DE19852642C1 - Ultraschall-Schneideinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schneideinrichtung zum Schneiden von unterschiedlichen Materialien mittels eines durch Ultraschall angeregten Schneidwerkzeuges (5), welches im Bereich des Schwingungsmaximums (4) des Horns (2) (lambda/2-Schwinger) des Ultraschallwandlers (1) eingespannt ist, wobei das Horn (2) des Ultraschallwandlers (1) im Bereich des Schwingungsknotens (3) mechanisch gelagert ist. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschall-Schneideinrichtung zu entwickeln, mit der die Mängel der bekannten Einrichtungen vermieden werden und mit der gewährleistet ist, daß Materialien unterschiedlicher Art zuverlässig und effektiv geschnitten werden können, wird dadurch gelöst, daß das Schneidwerkzeug (5) auf der anderen Seite in ein schwingungsentkoppeltes Gegenlager (7) mit der Resonanzfrequenz des Horns (2) des Ultraschallwandlers (1) im Bereich des Schwingungsmaximums (9) eingespannt ist, wobei das Gegenlager (7) im Bereich des Schwingungsknotens (8) mechanisch gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schneidein­ richtung zum Schneiden von Materialien unterschied­ licher Art mittels Ultraschall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um Ultraschall zu erzeugen und in ein Medium mit einer gewünschten Leistung einzubringen, werden prinzipiell ein Ultraschall-Wandler (λ/2-Schwinger), der die einge­ brachte elektrische Energie in mechanische Schwingungen umwandelt, und eine Sonotrode bzw. ein Horn verwendet.

Die Sonotrode oder in diesem Falle das Horn sind als ein Werkzeug anzusehen, über das die Ultraschall- Leistung an den Wirkungsort geleitet wird.

Nach dem allgemeinen Stand der Technik wird die Ultra­ schall-Leistung aus einem Ultraschallwandler (λ/2- Schwinger) über ein Horn in das Schneidwerkzeug einge­ bracht. Das Schneidwerkzeug ist dabei im Bereich des Schwingungsmaximums des Horns eingespannt. Die in das Schneidwerkzeug übertragenen Längsschwingungen bewirken eine Vibration der Schneide und damit den Schneid­ vorgang.

So ist aus der DE 298 02 711 U1 ein ultraschall­ betriebenes Schneidwerkzeug bekannt, welches im Bereich des Schwingungsmaximums des λ/2-Schwingers des Ultra­ schall-Wandlers eingespannt ist, wobei das Horn des Ultraschall-Wandlers im Bereich des Schwingungsknotens mechanisch gelagert ist.

In der DE 296 01 393 U1 wird eine Ultraschall-Sonotrode mit Flansch beschrieben, die neben der Verwendung zur Beschallung von Flüssigkeiten in einem Gefäß auch für eine ultraschallbetriebene Schneideinrichtung verwendet werden kann.

Die bekannten Ultraschall-Schneideinrichtungen sind infolge der frei schwingenden einen Schneidenseite mechanisch sehr instabil und eignen sich nur zum Schneiden dünner Materialien.

In der DE 195 37 826 C1 ist ein ultraschallerregtes Schneidsystem mit schwingender Schneidklinge beschrie­ ben, bei dem das Schneidwerkzeug beidseitig an einem Bügel befestigt ist. Der Bügel weist auf der einen Sei­ te einen Längsantrieb auf. Im Bereich der Einspannung des Schneidwerkzeugs ist je ein Ultraschall-Wandler an­ geordnet. Das ultraschallerregte Schneidsystem ist als Biegeschwinger ausgebildet und mit einer mechanisch er­ zeugten Translationsbewegung überlagert. Der Biege­ schwinger wird beim Schneidvorgang so stark gedämpft, daß nur eine geringe Schneidleistung erzielt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ultraschall-Schneideinrichtung zu entwickeln, mit der die Mängel der bekannten Einrich­ tungen vermieden werden und mit der gewährleistet ist, daß Materialien unterschiedlicher Art zuverlässig und effektiv geschnitten werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das Schneidwerkzeug der Schneideinrichtung nach der Erfindung ist auf der einen Seite im Bereich des Schwingungsmaximums des Horns des λ/2-Schwingers und auf der anderen Seite in ein schwingungsentkoppeltes Gegenlager eingespannt, wobei das Horn im Bereich des Schwingungsknotens mechanisch gelagert ist. Das schwingungsentkoppelte Gegenlager be­ steht aus einem λ/2-Horn mit einer mechanischen Lage­ rung im Bereich des Schwingungsknotens und einer Ein­ spannstelle für das Schneidwerkzeug im Bereich des Schwingungsmaximums, wobei das λ/2-Horn als Gegenlager die gleiche Resonanzfrequenz wie das λ/2-Horn des Ultraschallwandlers aufweist.

Es werden mit der Schneideinrichtung nach der Erfindung durch die mechanisch sehr stabile Lagerung und Ein­ spannung des im Horn aufgehangenen Schneidwerkzeuges Anwendungsbereiche erschlossen, die bisher einem Schneiden mit Ultraschall wegen unzureichender Schnei­ denbreite infolge der Instabilität des Schneidwerkzeu­ ges nicht oder nur mit unbefriedigend hohem Aufwand und wenig zufriedenstellendem Ergebnis zugänglich waren.

Das Schneidwerkzeug kann in der Länge in Abschnitten der Größe λ/2 den Anwenderbedürfnissen entsprechend variiert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem Unteranspruch.

Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungs­ beispiel einer Schneideinrichtung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die schematische Seitenansicht einer Ultraschall-Schneideinrichtung mit einer einge­ spannten Klinge.

In der Figur ist ein Ultraschallwandler 1 mit einem Horn 2, beide als λ/2-Schwinger ausgeführt, schematisch dargestellt. Das Horn 2 weist eine zum Wandler 1 sprunghafte Querschnittsänderung auf. Im Bereich des Schwingungsknotens 3 ist das Horn 2 mechanisch stabil gelagert. Im Bereich des Schwingungsmaximums 4 des Horns 2 ist ein Schneidwerkzeug 5, hier eine Schneide, eingespannt.

Das Schneidwerkzeug 5 kann unterschiedliche Aus­ führungen aufweisen.

Die Ultraschall-Leistung wird über das Horn 2, welches als Amplitudentransformator wirkt, an das Schneidwerk­ zeug 5 geleitet. Durch das zu Ultraschallschwingungen in Längsrichtung 6 erregte Schneidwerkzeug 5 wird ein Schneidvorgang dadurch bewirkt, daß während eines kur­ zen Bruchteils der Schwingungsperiode sich das zu schneidende Material und das Schneidwerkzeug 5 in kraftschlüssigem Eingriff befinden und Material abgetragen wird.

Zur Stabilisierung des Schneidwerkzeuges 5 ist am anderen Ende ein schwingungsentkoppeltes Gegenlager 7 angeordnet, welches ebenfalls aus einem als λ/2- Schwinger ausgebildeten Horn besteht und im Bereich seines Schwingungsknotens 8 mechanisch stabil gelagert ist. Das Schneidwerkzeug 5 ist im Bereich des Schwingungsmaximums 9 des Gegenlagers 7 eingespannt.

Das Schneidwerkzeug 5 ist dadurch mechanisch sehr stabil gelagert und gespannt und hoch belastbar.

Das Gegenlager 7 wird mit der Resonanzfrequenz des Horns 2 des Wandlers 1 betrieben.

Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Aus­ führungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der beschriebenen Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1

Ultraschallwandler

2

Horn

3

Schwingungsknoten

4

Schwingungsmaximum

5

Schneidwerkzeug

6

Längsrichtung

7

Gegenlager

8

Schwingungsknoten

9

Schwingungsmaximum

Claims (2)

1. Ultraschall-Schneideinrichtung zum Schneiden von unterschiedlichen Materialien mittels eines durch Ultraschall angeregten Schneidwerkzeuges (5), welches im Bereich des Schwingungsmaximums (4) des Horns (2) (λ/2-Schwinger) des Ultraschallwandlers (1) eingespannt ist, wobei das Horn (2) des Ultraschallwandlers (1) im Bereich des Schwingungs­ knotens (3) mechanisch gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug (5) auf der anderen Seite in ein als λ/2-Schwinger ausgebildetes schwingungs­ entkoppeltes Gegenlager (7) mit der Resonanz­ frequenz des Horns (2) des Ultraschallwandlers (1) im Bereich des Schwingungsmaximums (9) eingespannt ist, wobei das Gegenlager (7) im Bereich des Schwingungsknotens (8) mechanisch gelagert ist.

2. Ultraschall-Schneideinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Schneidwerkzeugs (5) ein Vielfaches von λ/2 beträgt.