DE202015104150U1

DE202015104150U1 - Device for deburring workpieces with ultrasound

Info

Publication number: DE202015104150U1
Application number: DE202015104150.0U
Authority: DE
Original assignee: Weber Ultrasonics GmbH
Current assignee: Weber Ultrasonics GmbH
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2025-08-08
Also published as: CH712990B1; WO2017025069A1; TW201706072A

Abstract

Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall, aufweisend: wenigstens einen Ultraschallwandler (4); wenigstens eine Sonotrode (6), die zum Übertragen der Schwingungen mit dem Ultraschallwandler (4) mechanisch verbunden ist, wobei die Sonotrode (6) mit wenigstens einer schwingenden Sonotrodenfläche (6‘) in einen mit einer Flüssigkeit füllbaren oder gefüllten Tank eintauchbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschallwandler (4) und Sonotrode (6‘) als ein gemeinsames, handgehaltenes Gerät (1) ausgebildet sind.Apparatus for deburring workpieces with ultrasound, comprising: at least one ultrasonic transducer (4); at least one sonotrode (6) mechanically connected to transmit the vibrations to the ultrasonic transducer (4), the sonotrode (6) having at least one oscillating sonotrode surface (6 ') being submerged in a tank that can be filled or filled with a liquid; characterized in that the ultrasonic transducer (4) and sonotrode (6 ') as a common, hand-held device (1) are formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes System zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall. Eine solche Vorrichtung umfasst typischerweise einen Ultraschallwandler sowie eine Sonotrode, die zum Übertragen der Schwingungen mit dem Ultraschallwandler mechanisch verbunden ist. Die Sonotrode ist mit zumindest einer schwingenden Sonotrodenfläche in einen Flüssigkeitstank eintauchbar. The invention relates to a device for deburring of workpieces with ultrasound according to the preamble of claim 1 and to a corresponding system for deburring workpieces with ultrasound. Such a device typically includes an ultrasonic transducer and a sonotrode mechanically connected to transmit the vibrations to the ultrasonic transducer. The sonotrode can be immersed in a liquid tank with at least one vibrating sonotrode surface.

Bei einer Vielzahl technischer Anwendungen ist es erforderlich, Werkstücke von unerwünschten Graten zu befreien, beispielsweise mittels elektrochemischer oder thermischer Verfahren oder auch Hochdruckwasserstrahlverfahren. In a variety of technical applications, it is necessary to free workpieces of undesirable burrs, for example by means of electrochemical or thermal processes or high pressure water jet method.

Außerdem ist es möglich, Werkstücke mittels Ultraschall zu entgraten. Eine entsprechende Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mittels Ultraschall ist in der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 106 343.3 der Anmelderin Weber Ultrasonics GmbH vom 24. April 2015 beschrieben. It is also possible to deburr workpieces using ultrasound. A corresponding device for deburring of workpieces by means of ultrasound is in the German Patent Application No. 10 2015 106 343.3 Applicant Weber Ultrasonics GmbH of 24 April 2015.

Nachteilig an dem genannten Stand der Technik ist, dass die vorbekannten Vorrichtungen relativ groß und teuer und eher auf eine Serienbehandlung der Werkstücke ausgelegt sind. Einzelne Werkstücke oder auch lediglich Bereiche einzelner Werkstücke zu entgraten, ist mit einem unverhältnismäßig großen (Kosten-)Aufwand verbunden. A disadvantage of the cited prior art is that the prior art devices are relatively large and expensive and are designed more for a series treatment of the workpieces. Deburring individual workpieces or merely sections of individual workpieces is associated with a disproportionately large (cost) effort.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine alternative Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken vorzuschlagen, die kostengünstig und einfach einsetzbar ist. The present invention is therefore based on the object to propose an alternative device for deburring of workpieces, which is inexpensive and easy to use.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 14. This object is achieved by a device having the features of claim 1 and by a system having the features of claim 14.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 13. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Systems findet sich in Anspruch 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen. Advantageous embodiments of the device according to the invention can be found in the claims 2 to 13. A further advantageous embodiment of the system can be found in claim 15. Hereby, the wording of all claims is explicitly incorporated by reference in the description.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall umfasst:
wenigstens einen Ultraschallwandler und
wenigstens eine Sonotrode, die zum Übertragen der Schwingungen mit dem Ultraschallwandler mechanisch verbunden ist, wobei die Sonotrode mit wenigstens einer schwingenden Sonotrodenfläche in einen mit einer Flüssigkeit füllbaren oder gefüllten Tank eintauchbar ist. An apparatus according to the invention for deburring workpieces with ultrasound comprises:
at least one ultrasonic transducer and
at least one sonotrode which is mechanically connected to transmit the vibrations with the ultrasonic transducer, wherein the sonotrode with at least one oscillating sonotrodesfläche in a liquid-filled or filled tank is immersed.

Wesentlich ist, dass Ultraschallwandler und Sonotrode als ein gemeinsames, handgehaltenes Gerät ausgebildet sind. It is essential that ultrasonic transducer and sonotrode are designed as a common, hand-held device.

Aus Anwendungen für das Ultraschall-Schweißen ist grundsätzlich bekannt, dass Kavitation auftritt. Diese tritt bevorzugt an Fehlstellen der Oberfläche auf, da sich dort mikroskopische Glasbläschen beim Eintauchen in die Flüssigkeit anhaften. Insbesondere an Graten und in Bohrungen kann dies daher der Fall sein. Nach Erkenntnis der Anmelderin lässt sich dieser Effekt zur Entgratung von metallischen Bauteilen durch gezielte Kavitationswirkung nutzen, da die bei dem Kollaps der einzelnen Gasbläschen frei werdende Energie eventuell vorhandene Grate absprengt. Dabei soll das zu entgratende Werkstück kurzzeitig intensiver ultraschallinduzierter Kavitation ausgesetzt werden, um eine Entgratung durchzuführen. Der zugrundeliegende Prozess des Entgratens mit Ultraschall ist in der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 106 343.3 der Anmelderin Weber Ultrasonics GmbH vom 24. April 2015 beschrieben, deren Inhalt hiermit explizit per Referenz einbezogen wird. From applications for ultrasonic welding is generally known that cavitation occurs. This occurs preferentially on defects of the surface, since there microscopic glass bubbles adhere to the immersion in the liquid. This can therefore be the case in particular on burrs and in boreholes. According to the Applicant, this effect can be used for deburring metallic components by means of targeted cavitation action, since the energy released during the collapse of the individual gas bubbles cancels any existing burrs. In this case, the workpiece to be deburred is to be briefly exposed to intensive ultrasound-induced cavitation in order to perform deburring. The underlying process of deburring with ultrasound is in the German Patent Application No. 10 2015 106 343.3 by Applicant Weber Ultrasonics GmbH of 24 April 2015, the content of which is hereby incorporated by reference.

Eine besonders intensive Kavitation lässt sich an der Oberfläche von mit Ultraschallfrequenz schwingenden Sonotroden, die in ein flüssiges Medium eintauchen, erzielen. Sonotroden sind im Allgemeinen Werkzeuge für das Ultraschall-Schweißen, die durch das Einleiten von hochfrequenten mechanischen Schwingungen (Ultraschall) in Schwingung versetzt werden. Sie stellen typischerweise die Verbindung von Ultraschallgenerator zum Werkstück her und leiten die Schwingungen in dieses ein. Particularly intense cavitation can be achieved on the surface of sonotrodes vibrating with ultrasonic frequency, which dip into a liquid medium. Sonotrodes are generally tools for ultrasonic welding, which are caused by the introduction of high-frequency mechanical vibrations (ultrasound) in vibration. They typically connect the ultrasonic generator to the workpiece and introduce the vibrations into it.

Der Grund für die intensive Kavitation ist die gegenüber üblichen Schallwandlern für die Reinigungstechnik bei Sonotroden deutlich höhere Amplitude der mechanischen Auslenkung. The reason for the intensive cavitation is the significantly higher amplitude of the mechanical deflection compared to conventional sound transducers for the cleaning technique with sonotrodes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich somit in wesentlichen Aspekten von vorbekannten Vorrichtungen: Ultraschallwandler und Sonotrode sind als ein handgehaltenes Gerät ausgebildet, d. h. dass der Ultraschallwandler und die Sonotrode als ein gemeinsames Element ausgebildet sind, welches von einem Benutzer bei der Entgratung von Werkstücken mit Ultraschall händisch geführt wird. Ultraschallwandler und Sonotrode sind starr miteinander verbunden, um die mechanischen Schwingungen von dem Ultraschallwandler auf die Sonotrode zu übertragen. The device according to the invention thus differs in essential aspects from previously known devices: ultrasonic transducer and sonotrode are designed as a hand-held device, d. H. that the ultrasonic transducer and the sonotrode are formed as a common element, which is manually guided by a user during the deburring of workpieces with ultrasound. Ultrasonic transducers and sonotrode are rigidly connected to transmit the mechanical vibrations from the ultrasonic transducer to the sonotrode.

Hierdurch ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass die Vorrichtung individuell einsetzbar ist und auch schwer erreichbare Bereiche eines zu entgratenden Werkstücks mit der handgehaltenen Vorrichtung mit Ultraschall beaufschlagt und so von störenden Graten befreit werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Ausgestaltung von Ultraschallwandler und Sonotrode als ein handgehaltenes Gerät eine kompakte und kostengünstige Realisierung ermöglicht, die auch für gelegentliche und individuelle Einsätze geeignet ist. This results in particular in the advantages that the device can be used individually and difficult to reach areas of a workpiece to be deburred with the hand-held Device subjected to ultrasound and so can be freed of annoying burrs. Another advantage is that the design of ultrasonic transducer and sonotrode as a hand-held device allows a compact and cost-effective implementation, which is also suitable for occasional and individual uses.

Insbesondere in schwer erreichbaren Bereichen, wie Bohrungen oder Winkeln, ist es mit der handgehaltenen Vorrichtung in einfacher Art und Weise möglich, unerwünschte Grate zu entfernen und diese Bereiche bis zu dem gewünschten Ergebnis lokal nachzubearbeiten. Especially in hard to reach areas, such as holes or angles, it is possible with the hand-held device in a simple manner to remove unwanted burrs and rework these areas locally to the desired result.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein mechanischer Transformator (Booster) zur Vergrößerung oder Verringerung der mechanischen Amplitude zwischen dem Ultraschallwandler und der Sonotrode angeordnet. Der Transformator wirkt vorzugsweise als Verstärkungselement und kann so zu einer höheren Amplitude der mechanischen Auslenkung der Sonotrode führen, was wiederum zu einer vermehrten Erzeugung von Kavitation in der Flüssigkeit und dadurch zu einer verstärkten Entgratung führt. Die Verwendung derartiger Transformatoren ist aus Anwendungen für das Ultraschall-Schweißen grundsätzlich vorbekannt. In a preferred embodiment of the invention, a mechanical transformer (booster) for increasing or decreasing the mechanical amplitude between the ultrasonic transducer and the sonotrode is arranged. The transformer preferably acts as a reinforcing element and can thus lead to a higher amplitude of the mechanical deflection of the sonotrode, which in turn leads to an increased generation of cavitation in the liquid and thereby to an increased deburring. The use of such transformers is in principle already known from applications for ultrasonic welding.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Abstandhalter zum Einstellen eines konstanten Abstands zwischen der wenigstens einen schwingenden Sonotrodenfläche und dem zu entgratenden Werkstück. Mittels des Abstandhalters kann sichergestellt werden, dass die an der schwingenden Sonotrodenfläche auftretende intensive Kavitation zur Beseitigung von Graten an der Oberfläche des Werkstücks führt. Vorteilhafterweise ist der Abstandhalter derart einstellbar, dass der konstante Abstand der genannten Sonotrodenfläche von dem Werkstücks wenigstens 0,1 mm beträgt, dabei aber kleiner oder höchstens gleichgroß ist wie eine akustische Wellenlänge in der Flüssigkeit. Mit dem Abstandhalter kann daher sichergestellt werden, dass auch bei der handgeführten Vorrichtung weder das Werkstück durch die Sonotrode beschädigt wird, noch dass aufgrund eines zu großen Abstands zwischen Sonotrode und dem zu entgratenden Werkstück eine lediglich mangelhafte Entgratung erfolgt. According to one embodiment of the invention, the device comprises a spacer for setting a constant distance between the at least one oscillating sonotrode surface and the workpiece to be deburred. By means of the spacer it can be ensured that the intense cavitation occurring on the vibrating sonotrode surface leads to the removal of burrs on the surface of the workpiece. Advantageously, the spacer is adjustable so that the constant distance of said sonotrode surface from the workpiece is at least 0.1 mm, but smaller or at most the same size as an acoustic wavelength in the liquid. With the spacer can therefore be ensured that neither the workpiece is damaged by the sonotrode even with the hand-held device, nor that due to a large distance between the sonotrode and the workpiece to be deburred only a deficient deburring occurs.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform umfasst eine Überwachungseinrichtung, die zum kontinuierlichen Überwachen der Einhaltung eines konstanten Abstandes der Sonotrodenfläche zu dem Werkstück ausgebildet ist. Dabei kann die Überwachungseinrichtung mit einer Feedback-Einrichtung für einen Benutzer ausgebildet sein. Vorzugsweise ergeht dabei ein Signal an den Benutzer, wenn der Abstand zwischen der Sonotrodenfläche und dem zu entgratendem Werkstück außerhalb eines gewünschten, vorzugsweise voreinstellbaren, Bereiches liegt. A further preferred embodiment comprises a monitoring device which is designed to continuously monitor compliance with a constant distance of the sonotrode surface from the workpiece. In this case, the monitoring device can be designed with a feedback device for a user. Preferably, a signal is sent to the user when the distance between the sonotrode surface and the workpiece to be deburred lies outside a desired, preferably presettable, region.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung umfasst einen Gewichtausgleich für das handgehaltene Gerät. Der Gewichtausgleich ist zur Kompensation des Gewichts des handgehaltenen Geräts (zumindest Ultraschallwandler und Sonotrode) vorgesehen. Der Gewichtsausgleich erfolgt durch eine entgegengesetzte Kraft, die durch beispielsweise ein Gegengewicht, eine Feder oder einen aktiven Antrieb erzeugt werden kann. Ohne Fremdeinwirkung stellt der Gewichtsausgleich eine ausgeglichene Ruhelage ein. Das Gewicht von dem handgehaltenen Gerät der Vorrichtung kann abhängig von dem Frequenzbereich des Ultraschallwandlers und damit der Größe des Ultraschallwandlers im einstelligen Kilogrammbereich liegen. Hier ist es für einen Benutzer für eine belastungsfreie und kontrollierte Benutzung der Vorrichtung von Vorteil, wenn durch den Gewichtsausgleich das Gewicht des handgehaltenen Geräts kompensiert wird. A further advantageous embodiment of the device comprises a weight balance for the hand-held device. The weight balance is provided to compensate for the weight of the hand-held device (at least ultrasonic transducer and sonotrode). The weight compensation is carried out by an opposite force that can be generated by, for example, a counterweight, a spring or an active drive. Without external influence, the weight balance sets a balanced resting position. The weight of the hand-held device of the device may be in the single-digit kilogram range depending on the frequency range of the ultrasonic transducer and thus the size of the ultrasonic transducer. Here it is for a user for a stress-free and controlled use of the device advantageous if the weight compensation of the hand-held device is compensated.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist die Sonotrode auswechselbar angeordnet. Vorzugsweise sind Sonotrode und/oder der Transformator und/oder der Ultraschallwandler auswechselbar angeordnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mit einem Basisgerät durch den Wechsel der genannten Teile verschiedene Ultraschall-Frequenzbereiche abgedeckt werden können. Weiter ist die Vorrichtung duch die austauschbare Sonotrode beispielsweise an unterschiedliche Abmessungen oder Geometrien der zu entgratenden Werkstücke und/oder an unterschiedliche Grattypen etc. anpassbar. In another preferred embodiment of the device, the sonotrode is arranged replaceably. Preferably, sonotrode and / or the transformer and / or the ultrasonic transducer are interchangeably arranged. This results in the advantage that with a base unit by changing the said parts different ultrasonic frequency ranges can be covered. Furthermore, the device can be adapted, for example, to different dimensions or geometries of the workpieces to be deburred and / or to different types of burrs, by means of the exchangeable sonotrode.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das handgehaltene Gerät flüssigkeitsdicht ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse für den Ultraschallwandler, wobei die Sonotrode und das Gehäuse flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Sonotrode oder das handgehaltene Gerät in die Flüssigkeit eingetaucht werden können, ohne dass Schäden an der Vorrichtung entstehen. Auch Flüssigkeitsspritzer oder Ähnliches können dadurch keinen Schaden an der Vorrichtung verursachen. In a further preferred embodiment, the hand-held device is formed liquid-tight. Preferably, the device comprises a housing for the ultrasonic transducer, wherein the sonotrode and the housing are connected to each other in a liquid-tight manner. This has the advantage that the sonotrode or the hand-held device can be immersed in the liquid without causing damage to the device. Even liquid splashes or the like can not cause damage to the device.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Griffbereich auf, der ergonomisch verjüngt ist. Ein Benutzer kann somit das handgehaltene Gerät leichter handhaben. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse für den Ultraschallwandler, welches Gehäuse in dem Griffbereich ergonomisch verjüngt ist. Der Ultraschallwandler ist somit in dem Gehäuse angeordnet, so dass in einfacher Art und Weise ein Griffbereich an dem Ultraschallwandler vorgesehen werden kann, der die Handhabung für den Benutzer komfortabler macht und eine kontrollierte Führung beim Entgraten ermöglicht. In a further preferred embodiment, the device has a grip area which is ergonomically tapered. A user can thus handle the handheld device more easily. Preferably, the device comprises a housing for the ultrasonic transducer, which housing is ergonomically tapered in the grip area. The ultrasonic transducer is thus arranged in the housing, so that in a simple manner, a grip area can be provided on the ultrasonic transducer, which makes handling more comfortable for the user makes it possible to have controlled guidance during deburring.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an dem handgehaltenen Gerät der Vorrichtung ein Taster oder Schalter zur Aktivierung der Ultraschallschwingungen angeordnet. Der Taster oder Schalter ist mit dem Ultraschallgenerator verbunden. Mittels des Tasters oder Schalters erfolgt eine Aktivierung des Ultraschallgenerators, der den Ultraschallwandler mit elektrischer Energie versorgt, um den Ultraschallwandler zu mechanischen Schwingungen anzuregen. Die Aktivierung des Ultraschalls kann somit durch einen Benutzer direkt an dem handgehaltenen Gerät erfolgen. In a further advantageous embodiment of the invention, a button or switch for activating the ultrasonic vibrations is arranged on the hand-held device of the device. The button or switch is connected to the ultrasonic generator. By means of the button or switch is an activation of the ultrasonic generator, which supplies the ultrasonic transducer with electrical energy to excite the ultrasonic transducer to mechanical vibrations. The activation of the ultrasound can thus be done by a user directly to the hand-held device.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine aktive Kühlung für den Ultraschallwandler, insbesondere bevorzugt eine Druckluftkühlung oder einen in das handgehaltene Gerät integrierten Lüfter. In an advantageous development, the device comprises an active cooling for the ultrasonic transducer, in particular preferably a compressed-air cooling or a fan integrated in the hand-held device.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung wenigstens einen Ultraschallgenerator, der zum Versorgen des Ultraschallwandlers mit elektrischer Energie ausgebildet ist, um den Ultraschallwandler zu mechanischen Schwingungen anzuregen. Der Ultraschallgenerator regt den Ultraschallwandler zu mechanischen Schwingungen an, wobei weiter der Ultraschallwandler die Sonotrode im Ultraschallfrequenzbereich zu Schwingungen anregt. In a further advantageous embodiment, the device comprises at least one ultrasonic generator, which is designed to supply the ultrasonic transducer with electrical energy in order to excite the ultrasonic transducer to mechanical vibrations. The ultrasonic generator excites the ultrasonic transducer to mechanical vibrations, wherein further the ultrasonic transducer excites the sonotrode in the ultrasonic frequency range to vibrate.

Vorzugsweise ist der Ultraschallgenerator zum Erzeugen einer Ultraschallfrequenz der Schwingungen von wenigstens etwa 10 kHz und höchstens etwa 50 kHz ausgebildet, vorzugsweise etwa 18 kHz bis etwa 35 kHz, höchst vorzugsweise etwa 20 kHz bis etwa 30 kHz. Preferably, the ultrasonic generator is configured to generate an ultrasonic frequency of the vibrations of at least about 10 kHz and at most about 50 kHz, preferably about 18 kHz to about 35 kHz, most preferably about 20 kHz to about 30 kHz.

Die handgehaltene Entgratungsvorrichtung kann insbesondere vorteilhaft sein zum Entgraten von Bohrungen. Dafür wird vorzugsweise eine lange und schmale Sonotrode in die Bohrung eingeführt, so dass die Kavitationsblasen die Grate im Inneren der Bohrung entfernen können. Die handgehaltene Entgratungsvorrichtung eignet sich auch besonders zum Entgraten anderer schwer erreichbarer Bereiche von Werkstücken. The hand-held Entgratungsvorrichtung may be particularly advantageous for deburring holes. For this purpose, a long and narrow sonotrode is preferably introduced into the bore, so that the cavitation bubbles can remove the burrs inside the bore. The hand-held deburring device is also particularly suitable for deburring other difficult to reach areas of workpieces.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall. Das System umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall, einen Ultraschallgenerator, der zum Versorgen des Ultraschallwandlers mit elektrischer Energie ausgebildet ist, um den Ultraschallwandler zu mechanischen Schwingungen anzuregen, und einen Tank, der mit einer Flüssigkeit füllbar oder gefüllt ist, so dass die Sonotrode mit wenigstens einer schwingenden Sonotrodenfläche in die Flüssigkeit eintaucht oder eintauchbar ist. Die Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall des Systems wird mit der Sonotrode in die Flüssigkeit des Tanks eingetaucht und vorzugsweise in einem definierten Abstand an den zu entgratenden Bereichen des Werkstücks entlanggeführt, so dass die dort auftretende intensive Kavitation zur Beseitigung der Grate führt. Another aspect of the invention relates to a system for deburring workpieces with ultrasound. The system comprises at least one ultrasound generator according to the invention for deburring workpieces, an ultrasound generator which is designed to supply the ultrasound transducer with electrical energy in order to excite the ultrasound transducer to mechanical vibrations, and a tank which can be filled or filled with a liquid that the sonotrode is immersed in the liquid with at least one vibrating sonotrode surface or is submersible. The device for deburring workpieces with ultrasound of the system is immersed with the sonotrode in the liquid of the tank and preferably guided along at a defined distance to the areas to be deburred of the workpiece so that the intense cavitation occurring there leads to the removal of the burrs.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Systems zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall ist die Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall mit einem Ultraschallgenerator zum Erzeugen einer Ultraschallfrequenz ausgebildet. Das System umfasst demnach wenigstens eine entsprechende Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall und einen Tank, der mit einer Flüssigkeit füllbar oder gefüllt ist, so dass die Sonotrode mit wenigstens einer schwingenden Sonotrodenfläche in die Flüssigkeit eintaucht oder eintauchbar ist. Die Flüssigkeit ist vorzugsweise ein Reinigungsmedium, wie aus vorbekannten Verfahren zum Reinigen mit Ultraschall bekannt. In another advantageous embodiment of the system for deburring workpieces with ultrasound, the device for deburring workpieces with ultrasound is formed with an ultrasound generator for generating an ultrasound frequency. Accordingly, the system comprises at least one corresponding device for deburring workpieces with ultrasound and a tank which can be filled or filled with a liquid, so that the sonotrode is immersed or immersed in the liquid with at least one vibrating sonotrode surface. The liquid is preferably a cleaning medium as known from prior art ultrasonic cleaning methods.

Die Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken mit Ultraschall des Systems wird mit der Sonotrode in die Flüssigkeit des Tanks eingetaucht und vorzugsweise in einem definierten Abstand an den zu entgratenden Bereichen des Werkstücks entlanggeführt, so dass die dort auftretende intensive Kavitation zur Beseitigung der Grate führt. The device for deburring workpieces with ultrasound of the system is immersed with the sonotrode in the liquid of the tank and preferably guided along at a defined distance to the areas to be deburred of the workpiece so that the intense cavitation occurring there leads to the removal of the burrs.

Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Systems werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt: Further preferred features and embodiments of the device according to the invention and of the system according to the invention are explained below on the basis of exemplary embodiments and the figures. Showing:

1 mit den Teilabbildungen a, b und c ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 with the partial illustrations a, b and c, a first embodiment of a device according to the invention;

2 mit den Teilabbildungen a, b und c ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Abstandhalter. 2 with the partial illustrations a, b and c, a second embodiment of a device according to the invention with spacers.

In den 1 und 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Alle Maßangaben sind exemplarisch zu verstehen und enthalten keine über die Schutzansprüche hinausgehende Beschränkung. In the 1 and 2 like reference characters designate the same or equivalent elements. All dimensions are to be understood as examples and do not include any limitation beyond the scope of the claims.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in drei Ansichten a, b und c. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the device according to the invention in three views a, b and c.

1a zeigt eine Vorrichtung mit einem handgehaltenen Gerät 1 und einem Gewichtausgleich 10. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 5, in dem ein Ultraschallwandler 4 zur Umwandlung von elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen und ein Booster (Transformator) 3 zur Erhöhung der mechanischen Auslenkung angeordnet sind, dargestellt in 1c. Das Gehäuse 5 ist mit einem ergonomisch ausgeformten Griffbereich 8 ausgebildet. An dem Gehäuse 5 ist eine Sonotrode 6 angeordnet mit einer Schwingungen abstrahlenden Fläche der Sonotrode (schwingende Sonotrodenfläche) 6‘. Die einzelnen Komponenten 4–6 sind dabei durch Schraubverbindungen miteinander verbunden und somit auswechselbar. 1a shows a device with a hand-held device 1 and a weight balance 10 , The device comprises a housing 5 , in an ultrasonic transducer 4 for converting electrical vibrations into mechanical vibrations and a booster (transformer) 3 arranged to increase the mechanical deflection, shown in FIG 1c , The housing 5 is with an ergonomically shaped grip area 8th educated. On the case 5 is a sonotrode 6 arranged with a vibrating surface of the sonotrode (vibrating sonotrode surface) 6 ' , The individual components 4 - 6 are connected to each other by screw and thus interchangeable.

Der Ultraschallwandler 4 steht über das Kabel 7 in signaltechnischer Wirkverbindung mit einem Ultraschallgenerator (nicht dargestellt) und wird durch diesen mit elektrischer Energie versorgt. Dabei verfügt der Ultraschallgenerator über eine Regelung, welche die mechanische Amplitude des Ultraschallwandlers 4 regelt und eine Einstellung dieser Amplitude in einem Bereich von beispielsweise 10 bis 100% bezogen auf eine maximale mechanische Amplitude ermöglicht. Der Ultraschallwandler 4 ist vorliegend – ohne Beschränkung – für eine maximale Schwingungsfrequenz im Bereich von 35 kHz ausgelegt. Solche Ultraschallgeneratoren sind dem Fachmann bekannt und werden beispielsweise in Einrichtungen zum Ultraschallschweißen verwendet. The ultrasonic transducer 4 stands over the cable 7 in operative signaling connection with an ultrasonic generator (not shown) and is supplied by this with electrical energy. In this case, the ultrasonic generator has a control which the mechanical amplitude of the ultrasonic transducer 4 controls and allows adjustment of this amplitude in a range of, for example, 10 to 100% based on a maximum mechanical amplitude. The ultrasonic transducer 4 is here - without limitation - designed for a maximum oscillation frequency in the range of 35 kHz. Such ultrasonic generators are known to the person skilled in the art and are used, for example, in devices for ultrasonic welding.

Die Sonotrode 6 wird in einen mit flüssigem Medium gefüllten Tank (nicht dargestellt) eingetaucht. Beim Betreiben der Sonotrode 6 mit Ultraschall tritt an der Oberfläche der Sonotrode 6 im Bereich zumindest der Sonotrodenfläche 6‘ eine intensive Kavitation auf. Wird die Sonotrode 6 nun mit der der Sonotrodenfläche 6‘ in einem (definierten) Abstand an den zu entgratenden Bereichen eines Werkstücks entlanggeführt, führt die dort auftretende intensive Kavitation zur Beseitigung der Grate. The sonotrode 6 is immersed in a tank filled with liquid medium (not shown). When operating the sonotrode 6 with ultrasound occurs at the surface of the sonotrode 6 in the range of at least the sonotrode surface 6 ' an intense cavitation. Will the sonotrode 6 now with the sonotrode surface 6 ' guided along in a (defined) distance at the areas of a workpiece to be deburred, the intense cavitation occurring there leads to the removal of the burrs.

1b zeigt die Vorrichtung aus 1a in einer um 90 Grad gedrehten Ansicht. Der Gewichtsausgleich 10 ist an dem handgehaltenen Gerät 1 so angeordnet, dass das Gewicht des handgehaltenen Geräts 1 kompensiert wird und das Kabel 7 nicht auf Zug belastet ist. Der Gewichtsausgleich 10 ist vorliegend als Gegengewicht ausgebildet. 1b shows the device 1a in a 90 degree rotated view. The weight balance 10 is on the hand-held device 1 arranged so that the weight of the hand-held device 1 is compensated and the cable 7 not loaded on train. The weight balance 10 is designed here as a counterweight.

1c zeigt eine Schnittdarstellung durch die in 1a gekennzeichnete Ebene A-A. Die Vorrichtung umfasst als handgehaltenes Gerät 1 eine Sonotrode 6 und einen Ultraschallwandler 4. Zwischen Sonotrode 6 und Ultraschallwandler 4 ist ein Transformator oder Booster 3 zur Erhöhung der mechanischen Auslenkung angeordnet. Wie in 1c zu sehen ist, ist der Ultraschallwandler 4 so in dem Gehäuse 5 angeordnet, dass das Gehäuse 5 einen Griff für das handgehaltene Gerät 1 bildet. Das Gehäuse 5 ist in einem mittleren Bereich 8 ergonomisch verjüngt, sodass ein Benutzer das handgehaltene Gerät komfortabel greifen und führen kann. 1c shows a sectional view through the in 1a marked level AA. The device comprises as a hand-held device 1 a sonotrode 6 and an ultrasonic transducer 4 , Between sonotrode 6 and ultrasonic transducers 4 is a transformer or booster 3 arranged to increase the mechanical deflection. As in 1c can be seen, is the ultrasonic transducer 4 so in the case 5 arranged that the housing 5 a handle for the hand-held device 1 forms. The housing 5 is in a middle range 8th ergonomically tapered so that a user can comfortably grasp and guide the hand-held device.

2a zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt 2b die Ansicht aus 2a um 90 Grad gedreht. In 2c ist eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels durch die in 2a gekennzeichnete Ebene A-A gezeigt. Zur Vermeidung von Wiederholungen soll im Folgenden hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen den Figuren eingegangen werden. 2a shows a schematic representation of a second embodiment. It shows 2 B the view 2a turned 90 degrees. In 2c is a sectional view of the second embodiment by the in 2a marked level AA shown. In order to avoid repetition, the following will focus on the differences between the figures.

Die Vorrichtung umfasst als handgehaltenes Gerät 1 eine Sonotrode 6 und einen Ultraschallwandler 4. Zwischen Sonotrode 6 und Ultraschallwandler 4 ist ein Transformator (Booster) 3 zur Erhöhung der mechanischen Auslenkung angeordnet. Wie in 2c zu sehen ist, ist der Ultraschallwandler 4 so in dem Gehäuse 5 angeordnet, dass das Gehäuse 5 einen Griff für das handgehaltene Gerät 1 bildet. Das Gehäuse 5 ist in einem mittleren Bereich 8 ergonomisch verjüngt, sodass ein Benutzer das handgehaltene Gerät komfortabel greifen und führen kann. The device comprises as a hand-held device 1 a sonotrode 6 and an ultrasonic transducer 4 , Between sonotrode 6 and ultrasonic transducers 4 is a transformer (booster) 3 arranged to increase the mechanical deflection. As in 2c can be seen, is the ultrasonic transducer 4 so in the case 5 arranged that the housing 5 a handle for the hand-held device 1 forms. The housing 5 is in a middle range 8th ergonomically tapered so that a user can comfortably grasp and guide the hand-held device.

Der Ultraschallwandler 4 ist vorliegend – ohne Beschränkung – für eine maximale Schwingungsfrequenz im Bereich von 20 kHz ausgelegt. The ultrasonic transducer 4 is hereby - without limitation - designed for a maximum vibration frequency in the range of 20 kHz.

An dem handgehaltenen Gerät (1) der Vorrichtung ist ein Taster (11) zur Aktivierung der Ultraschallschwingungen angeordnet. Der Taster (11) ist über das Kabel 7 mit dem Ultraschallgenerator (nicht dargestellt) verbunden. Mittels des Tasters (11) ist eine Aktivierung des Ultraschalls durch einen Benutzer direkt an dem handgehaltenen Gerät (1) möglich. On the hand-held device ( 1 ) of the device is a button ( 11 ) arranged to activate the ultrasonic vibrations. The button ( 11 ) is over the cable 7 connected to the ultrasonic generator (not shown). By means of the button ( 11 ) is an activation of the ultrasound by a user directly on the hand-held device ( 1 ) possible.

Die Vorrichtung umfasst zusätzlich einen Abstandhalter 12. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders für die Entgratung von Bohrungen geeignet. Der Abstandhalter 12 liegt mit der Fläche 12‘ an einem Werkstück an und stellt somit eine maximale Eindringtiefe in die Bohrung sicher. So werden Beschädigungen des Werkstücks vermieden. The device additionally comprises a spacer 12 , This embodiment is particularly suitable for the deburring of holes. The spacer 12 lies with the surface 12 'on a workpiece and thus ensures a maximum depth of penetration into the bore. This avoids damage to the workpiece.

Der Abstandhalter 12 kann auch derart an dem Gerät 1 angeordnet sein, dass ein konstanter Abstand zwischen der Schwingungen abstrahlenden Fläche der Sonotrode 6’ und dem Werkstück wenigstens 0,1 mm beträgt und dabei maximal gleich groß ist wie eine akustische Wellenlänge in der Flüssigkeit. The spacer 12 can also be on the device 1 be arranged such that a constant distance between the vibrations radiating surface of the sonotrode 6 ' and the workpiece is at least 0.1 mm and at the same time is the same size as an acoustic wavelength in the liquid.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015106343 [0003, 0010]

Claims

Device for deburring workpieces with ultrasound, comprising: at least one ultrasonic transducer ( 4 ); at least one sonotrode ( 6 ), for transmitting the vibrations with the ultrasonic transducer ( 4 ) is mechanically connected, wherein the sonotrode ( 6 ) with at least one vibrating sonotrode surface ( 6 ' ) can be immersed in a tank that can be filled or filled with a liquid; characterized in that ultrasonic transducers ( 4 ) and sonotrode ( 6 ' ) as a common, hand-held device ( 1 ) are formed.

Device according to claim 1, characterized in that a mechanical transformer ( 3 ) for increasing or decreasing the mechanical amplitude between the ultrasonic transducer ( 4 ) and the sonotrode ( 6 ) is attached.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a spacer ( 12 ) for setting a constant distance between the at least one oscillating sonotrode surface ( 6 ' ) and the workpiece to be deburred.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the spacer is adjustable in such a way that the constant distance of the at least one oscillating sonotrode surface ( 6 ' ) of the workpiece is at least about 0.1 mm and corresponds to at most about one acoustic wavelength in the liquid.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a monitoring device which, for continuously monitoring the maintenance of a constant distance of the sonotrode surface ( 6 ' ) is formed to the workpiece.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device compensates for weight ( 10 ) for the hand-held device.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sonotrode ( 6 ) is arranged interchangeable, preferably, that the sonotrode ( 6 ) and / or the transformer ( 3 ) and / or the ultrasonic transducer ( 4 ) are arranged interchangeable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hand-held device ( 1 ) is formed liquid-tight, in particular preferred that the device is a housing ( 5 ) for the ultrasonic transducer ( 4 ) and sonotrode ( 6 ) and housing ( 5 ) are formed liquid-tight.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has a grip area ( 8th ), which is ergonomically designed, in particular tapered, preferably that the device is a housing ( 5 ) for the ultrasonic transducer ( 4 ) and the housing ( 5 ) in the grip area ( 8th ) is ergonomically designed, in particular, is tapered.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is an active cooling for the ultrasonic transducer ( 4 ), in particular preferably a compressed air cooling.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has a button ( 11 ) for activating the ultrasonic vibrations, which probe ( 11 ) preferably on the hand-held device ( 1 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device additionally comprises at least one ultrasonic generator, which is used to supply the ultrasonic transducer ( 4 ) is formed with electrical energy to the ultrasonic transducer ( 4 ) to stimulate mechanical vibrations.

Apparatus according to claim 12, characterized in that the ultrasonic generator for generating an ultrasonic frequency of the vibrations of at least about 10 kHz and at most about 50 kHz is formed, preferably about 18 kHz to about 35 kHz, most preferably about 20 kHz to about 30 kHz.

System for deburring workpieces with ultrasound, comprising: at least one device for deburring workpieces according to any one of claims 1 to 11, an ultrasonic generator, which is used to power the ultrasonic transducer ( 4 ) is formed with electrical energy to the ultrasonic transducer ( 4 ) to stimulate mechanical vibrations and a tank which receives the workpiece and is filled or filled with a liquid, so that the sonotrode ( 6 ) with at least one vibrating sonotrode surface ( 6 ' ) is immersed in the liquid or immersed.

A system for deburring workpieces with ultrasound, comprising: at least one device for deburring workpieces with ultrasound according to claim 12 or 13 and a tank which receives the workpiece and is filled or filled with a liquid, so that the sonotrode ( 6 ) with at least one vibrating sonotrode surface ( 6 ' ) is immersed in the liquid or immersed.