DE29719746U1 - Sonotrode for ultrasonic processing machines with holder for exchangeable mounting of processing tools - Google Patents
Sonotrode for ultrasonic processing machines with holder for exchangeable mounting of processing toolsInfo
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Sonotrode für Ultraschall-Bearbeitungsmaschinen mitSonotrode for ultrasonic processing machines with
Halterung zur auswechselbaren Aufnahme vonHolder for interchangeable mounting of
BearbeitungswerkzeugenEditing tools
Die Erfindung betrifft eine Sonotrode für Ultraschall-Bearbeitungsmaschinen mit einer Halterung für Bearbeitungswerkzeuge. The invention relates to a sonotrode for ultrasonic processing machines with a holder for processing tools.
Bei der Ultraschall-Bearbeitung von Werkstücken werden die am Werkstück zum Einsatz zu bringenden Bearbeitungswerkzeuge an einer in axial oszillierende Schwingungen versetzten Sonotrode gehaltert. Die Halterung der Bearbeitungswerkzeuge in oder an der Sonotrode darf sich dabei während des Bearbeitungsvorgangs nicht lockern oder lösen. Andererseits unterliegen die Bearbeitungswerkzeuge einem Verschleiß, so daß sie in bestimmten Abständen nachbearbeitet oder ausgetauscht werden müssen. Bei der Ultraschall-Schneidbearbeitung wurde versucht, eine schnelle und einfaehe Austauschbarkeit der Schneidwerkzeuge dadurch zu erreichen, daß an der Halterungsfläche der Sonotrode eine spann-During ultrasonic machining of workpieces, the machining tools to be used on the workpiece are held on a sonotrode that is subject to axial oscillations. The mounting of the machining tools in or on the sonotrode must not become loose or come off during the machining process. On the other hand, the machining tools are subject to wear, so that they must be reworked or replaced at certain intervals. During ultrasonic cutting, attempts were made to achieve quick and easy exchange of the cutting tools by installing a clamping device on the mounting surface of the sonotrode.
zangenartige Werkzeugaufnahme vorgesehen wurde, bei welcher zusammenwirkende komplementäre Konusflächen an der eigentlichen Aufnahme für den einzuspannenden Teil des Bearbeitungswerkzeugs und einen Spannteil durch Verspannung in axialer Richtung in Klemmanlage an das Bearbeitungswerkzeug geführt wurden. In der Praxis hat sich gezeigt, daß in solchen spannzangenartigen Halterungen die von der Sonotrode als Schwingungsenergie abgegebene Ultraschall-Schwingungsenergie nicht mit den erforderlichen Amplituden und dem angestrebten Wirkungsgrad auf das Bearbeitungswerkzeug übertragbar ist, und daß solche Spannzangen-Halterungen auch nur eine kurze Standzeit haben, bevor Spiel auftritt und dann ein exaktes Arbeiten mit dem eingespannten Bearbeitungswerkzeug nicht mehr möglich ist. Beim Ultraschall-Schneiden wird das Bearbeitungswerkzeug, d.h. das Schneidmesser, deshalb heute fast ausschließlich integral mit der Sonotrode verbunden, und zwar durch Hartlöten, was zum einen arbeitsaufwendig ist und zum anderen beim Verschleiß des Werkzeugs ein Entlöten und das Einlöten eines neuen Bearbeitungswerkzeugs bedingt. Selbst wenn die Standzeit der Bearbeitungswerkzeuge durch Wahl hochwertiger Werkstoffe, die dazu auch noch mit dem Material der Sonotrode verschweißbar sein müssen, durch Nachschleifen in gewissem Umfang verlängert werden kann, hat sich doch gezeigt, daß der Wechsel der Bearbeitungswerkzeuge hohen zeitlichen Aufwand und hohe Kosten zur Folge hat.A collet-like tool holder was provided, in which interacting complementary conical surfaces on the actual holder for the part of the machining tool to be clamped and a clamping part were guided to the machining tool by clamping in the axial direction in a clamping system. In practice, it has been shown that in such collet-like holders, the ultrasonic vibration energy emitted by the sonotrode as vibration energy cannot be transferred to the machining tool with the required amplitudes and the desired efficiency, and that such collet holders only have a short service life before play occurs and then precise work with the clamped machining tool is no longer possible. In ultrasonic cutting, the processing tool, i.e. the cutting blade, is now almost exclusively connected integrally to the sonotrode by brazing, which is labor-intensive and, when the tool wears out, requires desoldering and soldering in a new processing tool. Even if the service life of the processing tools can be extended to a certain extent by regrinding by choosing high-quality materials that must also be weldable to the sonotrode material, it has been shown that changing the processing tools is time-consuming and expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterung für Bearbeitungswerkzeuge an Sonotroden von Ultraschall-Bearbeitungsmaschinen zu schaffen, welche einen schnellen und einfachen Austausch des Bearbeitungswerkzeugs bei absolut sicherer Halterung während des Bearbeitungsvorgangs selbst ermöglicht.The invention is based on the object of creating a holder for processing tools on sonotrodes of ultrasonic processing machines, which enables a quick and easy exchange of the processing tool while being held absolutely securely during the processing process itself.
5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der dem zu bearbeitenden Werkstück zugewandten Stirnfläche der Sonotrode ein von der Stirnfläche vortretender Gewinde-5 This object is achieved according to the invention in that on the front face of the sonotrode facing the workpiece to be machined, a thread protruding from the front face
zapfen integral angesetzt ist, daß der Gewindezapfen mit einer dem zu halternden Abschnitt des Bearbeitungswerkzeugs komplementär geformten werkstückseitig offenen mündenden Werkzeugaufnahme und wenigstens einem querverlaufenden Trennschlitz versehen ist, und daß auf den Gewindezapfen eine Überwurfmutter mit einem zum Gewinde des Gewindezapfens komplementären Innengewinde bis in Anlage an die Sonotroden-Stirnflache aufschraubbar ist. Der zu halternde Abschnitt des Bearbeitungswerkzeugs wird also in der im Gewindezapfen vorgesehenen Werkzeugaufnahme eingesetzt, worauf die Überwurfmutter in Anlage an die Stirnfläche der Sonotrode geschraubt und dann durch zusätzliches Anziehen der Mutter in den Gewindezapfen eine im wesentlichen in Axialrichtung verlaufende Spannkraft eingeleitet wird, welche den Gewindezapfen elastisch in Richtung seiner Längsmittelachse zu verformen sucht. Versuche haben gezeigt, daß dabei eine Einspannung des Bearbeitungswerkzeugs erhalten wird, welche in der Zuverlässigkeit der Halterung und der Bearbeitungsleistung den eingelöteten Schneidmessern entspricht, wobei aber das Bearbeitungswerkzeug bei Verschleiß durch Lockern der Überwurfmutter einfach und schnell aus der Werkzeugaufnahme herausnehmbar und durch ein unbeschädigtes Exemplar ersetzbar ist, welches dann wieder durch einfaches Anziehen der Überwurfmutter sicher in der Werkzeugaufnahme gehalten ist. Aufgrund der Möglichkeit des einfachen und schnellen Austauschs können preiswert zur Verfügung stehende Bearbeitungswerkzeuge verwendet werden, die auch aus solchen Materialien bestehen können, welche nicht oder nur bedingt hartlötbar sind.The threaded pin is integrally attached, that the threaded pin is provided with a tool holder that is complementary to the section of the machining tool to be held and is open on the workpiece side and at least one transverse separating slot, and that a union nut with an internal thread that is complementary to the thread of the threaded pin can be screwed onto the threaded pin until it rests against the sonotrode face. The section of the machining tool to be held is therefore inserted into the tool holder provided in the threaded pin, whereupon the union nut is screwed into contact with the face of the sonotrode and then, by additionally tightening the nut, a clamping force that runs essentially in the axial direction is introduced into the threaded pin, which tries to elastically deform the threaded pin in the direction of its longitudinal central axis. Tests have shown that this results in a clamping of the machining tool that is equivalent to soldered cutting blades in terms of the reliability of the holder and machining performance, but the machining tool can be easily and quickly removed from the tool holder by loosening the union nut when it becomes worn and replaced with an undamaged tool, which is then held securely in the tool holder by simply tightening the union nut. Due to the possibility of simple and quick replacement, inexpensive machining tools can be used, which can also be made of materials that cannot or can only be brazed to a limited extent.
Das zum Gewinde des Gewindezapfens komplementäre Gegengewinde der Überwurfmutter erstreckt sich vorzugsweise nur über einen Teilabschnitt der Durchgangsbohrung in der Mutter, wobei ein der Sonotroden-Stirnwand zugewandter 5 Teilabschnitt der Durchgangsbohrung einen Durchmesser aufweist, der wenigstens gleich, vorzugsweise etwas größerThe counter-thread of the union nut, which is complementary to the thread of the threaded pin, preferably extends only over a partial section of the through-hole in the nut, with a partial section of the through-hole facing the sonotrode end wall having a diameter that is at least equal to, preferably slightly larger than
als der über die Spitzen der Gewindegänge des Gewindezapfens gemessene Durchmesser ist.than the diameter measured over the tips of the threads of the threaded pin.
Für den speziellen Fall der Ultraschall-Schneidbearbeitung, bei welcher die austauschbare Halterung also zur Aufnahme einer skalpellartigen Schneidklinge geeignet ausgebildet sein muß, welche in dem in der Werkzeugaufnahme des Gewindezapfens zu halternden Abschnitt parallele Wandflächen aufweist, ist die Ausgestaltung erfindungsgemäß so getroffen, daß die Werkzeugaufnahme und der wenigstens eine Trennschlitz von einem sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des von der Stirnfläche vortretenden Gewindezapfens erstreckenden Querschlitz gebildet werden, dessen lichte Breite gleich der zwischen den parallelen Wandflächen der Schneidklinge gemessenen Dicke des zu halternden Klingen-Abschnitts ist.For the special case of ultrasonic cutting, in which the exchangeable holder must be designed to accommodate a scalpel-like cutting blade, which has parallel wall surfaces in the section to be held in the tool holder of the threaded pin, the design according to the invention is such that the tool holder and the at least one separating slot are formed by a transverse slot extending essentially over the entire height of the threaded pin protruding from the end face, the clear width of which is equal to the thickness of the blade section to be held, measured between the parallel wall surfaces of the cutting blade.
Der mit der Werkzeug-Aufnahme versehene, geschlitzte Gewindezapfen ist vorzugsweise einstückig an der Sonotrode angeformt, obwohl alternativ auch eine gesonderte Herstellung des Gewindezapfens möglich ist, der dann in geeigneter Weise durch Löten, Schweißen o.dgl. unlösbar mit der Sonotrode verbunden wird.The slotted threaded pin provided with the tool holder is preferably formed integrally on the sonotrode, although alternatively it is also possible to manufacture the threaded pin separately, which is then permanently connected to the sonotrode in a suitable manner by soldering, welding or the like.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:The invention is explained in more detail in the following description of an embodiment in conjunction with the drawing, which shows:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Sonotrode für Ultraschall-Bearbeitungsmaschinen, dieFig. 1 is a side view of a sonotrode for ultrasonic processing machines, which
mit einer erfindungsgemäßen Halterung für ein Schneidmesser versehen ist;is provided with a holder according to the invention for a cutting knife;
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechenden AnsichtFig. 2 a view corresponding to Fig. 1
der Sonotrode mit abgenommener Überwurfmutter und ohne eingesetztesthe sonotrode with the union nut removed and without the inserted
Schneidwerkzeug;cutting tool;
Fig. 3 eine Ansicht der Sonotrode, gesehen in Richtung des Pfeils 3 in Fig. 2;Fig. 3 is a view of the sonotrode, seen in the direction of arrow 3 in Fig. 2;
Fig. 4 eine Unteransicht der zur Einspannung des Schneidmessers in der Sonotroden-Halterung vorgesehenen Überwurfmutter,·Fig. 4 a bottom view of the union nut intended for clamping the cutting blade in the sonotrode holder,
Fig. 5 eine Schnittansicht, gesehen in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 4,-Fig. 5 is a sectional view taken in the direction of arrows 5-5 in Fig. 4,-
Fig. 6 eine Vorderansicht des in der Sonotrode auswechselbar gehalterten Schneidmessers; undFig. 6 a front view of the cutting blade that is exchangeably mounted in the sonotrode; and
Fig. 7 eine Seitenansicht des Schneidmessers, gesehen in Richtung des Pfeils 7 in Fig. 6.Fig. 7 is a side view of the cutting blade, seen in the direction of arrow 7 in Fig. 6.
Fig. 1 zeigt eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete, ein Bearbeitungswerkzeug in Form eines Schneidmessers auswechselbar halternde Sonotrode. Von den das Schneidmesser 1 halternden Funktionsteilen der Halterung ist in Fig. 1 nur eine bis in spannende Anlage an die schneidmesserseitige Stirnfläche 14 der Sonotrode 10 angeschraubte Überwurfmutter 16 erkennbar.Fig. 1 shows a sonotrode, designated in its entirety by 10, which holds a processing tool in the form of a cutting blade in an exchangeable manner. Of the functional parts of the holder holding the cutting blade 1, only a union nut 16 can be seen in Fig. 1, which is screwed onto the cutting blade-side face 14 of the sonotrode 10 until it is in tight contact.
Die in den Fig. 4 und 5 gesondert dargestellte Überwurfmutter 16 ist mit einem sich nur über einen Teilabschnitt 18a ihrer Durchgangsbohrung 18 erstreckenden Innengewinde versehen. Der restliche, in bestimmungsgemäßer Befestigungsstellung an der Sonotrode 10 zur Stirnfläche 14 weisende Teilabschnitt 18b der Durchgangsbohrung ist ein gewindeloser Abschnitt, dessen Durchmesser wenigstens gleich, vorzugsweise etwas größer als der maximale Gewindedurchmesser eines in den Gewinde-Bohrungsabschnitt 18a passend einschraubbaren Gewindeschafts ist. Die AußenflächeThe union nut 16 shown separately in Fig. 4 and 5 is provided with an internal thread that extends only over a section 18a of its through-bore 18. The remaining section 18b of the through-bore, which in the intended fastening position on the sonotrode 10 points towards the front face 14, is a threadless section whose diameter is at least equal to, and preferably slightly larger than, the maximum thread diameter of a threaded shaft that can be screwed into the threaded bore section 18a. The outer surface
der Überwurfmutter 16 ist im Bereich des mit Innengewinde versehenen Teilabschnitts 18a als Sechskant 20 ausgebildet,
an welchem ein passendes Schraubwerkzeug, d.h. ein Maul- oder Ringschlüssel, ansetzbar ist.
5The union nut 16 is designed as a hexagon 20 in the area of the section 18a provided with an internal thread, to which a suitable screwing tool, ie an open-end or ring spanner, can be attached.
5
In den Fig. 2 und 3 ist erkennbar, daß das in den mit Innengewinde versehenen Teilabschnitt 18 der Überwurfmutter 16 einschraubbare Außengewinde-bei der erfindungsgemäßen Sonotrode 10 an einem integral von der Stirnfläche 14 der Sonotrode vortretenden Gewindezapfen 2 2 ausgebildet ist, der durch einen Trennschlitz 24 in zwei Zapfenhälften 22a, 22b unterteilt ist.In Figs. 2 and 3 it can be seen that the external thread that can be screwed into the section 18 of the union nut 16 provided with an internal thread in the sonotrode 10 according to the invention is formed on a threaded pin 22 that protrudes integrally from the end face 14 of the sonotrode and is divided into two pin halves 22a, 22b by a separating slot 24.
Die Breite des Trennschlitzes 24 ist gleich der Dicke des in den Fig. 6 und 7 gezeigten Schneidmessers 12 gewählt, welches aus einem langgestreckten ebenflächigen metallischen Bandmaterial mit parallelen Stirnkanten 26a, 26b und Flachseiten 28a und 28b hergestellt und an seiner in der bestimmungsgemaßen Halterungsstellung an der Sonotrode vortretenden freien Endbereich eine schräg verlaufende Schneidkante 30 trägt.The width of the separating slot 24 is chosen to be equal to the thickness of the cutting blade 12 shown in Figs. 6 and 7, which is made from an elongated, flat metallic strip material with parallel front edges 26a, 26b and flat sides 28a and 28b and has an obliquely running cutting edge 30 on its free end region protruding in the intended mounting position on the sonotrode.
Die Halterung des Schneidmessers 12 an der Sonotrode erfolgt also dadurch, daß das schneidenabgewandte Ende des Schneidmessers 12 bei auf den Gewindezapfen 22 aufgeschraubter, jedoch aus der spannenden Anlage an die Stirnfläche 14 zurückgedrehten Überwurfmutter 16 in den Trennschlitz 24 eingeschoben wird. Dann wird die Überwurfmutter 16 auf die Stirnfläche 14 geschraubt und zusätzlich angezogen, wodurch die den Trennschlitz 24 begrenzenden Flächen der Gewindezapfen-Hälften 22a, 22b in spannende Anlage an die Flachseiten 28a, 28b des Schneidmessers 12 angepreßt werden. Das Material des Gewindezapfens 22 wird dabei in Axialrichtung unter elastische Vorspannung versetzt, welche sicherstellt, daß die Überwurfmutter 16 sich nicht ungewollt beim Bearbeitungsvorgang lockern kann.The cutting blade 12 is therefore held on the sonotrode by inserting the end of the cutting blade 12 facing away from the cutting edge into the separating slot 24 with the union nut 16 screwed onto the threaded pin 22 but turned back from the clamping position on the front face 14. The union nut 16 is then screwed onto the front face 14 and additionally tightened, whereby the surfaces of the threaded pin halves 22a, 22b that border the separating slot 24 are pressed into clamping position on the flat sides 28a, 28b of the cutting blade 12. The material of the threaded pin 22 is thereby placed under elastic prestress in the axial direction, which ensures that the union nut 16 cannot accidentally loosen during the machining process.
Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens
Abwandlungen und Weiterbildungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels möglich sind. Bei im Einspannbereich abweichend
geformten Bearbeitungswerkzeugen ist beispielsweise eine entsprechend abgewandelte Ausbildung der Werkzeugaufnahme
erforderlich, wobei wesentlich ist, daß der Einspannbereich
des Bearbeitungswerkzeugs komplementär zur Werkzeugaufnahme im geschlitzten Gewindezapfen 22 ausgebildet
ist.
10It is clear that modifications and further developments of the described embodiment are possible within the scope of the inventive concept. For example, in the case of machining tools with a different shape in the clamping area, a correspondingly modified design of the tool holder is required, whereby it is essential that the clamping area of the machining tool is designed to complement the tool holder in the slotted threaded pin 22.
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Claims (5)
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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| DE29719746U1 true DE29719746U1 (en) | 1999-03-18 |
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ID=8048282
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| Date | Code | Title | Description |
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| R163 | Identified publications notified | ||
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990429 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20040602 |