DE3606305C2 - Ultraschallbearbeitungswerkzeug - Google Patents

Description

Ein Werkzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-OS 16 52 218 bekannt. Zur lösbaren Verbindung mit dem Ver­ stärker weist dabei die Sonotrode ein Außengewinde auf, wel­ ches in ein Innengewinde des Verstärkers eingeschraubt ist. Die Sonotrode hat einen Flansch mit einer ebenen Anschlagfläche, die am Verstärker anliegt. Zum Verbinden muß also die Sonotro­ de gegenüber dem Verstärker gedreht werden. Die gegenseitige Lage der beiden Elemente ist dabei vom Drehwinkel abhängig. Da zwischen die gegeneinander zu verdrehenden Flächen leicht Schleifmittel gelangt, ist keine präzise Zentrierung möglich, so daß das Werkzeug nach jedem Auswechseln der Sonotrode ge­ genüber dem Werkstück neu justiert werden muß.

Bei einer anderen bekannten Ausführung ist die Sonotrode mit ei­ ner Überwurfmutter am Verstärker befestigt. Damit ist eine Re­ lativdrehung der beiden Teile beim Festschrauben nicht erfor­ derlich. Eine Neujustierung ist aber wegen der fehlenden Zen­ trierung trotzdem nach jedem Sonotrodenwechsel nötig. Außerdem hat die Überwurfmutter eine relativ große Masse, was die Formgestaltung von Verstärker und Sonotrode erheblich erschwert und zu Leistungsverlusten führt. Zudem ist es schwierig, bei dieser Befestigungsart eine akustisch einwandfreie Schwingungs­ übertragung zu erreichen.

Bei der Ultraschallbearbeitung ist der Werkzeugverschleiß re­ lativ hoch, so daß die Sonotroden häufig gewechselt werden müssen. Da bei den bekannten Werkzeugen nach jedem Wechsel neu ausgerichtet werden muß, ist der Zeitaufwand zum Justieren im Verhältnis zur Bearbeitungszeit hoch, die Maschine also schlecht ausgenutzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, obige Nachteile zu be­ seitigen. Diese Aufgabe wird bei dem Werkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen definiert.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ultraschallbearbeitungs­ werkzeug, und

Fig. 2 das Detail A nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Das Werkzeug gemäß Fig. 1 umfaßt einen Wandler 1, einen Verstärker 2 und eine Sonotrode 3, an welcher stirnseitig eine Bearbeitungskrone befestigt wird. Der Wandler 1 ist sym­ metrisch aufgebaut und hat einen piezoelektrischen Schwin­ gungswandler 12, der elektrisch mit einer Frequenz von etwa 20 kHz erregt wird. Beidseitig ist an den Schwingungswandler 12 je ein zylindrischer Schwingkörper 13, 14 durch eine zen­ trale Hohlschraube 15 angepreßt. Die Länge dieser Schwing­ körper 13, 14 beträgt 1/4 der Wellenlänge. Durch den Wandler 1 erstreckt sich eine Längsbohrung 18. Der obere Schwing­ körper 13 hat eine Querbohrung 17 mit einem Spülluftanschluß 19.

Mittels eines am Verstärker 2 angeformten, in das Gewinde 16 des Schwingkörpers 14 eingreifenden Gewindezapfens 20 ist der Verstärker 2 auf den Wandler 1 aufgeschraubt. Der Verstärker 2 besteht aus einem Zylinder 22 von gleichem Durchmesser wie die Schwingkörper 13, 14 und einem weiteren Zylinder 23 ge­ ringeren Durchmessers. In seinem Schwingungsknoten weist er einen Flansch 21 zur Befestigung an der Bearbeitungsmaschine auf. Durch die Durchmesserreduktion wird eine Verstärkung der Schwingungsamplitude erreicht. Der Verstärker 2 weist eben­ falls eine durchgehende Längsbohrung 28 auf, die am dünneren Ende in ein Innengewinde 27 übergeht. Der Verstärker 2 hat eine ebene Stirnfläche 26 und eine koaxiale Ansenkung 24 mit einer hohlzylindrischen Paßfläche 25.

Die Sonotrode 3 ist ebenfalls gegen ihr Ende hin verjüngt. Sie hat an der dem Verstärker 2 zugewandten Stirnseite eine ebene Stirnfläche 33 zur Anlage an der Stirnfläche 26, einen An­ satz 35 mit zylindrischer Paßfläche 34 zur Zentrierung in der Paßfläche 25, sowie ein axiales Innengewinde 32, dessen Steigung größer ist als jene des Gewindes 27 und dessen Außendurchmesser höchstens ebenso groß wie der Kerndurch­ messer des Gewindes 27 ist.

Zum Verspannen der Sonotrode mit dem Verstärker 2 dient eine Schraube 4, welche mit je einem Gewindeteil 45, 46 in die Innengewinde 27, 32 eingreift. Die beiden Gewinde­ teile 45, 46 sind durch eine Kehle 43 voneinander getrennt. Dem Verstärker 2 zugewandt besitzt die Schraube 4 eine Boh­ rung 41 mit einer Sechskantansenkung 42.

Zum Lösen und Anziehen der Schraube 4 dient ein permanent im Werkzeug montierter Schlüssel 5 mit einem Sechskantansatz 50, der in der dargestellten Ruhestellung durch den Druck einer Feder 52 von der Schraube 4 abgehoben ist. Der Schlüssel 5 ist in einem gehäusefesten Lager 51 längsverschiebbar und drehbar. An seinem Ende ist ein Zahnrad 53 befestigt, gegen welches ein Stößel 57 eines Solenoids 56 wirkt. Das Zahnrad kämmt mit einem Ritzel 54 eines in beiden Richtungen antreib­ baren Motors 55. Zum Lösen der Schraube 4 wird das Solenoid erregt, so daß der Ansatz 50 in die Sechskantansenkung 42 eingreift. Hierauf wird das Ritzel 54 derart gedreht, daß sich die Schraube 4 in Richtung zum Wandler 1 in das Gewinde 27 einschraubt und damit aus dem Gewinde 32 ausschraubt. Das Anziehen erfolgt mit umgekehrter Drehrichtung, wobei durch die Differentialwirkung der Schraube 4 die Sonotrode 3 fest mit dem Verstärker 2 verspannt wird. Zur Übertragung des Anzugs- und Lösedrehmomentes ist der Motor 55 kraftschlüssig mit dem Flansch 21 verbunden.

Über eine elastische Dichtung 11 ist der Schlüssel 5 gegen­ über dem Schwingkörper 13 abgedichtet. Während des Lösens oder Anziehens der Schraube 4 kann damit über den Anschluß 19 Spülluft in die Längsbohrungen 18, 28 eingeblasen werden, welche über eine oder mehrere Längsnuten 47 in der Schraube 4 dem Spalt zwischen den Stirnflächen 26, 33 von allfälligen Bohremulsionsrückständen befreit und somit für einen einwand­ freien Sitz sorgt.

Claims (7)

1. Ultraschallbearbeitungswerkzeug mit einem Wandler (1), einem Verstärker (2) und einer Sonotrode (3), die mit dem Verstärker (2) durch eine zentrale Schraube (4) verschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (2) und die Sonotrode (3) diese beiden Teile miteinander zentrierende, kom­ plementäre Paßflächen (25; 34) aufweisen und daß die Schraube (4) ein Differentialgewinde mit einem ersten, in den Verstärker (2) eingeschraubten Gewindeteil (46) und einem zweiten, in die Sonotrode (3) eingeschraubten Gewindeteil (45) unterschiedlicher Steigung aufweist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des zweiten Gewindeteils (45) größer ist als die des ersten Gewindeteils (46).

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wandler (1) und der Verstärker (2) durchge­ hende und miteinander fluchtende Längsbohrungen (18; 28) zur Aufnahme eines Schlüssels (5) aufweisen.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüssel (5) in den Längsbohrungen (18; 28) axial verschiebbar ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüssel (5) mittels eines Motors (55) drehbar ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wandler (1) einen in seine Längsbohrung (18) mündenden Spülluftanschluß (19) und eine Abdichtung (11) ge­ genüber dem Schlüssel (5) besitzt und daß die Schraube (4) am ersten Gewindeteil (46) mindestens eine Längsnut (47) für den Durchtritt von Spülluft aufweist.

7. Sonotrode zur Verwendung in einem Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer zur Paßfläche (25) des Verstärkers (2) komplementären Paßfläche (34) und einer zen­ trischen axialen Bohrung mit einem Innengewinde (32) im rück­ wärtigen, dem Verstärker (2) zugewandten Ende der Sonotrode.