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Diese
Erfindung betrifft eine Ultraschall-Verbindungsvorrichtung zum Verbinden
einer überlappten
Berührungsfläche zwischen
einer Mehrzahl Elemente, die miteinander durch Schwingung einer
vertikalen Ultraschallwelle mit einer vorgegebenen Frequenz zu verbinden
sind,
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14 ist
eine Seitenansicht einer Ultraschall-Verbindungsvorrichtung, die
in der japanischen Patentschrift Nr. 23349/1979 offenbart wird.
In 14 enthält
ein Sockel 200 einen Hydraulikzylinder 201 entsprechend
einem hydraulischen Hubzylinder, der einen Druckmechanismus in dessen
Mitte bildet. An der Oberseite einer Kolbenstange 202,
die von der oberen Oberfläche
des Sockels 200 des Hydraulikzylinders 201 nach
oben ragt, ist eine Aufnahme 203 zur Aufnahme einer überlappten
Berührungsfläche Wa zwischen
miteinander zu verbindenden Elementen W1 und W2 vorgesehen. Bei
einem Wandler 204 handelt es sich um einen sog. elektroakustischen
Wandler oder einen elektrischen Schwingungswandler zum Wandeln elektrischer
Energie in mechanische Energie, der aus einem piezoelektrischen
Element, einem magnetostriktiven Element oder dgl. besteht, der
Schwingung einer vertikalen Ultraschallwelle mit einer vorgegebenen
Frequenz mittels elektrischer Energie, die er von einem nicht dargestellten
Ultraschallwellengenerator über
ein Kabel 205 empfängt,
erzeugt und aussendet. Ein stabförmiger
Resonator 207 ist mechanisch mit dem Ausgangsende 206 dieses
Wandlers 204 auf eine solche Weise verbunden, dass er koaxial
zum Wandler 204 angeordnet ist.
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Im
Punkt maximaler Schwingungsamplitude in der Mitte des Resonators 207 ist
ein Arbeitsabschnitt 208 zum Verbinden vorgesehen, der
sich von der Außenfläche des
Resonators 207 aus radial nach außen erstreckt. Die einen Enden
der Stützelemente 209 und 210 sind
mit den beiden Punkten maximaler Schwingungsamplitude an beiden
Seiten des Resonators 207 verbunden. Die anderen Enden
dieser Stützelemente 209 und 210 sind
mit der linken bzw. rechten Stirnseite des Sockels 200 verbunden.
Die Unterseite des Arbeitsabschnitts 208 zum Verbinden und
die Oberseite der Aufnahme 203 sind so angeordnet, dass
sie aufgrund der durch die Verbindung zwischen dem Resonator 207 und
dem Sockel 200 mittels der Stützelemente 209 und 210 gegebenen Beziehung
senkrecht zur Übertragungsrichtung
der Ultraschallschwingung vom Wandler 204 zum Resonator 207 zueinander
weisen.
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Der
Resonator 207 einschließlich des Wandlers 204 ist
deshalb mittels der beiden Stützelemente 209 und 210 oberhalb
des Sockels 200 und parallel zu diesem angeordnet, wobei
ein vorgegebener Abstand dazwischen gebildet wird. Schlägt die Kolbenstange 202 des
Hydraulikzylinders 201 in der untersten Stellung an, wird
die Berührungsfläche Wa auf der
Oberfläche
der Aufnahme 203 angebracht, und die Kolbenstange 202 fährt aus
und schlägt
in der obersten Stellung an, wobei die auf der Oberfläche der
Aufnahme 203 angebrachte Berührungsfläche Wa gegen die Unterseite
des Arbeitsabschnitts 208 zum Verbinden gepresst und mit
dieser in Berührung gebracht
wird, und die Unterseite der Berührungsfläche Wa während der
Zeitdauer ab dem Zeitpunkt, zu dem die Kolbenstange 202 von
der untersten Stellung ausgefahren wird, bis zu dem Zeitpunkt, in
dem die Kolbenstange 202 in der obersten Stellung anschlägt, auch
gegen die Oberfläche
der Aufnahme 203 gepresst und mit dieser in Berührung gebracht wird.
Als Ergebnis wird die Berührungsfläche Wa unter
Druck zwischen der Aufnahme 203 und dem Arbeitsabschnitt 208 zum
Verbinden gehaltert.
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Entweder
vor oder nach der Druckhalterung wird von einem nicht dargestellten
Ultraschallwellengenerator elektrische Energie an den Wandler 204 geliefert,
damit dieser eine Ultraschallschwingung erzeugen kann. Die vom Wandler 204 erzeugte
Ultraschallschwingung wird über
den Resonator 207 an den Arbeitsabschnitt 208 zum
Verbinden senkrecht zur Richtung der Druckbeaufschlagung durch den Hydraulikzylinder 201 in
Schwingung versetzt wird. Nach Ablauf einer Zeit bewirkt diese Schwingung eine
Pressverbindung der überlappten
Oberflächen der
gemeinsamen Berührungsfläche Wa wie
beispielsweise in der USP 2946119 offenbart.
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Druckschrift
USP 3752380 bildet in Bezug auf Anspruch 1 den nächstliegenden Stand der Technik.
Diese offenbart eine Ultraschallbondierungsmaschine zum Bondieren
einer überlappt
ausgeführten Grenzfläche zwischen
einer Mehrzahl von Elementen, die durch die Schwingung einer vertikalen
Ultraschallwelle miteinander zu verbinden sind, wobei die Ultraschallbondierungsmaschine
Folgendes aufweist:
Einen Hauptkörper in dem ein Arbeitsraum,
der nach vorne, rechts und links offen ist, ausgebildet ist; eine Halterung,
die in einem unteren Bereich des Arbeitsraums angeordnet ist, zur
Halterung der Grenzfläche; einen
Wandler zum Erzeugen der Ultraschallschwingung; einen Resonator,
der mit dem Ausgangsende des Wandlers verbunden ist, und mit Ultraschallschwingungen
vom Wandler bei einer vorgegebenen Resonanzfrequenz schwingt und
mit Bondierungsarbeitsabschnitten versehen ist, die aus seiner äußeren Oberfläche herausragen
sowie mit Halterungsabschnitten, die sich im Abstand zu den Bondierungsabschnitten
und zu beiden Seiten derselben befinden; einen Druckmechanismus,
der innerhalb des Abschnitts des Hauptkörpers angeordnet ist.
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USP
3863826 bildet in Bezug auf Anspruch 2 den nächstliegenden Stand der Technik.
Diese zeigt eine Ultraschallbondierungsmaschine zum Bondieren einer überlappend
ausgeführten
Grenzschicht zwischen einer Mehrzahl Elemente, die durch die Schwingung
einer vertikalen Ultraschallwelle miteinander zu verbinden sind,
bei der ein Druckmechanismus zur senkrechten Bewegung innerhalb
eines Hauptkörpers
angeordnet ist, ein Resonator, der mit Ultraschallschwingung und
einer vorgegebenen Resonanzfrequenz schwingt und ein Bondierungsarbeitsabschnitt
aufweist, der mit dem Ausgangsende eines Wandlers zum Erzeugen der
Ultraschallschwingung verbunden ist und von einem Halteelement über Halteabschnitte
desselben gehalten ist, die überlappt
ausgeführte
Grenzfläche,
die zwischen der zu bondierenden Mehrzahl Elemente mit Druck zwischen
dem Bondierungsarbeitsabschnitt des Resonators und der Halterung
gehalten wird, indem der Resonator mit dem Druckmechanismus um eine
vorgegebene Strecke bewegt wird, in einer Richtung, sodass sich
der Resonator der Aufnahme nähert,
die zum Bondierungsarbeitsabschnitt desselben weisend angeordnet
ist, und Ultraschallschwingung vom Wandler zum Bondierungsarbeitsabschnitt
des Resonators zum Bondieren der Grenzfläche übertragen wird.
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Da
bei der obigen Ultraschall-Verbindungsvorrichtung nach dem Stand
der Technik der Resonator 207 mittels der getrennt ausgeformten
Stützelemente 209 und 210 am
Sockel 200 befestigt ist, ist es bei einem Austausch des
Resonators 207 gegen einen anderen Resonator erforderlich,
das Stützelement 210 vom
Sockel 200 abzunehmen, oder das obere Ende des Stützelements 210 an
dieser Seite oder an der anderen Seite der Zeichnungsebene von 14 zu
verschieben, den Resonator 207 vom Stützelement 209 zu trennen
und den Resonator 207 vom Sockel 200 abzunehmen.
Der Austausch des Resonators in dieser Weise ist beschwerlich. Da
die Berührungsfläche Wa durch
Druck gehaltert wird, indem die Aufnahme 203 mittels des
Hydraulikzylinders 201 angehoben wird, haftet dem Stand
der Technik das Problem an, dass die Berührungsfläche Wa zwischen dem Arbeitsabschnitt 208 zum
Verbinden und der Aufnahme 203 gehaltert wird, während die
Berührungsfläche Wa bei
ihrer Aufwärtsbewegung
in waagrechter Richtung verschoben wird.
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Eine
der möglichen
Lösungen
für dieses
Problem besteht darin, dass die Aufnahme 203 stillgesetzt
und der Resonator 207 senkrecht verfahren wird, während er
waagrecht angeordnet ist. Wird dieser Resonator 207 jedoch
in eine Fertigungsstraße integriert,
muss der Arbeitsabstand zischen dem Resonator 207 und der
Aufnahme 203 in senkrechter Richtung aufgrund der Beziehung
zwischen dem vorigen und dem anschließenden Schritt nach dem Verbindungsschritt
oder der Beziehung zwischen ihm und den Formen der miteinander zu
verbindenden Elemente W verbreitert werden. Bei Bildung eines breiten
Arbeitsabstandes in senkrechter Richtung erhält der Teil der Verbindungsvorrichtung,
der den Druckmechanismus 201 zum senkrechten Verfahren des
Resonators 207 aufnimmt, eine große Höhe, wodurch die Einsparungen
an Größe, Gewicht
und Energieverbrauch der gesamten Verbindungsvorrichtung wieder
aufgehoben werden. Aus diesem Grund wird die Ultraschall-Verbindungsvorrichtung
nach dem Stand der Technik kaum eingesetzt.
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Eine
erste Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Ultraschall-Verbindungsvorrichtung
bereitzustellen, die den Austausch des Resonators erleichtert und
die Berührungsfläche ordnungsgemäß haltert,
um die Zuverlässigkeit
zu verbessern, sowie einen Resonator mit guter Handhabbarkeit wie z.B.
die Austauschbarkeit eines abgenutzten Verbindungs-Arbeitsabschnitts,
Verträglichkeit
mit den physikalischen Eigenschaften der miteinander zu verbindenden
Elemente und Einfachheit der Neukonfigurierung.
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Eine
zweite Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Ultraschall-Verbindungsvorrichtung,
in der der Resonator an der Vorderseite des Hauptkörpers der
Ver bindungsvorrichtung senkrecht angeordnet ist.
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Folglich
stellt die Erfindung eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1, 2 und einen Resonator gemäß Anspruch
3 zur Verfügung.
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Gemäß dem in
Anspruch 1 beanspruchten Aufbau kann der Resonator auf einfache
Weise in waagrechter Richtung aus dem Arbeitsraum ausgetauscht werden,
wenn er durch einen anderen ersetzt werden soll, da der Resonator
in einem oberen Abschnitt des Arbeitsraumes auf eine solche Weise
gehaltert ist, dass er waagrecht angeordnet ist, wenn das Trägerelement
in der obersten Stellung anschlägt.
Des Weiteren ist die Berührungsfläche auf der
in einem unteren Abschnitt des Arbeitsraumes angeordneten Aufnahme
platziert, so dass die gemeinsame Berührungsfläche durch die Schwingungsenergie
einer vertikalen Ultraschallwelle verbunden werden kann, während sie
ordnungsgemäß durch
Druck in einem stationären
Zustand zwischen dem Arbeitsabschnitt zum Verbinden und der Halterung
gehaltert wird.
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Gemäß dem in
Anspruch 2 beanspruchten Aufbau können Größe, Gewicht und Energieverbrauch
des Hauptkörpers
reduziert werden, indem der Resonator an der Vorderseite des Hauptkörpers so
vorgesehen wird, dass er senkrecht und parallel zur senkrechten
Verfahrrichtung des Druckmechanismus angeordnet ist. Außerdem wird
die vom Halteelement zum Zeitpunkt der Druckhalterung empfangene
Reaktionskraft von der Frontwand des Hauptkörpers durch den Führungsmechanismus
aufgenommnen, wodurch die Parallelität zwischen der Unterseite des
Arbeitsabschnittes zum Verbinden und der Oberseite der Halterung
zur Stabilisierung der Verbindungsfestigkeit der Berührungsfläche sichergestellt
wird. Die in Anspruch 3 beanspruchte Erfindung ist ein Resonator,
der in einer Ultraschall-Verbindungsvorrichtung verwendet wird,
mit zwei Verstärkern
mit Halteabschnitten, die mit beiden Enden eines Ultraschalltrichters
verbunden sind, der Arbeitsabschnitte zum Verbinden mit Schrauben
in der Weise aufweist, dass sie koaxial zum Ultraschalltrichter
angeordnet sind.
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Gemäß dem in
Anspruch 3 beanspruchten Aufbau ist es möglich, nur den Ultraschalltrichter
und nicht den gesamten Resonator auszutauschen, wenn die Arbeitsabschnitte
zum Verbinden des Ultraschalltrichters abgenutzt sind, um aus einer
Vielfalt von Ultraschalltrichtern den für die physikalischen Eigenschaften
wie beispielsweise die Fläche
und Dicke der Berührungsfläche und
die Materialien der miteinander zu verbindenden Elemente am besten
geeigneten zu wählen,
den gewählten
zu verwenden und einen Ultraschalltrichter oder einen Verstärker selbst nur
dann neu zu konfigurieren, wenn das Bauteil gegenüber der
Konstruktionszeichnung im Produktionsprozess eine andere Größe hat.
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Die
obigen sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden anhand der nachstehenden Beschreibung in Zusammenhang mit den
beiliegenden Zeichnungen weiter verdeutlicht.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ultraschall-Verbindungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1.
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3 ist
ein schematisches Diagramm, das die relative Lage des Wandlers,
des Resonators, der Ultraschallschwingung und der mechanischen Spannung
von Ausführungsform
1 zeigt.
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4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Wandlers und des Resonators
der Ausführungsform
1.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht des Trägerelements von Ausführungsform
1.
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6 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 5.
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7 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 5.
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8 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in 5 des im
Halteabschnitt installierten Resonators.
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9 ist
eine senkrechte Schnittansicht des Zwischenverstärkers von Ausführungsform
1.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht des äußeren Aussehens eine Ultraschall-Verbindungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
eine Seitenansicht als Teilschnitt der Ausführungsform 2.
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12 ist
eine Vorderansicht von Ausführungsform
2.
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13 Zeigt
die relative Lage von Wandler und Ultraschallschwingung von Ausführungsform
2; (a) ist eine Draufsicht des Wandlers und des Resonators und (b)
ist ein Wellenformdiagramm der Ultraschallschwingung; und
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14 ist
eine Seitenansicht einer Ultraschall-Verbindungsvorrichtung gemäß dem Stand der
Technik.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ultraschall-Verbindungsvorrichtung,
in der ein Resonator waagrecht angeordnet ist, und 2 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1. In diesen 1 und 2 ist
ein Arbeitsraum 2, der nach vorne, rechts und links offen
ist, in einem unteren vorderen Abschnitt eines Hauptkörpers 1 ausgeformt. Ein
Druckluftzylinder 3 als Druckmechanismus ist in einem oberen
inneren Abschnitt des Hauptkörpers 1 installiert,
um einen oberen Teil des Arbeitsraumes 2 zu begrenzen.
Ein Trägerelement 5 ist über ein
Verbindungselement 6 (siehe 2) mit dem
unteren Ende einer Kolbenstange A verbunden, die unterhalb des Druckluftzylinders 3 herausragt.
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Das
Trägerelement 5 hält einen
stabförmigen
Resonator 7 aus einer Legierung wie Titanlegierung mit
guten akustischen Kennwerten auf eine solche Weise, dass er waagrecht
in einem oberen inneren Abschnitt des Arbeitsraumes 2 angeordnet
und an seinen beiden Enden aufgelagert ist. Mit einem Ende des Resonators 7 ist
das Ausgangsende eines Wandlers 10, der als ein elektrischer
Schwingungswandler zum Erzeugen und Aussenden einer Schwingung einer
senkrechten Ultraschallwelle mit vorgegebener Frequenz dient, der
Schwingung einer vertikalen Ultraschallwelle mit einer vorgegebenen Frequenz
mittels elektrischer Energie, die er von einem Ultraschallwellengenerator 8 (siehe 2) über ein
Kabel 9 (siehe 2) empfangen hat, erzeugt und
aussendet, in der Weise mechanisch verbunden, dass der Resonator 7 koaxial
mit dem Wandler 10 angeordnet ist.
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Der
Resonator 7 hat Arbeitsabschnitte 11 zum Verbinden,
die in der Mitte des Resonators 7 in axialer Richtung herausragen,
und schwingt in Resonanz mit der vom Wandler 10 mit einer
vorgegebenen Frequenz übertragenen
Ultraschallschwingung,
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Ein
unterer Abschnitt des Hauptkörpers 1, der
einen hinteren Abschnitt des Arbeitsraumes 2 begrenzt,
ist über
einem Bett 12 angeordnet, das einen Sockel für die Integrierung
einer Ultraschall-Verbindungsvorrichtung beispielsweise in eine
Fertigungsstraße
darstellt. Eine Aufnahme 13 zum Aufnehmen einer überlappten
Berührungsfläche Wa zwischen
einer Mehrzahl miteinander zu verbindenden Elementen W1 und W2 ist
auf der Oberseite des Bettes 12 installiert, um einen unteren
Abschnitt des Arbeitsraumes 2 zu begrenzen. Die Aufnahme 13 ist
in einem unteren inneren Abschnitt des Arbeitsraumes 2 auf
eine solche Weise angeordnet, dass sie in senkrechter Richtung koaxial
zur Kolbenstange 4 und zum Arbeitsabschnitt 11 zum
Verbinden angeordnet ist, so dass die obere Oberfläche der
Aufnahme 13 zur Unterseite des Arbeitsabschnitts 11 zum
Verbinden weist, die parallel zur Oberfläche angeordnet ist, wobei ein
vorgegebener Abstand zwischen ihnen gebildet wird, wenn die Kolbenstange 4 in
der obersten Stellung anschlägt.
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Wie
in 2 dargestellt, befindet sich im Hauptkörper 1 ein
Paar rechter und linker Federsitze 14 zu beiden Seiten
des Druckluftzylinders 3. An diesen Federsitzen 14 sind
die einen Enden elastischer Elemente 15, beispielsweise
Wickelfedern, befestigt. Die anderen Enden dieser Elemente 15 sind
am Trägerelement 5 befestigt.
Die elastischen Elemente 15 beaufschlagen das Trägerelement 5 mit
einer nach oben gerichteten elastischen Kraft. Insbesondere dann,
wenn keine Druckluft zum Anheben von einem nicht dargestellten Druckluft-Versorgungskreis
an den Druckluftzylinder 3 geliefert wird, verhindert die obige
elastische Kraft, dass das Trägerelement 5 aufgrund
seines Eigengewichts nach unten fällt, sondern hält das Trägerelement 5 in
seiner obersten Stellung.
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3 ist
ein schematisches Diagramm, das die relative Lage zwischen Wandler,
Resonator, Ultraschallschwingung und mechanischer Spannung zeigt.
In dieser 3 ist der Resonator 7 so
dimensioniert, dass er fünf
Punkte mit maximaler Schwingungsamplitude f1, f3, f5, f7 und f9
und vier Punkte mit minimaler Schwingungsamplitude f2, f4, f6 und
f8 jeweils zwischen den entsprechenden Punkten mit maximaler Schwingungsamplitude
enthält,
wenn er mit der vom Wandler 10 als senkrechte Welle übertragenen
Ultraschallschwingung in Resonanz schwingt. Das bedeutet, dass die
Gesamtlänge
des Resonators 7 gleich dem zweifachen der Wellenlänge einer
Resonanzfrequenz zu setzen ist. Der Momentanversatz der vom Resonator 7 erzeugten
Ultraschallschwingung ist durch die Wellenform mit durchgezogener
Linie dargestellt. Der Spannungsversatz innerhalb des Resonators 7 aufgrund
des Versatzes der Ultraschallschwingung ist durch die Wellenform mit
punktierter Linie dargestellt. Die Theorie der Ultraschallwellen
hat bereits erklärt,
dass sich die Beziehung zwischen dem Spannungsversatz und dem Versatz
der Ultraschallschwingung so verhält, dass die Punkte mit maximaler
Schwingungsamplitude f1, f3, f5, f7 und f9 zu den Punkten mit minimaler Schwingungsamplitude
und die Punkte mit minimaler Schwingungsamplitude f2, f4, f6 und
f8 zu den Punkten mit maximaler Spannung werden.
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Im
Falle dieser Ausführungsform
befinden sich die Arbeitsabschnitte 11 zum Verbinden in
der Mitte des Resonators 7 am Punkt f5 mit maximaler Schwingungsamplitude
in Übertragungsrichtung
der Ultraschallschwingung vom Wandler 10 zum Resonator 7.
Die Unterseite 11a jedes Arbeitsabschnitts 11 zum
Verbinden ist gitterartig, mit senkrechten oder waagrechten Rillen
oder geglättet,
entsprechend dem Material des zu verbindenden Elements W1, um anhaltenden
Kontakt der Berührungsfläche Wa sicherzustellen.
Wird die Berührungsfläche Wa vom Arbeitsabschnitt 11 zum
Verbinden und der Aufnahme 13 mit Druck beaufschlagt, wird
sie deshalb ordnungsgemäß gehaltert,
ohne eine waagrechte Verschiebung der überlappten Anordnung der Berührungsfläche Wa zu
verursachen. Der obige Resonator 7 hat einen Stützvorsprung 16 im
Punkt f2 mit minimaler Schwingungsamplitude, der dem Wandler 10 vom
Punkt f5 mit maximaler Schwingungsamplitude aus am nächsten liegt,
sowie einen Stützvorsprung 17,
der vom Punkt f8 mit minimaler Schwingungsamplitude aus am weitesten
vom Wandler 10 entfernt liegt.
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Der
Resonator 7 besteht aus einem Ultraschalltrichter 18 in
seiner Mitte und aus zwei Verstärkern 19 und 20,
die mechanisch mit den beiden Enden des Ultraschalltrichters auf
eine solche Weise verbunden sind, dass sie koaxial zum Ultraschalltrichter 18 angeordnet
sind. Dieser Ultraschalltrichter 18 hat eine Länge vom
Punkt f3 mit maximaler Schwingungsamplitude bis zum Punkt f7 mit
maximaler Schwingungsamplitude, was einer Wellenlänge entspricht,
und der Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden ist koaxial zum
Ultraschalltrichter 18 in dessen Mitte auf eine solche
Weise angeordnet, dass er sich im Punkt f5 mit maximaler Schwingungsamplitude
befindet und radial von der Außenfläche des
Ultraschalltrichters 18 aus nach außen ragt. Der Verstärker 19,
einer der beiden Verstärker 19 und 20,
hat eine Länge
vom Punkt f1 mit maximaler Schwingungsamplitude bis zum Punkt f3
mit maximaler Schwingungsamplitude, was gleich ist einer halben Wellenlänge, und
der andere Verstärker 20 hat
eine Länge
vom Punkt f7 mit maximaler Schwingungsamplitude bis zum Punkt f9
mit maximaler Schwingungsamplitude, was gleich ist einer halben
Wellenlänge.
Die Anschlussflächen 21 und 22 dieser
Verstärker 19 und 20 am
Ultraschalltrichter 18 liegen in den Punkten f3 bzw. f7
mit maximaler Schwingungsamplitude. In den Mitten der Verstärker 19 und 20 sind
Stützvorsprünge 16 und 17 koaxial
zu den Verstärkern 19 und 20 auf
eine solche Weise angeordnet, dass sie radial von den Außenflächen der
Verstärker 19 und 20 aus
nach außen
ragen.
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4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Wandlers und des Resonators.
In dieser 4 sind an beiden Stirnseiten
des Ultraschalltrichters 18 Passvorsprünge 23 und 24 in
der Weise angeformt, dass sie die Form kurzer Zylinder mit einem Außendurchmesser
haben, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Ultraschalltrichters 18,
und sich koaxial zum Ultraschalltrichter 18 erstrecken; Schraubenlöcher 25 (siehe 8)
und 26 sind in der Mitte der Stirnflächen dieser Passvorsprünge 18 und 19 axial
nach innen ausgeformt, und Werkzeugansatzlöcher 27 und 28 sind
in den Außenflächen der Verstärker 19 und 20 radial
nach innen ausgeformt. Eine Mehrzahl, z.B. 4, der Arbeitsabschnitte 11 zum Verbinden
am Resonator 7 sind abstandsgleich in Umfangsrichtung an
der Außenfläche des
Resonators 7 angeordnet.
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Da
die obigen beiden Verstärker 19 und 20 die
gleiche Struktur haben und seitensymmetrisch sind, um die Fertigungskosten
zu senken und die Abstimmung des Schwingungsverlaufs zu vereinfachen,
wird im Folgenden nur der auf der rechten Seite in 4 dargestellte
Verstärker 19 beschrieben. Ein
versenkter Passabschnitt 30 ist in einer Stirnseite des
Verstärkers 19 in
axialer Richtung als kreisförmige
Bohrung koaxial zum Verstärker 19 eingeformt und
hat einen kleineren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Stirnfläche; ein
Schraubenloch 31 ist in der Mitte der Bodenfläche des
versenkten Passabschnitts 30 axial nach innen ausgeformt, und
Werkzeugansatzlöcher 32 und 33 sind
in der Außenfläche des
Verstärkers 19 radial
nach innen ausgeformt, und ein Schraubenloch 34 (siehe 8)
ist axial nach innen in der Mitte der Stirnfläche das Verstärkers 19 ausgeformt.
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Der
obige Stützvorsprung 16 am
Verstärker 19 ist
wie eine Ringwand geformt, die sich von der Außenfläche des Verstärkers aus 19 radial
nach außen
erstreckt. Dieser Stützvorsprung 16 ist
koaxial zum Verstärker 19.
Ein Pufferzylinder 35 mit einem Innendurch messer, der größer ist
als der Außendurchmesser
des Verstärkers 19 ist
um den Stützvorsprung 16 angeordnet
und mit diesem verbunden wie in 8 dargestellt.
Der Pufferzylinder ist koaxial zum Verstärker 19 und umgibt
die Außenfläche des Verstärkers 19 auf
eine solche Weise, dass der Eingriff eines nicht dargestellten Befestigungswerkzeug im
Werkzeugansatzloch 33 nicht behindert und ein Abstand zwischen
ihm und der Außenfläche des
Verstärkers 19 gebildet
wird. Eine ringförmige
Verbindungswand 36, die sich radial nach außen erstreckt, ist
mit einem dem Stützvorsprung 16 gegenüberliegenden
Endabschnitt des Pufferzylinders 35 verbunden. Diese ringförmige Verbindungswand
ist koaxial zum Verstärker 19.
Ein ringförmiger
Flansch 37 mit einem Innendurchmesser, der größer ist
als der Außendurchmesser
des Pufferzylinders 35, ist mit der Außenfläche dieser ringförmigen Verbindungswand 36 verbunden.
Dieser Flansch 37 ist koaxial zum Verstärker 19 und umgibt
die Außenfläche des
Pufferzylinders 35 ist in der Weise, dass ein Abstand zwischen
ihm und der Außenfläche des
Pufferzylinders 35 gebildet wird.
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Nunmehr
sei nochmals auf 4 verwiesen, in der der versenkte
Passabschnitt, die Schrauben- und die Werkzeugansatzlöcher, der
Pufferzylinder, die ringförmige
Verbindungswand und der Flansch des auf der linken Seite dargestellten
Verstärkers 20 mit
den gleichen Bezugszeichen und dem Buchstaben "L" versehen
sind wie der versenkte Passabschnitt 30, die Schrauben-
und die Werkzeugansatzlöcher 31 und 34,
der Pufferzylinder 35, die ringförmige Verbindungswand 36 und
der Flansch 37. Die Dicke der Pufferzylinder 35 und 35L ist
kleiner als die Dicke der Stützvorsprünge 16 und 17,
der ringförmigen
Verbindungswände 36 und 36L und
der Flansche 37 und 37L.
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In 4 kennzeichnet
das Bezugszeichen 38 ein Schraubenloch, das von der Mitte
der Stirnfläche
des Ausgangsendes des Wandlers 10 axial nach innen ausgeformt
ist, 39 ist ein Werkzeugansatzloch, das von der Außenfläche des
Ausgangsendes des Wandlers 10 radial nach innen ausgeformt
ist, 40 eine Schraube ohne Kopf zum Verbinden des Ultraschalltrichters 18 mit
dem Verstärker 19, 41 eine Schraube
ohne Kopf zum Verbinden des Ultraschalltrichters 18 mit
dem Verstärker 20 und 42 eine Schraube
ohne Kopf zum Verbinden des Verstärkers 19 mit dem Ausgangsende
des Wandlers 10. Jede dieser Schrauben ohne Kopf 40 bis 42 weist
an ihrer hinteren Stirnfläche
ein Werkzeugansatzloch auf, um das obere Ende eines nicht dargestellten
Befestigungswerkzeugs mit einem einbeschriebenen sechseckigen Querschnitt,
z.B. einen Sechskantschlüssel, aufzunehmen.
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Wie
in 8 dargestellt, sind der obige Ultraschalltrichter 18 und
der Verstärker 19 mechanisch mittels
der Schraube 40 ohne Kopf miteinander verbunden. Konkret
ausgedrückt,
wird ein Befestigungswerkzeug, das in ein nicht dargestelltes Werkzeugansatzloch
für die
Schraube 40 ohne Kopf eingeführt wird, verwendet, um einen
oberen Endabschnitt der Schraube 40 ohne Kopf fest im Schraubenloch 25 des
Ultraschalltrichters 18 anzuziehen. Danach wird das Befestigungswerkzeug
aus dem Schraubenloch für
die Schraube ohne Kopf 40 herausgezogen, und ein hinterer
Endabschnitt der Schraube ohne Kopf 40, das aus dem Ultraschalltrichter 18 axial
nach außen
ragt, wird in das Schraubenloch 31 des Verstärkers 19 eingesetzt.
Im Weiteren wird ein vom obigen Befestigungswerkzeug verschiedenes
nicht dargestelltes Befestigungswerkzeug in das Werkzeugansatzloch 27 des
Ultraschalltrichters 18 eingeführt, und ein anderes Befestigungswerkzeug
wird in das Werkzeugansatzloch 32 des Verstärkers 19 eingeführt. Der
Verstärker 19 wird
mittels des Befestigungswerkzeug in Umfangsrichtung gedreht, während der
Ultraschalltrichter 18 durch das Befestigungswerkzeug gehalten
und am Drehen gehindert wird, z.B. unter obiger Bedingung, um den
hinteren Endabschnitt der Schraube 40 ohne Kopf fest in
das Schraubenloch 31 des Verstärkers 19 einzusetzen.
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Durch
diese Verbindungsoperation kommt der Passvorsprung 23 des
Ultraschalltrichters 18 zu einem perfekten Sitz im versenkten
Passabschnitt 30 des Verstärkers 19, so dass
ein äußerst kleiner
Spalt zwischen der Schraube ohne Kopf 40 und dem Schraubenloch 31 beseitigt
wird; der Ultraschalltrichter 18 und der Verstärker 19 sind
koaxial als untrennbare Einheit miteinander verbunden, und die Ultraschallschwingung
wird ordnungsgemäß zwischen dem
Ultraschalltrichter 18 und dem Verstärker 19 übertragen.
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Kurz
zusammengefasst: wenn der Ultraschalltrichter 18 und der
Verstärker 19 mittels
der Schraube ohne Kopf 40 miteinander verbunden sind, der
Ultraschalltrichter 18 und der Verstärker 19 genau koaxial
zueinander angeordnet sind, indem der versenkte Passabschnitt 30 mit
dem Passvorsprung 23 in Eingriff gebracht wird, während sie
zueinander so ausgerichtet sind, dass die Stirnflächen des
versenkten Passabschnitt 30 und das Passvorsprungs 23 aneinander
gepresst und miteinander in Berührung
gebracht werden, führt
dies zu einer effizienten Übertragung
der Ultraschallschwingung.
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Unter
Bezugnahme auf 8 lässt sich ohne weiteres erkennen,
wie der in 4 dargestellte Ultraschalltrichter 18 und
der Verstärker 20 mittels
der Schraube ohne Kopf 41 miteinander zu einer untrennbaren
Einheit und wie der Verstärker 19 und
das Ausgangsende des Wandlers 10 mittels der Schraube ohne
Kopf 42 verbunden werden.
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Wie
bei dem in 4 dargestellten Resonator 7 ersichtlich
ist, lassen sich die Verbindung des Ultraschalltrichters 18,
der Verstärker 19 und 20 und des
Wandlers 10, die Zerlegung und der Wiederzusammenbau ordnungsgemäß und auf
einfache Weise mittels der Schrauben ohne Kopf 40 bis 42 durchführen, da
der Ultraschalltrichter 18, die Verstärker 19 und 20 und
der Wandler 10 mit Werkzeugansatzlöchern 27, 28, 32, 32L, 33, 33L bzw. 39 ausgeführt sind.
Außerdem
kann das Auftreten von Beschädigungen
wie Kratzer und Verdrehen durch das Befestigungswerkzeug auf den
Außenflächen des
Ultraschallhorns 18, der Verstärker 19 und 20 und
des Wandlers 10 vermieden werden, wodurch eine genaue Abstimmung
des Schwingungsverlaufs und der Resonanzfrequenz möglich ist.
Mit anderen Worten, wird der Resonator 7 verkratzt oder
verdreht, geht das Gewichtsgleichgewicht des gesamten Resonators 7 verloren,
was in einer ungenauen Abstimmung des Schwingungsverlaufs und der
Resonanzfrequenz resultiert.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines vorgenannten Trägerelements.
In dieser 5 besteht das Trägerelement 5 aus
einem Grundplattenabschnitt 51 und einem Paar Halteabschnitten 52 und 53,
die sich vom rechten und linken Ende des Grundplattenabschnitts 51 aus
nach unten erstrecken. Durchgangsbohrungen 54 und 55 zur
Aufnahme des Resonators 7 einschließlich des Wandlers 10 sind
in diesen Halteabschnitten 52 und 53 auf eine solche
Weise ausgeformt, dass sie in horizontaler Richtung zueinander koaxial
liegen. Die Durchmesser dieser Durchgangsbohrungen 54 und 55 können durch
Dehnschlitze 56 und 57, die in den Umfangswandungen
der Durchgangsbohrungen 54 und 55 ausgeformt sind,
variiert werden. Unter den Dehnschlitzen 56 und 57 sind
Schraubenlöcher 58 in
den Halteabschnitten 52 und 53 ausgeformt, deren
Mittelachsen senkrecht verlaufen, wie in 6 dargestellt. Die
oberen Enden der Schraubenlöcher 58 sind
mit den Dehnschlitzen 56 und 57 verbunden. Unterhalb der
Schraubenlöcher 58 sind
Ansenkungen 59 durch Einsendungen in den Halteabschnitten 52 und 53 von ihren
Unterseiten aus nach oben eingearbeitet. Nicht dargestellte Schrauben
werden von den Ansenkungen 59 aus in die Schraubenlöcher 58 eingeschraubt, und
die von den Schraubenlöchern 58 aus
nach oben ragenden oberen Endabschnitte der Schrauben drücken die
Oberflächen
der Halteabschnitte 52 und 53 oberhalb der Dehnschlitze 56 und 57 nach
oben. Als Gegenwirkung werden untere Abschnitte der Halteabschnitte 52 und 53 unterhalb
der Dehnschlitze 5G und 57 nach unten gedrückt, wobei
Abschnitte P1, die zu den Dehnschlitzen 56 und 57 weisen
und links von den Schlitzen 56 und 57 angeordnet
sind, als Mitten der Halteabschnitte 52 und 53 fungieren.
Als Ergebnis vergrößern sich
die Durchmesser der Durchgangsbohrungen 54 und 55.
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Rechts
und links von den obigen Ansenkungen 59 in 5 sind
Löcher 60 zum
Einführen
einer Schraube in den Halteabschnitten 52 und 53 ausgeformt,
deren Mittelachsen wie in 7 dargestellt senkrecht
verlaufen. Die oberen Enden der Löcher 60 sind mit den
Dehnschlitzen 56 und 57 verbunden. Unterhalb der
Löcher 60 sind
Ansenkungen 61 durch Einsenkungen in den Halteabschnitten 52 und 53 von ihren
Unterseiten aus nach oben eingearbeitet. Schraubenlöcher 62 sind
in den Halteabschnitten 52 und 53 koaxial zu den
Löchern 60 an
Stellen eingeformt, die zu den Löchern 60 weisen.
Werden also nicht dargestellte Schrauben mit Kopf in die Schraubenlöcher 62 durch
die Löcher 60 von
den Ansenkungen 61 aus eingeschraubt, werden Teile der
Halteabschnitte 52 und 53 um die Löcher 60 nach
oben gedrückt,
wobei Abschnitte P1 (identisch mit P1 in 6), die
zu den Dehnschlitzen 56 und 57 weisen und links
von den Dehnschlitzen 56 und 57 angeordnet sind,
als Mitten der Halteabschnitte 52 und 53 fungieren.
Als Ergebnis werden die Durchmesser der Durchgangsbohrungen 54 und 55 kleiner,
und es ist möglich,
die Flansche 37 und 37L des Resonators 7 koaxial
zueinander ohne Ungleichgewicht in den Durchgangsbohrungen 54 und 55 zu
halten.
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Anders
ausgedrückt
werden bei dieser Ausführungsform
zur Befestigung der Baugruppe aus Resonator 7 und Wandler 10 am
Trägerelement 5 die Durchmesser
der Durchgangsbohrungen 54 und 55 durch die Konstruktion
gemäß 6 geringfügig größer gemacht
als der Außendurchmesser
des Flansches 37 (siehe 8) des Resonators 7.
Unter dieser Bedingung wird der Verstärker 20, der das linke Element
des Resonators 7 und der Kopf der Baugruppe ist, in die
Durchgangsbohrung 54 des rechten Halteabschnitts 52 und
dann in die Durchgangsbohrung 55 des linken Halteabschnitts 53 eingeführt, und der
Verstärker 19,
das rechte Element des Resonators 7, wird in die Durchgangsbohrung 54 des
rechten Halteabschnitts 52 eingeführt. Danach werden die nicht
dargestellten Schrauben, die in die Schraubenlöcher 58 in 6 eingeschraubt
wurden, herausgeschraubt, so dass die oberen Enden der Schrauben von
den Oberflächen
der Halteabschnitte und 53 über den Dehnschlitzen 56 und 57 freikommen,
um die Durchmesser der Durchgangsbohrungen 54 und 55 mittels
der obigen Konstruktion nach 7 zu verringern
und die Innenflächen
der Durchgangsbohrungen 54 und 55 mit den Außenflächen der
Flansche 37 in Berührung
zu bringen. Wenn anschließend
die nicht dargestellten Schrauben mit Kopf in die in 7 dargestellten
Schraubenlöcher 62 durch
die Ansenkungen 61 und die Löcher 60 zum Einführen einer Schraube
eingeschraubt werden, werden die Flansche 37 und 37L durch
die Halteabschnitte 52 und gehalten, und die obige Baugruppe
aus Resonator 7 und Wandler 10 wird auf eine solche
Weise im Trägerelement 5 eingebaut,
dass die Baugruppe den rechten und linken Halteabschnitt 52 und 53 überspannend
zum Sitz kommt.
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Nunmehr
sei wieder auf 5 verwiesen, wonach der Grundplattenabschnitt 51 einen
Träger 62 aufweist,
der mit den Halteabschnitten 52 und 53 und den
Durchgangsbohrungen 62 verbunden ist, um das Trägerelement 5 mit
dem Verbindungselement 6 (siehe 2) mittels
der nicht dargestellten Schrauben mit Kopf zu verbinden.
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Der
Ultraschalltrichter 18 und die Verstärker 19 und 20 sind
so geformt, dass sie dem Resonator 7 entsprechen und eine
Resonanzfrequenz haben, die von der Frequenz der vom Ultraschallwellengenerator 8 zum
Wandler 10 übertragenen
Ultraschallwelle bestimmt wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Ultraschalltrichter 18 so
geformt, dass er eine Länge
gleich der Wellenlänge
der Resonanzfrequenz hat, und die Verstärker 19 und 20 sind
so geformt, dass sie eine Länge
gleich der halben Wellenlänge der
Resonanzfrequenz haben, um den Resonator 7 abzustimmen.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise dieser in 1 bis 8 dargestellten
Ausführungsform
beschrieben. Aufgrund des wechselnden Druckluft-Zuführwegs gemäß 1 und 2 des
nicht dargestellten Druckluft-Versorgungskreises wird die Kolbenstange 4 des
Druckluftzylinders 3 betätigt, so dass sie einfährt, und
der Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden wird nach oben und
weg von der Aufnahme 13 um eine vorgegeben Strecke senkrecht
zur Übertragungsrichtung
der Ultraschallschwingung vom Wandler 10 an den Resonator 7 verfahren.
Danach beendet die Kolbenstange 4 die Einfahrbewegung,
und der Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden bleibt in der
obersten Stellung stehen, wodurch ein vorgegebener Abstand zum Einbringen
und Herausnehmen der überlappten
Berührungsfläche Wa zwischen
einer Mehrzahl miteinander zu verbindender Elemente W1 und W2 zwischen
der Unterseite des Arbeitsabschnitts 11 zum Verbinden und
der Oberseite der Aufnahme 13 gebildet wird. Wenn der Arbeitsabschnitt 11 zum
Verbinden in der obersten Stellung stehen bleibt, wird die Mehrzahl
der miteinander zu verbindenden Elemente W1 und W2, während sie einander überlappen,
in den Arbeitsabschnitt zum Verbinden auf der Oberfläche der
Aufnahme 13 eingebracht.
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Danach
wird während
der Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, zu dem die Kolbenstange 4 betätigt wird,
um gegen des elastische Kraft des elastischen Elements 15 auszufahren,
bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sie in der untersten Stellung aufgrund
des wechselnden Druckluft-Zuführwegs
des Druckluft-Versorgungskreises anschlägt, die obere Oberfläche der auf
der Oberseite der Aufnahme 13 platzierten Berührungsfläche Wa mit
der Unterseite des Arbeitsabschnitts 11 zum Verbinden des
Resonators 7 in Berührung
gebracht, und die Unterseite der Berührungsfläche Wa wird gegen die obere
Oberfläche
der Aufnahme 13 gepresst und mit dieser in Kontakt gebracht.
Als Ergebnis wird die Berührungsfläche Wa zwischen
der Aufnahme 13 und dem Arbeitsabschnitt 11 zum
Verbinden durch Druck gehaltert.
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Entweder
nach oder vor der Druckhalterung der Berührungsfläche Wa wird hochfrequente Energie
vom Ultraschallwellengenerator 8 an den Wandler 10 geliefert,
um diesen zu veranlassen, Ultraschallschwingung zu erzeugen. Der
Resonator 7 schwingt mit dieser Ultraschallschwingung in
Resonanz, und der Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden schwingt
mit der maximalen Schwingungsamplitude senkrecht zur Richtung der
Druckbeaufschlagung durch den Druckluftzylinder 3, um die überlappten Oberflächen der
Berührungsfläche Wa mittels
Pressschweißen
zu verbinden.
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Da
bei dieser Ausführungsform
die Stützvorsprünge 16 und 17 in
den Punkten f2 und f8 mit minimaler Schwingungsamplitude zu beiden
Seiten des Arbeitsabschnitts 11 zum Verbinden angeordnet sind,
wird ein Teil der vom Wandler 10 an den Arbeitsabschnitt 11 zum
Verbinden des Resonators 7 zu übertragenden Ultraschallschwingungsenergie
vom Wandler 10 wirksam an den Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden übertragen,
ohne von den Stützvorsprüngen 16 und 17 verbraucht
zu werden. Die Verbindungsfestigkeit des Arbeitsabschnitts 11 zum
Verbinden schwankt deshalb nicht und wird stabil, und die Gefahr
eines Verbindungsfehlers nimmt erheblich ab.
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Des
Weiteren wird wie in 8 dargestellt der ringförmige Flansch 37,
der über
den Pufferzylinder 35 und die ringförmige Verbindungswand 36 mit dem
Stützvorsprung 16 verbunden
ist, in die Durchgangsbohrung 54 eingeführt und mit dem Halteabschnitt 52 verbunden.
Der Resonator 7 ist deshalb mechanisch am Halteabschnitt 52 auf
eine solche Weise befestigt, dass er durch den Halteabschnitt 52 schwimmend
gelagert wird. Als Ergebnis wird die Energie der Ultraschallschwingung,
die vom Wandler 10 an den Verstärker 19 des Resonators 7 übertragen wird,
weiter wirksam vom Verstärker 19 an
den Ult raschalltrichter 18 übertragen, ohne durch den Stützvorsprung 16,
den Pufferzylinder 35 und die ringförmige Verbindungswand 36 verbraucht
zu werden.
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Nachdem
schließlich
die Druckhalterung der Berührungsfläche Wa durch
den Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden und die Aufnahme 13 aufgehoben worden
ist, werden die obere Oberfläche
der Aufnahme 13 und die Unterseite 11a des Arbeitsabschnitts 11 zum
Verbinden augenblicklich von der Berührungsfläche Wa, die verbunden worden
ist, getrennt, und die Mehrzahl der Elemente W1 und W2, die an der
Berührungsfläche Wa miteinander
verbunden worden sind, wird aus dem vorgegebenen Raum zwischen der
Aufnahme 13 und dem Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden
entnommen, wodurch der Schritt des Verbindens beendet ist.
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Da
bei dieser Ausführungsform
der Arbeitsraum 2 in waagrechter Richtung offen ist, um
den Resonator 7 gegen einen anderen Resonator auszutauschen,
wenn der Druckluftzylinder 3 zum Einfahren betätigt wird,
das Trägerelement 5 in
der obersten Stellung anschlägt
und der Resonator 7 waagrecht in einem oberen Abschnitt
des Arbeitsraumes 2 angeordnet ist wie in 1 dargestellt,
kann der Resonator 7 aus dem Trägerelement 5 ausgebaut
werden, indem die Durchmesser der rechten und linken Durchgangsbohrung 54 und 55 (siehe 5)
des Trägerelements 5 vergrößert werden,
der Wandler 10 gefasst und seitlich herausgezogen wird.
Danach wird der Resonator 7 vom Wandler 10 abgenommen, ein
anderer Resonator mittels der Schraube 42 ohne Kopf (siehe 4)
mit dem Wandler 10 verbunden und der mit dem Wandler 10 verbundene
Resonator waagrecht in das Trägerelement
eingesetzt wie oben beschrieben, so dass er waagrecht angeordnet
ist, wodurch ein Austausch des Resonators 7 auf einfache
Weise möglich
ist.
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Da
außerdem
bei dieser Ausführungsform wie
in 4 dargestellt der Resonator 7 auf seiner Außenfläche eine
Mehrzahl Arbeitsabschnitte 11 zum Verbinden aufweist, können die
Unterseiten 11a der Mehrzahl Arbeitsabschnitte 11 zum
Verbinden verschieden ausgeführt
werden, z.B. ist eine der Unterseiten 11a gitterartig,
eine andere Unterseite 11a hat senkrechte Rillen, eine
andere Unterseite 11a waagrechte Rillen und eine andere
Unterseite 11a ist geglättet,
so dass selbst dann, wenn eine Mehrzahl von miteinander zu verbindenden
Elementen W1 und W2 aus unterschiedlichen Materialien besteht, eine Mehrzahl
Verbindungsoperationen auf einer einzigen Ultraschall-Verbindungsvorrichtung
einwandfrei durchgeführt
werden kann, indem der Resonator 7 mit dem Wandler 10 in
Umfangsrichtung relativ zum Trägerelement 5 gedreht
wird, so dass der jeweilige zum Verbinden der unterschiedlichen
Materialien geeignete Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden
zur Aufnahme 13 weist, um die verschiedenen Materialien zu
verbinden. Haben außerdem
die Unterseiten 11a der Mehrzahl von Arbeitsabschnitten 11 zum
Verbinden die gleiche Form, kann die Anzahl der mit einem einzigen
Resonator 7 auszuführenden
Verbindungsoperationen um ein Mehrfaches erhöht werden, indem an Stelle
eines abgenutzten Arbeitsabschnitts 11 zum Verbinden ein
anderer Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden verwendet wird.
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Der
Ultraschalltrichter 18 mit einer Länge gleich der Wellenlänge der
Resonanzfrequenz ist in der obigen Ausführungsform dargestellt worden. Wird
ein Ultraschalltrichter mit einer Länge gleich einem Vielfachen
z.B. dem 2-, 3-, 4- oder 5-fachen der Wellenlänge der Resonanzfrequenz verwendet,
kann die einfache Durchführbarkeit
der Verbindungsarbeitsgänge
selbst dann sichergestellt werden, wenn die zu verbindenden Elemente
W1 und W2 lang sind. Auf jeden Fall ist es erforderlich, die Anschlussflächen 21 und 22 zwischen
dem Ultraschalltrichter 18 und den Verstärkern 19 und 20 an
Punkten mit maximaler Schwingungsamplitude, in denen die Spannung
null wird, und die Stützvorsprünge 16 und 17 als Auflagerungspunkte
der Verstärker 19 und 20 an Punkten
mit minimaler Schwingungsamplitude zu positionieren.
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Der
Ultraschalltrichter 18, der im obigen Ausführungsbeispiel
in Form eines Rundstabes dargestellt ist, kann jedoch z.B. auch
die Form eines Vierkantstabes haben, mit einer Mehrzahl Arbeitsabschnitte 11 zum
Verbinden an seiner Ober- und Unterseite, um die Unterseite 11a des
Arbeitsabschnitts 11 zum Verbinden an die physikalischen
Eigenschaften wie Fläche
und Dicke der Berührungsfläche und Material
der miteinander zu verbindenden Elemente anzupassen. Aus der Vielfalt
von Ultraschalltrichtern wird der für die physikalischen Eigenschaften
wie Form und Material der miteinander zu verbindenden Elemente am
besten geeignete gewählt.
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Im
obigen Ausführungsbeispiel
ist der Resonator 7 mit dem Ausgangsende des Wandlers 10 verbunden.
Es ist jedoch auch möglich,
die Schwingungsamplitude im Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden
zu ändern,
indem ein stabförmiger
Zwischenverstärker,
der aus einem Material besteht, das z.B. aus Titan, Aluminium oder
gehärtetem
Stahl gewählt wird,
und der eine Länge
gleich einem Mehrfachen der halben Wellenlänge zwischen dem Resonator 7 und
dem Wandler 10 hat. Der Zwischenverstärker wird anhand von 9 beschrieben.
In dieser 9 hat der Zwischenverstärker 70 eine
Länge gleich
der halben Wellenlänge
und besteht aus einem Halbabschnitt gleich einem Viertel der Wellenlänge als
Abschnitt 71 mit kleinem Durchmesser und dem anderen Halbabschnitt
als Abschnitt 72 mit großem Durchmesser sowie einem
Verbindungsabschnitt 73 zur Verbindung des Abschnitts 72 mit
dem großen Durchmesser
und des Abschnitts 71 mit dem kleinen Durchmesser, welcher
einen Kreisbogenabschnitt beschreibt, um Spannungskonzentration
zu mildern und glatt in den Abschnitt 72 mit großem Durchmesser
und in den Abschnitt 71 mit kleinem Durchmesser verläuft. Dieser
Verbindungsabschnitt 73 ist an allen Bereichen in Umfangsrichtung
des Abschnitts 72 mit großem Durchmesser und des Abschnitts 71 mit
kleinem Durchmesser ausgeformt. Schraubenlöcher 74 und 75 sind
in axialer Richtung in der Mitte beider Stirnflächen nach innen ausgeformt,
und ein Werkzeugansatzloch 76 ist in radialer Richtung
nach innen in der Außenfläche des
Zwischenverstärkers 70 ausgeformt.
Da der Zwischenverstärker 70 so
strukturiert ist, dass das Eingangs-/Ausgangsverhältnis (Verstärkung) der
Schwingungsamplitude durch das Volumenverhältnis des Abschnitts 72 mit
großem
Durchmesser zum Abschnitt 71 mit kleinem Durchmesser geändert wird,
wenn die Durchmesser des Abschnitts 72 mit großem Durchmesser
und des Abschnitts 71 mit kleinem Durchmesser z.B. so eingestellt
sind, dass das Volumen des Abschnitts 72 mit großem Durchmesser
das Zweifache des Abschnitts 71 mit kleinem Durchmesser
wird, der Wandler 10 vom Verstärker 19 des Resonators 7 entfernt
wird, während die
Schraube 42 ohne Kopf (7) im Verstärker 19 verbleibt,
der Abschnitt 72 mit großem Durchmesser mit dem Ausgangsende
des Wandlers 10 mittels der Schraubenlöcher 75 und 38 durch
Verwendung einer nicht dargestellten der Schraube 42 ohne
Kopf entsprechenden Schraube verbunden wird, und der Abschnitt 71 mit
kleinem Durchmesser mit dem Verstärker 19 mittels der
Schraubenlöcher 74 und 34 durch Verwendung
des hinteren Abschnitts der Schraube 42 ohne Kopf, der
aus dem Verstärker 19 herausragt, entspricht
die Schwingungsamplitude am Arbeitsabschnitt 11 zum Verbinden
des Resonators bei Verwendung des Zwischenverstärkers 70 dem Doppelten
der Schwingungsamplitude ohne Verwendung des Zwischenverstärkers 70.
Wird der Wandler 10 vom Verstärker 19 des Resonators 17 entfernt,
während
die in 8 dargestellte Schraube 42 ohne Kopf im
Verstärker 19 verbleibt,
der Abschnitt 71 mit kleinem Durchmesser mit dem Ausgangsende
des Wandlers 10 mittels der Schraubenlöcher 74 und 38 durch
Verwendung einer nicht dargestellten der Schraube 42 ohne
Kopf entsprechenden Schraube verbunden wird, und der Abschnitt 72 mit
großem Durchmesser
mit dem Verstärker 19 mittels
der Schraubenlöcher 75 und 34 durch
Verwendung des hinteren Abschnitts der Schraube 42 ohne
Kopf, der aus dem Verstärker 19 herausragt,
verbunden wird, entspricht die Schwingungsamplitude am Arbeitsabschnitt 11 zum
Verbinden des Resonators bei Verwendung des Zwischenverstärkers 70 der
halben Schwingungsamplitude ohne Verwendung des Zwischenverstärkers 70.
Da der Arbeitsraum 2 im Hauptkörper 1 selbst bei
Verwendung des Zwischenverstärkers
in waagrechter Richtung offen ist, wie in 1 dargestellt,
kann auf diese Weise der Zwischenverstärker 70 am Resonator 7 befestigt
werden, während
der Resonator im Trägerelement 5 sitzt.
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In
der obigen Ausführungsform
wird der Resonator 7 verwendet, bei dem die Arbeitsabschnitte 11 zum
Verbinden im Punkt f5 mit der maximalen Schwingungsamplitude liegen.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Eine
weitere nicht dargestellte Ausführungsform
ist möglich,
bei der der Punkt mit minimaler Schwingungsamplitude in der Mitte
des Ultraschalltrichters angeordnet ist, ein kreuzförmiger Schwingungswandler
um den Punkt mit minimaler Schwingungsamplitude vorgesehen ist,
der Arbeitsabschnitt zum Verbinden an der kreuzförmigen ebenen Oberfläche des
Schwingungswandlers vorgesehen ist, der Schwingungswandler die Übertragungsrichtung
der Ultraschallschwingung in eine gerade und eine dazu senkrechte Richtung ändert, der
Resonator unter Verwendung der Schwingungsenergie, die durch Kombination
der Ultraschallschwingung in der geraden Richtung und der Ultraschallschwingung
in der dazu senkrechten Richtung gewonnen wird, an beiden Enden
des Trägerelements 5 an
der Seite des Hauptkörpers 1 durch die
Stützvorsprünge 16 und 17 auf
eine solche Weise gehaltert wird, dass er waagrecht angeordnet ist,
und die Berührungsfläche Wa mittels
Ultraschallschwingung verbunden wird.
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10 zeigt
das äußere Aussehen
einer Ultraschall-Verbindungsvorrichtung, bei der der Resonator
senkrecht angeordnet ist. Eine Halterung 102 ist vor der
Frontwand 100a des Hauptkörpers 100 auf eine
solche Weise angeordnet, dass sie durch einen Führungsmechanismus 103 senkrecht
verfahren werden kann. Diese Halterung 102 haltert an beiden Enden
den Resonator 105, der mit dem Ausgangsende eines Wandlers 104 mittels
einer nicht dargestellten Schraube koaxial auf eine solche Weise
verbunden ist, dass er senkrecht in deren waagrechter Mitte angeordnet
ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist der Wandler 104 ein sog. elektroakustischer Wandler
oder ein elektrischer Schwingungswandler zum Wandeln elektrischer
Energie in mechanische Energie, der aus einem piezoelektrischen
Element, einem magnetostriktiven Element oder dgl. besteht, der
Schwingung einer vertikalen Ultraschallwelle mit einer vorgegebenen
Frequenz mittels elektrischer Energie, die er von einem nicht dargestellten
Ultraschallwellengenerator über
ein Kabel 106 empfängt,
erzeugt und aussendet. Der Resonator 105 besteht aus einer Legierung
z.B. einer Titanlegierung mit guten akustischen Eigenschaften und
ist stabförmig,
um in Resonanz mit der vom Wandler ausgesendeten Ultraschallschwingung
mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz zu schwingen. Der Resonator 105 weist
zwei Verstärker 105b,
die in axialer Richtung mit beiden Enden eines Ultraschalltrichters 105a mittels
nicht dargestellter Schrauben auf eine solche Weise verbunden sind,
dass sie koaxial zum Ultraschalltrichter angeordnet sind. Der Ultraschalltrichter 105a hat
einen kreuzförmigen
Schwingungswandler 105c und einen Arbeitsabschnitt 105d zum
Verbinden, der an einem Endabschnitt in waagrechter Richtung des
Kreuzes des Schwingungswandlers 105c vorgesehen ist. Die
beiden Verstärker 105b sind
mit Halteabschnitten 105e verbunden, um den Resonator 105 auf
eine solche Weise zu haltern, dass der Resonator 105 von
der Halterung 102 an beiden Enden gehaltert wird.
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Obere
und untere Halteabschnitte 102a der Halterung 102 haben
Dehnschlitze 102c zum Verändern der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 102b,
die senkrecht zur Aufnahme des Resonators 105 auf eine
solche Weise ausgeformt sind, dass sie koaxial zum Resonator 105 und
Schrauben 102d verlaufen, die von der Vorderseite der Halteabschnitte 102a durch
die Dehnschlitze 102c in den Halteabschnitte 102a eingeführt werden.
Die Schrauben 102d werden von der Vorderseite des Hauptkörpers 100 aus
eingeschraubt, um die Durchmesser der Durchgangsbohrungen 102b zu
verringern, während der
Resonator 105 in der Halterung 102 senkrecht durch
die Durchgangsbohrungen 102b installiert wird. Dadurch
haltert die Halterung 102 die Halteabschnitte 105e des
Resonators 105 und stützt
den Resonator 105 an beiden Enden. Wenn der Resonator 105 in
der Halterung 102 installiert wird, und der Schwingungswandler 105c lässt sich
nicht durch die Durchgangsbohrungen 102b schieben, wird
der Resonator 105 z.B. vom Wandler 104 getrennt,
ein unterer Endabschnitt des Resonators 105 wird von oben
nach unten in die untere Durchgangsbohrung 102b eingeführt, während ein
oberer Endabschnitt des Resonators 105 von unten nach oben
in die obere Durchgangsbohrung 102b eingeführt wird,
der Wandler 104 wird mit dem oberen Ende des Resonators 105 mittels
einer nicht dargestellten Schraube verbunden, und der Resonator 105 wird
in der Halterung 102 durch Anziehen der Schrauben 102d gehaltert.
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Die
Halterung 102 hat an ihrer rechten und linken vorderen
Oberfläche
Schellen 107.
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Eine
Stange 108 wird von unten nach oben in jede der Schellen 107 eingeführt, und
ein Bund 109, der mit der Unterseite der Schelle 107 in
Berührung steht,
wird am unteren Ende der Stange 108, das von der Schelle 107 aus
nach unten ragt, befestigt. Das von der Schelle 107 aus
nach oben ragende obere Ende der Stange 108 verläuft durch
die obere Wand 100e des Hauptkörpers 100, ein elastisches
Element 110, z.B. eine Wickelfeder, ist um die von der
oberen Wand 100e des Hauptkörpers 100 aus nach
oben ragende Stange 108 angeordnet und ein nicht dargestelltes
Außengewinde
ist am oberen Ende der Stange 108 ausgeformt, die von einem
Betätigungselement 111 aus
nach oben ragt. Der Abschnitt der Stange 108 mit diesem
Außengewinde
wird mit dem Betätigungselement 111 versehen,
das ein nicht dargestelltes Schraubenloch hat, indem das Außengewinde
mit dem im Schraubenloch ausgeformten Innengewinde in Eingriff gebracht
wird. Die Unterseite des Betätigungselements 111 und
die Oberseite der oberen Wand 100e des Hauptkörpers 100 halten
die oberen bzw. unteren Enden der elastischen Elemente 110,
Insbesondere dann, wenn keine Druckluft zum Anheben von einem nicht
dargestellten Druckluftversorgungskreis zum Druckluftzylinder 114,
der später beschrieben
wird, geliefert wird, hindert das obige elastische Element 110 die
Halterung 102 daran, durch ihr Eigengewicht herunterzufallen
und hält
sie in der obersten Stellung. Dieses Betätigungselement 111 hat
seitlich eine Schraube 112, die in die Stange 108 eingeschraubt
wird, um das Betätigungselement 111 verdrehfest
an der Stange 108 zu befestigen.
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11 zeigt
das Antriebssystem zum senkrechten Verfahren des Resonators. Der
Hauptkörper 100 hat
einen Innenraum 113, der von vorderen, hinteren, rechten,
linken, oberen und unteren Wänden 100a, 100b, 100c, 100d, 100e und 100f umgeben
ist und einen Druckluftzylinder 114 als Druckmechanismus
im Innenraum 113 aufweist. Der Druckluftzylinder 114 ist
an der oberen Wand 100e des Hauptkörpers 100 installiert,
wobei seine Kolbenstange 114a nach unten weist. Eine Entlastungsbohrung 100g ist in
der vorderen Wand 100a des Hauptkörpers 100 ausgeformt,
und ein Befestigungsabschnitt 102e der Halterung 102,
der von der hinteren Fläche
ihres mittleren Abschnitts waagrecht hervorragt, wird durch diese
Entlastungsbohrung 100g von der Vorderseite der vorderen
Wand 100a aus in das Innere des Innenraums 113 eingeführt. Der
in Innenraum 113 eingeführte
Befestigungsabschnitt 102e wird mit dem unteren Ende der
Kolbenstange 114a über
einen Kupplungsmechanismus 115 verbunden, wodurch der Resonator 105 an
beiden Seiten durch die Halterung 102 vor der vorderen
Wand 100a des Hauptkörpers 100 auf
eine solche Weise gehaltert wird, dass er senkrecht angeordnet ist.
Eine Aufnahme 116, die an der unteren Wand 100f,
die sich von der vorderen Wand 100a des Hauptkör pers 100 aus
erstreckt, ist unterhalb des Arbeitsabschnitts 105d zum
Verbinden angeordnet, der sich an der Unterseite des nach vorne
weisenden Abschnitts des Resonators 105 befindet, so dass
er zum Arbeitsabschnitt 105d zum Verbinden weist.
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12 ist
eine Vorderansicht der Ultraschall-Verbindungsvorrichtung mit einer
als Teilschnitt dargestellten Halterung. Der Führungsmechanismus 103 ist
sowohl an der rechten als auch an der linken Seite der vorderen
Oberfläche
der Frontwand 100a des Hauptkörpers 100 vorgesehen
und besteht aus einer Führungsschiene 103a als
Führungselement,
die mittels Schrauben 117 und Gleitelementen 103b als
zu führende
Elemente an der vorderen Oberfläche
der Frontwand 100a des Hauptkörpers 100 befestigt
sind und die senkrecht entlang der Führungsschiene 103a gleiten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind zwei Gleitelemente 103b für jede Führungsschiene 103a vorgesehen,
die mittels Schrauben 118 an der hinteren Oberfläche der
rechten und linken Wände
der Halterung 102 sowohl rechts als auch links vom Resonator 105 angeordnet
sind.
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13 zeigt
die Beziehung zwischen dem Wandler und der Ultraschallschwingung.
Dieser Resonator 105 ist so dimensioniert, dass er fünf Punkte mit
maximaler Schwingungsamplitude f11, f13, f15, f17 und f19 und vier
Punkte mit minimaler Schwingungsamplitude f12, f14, f16 und f18
jeweils zwischen den entsprechenden Punkten mit maximaler Schwingungsamplitude
aufweist, wenn er mit der vom Wandler 104 als senkrechte
Welle übertragenen Ultraschallschwingung
in Resonanz schwingt. Das bedeutet, dass die Gesamtlänge des
Resonators 105 gleich dem Zweifachen der Wellenlänge der
Resonanzfrequenz zu setzen ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
hat der Ultraschalltrichter 105a eine Länge vom Punkt f13 mit maximaler
Schwingungsamplitude bis zum Punkt f17 mit maximaler Schwingungsamplitude,
die gleich ist einer Wellenlänge,
und der Schwingungswandler 105c ist kreuzförmig um
den Punkt f14 mit minimaler Schwingungsamplitude herum angeordnet
und wandelt die vom Wandler 104 übertragene Ultraschallschwingung
in eine gerade und eine dazu senkrechte Richtung. Einer der Verstärker 105b hat
eine Länge von
Punkt f11 mit maximaler Schwingungsamplitude bis Punkt f13 mit maximaler
Schwingungsamplitude, was gleich ist der halben Wellenlänge, und
der andere Verstärker 105b hat
eine Länge
von Punkt f17 mit maximaler Schwingungsamplitude bis Punkt f19 mit maximaler
Schwingungsamplitude, was gleich ist der halben Wellenlänge. Zwei
Verbindungsflächen 105f zwischen
diesen Verstärkern 105b und
dem Ultraschalltrichter 105a liegen in den Punkten f13
und f17 mit maximaler Schwingungsamplitude. Der Momentanversatz
der von diesem Resonator 105 erzeugten Ultraschallschwingung
ist durch die Wellenformen mit durchgezogenen Linien L1 und L2 dargestellt.
Die mit der durchgezogenen Linie L1 dargestellte Wellenform zeigt
die vom Wandler 104 übertragene
und vom Schwingungswandler 105c in eine gerade Richtung
gewandelte Ultraschallschwingung, und die mit der durchgezogenen
Linie L2 dargestellte Wellenform zeigt die vom Schwingungswandler 105c in
die dazu senkrechte Richtung gewandelte Ultraschallschwingung,
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Gemäß des in 10 bis 13 dargestellten
Aufbaus wird aufgrund des wechselnden Druckluft-Zuführwegs des
nicht dargestellten Druckluft-Versorgungskreises die Kolbenstange 114a des Druckluftzylinders 3 betätigt, so
dass sie einfährt,
und der Arbeitsabschnitt 105d zum Verbinden wird nach oben
und weg von der Aufnahme 116 um eine vorgegeben Strecke
senkrecht zur Übertragungsrichtung der
Ultraschallschwingung vom Wandler 104 an den Resonator 105 verfahren.
Danach beendet die Kolbenstange 114a die Einfahrbewegung,
und der Arbeitsabschnitt 105d zum Verbinden bleibt in der obersten
Stellung stehen, wodurch ein vorgegebener Abstand zum Einbringen
und Herausnehmen der überlappten
Berührungsfläche Wa zwischen
einer Mehrzahl miteinander zu verbindender Elemente W1 und W2 zwischen
der Unterseite des Arbeitsabschnitts 105d zum Verbinden
und der Oberseite der Aufnahme 116 gebildet wird. Unter
dieser Bedingung wird die überlappte
Berührungsfläche Wa zwischen der
Mehrzahl der miteinander zu verbindenden Elemente W1 und W2, während sie
einander überlappen,
in den Arbeitsabschnitt zum Verbinden auf der Oberfläche der
Aufnahme 116 eingebracht.
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Danach
wird während
der Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, zu dem die Kolbenstange 114a betätigt wird,
um auszufahren, bis zu dem Zeitpunkt, in dem sie in der untersten
Stellung aufgrund des wechselnden Druckluft-Zuführwegs des Druckluft-Versorgungskreises
anschlägt,
die obere Oberfläche
der auf der Oberseite der Aufnahme 116 platzierten Berührungsfläche Wa mit
der Unterseite des Arbeitsabschnitts 105d zum Verbinden
des Resonators 105 in Berührung gebracht, und die Unterseite
der Berührungsfläche Wa wird
gegen die obere Oberfläche
der Aufnahme 116 gepresst und mit dieser in Kontakt gebracht.
Als Ergebnis wird die Berührungsfläche Wa zwischen
der Aufnahme 116 und dem Arbeitsabschnitt 105d zum
Verbinden durch Druck gehaltert.
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Da
der Resonator 105 und der Druckluftzylinder 114 der
Länge nach
angeordnet sind, soll nunmehr die Halterung 102 durch die
Reaktionskraft, die ausgeübt
wird, wenn die Berührungsfläche Wa durch den
Arbeitsabschnitt 105d zum Verbinden mit dem als Stützpunkt
dienenden Befestigungsabschnitt 102e durch Druck gehaltert
wird, schräg
nach vorne und hinten gedrückt
werden. Die Reaktionskraft wird jedoch über den Führungsmechanismus 103 von
der vorderen Wand 100a des Hauptkörpers 100 aufgenommen.
Deshalb wird die Halterung 102, selbst wenn sie auch einem
Leichtmetall wie Aluminium besteht, nicht durch Druck verschoben.
Als Ergebnis wird die Parallelität
zwischen der Unterseite des Arbeitsabschnitts 105d zum
Verbinden und der oberen Oberfläche
der Aufnahme 116 aufrechterhalten, und die Schwingungsenergie
ist auf die Berührungsfläche Wa konzentriert,
wodurch die Festigkeit der Verbindung stabilisiert wird.
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Entweder
nach oder vor der Druckhalterung der Berührungsfläche Wa wird elektrische Energie vom
nicht dargestellten Ultraschallwellengenerator an den Wandler 104 geliefert,
um diesen zu veranlassen, Ultraschallschwingung zu erzeugen. Der
Resonator 105 schwingt mit dieser Ultraschallschwingung in
Resonanz, und der Arbeitsabschnitt 105d zum Verbinden schwingt
mit der maximalen Schwingungsamplitude senkrecht zur Richtung der
Druckbeaufschlagung durch den Druckluftzylinder 114, um
die Berührungsfläche Wa mittels
Pressverbinden zu verbinden.
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Nach
Beendigung des Verbindens der Berührungsfläche Wa während der Zeitspanne ab dem Zeitpunkt,
zu dem Druckluftzylinder 114 zum Einfahren betätigt wird,
bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Arbeitsabschnitt 105d zum
Verbinden aus der untersten Stellen aufgrund des wechselnden Druckluft-Zuführwegs des
Druckluft-Versorgungskreises in die oberste Stellung verfährt und
anschlägt,
wirkt die elastische Kraft des elastischen Elements 110,
das bestrebt ist, sich durch diese auszudehnen, auf die Halterung 102 und
unterstützt
die Aufwärtsbewegung des
Druckluftzylinders 114, während die Zufuhr von elektrischer
Energie vom nicht dargestellten Ultraschallwellengenerator zum Wandler 104 aufhört. Aus diesem
Grund wird die ursprüngliche
Aufwärtsbewegung
des Druckluftzylinders 114 selbst bei nicht so hohem Druck
zur Aufwärtsbewegung
des Druckluft Zylinders 114 beschleunigt, und der Arbeitsabschnitt 105d zum
Verbinden trennt sich augenblicklich von der Berührungsfläche Wa, wodurch die Hubzeit
verkürzt
wird.
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Nachdem
schließlich
die Druckhalterung der Berührungsfläche Wa durch
den Arbeitsabschnitt 105d zum Verbinden und die Aufnahme 116 aufgehoben
worden ist, werden die obere Oberfläche der Aufnahme 116 und
die Unterseite des Arbeitsabschnitts 105d zum Verbinden
augenblicklich von der Berührungsfläche Wa,
die verbunden worden ist, getrennt, und die Mehrzahl der Elemente
W1 und W2, die an der Berührungsfläche Wa miteinander
verbunden worden sind, wird aus dem vorgegebenen Raum zwischen der
Aufnahme 116 und dem Arbeitsabschnitt 105d zum
Verbinden entnommen, wodurch der Schritt des Verbindens beendet
ist.
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In
der obigen Ausführungsform
ist der Ultraschalltrichter 105a mit einer Länge gleich
einer Wellenlänge
dargestellt, er kann aber auch so geformt sein, dass er eine Länge vom
Punkt f13 mit maximaler Schwingungsamplitude bis zum Punkt f15 mit
maximaler Schwingungsamplitude (13) hat,
die gleich ist der halben Wellenlänge, und die Verstärker 105b können getrennt
mit beiden Enden des Ultraschalltrichters 105a mittels
Schrauben in der Weise verbunden werden, dass sie koaxial zum Ultraschalltrichter 105a angeordnet
sind, wodurch der Resonator 105 so dimensioniert ist, dass
er eine Länge gleich
2/3 der Wellenlänge
hat.
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In
der obigen Ausführungsform
ist der Resonator 105 direkt mit dem Ausgangsende des Wandlers 104 verbunden.
Es ist jedoch möglich,
die Schwingungsamplitude im Arbeitsabschnitt 105d zum Verbinden
zu ändern,
indem ein Zwischenverstärker
zwischen dem Resonator 105 und dem Wandler 104 verwendet
wird. Der Zwischenverstärker
hat eine Länge
gleich einem Mehrfachen der halben Wellenlänge, besteht aus einem Material,
das z.B. aus Titan, Aluminium und gehärtetem Stahl gewählt wird,
und ist so strukturiert, dass das Eingangs-/Ausgangsverhältnis (Verstärkung) der Schwingungsamplitude
durch das Volumenverhältnis seines
stabförmigen
Abschnitts mit großem
Durchmesser zum stabförmigen
Abschnitt mit kleinem Durchmesser geändert wird.