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Werkzeugprofile auf der Sonotrode montieren

Für die Fixierung der Werkzeugprofile auf der Sonotrode sind eine Reihe unterschiedlicher Verfahren bekannt. Wir wollen hier mal auf die am weitesten verbreiteten und bewährten Techniken eingehen.
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.).

Hartlöten ist die am weitesten verbreitete Technik für die Werkzeugmontage. Sie erreichen damit eine sehr sichere Fixierung des Werkzeugprofils. Voraussetzung ist lediglich, daß Sie die Technik beherrschen und eine geeignete Einrichtung besitzen.
Zum Hartlöten der Werkzeugprofile empfehlen wir die Verwendung eines Silberlotes in Verbindung mit einem Flussmittel das zur Verarbeitung von Cr-Ni geeignet ist.
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.
Zur Vorbereitung werden die zu lötenden Teile gereinigt, im Bereich der Lötstellen mit Flussmittel eingestrichen und zusammengefügt. Um bei Rohrwerkzeugen das Durchfallen des Röhrchens während der Lötung zu vermeiden, empfehlen wir die Verwendung eine Lötvorrichtung, die das Profil während der Lötung in Position hält.

Nach unserer Erfahrung eignet sich in einer Serienfertigung die HF- oder Induktionslötung am besten zum Einlöten der neuen und zum Auslöten der verschlissenen Werkzeugprofile. Das Verfahren hat den Vorteil, daß die Schmelztemperatur des Lotes sehr exakt überwacht werden kann und dass nur die Lötzone erwärmt wird. Dadurch kann die Lötung wesentlich schneller abgeschlossen werden als beim Löten mit einem Brenner. Da derartige Einrichtungen meist nur in größeren Produktionseinrichtungen verfügbar sind ( Kostenpunkt etwa € 15.000,-- bis € 25.000,-- ) empfehlen wir die Verwendung eines Propangasbrenners mit diffuser Flamme. Bei scharfen Flammenkonturen oder der Verwendung von Schweißbrennern besteht bei kleinen Werkzeugprofilen die Gefahr einer örtlichen Überhitzung.
Der Lötvorgang erfolgt auf die Weise, daß die Sonotrode unterhalb der Mitte mit dem Brenner erwärmt wird, die Wärme dabei nach oben fließt und über die Sonotrodenmasse auf den Bereich der Lötung übertragen wird. Zuerst schmilzt das Flussmittel und anschließend bei etwa 720°C das Lot, welches entweder während der Lötung zugegeben, oder vor der Lötung als Ring um die Lötstelle gelegt wird. Nach der Lötung werden die Flussmittelreste im Ultraschallbad in heissem Wasser entfernt.

Anformen an die Sonotrode oder Anfräsen in eine aufgelötete Platte wird dann angewandt, wenn grössere Werkzeugkonturen hergestellt werden, bei denen eine exakte Ausrichtung und eine hohe Abbildungstreue erforderlich ist. Für diese Anwendung ist es notwendig, die Sonotrode mit einer - um die Profilabmessungen - grösseren Länge, als für die gewünschte Resonanzfrequenz erforderlich ist, herzustellen. Diese Technik findet hauptsächlich bei Zylindersonotroden oder anderen Bauformen mit grösseren Abmessungen Anwendung. Der Vorteil dieser Technik liegt darin, daß sich Verzugserscheinungen durch den Lötvorgang nicht auf die Profilgeometrie übertragen können.

Etwa gleichwertig ist die Technik, eine Platte auf die vorabgestimmte Sonotrode aufzulöten und das Werkzeugprofil im aufgelöteten Zustand zu bearbeiten. Wir empfehlen hierzu, das Profil vor der Lötung vorzubearbeiten und im aufgelöteten Zustand nur die Fertigbearbeitung vorzunehmen.

Weichlöten mit Zinnlot kann bei Werkzeugprofilen mit geringer Masse angewandt werden. Hierzu empfehlen wir die Verwendung eines Zinnlotes im Bereich von 270°C bis 320°C in Verbindung mit einem Flussmittel das zur Verarbeitung von Cr-Ni geeignet ist, d.h. Chromoxyd reduziert. Bei der Verwendung dieser Flussmittel sind Sicherheitsvorschriften zu beachten. Im Betrieb ist zu beachten, daß das Lot die Energieübertragung dämpft und daß die Lötstelle von geringerer Festigkeit ist als eine Lötung mit Silberlot. Der Vorteil dieser Lötung liegt darin, dass bei Temperaturen um 300°C gelötet wird. Die entlöteten Teile können in einem Zinnstripper von Lotresten gereinigt werden. Nach der Entfernung der Lotreste mittels Stripper müssen die Lötflächen der Teile vor einer erneuten Lötung mechanisch durch Bürsten mit einer Stahl oder Messingbürste oder Schleifpapier gereinigt werden.


Verschraubungen werden hauptsächlich dann für die Werkzeugmontage eingesetzt, wenn Einzelstücke mit geringerer Präzision bearbeitet werde sollen. Die Nenndurchmesser des Gewindes sollte nicht wesentlich mehr als 30% bis 40% des Sonotrodendurchmessers betragen. Ab einem Nenndurchmesser von > 8 mm bis 10 mm empfehlen wir den Einsatz von Feingewinden. Die Einbaulänge des Gewindes sollte grösser sein als 1,5 x Nenndurchmesser.

Einschrumpfen von Werkzeugprofilen in die Sonotrode ist eine weniger verbreitete Technik. Hierzu wird die Befestigungsbohrung in der Sonotrode kleiner ausgeführt als der Einbaudurchmesser des Werkzeugprofils oder des Trägers des Werkzeugprofils.
Zur Montage wird die Sonotrode auf ca. 130°C bis 150°C aufgeheizt und das einzubauende Profil mit vorhandenen Mitteln, z.B. Im Gefrierfach eines Kühlschranks abgekühlt.
Die Trennung der Teile nach Erfüllung der Aufgabe kann problematisch sein und erfolgt meist durch Zerspanen des restliche Werkzeugprofils.

Bei der Werkstoffauswahl ist zu beachten, daß die Wellengeschwindigkeit in den beiden Werkstoffen nicht zu unterschiedlich ist, weil sonst innerhalb der Fassung Reibung in Verbindung mit Wärme auftritt, die zur Lösung der Fügestelle führen kann.

Konusbefestigung erfordert eine hohe Präzision bei der Herstellung von Sonotrode und Werkzeug. Auch hier ist der Werkstoffauswahl zu beachten, daß die Wellengeschwindigkeit in den beiden Werkstoffen, - Sonotrode / Werkzeugaufnahme - nicht zu unterschiedlich ist weil sonst innerhalb der Fassung Reibung in Verbindung mit Wärme auftritt, die zur Lösung der Fügestelle führen kann.

Kleben mit Hilfe von Spezialklebern, wird oft bei der Verarbeitung von Werkzeugprofilen mit geringer Masse angewendet. Der Nachteil der Klebeverbindung ist, daß nur relativ geringe Leistung übertragen werden kann. Die Entfernung des verschlissenen Werkzeugprofils aus der Aufnahme erfolgt durch Erwärmen / Abbrennen des Klebers. Eine zusätzliche Verfestigung der Klebestelle wird durch die Zugabe eines mineralischen Granulats erreicht, zum Beispiel durch die Beimischung von Schleifmittel.

Vergiessen mit Hilfe von Giessharzen, wird zum Beispiel zur Herstellung von Vielfachwerkzeugen dann eingesetzt, wenn Werkzeugprofile geringer Masse exakt und ohne die bei einer Erwärmung und anschliessender Abkühlung entstehenden Geometriefehler positioniert werden sollen. Der Nachteil dieser, der Klebeverbindung vergleichbaren Technik ist, daß nur relativ geringe Leistung übertragen werden kann. Die Entfernung des verschlissenen Werkzeugprofils aus der Aufnahme erfolgt durch Erwärmen / Abbrennen des Giessharzes. Eine zusätzliche Verfestigung der Vergussmasse wird durch die Zugabe eines mineralischen Granulats erreicht, zum Beispiel durch die Beimischung von Schleifmittel.

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