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(11) | EP 0 425 671 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
| veröffentlicht nach Art. 158 Abs. 3 EPÜ |
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| (54) | EINRICHTUNG ZUR ULTRASCHALLBEARBEITUNG VON WERKSTÜCKEN IN EINEM FLÜSSIGEN MEDIUM |
| (57) Die Einrichtung zur Ulraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium
enthält zwei Gruppen (2,3) von elektroakustischen Wandlern (4), die auf einem mit
einem flüssigen Medium (8) gefüllten elastischen Element (7) schachbrettartig in einigem
Abstand von den zu bearbeitenden Werkstücken (9) angeordnet sind. Die elektroakustischen
Wandler (4) der Gruppe (2) sind an den Ausgang des Ultraschallfrequenzgenerators (1)
angeschlossen. Die elektroakustischen Wandler (4) der Gruppe (3) sind mit dem Ausgang
des Generators (1) über einen Phasenimpulsmodulator (5) verbunden, der mit einem Sägezahnspannungsgenerator
(6) in Verbindung steht. |
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Übertragung von mechsnischen Schwingungen der Ultraschallfrequenz in ein flüssiges Medium und betrifft insbesondere Einrichtungen zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium.
Zugrundeliegender Stand der Technik
[0002] Es ist eine Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium bekannt, die einen Ultraschallfrequenzgenerator enthält, der an zwei Gruppen von elektroakustischen Wandlern direkt angeschlossen ist, die auf einem elastischen Element in einigem Abstand von den im flüssigen Medium untergebrachten zu bearbeitenden Werkstücken in der Weise angeordnet sind, daß die elektroakustischen Wandler der einen Gruppe zwischen den elektroakustischen Wandlern der anderen Gruppe liegen (SU, A, 262529).
[0003] Der direkte Anschluß des Ultraschallfrequenzgenerators an die beiden Gruppen der elektroakustischen Wandler führt in der genannten Einrichtung dazu, daß die Ultraschallbearbeitung der Werkstücke von Maximal- und Minimalwerten des Schalldrucks auf die Werkstücke im flüssigen Medium, die wegen einer Interferenz von Ultraschallschwingungen entstehen die im Volumen des flüssigen Mediums durch die beiden Gruppen der elektroakustischen Wandler erzeugt werden, beeinflußt wird. Infolgedessen entstehen Bereiche mit einem erhöhten Schalldruck und Stillstandszonen, was zu einer ungleichmäßigen Bearbeitung der Werkstücke und folglich zu einer Verschlechterung der Oberflächengüte der Werkstücke führt.
[0004] Es ist eine Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium bekannt, die einen Ultraschallfrequenzgenerator und zwei Gruppen von elektroakustischen Wandlern enthält, von denen eine an den Ausgang des Ultraschallfrequenzgenerators direkt angeschlossen und die andere mit dem Ausgang des Ultraschallfrequenzgenerators elektrisch verbunden ist, während die beiden Gruppen auf einem mit einem flüssigen Medium gefüllten elastischen Element in einigem Abstand von den im flüssigen Medium untergebrachten zu bearbeitenden Werkstücken in der Weise angeordnet sind, daß die elektroakustischen Wandler der einen Gruppe zwischen den elektroakustischen Wandlern der anderen Gruppe liegen (SU, A, 460074).
[0005] In der genannten Einrichtung kommt die elektrische Verbindung des Ultraschallfrequenzgenerators mit einer der Gruppen der elektroekustischen Wandler über einen Phasenschieber zustande. Dies gestattet es, eine gleichmaßige, jedoch nur einseitige und nur für das gegebene Werkstück zutreffende Werkstückbearbeitung durch Nachstellung des Phasenschiebers zu ermöglichen.
[0006] Bei der Bearbeitung von flachen großen Werkstücken, beispielsweise von gedruckten Leiterplatten oder Magnetspeicherplatten, wird allerdings eine qualitätsgerechte zweiseitige Werkstückbearbeitung verlangt. Durch die besagte Einrichtung wird das nicht gesichert.
[0007] Darüber hinaus wird bei einer Formänderung von zu bearbeitenden Werkstücken in jedem konkreten Fall eine zusätzliche Nachstellung des Phasenschiebers erforderlich.
[0008] Die genannte Einrichtung gewährleistet also keine gleichmäßige Einwirkung der Ultraschallschwingungen auf die Oberfläche des gesamten Werkstücks und folglich auch keine zweiseitige gleichmäßige Bearbeitung der Gesamtfläche von Werkstücken verschiedener Form, darunter auch von großen Werkstücken, was zu einer niedrigen Oberflächengüte der Werkstücke führt.
Offenbarung der Erfindung
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium zu schaffen, in der die elektroakustischen Wandler mit dem Ultraschallfrequenzgenerator derart elektrisch verbunden sind, daß eine gleichmäßige Einwirkung, der Ultraschallschwingungen auf die Gesamtfläche von Werkstücken, darunter auch von großen Werkstücken, gewährleistet ist.
[0010] Dies wird dadurch erreicht, daß in der Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium, die einen Ultraschallfrequenzgenerator und zwei Gruppen von elektroakustischen Wandlers enthält, von denen eine an den Ausgang des Ultraschallfrequenzgenerators direkt angeschlossen und die andere mit dem Ausgang des Ultraschallfrequenzgenerators elektrisch verbunden ist, während die beiden Gruppen auf einem mit einem flüssigen Medium gefüllten elastischen Element in einigem Abstand von den im flüssigen Medium untergebrachten zu bearbeitenden Werkstücken in der Weise angeordnet sind, daß die elektroakustischen Wandler der einen Gruppe zwischen den elektroakustischen Wandlern der anderen Gruppe liegen, gemäß der Erfindung eine Reihenschältung von einem Sägezahnspannungsgenerator und einem Phasenimpulsmodulator vorgesehen ist, wobei die elektrische Verbindung der einen der Gruppen der elektroakustischen Wandler mit dem Ultraschallfrequenzgenerator über den Phasenimpulsmodulator zustande kommt.
[0011] Die Einführung des Sägezahnspannungsgenerators und des Phasenmodulators in die zu patentierende Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium, deren elektrische Reihenschaltung und die Realisierung der elektrischen Verbindung einer der Gruppen der elektroakustischen Wandler mit dem Ultraschallfrequenzgenerator über den Phasenimpulsmodulator gestatten es, die stationäre Art der Verteilung der Maxima und Minima von Biegeschwingungen auf der Strahlungsfläche des elastischen Elements auszuschließen und dadurch die Gleichmäßigkeit der Einwirkung der Ultraschallschwingungen auf die Gesamtfläche der zu bearbeitenden Werkstücke zu erhöhen, während die gleichmaßigere Einwirkung der Ultraschallschwingungen eine Zerstörung von Werkstückabschnitten und unbearbeitete Abschnitte dieser Werkstücke ausschließt und für eine Verbesserung der Oberflächengüte der Werkstücke bei deren Bearbeitung im flüssigen Medium sorgt.
[0012] Die gleichzeitige zweiseitige Werkstückbearbeitung reduziert die Bearbeitungszeit um das Zweifache.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0013] Die Erfindung wird nachfolgend durch Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand von beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium (das elastische Element der Einrichtung ist in Frontansicht dargestellt);
Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung A von Fig. 1;
Fig. 3 das elastische Element der Einrichtung nach Fig.1 (in Draufsicht mit einer Vergrößerung) und eine grafische Darstellung von Schwingungsamplituden dieses elastischen Elements.
Beste Ausführungsform der Erfindung
[0014] Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium enthält einen Ultraschallfrequenzgenerator 1 (Fig. 1) und zwei Gruppen 2 und 3 von elektroakustischen Wandlern 4. Die Gruppe 2 der elektroakustischen Wandler 4 ist an den Ausgang des Generators 1 direkt angeschlossen. Die Gruppe 3 der elektroakustischen Wandler 4 ist mit dem Ausgang des Generators 1 über einen Phasenimpulsmodulator 5 elektrisch verbunden, der mit dem Ausgang eines Sägezahnspannungsgenerators 6 in Verbindung steht.
[0015] Die beiden Gruppen 2 und 3 der elektroakustischen Wandler 4 sind auf einem in Form einer Wanne ausgeführten elastischen Element 7 in einigem Abstand von in einem die Wanne ausfüllenden flüssigen Medium 8 untergebrachten zu bearbeitenden Werkstücken 9 (Fig. 2) in der Weise angeordnet, daß die elektroakustischen Wandler 4 der einen Gruppe 2 zwischen den elektroakustischen Wandlern 4 der Gruppe 3, wie in Fig. 1 gezeigt, liegen.
[0016] In der hier beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung werden als elektroakustische Wandler 4 Magnetostriktions- oder Piezokeramik-Ultraschallwandler eingesetzt.
[0017] Die elektroakustischen Wandler 4 (Fig. 1 und 2) sind in jeder Gruppe 2 und 3 in Reihen angeordnet und gegeneinander um einen Abstand versetzt, der einer Halbwellenlänge λ /2 der Ultraschallschwingungen im flüssigen Medium 8 gleich ist.
[0018] In der erfindungsgemaßen Einrichtung sind die Gruppen 2 (Fig. 1) und 3 der electroakustischen Wandler 4 einander gegenüber an den entgegengesetzten Wannenwänden in der Weise angeordnet, daß die elektroakustischen Wandler 4 der Gruppe 2 und der Gruppe 3 in der Gesamtheit eine Schachbrettanordnung mit einer Verschiebung bilden, die einer Viertelwellenlänge λ /4 der Ultraschallschwingungen im flüssigen Medium 8 gleich ist.
[0019] In Fig. 1 sind die elektroakustischen Wandler 4 der Gruppe 2 zur anschaulichen Darlegung und zum Verständnis des Erfindungswesens gestrichelt angedeutet.
[0020] In der hier beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung können als Sägezahnspannungsgenerator 6 und Phasenimpulsformer 5 ein den auf dem betreffenden Gebiet tätigen Fachleuten weit bekannter und für die genannten Ziele und Aufgaben geeigneter Sägezahnspannungsgenerator bzw. Phasenimpulsmodulator, wie sie in "Poluprovodnikovaya skhemotekhnika" (Halbleiterschaltungstechnik), 1982, Verlag "Mir" (Moskau) von Tittse u.a. geschildert sind, benutzt werden.
[0021] Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium besteht in folgendem.
[0022] Der Ultraschallfrequenzgenerator 1 (Fig. 1) erzeugt eine elektrische Spannung, die sich nach dem Sinusgesetz mit einer Frequenz ändert, die der Betriebsfrequenz der elektroakustischen Wandler 4 gleich ist. Diese Spannung wird auf die elektroakustischen Wandler 4 der Gruppe 2 direkt gegeben, wodurch diese auf der Eigenfrequenz erregt werden, was die Entstehung von Ultraschallschwingungen im flüssigen Medium 8 zur Folge hat.
[0023] Zugleich wird die Spannung der Ultraschallfrequenz vom Ausgang des Ultraschallfrequenzgenerators 1 auch an einen der Eingänge des Phasenimpulsmodulators 5 angelegt, an dessen anderen Eingang eine Sägezahnspannung vom Ausgang des Sägezahnspannungsgenerators 6 geliefert wird. Die phasenmodulierte Spannung der Ultraschallfrequenz gelangt vom Ausgang des Phasenimpulsmodulators 5 auf die Gruppe 3 der elektroakustischen Wandler 4.
[0024] Die Amplitude der Verschiebungen der Schwingungen der Strahlungsfläche des elastischen Elements 7 (Fig. 3), die durch die Gruppe 3 der elektroakustischen Wandler 4 erzeugt werden, ändert sich nach dem sinusgesetz mit einer Ultraschallfrequenz ω und einer Phase, die sich auch sinusoidal mit einer Modulationsfrequenz Ω andert. Hierbei hat die Verteilung der Verschiebungen einen nichtstationären Charakter und verschiebt sich auf der Stranlungsfläche des elastischen Elements 7 vom Verlauf einer Kurve 10 bis zum Verlauf einer Kurve 11 um einen Wert von L und zurück, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
[0025] Infolge der Summation von durch die Gruppen 2 und 3 der elektroakustischen Wandler 4 erzeugten Schwingungen entsteht im flüssigen Medium 8 keine Interferenz, weil die Schwingungen unterschiedliche Phasen aufweisen. Auf der Oberfläche der zu bearbeitenden Werkstücke 9 sind also keine Stillstandszonen zu verzeichnen, was eine Ernöhung der Gleichmäßigkeit der Bearbeitung des Gesamtfläche der beidseitig zu bearbeitenden Werkstücke nach sich zieht.
[0026] Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium gewährleistet eine hohe Gleichmäßigkeit der gleichzeitigen Bearbeitung der Gesamtfläche der Werkstücke unabhängig von deren Konfiguration ohne zusätzliche Nachstellung des Ultraschallfrequenzgenerators bei einem Wechsel des flüssigen Mediums und einer Änderung der Konfiguration der zu bearbeitenden Werkstücke.
Industrielle Anwendbarkeit
1. Einrichtung zur Ultraschallbearbeitung von Werkstücken in einem flüssigen Medium,
die einen Ultraschallfrequenzgenerator (1) und zwei Gruppen (2, 3) von elektroäkustischen
Wandlern (4) enthält, von denen eine (2) an den Ausgang des Ultraschallfrequenzgenerators
(1) direkt angeschlossen und die andere (3) mit dem Ausgang des Ultraschallfrequenzgenerators
(1) elektrisch verbunden ist, während die beiden Gruppen (2, 3) auf einem mit einem
flüssigen Medium (8) gefüllten elastischen Element (7) in einigem Abstand von den
im flüssigen Medium (8) untergebrachten zu bearbeitenden Werkstücken (9) in der Weise
angeordnet sind, daß die elektroäkustischen Wandler (4) der einen Gruppe (2) zwischen
den elektroakustischen Wandlern (4) der anderen Gruppe (3) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß darin eine Reihenschaltung von einem Sägezahnspannungsgenerator (6) und einem
Phasenimpulsmodulator (5) vorgesehen ist, wobei die elektrische Verbindung der einen
(3) der Gruppen der elektroakustischen Wandler (4) mit dem Ultraschallfrequenzgenerator
(1) uber den Phasenimpulsmodulator (5) zustande kommt.