Das Ultraschallsystem

einer Ultraschallbearbeitungsmaschine besteht aus einer Aufnahme für die Werkstücke, der Schleifmittelumwälzung und -absaugung und einem auf einer Führung montierten Ultraschall-Erregersystem.

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.
generator

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.

 

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
ultraschallsystem
sonotrode mit werkzeug 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.
ultraschallsystem
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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