DE69907484T2 - Rotierendes akustisches horn mit einer hülse - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein rotierendes akustisches Horn gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 5.
  • Beim akustischen Schweißen, z. B. Ultraschallschweißen, werden zwei zu verbindende Teile (normalerweise thermoplastische Teile) direkt unter einem Ultraschallhorn angeordnet. Beim Tauchschweißen taucht das Horn ein (bewegt sich zu den Teilen hin) und überträgt Schwingungen in das angrenzende Teil. Die Schwingungen wandern durch dieses Teil bis zu einer Grenzfläche der beiden Teile. Hier wird die Schwingungsenergie durch intermolekulare Reibung in Wärme umgewandelt, die die beiden Teile zum Schmelzen bringt und verschmilzt. Wenn die Schwingungen aufhören, erstarren die beiden Teile unter Krafteinwirkung, wobei an der Verbindungsfläche eine Schweißverbindung entsteht.
  • Ultraschallnahtschweißen wird normalerweise zum Schweißen von Geweben, Folien und anderen Teilen verwendet. In diesem Modus ist das Ultraschallhorn normalerweise feststehend, und das Teil darunter bewegt sich. Durchlaufschweißen ist ein kontinuierliches bzw. Nahtschweißverfahren, bei dem das Teil unter einem oder mehreren feststehenden Hörnern vorbeigeführt wird. Beim Querschweißen bleiben der Tisch, über den die Teile laufen, und das zu schweißende Teil zueinander feststehend, während sie sich unter dem Horn bewegen oder während sich das Horn über ihnen bewegt.
  • Viele Anwendungen der Ultraschallenergie zum Verbinden und Trennen von thermoplastischen Materialien erfordern Ultraschallhörner oder -werkzeuge. Ein Horn ist ein akustisches Werkzeug, dessen Länge normalerweise ein Mehrfaches der halben Wellenlänge des Hornmaterials beträgt und das beispielsweise aus Aluminium, Titan oder Stahl besteht und das die mechanische Schwingungsenergie auf das Teil überträgt. (Normalerweise haben diese Materialien Wellenlängen von annähernd 25 cm (10 Zoll).) Der Schwingweg oder die Amplitude des Horns ist die Schwingungsbreite der Hornstirnseite. Das Verhältnis zwischen der Hornausgangsamplitude und der Horneingangsamplitude wird als Verstärkung bezeichnet. Die Verstärkung ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Masse des Horns am Schwingungseingangsteil und der am Schwingungsausgangsteil. Im allgemeinen stimmt bei Hörnern die Amplitudenrichtung an der Stirnseite des Horns mit der Richtung der angelegten mechanischen Schwingungen überein.
  • Traditionell werden beim Ultraschalltrennen und -schweißen Hörner verwendet, die axial gegen einen starren Amboß schwingen, wobei das zu schweißende oder zu trennende Material zwischen dem Horn und dem Amboß angeordnet ist. Als Alternative ist das Horn beim Hochgeschwindigkeitsdurchlaufschweißen oder -trennen feststehend, während sich der Amboß dreht, und das Teil läuft zwischen dem Horn und dem Amboß durch. In diesen Fällen wird die Lineargeschwindigkeit des Teils an die Tangentialgeschwindigkeit der Arbeitsfläche des sich drehenden Ambosses angepaßt.
  • Es gibt jedoch bei diesem System bestimmte Begrenzungen. Da das zu schweißende Teil kontinuierlich zwischen dem schmalen Spalt, der vom Amboß und vom Horn gebildet wird, hindurchgeführt wird, entstehen infolge von Ungleichmäßigkeiten in der Dicke des Teils Druckschwankungen. Es entsteht ein Widerstand zwischen dem Teil und dem Horn, und dieser kann Restspannungen im geschweißten Bereich bewirken. Diese Faktoren beeinflussen die Schweißqualität und -festigkeit, die wiederum die Geschwindigkeiten der Fertigungslinie begrenzen. Außerdem begrenzt der Spalt zwischen dem rotierenden Amboß und dem Horn das komprimierbare Volumen oder die Dicke der zu verbindenden Teile.
  • Eine Möglichkeit zur Minimierung dieser Begrenzungen besteht darin, die Arbeitsfläche des Horns so zu formen, daß in Abhängigkeit von dem Teil ein zunehmend konvergierender oder divergierender Spalt entsteht. Damit wird das Problem, daß das zu verbindende Material an einem feststehenden Horn vorbeibewegt werden muß, nicht vollständig gelöst, da für eine effiziente Schallenergieübertragung ein enger Kontakt notwendig ist.
  • Die beste Möglichkeit, sehr gute und sehr schnelle Ultraschallschweißverbindungen zu erreichen, besteht darin, ein rotierendes Horn mit einem rotierenden Amboß zu verwenden. Normalerweise ist ein rotierendes Horn zylindrisch und dreht sich um eine Achse. Die Eingangsschwingung erfolgt in der Axialrichtung und die Ausgangsschwingung in der Radialrichtung. Das Horn und der Amboß sind zwei nahe aneinander liegende Zylinder, die in entgegengesetzten Richtungen mit gleichen Tangentialgeschwindigkeiten rotieren. Die zu verbindenden Teile laufen zwischen diesen zylindrischen Flächen mit einer Lineargeschwindigkeit hindurch, die der Tangentialgeschwindigkeit dieser zylindrischen Flächen entspricht. Durch Angleichung der Tangentialgeschwindigkeiten des Horns und des Ambosses an die Lineargeschwindigkeit des Materials wird der Widerstand zwi- schen dem Horn und dem Material minimiert. Die Erregung in der Axialrichtung entspricht der beim herkömmlichen Tauchschweißen.
  • US-A-5 096 532 beschreibt zwei Klassen von rotierenden Hörnern. Das Patent vergleicht ein handelsübliches rotierendes Horn, das von Mecasonic-KLN, Inc. in Fullerton, Kalifornien hergestellt ist (Mecasonic-Horn), und ein rotierendes Horn, das in US-A-5 096 532 beschrieben ist. Die Form des Horns aus US-A-5 096 532 unterscheidet sich von der des Mecasonic-Horns; das Horn aus US-A-S 096 532 ist massiv, und das Mecasonic-Horn ist ein teilweise hohler Zylinder.
  • Das Mecasonic-Horn ist ein Vollwellenlängenhorn. Die Axialschwingung erregt die Zylinderbiegeschwingungsform, um die Radialbewegung zu erzeugen, und die Schwingungsform hängt von der Poisson-Zahl ab. Die Radialbewegung der Schweißfläche ist phasengleich mit der Erregung, und es sind zwei Knoten für die Axialbewegung und zwei Knoten für die Radialbewegung vorhanden. Das Horn aus US-A-5 096 532 ist ein Halbwellenlängenhorn. Die Axialschwingung bewirkt die Radialbewegung. Die Schwingungsform ist von der Poisson-Zahl unabhängig. Die Radialbewegung der Schweißfläche ist phasenungleich mit der Erre gung, und es ist nur ein Knoten vorhanden, am geometrischen Mittelpunkt der Schweißfläche.
  • US-A-S 707 483 und US-A-5 645 681 beschreiben neuartige rotierende akustische Hörner.
  • In bestimmten Fällen wird eine Carbidspitze auf die Schweißfläche eines (nichtrotierenden) Titan- oder Aluminiumstabhorns hart aufgelötet, um die Verschleißcharakteristik zu verbessern. Es wird auch eine dünne Beschichtung aus hartem Material auf die Schweißfläche aufgebracht, um die Verschleißcharakteristik zu verbessern. Der Knoten ist eine Position am Horn, wo die Axialschwingung am kleinsten oder null ist. In einem "Elmore"-Verstärker ist der Knotenträger (an dem sich eine Klemmverbingung befindet) am Verstärker entweder mit einer Feststellschraube oder durch Schrumpfsitz befestigt.
  • Es wird jedoch nirgendwo vorgeschlagen, rotierende Hörner aus verschiedenen Materialien herzustellen. Bekannte rotierende Hörner haben alle auf der Schweißfläche sowie auf dem Rest des Schweißabschnitts das gleiche Material. Diese Hörner bestehen aus Aluminium (7075-T6), Titan (6a1-4v) oder Stahl (D2-Werkzeugstahl, Edelstahl, 15–5 PH oder andere Stähle). Jedes dieser Materialien hat Vor- und Nachteile. Im allgemeinen ist die Härte von Aluminium und Titan im Vergleich zur Härte des Ambosses gering. Deshalb wird die Schweißfläche des Horns relativ leicht zerstört (z. B. durch Rillenbildung), wenn sie mit einem harten Amboß verwendet wird. Der Schaden ist ausgeprägter, wenn das Horn den Amboß direkt berührt, z. B. bei einem Trenn- oder Schweißvorgang oder wenn sich das Horn auf dem Amboß ohne Material dazwischen bewegt.
  • Um die Haltbarkeit zu verbessern, können rotierende Hörner mit einem härteren Material hergestellt werden, z. B. mit D2-Werkzeugstahl oder Tiegelpulvermetall-Werkzeugstahl. Da das Hornmaterial härter ist als der Amboß, wird die Hornschweißfläche nicht zerkratzt oder gerillt. Der Betrieb von Stahlhörnern erfordert jedoch eine deutlich höhere Leistung als ein Aluminium- oder Titanhorn. Eine größere Leistungsaufnahme erwärmt das Horn bei höheren Amplituden.
  • WO-A-94/14 583 betrifft eine Bandtrennvorrichtung und beschreibt eine solche Vorrichtung, die einen durch Ultra schall in Schwingung versetzten rotierenden Zylinder mit einem ringförmigen piezoelektrischen Kern verwendet, der von einer Titanlegierungshülse umgeben ist, die als Verstärker für die Ultraschallschwingungen wirkt. Der Zylinder schwingt in der Umfangsschwingungsform. Die piezoelektrischen Kristalle wirken als Wandler, der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.
  • US-A-5 820 011 betrifft ein Ultraschallwerkzeughorn zur Verwendung bei Ultraschallbearbeitung, Ultraschallschweißen usw., das einen Horn-Hauptkörper hat, der aus einer wärmebehandelbaren Aluminiumlegierung besteht. Die Aluminiumlegierung ist so wärmebehandelt, daß sie eine Vickers-Härte von 100 oder mehr hat. Eine dünne Zwischenschicht aus einer nichtwärmebehandelbaren Aluminiumlegierung kann zwischen dem Horn-Hauptkörper und einem Keramikwerkzeug, das an einem schlanken Endabschnitt des Horn-Hauptkörpers angebracht ist, vorhanden sein.
  • US-A-3 224 915 betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines thermoplastischen Bahnmaterials durch Ultraschallschwingungen. Das Schweißwerkzeug der Vorrichtung aus US-A-3 224 915 besteht aus einem Metallrand oder -ring, der den Umfang eines rotierenden Vibrators bildet, und radial gerichtete mechanische Schwingungen werden im rotierenden Vibrator erzeugt und auf das Umfangsringwerkzeug übertragen, um das thermoplastische Bahnmaterial miteinander zu verbinden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes rotierendes akustisches Horn zur Übertragung von Energie bei einer gewählten Wellenlänge, Frequenz und Amplitude bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem rotierenden akustischen Horn, das im unabhängigen Anspruch 1 definiert ist, und mit dem rotierenden akustischen Horn gelöst, das im unabhängigen Anspruch 5 definiert ist.
  • Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Das erfindungsgemäße rotierende akustische Horn überträgt Energie in einer gewählten Wellenlänge, Frequenz und Amplitude. Das Horn weist einen Schaft mit einem Axialeingangs ende und einem Axialausgangsende auf. Ein Schweißabschnitt ist am Schaft angeordnet. Der Schweißabschnitt hat eine Schweißfläche, die sich beim Aufbringen von Schallenergie auf das Eingangsende des Schafts ausdehnt und zusammenzieht. Das Horn besteht aus mindestens zwei Materialien.
  • Mindestens ein Abschnitt der Schweißfläche kann aus einem anderen Material als der Rest des Schweißabschnitts bestehen. Der Schweißabschnitt kann eine Hülse aufweisen. Die Hülse kann auf den Schweißabschnitt aufgeschrumpft sei. Die Länge der Hülse kann kleiner, gleich oder größer als die Länge der Schweißfläche sein.
  • Das Horn kann auch aus einem einzigen Material bestehen, wobei jedoch der Schweißabschnitt aus einem Kernabschnitt und einem Hülsenabschnitt bestehen kann, so daß die Charakteristik des Horns durch Änderung des Hülsenabschnitts geändert werden kann.
  • Die Erfindung wird nachstehend ausführlich in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Horns mit einer einzelnen Schweißfläche.
  • 2 ist eine Schnittansicht eines Horns einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform mit mehreren Schweißflächen.
  • 3 ist eine Schnittansicht eines Horns einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
  • Das erfindungsgemäße rotierende Horn kann ein akustisches rotierendes Vollwellenlängenhorn, Halbwellenlängenhorn oder Horn mit einem Mehrfachen der halben Wellenlänge sein. Das Horn kann ein Ultraschallhorn sein. Das Horn überträgt Energie bei einer bestimmten bzw. gewählten Wellenlänge, Frequenz und Amplitude. Das Horn kann Teile über eine relativ große Breite mit einer gewünschten (häufig konstanten) Amplitude an der radialen Schweißfläche durch Ultraschall verschweißen. Das rotierende Horn kann durch eine Hinterschneidung zwischen dem Innenzylinder und der radialen Schweißfläche eine gesteuerte Amplitude über die Schweißflächenbreite beibehalten.
  • Das rotierende Horn 10, das in 1 gezeigt ist, weist einen zylindrischen Schaft 12 mit einem Axialeingangsende 11 und einem Axialausgangsende 13 auf. Ein zylindrischer Schweißabschnitt 14 ist am Schaft 12 angeordnet und mit diesem koaxial. Der Schaft 12 kann einen hohlen Abschnitt 15 haben. Dieser hohle Abschnitt 15 kann sich über mehr als die Hälfte der Axiallänge des Schafts 12 erstrecken und länger als der Schweißabschnitt 14 sein. Der Schaft kann sich auch über mehr als die Hälfte der Axiallänge des Schweißabschnitts erstrekken.
  • Der Durchmesser des Schweißabschnitts 14 kann größer sein als der des Schafts 12. Wie gezeigt, hat der Schweißabschnitt 14 eine radial außenliegende zylindrische Schweißfläche 16 mit einem Durchmesser, der sich bei Anwendung von Ultraschallenergie ausdehnt und zusammenzieht. Ein erster und ein zweiter Endabschnitt 18, 20, die sich gegenüberliegen, sind an den Enden des Schweißabschnitts 14 ausgebildet.
  • Die Mitte der Schweißfläche 16 sollte am Punkt der größten Durchbiegung in der Radialrichtung des Schafts 12 liegen. Dies ist ein Knotenpunkt für die Axialbewegung des Horns 10. Wenn die Mitte der Schweißfläche 16 über den höchsten Durchbiegungspunkt verschoben wird, ist die Amplitude unten höher als oben. Wenn die Schweißfläche 16 unter dem höchsten Durchbiegungspunkt liegt, ist die Amplitude oben höher.
  • Die Verstärkung kann an der Schweißfläche 16 durch Änderung der Masse am Eingangsteil des Horns geändert werden. Die Hörner können um irgendein Mehrfaches der halben Wellenlänge verlängert werden. Die Verlängerung kann eine getrennte Komponente sein, die am Ausgangsende des Horns angeordnet ist, oder sie kann mit dem Rest des Horns zu einem Stück integriert ausgebildet sein. Dadurch entsteht dennoch bei der Hornfrequenz die gleiche Amplitude an der Schweißfläche.
  • Wie in 2 gezeigt, können mehrere Schweißabschnitte verwendet werden. Die Befestigung aufeinanderfolgender Schweißabschnitte am Schaft 12 kann in einem Abstand (Mittenabstand zwischen benachbarten Schweißabschnitten) einer halben Wellenlänge des Hornmaterials erfolgen. Bei Bedarf können Zwischenschweißabschnitte übersprungen werden, so daß die Schweißabschnitte in vollen Wellenlängen des Hornmaterials positioniert sind. Dies kann besonders bei großen Schweißflächenbreiten notwendig sein.
  • Der innere Schaft und der äußere Schweißabschnitt sind als konzentrische Zylinder mit konstantem Durchmesser dargestellt. Die Zylinder könnten jedoch verschiedene Radien haben oder nichtkonzentrisch sein, und der Schweißabschnitt muß nicht zylindrisch sein, um mit verschiedenen Schweißkonfigurationen arbeiten zu können. Beispielsweise könnte der Schweißabschnitt ein nichtzylindrischer konischer Teil sein. Er könnte in der Radialrichtung elliptisch oder kann kugelförmig sein.
  • Das erfindungsgemäße rotierende Horn besteht aus einer Kombination aus zwei oder mehr Materialien, um spezifische Vorteile, z. B. eine geringere Leistungsaufnahme, eine höhere Schweißoberflächenhärte, längere Haltbarkeit des Horns und größere Flexibilität bei der Gestaltung des Horns, im Vergleich zu Hörnern aus einem Material zu erreichen. (Geringere Leistungsaufnahme reduziert die Erwärmung des Horns, was einen Abfall der Arbeitsfrequenz bewirken würde. Die Wärmeerzeugung ändert die Prozeßbedingungen und macht den Prozeß variabel.)
  • Das rotierende Horn der dargestellten Ausführungsformen hat eine getrennte Hülse 22, die am Schweißabschnitt 14 angeordnet ist, um die Schweißfläche 16 zu bilden. Die Hülse 22 kann die gleiche Länge haben wie der Schweißabschnitt 14, oder sie kann länger oder kürzer sein. Auf den gleichen Schweißabschnitt können mehr als eine Hülse 22 aufgeschrumpft sein, oder sie können verschiedene Durchmesser haben oder aus verschiedenen Materialien bestehen. 3 zeigt eine Ausführungsform, die diese Merkmale kombiniert.
  • Das rotierende Horn 10 kombiniert die Vorteile verschiedener Materialien. Beispielsweise kann der Hauptabschnitt des Horns, der als Kern 24 bezeichnet ist, entweder aus Titan oder Aluminium (die eine geringere Leistungsaufnahme haben) bestehen, während die Schweißflächenhülse 22 aus gehärtetem Stahl bestehen kann, um die Haltbarkeit zu verbessern.
  • Tabelle 1 vergleicht die Lehrbuchmaterialeigenschaften von Aluminium, Titan und Stahl. Tabelle 2 vergleicht den Auf bau und das Verhalten von rotierenden Hörnern, die aus den in Tabelle 1 verglichenen Materialien bestehen. Da die Materialien annähernd das gleiche Verhältnis zwischen Modul und Dichte haben, ist die Form und Geometrie des Horns aus jedem Material gleich.
  • Tabelle 1 Materialeigenschaften
    Figure 00090001
  • Tabelle 2 Aufbau und Verhalten des Horns
    Figure 00090002
  • Titan ist bei hohen Amplituden wegen seines hohen Sicherheitsfaktors am besten geeignet. Die aufgenommene Leistung und die im Horn erzeugte Wärme ist proportional der Formänderungsenergie, die eine Funktion des Moduls und des Formänderungsquadrats (Quadrat der Amplitude) ist. Die aufgenommene Leistung bei Titan- und Stahlhörnern ist also 1,6- bzw. 3,0-mal größer als die von Aluminiumhörnern. Wenn die Amplitude verdoppelt wird, ist die Leistungsaufnahme bei Stahl im Vergleich zu Aluminium und Titan deutlich höher. Da die Wärmeleitfähigkeit bei Aluminium höher ist, wird die lokal erzeugte Wärme im Bereich der größeren Formänderung besser an andere Teile abgeleitet, so daß das Horn schnell und gleichmäßig abkühlen kann.
  • Werkzeugstahl ist viel härter als Aluminium und Titan. Daher entsteht ein geringerer Oberflächenschaden, wenn ein Stahlhorn mit einem Amboß verwendet wird. Aluminium und Titan sind zäher bzw. duktiler. Dies bedeutet, daß das Vorhandensein von Mikrorissen im Vergleich zu einem gehärteten Stahlhorn weniger schädlich ist.
  • Aluminium ist billiger und leichter zu verarbeiten als die anderen Materialien. Stahl ist vor dem Härten billiger und leichter zu bearbeiten als Titan. Titan ist teuer und seine Bearbeitung kostet deutlich mehr.
  • Das rotierende Horn 10 vereint die Nachteile dieser mehreren Materialien. Wenn beispielsweise der Kern 24 aus Aluminium und die Hülse 22 aus gehärtetem D2-Werkzeugstahl ist, nimmt das Horn wenig Leistung auf, wie ein Aluminiumhorn, hat eine harte Schweißfläche, wie ein Stahlhorn, und ist leicht zu bearbeiten und relativ billig. Wenn der Kern aus Titan und die Hülse aus gehärtetem D2-Werkzeugstahl ist, hat das Horn eine hohe Festigkeit und eine harte Schweißfläche.
  • Es bestehen weitere Vorteile, wenn eine getrennte Hülse als Schweißfläche verwendet wird. Die Schweißmuster können in die Hülse eingearbeitet sein. Wenn ein neues Muster gewünscht wird, muß nur die Hülse gewechselt werden; es muß nicht das gesamte Horn zerstört werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß, wenn die Hornfrequenz höher ist als erwünscht, eine neue Hülse mit einer größeren Dicke angebracht werden kann, die das Horn abgestimmt, ohne daß ein völlig neues Horn hergestellt werden muß. Wenn die Hülse auf den Kern aufgeschrumpft wird, ist die Hülse einer Ringzugspannung ausgesetzt, während der Kern einer Druckspannung ausgesetzt ist. Da die Aluminiumermüdungsfestigkeit gering ist (die Wechselbeanspruchung hängt von der Schwingung ab), kann die Vorspannung durch Aufschrumpfen die Lebensdauer des Horns erhöhen. Wenn die Hülse eine Vorpannung ausüben soll, kann sie auch an anderen Stellen aufgeschrumpft werden. Beispielweise kann die Hülse in dem hohlen Abschnitt 15 angeordnet sein, so daß die Hülse einem Druck ausgesetzt ist.
  • Wenn innere Aussparungen oder Schlitze im Schweißabschnitt ausgeführt werden sollen, beispielsweise um eine gleichmäßige Amplitude zu erreichen, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Aussparungen im Kern auszuführen, wobei die Hülse auf die Aussparungen aufgeschrumpft wird und der Kern die Schlitze schließt. Dadurch wird die Herstellung dieser Hornarten vereinfacht.
  • Die Hülse 22 kann durch jedes Verfahren, einschließlich Aufschrumpfen, innenliegende Schrauben und Klebstoff, auf den Kern 24 aufgebracht werden. Beim Aufschrumpfen ist der Außendurchmesser des Kerns 24 größer als der Innendurchmesser der Hülse 22. Diese Unstimmigkeit muß genau bemessen sein. Wenn die Unstimmigkeit gering ist, bewirkt die Scherspannung, die während der Schwingung erzeugt wird, einen Schlupf, der zur Wärmeerzeugung an der Grenzfläche zwischen Kern und Hülse führt. Wenn die Unstimmigkeit zu groß ist, kann die durch die Schrumpfung bedingte Ringzugspannung in der Hülse, die durch die Vibrationsspannung bewirkt wird, ein Versagen der Hülse bewirken. Ein Strukturklebstoff an der Grenzfläche zwischen Kern und Hülse kann entlang der Aufschrumpfung verwendet werden. Die Druckspannung durch das Aufschrumpfen trägt dazu bei, den Klebstoff zu halten. Außerdem kann eine Aufrauhung der Grenzflächen dazu beitragen, den Klebstoff zu halten. Wenn kein Klebstoff verwendet wird, ist eine Durchmesserunstimmigkeit von etwa 2 mil/Zoll des Horndurchmessers erwünscht. Beim Aufschrumpfen kann der Kern des Horns in Trockeneis gekühlt und die Hülse in einem Ofen erwärmt werden. Wegen der Schrump fung des Außendurchmessers des Kerns besteht keine Notwendigkeit für eine übermäßige Erwärmung der Hülse.
  • Verschiedene Änderungen und Modifikationen können erfindungsgemäß erfolgen, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Obwohl das Horn als aus Aluminium, Titan und Stahl bestehend beschrieben worden ist, können auch andere Materialien, Metalle und Nichtmetalle verwendet werden. Außerdem kann das Horn aus mehr als zwei Materialien bestehen. Eine Hülse aus einem härteren Material kann auch auf anderen Abschnitten des Horns angeordnet sein, nämlich wo ein geringerer Verschleiß erwünscht ist, z. B. im Knotenbereich, um den Verschleiß aufgrund der Lageranordnung zu reduzieren.

Claims (7)

  1. Rotierendes akustisches Horn (10) zum Übertragen von Energie bei einer gewählten Wellenlänge, Frequenz und Amplitude, wobei das Horn aufweist: einen Schaft (12) mit einem Axialeingangsende (11) und einem Axialausgangsende (13); gekennzeichnet durch mindestens einen Schweißabschnitt (14), der am Schaft (12) angeordnet ist, wobei der Schweißabschnitt eine Schweißfläche (16) aufweist, die sich bei Aufbringen von Schallenergie auf das Eingangsende des Schafts ausdehnt und zusammenzieht und wobei das Horn aus mindestens einem ersten und einem zweiten Material besteht.
  2. Rotierendes akustisches Horn (10) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt der Schweißfläche (16) aus dem zweiten Material besteht und der Rest des Schweißabschnitts aus dem ersten Material besteht.
  3. Rotierendes akustisches Horn (10) nach Anspruch 2, wobei der Abschnitt der Schweißfläche (16), der aus dem zweiten Material besteht, mindestens eine Hülse (22) aufweist.
  4. Rotierendes akustisches Horn (10) nach Anspruch 3, wobei die Länge der Hülse (22) entweder kleiner, gleich oder größer als die Länge der Schweißfläche (16) ist.
  5. Rotierendes akustisches Horn (10) zum Übertragen von Energie bei einer gewählten Wellenlänge, Frequenz und Amplitude, wobei das Horn einen Schaft (12) mit einem Axialeingangsende (11) und einem Axialausgangsende (13) aufweist; gekennzeichnet durch einen Schweißabschnitt (14), der am Schaft angeordnet ist, wobei der Schweißabschnitt eine Schweißfläche (16) aufweist, die sich beim Aufbringen von Schallenergie auf das Eingangsende des Schafts ausdehnt und zusammenzieht; und wobei der Schweißabschnitt aus einem Kernabschnitt (24) und einem Hülsenabschnitt (22) besteht, so daß die Charakteristik des Horns, durch Änderung des Hülsenabschnitts geändert werden kann.
  6. Rotierendes akustisches Horn (10) nach Anspruch 5, wobei der Kernabschnitt (24) aus einem ersten Material und der Hülsenabschnitt (22) aus einem zweiten Material besteht.
  7. Rotierendes akustisches Horn (10) nach Anspruch 3 oder 6, wobei das erste Material Aluminium und/oder Titan und das zweite Material Stahl. aufweist.
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