DE29503122U1

DE29503122U1 - Sonotrode

Info

Publication number: DE29503122U1
Application number: DE29503122U
Authority: DE
Original assignee: Sonotronic Nagel GmbH
Current assignee: Sonotronic Nagel GmbH
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2005-02-25

Description

porta Patentanwälte

Dipl.Phys. Ulrich Twelmeier Dipi. Ing. DJendryssek-Neumann Dr. phiI. not Rudolf Bauer-/990 Dipil ng. Helmut Hubbuch -/99/

24.02.1995 TW/Be

Sonotronic Nagel GmbH., D-76307 Karlsbad

Sonotrode, insbesondere für Ultraschall-Schweißanwendungen

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einer Sonotrode mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Um eine solche Sonotrode für Ultraschall-Schweißarbeiten verwendbar zu machen, wird sie in einen Rahmen eingebaut, mit welchem sie auf das zu schweißende Werkstück zugestellt werden kann. Bestimmungsgemäss soll die UltraschallrLeistung, welche der Sonotrode mittels eines Ultraschall-Konverters über ein an der Sonotrode angebrachtes Transformationsstück zugeführt wird, mögliehst verlustarm an das zu schweißende Werkstück abgegeben werden. Deshalb ist es bekannt, das Transformationsstück mittig an der Oberseite der Sonotrode anzubringen und am Transformationsstück einen Massering

Westliche Kari-Friedrich-Straße 29-31 D-75172 Pforzheim Tel. (0723Vj &Iacgr;02270/90 Fax (07231) 10&Pgr;44 Telex 783929patmo d

vorzusehen, mit welchem es in einer rahmenförmigen Halterung festgelegt wird. Es ist bekannt, den Massering als einfachen Flanschring mit zwei Bundflächen auszubilden, welcher in einen zweiteiligen Spannring unter Zwischenfügen von zwei elastomeren Ringen, die den Bundflächen zu beiden Seiten des Flanschringes anliegen, eingespannt wird. Die Sonotrode schwingt auf diese Weise weitgehend frei und die Halterung schwingt nicht mit, weil sie durch die Art der Lagerung weitgehend entkoppelt ist. Nachteilig dabei ist, dass beim Aufsetzen der Sonotrode auf das zu schweißende Werkstück Dreh- und Kippmomente entstehen, welche in die zentrale Halterung übertragen werden. Ausserzentrische Belastungen kann die Sonotrode auf diese Weise schwerlich verkraften.

Etwas günstiger liegen die Verhältnisse in einer anderen Ausführungsform einer Sonotrode, bei welcher am Mantel des Transformationsstückes ein Massering mit im Radialschnitt T-förmiger, symmetrischer Gestalt so angebracht ist, dass das T auf der Mantelfläche fußt und mit seinem Querbalken parallel zur Mantelfläche verläuft. Dieser Ring ist nicht über elastomere Zwischenringe, sondern starr in eine rahmenförmige Halterung eingespannt. Eine solche Halterung ist eher in der Lage,ausserzentrische Belastungen der Sonotrode zu verkraften, hat jedoch den Nachteil, dass sie in größerem Ausmaß Schwingungen in

die Halterung einkoppelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie eine Sonotrode gebildet werden kann, bei der trotz verbesserter Wi derstandsfähigkeit gegen ausserzentrische Belastungen eine nur relativ niedrige Einkopplung von Schwingungen in den Träger der Sonotrode erfolgt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sonotrode mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die neue Sonotrode wird nicht lediglich über ein zentral angeordnetes Transformationsstück gelagert, sondern mit Hilfe von zwei oder mehr als zwei Transformationsstücken, welche über die Oberseite der Sonotrode verteilt angeordnet sind. Dadurch kann sie ausserzentrisch erfolgende Belastungen, namentlich Biege-, Dreh- und Kippmomente sehr viel besser auffangen, als bei einer lediglich zentralen Lagerung. Allerdings muss man bei einer solchen Mehrfachlagerung unweigerlich mit einer stärkeren Einkopplung der Schwingungen in den für die Sonotrode vorgesehenen Träger rechnen, was an sich unerwünscht ist. Die vorliegende Erfindung begegnet dem dadurch, dass sie die Mehrfachlagerung kombiniert mit einer Art und Weise der Lagerung, bei der die Einkopplung von Schwingungen in den Träger besonders niedrig ist. überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass das möglieh ist, indem der an dem jeweiligen Transformationsstück

vorgesehene Massering ausgeprägt unsymmetrisch mit dem Mantel des Transformationsstückes verbunden ist. Eine besonders günstige Entkopplung erreicht man, wenn man den Massering so ausbildet, dass er im Radialschnitt ungefähr L-förmig ist, so dass ein Schenkel des Masserings auf dem Mantel des Transformationsstückes fußt und der andere Schenkel sich im wesentlichen parallel zum Mantel erstreckt. Zum Haltern der Sonotrode kann man die sich in Längsrichtung des Transformationstückes erstreckenden Ringabschnitte in eine Halterung einspannen. Schwingungen können dann von der Sonotrode nur über den auf dem Mantel fußenden Steg, der zum äußeren Abschnitt des Masseringes führt, auf die Halterung übertragen werden, müssen sich also durch eine Art Taille oder Einschnürung quälen, wobei es nicht nur diese Engstelle ist, die die Übertragung behindert, sondern die ausgeprägt unsymmetrische Ausbildung und Einspannung des Masseringes. Die Verhältnisse können auch dadurch günstiger gestaltet werden, dass der sich in Längsrichtung des Transformations-Stücks erstreckende Abschnitt des Rings wesentlich dicker und massereicher gestaltet wird als der auf dem Mantel fußende Ringabschnitt, welcher vorzugsweise nur 1 bis 3 mm dick ist. Der äußere Abschnitt des Masseringes sollte vorzugsweise mindestens 70 %, noch besser 80 bis 90 % der Masse des Masserings enthalten.

Weitere Verbesserungen lassen sich dadurch erreichen, dass der dickere, massereiche Abschnitt des Masserinqes nicht unmittelbar an den sich radial erstreckenden, auf dem

Mantel des Transformationsstückes fußenden Ringabschnitt anschließt, sondern dass man bereits den dünneren, auf dem Mantel des TransformationsStückes fußenden Abschnitt L-förmig abwinkelt und erst am abgewinkelten Abschnitt einen dickeren, massereichen Ringabschnitt vorsieht.

Bei der erfindungsgemässen Ausbildung der Lagerung der Sonotrode kann - was für das Auffangen von ausserzentrischen Belastungen optimal ist - die Sonotrode trotz mehrfächer Lagerung starr in einen Träger eingespannt werden, weil trotz der starren Einspannung infolge der pfiffigen Ausbildung der Lagerung eine ausserordentlich gute Entkopplung zwischen der Sonotrode und ihrem Träger erreichbar ist. Will man noch ein weiteres tun, dann sorgt man dafür, dass die Masseringe auf dem Transformationsstück ziemlich genau dort fußen, wo sich längs des Transformationsstücks ein Schwingungsknoten ausbildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beige-0 fügten Zeichnungen dargestellt.

Figur 1 zeigt eine Sonotrode mit Halterung in einer Schrägansicht, und

Figur 2 zeigt ein Transformationsstück der Sonotrode im Längsschnitt.

Die Sonotrode 1 ist ein Körper mit im wesentlichen quaderförmigem Umriß und hat auf seiner Oberseite im dargestellten Ausführungsbeispiel drei im wesentlichen gleiche, zylindrische Transformationsstücke 2, über welche die Schwingungen eines Ultraschallschwingers auf die Sonotrode 1 übertragen werden, wozu am Ende der Transformationsstücke jeweils ein Ultraschall-Konverter 3 angebracht wird. An den Transformationsstücken 2 ist jeweils ein Massering 4 angebracht, welcher in einem Stück mit den Transformationsstücken 2 gegossen ist. Der Massering hat eine abgewinkelte Gestalt und ist im Radialschnitt im wesentlichen L-förmig {siehe Figur 2).

Ein dünner Schenkel 5 des L fußt radial auf dem Mantel 6 des Transformationsstückes. Ein im wesentlichen parallel zum Mantel 6 verlaufender Schenkel 7 des Masseringes ist unterteilt in einenan den Schenkel 5 unmittelbar anschließende Abschnitt 7a, der im wesentlichen ebenso dünn ist wie der radiale Schenkel 5, und einen demgegenüber dicken Schenkel 7b, in welchem der überwiegende Teil der Masse des Masseringes konzentriert ist. Am Übergang zwischen den Abschnitten 7a und 7b des Masseringes ist eine Schulter 8 gebildet, welche ebenso wie die ihr abgewandte Endfläche 9 im wesentlichen radial verläuft.

An diesen beiden Flächen 8 und9 wird der Massering zwischen zwei Montageplatten 10 und 11 eines Trägers starr eingespannt. Durch die ausgeprägt unsymmetrische Ausbildung der Halterung in Kombination mit der dünnen Taille zwischen dem Träger 10, 11 und dem Transformationsstück 6 ergibt sich eine sehr wirksame Entkopplung zwischen dem Transformations-

stück 6 und dem Träger 10, 11, vorallem dann, wenn der Ringabschnitt 5 an einer Stelle des Transformationsstücks 6 liegt, wo sich in diesem ein Schwingungsknoten ausbildet.

Claims

Ansprüche;

1. Sonotrode, insbesondere für Ultraschall-Schweißanwendungen, welche mit einem i.w. zylindrischen

Transformationsstück (2) versehen ist, über welches Ultraschallschwingungen auf die Sonotrode (1) übertragen werden,

wobei von dem Transformationsstück (2) ein dieses umgebender Massering (4) absteht, welcher zur Lagerung der Sonotrode (1) in einer Halterung (10, 11) dient,

dadurch gekennzeichnet, dass auf der Sonotrode (1) zwei oder mehr als zwei Transformationsstücke (2) mit je einem Massering (4) vorgesehen sind und dass jeder Massering (4) unsymmetrisch mit dem Mantel (6) seines Transformations-Stückes (2) verbunden ist.

2. Sonotrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massering (4) im Radialschnitt ungefähr

L-förmig ist.
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3. Sonotrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massering (4) aus einem i.w. radial auf dem

Mantel (6) des Transformationsstückes (2) fußenden, relativ dünnen Ringbereich (5) und aus einem sich dazu i.w. recht-5 winklig und mit Abstand zum Mantel (6) des Transformations-Stückes (2) erstreckenden relativ dicken Ringabschnitt (7) besteht, in welchem sich der weit überwiegende Teil der Masse des Masseringes (4) befindet.

• ·

4. Sonotrode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Mantel (6) fußende Abschnitt (5) des Masseringes (4) 1 - 3 mm dick ist..

5. Sonotrode nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich im Abstand, vorzugsweise parallel zum Mantel (6) des Transformationsstücks (2) erstreckende Abschnitt (7) des Masserings (4) mindestens 7 0 %, vorzugsweise 80-90 % der Masse des Masserings (4) enthält.

6. Sonotrode nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne, auf dem Mantel (6) des

Transformationsstücks (5) fußende Ringabschnitt L-förmig abgewinkelt ist und erst hinter seiner Abwinkelung in einen wesentlich dickeren Ringabschnitt (7b) übergeht.

7. Sonotrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transformationsstück

(2) und der Massering (4) gemeinsam in einem Stück gegossen sind.

8. Sonotrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massering (4) dort auf dem Transformationsstück (2) fußt, wo sich längs des Transformationsstücks (2) ein Schwingungsknoten ausbildet.