DE4103569A1

DE4103569A1 - Ultraschall-maschine

Info

Publication number: DE4103569A1
Application number: DE4103569A
Authority: DE
Inventors: Yuji Miwa
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1991-08-08
Also published as: US5144771A; KR910015365A; JPH03234450A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Maschine mit den Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 2, 7 und 8.

Eine herkömmliche Ultraschall-Maschine führt zur Ausführung eines Bohrvorganges eine gleichzeitige Dreh- und Ultraschall- Schwingungsbewegung eines Werkzeuges aus. Eine aus dem Ende des Werkzeuges austretende Bearbeitungsflüssigkeit entfernt Späne und kühlt die Spitze des Werkzeugs. Die Bearbeitungs flüssigkeit wird der Spitze des Werkzeuges durch eine im Werkzeug ausgebildete Bohrung und einen Flüssigkeitskanal im Ultraschallhorn, der mit der Bohrung verbunden ist, zuge führt.

Ein solches Zuführungssystem beinhaltet eine Möglichkeit des Verschließens der Verbindungsstelle zwischen einem festste henden Teil, das die Bearbeitungsflüssigkeit von außen zu ei nem Bearbeitungsflüssigkeitskanal des Ultraschallhorns liefert, und einem Ölkanal unter Vorsehen eines kleinen Zwi schenraumes. Der Ölkanal ist in einem kleinen Zwischenraum zwischen einer Versorgungseinheit für die Bearbeitungsflüs sigkeit und dem Ultraschallhorn gebildet. Bei dieser Anord nung ist die Versorgungseinheit für die Bearbeitungsflüssig keit nicht im Kontakt mit dem Ultraschallhorn, so daß Ultra schallschwingung und die Rotation des Werkzeugs mit hoher Ge schwindigkeit nicht durch Reibung dazwischen behindert wer den. Da jedoch der Verschluß zwischen dem feststehenden Teil und dem Ultraschallhorn lediglich ein Zwischenraum ist, läuft manchmal Bearbeitungsflüssigkeit aus. Wenn die Bearbeitungs flüssigkeit unter hohem Druck steht, spritzt die auslaufende Flüssigkeit um das Werkzeug, was eine klare Sicht auf die Spitze des Werkzeugs verhindert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu überwinden und eine Ultraschall-Maschine zu schaffen, bei der die Bear beitungflüssigkeit nicht zwischen der Versorgungseinheit für die Bearbeitungsflüssigkeit und dem Ultraschallhorn austritt.

Eine Ultraschall-Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein mit einem piezoelektrischen Wandler verbundenes und drehbar durch einen Maschinenkörper gehaltenes Ultra schallhorn, das einen außen zylindrischen und innen mit einem Kanal zur Zufuhr der Bearbeitungsflüssigkeit versehenen Ab schnitt enthält, ein am Ultraschallhorn angebrachtes und in nen mit einer, mit dem Bearbeitungflüssigkeitskanal zusammen wirkenden Bohrung versehenes Werkzeug, ein am Maschinenkörper befestigtes, feststehendes Teil mit einem Bearbeitungsflüssigkeitskanal, in den die Bearbeitungsflüs sigkeit aus einer Versorgungseinrichtung für die Bearbei tungsflüssigkeit zugeführt wird, das eine innere Fläche hat, die der äußeren Fläche des zylindrischen Abschnitts angepaßt ist, eine in der inneren Oberfläche des feststehenden Teils ausgebildete ringförmige Nut, die mit dem Bearbeitungsflüs sigkeitskanal in Verbindung steht, einen Hornverbindungskanal im Ultraschallhorn, der eine Öffnung in der äußeren Oberflä che des zylindrischen Abschnitts des Ultraschallhorns in ei ner solchen Lage hat, daß sie der ringförmigen Nut gegenüber liegt, wobei der Hornverbindungskanal mit dem Bearbeitungs flüssigkeitskanal in Verbindung steht, nahe der Öffnung einen ersten schmalen Abschnitt bzw. Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des zylinderischen Abschnitts und der inneren Oberfläche des feststehenden Teiles, eine Druckabfall- bzw. -minderungskammer nahe dem ersten schmalen Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des zylindrischen Teils und der inneren Oberfläche des feststehenden Teils, einen mit der Druckminde rungskammer in Verbindung stehenden Abfluß im feststehenden Teil, einen zweiten schmalen Spalt nahe der Druckminderungs kammer zwischen der äußeren Oberfläche des zylindrischen Teils und der inneren Oberfläche des feststehenden Teils und einen mit dem zweiten schmalen Spalt in Verbindung stehenden Luftzufuhrkanal im feststehenden Teil.

Die derart konstruierte Ultraschall-Maschine arbeitet folgen dermaßen:
Die Versorgungseinrichtung für die Bearbeitungsflüssigkeit führt über den Bearbeitungsflüssigkeitskanal des feststehen den Teiles der in der inneren Oberfläche des feststehenden Teiles angeordneten ringförmigen Nut Bearbeitungsflüssigkeit zu. Die in die ringförmige Nut zugeführte Bearbeitungsflüs sigkeit wird hierin durch den ersten schmalen Spalt eingeschlossen, der zwischen der äußeren Oberfläche des zy lindrischen Teiles und der inneren Oberfläche des feststehen den Teiles ausgebildet ist. Die Bearbeitungsflüssigkeit in der ringförmigen Nut fließt durch die in der äußeren Oberflä che des Ultraschallhorns gegenüber der ringförmigen Nut ge bildete Öffnung in das Ultraschallhorn. Danach fließt die Bearbeitungsflüssigkeit durch eine Bohrung im Werkzeug und strömt aus dem Werkzeug aus.

Ein Teil der der ringförmigen Nut zugeführten Bearbeitungs flüssigkeit läuft durch den ersten schmalen Spalt in die Druckminderungskammer. Beim Einfließen in die Druckminde rungskammer wird die Bearbeitungsflüssigkeit schnell dekom primiert. Die Bearbeitungsflüssigkeit wird in der Druckminde rungskammer durch den zweiten schmalen Spalt eingeschlossen und durch den Abfluß aus dem feststehenden Teil abgeleitet. Dem zweiten schmalen Spalt wird durch den Luftzufuhrkanal Luft zugeführt, die die Bearbeitungsflüssigkeit in der Druckminderungskammer vom Eintritt in den zweiten schmalen Spalt abhält.

Damit steht in der oben beschriebenen Ultraschall-Maschine das feststehende Teil nicht im Kontakt mit dem Ultraschall horn. Weiterhin wird die Bearbeitungsflüssigkeit der Bohrung des Werkzeuges zugeführt, ohne daß sie an der Grenzfläche zwischen dem Ultraschallhorn und dem feststehenden Teil am Werkzeug austritt.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen

Fig. 1 die vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Teiles der Ultraschall-Maschine in einer Aus führungsform,

Fig. 2 die Frontansicht der Ultraschall-Maschine,

Fig. 3 die erläutertende Darstellung eines Bearbeitungsflüssigkeits-Zuführsystems,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Veranschauli chung der Beziehung zwischen Abflußmenge und Zuleitungsdruck der Bearbeitungsflüssigkeit der dargestellten Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird zuerst eine Ultraschall-Ma schine im einzelnen beschrieben.

Ein in einer horizontalen Ebene beweglicher Werkstückhalter 11 ist über einem Bett 10 angebracht. Auf der Rückseite des Werkstückhalters befindet sich eine aufrechtstehende Säule 12. An der Säule 12 ist ein vertikal beweglicher Werkzeughal ter 13 angebracht. Im Werkzeughalter 13 befindet sich eine in Lagern 16 und 17 drehbar gelagerte zylindrische Hauptwelle 15. Die Hauptwelle 15 ist mittels einer Kupplung 18 mit der Welle eines Hauptwellenmotors 19 verbunden. Im oberen Teil der Hauptwelle 15 sind zwei Schleifringe 20 zum Anlegen einer Spannung von einem Ultraschallgenerator 22 an einen piezo elektrischen Wandler 25 an der Hauptwelle 15 mittels Bürsten 21 vorgesehen. In der zylindrischen Hauptwelle 15 ist ein mit dem piezoelektrischen Wandler 25 verbundenes Ultraschallhorn 26 angebracht, das zusammen mit der Hauptwelle 15 rotiert. Am Ende des Ultraschallhorns 26 ist ein Werkzeug 27 zur Ausfüh rung von Polierarbeiten angebracht. An der Unterfläche des Werkstückhalters 13 befindet sich ein Vorsatz 28 zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit von einer Versorgungseinheit für Bearbeitungsflüssigkeit 29 in das Werkzeug 27. Wie unten aus geführt, wird dem Vorsatz zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssig keit 28 von einer Druckluft-Versorgungseinheit 30 Druckluft zugeführt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die im wesentlichen zylindrisch geformte Hauptwelle 15 mit einer von unten angebrachten kon zentrischen inneren Bohrung 31 versehen. Am Boden der Haupt welle ist die Bohrung 31 aufgeweitet, so daß eine Ausnehmung 32 gebildet wird. Ein oberer und ein unterer Stützflansch 33 bzw. 34 sind an einem im wesentlichen zylindrischen Ultra schallhorn 26 angebracht. An der Oberseite des Ultraschall horns 26 ist ein aus elektrostriktiven Elementen zusammenge setzter piezoelektrischer Wandler 25, an der Unterseite ein entfernbares Werkzeug 27 befestigt. Der untere Teil des Ul traschallhorns 26 ist konisch, um die Ultraschallschwingung zu verstärken. Der obere und der untere Stützflansch 33 bzw. 34 sind an einem oberen bzw. einem unteren Schwingungsknoten der axialen Ultraschallschwingung ausgebildet, die durch den piezoelektrischen Wandler 25 erzeugt wird, wenn das Werkstück 27 am Ultraschallhorn 26 angebracht und in Schwingung ver setzt ist.

Das Ultraschallhorn 26 mit dem piezoelektrischen Wandler 25 ist an der Hauptwelle 15 so angebracht, daß die Mantelfläche des oberen Stützflansches 33 in gleitendem Kontakt mit der inneren Oberfläche 31 der Hauptwelle 15 und der untere Stütz flansch 34 im gleitenden Eingriff mit der Aussparung 32 ste hen. Dann drückt eine ringförmige Flanschhalteplatte 35 nach oben und fixiert den unteren Stützflansch 34 über zwei Stahl ringe 36 und 37. Die Flanschhalteplatte 35 ist an der unteren Fläche der Hauptwelle 15 mittels Bolzen 38 und 39 befestigt.

Das Ultraschallhorn 26 verjüngt sich im unteren Teil und bil det einen zylindrischen Abschnitt 41 aus, der einen kleineren Durchmesser als der Oberteil des Horns aufweist. In der unte ren Fläche des zylindrischen Abschnitts 41 sind eine Ein griffsbohrung 42 und eine Gewindebohrung 43 in axialer Rich tung zum Einschrauben des Werkzeugs 27 gebildet. In radialer Richtung sind eine Anzahl von Bohrungen 44 im zylindrischen Abschnitt 41 ausgebildet, die eine Mehrzahl von auf einer Kreislinie angeordneten Öffnungen 45 und 46 auf der Außenflä che des zylindrischen Abschnitts 41 bilden.

Das Werkzeug 27, das eine Bohrung ausführt, ist mit einem ringförmigen Diamant-Schleifkörper 51 am Ende versehen und hat eine darin ausgebildete Bohrung 52 zum Ausstoßen von Be arbeitungsflüssigkeit. Die Gewindebohrung 53 und die Boh rungen 44 bilden einen ersten Bearbeitungsflüssigkeitskanal 53, der die Öffnungen 45 und 46 mit der Bohrung 52 des Werk zeugs 27 verbindet. Der Vorsatz zur Zufuhr von Bearbeitungs flüssigkeit 28 hat zylindrische Gestalt und ist mit einem Stützflansch 28a am Werkzeughalter 13 angebracht.

In der Mitte des Bodens des Vorsatzes zur Zufuhr von Bearbei tungsflüssigkeit 28 ist eine Einsatzbohrung 61 angebracht. Der zylindrische Teil 41 des Ultraschallhorns 26 greift mit einem kleinen Abstand berührungslos in die Einsatzbohrung 61 ein. In der inneren Oberfläche der Einsatzbohrung 61 ist eine ringförmige Nut 62 ausgebildet, und ein zweiter Bearbeitungs flüssigkeitskanal 64 ist durch Verbindung der ringförmigen Nut 62 mit einer Austrittsöffnung 63 für die Bearbeitungs flüssigkeit gebildet. Die ringförmige Nut 62 liegt den Öff nungen 45 und 46 des Ultraschallhorns 26 gegenüber. Die Ein trittsöffnung für die Bearbeitungsflüssigkeit 63 ist mit der Versorgungseinheit für die Bearbeitungsflüssigkeit 29 durch ein Rohr 65 verbunden, wodurch Bearbeitungsflüssigkeit mit einem Druck von nicht weniger als 10 kg/cm² (kp/cm²) zuge führt wird.

Die ringförmige Nut 62 des Vorsatzes zur Zufuhr von Bearbei tungsflüssigkeit 28 ist von ersten schmalen Abschnitten bzw. Spalten 71a und 71b umgeben, wo die Einsatzbohrung 61 mit ei nem kleinen Zwischenraum dem zylindrischen Abschnitt 41 ge genüberliegt.

Benachbart den ersten schmalen Spalten 71a und 71b sind zweite ringförmige Nuten 73a bzw. 73b vorgesehen, die Druckabfall- bzw. -minderungskammern 75a und 75b bilden. Die Druckminderungskammern 75a und 75b stehen mit einem Abfluß 77 in Verbindung, der im Vorsatz zur Zufuhr von Bearbeitungs flüssigkeit 28 gebildet ist. Der Abfluß 77 steht mit einer in der Grundfläche des Vorsatzes zur Zufuhr von Bearbeitungs flüssigkeit 28 ausgebildeten Abflußöffnung 81 in Verbindung. Ein (nicht gezeigter) Sammelbehälter für Bearbeitungsflüssig keit ist so angeordnet, daß ihm die Abflußöffnung 81 gegen überliegt. Der Sammelbehälter für die Bearbeitungsflüssigkeit sammelt die über die Abflußöffnung 81 abgeleitete Bearbei tungsflüssigkeit und führt sie zur Versorgungseinheit 29 zu rück.

Auf der den ersten schmalen Spalten 71a und 71b abgewandten anderen Seite der Druckminderungskammern 75a bzw. 75b sind zweite schmale Spalte 82a und 82b gebildet. Die Einsatzboh rung 61 wird gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 41 mit kleinem Zwischenraum durch die zweiten schmalen Spalte 82a und 82b abgeschlossen. Des weiteren sind neben den zweiten schmalen Spalten 82a und 82b dritte ringförmige Nuten 84a und 84b gebildet, die Luftzufuhrkanäle 86a und 86b zur Zufuhr von Druckluft zu den zweiten schmalen Spalten 82a und 82b bilden. Die Luftzufuhrkanäle 86a und 86b stehen in Verbindung mit Luftzufuhrbohrungen 88a und 88b, die im Vorsatz zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit 28 gebildet sind. Die Luftzufuhr bohrungen 88a und 88b sind mit Lufteinlaßöffnungen 90a und 90b versehen, die mit der Luftversorgungseinheit 30 durch Luftleitungen 92a und 92b verbunden sind, durch die Druckluft zugeführt wird.

Im Betrieb fließt die unter hohem Druck stehende Bearbei tungsflüssigkeit, die von der Versorgungseinheit 29 geliefert wird, durch die Eintrittsöffnung für die Bearbeitungsflüssig keit 63 des Vorsatzes zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit 28 und den zweiten Bearbeitungsflüssigkeitskanal 64 und füllt die durch die ersten schmalen Spalte 71a und 71b abgeschlos sene ringförmige Nut 62. Die die ringförmige Nut 62 füllende, unter hohem Druck stehende Bearbeitungsflüssigkeit fließt durch den ersten Bearbeitungsflüssigkeitskanal 53, der durch die Öffnungen 45 und 46, die Bohrungen 44 und die Gewindeboh rung 43 gebildet ist, erreicht die Bohrung 52 und wird auf den Bearbeitungspunkt ausgestoßen. Eine sehr kleine Menge der unter hohem Druck stehenden Bearbeitungsflüssigkeit läuft in die Druckminderungskammern 75a und 75b nach Passieren der er sten schmalen Spalte 71a und 71b. Die Querschnittsflächen der Druckminderungskammern 75a und 75b sind hinreichend größer als die der ersten schmalen Spalte 71a und 71b. Dementspre chend wird beim Eintreten und Ansammeln in den Druckminderungskammern 75a und 75b die Bearbeitungsflüssig keit schnell dekomprimiert. Die unter annähernd atmosphäri schem Druck in den Druckminderungskammern 75a und 75b ange sammelte Bearbeitungsflüssigkeit wird, ohne die Druckminde rungskammern 75a und 75b zu füllen, sogleich über den Abfluß 77 abgeleitet.

Die den Luftzufuhrkanälen 86a und 86b zugeführte Druckluft erhöht den Druck in den Luftzufuhrkanälen 86a und 86b und den zweiten schmalen Spalten 82a und 82b bis zu etwa dem Druck niveau der Druckluft. Damit wirken die zweiten schmalen Spalte 82a und 82b als Luftverschlüsse, die das Überfließen der unter etwa atmosphärischem Druck stehenden Bearbeitungsflüssigkeit in den Druckminderungskammern 75a und 75b über die zweiten schmalen Spalte 82a und 82b verhindern. Die gesamte über die ersten schmalen Spalte 71a und 71b in die Druckminderungskammern 75a und 75b fließende Bearbei tungsflüssigkeit wird durch den Abfluß 77 abgeführt.

Um die gesamte Bearbeitungsflüssigkeit durch den Abfluß 77 abzuführen, muß der Druck der Druckminderungskammern 75a und 75b geringer sein als der benachbart zu den zweiten schmalen Spalten 82a und 82b. Zu diesem Zweck muß der Abfluß 77 derart gestaltet sein, daß die Bearbeitungsflüssigkeit die Druckminderungskammern 75a und 75b nicht füllt. Unter Bezug nahme auf Fig. 3 ist eine beispielhafte Berechnung des Durch messers Dd der Öffnung 81 des Abflusses 77 für eine solche bevorzugte Arbeitsweise im folgenden dargestellt. Im Beispiel der Fig. 3 sind der erste schmale Spalt 71a, die Druckminde rungskammer 75a und der zweite schmale Spalt 82a eingeschlos sen.

Die Beziehung zwischen dem Druck und den Fließgeschwindigkei ten "stromaufwärts" des ersten schmalen Spaltes 71a und der selben "stromabwärts" des ersten schmalen Spaltes 71a wird durch eine auf der Bernoullischen Gleichung beruhende Glei chung gegeben. "Stromaufwärts" bedeutet hier "stromaufwärts" vom ersten schmalen Spalt 71a, während "stromabwärts" "stromabwärts" vom ersten schmalen Spalt 71a bedeutet.

V0²/2g + Z0 + P0/r,

= V1²/2g+Z1+P1/r+h01 (1)

In Gleichung (1) repräsentieren P0, V0 und S0 den Druck, die Fließgeschwindigkeit und die Querschnittsfläche der Bearbei tungsflüssigkeit in der ringförmigen Nut 62, die auf der Zu flußseite der Bearbeitungsflüssigkeit ist. S1 ist die Quer schnittsfläche des ersten schmalen Spalts 71a. P1 (P1 0) und V1 bezeichnen den Druck und die Fließgeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkeit, die durch den ersten schmalen Spalt 71a hindurchgeflossen ist.

h01 ist der Kopfverlust.

Wird der in diesem Fall auftretende Massenverlust betrachtet, läßt sich der Kopfverlust ausdrücken als,

h01 = ξ (V0-V1)²/2g.

Wenn das Verhältnis der Querschnittsfläche "stromaufwärts" groß ist, wird der Kopfverlust h01,

h01 = V1²/2g.

Wenn Z0 = Z1 und P1 = 0, wird aus Gleichung (1) die folgende Gleichung (2) erhalten:

V0²/2g+P0/r = V1²/2g+V1²/2g (2)

Weiterhin gibt S0V0 = S1V1 V0/V1 = S1/S0 = 0. Damit V0 = 0.
Damit wird Gleichung (2) zu P0/r = V1²/g.

Darauf fußend ist mit P0 auch V1 bestimmt. Wenn also S1 be kannt ist, ist die Abflußmenge Q1, die Menge der Bearbei tungsflüssigkeit, die durch den Abfluß 77 abgeleitet werden muß, bestimmt.

Fig. 4 zeigt die entsprechenden theoretischen und tatsächli chen Abflußmengen Q1, wenn die Querschnittsfläche S1 des er sten schmalen Spaltes 71a 0,0028 cm² und der Zuleitungsdruck P0 der Bearbeitungsflüssigkeit 1, 18, 34 und 43 kg/cm² (kp/cm²) ist.

Um die Abführung der Bearbeitungsflüssigkeit aus dem Abfluß 77 zu ermöglichen, muß das Fassungsvermögen des Abflusses 77 genügend groß sein, so daß die Bearbeitungsflüssigkeit, die durch den ersten schmalen Spalt 71a in die Druckminderungs kammer 75a fließt, wo die Bearbeitungsflüssigkeit kurzzeitig gespeichert wird, die Druckminderungskammer 75a nicht füllt.

In Fig. 3 muß das Flüssigkeitsniveau H der Bearbeitungsflüs sigkeit in der Druckminderungskammer 75a genügend hoch sein, ohne die Kammer jedoch zu füllen.

Die Geschwindigkeit Vd der durch den Abfluß 77 abgeleiteten Bearbeitungsflüssigkeit wird durch die folgende, auf dem Tri celli-Theorem beruhende Gleichung ausgedrückt:

Qd entspricht dem oben erwähnten Q1. Wenn die anderen Vari ablen bekannt sind, kann die Fläche der Abflußöffnung 81 des Abflusses 77 errechnet werden. Zum Beispiel wird mit Qd = 1100 cm³/min und H = 0,3 cm S2 = 0,75 cm², was zu einem un gefähren Durchmesser der Abflußöffnung Dd von 10 mm führt.

In der Ultraschall-Maschine 1 der vorliegenden Ausführungs form rotiert das Ultraschallhorn 26 mit hoher Geschwindigkeit und führt in einer dazu axialen Richtung Ultraschallschwin gungen aus, wobei zwischen dem Vorsatz zur Zufuhr von Bear beitungsflüssigkeit 28 und dem Ultraschallhorn 26 ein kleiner Zwischenraum eingehalten wird. Da der Vorsatz zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit 28 mit dem Ultraschallhorn 26 nicht in Kontakt steht, werden Aufheizung und Abnutzung zwischen beiden infolge der Hochgeschwindigkeitsrotation verhindert.

Zudem wird, auch wenn Bearbeitungsflüssigkeit durch die Öff nungen 45 und 46 nahe dem Schwingungsbauch, wo die Amplitude am größten ist, zugeführt wird, der Wirkungsgrad des piezo elektrischen Wandlers 25 infolge des eingehaltenen kleinen Zwischenraumes nicht beeinflußt.

Die das Ultraschallhorn 26 an der Hauptwelle 15 fixierenden Flansche 33 und 34 sind an Schwingungsknoten des Ultraschall horns 26 angeordnet. Damit ist eine nahe den Knoten angeord nete Einrichtung zur Zuführung von Bearbeitungsflüssigkeit ungünstig, da sie den Aufbau zu kompliziert machen würde. In der vorliegenden Ausführungsform ist zur Vereinfachung der Struktur demgegenüber die Zuführeinrichtung für die Bearbei tungsflüssigkeit in einem Abstand von den Flanschen 33 und 34 angeordnet.

Die Bearbeitungsflüssigkeit wird eingeschlossen, sie läuft zwischen dem Vorsatz zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit 28 und dem Ultraschallhorn 26 nicht aus und spritzt nicht um das Werkzeug 27 herum. Damit bleibt der Bearbeitungspunkt des Werkstücks, an dem das Werkzeug 27 angesetzt wird, deutlich sichtbar, wodurch die Effizienz der Arbeit verbessert wird. Zudem kann ein Schutz vor Spritzen der Bearbeitungsflüssig keit eingespart werden.

In der Ultraschall-Maschine ist das Ultraschallhorn berüh rungsfrei gegenüber dem feststehenden Teil zur Zufuhr der Be arbeitungsflüssigkeit angeordnet, und das Auslaufen von Bear beitungsflüssigkeit dazwischen wird verhindert. Damit eröff net die Ultraschall-Maschine Vorteile bei der Realisierung einer hohen Rotationsgeschwindigkeit, stabiler Ultraschall schwingung und klarer Sichtbarkeit des Bearbeitungspunktes, an dem das Werkzeug angesetzt wird, womit die Effizienz der Arbeit erhöht wird.

Claims

1. Ultraschall-Maschine mit einem Ultraschallhorn (26), das mit einem piezoelektrischen Wandler (25) verbunden und dreh bar durch einen Maschinenkörper gehalten ist, das einen außen zylindrisch geformten Abschnitt (41) und im Inneren einen Bearbeitungsflüssigkeitskanal (53) zur Zufuhr von Bearbei tungsflüssigkeit enthält, und einem an dem Ultraschallhorn (26) angebrachten und im Inneren mit einer mit dem Bearbei tungsflüssigkeitskanal in Verbindung stehenden Bohrung (52) versehenen Werkzeug (27), gekennzeichnet durch

a) ein am Maschinenkörper befestigtes und einen Bearbeitungs flüssigkeitskanal (64) enthaltendes feststehendes Teil (13, 28), dessen innere Oberfläche die äußere Oberfläche des zy lindrischen Teiles (41) des Ultraschallhorns drehbar um schließt,
b) eine ringförmige Nut (62) in der inneren Oberfläche des feststehenden Teiles (13, 28), die mit dem Bearbeitungsflüs sigkeitskanal (64) verbunden ist,
c) einen Hornverbindungskanal (44) im Ultraschallhorn, der in der äußeren Oberfläche des zylindrischen Teiles des Ultraschallhorns eine Öffnung (45, 46) hat, die gegenüber der ringförmigen Nut (62) angeordnet ist, und der mit dem Bear beitungsflüssigkeitskanal (53) in Verbindung steht,
d) einen ersten schmalen Spalt (71a, 71b) nahe der genannten Öffnung (45, 46), der von der äußeren Oberfläche des zylin drischen Teiles und der inneren Oberfläche des feststehenden Teiles gebildet ist,
e) eine Druckminderungskammer (75a, 75b), die nahe dem ersten schmalen Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des zylindri schen Abschnitts und der inneren Oberfläche des feststehenden Teiles gebildet ist,
f) einen die Druckminderungskammer (75a, 75b) und eine äußere Abflußöffnung (81) verbindenden Abfluß (77) im feststehenden Teil (28),
g) einen zweiten schmalen Spalt (82a, 82b) nahe der Druckmin derungskammer (75a, 75b), der von der äußeren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts (41) und der inneren Oberfläche des feststehenden Teils gebildet ist, und
h) einen mit dem zweiten schmalen Spalt (82a, 82b) verbun denen Luftzufuhrkanal (88a, 88b) im feststehenden Teil.

2. Ultraschall-Maschine mit einem durch einen Maschinenkörper drehbar gelagerten und durch einen piezoelektrischen Wandler (25) longitudinal bewegten Ultraschallhorn (26), das an sei nem beweglichen Ende einen zylindrischen Abschnitt (41) auf weist und daran ein Bearbeitungswerkzeug (27) trägt und in dem sich ein Bearbeitungsflüssigkeitskanal (64) zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit von außerhalb des zylindrischen Abschnitts zu einem innerhalb befindlichen Kanal (53) und von dort zu einer Bohrung im Bearbeitungswerkzeug (27) befindet, und einer Verschlußeinrichtung zur Verbindung einer Druckver sorgungseinrichtung für Bearbeitungsflüssigkeit mit dem Bear beitungswerkzeug unter Minimierung unerwünschten Spritzens und Auslaufens der Bearbeitungsflüssigkeit, gekennzeichnet durch

a) ein vom Maschinenkörper getragenes, eine den zylindrischen Abschnitt (41) des Ultraschallhorns eng umschließende konzen trische Hauptbohrung (61) aufweisendes Verschlußteil, das in der Hauptbohrung eine longitudinale und drehende Bewegung des zylindrischen Abschnitts erlaubt, wobei das Verschlußteil einen Bearbeitungsflüssigkeitskanal (64) enthält, der mit dem äußeren Ende (65) einer Druckversor gungseinheit für Bearbeitungsflüssigkeit (29) verbunden ist und ein inneres Ende hat, das nahe einer Öffnung (45, 46) des Bearbeitungsflüssigkeitskanals (53) in der äußeren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts (41) endet,
b) das Verschlußteil auf der inneren Oberfläche der Hauptboh rung (61) eine Einkerbung (62) trägt, die mit dem inneren Ende des Bearbeitungsflüssigkeitskanals (64) verbunden ist,
c) das Verschlußteil ein Paar von ersten schmalen Spalten (71a, 71b) aufweist, die in Längsrichtung auf verschiedenen Seiten der Einkerbung (62) nahe der genannten Öffnung (45, 46) angeordnet sind,
d) das Verschlußteil eine Druckminderungskammer (75a, 75b) aufweist, die darin neben dem ersten schmalen Spalt (71a, 71b) ausgebildet ist, und die einen Abfluß (88) aufweist, der die Druckminderungskammer mit einer äußeren Abflußöffnung (81) verbindet,
e) das Verschlußteil ein Paar zweiter schmaler Spalte (82a, 82b) enthält, die in Längsrichtung auf verschiedenen Seiten der Druckminderungskammer angeordnet sind und
f) das Verschlußteil einen Luftzufuhrkanal (88a, 88b) ent hält, der mit einer Druckluftversorgung (92a, 92b) und mit der Hauptbohrung an der Stelle der zweiten schmalen Spalte (82a, 82b) gegenüber der Druckminderungskammer (75a, 75b) verbunden ist.

3. Ultraschall-Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Einkerbung eine erste ringförmige Nut (62) in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung (61) aufweist.

4. Ultraschall-Maschine nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Paar erster schmaler Spalte (71a, 71b) durch ein Paar von zweiten ringförmigen Nuten (73a, 73b) in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung auf einander gegen überliegenden Seiten der ersten ringförmigen Nut (62) gebil det ist.

5. Ultraschall-Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß das Paar von zweiten schmalen Spalten (82a, 82b) durch ein Paar von dritten ringförmigen Nuten (84a, 84b) in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung auf in Längsrichtung gegenüberliegenden Seiten der zweiten ringförmigen Nuten (73a, 73b) mit Bezug auf die erste ringförmige Nut (62) ge bildet ist.

6. Ultraschall-Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der Abfluß (77) einer Einrichtung zur Verbindung des Paares von zweiten ringförmigen Nuten (73a, 73b) in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung ent hält.

7. Ultraschall-Maschine mit einem durch einen Maschinenkörper drehbar gelagerten und durch einen piezoelektrischen Wandler (25) longitudinal bewegten Ultraschallhorn (26), das an sei nem beweglichen Ende einen zylindrischen Abschnitt (41) auf weist und daran ein Bearbeitungswerkzeug (27) trägt und in dem sich ein Bearbeitungsflüssigkeitskanal (64) zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit von außerhalb des zylindrischen Abschnitts zu einem innerhalb befindlichen Kanal (53) und von dort zu einer Bohrung (52) im Bearbeitungswerkzeug (27) er streckt, gekennzeichnet durch ein von Maschinenkörper getra genes, eine den zylindrischen Abschnitt (41) des Ultraschall horns eng umschließende konzentrische Hauptbohrung (61) aufweisendes Verschlußteil, das in der Hauptbohrung (61) eine longitudinale und drehende Bewegung des zylindrischen Ab schnitts (41) erlaubt, wobei
das Verschlußteil einen Bearbeitungsflüssigkeitskanal (64) enthält, der mit dem Ausgang einer Druckversorgungseinheit für Bearbeitungsflüssigkeit (29) verbunden ist und ein in neres Ende hat, das nahe einer Öffnung (45, 46) des Bearbeitungsflüssigkeitskanals (53) in der äußeren Oberfläche des zylindrischen Abschnittes mündet,
das Verschlußteil eine in der inneren Oberfläche der Haupt bohrung ausgebildete und mit dem inneren Ende des Bearbei tungsflüssigkeitskanals (64) in Verbindung stehende ringför mige Nut (62) enthält,
das Verschlußteil ein Paar von ersten schmalen Spalten (71a, 71b) enthält, die auf in Längsrichtung verschiedenen Seiten der Nut (62) nahe der Öffnung (45, 46) angeordnet und durch ein Paar von zweiten ringförmigen Nuten (73a, 73b) in der in neren Oberfläche der Hauptbohrung auf einander gegenüberlie genden Seiten der ersten ringförmigen Nut in enger Nachbar schaft zueinander abgegrenzt sind, wobei das Paar von zweiten ringförmigen Nuten innerhalb des Verschlußteils verbunden ist, um eine Druckminderungskammer (75a, 75b) neben den er sten schmalen Spalten zu bilden, die des weiteren einen Ab fluß (77) zu einer äußeren Abflußöffnung (81) enthält,
das Verschlußteil ein Paar von zweiten schmalen Spalten (82a, 82b) enthält, die auf verschiedenen Seiten der Druckminde rungskammer (75a, 75b) angeordnet und durch ein Paar von dritten ringförmigen Nuten (86a, 86b) in der inneren Oberflä che der Hauptbohrung abgegrenzt sind, die auf verschiedenen Seiten der zweiten ringförmigen Nuten (73a, 73b) mit Bezug auf die erste ringförmige Nut (62) angeordnet sind, und das Verschlußteil einen Luftzufuhrkanal (88a, 88b) enthält, der mit einer Druckluftversorgung (92a, 92b) verbunden ist und mit dem Paar von dritten ringförmigen Nuten (86a, 86b) in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung in Verbindung steht.

8. Ultraschall-Maschine mit einem durch einen Maschinenkörper drehbar gelagerten und durch einen piezoelektrischen Wandler (25) longitudinal bewegten Ultraschallhorn (26), das an sei nem beweglichen Ende einen zylindrischen Abschnitt aufweist und daran ein Bearbeitungswerkzeug (27) trägt und in dem sich ein Bearbeitungsflüssigkeitskanal (64) zur Zufuhr von Bear beitungsflüssigkeit von außerhalb des zylindrischen Ab schnittes zu einem innerhalb befindlichen Kanal (53) und von dort zu einer Bohrung (52) im Bearbeitungswerkzeug (28) be findet, gekennzeichnet durch ein vom Maschinenkörper getrage nes, eine den zylindrischen Abschnitt (41) des Ultraschall horns eng umschließende konzentrische Hauptbohrung (61) aufweisendes Verschlußteil, das in der Hauptbohrung eine lon gitudinale und drehende Bewegung des zylindrischen Abschnitts erlaubt, wobei das Verschlußteil enthält:

a) ein straffsitzendes Verbindungsteil, bei dem die innere Oberfläche der Hauptbohrung (61) konzentrisch eng die äußere Oberfläche des zylindrischen Abschnitts (41) umgibt, das eine radiale Kanaldurchführung (44) enthält, die zur Zufuhr von unter Druck stehender Bearbeitungsflüssigkeit mit dem Bearbeitungsflüssigkeitskanal verbunden ist,
b) eine longitudinal um diesen straffsitzenden Abschnitt an geordnete Druckminderungseinrichtung (85a, 75b), die eine Kammer mit einem darin enthaltenen und mit der Atmosphäre verbunden Abfluß (77) enthält, durch den die in die Druckmin derungseinrichtung eintretende Bearbeitungsflüssigkeit aus dem Verschlußteil herausfließen kann,
c) ein Paar von straffsitzenden Luftverschlußteilen (86a, 86b), bei denen die innere Oberfläche der Hauptbohrung kon zentrisch eng von der äußeren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts umschlossen ist, und die auf gegenüberliegenden Seiten der Druckminderungseinrichtung (75a, 75b) angeordnet sind, und
d) eine Luftzufuhrmitteleinrichtung (88a, 88b) zur Zufuhr von Druckluft in die Nähe des Paares von straffsitzenden Luftver schlußteilen (86a, 86b) bzw. ihren der Druckminderungsein richtung (75a, 75b) gegenüberliegenden Seiten zur Erhöhung des Druckes an den straffsitzenden Luftverschlußteilen auf ein Niveau, bei dem die straffsitzenden Luftverschlußteile als Luftverschlüsse wirken, die die in der Druckminderungs einrichtung unter annähernd atmosphärischem Druck stehende Bearbeitungsflüssigkeit am Auslaufen hindern.

9. Ultraschall-Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß

a) das Verschlußteil einen Bearbeitungsflüssigkeitskanal (64) enthält, der mit dem äußeren Ende (65) einer Druckversor gungseinheit (29) für Bearbeitungsflüssigkeit verbunden ist und ein inneres Ende hat, das nahe einer Öffnung des Bearbeitungsflüssigkeitskanals (53) in der äußeren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts (41) endet,
b) das Verschlußteil eine in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung ausgebildete und mit dem inneren Ende des Bearbeitungsflüssigkeitskanals (64) in Verbindung stehende ringförmige Nut (62) enthält,
c) das Verschlußteil ein Paar von ersten schmalen Spalten (71a, 71b) enthält, die auf in Längsrichtung verschiedenen Seiten der Nut (62) nahe der Öffnung (45, 46) angeordnet und durch ein Paar von zweiten ringförmigen Nuten (73a, 73b) in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung auf einander gegen überliegenden Seiten der ersten ringförmigen Nut (62) in en ger Nachbarschaft zueinander definiert sind, wobei das Paar von zweiten ringförmigen Nuten (73a, 73b) innerhalb des Ver schlußteils verbunden ist, um eine Druckminderungskammer (75a, 75b) neben den ersten schmalen Spalten (71a, 71b) zu bilden, die des weiteren über einen Abfluß (77) mit einer äu ßeren Abflußöffnung (81) verbunden ist,
d) das Verschlußteil ein Paar von zweiten schmalen Spalten (82a, 82b) enthält, die auf in Längsrichtung verschiedenen Seiten der Druckminderungskammer angeordnet und durch ein Paar von dritten ringförmigen Nuten (84a, 84b) in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung abgegrenzt sind, die auf ver schiedenen Seiten der zweiten ringförmigen Nuten (73a, 73b) mit Bezug auf die erste ringförmige Nut (62) angeordnet sind, und das Verschlußteil einen Luftzufuhrkanal (88a, 88b) enthält, der mit einer Druckluftversorgung (92a, 92b) verbunden ist und mit dem Paar von dritten ringförmigen Nuten (84a, 84b) in der inneren Oberfläche der Hauptbohrung in Verbindung steht.

10. Ultraschall-Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Druck minderungskammer (75a, 75b) so hinreichend größer als die Querschnittsfläche des ersten schmalen Spaltes (71a, 71b) ist, daß die Bearbeitungsflüssigkeit bei Eintritt und Ansamm lung in der Druckminderungskammer schnell dekomprimiert wird und annähernd atmosphärischen Druck annimmt und schnell durch den Abfluß abgeleitet wird.

11. Ultraschall-Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Abflußöffnung (81) so hinreichend groß ist, daß die in die Druckminderungskammer eintretende und dort angesammelte Bearbeitungsflüssigkeit durch den Abfluß ohne Füllung der Druckminderungskammer abge leitet werden kann.

12. Ultraschall-Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Zufuhr von Druckluft zum Luftzufuhrkanal (88a, 88b) derart vorhanden ist, daß der Druck im Luftzufuhrkanal und nahe des zweiten schmalen Spaltes (82a, 82b) auf ein Niveau angehoben wird, bei dem der zweite schmale Spalt als ein Luftverschluß wirkt, der die in der Druckminderungskammer unter annähernd Atmo sphärendruck stehende Bearbeitungsflüssigkeit am Auslaufen hindert.