DE1810406B2

DE1810406B2 - Vorrichtung zum uebertragen von ultraschallschwingung

Info

Publication number: DE1810406B2
Application number: DE19681810406
Authority: DE
Inventors: Eiji Tokio Ito Katsuhiko Kawasaki Kanagawa Mon, (Japan)
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1967-12-25
Filing date: 1968-11-22
Publication date: 1973-08-16
Also published as: DE1810406A1; NL144499B; GB1242603A; SE342154B; CH485496A; DE1810406C3; CS153488B2; FR1599285A; US3696259A; NL6817811A

Description

zweigungsstelle \on einer Viertel wellenlänge {- )

aufweist bzw. aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verzweigen der Ultraschallschwingung ein an einem Ende vom Schwingungserzeuger (1) Schwingungsaufnehmendes und am anderen Ende Schwingungsabgebendes Übertragungsglied (12) und zwei an beiden Enden (13 bis 16) Schwingungsabgebende Übertragungsglieder an der Verzweigungsstelle verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge-Kennzeichnet. daß zum Zusammenführen \on Ultraschallschwingung zwei schwingungsauf nehmende Übertragungsglieder, die an jedem Ende mit einem Schwingungserzeuger (1) verbunden sind, und ein Schwingungsabgebendes Übertragungsglied (25) an der Verzweigungsstelle verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingungsabgebende Übertragungsglied (26) an einer Grenzfläche mit einer die Schwingung reflektierenden Reflexionsplatte (22) belegt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Übertragungsglied als Flansch (11, 18 bis 20. 24, 25, 30, 31) ausgebildet ist, der an einem stangenförmig ausgebildeten Übertragungsglied (10, 17, 23, 33) ansetzt und mehrere radiale Sehwingungsübertragungs-Längsrichtungen aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß zum Verzweigen der Ultraschallschwingung der Schwingungserzeuger (1) am stangenfönnigen Schwingungsaufnehmenden Übertragungsglied (10. 17) sitzt und an den Verzweigungsstcllcn am stangenförmigen Übertragungsglied ein oder mehrere kreisförmige Flansche (11, 18, 19, 20) ansetzen, die die Schwingung an ihrer Umfanssfläche abgeben.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zusammenfuhren der Ultraschallschwingung am stangenenden s.gnal-.boebenden übertragungsglied (21) wenigstens em Flanscht) in Form eines regulären V,elecks sim an dessen Umfang mehrere Schwingungserzeuger (1) anaeordnet sind.

9 Vorrichtung nach Anspruch S dadurch gekennzeichnet, daß am stabförm.gen Übertragungs-ScS) mehrere an ihren Außenflacher, mit Schw ngiUserzeugern (1) versehene vieleckige Flansche (30, 31) im Abstand e.ner halben Wellenlänge voneinander angeordnet sind.

10 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bi< 9 dadurch ^kennzeichnen daß das stangenförmbe Übertragungsglied (21) mehrere Flanschübertraeunsselieder trägt, von denen mindestens Xes (2-4) Vieleckig ist und als schw.ngungsaüfnehmendes übertragungsglied dient und mindestens ein restliches (25) kreiszvhndnsch ist und ah schwincungsabgebendes Übertragungsglied dient, das die Schwingung an seiner Umfangsflache ahüibt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen - im Sinne von Aufnehmen oder Abeeben bzw. Zusammenführen oder Verzweigen von Ultraschallschwingung, bestehend aus einem übertraeuneskörper von sich in Übertragungsglieder ver/*cicend"er Bauweise und bestehend aus wenigstens einem "schwincungsaufnehmenden und wenigstens einem schwingungsabgebenden Übertragungsglied und Ls mindestens einem Longiiudinalschwingungserzeueer eeaebcner Ultraschallfrequenz, der an einem ÜbeVtraeuneseliedende angeschlossen ist. Eine solche Vorrichtung dient auf Grund der Anordnung der Schwingungserzeuger bzw. der schwingungsabnehmenden Verbraucher an den stirnse.ugen Enden der Übertragungsglieder zur Verteilung oder zur Addition und Konzentration der erzeugten Ultraschallschwmeunq und ihrer Energie.

" Es ist eine derartiee der Konzentration der Lltraschallenereie dienende Vorrichtung bekannt (USA.-Pa'-n'schfift 3 148 293, schweizerische Patentschrift 41Μ3Ο) bei der zwei oder mehr schwingungsführende Schenkel unter einem spitzen Winkel von beispiels-W--25 und jedenfalls nicht mehr als 76^C ineinandermünden und die zusammengefaßte Schwingung in einem s>mmetrischen Ausgangsschenkel weiterleiten, an dessen Ende die Schwingung in einer Leistung von beispielsweise mehreren Kilowatt etwa zum Ultraschallschweißen, für akustische Leistungsabgabe, zur Materialprüfung usw. zur Verfügung steht. Die bekannte Anordnung, bei der das Auftreten stehender Wellen im wesentlichen vermieden werden muß. ergibt auf Grund der unter einem Winkel erfolgenden Zucimmenführunc der Schwingungen einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad, der auf Grund der Gesetze der Vektoraddition um so schlechter wird, je stumpfer der Zusammenführungswinkcl ist, also

notwendigerweise, je mehr schwingungszuführende Schenkel vorgesehen sind. Beispielsweise ergibt sich bei einem Winkel von 45" eine im Vergleich zur linear addierten Amplitude verringerte Amplitude von 92% und verringerte Energie von 85% der resultierenden Schwingung, bei 90^c wurden die remitierende Amplitude 71% und die resultierende Energie 50% beiragen, und bei 180^c schließlich würde die resultierende Amplitude 0% und die resultierende Energie ebenfalls 0% betragen Der verminderte Wirkungsgrad äußert sich nicht nur in erhöhtem Antriebsleistungsbedarf, sondern auch in erhöhter Erwärmung der Vorrichtung. was bei Hochleistungsvorrichtungen eine erhebliche Schwierigkeit darstellen kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe ts zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe die Energie mit sehr gutem Wirkungsgrad verzweigt bzw. gesammelt werden

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Verzweigungsstelle im Übertragungsr-orper in einem Knotenpunkt der in ihm erzeugten Ultraschallschwingung liegt und daß an den der Verzweigungsstelle abgewandten Grenzflächen des bzw. der schw ingungsabgebenden Gliedes bzw. Glieder Wellenbäuche liegen und daß alle Übertragungsglieder mit ihren Längsrichtungen aufeinander senkrecht stehen. Die Erfindung bedient sich hierbei eines anderen physikalischen Mechanismus als die bekannte Vorrichtung, bei der mit dem errindungsgemäß %erwendeten Winkel nur eine geringe oder gar keine Ausgangsenergie zu erhalten wäre. Nach der Erfindung wird das Poissonsche Dehnungsphänomen ausgenutzt, gemäß dem ein Körper, der einem auseinanderziehenden Längszug unterworfen ist, an dieser Stelle in Querrichtung kontrahiert und ein einem Längsschub unterworfener Körper in Querrichtung dicker wird. Die Übertragung der Schwinyungsenergie vom Schwingungsaufnehmenden auf das schwingungsabgebende Übertragungsglied erfolgt also durch die Anregung des schw ingungsabgebenden L hertragungsgliedes auf Grund der periodischen Querkontraktion des — vom ganzen Übertragungskörper her gesehen — Schwingungsaufnehmenden Übertragungsgliedes, die Längskontraktion bzw. -expansion des Schwingungsabgebenden Übertragungsglieds darstellen.

Gemäß der Erfindung wird also die Fortflpanzungsrichtung der Schwingung an den Verbindungspunkten um 90 umgelenkt. Diese Wirkung kann ausgenutzt werden, nicht nur um die Fortpflanzungsrichtung zu ändern, sondern auch um die Leistung eines Wandlers oder mehrerer Wandler an mehrere Abnahmestellen zu verteilen oder die Leistung einer Anzahl \on Wandlern zusammenzufassen und sie einer oder mehreren Stellen zuzuführen.

Nach der Wellentheorie weist die im Rahmen der Erfindung ausgenutzte stehende Welle Knotenpunkte und Wellenbäuche auf, die gegeneinander einen Abstand von einer Viertelwellenlänge haben. Der Abstand des Schwingungserzeugers von der Vcrzweigungsstelle. also vom Verbindungspunkt der Übertragungsgliedei, ebenso wie der Abstand der Grenzflächen von diesem Verbindungspunkt muß deshalb eine ungerade Anzahl von Viertelwellenlängen betragen. In der gedrungensten Anordnung sind diese Abstände jeweils eine Viertelwellenlänge.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird die Möglichkeit des Auftretens von Randeffekten, die unregelmäßige Abstände zwischen Knoten und Bäuchen hervonufen, hier nicht näher behandelt. Derartige Effekte sind in der Praxis leicht erkennbar, und ihre Berücksichtigung ist für den Fachmann leicht möglich.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich entweder die Schwingung von einem Erzeuger in viele Richtungen oder zu vielen Verbrauchern verteilen oder lassen sich die Ausgangsschwingungen vieler Schwingungserzeuger in einer Richtung oder zu einem Verbraucher zusammenfassen.

Weitere Vorteile, Einzelheilen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden differenzierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

F 1 g. 1 einen Längsschnitt durch einen Schwingungserzeuger in Form eines elektroakustisehen Wandlers, der mit einem Übertragungsglied gekuppelt ist. wobei diese Anordnung bei verschiedenen Vorrichtungen gemäß der Erfindung anwendbar ist,

F i g. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Verteilen von Schwingungsenergie um den Umfang eines als zweites Übertragungsglied vorgesehenen runden Flansches,

F i s. 3 eine Oberansichl der Vorrichtung gemäß

F i g. 2,

F i g. 4 und 5 zwei weitere Vorrichtungen in perspektivischer Darstellung,

F i g. 6 eine Ansicht einer Vorrichtung zum Zusammenführen der Energie einer Mehrzahl von Schw 'ngungserzeugern,

F 1 g. 7 eine Oberansicht der Vorrichtung gemäß F i g. 6,

F i g. S und 9 perspektivische Ansichten von zwei weiteren Vorrichtungen zum Zusammenführen der Energie einer Mehrzahl \on Schwingungserzeugern, F 1 g. 10 eine perspektivische Ansicht eines Übertragungskörpers einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

F i g. 11 die Darstellung der Übertragungs-Peziehung zwischen der Schwingungsamplitude an einer Eingangsgren?fläche und an einer Ausgangsgrenzfläche des Übertragungskörpers gemäß F i g. 10,

\ i g. 12 eine Seitenansicht eines Ütertragungskörpers ähnlich demjenigen in der Vorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 13 die Darstellung der Übertragungs-Eeziehung entsprechend Fig. 11 des Übcrtragungskcrpers ge-

mäß Fi g. 12,

F i g. 14 eine Seitenansicht des Ütertragungsköpers einer Vorrichtung, die eine Abwandlung der in F i g. 6 gezeigten Vorrichtung ist,

F i g. 15 eine Endansicht der Vorrichtung gemäß F i g. 14 mit angesetzten Schwingungserzeugern und F i g. 16 die Darstellung der Übertragungs-Eeziehung entsprechend F i g. 11 des Übertragungskcrpers gemäß F i g. 14.

Viele Arten von elektroakustisehen Wandlern, insbesondere magnetostriktive und elcktrostrikti\e Wandler, können in den Vorrichtungen gemäß der Erfindung als Longitudinalschwingungserieuger verwendet werden. Eine bevorzugte Form eines derartigen Schwingungserzeugers ist in F i g. 1 gezeigt. Sie gibt eine ausreichende Höhe von akustischer Energie und ist stabil im Betrieb.
Gemäß F i g. 1 besteht ein Schwingungserzeuger

5 6

aus metallischen Tragelementen 2 und 3 und aus einem berechnet wurden, und die Betriebsbedingungen sind

zwischen die beiden Elemente zwischengelegten elek- folgendermaßen:

trostriktiven Vibrator 4. Die Teile sind durch einen

Gewindebolzen 5 verbunden, der durch den Vibrator Wellenlänge (/) -

hindurchgeht. Der Schwingungserzeuger 1 ist an 5 Frequenz (J)

einem Übertragungskörper 6 durch einen mit zwei

Gewindeenden versehenen Bolzen 7 befestigt. Resonanzfrequenz 51 kHz,

In der Praxis ist es notwendig, daß eine stabile Material AlSI-1045,

Erzeugung und Übertragung der Schwingung mit Übertragungsglied Λ—Λ' .. 18 · 12 · 51,5 mm,

minimalem Wärmeverlust und ohne mechanisches io Übertragungsglied B—B' ... 18 · 21 · 51,5 mm,

Zerreißen der Konstruktionsmaterialien erreicht wird. Eingangsleistung 20 Watt,

Gleichzeitig sollte der Schwingungserzeuger so klein Versuch im unbelasteten Zustand, wie möglich für die von ihm bewältigte Leistung sein.

Aus diesen Gründen ist es erwünscht, daß eine Le- Wenn an die Schwingungsaufnehmende Grenz-

gierungauf Aluminiumbasis mit relativ geringer Dichte, 15 fläche Λ, der Schwingungserzeuger gemäß F i g. 1 an-

z. B. Duraluminium, bei der Herstellung der Trag- gelegt ist, sind die Amplituden an den Flächen A. A'.

elemente 2 und 3 und Bleizirkonattitanat als das B. B' genau gleich. Diese Ergebnisse eines praktischen

e'ektroMriktive Material in dem Vibrator verwendet Versuches sind in Fi g. 11 gezeigt. Dort ist zu sehen,

wird. Für den Vibrator wird eine vielschichtige Kon- daß die Fortpfianzung'-nchuing der Schwingungs-

struktion empfohlen. Der in F i g. 1 gezeigte Schwin- 20 leistung mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung

gungscrzeuger hat eine vierschichtige Zusammen- leicht um 90 umgelenkt und auch leicht verzweigt

Setzung aus dem elektrostriktiven Material. Er kann werden kann (auf Flächen A. B und B').

durch eine Spannung mit geeigneter Frequenz erregt Die Vorrichtung gemäß F i g. 4 ist eine Abwandlung

werden, die ihm an Anschlüssen 8 und 9 zugeführt wird. von derjenigen gemäß F i g. 10 und hat ein drittes

Ein zweckmäßiger Schwingungserzeuger kann in 25 übertragungsglied rechtwinklig zu den anderen beiden.

seinem elektrostriktiven Vibrator 4 folgende Daten Leistung von dem Schwingungserzeuger 1 wird in vier

aufweisen: verschiedenen Richtungen rechtwinklig zu ihrer ur-

Material Bleizirkonattitanat, sprünglichen Richtung auf die Übertragungsglieder

Abmessung Durchmesser 40 mm. f*^' ^d* '" einem Abstand von einer \ lertelwellen-

rvM <: ~,™ 30 lance von der Grenzfläche zwischen dem Schwinguncs-

Dicke 5 mm, - , . .-·., .-j .-»"■■■,

. , cuu. erzeuger 1 und einem L bertragungselied 12 aneeord-

Anordnune vier Schichten, λ . , , *■„ ^e - - "

Gesamtdicke 20 mm. ^{net Mlld}' ^{und wird an Jeder der} Grenzflächen 13,14, 15

und 16 abgegeben, die eine Viertel« ellenlange von der

Alternative Materialien für den Vibrator sind Mine der Konstruktion entfernt liegen. Wenn die

magnetostriktiv e oder piezoelektrische Materialien, 35 Grenzflächen 13 bis 16 richtig belastet sind, kann die

wie z. B. Ferrit. Nickel, Nickel-Eisen-Legierung, SchwingungsleistungvoneinemeinfachenSchwingungs-

Kristalle und Bariumtitanat. erzeuger an jeder von ihnen verwendet werden.

Die Umkehrung des obigen Verzvveigungseffcktes

Die Traglemente 2 und 3 haben die Daten: ist leicht erzielbar. F i g. 9 zeigt Schwingungserzeuger 1.

Material Duraluminium, 4c die an Grenzflächen befestigt sind, die den Grenz-

Durchmesser 40 mm flächen 13. 14. IS und 16 gemäß F i g. 4 entsprechen,

Länse Resonanzlänge bei und ihre Leistung wird von einer Grenzfläche eines

20 kHz. also etwa Übertragungsgliedes 26 abgegeben, während dessen

50 mm. andere Grenzfläche mit einer Reflexionsplatte 22 für

45 die betreffende Frequenz ausgerüstet ist. Die gesamte

Die Gesamtlänge des Schwingungserzeugers beträgt von der Grenzfläche des t hertragungsghedes 26 ab-

120 mm. gegebene Schwingungsleistung ist etwa viermal so

De. Leistuncseingang kann bis zu 300 Watt haben. groß wie die von einem einzigen Schwingungserzeuger

Wenn die beabsichtigte Beiriebsfrequenz anders ist erzeugte. Eine derartige Zusammenführvorrichtung

als 20 WHz. müssen die obengenannten Abmessungen 5° kann für industrielle Zwecke verwendet werden, die

natürlich geändert werden. Die neue Bestimmung ist das Aufbringen einer hohen Schwingungsleistung auf

!eicht durchführbar. eine einzige Schuingungsleistung auf eine einzige

Der erste Verschiebungsknoten einer stehenden StelSe erfordern.

Längswelle tritt in einem Abstand von einer Viertel- InF ig 12 ist eine weitere Form einer Verzweigungswellenlänge von dem Schwingungserzeuger auf. und 55 Konstruktion gezeigt die aus einem stabförmige!] nachfolgende Knoten treten in weiteren Abständen \on Übertragungsglied und einem runden Flansch besteht, jeweils einer halben Wellenlänge auf. Die Schwingung Dieser Flansch ist in einem Abstand von einer Viertelkann wirksam an einer Grenzfläche abgegeben werden, wellenlänge von einer Grenzfläche des stabförmig« die im Abstand einer Viertel*ellenlange von einem Elementes und etwa rechtwinklig zu diesem angeord-Knoten liegt und an der ein Wellenbauch auftritt. 60 net. Wenn ein Schwingungserzeuger, z. B. derjenige In F i g. 10 ist ein kreuzförmiger Übertragungs- aus Fig. 1. an einer Fläche L befestigt wird, wire körper aus zwei Übertragungsgliedern, die an ihren die Schwingungsleistung radial von der Umfangs Mittelpunkten verbunden sind, gezeigt. Jedes Glied fläche R des Flansches abgegeben. Der Radius diese ist zwischen seinen Grenzflächen A, A' bzw. S. B' Flansches kann aus folgender Gleichurg errechne eine halbe Wellenlänge bei der zu verwendenden 65 werden: Frequenz lang.

Die Abmessungen dieses Übertragungskörpers, die <>mo = ^¹"⁰ —--■

aus der unten angegebenen bekannten Gleichung r o(l —σ*)

wobei

-- 2 /„,„, Resonanz-Kreisfrequenz,
r ~ Radius des Flansches,

\_ma " ' Standardkonstante des jeweiligen durch die Moduszahl m gekennzeichneten Schwingungstyps,

E ~~ Youngscher Modul,
Q — spezifisches Gewicht,
σ -- Poissonsche Querzahl.

Verschiedene aus der obigen Frequenzgleichung errechnete Beispiele sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt:

Material

F.

gern³ ι Dyn,cnr'

Duralumin

Messing

2,8
7.9
8,9

7
2.0

9.5

10ⁿ
10¹²
10¹¹

a	Un 1)
	2,07
0,33	2,04
0.28	2.08
0,36

r mm

(/ο

20 kHz)

88
86

58

Der dem Beispiel zugrunde liegende Stahl ist eine Art von AlSI-1045-Kohlenstoffstahl.

Die folgenden Daten /eigen typische Werte von Betriebsbedingungen:

Resonanzfrequenz 49 kHz.

Material AISl-1045.

Länge L--L' 20 · 50.5 mm.

Flansjhdurchmesser 68.1 mm.

Flanschdicke 11.5 mm.

Eingangsleistung 20 Watt.

Versuch in unbelastetem Zustand.

Die Schwingungsleistung des an der Fläche L oder L' befestigten Schwingungserzeugers wird an der Grenzfläche zwischen dem Stab und dem Flansch, die eine Viertelwellenlänge vom Schwingungserzeuger entfernt liegt, um etwa 90" umgelenkt und dann radial von der Fläche R aus verteilt. Die Beziehung zwischen der Schwingungsamplitude der Fläche L oder L und derjenigen der Fläche R. wie sie durch Versuch ermittelt wurde, ist in F i g. 13 gezeigt. Die Schwingung an der Fläche R hat eine kleinere Amplitude als diejenige an der Fläche L.

Gemäß F i g. 2 und 3 wird die von einem Schwingungserzeuger 1 auf ein stabformiges Übertragungsglied 10 übertragene Schwingungsleistung radial von einem runden Flansch U aus verteilt, der in einem Abstand von einer Viertelwellenlänge von der Grenzfläche angeordnet ist. F i g. 5 zeigt eine Verlängerung dieses Prinzips. Die Vorrichtung nach F i g. 5 hat drei Flansche 18, 19 und 20 an einem stangenförmigen übertragungsglied 17. Die Flansche sind" eine halbe Wellenlänge voneinander entfernt, und der Abstand zwischen jeder Grenzfläche des Gliedes 17 und dem benachbarten Flansch ist eine Viertelwellenlänge Die Leistung vom Schwingungserzeuger 1 wird auf die Umfange der drei Flansche verteilt.

Ein Flansch kann auch zum Zusammenführen statt zum Verzweigen verwendet werden. Wenn man somit dem Flansch nach Fig. 12 einen regelmäßigen vieleckigen L'mfang gibt und den Schwingungserzeuger an einer flachen Umfangsfläche des Flansches befestigt, gleicht die Beziehung zwischen der Amplitude an der Antriebsfläche und derjenigen an der Abgabefläche der in Fig. 13 gezeigten. Wenn Schwingungserzeuger auf mehreren flachen Umfangsseiten des

Flansches angeordnet werden, vereinigt sich ihre Leistung an den Enden des Stabelementes. Diese Leistung, die etwa gleich der Gesamtleistung der Schwingungserzeuger ist, wird um 90' gegenüber den ursprünglichen Richtungen umgelenkt abgegeben.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 6 und 7 hat einen Flansch von regelmäßiger achteckiger Form. Ein Schwingungserzeuger 1 ist an jeder zweiten Seite des Flansches befestigt, wie es in F i g. 7 gezeigt ist. Die ίο Schwingungsleistung von den vier Erzeugern wird in dem Flansch vereinigt und dann von einer Grenzfläche eines Übertragungsgliedes 21 abgegeben. Die abgegebene Leistung ist etwa viermal so groß wie die von einem einzelnen Schwingungserzeuger abgegebene. Die Grenzfläche des stangenförmigen Übertragungsgliedes 21 ist mit einer Reflexionsplatte 22 ausgerüstet, wie sie auch in F i g. 9 gezeigt ist. Wird jedoch diese Reflexionsplatte durch noch einen weiteren Schwingungserzeuger ersetzt, so wird an der Ausgangsfiäche eine weiter erhöhte Schwingungsleistung erzielt.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 8 ist eine Abwandlung der in F i g. 6 und 7 gezeigten. Ein runder Flansch 25 ist eine halbe Wellenlänge von dem achteckigen Flansch 24 entfernt angeordnet. Die in dem regelmäßig achteckigen Flansch 24 vereinigte Schwingungsleistung wird entlang einem stangenförmigen Übertragungsglied 23 um 90 umgelenkt und dann, nachdem sie erneut um 90° durch den runden Flansch 25 umgelenkt wurde, radial verteilt. Die Abmessungen des Flansches 25 werden wie oben beschrieben ausgewählt.

In F i g. 14 ist eine Konstruktion gezeigt, die zum Fr7ielen einer hohen Ausgangsleistung zur Verwendung in der Schwerindustrie geeignet ist. Der Übertragungskörper besteht aus einem stangenförmigen Übertragungsglied 33 mit einer solchen Länge, daß es bei Betriebsfrequenz in Resonanz ist. Zwei Stützen 32 und 40 sind eine Viertelwellenlänge von jeder Grenzfläche des Stabes 33 entfernt angeordnet, und zwei Flansche 30 und 31 mit regelmäßigem zwölfseitigem Umfang sind eine halbe Wellenlänge voneinander und eine halbe Wellenlänge von den Stützen 32 und 40 entfernt. Zwölf Schwingungserzeuger sind an jedem Flansch mit Hilfe von Bohrungen befestigt, wie sie beispielsweise mit 34, 35. 36. 37, 38 und" 39 bezeichnet sind. Die Werte und Betriebsbedingungen sind folgende:

Resonanzfrequenz 20 kHz.

Material AISl-1045.

Länge des Übertragungsgliedes 504 mm.

Durchmesser des Übertragungsgliedes 60 mm.

Durchmesser des Flansches 167 _min. Dicke des Flansches 40 mm. Länge des Schwingungserzeugers 115 mm. Eingangsleistung 200 Watt Versuch im unbelasteten Zustand.

Jede der Stützen 32 und 40 hat die Form eines schmalen runden Flansches. Die Abmessungen dieser Flansche sind so gering wie möglich gewählt, da sie

auf der Länge des Übertragimgsgliedes liegen. In typischer Ausführung können sie etwa 8 mm" in der Breite und in der Höhe aufweisen. Sie sind an Ver schiebungsknoten angeordnet, um die S· »rung des Betriebes der Vorrichtung auf ein Minimum 71: senken,

und sind absichtlich außer Resonanz.

In der Vorrichtung gemäß F i g. 14 ist die Beziehung zwischen der Amplitude an der Fläche R und der" jenigen an der Hache L so. wie sie in F i g. 16 gezeigt

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ist. Gemäß den Werten in F i g. 16 ist das Übersetzungsverhältnis größer als 3. Dieses Verhältnis ist von besonderer Wichtigkeit für den Zweck hoch wirksamer Anwendung der Schwingungsleistung. Mit der Vorrichtung wurde eine Ausgangsleistung von etwa 5000 Watt trotz der Eingangsleistung von nur 200 Watt je Schwingungserzeuger leicht erreicht. Wenn die Anzahl der Flansche erhöht wird, kann eine noch größere Ausgangsleistung erzielt werden. Nach einer Vergrößerung der Konstruktion gemäß F i g. 14 um sechs Stufen wurde beobachtet, daß eine große

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Ausgangsleistung von 10 000 Watt trotz einer vergleichsweise kleinen Eingangsleistung von 150 Watt je Schwingungserzeuger abgegeben wurde. Bei derartigen Hochleistungsvorrichtungen kann etwas Wärmeverlust auftreten. Es ist daher erwünscht, bei der Konstruktion der Vorrichtung einen SpezialStahl zu verwenden, wie z. B. B, S. En 111 Chromnickelstahl. Die Vorrichtungen gemäß der Erfindung können auch rohrförmige Übertragungsglieder an Stelle der ίο massiven Glieder aufweisen, wie sie beschrieben wurden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Übertragen — im Sinne von Aufnehmen oder Abgeben bzw. Zusammenführen oder Verzweigen — von Ultraschallschwingung, bestehend aus einem Übertragungskörper von sich in Übertragungsglieder verzweigender Bauweise und bestehend aus wenigstens einem schwingungsaufnehmenden und wenigstens einem schwingungsabgebenden Übertragungsglied und aus mindestens einem Longitudinalschwingungserzeuger gegebener Ultraschallfrequenz, der an einem übertragungsgliedende angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungsstelle im Übertragungskörper (6) in einem Knotenpunkt der in ihm erzeugten Ultraschallschwingung liegt und daß an den der Verzweigungsstelle abgewandten Grenzflächen (A, A\ B, B') des bzw. der schwinsunesabeebenden Gliedes bzw. Glieder (11, 18 bis 20. 25. 26. 33) Wellenbäuche liegen, und daß alle Übertragungsglieder (10, 11; 17Γ 18. 19. 20: 23. 24, 25; 26, "27; 30, 31, 33) mit ihren Längsrichtungen aufeinander senkrecht stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsaufnehmende Übertragungsglied (61 bzw. die schwingungsaufnehmenden Übertragungsglieder stangenförmig sind und einen Abstand ihrer an den Schwingungserzeuger (1) anschließenden Grenzfläche zur Ver-