coupling of the transducer shown with a workpiece. Both

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abgeänderten Wandlern, die in diesen Figuren gezeigt sind, ist ein wesentlicher Unterschied insoferne vorhanden, als ein Werkzeug oder Adapter starr oder dauernd mit dem Werkstück befestigt ist. Insbesondere ist im Gegensatz zu der Werkzeuganordnung nach den Figuren 1-4 das Werkzeug, das an der Spitze des Wandlers, wie nachstehend noch ausgeführt wird, befestigt ist, mit dem Werkstück verschweißt oder verklemmt. Obgleich ein direkter Kontakt vorhanden ist, macht die Hinzufügung des Werkzeuges oder Adapterwerkstückes die Abgabe hoher Energie/verhältnismäßig dünne Platten des Materiales für die Werkstückoberfläche möglich.Modified transducers shown in these figures have one major difference in that there is a tool or adapter is rigidly or permanently attached to the workpiece. In particular, in contrast to the tool arrangement according to FIGS. 1-4 show the tool, which is attached to the tip of the transducer, as will be explained below, with the workpiece welded or jammed. Although there is direct contact, the addition of the tool or adapter workpiece does the delivery of high energy / relatively thin plates of the material for the workpiece surface is possible.

In Fig. 5 ist die Spitze des Hornes des Wandlers 5 bei 19 mit der Werkstückfläche 3 befestigt gezeigt. Die Werkstückfläche 3 isin diesem Falle eine Platte oder dergl. In Betrieb verläuft die Arbeitsbewegung, die der Werkstückfläche 3 aufgegeben wird, in horizontaler oder ebener Richtung, wie durch die Pfeile gezeigt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Richtung der Kopplung des Wandlers 5 zu der Bahn 3 weder in der horizontalen noch in der vertikalen Richtung zur Plattenoberfläche verläuft - sie erfolgt in einem Winkel zwischen horizontaler und vertikaler Richtung. Im Betrieb wird die Speiseenergie wirksam von dem Wandler auf die Werkstückoberfläche übertragen. Die Werkstückoberfläche wird durch jeden Impuls in einer Richtung bewegt, die nicht in Richtung der longitudinalen Achse des Wandlers liegt. Ferner ist die Resonanzfrequenz des Wandler3 ηIaht den vielen Reeonanzfrequenzen angepaßt, mit denen die Platte schwingen kann. Auf diese Weise wird eine wirksame Kopplung erhalten, die einen Schallenergiefluß von dem Wandler in die Platte ermöglicht. Die Verbindung der Platte und des Wandlers stellt eine Impedanzfehlanpaßung an einen Schallenergiefluß aus dem Wandler dar. Diese VerbindungIn Fig. 5, the tip of the horn of the transducer 5 is at 19 with shown attached to the workpiece surface 3. The workpiece surface 3 is in this case a plate or the like. In operation, the Working movement that is given to the workpiece surface 3, in the horizontal or plane direction, as shown by the arrows. It should be noted, however, that the direction of coupling of the transducer 5 to the web 3 is neither in the horizontal nor in the the vertical direction to the plate surface - it takes place at an angle between the horizontal and vertical direction. During operation, the feed energy is effectively transferred from the transducer to the workpiece surface. The workpiece surface is moved by each pulse in a direction that is not in the direction of the longitudinal axis of the transducer. Furthermore is the resonance frequency of the transducer3 approximates the many resonance frequencies adapted with which the plate can oscillate. In this way an effective coupling is obtained, the flow of sound energy from the transducer into the plate. The connection of the plate and the transducer creates an impedance mismatch represents a flow of sound energy from the transducer. This connection

Q09815/KH1Q09815 / KH1

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JOJO

wird deshalb die Stelle eines Schwingungsbauches, der mit maximaler Amplitude bei Resonanzfrequenz des Wandlers und Werkzeuges schwingt. Die gleiche Verbindung ergibt keine größere Änderung der Impedanz für den Fluß der Schallenergie innerhalb der Platte bei jeder der vielen der Resonanzfrequenzen, mit denen die Platte schwingen kann. Deshalb wird die Übertragung von Schallenergie aus der Platte zurück in den Wandler auf einem Minimum gehalten.is therefore the place of an antinode, with maximum The amplitude at the resonance frequency of the transducer and tool oscillates. The same connection does not result in a major change the impedance to the flow of sound energy within the plate at each of the many of the resonant frequencies at which the plate operates can swing. Therefore, the transfer of acoustic energy from the plate back into the transducer is kept to a minimum.

Die Anordnung nach Fig. 6 ist ähnlich der nach Pig. 5 mit der Ausnahme, daß die Werkstückfläche 3 in diesem Falle eine rohrförmige Anordung 3 ist.The arrangement of Fig. 6 is similar to that of Pig. 5 with the Exception that the workpiece surface 3 is tubular in this case Arrangement 3 is.

In der Anordnung nach Fig. 7 weist das Werkzeug 19 eine hohle konische Gestalt auf. Wie in Verbindung mit Fig. 5 ausgeführt, erfolgt die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung in Richtung der Ebene, wie z.B. durch die pfeile dargestellt. Damit erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel die Kopplung der Wandlerspitze 10 in vertikaler Richtung, so daß eine räumliche (außerhalb der Richtung liegende) Beziehung zwischen Wandler und Werkzeug aufrechterhalten wird, wie oben beschrieben.In the arrangement according to FIG. 7, the tool 19 has a hollow one conical shape. As stated in connection with FIG. 5, the forward and backward movement takes place in the direction of Level, as shown e.g. by the arrows. In this exemplary embodiment, the transducer tip 10 is thus coupled in vertical direction so that a spatial (out of direction) relationship is maintained between the transducer and the tool as described above.

.Die in den verschiedenen Figuren dargestellten Anordnungen sind in Verbindung mit Erdbewegungsschaufeln, die feste Materialien durchdringen, und auch verschiedene Bohr- und Nietvorgänge angewendet worden, die Anwendung der Erfindung ist jedoch in keiner Weise hierauf beschränkt...The arrangements shown in the various figures are used in conjunction with earthmoving buckets penetrating solid materials and also various drilling and riveting operations but the application of the invention is in no way limited thereto.

00981 S/ 100981 S / 1

Claims

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Claims;

1. Electromechanical resonance converter of high power and high Q value that acts on a workpiece, characterized in that the converter has a tool (4, 9, 11) for acting on the workpiece (3) and a device (10) for coupling the tool with the transducer (5), and that the device maintains a non-limiting engagement of the tool with the workpiece, whereby freedom of movement between the transducer and the workpiece is achieved.

2. Converter according to claim 1, characterized in that the tool (9, 11) forms part of the transducer resonance arrangement (5), see above that the converter generates its full power at its resonance frequency.

2. Converter according to claim 1 or 2, characterized in that the Device for coupling the tool (4, 9i H) with the transducer (5) a device for frequency conversion of (sound) Has vibration energy with a high power transfer factor from the high-power, high-Q resonant converter to the tool, that vibrates at a frequency different from that of the resonance arrangement.

i \. A transducer according to claim 1, characterized in that the impact engagement return movement due to the non-limiting / from the transducer

is recorded.

5. Converter according to claim 1, characterized in that the impact return movement is absorbed by the tool due to the non-limiting engagement.

009815/1041009815/1041

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characterized

6. Converter according to claim 1 or one of the following, / that the converter

(5) has a longitudinally elongated element that can transmit the working energy, and that the non-limiting Coupling of the tool (4) with the converter (5) has a collar (7) which is permanently connected to the tip (10) of the extended part of the transducer is attached, and in which the collar (7) extends beyond the tip (10), the opening in the extended part can accommodate the tool and hold it without limitation.

7. Converter according to claim 1, characterized in that it has a longitudinal direction has elongated element that can transmit the work energy and in which the non-limiting coupling of the Tool (9) with the converter (5) has a first opening (12), which is formed in the longitudinal direction in the tip (10) of the transducer (5) that a second opening (13) in the longitudinal direction mounted in one end of the tool (9) so that the first and second openings are in longitudinal alignment with one another, that a pin (11) has an outer diameter which is smaller than the inner diameter of the openings (12, 13) ι and that the Pin (11) after insertion into the openings (12, 13) the tool (9) in the workpiece transfer alignment with the transducer (5) is not limiting.

8. Converter according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the tip (10) of the transducer (5) also has a shoulder (15) half the wavelength.

9. Electromechanical resonance converter of high power and high Q value, which has a longitudinally elongated element that transfers high power energy to a workpiece, thereby

009815/1041009815/1041

BATH ORIGINAL

13 December 18, 1967 W / He O / p 6073

characterized in that a device for rigidly adjusting the '' Tip of the elongated element (10) on the workpiece (3) is provided, which the elongated element in an outside which holds the line running in the longitudinal extension of the longitudinal axis of the workpiece (Fig. 5-7).

10. Converter according to claim 9 »characterized in that the workpiece (3) has a large surface area that has resonance frequencies out of phase with the resonance frequency of the Converter are.

11. Converter according to claim 51, characterized in that the impact stress between the tool and the workpiece surface less frequently than once in ten periods of the resonance frequency of the Converter takes place.

12. Converter according to claim 9, characterized in that the tip (Lö) of the converter (5) also has a half-wavelength approach (15) owns.

BATH

00981S/100981S / 1

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