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Das Ultraschallsystem
einer
Ultraschallbearbeitungsmaschine besteht aus einer Aufnahme für die
Werkstücke, der Schleifmittelumwälzung und -absaugung und einem
auf einer Führung montierten Ultraschall-Erregersystem.
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| Die wesentlichste
Baugruppe der Ultraschallbearbeitungsmaschine Das Ultraschallsystem
besteht aus dem Erregersystem, auch als Schallkopf bezeichnet, und
dem darauf abgestimmten Generator. Des weiteren sind zum Betrieb des
Systems Sonotroden (auch als Rüssel, Bohrrüssel, Schwingweitenwandler,
Schwingungstransformatoren bezeichnet) erforderlich, die das zur Bearbeitung
erforderliche Werkzeug tragen und mit diesem zusammen l/ 2 Resonatoren
bilden. Bewährt haben sich zwei Systeme. Das aus den Anfangszeiten
der Ultraschallbearbeitung stammende magnetostriktive System, das
sich durch eine größere Breitbandigkeit und bessere Abstimmungsmöglichkeiten
auszeichnet. Es ist jedoch in Aufbau und Bedienung erheblich aufwendiger
als die seit Anfang der Siebziger Jahre verfügbaren piezoakustischen
Wandlersysteme, die auch mit höherer Leistung verfügbar sind. |
| Dadurch sind
Generator-Erregersysteme hoher Leistung mit geringerem Aufwand realisierbar,
die sowohl kostengünstiger herstellbar sind, als auch im Betrieb und
in der Bedienung wesentlich geringere Ansprüche stellen |
| Das in der Maschine
befindliche Ultraschallsystem besteht in der Grundform aus drei fest
miteinander verbundenen Baugruppen, Generator, Erreger und Booster
sowie der auf die Bearbeitungsaufgabe abgestimmten Sonotrode mit dem
Werkzeug. |
| Schallkopf mit
Booster - Generator, Erreger und Booster sind feste Bestandteile der
Maschine und können nicht verändert sondern nur als komplette Baugruppe
ausgetauscht werden. |
| Sie sind auf
eine gemeinsame Resonanzfrequenz abgestimmt, die Betriebsfrequenz
der Maschine. Bei der konventionellen Ultraschallbearbeitung beträgt
diese Frequenz meist um 20 kHz. (20.000 Hertz) |
Für die Bearbeitung
mit kleineren Schleifmittelkörnungen oder im Bereich der Mikrostrukturierung
werden Geräte mit 30 – 60 kHz eingesetzt. Die letzteren benötigen
eine sehr spezielle Systemumgebung.
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Der Generator
ist ein leistungsstabilisierter Halbleitergenerator mit Frequenzabstimmung,
AFC und Leistungsregelung. Er steht, in abgestuften Leistungen zur
Verfügung:
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100
W in 20 und 40 kHz. |
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200
W in 20 und 40 kHz |
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500
W in 20 und 40 kHz |
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1000
W in 20 und 40 kHz. |
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| Für die Ultraschallbearbeitung
hart-spröder Werkstoffe werden bei sachgemässer Abstimmung Leistungen
von etwa 2 bis 10 W bei Bearbeitungsdurchmessern bis 3 mm und etwa
100 W bei Durchmessern von 50 mm benötigt. Die darüber hinaus aufgenommene
Leistung kompensiert die Bedämpfung durch die Schleifmittelsuspension. |
| Das
piezoakustisch erregte Ultraschallsystem ist mit einem Membranbooster
gekoppelt und in Leistung und Frequenz passend zu den Generatoren
verfügbar. Die Fixierung des Erregersystems erfolgt am Umfang der
Membran des Boosters im Schallkopfgehäuse. In dieser Membran ist die
Befestigung des Absaugrohres für den Betrieb mit Zentralabsaugung
integrie |
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Die
Sonotrode mit dem Werkzeug, abgestimmt auf die Resonanzfrequenz des
Ultraschallsystems. Die Bauform der Sonotrode ist von der Bearbeitungsaufgabe
abhängig. Um so enger die Frontabmessungen der Sonotrode dem Bearbeitungsprofil
angenähert werden können um so problemloser ist die Verarbeitung und
Abstimmung des Werkzeugs. |
| Das fertig montierte
Ultraschallsystem in einer einfachen Bauform sieht dann so aus. Andere
Ultraschallsysteme, etwa mit Schallkopfrotation, sind komplexer und
wesentlich aufwendiger gebaut. |
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| Das hier gezeigte
System ist das, von Aufbau und Handhabung her, einfachste Ultraschallsystem
und wird sowohl in der Bearbeitungstechnik als auch in der Fügetechnik
seit den 70’er Jahren mit grossem Erfolg eingesetzt. |
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