Kegelsonotrode

 

Die Kegelsonotrode – die bei der Ultraschallbearbeitung meistverwendete Sonotrodenform, - 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 vorzugsweise durch hartlöten montiert werden.Wir zeigen den Aufbau einiger Werkzeugbeispiele in verschiedenen Ausführungsformen. Für die Grobabstimmung werden von der Werkzeugaufnahmeseite der Sonotrode etwa 80% der Masse des über die Sonotrodenkontur hinausragenden Werkzeuganteils abgedreht. Anschliessend wird die Anpassung der Durchmesser vorgenommen.

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. unten).

Die Abbildung zeigt den Aufbau eines Werkzeugs gezeigt das auf den Frontdurchmesser der Sonotrode aufgelötet ist.

Der Frontbereich der Sonotrode wird mit einer Durchmesserreduzierung durch Abdrehen versehen, auf die das Werkzeug mit dem Adapter gelötet wird. 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.

Die Werkzeugmontage erfolgt am Innendurchmesser der Ausdrehung durch hartlöten. Mit derartigen Werkzeugen können Bohrungen oder Bohrkerne in einem Arbeitsgang gefertigt werden.

Der Frontbereich der Sonotrode wird mit einer Ausdrehung versehen, in die das Werkzeug mit dem Adapter eingelötet wird. 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.

Die Werkzeugmontage erfolgt am Innendurchmesser der Ausdrehung durch hartlöten. Mit derartigen Werkzeugen können Bohrungen oder Bohrkerne in einem Arbeitsgang gefertigt werden.

Das gezeigte Werkzeugprofil besitzt einen Aussendurchmesser von 8 mm bei einer Wandstärke von 0,5 mm. Bei Verwendung einer Schleifmittelsuspension – 25 Vol.% Borcarbid, (B4 C) der Körnung .280, (ca. 40µm), mit Wasser – ergibt sich ein resultierender Bohrungsdurchmesser von 8 + 2 x 0,004 = 8,008 mm.

Das gezeigte Werkzeugprofil besitzt einen Aussendurchmesser von 8 mm bei einer Wandstärke von 0,5 mm. Bei Verwendung einer Schleifmittelsuspension – 25 Vol.% Borcarbid, (B4 C) der Körnung .280, (ca. 40µm), mit Wasser – ergibt sich ein resultierender Bohrungsdurchmesser von 8 + 2 x 0,004 = 8,008 mm..
 Hier wird der Aufbau eines Werkzeugs gezeigt das in eine Ausdrehung in der Sonotrode eingelötet ist.

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 in einem Arbeitsgang gefertigt werden.

Das gezeigte Werkzeugprofil besitzt einen Aussendurchmesser von 16 mm bei einer Wandstärke von 0,5 mm. Das innere Rohr besitzt einen Aussendurchmesser von 8 mm bei einer Wandstärke von 0,5 mm.

Bei Verwendung einer Schleifmittelsuspension – 25 Vol.% Borcarbid, (B4 C) der Körnung .280, (ca. 40µm), mit Wasser – ergibt sich ein resultierender Ring-Innendurchmesser von 8 + 2 x 0,004 = 8,008 und ein Ring-Aussendurchmesser von 16 – (2 x 0,004) = 15,92 mm. 

Zur Herstellung tieferer Bohrungen empfiehlt es sich, das Werkzeugprofil mit dem, über die Sonotrodenkontur hinausragenden Teil als l/2 Resonator herzustellen.
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
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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. Das erste und zweite Profil können vermutlich bis zum Ende verschlissen werden. Das Dritte Profil vermutlich nur zu 70% bis 80%.

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.

Sonotrodenmessplatz

eine ideale Ergänzung. Der Sonotrodenmessplatz ermöglicht ausserdem die räumlich von der Maschine getrennte Herstellung und Abstimmung der Sonotroden auf die Resonanzfrequenz des Ultraschallsystems der Maschine sowie die Montage de

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