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Werkzeuggestaltung für Zylindersonotroden

Die Zylindersonotrode auch als Glockensonotrode bezeichnet, ist ein Stabschwinger und überwiegend als l/2 Resonator im Einsatz. Das Übersetzungsverhältnis entspricht etwa dem Durchmesserverhältnis der beiden Endflächen zueinander. Das bedeutet, wenn vom Erregersystem eine Schwingweite von 15µm in eine Sonotrode mit D= 40 mm und d= 20 mm eingekoppelt wird, erfolgt durch die Querschnittsreduzierung eine Vergrößerung der Schwingweite etwa um den Faktor 2 auf ca. 30µm.Bei dieser Sonotrodenform sollten die Werkzeuge ausschliesslich durch Hartlöten montiert werden.

Grundsätzlich sollten bei der Werkzeugdefinition folgende Punkte beachtet werden: Bei der Gestaltung der Werkzeugprofile/ -abmessungen muss die Korngrösse des zu verwendeten Schleifmittels allseitig an der Innen- und Aussenkontur eingerechnet werden, ebenfalls sollten die Werkzeuge so definiert werden, daß die Absaugung der Schleifmittelsuspension durch das Werkzeug möglich ist.

Die Beispiele betreffen Werkzeugprofile bis zu einer Länge von etwa 40 mm bei einer Arbeitsfrequenz von 20 kHz. Längere Werkzeuge für tiefere Bohrungen sollten auf l/2 oder ein mehrfaches davon abgestimmt und montiert werden. (s. u.).

Wir zeigen den Aufbau einiger Werkzeugbeispiele in verschiedenen Ausführungsformen.

Eingesetzt wird ein Sonotrode mit einem Durchmesser D= 40 mm und einem Durchmesser d= 20 mm. Die Sonotrode wird zur Grobabstimmung um etwa 80% der über die Sonotrodenkontur hinausragenden Werkzeug- bzw. Adaptermasse gekürzt. Der Frontbereich wird mit einer Ausdrehung versehen, in die das Werkzeug mit dem Adapter eingelötet werden kann.Bei der Herstellung der Ausdrehung ist auf eine gute Oberflächenqualität zu achten. Der Grund der Ausdrehung sollte zur Vermeidung von Rissbildungen einen kleinen Radius aufweisen.

Bei den drei nachfolgend gezeigten Beispielen mit Werkzeugen unterschiedlicher Durchmesser, besitzen Werkzeugprofil und Adapter zusammen etwa die gleiche Masse und ergeben bei Austausch innerhalb der gleichen Sonotrode dieselbe Resonanzfrequenz.

Das Werkzeugprofil besitzt einen Aussendurchmesser von 22 mm. Die Verbindung zum Innendurchmesser der Sonotrode ist durch Hartlöten in einer ausgedrehten Stufe hergestellt.

Das Werkzeugprofil besitzt einen Aussendurchmesser von 40mm und einen Innendurchmesser von 39mm. Die Verbindung zum Aussendurchmesser der Sonotrode ist durch Hartlöten an einer angedrehten Stufe hergestellt.

Hier wird der Aufbau eines Koaxialwerkzeugs gezeigt. Die Werkzeugmontage erfolgt am Innen- und Aussendurchmesser der Sonotrode durch Hartlöten. Mit derartigen Werkzeugen können zum Beispiel Ringe mit grösseren Durchmessern in einem Arbeitsgang gefertigt werden.

Das Werkzeugprofil besitzt einen Aussendurchmesser von 40 mm und ist mit dem, über die Sonotrodenlänge hinausragenden Bereich als l/2 Resonator hergestellt. Die Verbindung zur Sonotrode ist durch Hartlöten hergestellt. Derartige Werkzeuge können auch mehrere l/2 lang sein.

In der Praxis kann eine Zylindersonotrode etwa wie das nebenstehend gezeigte Beispiel aussehen. D= 80 mm, d= 50 mm, Werkzeugprofil 60 x 60 mm, 130 mm lang für quadratische Durchgangsbohrungen 60 mm tief.

Das nebenstehende Bild zeigt eine Sonotrode gleicher Bauform, jedoch mit einem 60 x 60 mm und 15 mm langen Werkzeugprofil, das durch Hartlöten auf die Sonotrode montiert ist. Mit diesem Werkzeug wurden die Deckel für die Vierkantbohrungen hergestellt.

Die gezeigten Beispiele ergeben innerhalb des Einsatzes in einer Sonotrode etwa die gleiche Resonanzfrequenz. Mit zunehmender Masse des Werkzeugprofils reduziert sich der Verschleissbereich, das ist der Bereich in dem das Werkzeugprofil innerhalb des Arbeitsbereichs des Ultraschallsystems durch Bearbeitung verschlissen werden kann.Zur Abstimmung der auf dieser Seite gezeigten Sonotroden / Werkzeuge – insbesondere bei den beiden letztgenannten Beispielen - ist der Einsatz des Sonotrodenmeßplatzes erforderlich, da bei diesem Querschnittsbereich bei Abstimmungsfehlern Mehrwegausbreitungen der Schwingung auftreten können, die zum Bruch des Werkzeugs / der Lötstelle führen können.

Sonotroden-Messgerät

eine ideale Ergänzung. Das Sonotroden-Messgerät ermöglicht ausserdem die von der Maschine räumlich getrennte Herstellung und Abstimmung der Sonotroden auf die Resonanzfrequenz des Ultraschallsystems der Maschine sowie die Montage der Werkzeuge.

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