DE9117295U1 - Drehbares Ultraschallhorn - Google Patents
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Claims (18)
1. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80;
90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000), das mit einer Frequenz
von etwa 18 bis etwa 60 kHz zu erregen ist, wobei das Horn
(10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130;
140; 4000) ein geformtes massives Metallobjekt umfaßt, das
eine von einem ersten Ende (12; 22; 32; 42; 52; 62; 72;
82; 92; 103; 113; 123; 132; 143; 4003) und einem zweiten
Ende (13; 23; 35; 47; 55; 65; 75; 85; 95; 106; 116; 126;
135; 146; 4004) begrenzte radiale Oberfläche (11; 21; 31;
41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002)
aufweist, sowie eine Rotationsachse (14; 24; 36; 48; 56;
68; 78; 88; 98; 109; 119; 129; 138; 149; 4001), wobei
jedes der Enden durch eine Oberfläche festgelegt ist und
das Objekt axial symmetrisch ist, wobei Durchmesser,
Breite und Dicke für eine gewünschte Frequenz gewählt
sind, so daß das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90;
100; 110; 120; 130; 140; 4000) bei Erregung mittels
Ultraschallenergie mit einer derartigen Frequenz, die an
der Rotationsachse (14; 24; 36; 48; 56; 68; 78; 88; 98;
109; 119; 129; 138; 149; 4001) an und im wesentlichen
senkrecht zu einem oder beiden Enden angelegt wird, in der.
Lage ist, derart in Resonanz zu treten, daß
- 1. das erregte Ende sich im wesentlichen phasengleich mit der Bewegung der Erregerquelle bewegt;
- 2. das entgegengesetzte Ende, unabhängig davon, ob es aktiv erregt worden ist oder nicht, sich im wesentlichen phasenungleich mit der Bewegung des erregten Endes bewegt;
- 3. die das Werkstück berührende radiale Oberfläche sich ebenfalls phasenungleich mit der Bewegung des erregten Endes bewegt; und
- 4. das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100;
110; 120; 130; 140; 4000) einen einzigen Knotenpunkt
in seinem geometrischen Mittelpunkt aufweist,
wobei das drehbare Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80;
90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) einen Durchmesser
aufweist, der größer ist als die Breite des Horns (10; 20;
30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140;
4000), dadurch gekennzeichnet, daß
- A) der Durchmesser des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) im Bereich von etwa 4 cm bis etwa 19 cm liegt;
- B) die Breite des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) an der radialen Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) etwa 0,6 cm bis etwa 13 cm beträgt;
- C) die Dicke des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) an der Rotationsachse (14; 24; 36; 48; 56; 68; 78; 88; 98; 109; 119; 129; 138; 149; 4001) davon etwa 0,6 cm bis etwa 15 cm beträgt und unabhängig von der Breite des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; . 120; 130; 140; 4000) an der radialen Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) ist;
- D) das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) eine Masse im Bereich von etwa 0,06 kg bis etwa 30 kg aufweist;
- E) das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) einen geraden kreisförmigen zylindrischen Querschnitt aufweist;
- F) der Durchmesser, die Breite und die Dicke derart gewählt sind, daß das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) eine im wesentlichen plattenartige Form aufweist; und
- G) die Breite des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) an der radialen Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) und die Dicke des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) derart sind, daß das Amplitudenprofil im wesentlichen flach über die Breite der radialen Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) ist;
2. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80;
90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000), das die Form eines
Kegelstumpfs mit einer krummlinigen Oberfläche aufweist
und mit einer Frequenz von etwa 18 bis etwa 60 kHz zu
erregen ist, wobei das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70;
80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) ein geformtes
massives Metallobjekt umfaßt, das eine von einem ersten
Ende (12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82; 92; 103; 113; 123;
132; 143; 4003) und einem zweiten Ende (13; 23; 35; 47;
55; 65; 75; 85; 95; 106; 116; 126; 135; 146; 4004)
begrenzte radiale Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71;
81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) aufweist, sowie
eine Rotationsachse (14; 24; 36; 48; 56; 68; 78; 88; 98;
109; 119; 129; 138; 149; 4001), wobei jedes der Enden
durch eine Oberfläche festgelegt ist und das Objekt axial
symmetrisch ist, wobei Durchmesser, Breite und Dicke für
eine gewünschte Frequenz gewählt sind, so daß das Horn
(10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130;
140; 4000) bei Erregung mittels Ultraschallenergie mit
einer derartigen Frequenz, die an der Rotationsachse (14;
24; 36; 48; 56; 68; 78; 88; 98; 109; 119; 129; 138; 149;
4001) an und im wesentlichen senkrecht zu einem oder
beiden Enden angelegt wird, in der Lage ist, derart in
Resonanz zu treten, daß
- 1. das erregte Ende sich im wesentlichen phasengleich mit der Bewegung der Erregungsquelle bewegt;
- 2. das entgegengesetzte Ende, ob es aktiv erregt worden ist oder nicht, sich im wesentlichen phasenungleich mit der Bewegung des erregten Endes bewegt; und
- 3. die das Werkstück berührende radiale Oberfläche sich ebenfalls phasenungleich mit der Bewegung des erregten Endes bewegt,
- 4. das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) einen einzigen Knotenpunkt in seinem geometrischen Mittelpunkt aufweist,
- A) der Durchmesser des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) im Bereich von etwa 4 cm bis etwa 19 cm liegt;
- B) die Breite des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) an der radialen Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) etwa 0,6 cm bis etwa 13 cm beträgt;
- C) die Dicke des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) an der Rotationsachse (14; 24; 36; 48; 56; 68; 78; 88; 98; 109; 119; 129; 138; 149; 4001) davon etwa 0, 6 cm bis etwa 15 cm beträgt und unabhängig von der Breite des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) an der radialen Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) ist;
- D) das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) eine Masse im Bereich von etwa 0,06 kg bis etwa 30 kg aufweist;
- E) der Durchmesser, die Breite und die Dicke derart gewählt sind, daß das Horn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) eine im wesentlichen plattenartige Form aufweist; und
- F) die Breite des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) an der radialen Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) und die Dicke des Horns (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) derart sind, daß das Amplitudenprofil im wesentlichen flach über die Breite der radialen Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131; 141; 4002) ist;
3. Drehbares Ultraschallhorn (30; 40; 50; 60; 70; 80; 90;
100; 110; 120; 130; 140; 4000) gemäß Anspruch 1 oder 2,
bei dem das erste Ende (32; 42; 52; 62; 72; 82; 92; 103;
113; 123; 132; 143; 4003) und/oder das zweite Ende (65;
75; 85; 95; 106; 116; 126; 135; 146; 4004) eine im
wesentlichen konkave Konfiguration aufweisen.
4. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 50; 60; 70; 80; 90;
100; 110; 120; 130; 140; 4000) gemäß einem der Ansprüche 1
bis 3, bei dem wenigstens ein Ende (12, 13; 22, 23; 52;
62, 65; 72, 75; 82, 85; 92, 95; 103, 106; 113, 116; 123, 126;
132, 135; 143, 146) des Horns (10; 20; 50; 60; 70; 80; 90;
100; 110; 120; 130; 140) eine Nabe (17, 18; 25, 26; 53;
63; 66; 73, 76; 83, 86; 93, 96; 104, 107; 114, 117; 124, 127;
133, 136; 144, 147) aufweist.
5. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 50; 60; 70; 80; 90;
100; 110; 120; 130; 140) gemäß Anspruch 4, bei dem die
Nabe (17, 18; 25, 26; 53; 63; 66; 73, 76; 83, 86; 93, 96;
104, 107; 114, 117; 124, 127; 133, 136; 144, 147) sich nach
außen von dem Ende (12, 13; 22, 23; 52; 62,65; 72,75; 82,85;
92, 95; 103, 106; 113, 116; 123, 126; 132, 135; 143, 146)
erstreckt.
6. Drehbares Ultraschallhorn (20; 50; 60; 70; 80; 90; 100;
110; 120; 130; 140) gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem die
Nabe (25, 26; 53; 63; 66; 73, 76; 83, 86; 93, 96; 104, 107; 114,
117; 124, 127; 133, 136; 144, 147) ein integraler Bestandteil
des Horns (20; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130;
140) ist.
7. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 50; 70; 80; 90; 100;
110; 120; 130; 140) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei
dem die Nabe (17, 18; 25, 26; 53; 73, 76; 83, 86; 93, 96;
104, 107; 114, 117; 124, 127; 133, 136; 144, 147) sich über
eine Kante (54; 64, 67; 74, 77; 84, 87; 94, 97; 105, 108;
115, 118; 125, 128; 134, 137; 145, 148) der radialen
Oberfläche (11; 21; 51; 71; 81; 91; 101; 112; 121; 131;
141) des Horns (10; 20; 50; 70; 80; 90; 100; 110; 120;
130; 140) erstreckt.
8. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 70; 80) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Ansatz (15A, 16A;
27A, 28A; 73B, 76B; 83C, 86C) aus dem Ende und/oder der Nabe
(17, 18; 25; 73,76; 83,86) hervorsteht und konzentrisch mit
diesem bzw. dieser ist.
9. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 70; 80) gemäß Anspruch
8, beidem der Ansatz (15A, 16A; 27A, 28A; 73B, 76B; 83C, 86C)
mit einem Gewinde versehen ist.
10. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 70; 80) gemäß Anspruch
8 oder 9, bei dem der Ansatz (15A, 16A; 27A, 28A; 73B, 76B;
83C, 86C) ein integraler Bestandteil des Horns (10; 20; 70;
80) ist.
11. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80;
90; 4000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
dem die radiale Oberfläche (11; 21; 31; 41; 51; 61; 71;
81; 91; 4002) ein lineares Profil aufweist.
12. Drehbares Ultraschallhorn (100; 110; 120; 130; 140) gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die radiale
Oberfläche (101; 112; 121; 131; 141) ein nicht lineares
Profil aufweist.
13. Drehbares Ultraschallhorn (100) gemäß Anspruch 12, bei dem
die radiale Oberfläche (101) einen zentral angeordneten
erhöhten Steg (102) aufweist.
14. Drehbares Ultraschallhorn (110) gemäß Anspruch 12, bei dem
die radiale Oberfläche (112) einen erhöhten Steg (111) an
einer Kante (118) davon aufweist.
15. Drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80;
90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Durchmesser, die
Breite und die Dicke des Horns und die Konfiguration der
Endoberflächen derart gewählt sind, daß das
durchschnittliche Verhältnis der radialen Amplitude über
die das Werkstück berührende Oberfläche zu der
longitudinalen Amplitude wenigstens etwa 1 beträgt und der
Durchschnittswert der radialen Amplitude über die das
Werkstück berührende Oberfläche pro Watt Erregungsenergie
wenigstens etwa 0,14 µm beträgt.
16. Drehbares Ultraschallhorn (4000) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Ende (4003)
und das zweite Ende (4004) eine im wesentlichen konkave
Konfiguration aufweisen, die einen zentralen,
kreisförmigen flachen Bereich (4005) aufweist, der mit der
Drehachse (4001) konzentrisch ist, sowie einen im
allgemeinen konvexen Bereich (4006), der sich von dem
flachen Bereich (4005) zu der radialen Oberfläche (4002)
erstreckt, wobei:
- a) der Durchmesser des flachen Bereichs (4005) wenigstens 20% des Durchmessers des Horns (4000) beträgt;
- b) der im allgemeinen konvexe Bereich (4006) eine gekrümmte Oberfläche ist, die eine axiale Symmetrie und ein krummliniges Profil im Querschnitt durch die Rotationsachse (4001) aufweist, das in der Dreiecksfläche liegt, die festgelegt ist durch (i) eine von der äußeren Begrenzung (4012) des flachen Bereichs (4005) zu der Kante (4013) der radialen Oberfläche (4002) führende gerade Linie; (ii) eine sich parallel zur Drehachse (4001) erstreckende gerade Linie, die an der äußeren Begrenzung (4012) des flachen Bereichs (4005) beginnt und sich nach außen weg von dem Horn (4004) erstreckt; und (iii) eine gerade Linie, die sich senkrecht zu der Rotationsachse (4001) und von der Kante (4013) der radialen Oberfläche (4002) zu der sich parallel zu der Rotationsachse (4001) erstreckenden geraden Linie erstreckt;
- c) das Horn (4000) eine Varianz von nicht mehr als etwa 20% über die radiale Oberfläche (4002) aufweist; und
- d) das Verhältnis der durchschnittlichen radialen Amplitude zu der longitudinalen Amplitude wenigstens 1 ist.
17. Drehbares Ultraschallhorn (4000) gemäß Anspruch 16, bei
dem die Breite des Horns (4000) an der radialen Oberfläche
(4002) 5 bis 13 cm beträgt.
18. Vorrichtung zum Verbinden von zwei oder mehr Materialien
mittels Ultraschall oder zur anderweitigen Verarbeitung
eines Materials mittels Ultraschall, wobei die Vorrichtung
ein drehbares Ultraschallhorn (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70;
80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 4000), ein
Vibrationsmittel (1800) zur Bereitstellung einer Quelle
für eine mechanische Vibration in Längsrichtung, das mit
einem oder beiden Enden (12, 13; 22, 23; 32, 35; 42, 47;
52, 55; 62, 65; 72, 75; 82, 85; 92, 95; 103, 106; 113, 116;
123, 126; 132, 135; 143, 146; 4003, 4004) des Horns (10; 20;
30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140;
4000), wahlweise mittels einer länglichen Wellenführung,
gekoppelt ist, ein Unterstützungsmittel für das drehbare
Ultraschallhorn, Antriebsmittel zum Drehen des drehbaren
Ultraschallhorns und einen drehbaren Amboß nahe des
drehbaren Ultraschallhorns aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß das drehbare Ultraschallhorn ein Horn
gemäß einem der Ansprüche 1-17 ist.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/525,507 US5087320A (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Ultrasonic rotary horn having improved end configuration |
US07/525,523 US5096532A (en) | 1990-01-10 | 1990-05-18 | Ultrasonic rotary horn |
EP91107517A EP0457187B1 (de) | 1990-05-18 | 1991-05-08 | Drehende Ultraschalltrichteranordnung und ihre Anwendung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9117295U1 true DE9117295U1 (de) | 2000-08-24 |
Family
ID=27233980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9117295U Expired - Lifetime DE9117295U1 (de) | 1990-05-18 | 1991-05-08 | Drehbares Ultraschallhorn |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9117295U1 (de) |
-
1991
- 1991-05-08 DE DE9117295U patent/DE9117295U1/de not_active Expired - Lifetime
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