EP2069083A1 - Ultraschall-schwingungswandler zum ultraschallbohren - Google Patents

Ultraschall-schwingungswandler zum ultraschallbohren

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Publication number
EP2069083A1
EP2069083A1 EP07818095A EP07818095A EP2069083A1 EP 2069083 A1 EP2069083 A1 EP 2069083A1 EP 07818095 A EP07818095 A EP 07818095A EP 07818095 A EP07818095 A EP 07818095A EP 2069083 A1 EP2069083 A1 EP 2069083A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrasonic vibration
vibration transducer
ultrasonic
core
transducer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07818095A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Willi Haug
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fischerwerke Artur Fischer GmbH and Co KG
Original Assignee
Fischerwerke Artur Fischer GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fischerwerke Artur Fischer GmbH and Co KG filed Critical Fischerwerke Artur Fischer GmbH and Co KG
Publication of EP2069083A1 publication Critical patent/EP2069083A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B3/02—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency involving a change of amplitude
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic vibration transducer for ultrasonic drilling with the features of the preamble of claim 1.
  • the ultrasonic vibration transducer for ultrasonic drilling with the features of the preamble of claim 1.
  • Vibration transducer intended for drilling in building materials such as concrete, stone, brick, clay, plaster.
  • a tool For ultrasonic drilling a tool is stimulated to longitudinal mechanical vibrations in the ultrasonic range, ie at frequencies of about 16 kHz to 20 kHz.
  • Vibrations are generated by a vibrator, which is also referred to as a vibration generator.
  • Known vibration generators are often designed as a piezo-vibrator.
  • the ultrasonic vibration transducer is clamped, which has the tool at its front end.
  • the front end is the end of the ultrasonic vibration transducer or of the tool which is remote from the vibration generator, ie the end of the tool which is placed on a workpiece for drilling.
  • the rear end is therefore the end of the ultrasonic vibration transducer connected to the vibrator.
  • the tool may be a fixed part of the ultrasonic vibration transducer or releasably connected to the ultrasonic vibration transducer.
  • the tool can also be a dowel or anchor that drills its anchoring hole itself.
  • the purpose of the ultrasonic vibration transducer is to increase the amplitude of the vibration generated by the vibration generator or to increase the momentum and thus the effectiveness of the tool. For interpretation, the entire oscillating system must be considered
  • Vibration generator in fact its oscillating or oscillating part (s), ultrasonic vibration transducer and tool.
  • This overall system is to excite a vibration with a frequency or amplitude that causes the fastest possible drilling progress. Usually it is the natural frequency of the system. It is not important that this frequency is actually an ultrasonic frequency.
  • Vibration transformers are also referred to as sonotrodes or converters.
  • An example of an ultrasonic drill with an ultrasonic vibration transducer is disclosed in US Pat. No. 3,683,470. Its ultrasonic vibration transducer is a solid, rotationally symmetrical component, which tapers conically similar to its front end, ie in the direction of the vibrator to the tool.
  • the generatrices are concave curved.
  • the object of the invention is to propose an ultrasonic vibration transducer for ultrasonic drilling with high efficiency and good adaptability to a tool.
  • the ultrasonic vibration transducer according to the invention is a hollow body, which tapers in the direction of its front end.
  • the interior of the ultrasonic vibration converter also tapers in the direction of its front end.
  • a wall thickness of the ultrasonic vibration transducer is approximately constant and the ultrasonic vibration transducer is thin-walled. So it is not a solid body with a hole, but a tubular body.
  • the wall thickness is less than a diameter of the interior of the ultrasonic
  • the ultrasonic vibration transducer according to the invention is elastically deformable in the longitudinal direction with a relatively small force, i. the vibration excitation is transmitted to the tool with high efficiency.
  • Ultrasonic vibration transducer has a large amplitude gain and / or causes strong pulses of the tool on a workpiece.
  • the ultrasonic vibration transducer has a core arranged in its interior, which releasably and firmly with the
  • Ultrasonic vibration transducer is connected. Due to the solubility of the core is removable and removable, by inserting another core with particular other mass of the ultrasonic vibration transducer to different
  • “Fixed” is to be understood as meaning a rigid connection which is immovable with respect to the ultrasonic vibration transducer.
  • the core is only in places, for example, in its center or at one or both ends connected to the ultrasonic vibration transducer.
  • the core is connected at its rear end to the ultrasonic vibration transducer.
  • the core can thereby oscillate with respect to the ultrasonic vibration transducer.
  • the core does not stiffen by a connection at only one point with the ultrasonic vibration transducer this and thus does not affect its vibration capacity.
  • An embodiment of the invention provides that a connection of the ultrasonic vibration transducer with a vibration generator firmly clamps the core in the ultrasonic vibration transducer. A game of the core in the ultrasonic vibration transducer is thereby excluded.
  • the ultrasonic vibration transducer is a rotary body.
  • An embodiment of the invention provides that the ultrasonic vibration transducer and / or its interior widens in a region delimited in the longitudinal direction in the direction of its front end. Overall, the ultrasonic vibration transducer tapers in the direction of its front end, in the aforementioned
  • the ultrasonic vibration transducer extends in one or more longitudinally limited area / s towards its front end against its general taper over its entire length.
  • the ultrasonic vibration transducer on a circumferential belly, so a circumferential bulge to the outside.
  • the stomach can be massive or hollow as well
  • a circumferential bulge of an inner side of a wall of the ultrasonic vibration transducer is possible.
  • This embodiment of the invention enables a specific embodiment of the ultrasonic vibration transducer to influence or improve its vibration behavior.
  • a longitudinal vibration abdomen can be defined by a circumferential belly.
  • Longitudinal and transverse vibration behavior is influenced by a circumferential belly of the ultrasonic vibration transducer.
  • An embodiment of the invention provides at least one circumferential edge of the ultrasonic vibration transducer.
  • the peripheral edge may be provided on the outside and / or the inside of the ultrasonic vibration transducer.
  • the imaginary generatrices of ultrasonic vibration transducer change their direction. As a result, the vibration behavior of the ultrasonic vibration transducer can be selectively influenced.
  • the three figures show axial sections of three inventive ultrasonic vibration transducers.
  • the inventive ultrasonic vibration transducer 1 is provided for ultrasonic drilling in building materials such as concrete, stone, brick or plaster.
  • the ultrasonic vibration transducer 1 is a rotary body and a hollow body, it tapers over its entire length in the direction of its front end 2.
  • the ultrasonic vibration transducer 1 can be considered as approximately conical. It is tube-like, i. thin-walled in relation to his
  • Diameter a wall thickness is constant. In the illustrated embodiment, the
  • Ultrasonic vibration transducer 1 made of an aluminum alloy, the
  • the tubular shape or hollow body shape improves an axial elasticity and thus a vibration behavior of the ultrasonic vibration transducer 1.
  • the ultrasonic vibration transducer 1 has a hollow cylindrical, i. tubular section 4, which initially merges in the direction of the front end 2 in a widening hollow truncated cone 5. This is followed by a tapered towards the front end 2 hollow truncated cone 6, which merges into another hollow cone 7, which tapers at a sharper cone angle to the front end 2 of the ultrasonic vibration transducer 1. This third hollow truncated cone 7 merges into the front end 2, which has the shape of a solid cylinder.
  • Vibration converter 1 are integral with each other. They merge into each other with the formation of peripheral edges 8, 9, 10, 11 on the inside and the outside of the ultrasonic vibration transducer 1.
  • the hollow cylindrical section 4 and the first and the second hollow truncated cone 5, 6 are together axially approximately the same length as the third hollow truncated cone 7. Together, the first and the second hollow truncated cone 5, 6 a circumferential bulge, which can also be referred to as a circumferential belly 12 or as a rotating shaft.
  • the ultrasonic vibration transducer 1 At the front end 2, the ultrasonic vibration transducer 1, a tool 13.
  • the tool 13 is pin-shaped, it consists for example of hard metal or other material of sufficient hardness and strength.
  • the tool 13 is preferably replaceably mounted in the front end 2 of the ultrasonic vibration transducer 1.
  • the tool 13 can also be an anchor which itself drills its anchoring hole by applying ultrasound.
  • the hollow cylindrical portion 4 of the ultrasonic vibration transducer 1 has an internal thread into which a core 14 is screwed.
  • the core 14 has the shape of a cone, it is located in the interior 3 of the ultrasonic vibration transducer 1. It is as mentioned by means of a thread 15 at the rear end with the ultrasonic
  • Vibration converter 1 connected. Thereby, the ultrasonic vibration transducer 1 against the core 14 so that swinging the core is not impeded • 14, the amplitude and pulse amplification of the ultrasonic vibration transducer. 1 With the interchangeable core 14 of the ultrasonic vibration transducer 1 is adapted to the respective tool 13, so that the tool 13, the ultrasonic
  • Vibration converter 1 and a vibrator 16 existing system oscillates in natural frequency or in a frequency having a high drilling efficiency.
  • To adapt to a tool 13 with a different weight and / or different length of the core 14 is changed.
  • With regard to the natural frequency is meant with vibrator 16 whose oscillating part.
  • Vibration generator 16 stretched.
  • the vibration generator 16 is piezoelectric, for example.
  • the connection to the ultrasonic vibration transducer 1 is a screw connection by means of a screw 17, which in an internal thread in the core 14 of the
  • Ultrasonic vibration transducer 1 is screwed.
  • the screw 17 tensions the
  • Ultrasonic vibration transducer 1 against the vibrator 16 and biases
  • the vibration generator 16 excites the ultrasonic vibration transducer 1 with
  • the circumferential belly 12 of the ultrasonic vibration transducer 1 of Figure 2 is not hollow round, but the inner wall is cylindrical. This means the wall thickness is in
  • the ultrasonic vibration transducers 1 shown in FIGS. 1 and 2 are intended for ultrasonic drilling in a hard material such as concrete
  • the ultrasonic vibration transducer 1 according to the invention shown in FIG. 3 is intended for softer materials such as bricks or gypsum.
  • the third hollow truncated cone adjoining the front end 2 is replaced by a hollow cylinder 18 and a short hollow truncated cone 19, whereby an additional peripheral edge 20 is formed.
  • the changed shape leads to a greater vibration amplitude of the tool 13, for which a reduced pulse strength must be accepted. '
  • the ultrasonic vibration transducer 1 shown in Figure 3 is the same design and works in the same way as the ultrasonic vibration transducer 1 of Figures 1 and 2. To avoid repetition is to explain

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Schwingungswandler (1 ) zum Ultraschallbohren in Baumaterial wie Beton, Stein, Ziegel, Gips. Die Erfindung schlägt vor, den Ultraschall- Schwingungswandler (1 ) als rohrartigen, sich in Richtung seines vorderen Endes (2) verjüngenden Hohlkörper auszubilden und mit einem auswechselbaren Kern (14) zu versehen. Durch die Hohlform wird eine hohe Schwingungsverstärkung erreicht, mit dem auswechselbaren Kern (14) ist der Ultraschall-Schwingungswandler (1 ) an unterschiedliche Werkzeuge (13) anpassbar.

Description

FIW2251 15.09.2006
S/EPM
Beschreibung
Ultraschall-Schwingungswandler zum Ultraschallbohren
Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Schwingungswandler zum Ultraschallbohren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Insbesondere ist der Ultraschall-
Schwingungswandler zum Bohren in Baumaterialien wie Beton, Stein, Ziegel, Ton, Gips vorgesehen.
Zum Ultraschallbohren wird ein Werkzeug zu mechanischen Längsschwingungen im Ultraschallbereich angeregt, also mit Frequenzen von über etwa 16 kHz bis 20 kHz. Die
Schwingungen werden von einem Schwingungserzeuger erzeugt, der auch als Schwingungsgenerator bezeichnet wird. Bekannte Schwingungserzeuger sind vielfach als Piezo-Schwingungserzeuger ausgebildet. In den Schwingungserzeuger ist der Ultraschall-Schwingungswandler eingespannt, der das Werkzeug an seinem vorderen Ende aufweist. Als vorderes Ende wird hier das dem Schwingungserzeuger ferne Ende des Ultraschall-Schwingungswandlers bzw. des Werkzeugs bezeichnet, also das Ende des Werkzeugs, das zum Bohren auf ein Werkstück aufgesetzt wird. Das hintere Ende ist demzufolge das mit dem Schwingungserzeuger verbundene Ende des Ultraschall- Schwingungswandlers. Das Werkzeug kann fester Bestandteil des Ultraschall- Schwingungswandlers oder lösbar mit dem Ultraschall-Schwingungswandler verbunden sein. Das Werkzeug kann zugleich auch ein Dübel oder Anker sein, der sich sein Verankerungsloch selbst bohrt. Zweck des Ultraschall-Schwingungswandlers ist eine Vergrößerung der Amplitude der vom Schwingungserzeuger erzeugten Schwingung bzw. eine Vergrößerung des Impuls und damit der Wirksamkeit des Werkzeugs. Zur Auslegung betrachtet werden muss das gesamte schwingende System aus
Schwingungserzeuger, genau genommen dessen schwingendes oder schwingende Teil/e, Ultraschall-Schwingungswandler und Werkzeug. Dieses Gesamtsystem ist zu einer Schwingung mit einer Frequenz oder Amplitude anzuregen, die einen möglichst schnellen Bohrfortschritt bewirkt. Üblicherweise ist es die Eigenfrequenz des Systems. Nicht wichtig ist, dass diese Frequenz tatsächlich eine Ultraschallfrequenz ist.
Schwingungswandler werden auch als Sonotroden oder Konverter bezeichnet. Ein Beispiel eines Ultraschallbohrers mit einem Ultraschall-Schwingungswandler offenbart das Patent US 3,683,470. Dessen Ultraschall-Schwingungswandler ist ein massives, rotationssymmetrisches Bauteil, das sich kegelähnlich zu seinem vorderen Ende, also in Richtung vom Schwingungserzeuger zum Werkzeug, verjüngt.
Abweichend von einer geometrischen Kegelform mit geraden Mantellinien ist eine Mantelfläche des bekannten Ultraschall-Schwingungswandlers hohlrund, die Mantellinien verlaufen konkav gebogen.
Aufgabe der Erfindung ist, einen Ultraschall-Schwingungswandler zum Ultraschallbohren mit hoher Effektivität und guter Anpassbarkeit an ein Werkzeug vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Ultraschall-Schwingungswandler ist ein Hohlkörper, der sich in Richtung seines vorderen Endes verjüngt. Der Innenraum des Ultraschall-Schwingungswandlers verjüngt sich ebenfalls in Richtung seines vorderen Endes. Insbesondere ist eine Wandstärke des Ultraschall-Schwingungswandlers in etwa konstant und der Ultraschall- Schwingungswandler ist dünnwandig. Es handelt sich also nicht um einen an sich massiven Körper mit einer Bohrung, sondern um einen rohrartigen Körper. Die Wandstärke ist geringer als ein Durchmesser des Innenraums des Ultraschall-
Schwingungswandlers.
Aufgrund seiner Hohlform ist der erfindungsgemäße Ultraschall-Schwingungswandler mit verhältnismäßig geringer Kraft elastisch in Längsrichtung verformbar, d.h. die Schwingungserregung wird mit hoher Effektivität auf das Werkzeug übertragen. Der
Ultraschall-Schwingungswandler weist eine große Amplitudenverstärkung auf und/oder bewirkt starke Impulse des Werkzeugs auf ein Werkstück.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Ultraschall-Schwingungswandler einen in seinem Innenraum angeordneten Kern auf, der lösbar und fest mit dem
Ultraschall-Schwingungswandler verbunden ist. Durch die Lösbarkeit ist der Kern wechselbar und entnehmbar, durch Einsetzen eines anderen Kerns mit insbesondere anderer Masse kann der Ultraschall-Schwingungswandler an unterschiedliche
Werkzeuge angepasst werden. „Fest" ist im Sinne einer starren, gegenüber dem Ultraschall-Schwingungswandler unbeweglichen Verbindung zu verstehen. Insbesondere ist der Kern nur stellenweise, beispielsweise in seiner Mitte oder an einem oder beiden Enden mit dem Ultraschall-Schwingungswandler verbunden. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Kern an seinem hinteren Ende mit dem Ultraschall- Schwingungswandler verbunden. Der Kern kann dadurch gegenüber dem Ultraschall- Schwingungswandler schwingen. Insbesondere steift der Kern durch eine Verbindung an nur einer Stelle mit dem Ultraschall-Schwingungswandler diesem nicht aus und beeinträchtigt somit nicht dessen Schwingungsvermögen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Verbindung des Ultraschall- Schwingungswandlers mit einem Schwingungserzeuger den Kern im Ultraschall- Schwingungswandler fest einspannt. Ein Spiel des Kerns im Ultraschall- Schwingungswandler ist dadurch ausgeschlossen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Ultraschall-Schwingungswandler ein Rotationskörper.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich der Ultraschall- Schwingungswandler und/oder sein Innenraum in einem in Längsrichtung begrenzten Bereich in Richtung seines vorderen Endes erweitert. Insgesamt verjüngt sich der Ultraschall-Schwingungswandler in Richtung seines vorderen Endes, bei der genannten
Ausführungsform erweitert sich der Ultraschall-Schwingungswandler in einem oder mehreren in Längsrichtung begrenzten Bereich/en in Richtung seines vorderen Endes entgegen seiner allgemeinen Verjüngung über seine gesamte Länge. Beispielsweise weist der Ultraschall-Schwingungswandler einen umlaufenden Bauch, also eine umlaufende Auswölbung nach außen auf. Der Bauch kann massiv oder auch hohl als
Welle ausgebildet sein. Auch eine umlaufende Auswölbung einer Innenseite einer Wand des Ultraschall-Schwingungswandlers ist möglich. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine gezielte Ausgestaltung des Ultraschall-Schwingungswandlers zur Beeinflussung oder Verbesserung seines Schwingungsverhaltens. Beispielsweise kann durch einen umlaufenden Bauch ein Längsschwingungsbauch festgelegt werden. Das
Längs- und Querschwingungsverhalten wird durch einen umlaufenden Bauch des Ultraschall-Schwingungswandlers beeinflusst.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens eine umlaufende Kante des Ultraschall-Schwingungswandlers vor. Die umlaufende Kante kann an der Außen- und/oder der Innenseite des Ultraschall-Schwingungswandlers vorgesehen sein. An der Kante ändern die gedachten Mantellinien des Ultraschall-Schwingungswandlers ihre Richtung. Auch dadurch ist das Schwingungsverhalten des Ultraschall- Schwingungswandlers gezielt beeinflussbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die drei Figuren zeigen Achsschnitte dreier erfindungsgemäßer Ultraschall-Schwingungswandler.
Der in Figur 1 dargestellte, erfindungsgemäße Ultraschall-Schwingungswandler 1 ist zum Ultraschallbohren in Baumaterialien wie Beton, Stein, Ziegel oder Gips vorgesehen.
Der Ultraschall-Schwingungswandler 1 ist ein Rotationskörper und ein Hohlkörper, er verjüngt sich über seine Gesamtlänge in Richtung seines vorderen Endes 2. Ein
Innenraum 3 verjüngt sich ebenfalls in Richtung des vorderen Endes 2. Über seine gesamte Länge kann der Ultraschall-Schwingungswandler 1 als in etwa hohlkegelförmig angesehen werden. Er ist rohrartig, d.h. dünnwandig im Verhältnis zu seinem
Durchmesser, eine Wanddicke ist konstant. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Ultraschall-Schwingungswandler 1 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, die
Herstellung aus anderen Metallen oder aus nichtmetallischen Werkstoffen ist nicht ausgeschlossen. Die rohrartige Form bzw. Hohlkörperform verbessert eine axiale Elastizität und damit ein Schwingungsverhalten des Ultraschall-Schwingungswandlers 1.
An einem hinteren Ende weist der Ultraschall-Schwingungswandler 1 einen hohlzylindrischen, d.h. rohrförmigen Abschnitt 4 auf, der in Richtung des vorderen Endes 2 zunächst in einen sich aufweitenden Hohlkegelstumpf 5 übergeht. Daran schließt sich ein sich in Richtung zum vorderen Ende 2 verjüngender Hohlkegelstumpf 6 an, der in einen weiteren Hohlkegel 7 übergeht, der sich mit spitzerem Kegelwinkel zum vorderen Ende 2 des Ultraschall-Schwingungswandlers 1 verjüngt. Dieser dritte Hohlkegelstumpf 7 geht in das vordere Ende 2 über, das die Form eines Vollzylinders aufweist. Die in diesem Absatz aufgezählten Axialabschnitte 4, 5, 6, 7, 2 des Ultraschall-
Schwingungswandlers 1 sind einstückig miteinander. Sie gehen jeweils unter Bildung von umlaufenden Kanten 8, 9, 10, 11 an der Innen- und der Außenseite des Ultraschall- Schwingungswandlers 1 ineinander über. Der hohlzylindrische Abschnitt 4 und der erste und der zweite Hohlkegelstumpf 5, 6 sind zusammen axial ungefähr gleich lang wie der dritte Hohlkegelstumpf 7. Zusammen bilden der erste und der zweite Hohlkegelstumpf 5, 6 eine umlaufende Ausbauchung, die auch als umlaufender Bauch 12 oder als umlaufende Welle bezeichnet werden kann.
Am vorderen Ende 2 weist der Ultraschall-Schwingungswandler 1 ein Werkzeug 13 auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 13 stiftförmig, es besteht beispielsweise aus Hartmetall oder einem anderen Material ausreichender Härte und Festigkeit. Das Werkzeug 13 ist vorzugsweise auswechselbar im vorderen Ende 2 des Ultraschall-Schwingungswandlers 1 befestigt. Das Werkzeug 13 kann zugleich auch ein Anker sein, der durch Ultraschall-Beaufschlagung sein Verankerungsloch selbst bohrt.
Der hohlzylindrische Abschnitt 4 des Ultraschall-Schwingungswandlers 1 weist ein Innengewinde auf, in das ein Kern 14 eingeschraubt ist. Der Kern 14 hat die Form eines Kegels, er befindet sich im Innenraum 3 des Ultraschall-Schwingungswandlers 1. Er ist wie erwähnt mittels eines Gewindes 15 am hinteren Ende mit dem Ultraschall-
Schwingungswandler 1 verbunden. Dadurch kann der Ultraschall-Schwingungswandler 1 gegenüber dem Kern 14 schwingen damit der Kern 14 die Amplituden- und Impulsverstärkung des Ultraschall-Schwingungswandlers 1 nicht • behindert. Mit dem auswechselbaren Kern 14 wird der Ultraschall-Schwingungswandler 1 an das jeweilige Werkzeug 13 angepasst, so dass das aus Werkzeug 13, dem Ultraschall-
Schwingungswandler 1 und einem Schwingungserzeuger 16 bestehende System in Eigenfrequenz bzw. in einer Frequenz, die eine hohe Bohreffektivität aufweist, schwingt. Zur Anpassung an ein Werkzeug 13 mit anderem Gewicht und/oder anderer Länge wird der Kern 14 gewechselt. Hinsichtlich der Eigenfrequenz ist mit Schwingungserzeuger 16 dessen schwingendes Teil gemeint.
Mit seinem hinteren Ende ist der Ultraschall-Schwingungswandler 1 gegen den
Schwingungserzeuger 16 gespannt. Der Schwingungserzeuger 16 ist beispielsweise piezo-elektrisch. Die Verbindung mit dem Ultraschall-Schwingungswandler 1 ist eine Schraubverbindung mittels einer Schraube 17, die in ein Innengewinde im Kern 14 des
Ultraschall-Schwingungswandlers 1 geschraubt ist. Die Schraube 17 spannt den
Ultraschall-Schwingungswandler 1 gegen den Schwingungserzeuger 16 und spannt
• zugleich den Kern 14 spielfrei im Ultraschall-Schwingungswandler 1 fest.
Der Schwingungserzeuger 16 erregt den Ultraschall-Schwingungswandler 1 mit
Längswellen, die der Ultraschall-Schwingungswandler 1 verstärkt und auf das Werkzeug 13 überträgt, wodurch ein Loch in Baumaterial, auch in hartes Baumaterial wie beispielsweise Beton, bohrbar ist. Zusätzlich zur Schwingungserregung kann der Ultraschall-Schwingungswandler 1 und mit ihm das Werkzeug 13 drehend angetrieben werden. Die Hohlform des Ultraschall-Schwingungswandlers 1 , insbesondere der umlaufende Bauch 12, ermöglicht eine radiale Schwingung, d.h. eine Querschwingung und verstärkt die Längsschwingungen.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ultraschall-Schwingungswandler 1 ist der umlaufende Bauch 12 des Ultraschall-Schwingungswandlers 1 aus Figur 2 nicht hohlrund, sondern die Innenwand ist zylindrisch. Das bedeutet, die Wanddicke ist im
Bereich des umlaufenden Bauchs 12 größer. Im Übrigen ist der Ultraschall- Schwingungswandler 1 aus Figur 2 gleich ausgebildet wie derjenige aus Figur 1 und es wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obenstehenden Ausführungen verweisen. Gleiche Bauteile sind in Figur 2 mit gleichen Bezugszahlen wie in Figur 1 versehen.
Während die in Figuren 1 und 2 dargestellten Ultraschall-Schwingungswandler 1 zum Ultraschallbohren in einem harten Werkstoff wie beispielsweise Beton vorgesehen sind, ist der in Figur 3 dargestellte erfindungsgemäße Ultraschall-Schwingungswandler 1 eher für weichere Werkstoffe wie Ziegel oder Gips vorgesehen. Im Vergleich mit Figur 1 ist beim Ultraschall-Schwingungswandler 1 aus Figur 3 der dritte, an das vordere Ende 2 hinten anschließende Hohlkegelstumpf durch einen Hohlzylinder 18 und einen kurzen Hohlkegelstumpf 19 ersetzt, wodurch eine zusätzliche umlaufende Kante 20 gebildet ist. Die geänderte Formgebung führt zu einer größeren Schwingungsamplitude des Werkzeugs 13, wofür eine verringerte Impulsstärke in Kauf genommen werden muss.'
Der Bohrfortschritt in weicheren Werkstoffen ist durch diese geänderte Abstimmung bzw. das geänderte Schwingungs- und Schwingungsübertragungsverhalten verbessert. Im Übrigen ist auch der in Figur 3 dargestellte Ultraschall-Schwingungswandler 1 gleich ausgestaltet und funktioniert in gleicher weise wie die Ultraschall-Schwingungswandler 1 aus Figuren 1 und 2. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird zur Erläuterung von
Figur 3 insoweit auf die Ausführungen zu Figuren 1 und 2 verwiesen. Gleiche Bauteile sind in Figur 3 mit gleichen Bezugszahlen wie in Figuren 1 und 2 versehen.

Claims

FIW2251 15.09.2006S/EPMPatentansprüche
1. Ultraschall-Schwingungswandler zum Ultraschallbohren, wobei sich der
Ultraschall-Schwingungswandler (1) in Richtung eines vorderen Endes (2) verjüngt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Schwingungswandler (1 ) ein Hohlkörper ist, dessen Innenraum (3) sich ebenfalls in Richtung seines vorderen Endes (2) verjüngt.
2. Ultraschall-Schwingungswandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Schwingungswandler (1 ) einen Kern (14) in seinem Innenraum (3) aufweist, der lösbar und fest mit dem Ultraschall- Schwingungswandler (1 ) verbunden ist.
3. Ultraschall-Schwingungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (14) stellenweise mit dem Ultraschall-Schwingungswandler (1) verbunden ist.
4. Ultraschall-Schwingungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (14) an einem hinteren Ende mit dem Ultraschall- Schwingungswandler (1 ) verbunden ist.
5. Ultraschall-Schwingungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung des Ultraschall-Schwingungswandlers (1 ) mit einem
Schwingungserzeuger (16) den Kern (14) im Ultraschall-Schwingungswandler (1 ) fest einspannt.
6. Ultraschall-Schwingungswandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Schwingungswandler (1 ) ein Rotationskörper ist.
7. Ultraschall-Schwingungswandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ultraschall-Schwingungswandler (1) und/oder sein Innenraum (3) in einem in Längsrichtung begrenzten Bereich in Richtung seines vorderen Endes (2) erweitert.
8. Ultraschall-Schwingungswandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Schwingungswandler (1 ) mindestens eine umlaufende Kante (8, 9, 10, 11 , 20) aufweist.
EP07818095A 2006-09-27 2007-09-11 Ultraschall-schwingungswandler zum ultraschallbohren Withdrawn EP2069083A1 (de)

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DE102006045518A DE102006045518A1 (de) 2006-09-27 2006-09-27 Ultraschall-Schwingungswandler zum Ultraschallbohren
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EP07818095A Withdrawn EP2069083A1 (de) 2006-09-27 2007-09-11 Ultraschall-schwingungswandler zum ultraschallbohren

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US (1) US20100165793A1 (de)
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