DE2508175C2

DE2508175C2 - Ultraschallwerkzeug

Info

Publication number: DE2508175C2
Application number: DE2508175A
Authority: DE
Inventors: Rene J. New York N.Y. Perdreaux jun.
Original assignee: Cavitron Corp New York Ny Us
Current assignee: Cavitron Corp New York Ny Us
Priority date: 1974-03-19
Filing date: 1975-02-26
Publication date: 1983-10-13
Also published as: DK137944C; AU7823175A; FR2264518A1; DK137944B; FR2264518B1; AR202167A1; JPS5925738A; JPS50132791A; IT1031307B; DK110475A; NO750861L; NO137772B; US3956826A; SE410141B; CA1049717A; JPS619053B2; DE2508175A1; SE7503043L; BR7501148A; HK16182A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Ultraschallwerkzeug mit einem Griff, aus dessen Vorderende eine Werkzeugspitze vorsteht, die von einer Flüssigkeit besprüht wird, die am rückwärtigen Ende des Griffes zugeführt wird, ferner mit einer in das Vorderende des Griffes eingesetzten Hülse, in der ein mit Ultraschallschwingungen angetriebener Schaft der Werkzeugspitze schwingungsgedämpft gelagert ist, wobei zwischen dem Schaft und der Hülse im wesentlichen über deren gesamte Länge ein Ringkanal ausgebildet ist.

Ein derartiges Ultraschallwerkzeug beschreibt die US-PS 33 68 280. Etwa in der Mitte des Ringkanals sind dort in diesen O-Ringe eingesetzt, die den Schaft halten und gleichzeitig die Flüssigkeit die im rückwärtigen Ende des Schaftes über den Ringkanal zugeführt wird, über eine seitliche Bohrung im Schaft in eine Mittelbohrung des Schaftes leiten, über die die Flüssigkeit einer Düse am vorderen Ende des Schaftes zugeführt wird. In das vordere Schaftende ist gleichzeitig das Werkzeug eingesetzt, so daß dort der Kanal für die Flüssigkeit relativ eng ist.

Hiermit ist aber der Nachteil verbunden, daß die Gefahr des Verstopfens des Kanals besteht. Außerdem nutzt sich das Werkzeug relativ schnell ab, weil nämlich beim Arbeiten mit dem Werkzeug der Schaft an die βο Innenwand der Hülse zur Anlage kommen kann, wobei dann Metall auf Metall reibt.

Ausgehend von einem Ultraschallwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, dieses dahingehend auszugestalten, daß bei verlängerter Lebensdauer des Werkzeugs die Flüssigkeitszufuhr zur Werkzeugspitze sicherer wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal über seine gesamte Länge von der Flüssigkeit durchströmt ist und am Vorderende der Hülse in eine Ringdüse mündet

Für die durch das Werkzeug unter Druck hindurchströmende Flüssigkeit steht jetzt ein viel größerer Querschnitt zur Verfügung, nämlich der Querschnitt des Ringkanals, so daß die Gefahr von Verstopfungen weitestgehend vermieden ist. Die Flüssigkeit wird über die Ringdüse etwa kegelförmig nach vorn gespritzt, so daß zusätzlich eine größere Freiheit beim Arbeiten mit dem Werkzeug gegeben ist Die im Ringkanal strömende Flüssigkeit wirkt gleichzeitig als Schmiermittel zwischen dem Schaft und der Hülse, wodurch die Abnutzung zwischen beiden Teilen vermindert wird. Zusätzlich kann die Flüssigkeit über einen Kanal abgegeben werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch das Vorderende einer ersten Ausführungsform des Ultraschallwerkzeugs,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den hinteren Teil des Werkzeugs nach F i g. 1,

F i g. 3 perspektivisch in verkleinerter Darstellung das Werkzeug nach F i g. 1 und 2, und

F i g. 4 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil einer anderen Ausführungsform des Werkzeugs.

Ein Werkzeug 12 hat ein rohrförmiges Außengehäuse 14. ⁵Am rückwärtigen Ende des Werkzeugs ist eine Endkappe 16 auf das Gehäuse aufgeschraubt. Durch dieses Ende des Gehäuses erstreckt sich eine biegsame rohrförmige Leitung 18 in den Hauptteil des Werkzeugs 12 hinein. Die Leitung, die in der Endkappe in üblicher Weise durch Kammern 20 festgehalten wird, enthält zwei Leitungsdrähte 22 und 24 und ein Rohr 26 für die Zufuhr eines strömenden Mediums. Alle drei Teile 22,24 und 26 sind in üblicher Weise von nicht dargestellten Stromquellen bzw. einer Mediumquelle gespeist.

Das das strömende Medium führende Rohr 26 ist in den Bodenteil 28 eines Anschlußstückes 30 eingesetzt und mit diesem Bodenteil mittels eines Rohrhalters 32 verbunden. Das Anschlußstück bildet das eine Ende eines rohrförmigen Gehäuses 34, das sich in axialer Richtung innerhalb des Außengehäuses 14 erstreckt. Wie ersichtlich ist je ein Ende der Drähte 22 und 24 mit den beiden Enden einer schraubenförmigen Wicklung 36 eines isolierten Kupferdrahtes verbunden. Der in der Wicklung fließende Strom induziert ein elektromagnetisches Wechselfeld innerhalb des Innengehäuses 34. Das Innengehäuse 34 besteht aus geeignetem Material, z. B. Kunststoff oder Metall, und zwar einem Material, das den Aufbau des elektromagnetischen Wechselfeldes innerhalb des Innengehäuses nicht behindert. Dieses Gehäuse ist am vorderen Ende offen und enthält dort einen ringförmigen Flansch 38, der eine ringförmige Nut aufweist. Innerhalb der Nut ist ein elastomeres Dichtungselement, ζ. B. ein U-Ring 42, befestigt Dieses Dichtungselement schafft eine dichte Passung und Abdichtung zwischen dem Innengehäuse und dem Inneren des Außengehäuses. Vor dem Flanschteil 38 des Innengehäuses ist der Durchmesser des Außengehäuses auf praktisch den gleichen Durchmesser reduziert wie das Innere des Innengehäuses. Die Außenwand des Gehäuses 14, die an die Vorderseite des Innengehäuses 34 angrenzt, ist mit geringstem Durchmesser ausgebildet und dann zur vorderen Stirnfläche des Innengehäuses hin verjüngt. Das vordere Stirnende des Außenge-

häuses hat einen geringeren Außendurchmesser, behält aber im wesentlichen den gleichen Innendurchmesser wie das Innengehäuse.

Ein Einsatzstück 44 ist einsetzbar in dem Außengehäuse 14 gelagert, und zwar ist es durch dar Vorderende des Gehäuses einsetzbar. Diese Anbringung des Einsatzstücks 44 erlaubt es, dieses auf einfache Weise gegebenenfalls durch ein anderes Einsatzstück zu ersetzen, das in anderer Weise arbeitet.

Der äußere Teil des Einsatzstücks 44 ist eine '° einstückige Hülse 48, durch die eine verhältnismäßig kleine Bohrung hindurchgeht Der Außendurchmesser der Hülse 48 ist in den verschiedenen Abschnitten des Aggregats unterschiedlich groß. Derjenige Abschnitt, der dem Werkzeugende am nächsten liegt, d.h. der vordere Abschnit; 52, hat einen kleineren Außendurchmesser, um in diesem Bereich das Gewicht des Werkzeugs zu verringern; jedoch ist dieser Abschnitt ebenso starr ausgeführt wie die übrigen Teile der Hülse 48. Ein mittlerer Abschnitt 54 der HuIs^ hat einen größeren Außendurchmesser, wodurch genügend Wandstärke für die Anbringung von drei Gewindelöchern 56 geschaffen wird, die in einer Querebene der Hülse liegend jeweils um 120° versetzt durch den Mittelabschnitt der Hülse hindurchgebohrt und mit Innengewinde versehen sind.

Ein dritter hinterer Abschnitt 58 der Hülse hat einen Außendurchmesser, der auf den Innendurchmesser des Außengehäuses abgestimmt und abnehmbar in die vordere Stirnseite des Außengehäuses 14 in dieses einsetzbar ist, wobei ein dichter Paßsitz zwischen dem Außengehäuse und der Hülse hergestellt wird.

Eine ringförmige Nut ist in die äußere Oberfläche des dritten Abschnitts eingeschnitten; in diese Nut ist ein O-Ring 60 eingesetzt, der als Dicht- und Befestigungselement dient. Ein vierter Abschnitt 62 der Hülse erstreckt sich vom dritten Abschnitt aus nach hinten; er besteht im wesentlichen aus einem dünnwandigen Rohr, das den gleichen Außendurchmesser wie der dritte Abschnitt hat. Die hintere innere Stirnfläche des dritten Abschnitts ist mit einer Versenkbohrung versehen, die so weit reicht, daß sie einen leichten Durchgang eines strömenden Mediums möglich macht, wie weiter unten beschrieben wird.

Ein Werkzeug 64 ist gleitend verschiebbar in der Hülsenbohrung gehalten; allerdings erstrecken sich wesentliche Teile dieses Werkzeugs aus beiden Enden der Hülse heraus. Das Werkzeug 64 weist ein Vorderteil 66 auf, das außerhalb des vorderen ersten Abschnitts der Hülse angeordnet ist. Im allgemeinen ist das Vorderteil zugespitzt und verhältnismäßig hart. Für verschiedene Zwecke kann jedoch ein verhältnismäßig weiches Vorderteil aus Gummi oder Kunststoff verwendet werden. Das Vorderteil ist bleibend an dem einen Ende eines massiven rohrförmigen Schaftes 68 angebracht, der im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist. Der Durchmesser des Schaftes ist etwas geringer als der Durchmesser der Innenbohrung der Hülse 48, so daß sich ein Ringkanal 70 zwischen dem Schaft und der Hülse ergibt. Die Länge des Schaftes ist so groß, daß er sich durch die Bohrung der Hülse hindurch bis zu demjenigen Bereich des Hülsenrohres erstreckt, in welchem der Schaft bei seiner spanabhebenden Bearbeitung einen größeren Durchmesser erhalten hat und dadurch ein Verbindungskörper 72 bildet. Der Verbindungskörper 72 hat einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser der Hülse und bildet deshalb gegenüber der Innenseite des die Hülse verlängernden Hülsenrohres ebenfalls einen Ringkanal. An den Verbindungskörper ist ein magnetostriktiv arbeitender Vibrator 74 angelötet, der vorzugsweise aus einer Metallegierung besteht, wie Permanickel, Nickel, Permendeur oder einer anderen Legierung, die hohe Zugfestigkeit besitzt und starke magnetostriktivc Eigenschaften aufweist. Der Vibrator 74 ist langestreckt und in Längsrichtung im Innern des Innengehäuses 34 angebracht. Der Vibrator ist dahe^r direkt den •jlektrodynamischen Einwirkungen unterworfen, die auf ihn von den durch die Wicklung 36 hindurchgehenden Wechselströmen ausgeübt werden. Auf diese Weise wird der Vibrator in Schwingungen versetzt, die vorzugsweise im Frequenzbereich von 10 000 bis 40 000 Hertz liegen. Diese Ultraschallschwingungen werden durch den Verbindungskörper und den Schaft auf das Werkzeug-Vorderteil übertragen, das hierdurch seinerseits in Schwingungen in diesem Frequenzbereich versetzt wird, aber mit kleinerer Amplitude.

Ein longitudinaler Knotenpunkt für das Werkzeugaggregat liegt vorzugsweise im mittleren Abschnitt der Hülse an der Stelle, an der die drei mit Gewinde versehenen Bohrungen 56 angebracht sind. Feststellschrauben 76 sind fest in die Bohrungen 56 eingeschraubt, wobei jede der Schraubenspitzen mit dem Verbindungskörper in Berührung steht. Die Feststellschrauben 76 haben vorzugsweise weiche Spitzen, so daß sie die harte Oberfläche des Verbindungskörpers nicht beschädigen.

Bei Inbetriebnahme des Werkzeugs wird der Wicklung 36 ein Hochfrequenz-Wechselstrom zugeführt und dadurch eine hochfrequente Schwingung in dem Werkzeug und auch in dessen Vorderteil erzeugt. Gleichzeitig wird ein Medium, im allgemeinen Wasser, durch die Leitung 18 zugeführt und strömt durch das Rohr in das Innengehäuse 34 an einer Stelle, an der der Querschnitt für das strömende Medium verhältnismäßig wenig verengt ist. Nach Verlassen des Innengehäuses tritt das Wasser in den verengten Ringkanal ein, der zwischen dem Verbindungskörper und der Verlängerung der Hülse gebildet ist. Hiernach strömt das Wasser in den kleineren, zwischen dem Schaft und der Hülse gebildeten Ringkanal und tritt schließlich durch eine Ringdüse 78 aus. die durch den Schaft und das Ende der Hülse gebildet wird.

Diese Anordnung dient zusätzlich zur Schmierung des Schaftes und des Verbindungskörpers nach Art eines hydrostatischen Lagers. Zugleich verursacht die Düse ein Sprühstrahlmuster des Wassers rings um den Arbeitskopf herum, wie in F i g. 3 dargestellt ist.

Durch das hydrostatische Lager, bei dem das unter Druck stehende strömende Medium als Schmiermittel benutzt wird, wird das Außengehäuse praktisch von den Ultraschall-Schwingungselementen des Werkzeugs isoliert. Dies ist wichtig für ein Handwerkzeug, weil die Hände der Bedienungsperson möglicherweise empfindlich gegen Schwingungen sind.

Zusätzlich bewirkt das strömende Medium eine Kühlung des Innengehäuses, des Vibrators, des Einsatzaggregats und des Werkzeugaggregats, wodurch die Lebensdauer dieser Teile verlängert und verhindert wird, daß die das Werkzeug haltende Hand zu stark erwärmt.

Die Ringdüse kann mit ihrer öffnung schräg zu der Seil" eingestellt sein, an der die Arbeit mit dem Werkzeug ausgeführt wird. Das heißt, wenn das Werkzeug dem Arbeitsbereich zugeführt und in diesem angesetzt wird, wird auf das Vorderteil durch das

Werkzeug hindurch eine gewisse Kraft übertragen, die sich so auswirkt, daß die betreffende Seite der Ringdüse 78 geöffnet wird. Auf diese Weise wird ein etwas größerer Strömungsquerschnitt an dieser Seite des Werkzeugs gebildet. Es wird dann eine größere Menge von kühlendem Medium an dieser Seite des Werkzeugs abgegeben.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform des Werkzeugs als Schnittansicht der vorderen Hälfte des Werkzeugs dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein dem Einsatzstück 44 ähnliches Einsatzstück 84 einsetzbar im Außengehäuse gelagert. Der Einsatz 84 weist eine Außenhülse 86 auf, die vorzugsweise aus zwei langgestreckten Hälften von geeignetem Kunststoff geformt ist, die bleibend zu einem Einsatzstück verbunden sind. Die einstückige Hülse 86 hat eine durchgehende Bohrung 90, die etwas größer ist als diejenige, die bei der ersten Ausführungsform vorstehend beschrieben wurde. Diese Bemessung ist deshalb gewählt, um die Toleranzen zweier aus Kunststoff bestehender Teile zu berücksichtigen.

Um die Hülse 84 auswechseln zu können, hat sie einen hinteren Teil 92, der den gleichen Außendurchmesser wie die Hülse 44 und eine Ringnut aufweist, die einen O-Ring % aufnimmt; dieser gewährleistet, daß der Einsatz in dem Außengehäuse dichtend aufgenommen und festgehalten wird. Der mittlere Teil der Hülse 84 hat einen verhältnismäßig großen Durchmesser, zur Versteifung der Hülse mit Rücksicht auf die innen durchgehenden Kanäle, ferner um einen gegen das Außengehäuse anliegenden Teil und um benachbart zu dem Knotenpunkt des schwingenden Werkzeugs genügend Raum für verschiedene Ausschnitte zu schaffen.

Der Vorderteil der Hülse ist mit einer in Querrichtung verlaufenden Nut 106 in Anschluß an deren Ende versehen. Die Nut dient dazu, eine Buchse 108 zu halten, die den Schaft umgibt. Die Buchse hat einen Flansch 110, der in die Nut 106 eingepaßt ist. Im Betrieb bildet die Buchse eine Ringdüse 112 mit einem eingestellten Abstand ihrer inneren Oberfläche von der Außenseite des Werkzeugschaftes, und zwar unabhängig von den Toleranzen der Kunststoffhülse. Auf diese Weise verhindert die Buchse in der Regei einen Verschleiß am Ende der Hülse, welcher sonst durch die Einwirkung des austretenden Mediumstroms und durch die Vibration des Schaftes auftreten würde.

Um einen zusätzlichen Betrag an flüssigem Medium zur abgebogenen Seite der Werkzeugspitze zuzuführen, wird an dem Schaft ein langgestreckter flacher Kanal 114 ausgebildet, der sich von der Innenseite der Hülsenbohrung entlang der Buchse bis zur Werkzeugspitze hin erstreckt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschallwerkzeug mit einem Griff, aus dessen Vorderende eine Werkzeugspitze vorsteht, die von einer Flüssigkeit besprüht wird, die am rückwärtigen Ende des Griffes zugeführt wird, ferner mit einer in das Vorderende des Griffes eingesetzten Hülse, in der ein mit Ultraschallschwingungen angetriebener Schaft der Werkzeugspitze schwingungsgedämpft gelagert ist, wobei zwischen dem Schaft und der Hülse im wesentlichen über deren gesamte Länge ein Ringkanal ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanai (70) über seine gesamte Länge von der Flüssigkeit durchströmt ist und am Vorderende der Hülse (48; 86) in _]5 eine Ringdüse (78; 112) mündet

2. Ultraschallwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdüse (78; ί 12) so schmal ist, daß die Flüssigkeit die Ringdüse als Sprühstrahl verläßt.

3. Ultraschallwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung für den Schaft (68) durch drei Schrauben (76) gebildet ist, die unter gleichen Winkelabständen in Gewindebohrungen der Hülse (48) eingeschraubt sind.

4. Ultraschallwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Vorderende der Hülse (86) eine Buchse (108, 110) eingesetzt ist, deren Innendurchmesser zur Ausbildung der Ringdüse (112) einen Abstand vom Schaft (68) hält.