DE2355333B2

DE2355333B2 - Ultraschallbearbeitungsgerät, insbesondere Ultraschallschweißgerät

Info

Publication number: DE2355333B2
Application number: DE19732355333
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Cranves-Sales Scotto (Frankreich)
Original assignee: Mecasonic Sa Annemasse (frankreich)
Current assignee: Mecasonic Sa Annemasse (frankreich)
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1973-11-06
Publication date: 1978-11-16
Also published as: FR2224992A5; DE2355333A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallbearbeitungsgerät und richtet sich insbesondere auf ein Ultraschallschweißgerät, mit Ultraschallgeber, mit einem mit der halben Wellenlänge auf der Frequenz des Gebers längsschwingenden, mechanischen Verstärker und mit daran angeordneten Sonotroden.

Ein solches bekanntes Ultraschweißgerät ist in ·*<)

F i g. 1 in Stirnansicht und in

F i g. 2 perspektivisch dargestellt

Mit 1 ist der elektrostriktive, magnetostriktive oder ähnliche Schallgeber bezeichnet, dessen Abmessungen dadurch festgelegt sind, daß er auf einer bestimmten 4^r> Frequenz schwingen soll. Die normalerweise angewendeten Frequenzen liegen bei 20 kHz.

2 bedeutet einen mechanischen, mit der halben Wellenlänge auf der Frequenz des Gebers schwingenden Verstärker, dessen Querschnitte so berechnet sind, ^r>o daß man ein bestimmtes Verstärkungsverhältnis erhält.

3 ist schließlich eine Sonotrode als Schweißwerkzeug, das dem jeweils zu lösenden Problem entsprechend in verschiedenen geometrischen Formen vorliegt. Diese Sonotrode ist so berechnet, daß sie Längsschwingungen ^r>^r> mit der Resonanzfrequenz des mechanischen Verstärkers und des Gebers ausführt. Sie weist insbesondere die Form eines Hohlzylinders längs des zweiten Viertels der Welle auf, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, oder besitzt nach F i g. 2 die Form einer Schaufel. ^h"

Diese bekannten Sonotroden sind hinsichtlich ihrer 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.

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

Zwar ist es bereits bekannt, relativ große Flächen mit entsprechend ausgestalteten Ultraschallgeräten zu bearbeiten. Bei dem für diese Zwecke gedachten Gerst nach der US-PS 31 13 225 ist aber dafür eine Mehrzahl von Gebern erforderlich, während das ebenfalls für einen solchen Zweck bestimmte Gerät nach der US-PS 28 25 186 einen Geber zu großer Abmessungen benötigt

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ultraschallbearbeitungsgerät zu schaffen, das die Bearbeitung an mehreren Stellen einer relativ zum Ultraschallgeber großen Räche ermöglicht, wobei die Verteilung der Leistung des Gebers so erfolgt, daß an den einzelnen Bearbeitungspunkten der Sonotroden relativ hohe Leistungsdichten herrschen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein einziger Ultraschallgeber geringer Querabmessunngen vorgesehen ist und daß auf den mechanischen Verstärker ein mit der halben Wellenlänge auf der Resonanzfrequenz des einzigen Gebers längsschwingendes Zwischenstück folgt, das quer zur Schwingungsrichtung eine relativ große Abmessung aufweist und mit in Schwingungsrichtung verlaufenden Schlitzen versehen ist und an dem zwei oder mehrere Sonotroden befestigt sisid, von denen jede mit der Resonanzfrequenz des Schallgebers Längsschwingungen ausführt.

Vorzugsweise weisen die an dem Zwischenstück befestigten Sonotroden Zylinderform auf.

Es ist aber möglich, an dem Zwischenstück auch schaufeiförmige Sonotroden zu befestigen.

Schließlich können an dem Zwischenstück Sonotroden unterschiedlicher Form und vorzugsweise unterschiedlicher Abmessungen befestigt sein.

In den F i g. 3 bis 7 sind Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Ultraschallbearbeilungsgerät dargestellt. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 enthält das Gerät ein Zwischenstück 4, an dem zwei zylinderförmige Sonotroden 3a beispielsweise nach F i g. 1 befestigt sind. Benutzt man ein Zwischenstück mit einem Mittenabstand e von 280 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 mrn abdecken.

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

Bei den in F i g. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen sind am Zwischenstück 4 zwei schaufeiförmige Sonotroden 3b, z. B. nach F i g. 2, befestigt, deren nutzbare Länge 6300 mm und deren nutzbare Breite b' 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 fünf verschiedener Längen und Abmessungen verbunden ist, die aber alle auf derselben 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 erfindungsgemä-

ßen 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 Zwischenstückes die von einer Ultraschallschweißmaschine mit nur einem relativ kleinen Schweiißkopf zu bearbeitende Fläche in großem Maße, mindestens auf das Doppelte oder Dreifache erhöhen läßt

Die an den Zwischenstücken befestigten Sonotroden können die veischiedensten Formen aufweisen, d. Il, sie können zylinderförmig mit beliebigen Achsrichtungen sein, prismatisch mit beliebigen Anzahl von Flächen, schaufeiförmig u. dgL Die Anzahl der Sonotroden kann entsprechend der Aufgabe und den Anwendungen des Gerätes verschieden sein.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschallbearbeitungsgerät, insbesondere Ultraschallschweißgerät, mit Ultraschallgeber, mit einem mit der halben Wellenlänge auf der Frequenz des Gebers längsschwingenden, mechanischen Verstärker und mit daran angeordneten Sonotrcden, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Ultraschallgeber (1) geringer Querabmessung vorgesehen ist und daß auf dem mechanischen Verstärker (2) ein mit der halben Wellenlänge auf der Resonanzfrequenz des einzigen Gebers längsschwingendes Zwischenstück (4) folgt, das quer zur Schwingungsrichtung eine relativ große Abmessung aufweist und mit in Schwingungsrichtung verlaufenden Schlitzen versehen ist und an dem zwei oder mehrere Sonotroden (3,3a, 36,5, 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 (4) Sonotroden unterschiedlicher Form und vorzugsweise unterschiedlicher Abmessungen befestigt sind.

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