EP3285937A1 - Vorrichtung und verfahren zum entgraten von bauteilen mittels ultraschall - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum entgraten von bauteilen mittels ultraschall

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Publication number
EP3285937A1
EP3285937A1 EP16716032.4A EP16716032A EP3285937A1 EP 3285937 A1 EP3285937 A1 EP 3285937A1 EP 16716032 A EP16716032 A EP 16716032A EP 3285937 A1 EP3285937 A1 EP 3285937A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sonotrode
khz
workpiece
ultrasonic transducer
workpieces
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16716032.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dreyer
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.)
Weber Ultrasonics AG
Original Assignee
Weber Ultrasonics AG
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 Weber Ultrasonics AG filed Critical Weber Ultrasonics AG
Publication of EP3285937A1 publication Critical patent/EP3285937A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • 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
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D31/00—Cutting-off surplus material, e.g. gates; Cleaning and working on castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P17/00—Metal-working operations, not covered by a single other subclass or another group in this subclass
    • B23P17/02—Single metal-working processes; Machines or apparatus therefor
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
    • B29C37/02—Deburring or deflashing

Definitions

  • the invention relates to a method for deburring components or workpieces with ultrasound using ultrasound and at least one device for deburring components using ultrasound.
  • the invention is based on the object of specifying an alternative, effective and efficient method for deburring components or workpieces and a corresponding device.
  • the terms "part” and “part” are used as synonyms below.
  • a method according to the invention for deburring components with ultrasound using at least one sonotrode contains at least the following method steps:
  • An apparatus according to the invention for deburring components with ultrasound comprises:
  • At least one ultrasonic generator which is designed to supply the ultrasonic transducer with electrical energy in order to excite the ultrasonic transducer to mechanical vibrations;
  • At least one sonotrode which is mechanically connected to transmit the vibrations with the ultrasonic transducer
  • a tank which can be filled or filled with a liquid so that the sonotrode is immersed or immersed in the liquid with at least one vibrating sonotrode surface;
  • Sonotrodes are generally tools for ultrasonic welding, which are set by the introduction of high-frequency mechanical vibrations (ultrasound) in vibration. They connect the ultrasonic generator to the workpiece and introduce the vibrations into it. The heat generated by the resulting friction leads to melting and bonding of the workpiece. Sonotrodes are the only component of an ultrasonic welding machine in direct contact with the welding part.
  • At least one sonotrode is thus introduced or introduced into a container (tank) filled with a (cleaning) liquid.
  • this sonotrode according to an embodiment of the invention of an ultrasonic transducer with an ultrasonic frequency between 10 and 50 kHz, preferably about 18 kHz to about 35 kHz, most preferably about 20 kHz to about 30 kHz, operate, so that intense cavitation close to a oscillating surface of the sonotrode (also referred to herein as Sonotroden Formation) pronounced.
  • a corresponding embodiment of the device provides that the ultrasonic generator is designed to generate an ultrasonic frequency of the oscillations of at least about 10 kHz and at most about 50 kHz, preferably about 18 kHz to about 35 kHz, most preferably about 20 kHz to about
  • the workpiece to be deburred is now positioned manually or by a special device (i.e., means for defining a workpiece to be deburred) at a defined distance with respect to that vibrating surface, so that the intense cavitation occurring there will result in the removal of burrs.
  • the positioning is advantageously carried out or adjustable so that the minimum distance to the vibrating surface is at least 0.1 mm, but it is smaller or at most the same size as an acoustic wavelength in the cleaning medium or in the (cleaning) liquid.
  • a corresponding design of the device provides that a distance of the workpiece from the sonotrode surface is adjustable so that it is at least about 0.1 mm and at most about one acoustic wavelength of the liquid corresponds, preferably by a corresponding adjustability of the device.
  • a mechanical transformer is mounted between the ultrasonic transducer and the sonotrode to increase or decrease the mechanical amplitude.
  • a mechanical transformer for increasing or decreasing the mechanical amplitude between the ultrasonic transducer and the sonotrode is mounted.
  • a device may further be provided which leads the workpieces to be deburred continuously or discontinuously over the oscillating sonotrode surface, preferably approximately parallel thereto.
  • This can advantageously be realized by providing a drag chain or other suitable transport system.
  • a feature is the maintenance of a constant, but adjustable distance to the vibrating surface of the sonotrode, which is preferably continuously monitored.
  • the device is designed in the form of a transport device for continuous or discontinuous feeding of workpieces by means of adjustable distance to the oscillating surface of the sonotrode. This may comprise a monitoring device, which is designed to continuously monitor compliance with a constant distance from the sonotrode surface.
  • a lifting movement is carried out substantially perpendicular to the sonotrode surface by means of the transport device or the transport system, so that positioning of the workpieces over the oscillating surface is achieved.
  • the transport device is designed to perform a lifting movement substantially perpendicular to the sonotrode surface.
  • a further advantageous embodiment of the device comprises a receiving device for the workpieces to be deburred, which is guided by a positioning device to the oscillating surface of the sonotrode or is feasible.
  • a device for maintaining a constant distance to the oscillating surface of the sonotrode may be provided.
  • This device can be designed for ultrasonic distance measurement, for optical distance measurement, for inductive distance measurement or for distance measurement via the path or stroke, without the invention being limited thereto.
  • more than one sonotrode is arranged and introduced into the liquid or can be introduced and excited to oscillate or excite such that more than one side of the workpiece can be subjected to ultrasound at the same time.
  • provision may be made for a plurality of sonotrodes having at least partially different dimensions and / or geometries to be used for the respective probe surface.
  • an adaptation to changed workpiece dimensions can be achieved by changing sonotrodes with radiating surfaces of different geometry. It can also be provided on the side of the device that a plurality of sonotrodes are provided which have at least partially different dimensions of their respective sonotrodes.
  • Oscillation system comprising the ultrasonic transducer, the sonotrode and, where appropriate, the transformer is fixed in a region of minimal mechanical deflection (vibration node) to the tank, preferably in the region of that vibration node, which is closest to the Sonotroden configuration.
  • the immersion depth of the vibration system or the sonotrode can be minimized in the liquid, which can be beneficial to the required liquid volume and tank size.
  • a plurality of vibration systems each comprising the ultrasonic transducer, the sonotrode and possibly the transformer is fixed in each case in a region of minimal mechanical deflection of the tank, so that the respective Sonotrodenfest are arranged at different locations relative to the location, so that more than one side of the workpiece to be deburred can be sonicated.
  • the means for arranging the workpiece or workpieces is designed such that a point to be deburred of the workpiece is not covered and freely immersed in the liquid to allow the most efficient deburring.
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 2 shows schematically the location-dependent vibration curve in an ultrasonic vibration system with a sonotrode
  • Fig. 3 shows schematically a second embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 4 shows schematically a third embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 5 shows a possible arrangement meh eral horns according to a further embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 6 shows differently shaped sonotrodes for use in a device according to the invention.
  • Fig. 1 an embodiment of the device according to the invention is shown schematically.
  • the ultrasonic vibrating system 3 comprises an ultrasonic transducer (or converter) 4 for converting electrical vibrations into mechanical vibrations, a booster 5 for increasing the mechanical deflection, and a sonotrode 6.
  • Reference numeral 6 denotes an oscillatory vibration Loud surface of the sonotrode (alternatively referred to as "sonotrode vibrating surface” or “sonotrode surface”).
  • the individual components 4-6 of the oscillating system 3 are connected to each other (not shown) screw connections and thus interchangeable.
  • the converter 4 is in operative connection with a U ltraschallgenerator 2 and you rch this supplied with electrical energy.
  • the ultrasound generator 2 has a control which regulates the mechanical amplitude of the converter 4 and a setting of this amplitude in a range of, for example, 1 0 to 1 00%. based on a maximum mechanical amplitude allows.
  • U ltraschallgeneratoren are known in the art and are used for example in facilities for ultrasonic welding m.
  • To be deburred workpiece 7 is shown in FIG. 1 at a distance of at least 0, 1 mm and at most one acoustic wavelength of the cleaning liquid M at the abstrah loin surface 6 'of the sonotrode position iert and sonicated for a certain time, which depends on the nature of Workpiece 7 and the existing amount of burrs, etc. depends and can be determined, for example, from appropriate preliminary tests.
  • a flange (not shown) for fixing the oscillating system 3 to the tank 1 of Fig. 1 in a d ieser Knotenpun k K be attached (see Fig. 1).
  • Fig. 1 can also be provided to secure the oscillating system 3 in the region of the uppermost (foremost) Kots knots K according to FIG.
  • the immersion depth into the medium M can be minimized, which can have a favorable effect on the required volume of liquid.
  • FIG. 3 A further advantageous embodiment of the device according to the invention is shown in Fig. 3.
  • the tank 1 together with the oscillating system 3 is expanded by a device 8 (transport device) for a continuous transport of workpieces 7.
  • the transport device 8 may, for example, comprise a link chain u in which the individual workpieces 7 are hung or suspended.
  • This link chain can be driven by a drive device 9, for example driven rollers or toothed wheels, continuously or discontinuously.
  • ierlich be moved over the vibrating surface 6 'or parallel to this.
  • the transport device 8 further comprises a device by means of which the distance of the workpieces 7 to the sonotrode surface 6 'is adjustable, as symbolized in FIG. 3 by vertical double arrows.
  • the device may be designed for continuous monitoring and adjustment of this distance.
  • FIG. 4 A further advantageous embodiment of the device according to the invention is shown in Figure 4.
  • This device 10 may be, for example, a basket, a product carrier or another, the geometry of the workpieces adapted carrier.
  • the carrier or the device 10 is designed so that the surface to be deburred of the workpieces 7 is not covered and can dive freely into the cleaning medium M.
  • the goods carrier or the device 10 is further connected to a lifting and transport mechanism 11, through which the goods carrier or the device 10 can be immersed in the cleaning medium M, as shown.
  • the lifting mechanism 11 preferably has the property that the distance of the workpieces 7 to the sonotrode surface 6 'is selectively adjustable, as symbolized in Figure 4 by a vertical double arrow.
  • simultaneous deburring of a plurality of component surfaces or surfaces of the workpieces 7 may be advantageous for time and / or cost reasons.
  • the arrangement of a plurality of sonotrodes 6a-6c shown in FIG. 5 is highly advantageous.
  • three sonotrodes 6a, 6b and 6c can be mounted on a tank 1 in such a way that, at the same time, three sides of a workpiece 7 can be deburred according to the invention.
  • the sonotrodes 6a-6c used need not be identical.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention is shown in Fig.
  • these sonotrodes 6d-6f are preferably interchangeable in a device according to the invention, so that the device can be designed to be adaptable to, for example, different dimensions or geometries of the workpieces to be deburred 7 and / or different types of barbs ,

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Entgraten von Bauteilen oder Werkstücken (7) mit Ultraschall unter Verwendung wenigstens einer Sonotrode (6), mit folgenden Verfahrensschritten: a) Versorgen wenigstens eines Ultraschallwandlers (4) mit elektrischer Energie mittels wenigstens eines Ultraschallgenerators (2), so dass der Ultraschallwandler (4) zu mechanischen Schwingungen angeregt wird; b) Übertragen der Schwingungen an die mit dem Ultraschallwandler (4) mechanisch verbundene Sonotrode (6); c) Eintauchen der Sonotrode (6) mit wenigstens einer schwingenden Sonotrodenflache (6') in eine Flüssigkeit (M), so dass durch die mechanischen Schwingungen der Sonotrode (6) im Bereich dieser Sonotrodenflache (6') Kavitation in der Flüssigkeit (M) erzeugt wird; d) Anordnen eines zu entgratenden Werkstücks (7) in der Nähe dieser Sonotrodenflache (6'), wodurch das Werkstück (7) an wenigstens einer der Sonotrodenflache (6') gegenüberliegenden Stelle, Seite oder Fläche entgratet wird. Weiterhin vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum Entgraten von Bauteilen bzw. Werkstücken (7) mit Ultraschall.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Entgraten von Bauteilen mittels Ultraschall
Besch reibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu m Entgraten von Bauteilen oder Werkstücken mit U ltraschall unter Verwendung wenigstens einer Sonotrode sowie eine Vorrichtung zu m Entgraten von Bauteilen mit Ultraschall.
Ü bliche Verfahren zu m Entgraten von Bauteilen bzw. Werkstücken basieren zu m einen auf der mechan ischen Entfernung eines unerwünschten Grates mittels eines entsprechenden spanabhebenden Werkzeuges. Zu m anderen werden Grate auf elektrochemische oder thermische Weise entfernt. Auch d ie Verwendung von Hochdruckwasserstrahlverfahren ist bekannt.
Der Erfindung liegt d ie Aufgabe zugrunde, ein alternatives, gut wirksames und effizientes Verfahren zu m Entgraten von Bauteilen oder Werkstücken und eine entsprechende Vorrichtung anzugeben . Die Begriffe„Bauteil" und„Werkstück" werden im Folgenden als Synonyme verwendet.
Diese Aufgabe wird gelöst du rch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 0 sowie du rch d ie Verwendung einer aus Ultraschall-Schweißanwendungen bekannten Sonotrode gemäß Anspruch 22.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zu m Entgraten von Bauteilen mit U ltraschall unter Verwendung wen igstens einer Sonotrode, beinhaltet zumindest folgende Verfahrenssch ritte:
a) Versorgen wenigstens eines U ltraschallwandlers mit elektrischer Energie mittels wenigstens eines U ltraschallgenerators, so dass der U ltraschallwandler zu mechanischen Schwingungen angeregt wird ; b) Übertragen der Schwingungen an die mit dem Ultraschallwandler mechanisch verbundene Sonotrode;
c) Eintauchen der Sonotrode mit wenigstens einer schwingenden Sonotro- denfläche in eine Flüssigkeit, so dass durch die mechanischen Schwingungen der Sonotrode im Bereich dieser Sonotrodenfläche Kavitation in der Flüssigkeit erzeugt wird; und
d) Anordnen eines zu entgratenden Werkstücks in der Nähe der Sonotrodenfläche, wodurch das Werkstück an wenigstens einer der Sonotrodenfläche gegenüberliegenden Seite oder Fläche entgratet wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entgraten von Bauteilen mit Ultraschall umfasst:
a) wenigstens einen Ultraschallwandler;
b) wenigstens einen Ultraschallgenerators, der zum Versorgen des Ultraschallwandlers mit elektrischer Energie ausgebildet ist, um den Ultraschallwandler zu mechanischen Schwingungen anzuregen;
c) wenigstens eine Sonotrode, die zum Übertragen der Schwingungen mit dem Ultraschallwandler mechanisch verbunden ist;
d) einen Tank, der mit einer Flüssigkeit füllbar oder gefüllt ist, so dass die Sonotrode mit wenigstens einer schwingenden Sonotrodenfläche in die Flüssigkeit eintaucht oder eintauchbar ist; und
d) eine Einrichtung zum definierten Anordnen eines zu entgratenden Werkstücks an einem Ort in der Nähe dieser Sonotrodenfläche.
Grundsätzlich ist aus Anwendungen zur Reinigung von Bauteilen in einem Ultraschallbad mit einer Flüssigkeit oder einem flüssigen Medium bekannt, dass die dort in der Flüssigkeit auftretende Kavitation die Oberflächen zu reinigender Bauteile beschädigen kann. Diese Schäden entstehen durch an der Oberfläche kollabierende Kavitationsblasen. Diese Kavitationsblasen treten bevorzugt an Fehlstellen der Oberfläche auf, da sich dort mikroskopische Gasbläschen beim Eintauchen in die Flüssigkeit anhaften. Insbesondere an Graten und in Bohrungen kann dies der Fall sein. Dies lässt sich nach Erkenntnis der Anmelderin zur Entgratung von metallischen Bauteilen durch gezielte Kavitationswirkung nutzen, da die bei dem Kollaps der einzelnen Gasbläschen frei werdende Energie eventuell vorhandene Grate gleichsam absprengt. Dabei soll das zu entgratende Bauteil (Werkstück) kurzzeitig intensiver ultraschallinduzierter Kavitation ausge- setzt werden, um eine Entgratung durchzuführen. Die in üblichen Ultraschallreinigungsbädern auftretende Kavitationsintensität ist dabei nach Erkenntnis der Anmelderin unzureichend, so dass eine erhöhte Kavitationsintensität, wie sie beim Gegenstand der Erfindung realisiert ist, notwendig ist.
Es ist ferner grundsätzlich bekannt, dass sich sehr intensive Kavitation an der Oberfläche von mit Ultraschallfrequenz schwingenden Sonotroden, die in ein flüssiges Medium eintauchen, erzielen lässt. Sonotroden sind im Allgemeinen Werkzeuge für das Ultraschall-Schweißen, die durch das Einleiten von hochfrequenten mechanischen Schwingungen (Ultraschall) in Schwingungen versetzt werden. Sie stellen die Verbindung vom Ultraschallgenerator zum Werkstück her und leiten die Schwingungen in dieses ein. Die durch die entstehende Reibung erzeugte Wärme führt zum Aufschmelzen und zum Verbinden des Werkstücks. Sonotroden haben als einziges Bauteil einer Ultraschall-Schweißmaschine direkten Kontakt zum Schweißteil.
Der Grund für diese intensive Kavitation ist die gegenüber üblichen Schallwandlern für die Reinigungstechnik bei Sonotroden deutlich höhere Amplitude der mechanischen Auslenkung. Derart hohe Amplituden lassen sich durch Verwendung entsprechend geeigneter Schallwandler, Verstärkungselemente (Booster, nachfolgend auch als Transformator bezeichnet) und geeigneter Geometrien der Sonotrode erreichen bzw. zu verstärken. Dies ist aus Anwendungen für das Ultraschallschweißen grundsätzlich bekannt.
Erfindungsgemäß ist demnach wenigstens eine Sonotrode in ein mit einer (Rei- nigungs-)Flüssigkeit gefülltes Behältnis (Tank) eingebracht bzw. einbringbar. Weiterhin wird diese Sonotrode gemäß einer Weiterbildung der Erfindung von einem Ultraschallwandler mit einer Ultraschallfrequenz zwischen 10 und 50 kHz, vorzugsweise etwa 18 kHz bis etwa 35 kHz, höchst vorzugsweise etwa 20 kHz bis etwa 30 kHz, betreiben, so dass sich intensive Kavitation nahe an einer schwingenden Fläche der Sonotrode (vorliegend auch als Sonotrodenfläche bezeichnet) ausprägt.
Eine entsprechende Ausbildung der Vorrichtung sieht vor, dass der Ultraschallgenerator zum Erzeugen einer Ultraschallfrequenz der Schwingungen von wenigstens etwa 10 kHz und höchstens etwa 50 kHz ausgebildet ist, vorzugsweise etwa 18 kHz bis etwa 35 kHz, höchst vorzugsweise etwa 20 kHz bis etwa
30 kHz.
Das zu entgratende Werkstück wird nun manuell oder durch eine spezielle Vorrichtung (d.h. Einrichtung zum definierten Anordnen eines zu entgratenden Werkstücks) in einen definierten Abstand bezüglich eben dieser schwingenden Fläche positioniert, so dass die dort auftretende intensive Kavitation zur Beseitigung von Graten führt. Die Positionierung ist vorteilhaft so ausgeführt oder einstellbar, dass der minimale Abstand zur schwingenden Fläche wenigstens 0,1 mm beträgt, dabei aber kleiner oder höchstens gleich groß ist wie eine akustische Wellenlänge im Reinigungsmedium oder in der (Reinigungs-)Flüssigkeit.
Eine entsprechende Ausbildung der Vorrichtung sieht vor, dass ein Abstand des Werkstückes von der Sonotrodenfläche derart einstellbar ist, dass er wenigstens etwa 0,1 mm beträgt und höchstens etwa einer akustischen Wellenlänge der Flüssigkeit entspricht, vorzugsweise durch eine entsprechende Verstellbarkeit der Einrichtung.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein mechanischer Transformator zur Vergrößerung oder Verringerung der mechanischen Amplitude zwischen dem Ultraschallwandler und der Sonot- rode angebracht wird.
Entsprechend kann in Weiterbildung der Vorrichtung vorgesehen sein, dass ein mechanischer Transformator zur Vergrößerung oder Verringerung der mechanischen Amplitude zwischen dem Ultraschallwandler und der Sonotrode angebracht ist.
In Weiterbildung der Erfindung kann weiterhin eine Einrichtung vorgesehen sein, die die zu entgratenden Werkstücke kontinuierlich oder diskontinuierlich über die schwingende Sonotrodenfläche führt, vorzugsweise etwa parallel zu dieser. Vorteilhaft kann dies durch Vorsehen einer Schleppkette oder eines anderen geeigneten Transportsystems realisiert sein. Ein Merkmal ist dabei die Einhaltung eines konstanten, jedoch einstellbaren Abstandes zur schwingenden Fläche der Sonotrode, was vorzugsweise kontinuierlich überwacht wird. Bei einer entsprechenden Weiterbildung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung in Form einer Transporteinrichtung zur kontinuierlichen o- der diskontinuierlichen Zuführung von Werkstücken mittels mit einstellbarem Abstand zur schwingenden Fläche der Sonotrode ausgebildet ist. Die kann eine Überwachungseinrichtung aufweisen, die zum kontinuierlichen Überwachen der Einhaltung eines konstanten Abstandes zur Sonotrodenfläche ausgebildet ist.
Bei wieder einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mittels der Transporteinrichtung oder des Transportsystems eine Hubbewegung im Wesentlichen senkrecht zu der Sonotrodenfläche durchgeführt wird, so dass eine Positionierung der Werkstücke über der schwingenden Fläche erreicht wird.
Bei einer entsprechenden Weiterbildung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Transporteinrichtung zum Ausführen einer Hubbewegung im Wesentlichen senkrecht zu der Sonotrodenfläche ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung umfasst eine Aufnahmevorrichtung für die zu entgratenden Werkstücke, die mittels einer Positioniereinrichtung an die schwingende Fläche der Sonotrode geführt wird bzw. führbar ist. Auch hier kann eine Vorrichtung zur Einhaltung eines konstanten Abstandes zur schwingenden Fläche der Sonotrode vorgesehen sein. Diese Vorrichtung kann zur Ultraschall-Distanzmessung, zur optischen Distanzmessung, zur induktiven Distanzmessung oder zur Distanzmessung über den Weg bzw. Hub ausgebildet sein, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mehr als eine Sonotrode derart in die Flüssigkeit eingebracht und zum Schwingen angeregt werden, dass gleichzeitig mehr als eine Seite des Werkstückes mit Ultraschall beaufschlagt wird bzw. beaufschlagbar ist.
Vorrichtungstechnisch kann entsprechend vorgesehen sein, dass mehr als eine Sonotrode derart angeordnet und in die Flüssigkeit eingebracht oder einbringbar und zum Schwingen angeregt oder anregbar sind, dass gleichzeitig mehr als eine Seite des Werkstückes mit Ultraschall beaufschlagbar ist. Bei einer wieder anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Sonotroden mit zumindest teilweise unterschiedlichen Abmessungen und/oder Geometrien der jeweiligen So- notrodenfläche verwendet werden.
Weiterhin kann durch einen Wechsel von Sonotroden mit abstrahlenden Flächen unterschiedlicher Geometrie eine Anpassung an veränderte Werkstückabmessungen erreicht werden. Es kann auf Seiten der Vorrichtung auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Sonotroden vorgesehen sind, die zumindest teilweise unterschiedliche Abmessungen ihrer jeweiligen Sonotrodenfläche aufweisen.
Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass ein
Schwingsystem, umfassend den Ultraschallwandler, die Sonotrode und ggf. den Transformator, in einem Bereich minimaler mechanischer Auslenkung (Schwingungsknoten) an dem Tank fixiert ist, vorzugsweise im Bereich desjenigen Schwingungsknotens, welcher der Sonotrodenfläche am nächsten liegt. Hierdurch kann die Eintauchtiefe des Schwingsystems bzw. der Sonotrode in die Flüssigkeit minimiert werden, was sich günstig auf das erforderliche Flüssigkeitsvolumen und die Tankgröße auswirken kann.
Bei einer anderen Weiterbildung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Schwingsystemen, umfassend jeweils den Ultraschallwandler, die Sonotrode und ggf. den Transformator, jeweils in einem Bereich minimaler mechanischer Auslenkung an dem Tank fixiert ist, so dass die jeweiligen So- notrodenflächen an unterschiedlichen Stellen relativ zu dem Ort angeordnet sind, damit mehr als eine Seite des zu entgratenden Werkstückes beschallt werden kann.
Bei wieder einer anderen Weiterbildung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Anordnen des Werkstücks oder der Werkstücke derart ausgebildet ist, dass eine zu entgratende Stelle des Werkstücks nicht abgedeckt und frei in die Flüssigkeit eintauchbar ist, um eine möglichst effiziente Entgratung zu ermöglichen. Nachfolgend werden weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung unter Bezugnah me auf die Zeichnung besch rieben .
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 zeigt schematisch den ortsabhängigen Schwingungsverlauf bei einem Ultraschall-Schwingsystem mit einer Sonotrode;
Fig. 3 zeigt schematisch eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 zeigt schematisch eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5 zeigt eine mögliche Anordnung meh rerer Sonotroden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 6 zeigt untersch iedlich geformte Sonotroden zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
I n Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. In einem mit flüssigem Reinigungsmed iu m M gefüllten Tan k 1 ist ein U ltraschallschwingsystem 3 montiert. Das Ultraschallschwingsystem 3 u mfasst einen Ultraschallwand ler (oder auch Konverter) 4 zu r Umwandlung von elektrischen Schwingungen in mechan ische Schwingungen , einen Booster (Transformator) 5 zur Erhöhung der mechanischen Auslen kung, sowie eine Sonotrode 6. Bezugszeichen 6' bezeichnet eine Schwingungen abstrah lende Fläche der Sonotrode (alternativ auch als„schwingende Fläche der Sonotrode" o- der„Sonotrodenfläche" bezeichnet). Die einzelnen Komponenten 4-6 des Schwingsystems 3 sind dabei du rch (n icht gezeigte) Schraubverbindungen miteinander verbunden und somit auswechselbar. Der Konverter 4 steht in Wirkverbindung mit einem U ltraschallgenerator 2 und wird du rch diesen mit elektrischer Energie versorgt. Dabei verfügt der U ltraschallgenerator 2 über eine Regelung, welche d ie mechanische Amplitude des Konverters 4 regelt und eine Einstellung d ieser Amplitude in einem Bereich von beispielsweise 1 0 bis 1 00% bezogen auf eine maximale mechan ische Amplitude ermöglicht. Solche U ltraschallgeneratoren sind dem Fach mann bekannt und werden beispielsweise in Einrichtungen zu m Ultraschallschweißen verwendet.
Ein zu entgratendes Werkstück 7 ist gemäß Fig. 1 in einem Abstand von mindestens 0, 1 mm und höchstens einer akustischen Wellenlänge der Reinigungsflüssigkeit M bei der abstrah lende Fläche 6' der Sonotrode position iert und für eine bestimmte Zeit beschallt, welche von der Art des Werkstücks 7 sowie der vorhandenen Menge an Graten etc. abhängt und beispielsweise aus entsprechenden Vorversuchen ermittelt werden kann .
I n Fig. 2 ist der Aufbau des beispielhaften Schwingsystems 3 aus Fig . 1 zu r Veranschaulichung nochmals dargestellt. Ebenfalls dargestellt ist der prinzipielle ortsabhängige Amplitudenverlauf der axialen mechan ischen Auslenkung x(t) der jeweiligen Komponenten 4-6 des Schwingsystems 3, aus dem die besch riebene Verstärkung hervorgeht: Die Amplitude n immt vom Konverter 4 zu r Sonotrode 6 zu . Weiterh in existieren Bereiche, an denen d ie Auslen kung verschwindet, sogenannte Knotenpunkte K, x(K)=0. Besonders vorteilhaft ist es nun , dieses Schwingsystem 3 eben in d iesen Knotenpunkten K an weiteren Komponenten der Vorrichtung zu befestigen . Vorteilhafterweise wird ein Flansch (nicht gezeigt) zur Fixierung des Schwingsystems 3 an dem Tank 1 aus Fig. 1 in einem d ieser Knotenpun kte K befestigt sein (vgl . Fig. 1 ).
Abweichend von der Darstellung in Fig. 1 kann auch vorgesehen sein , das Schwingsystem 3 im Bereich des obersten (vordersten ) Knotenpun kts K gemäß Fig. 2 zu befestigen . Dadu rch kann d ie Eintauchtiefe in das Med ium M minimiert werden , was sich günstig auf das erforderliche Flüssigkeitsvolumen auswirken kann .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei ist der Tank 1 mitsamt Schwingsystem 3 durch eine Vorrichtung 8 (Transportvorrichtung) für einen kontinuierlichen Transport von Werkstücken 7 erweitert. Die Transportvorrichtung 8 kann beispielsweise eine Gliederkette u mfassen , in der d ie einzelnen Werkstücke 7 eingehängt bzw. einhängbar sind . Diese Gliederkette kann du rch eine Antriebsvorrichtung 9, beispielsweise angetriebene Rollen oder Zahn räder, kontinu ierlich oder diskontinu- ierlich über die schwingende Fläche 6' bzw. parallel zu dieser bewegt werden. Die Transportvorrichtung 8 umfasst weiterhin eine Einrichtung, durch die der Abstand der Werkstücke 7 zur Sonotrodenfläche 6' einstellbar ist, wie in Fig.3 durch vertikale Doppelpfeile symbolisiert. Die Vorrichtung kann zur kontinuierlichen Überwachung und Einstellung dieses Abstands ausgebildet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig.4 dargestellt. Hierbei befindet sich über dem Tank 1 mit erfindungsgemäßem Schwingsystem 3 eine weitere Einrichtung 10 zur Aufnahme mehrerer Werkstücke 7. Bei dieser Einrichtung 10 kann es sich beispielsweise um einen Korb, einen Warenträger oder einen anderen, der Geometrie der Werkstücke angepassten Träger handeln. Vorteilhafterweise ist der Träger bzw. die Einrichtung 10 so gestaltet, dass die zu entgratende Fläche der Werkstücke 7 nicht abgedeckt ist und frei in das Reinigungsmedium M eintauchen kann. Der Warenträger bzw. die Einrichtung 10 ist weiterhin mit einen Hub- und Transportmechanismus 11 verbunden, durch den der Warenträger bzw. die Einrichtung 10 in das Reinigungsmedium M eingetaucht werden kann, wie dargestellt. Weiterhin besitzt der Hubmechanismus 11 vorzugsweise die Eigenschaft, dass der Abstand der Werkstücke 7 zur Sonotrodenfläche 6' selektiv einstellbar ist, wie in Fig.4 durch einen vertikalen Doppelpfeil symbolisiert.
Ohne weitere Darstellung sind für den Fachmann auch Kombinationen oder Aneinanderreihungen der in Fig. 1 , Fig.3 und Fig.4 offenbarten Ausführungsformen zu größeren Einrichtungen möglich und daher ebenfalls Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
Abhängig von der Geometrie der Bauteile bzw. Werkstücke 7 kann eine gleichzeitige Entgratung mehrerer Bauteilflächen bzw. Flächen der Werkstücke 7 aus Zeit- und/oder Kostengründen vorteilhaft sind. Hierzu ist beispielsweise die in Fig.5 gezeigte Anordnung mehrerer Sonotroden 6a-6c höchst vorteilhaft. Beispielsweise lassen sich drei Sonotroden 6a, 6b und 6c so an einem Tank 1 montieren, dass gleichzeitig drei Seiten eines Werkstücks 7 erfindungsgemäß entgratet werden können. Die verwendeten Sonotroden 6a-6c müssen nicht identisch ausgebildet sein. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 6 dargestellt, in der versch iedene U ltraschallsonotroden 6d bis 6f mit unterschied lichen Abmessungen und Geometrien der abstrahlenden Flächen dargestellt sind . Diese Sonotroden 6d-6f sind im Rahmen der vorliegenden Erfin- dung bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise austauschbar, so dass d ie Vorrichtung beispielsweise an unterschied liche Abmessungen oder Geometrien der zu entgratenden Werkstücke 7 und/oder an unterschied liche Grattypen etc. anpassbar ausgebildet sein kann .

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Entgraten von Werkstücken (7) mit Ultraschall unter Verwendung wenigstens einer Sonotrode (6; 6a, 6b, 6c), mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Versorgen wenigstens eines Ultraschallwandlers (4) mit elektrischer Energie mittels wenigstens eines Ultraschallgenerators (2), so dass der Ultraschallwandler (4) zu mechanischen Schwingungen angeregt wird;
b) Übertragen der Schwingungen an die mit dem Ultraschallwandler (4) mechanisch verbundene Sonotrode (6);
c) Eintauchen der Sonotrode (6) mit wenigstens einer schwingenden Sonotrodenflache (6') in eine Flüssigkeit (M), so dass durch die mechanischen Schwingungen der Sonotrode (6) im Bereich dieser Sonotrodenflache (6') Kavitation in der Flüssigkeit (M) erzeugt wird;
d) Anordnen eines zu entgratenden Werkstücks (7) in der Nähe der Sonotrodenflache (6'), wodurch das Werkstück (7) an wenigstens einer dieser Sonotrodenflache (6') gegenüberliegenden Seite oder Fläche entgratet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine erzeugte Ultraschallfrequenz der Schwingungen wenigstens etwa 10 kHz und höchstens etwa 50 kHz beträgt, vorzugsweise etwa 18 kHz bis etwa 35 kHz, höchst vorzugsweise etwa 20 kHz bis etwa 30 kHz.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Abstand des Werkstücks (7) von der Sonotrodenfläche (6') derart gewählt wird, dass er wenigstens etwa 0,1 mm beträgt und höchstens etwa einer akustischen Wellenlänge der Flüssigkeit (M) entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein mechanischer Transformator (5) zur Vergrößerung oder Verringerung der mechanischen Amplitude zwischen dem Ultraschallwandler (4) und der Sonotrode (6) angebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung von Werkstücken (7) mittels einer Transporteinrichtung (8; 11) mit einstellbarem Abstand zur Sonotrodenflache (6'), bei dem vorzugsweise die Werkstücke (7) in einem Bereich etwa parallel zur Sonotrodenflache (6') geführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem mittels der Transporteinrichtung (11) eine Hubbewegung im Wesentlichen senkrecht zu der Sonotrodenflache (6') durchgeführt wird, so dass eine Positionierung der Werkstücke (7) über der Sonotrodenflache (6') erreicht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Einhaltung eines konstanten Abstandes zur Sonotrodenflache (6') kontinuierlich überwacht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem mehr als eine So- notrode (6a, 6b, 6c) derart in die Flüssigkeit (M) eingebracht und zum Schwingen angeregt werden, dass gleichzeitig mehr als eine Seite des Werkstückes (7) mit Ultraschall beaufschlagt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Mehrzahl von Sonotroden (6d, 6e, 6f) mit zumindest teilweise unterschiedlichen Abmessungen der jeweiligen Sonotrodenflache (6') verwendet werden.
10. Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken (7) mit Ultraschall, aufweisend:
a) wenigstens einen Ultraschallwandler (4);
b) wenigstens einen Ultraschallgenerator (2), der zum Versorgen des Ultraschallwandlers (4) mit elektrischer Energie ausgebildet ist, um den Ultraschallwandler (4) zu mechanischen Schwingungen anzuregen;
c) wenigstens eine Sonotrode (6), die zum Übertragen der Schwingungen mit dem Ultraschallwandler (4) mechanisch verbunden ist;
d) einen Tank (1), der mit einer Flüssigkeit (M) füllbar oder gefüllt ist, so dass die Sonotrode (6) mit wenigstens einer schwingenden Sonotrodenflache (6') in die Flüssigkeit (M) eintaucht oder eintauchbar ist; und d) eine Einrichtung (8, 9; 10, 11 ) zum definierten Anordnen eines zu entgratenden Werkstücks (7) an einem Ort in der Nähe dieser Sonotrodenflache (6').
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Ultraschallgenerator (2) zum Erzeugen einer Ultraschallfrequenz der Schwingungen von wenigstens etwa 10 kHz und höchstens etwa 50 kHz ausgebildet ist, vorzugsweise etwa 18 kHz bis etwa 35 kHz, höchst vorzugsweise etwa 20 kHz bis etwa 30 kHz.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , bei der ein Abstand des Werkstücks (7) von der Sonotrodenflache (6') derart einstellbar ist, dass er wenigstens etwa 0,1 mm beträgt und höchstens etwa einer akustischen Wellenlänge der Flüssigkeit (M) entspricht, vorzugsweise durch eine entsprechende Verstellbarkeit der Einrichtung (8, 9; 10, 11).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei derein mechanischer Transformator (5) zur Vergrößerung oder Verringerung der mechanischen Amplitude zwischen dem Ultraschallwandler (4) und der Sonotrode (6) angebracht ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der die Einrichtung in Form einer Transporteinrichtung (8; 11) zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung von Werkstücken (7) mit einstellbarem Abstand zur Sono- trodenfläche (6') ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Transporteinrichtung (11 ) zum Ausführen einer Hubbewegung im Wesentlichen senkrecht zu der Sonotroden- fläche (6') ausgebildet ist oder bei der die Transporteinrichtung (8) zum Ausführen einer Bewegung im Wesentlichen parallel zu der Sonotrodenfläche (6') ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, mit einer Überwachungseinrichtung, die zum kontinuierlichen Überwachen der Einhaltung eines konstanten Abstandes des Werkstücks (7) zur Sonotrodenfläche (6') ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei der mehr als eine Sonotrode (6) derart angeordnet und in die Flüssigkeit (M) eingebracht oder einbringbar und zum Schwingen angeregt oder anregbar sind, dass gleichzeitig mehr als eine Seite des Werkstücks (7) mit Ultraschall beaufschlagbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dereine Mehrzahl von Sonotroden (6a, 6b, 6c; 6d, 6e, 6f) vorgesehen sind, die zumindest teilweise unterschiedliche Abmessungen ihrer jeweiligen Sonotrodenflache (6') aufweisen.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, bei derein Schwingsystem (3), umfassend den Ultraschallwandler (4), die Sonotrode (6) und ggf. den Transformator (5) gemäß Anspruch 13, in einem Bereich (K) minimaler mechanischer Auslenkung (x(t)) an dem Tank (1 ) fixiert ist, vorzugsweise im Bereich eines Schwingungsknotens (K), welcher der Sonotrodenflache (6') am nächsten liegt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, bei dereine Mehrzahl von Schwingsystemen (3), umfassend jeweils den Ultraschallwandler (4), die Sonotrode (6) und ggf. den Transformator (5) gemäß Anspruch 13, jeweils in einem Bereich (K) minimaler mechanischer Auslenkung (x(t)) an dem Tank (1) fixiert ist, so dass die jeweiligen Sonotrodenflächen (6') an unterschiedlichen Stellen relativ zu dem Ort angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, bei der die Einrichtung (8, 9; 10, 11 ) zum Anordnen des Werkstücks (7) oder der Werkstücke (7) derart ausgebildet ist, dass eine zu entgratende Stelle des Werkstücks (7) nicht abgedeckt und frei in die Flüssigkeit (M) eintauchbar ist.
22. Verwendung einer Sonotrode (6; 6a, 6b, 6c; 6d, 6e, 6f) zum Entgraten von Werkstücken (7), vorzugsweise gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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