DE2355333A1

DE2355333A1 - Ultraschallerzeuger, insbesondere fuer ultraschallschweissgeraete

Info

Publication number: DE2355333A1
Application number: DE19732355333
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Scotto
Original assignee: Mecasonic SA
Current assignee: Mecasonic SA
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1973-11-06
Publication date: 1974-10-24
Also published as: FR2224992A5; DE2355333B2

Description

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Telex 5215360

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Bayerische Vereinsbank München 952 Z JJü 33 J Dresdner Bank AQ Harne 7-520 499

^i v/ v^ yJ Postscheckkonto Dortmund 558 68-467

MECASONIC S.A.

Bas-Monthoux

74100 Annemasse (Frankreich)

Ref.: MO 4266 B/hr

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Zuschrift bitte nach:

München Abholfach 3

Ultraschallerzeuger, insbesondere für Ultraschallschweißgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf Ultraschallerzeuger und richtet sich insbesondere auf Ultraschallschweißgeräte. Sie erstrebt eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit solcher Geräte ohne Zwang zur Erhöhung der Energie. Insbesondere sollen durch die Erfindung die Einsatzmöglichkeiten solcher Apparate auf ein Arbeitsgebiet erweitert werden, wie z.B. auf das Schweißen von Wertestücken mit großen Abmessungen, die bis jetzt nur mit Hilfe von mehreren Schweißköpfen verschweißt werden können.

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bekanntlich besteht der Kopf eines Ulträschallschweißgerätes nach dem Stand der Technik im wesentlichen aus (siehe Fig. 1 und 2): .

a) einem elektrestriktiven, magnetostriktiven und ähnlichem Schallgeber 1, dessen Abmessungen dadurch festgelegt sind, daß er auf einer bestimmten Frequenz schwingen soll. Die normalerweise angewendeten Frequenzen liegen bei 20 KHz.

b) einem mechanischen Verstärker 2, der mit der halben Longitudinalwellenlänge derselben Frequenz wie der Schallgeber schwingt und dessen Querschnitte so berechnet sind, daß man ein bestimmtes Verstärkungsverhältnis erhält.

c) einer Sonotrode 3 als Schweißwerkzeug, das dem Jeweils zu lösenden Problem entsprechend in verschiedenen geometrischen Formen vorliegt. Diese Sonotrode ist so berechnet, daß sie Längsschwingungen mit der Resonanzfrequenz des mechanischen Verstärkers und des Schallgebers ausführt. Sie weist insbesondere die Form eines Hohlzylinders längs des zweiten Viertels der Welle auf, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, oder besitzt nach Fig. 2 die Form einer Schaufel.

Die benützten\ den Fig. 1 und 2 entsprechenden Sonotroden sind in ihren geometrischen Abmessungen sehr begrenzt.

So ist es z.B. bei einer Frequenz von 20 KHz sehr schwierig, zylindrische Sonotroden mit mehr als 300 mm Durchmesser herzustellen. Für die gleiche Frequenz ist es praktisch unmöglich Sonotroden in Schaufelform mit mehr als 350 mm Länge zu verwirklichen.

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Diese Einschränkungen sind durch das Auftreten von radialen Nebenschwingungen bedingt, die in Verbindung mit der HaIbwellenlängsschwingung entstehen und sowohl das Funktionieren des gesamten Maschinenkopfes als auch die Steuerung des · Generators stören.

Das erfindungsgemäße Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß es auf den mechanischen Verstärker folgend, ein mit der halben Wellenlänge auf der Resonanzfrequenz des mechanischen Verstärkers längsschwingendes Zwischenstück enthält, und zwei oder mehr Sonotroden an dem Zwischenstuck befestigt sind, die jeweils mit der Resonanzfrequenz des Schallgebers und des mechanischen Verstärkers schwingen. -

Die Abmessungen des Zwischenstücks wie auch die Form der mit dem Zwischenstück verbundenen Sonotroden sind durch den zu schweißenden Gegenstand oder die Verwendung des Gerätes bestimmt.

Die Fig. 3 bis 7 der Zeichnungen zeigen .Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gerätes, das jedoch nicht auf die gezeigten Beispiele begrenzt ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 enthält das Gerät ein Zwischenstück 4, an dem zwei zylinderförmige Sonotroden 3a z.B. nach Fig. 1 befestigt sind. Benutzt man ein Zwischenstück mit einem Mittenabstand e von280 mm und zwei zylindrische Sonotroden mit einem Durchmesser von 225 mm, so läßt sich damit eine Fläche von im allgemeinen elliptischer Form mit einer großen Achse von ungefähr 500 mm und einer kleinen Achse von 225 mm abdecken.

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Diese Nutzfläche ist wesentlich größer als diejenige, die sich bei Einsatz eines Gerätes nach Fig. 1 erreichen läßt, bei dem ein Einsatz von zylindrischen Sonotroden mit einem Durchmesser von mehr als 300 mm nicht möglich ist.

Bei den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen sind am Zwischenstück 4 zwei schaufeiförmige Sonotroden 3b, z.B. nach Fig. 2 befestigt, deren nutzbare Länge d 300 mm und deren nutzbare Breite d¹ 40 mm beträgt. Diese Anordnung erlaubt es eine Fläche von 600 χ 400 mm abzudecken.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform enthält das Gerät ein Zwischenstück, dessen Länge 300 mm betragen kann und das mit fünf Sonotroden 5 verschiedener Längen. und Abmessungen verbunden ist, die aber alle auf der selben Frequenz arbeiten.

Ein solches Gerät erlaubt es, einen Gegenstand, z.B. das Puppenbein 6 von komplizierter Geometrie und mit nicht ebenen Oberflächen zu schweißen.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes ist in Fig. 7 dargestellt. Dieses Gerät enthält ein Zwischenstück 4, dessen Abmessungen z.B. 120 χ 60 mm betragen und an dem vier zum Vernieten geeignete Sonotroden 7 befestigt sind.

Dem Vorstehenden läßt sich entnehmen, daß sich durch Verwendung eines Zwischenstücks die Leistungsfähigkeit einer Ultraschallschweißmaschine mit nur einem Schweißkopf in großen Maße, mindestens auf das Doppelte oder das Dreifaühe

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- 5 erhöhen läßt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend als Beispiele "beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann auch abgeändert verwirklicht werden. Ebenso können die an den Zwischenstücken befestigten Sonotroden die verschiedensten Formen besitzen, sie können zylinderförmig mit beliebigen Achsenrichtungen sein, prismatisch mit beliebiger Anzahl von Flächen, schaufeiförmig u. dgl.. Die Anzahl der Sonotroden kann entsprechend der Aufgabe und den Anwendungen des Gerätes verschieden sein. Für die Zwischenstücke und die Sonotroden lassen sich alle geeigneten Materialien verwenden.

Die Geräte nach der Erfindung können in zahlreichen Anwendungsfällen eingesetzt werden, z.B. zum Verschweißen von Plastikmaterialien, zum Vernieten, für die Ausstellung von Metalleinlagen, zum Feinverteilen (degrappage), zum Bearbeiten mit Ultraschall, zum Schweißen von Metallen, usw..

Patentansprüche: - 6 -

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Claims

Patentansprüche

1. Ultraschallgerät vorzugsweise Ultraschallschweißgerät, mit einem Ultraschallgeber, mit einem, mit der halben Wellenlänge auf der Frequenz des Schallgebers längsschwingenden, mechanischen Verstärker und mit einer mit der Resonanzfrequenz des Verstärkers und des Schallgebers längs schwingenden Sonotrode, dadurch gekennzeichnet , daß auf den mechanischen Verstärker ein mit der halben Wellenlänge und der Resonanzfrequenz des Schallgebers längsschwingendes Zwischenstück (4) folgt, an dem zwei oder mehr Sonotroden ( 3, 3a, 3b, 5, 7) befestigt sind, von denen jede mit der Resonanzfrequenz des Schallgebers Längsschwingungen ausführt.

2. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die an dem Zwischenstück (4) befestigten Sonotroden Zylinderform aufweisen.

3· Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Zwischenstück (4) schaufeiförmige Sonotroden befestigt sind.

4. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Zwischenstück Sonotroden unterschiedlicher Form und vorzugsweise unterschiedlicher Abmessungen befestigt sind.

5. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zwischenstück eine Vielzahl von Sonotroden, vorzugsweise zum Vernieten, befestigt sind.

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