DE10151992A1

DE10151992A1 - System for cooling high frequency vibration elements has multiple bores through which the cooling medium is conducted to the vibrator

Info

Publication number: DE10151992A1
Application number: DE10151992A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kazmirzak; Bernhard Richter
Original assignee: KUNSTOFF ZENTRUM IN LEIPZIG GE
Current assignee: KUNSTOFF ZENTRUM IN LEIPZIG GE
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: DE10151992B8; DE10151992B4

Abstract

The cooling system is positioned between an ultrasonic generator and the vibrator and has a number of bores (9) arranged in a circular pattern with inlets (6) for the coolant and outlets (8) adjacent the vibrator. A circular duct (4) distributes the coolant to the bores.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für den Einsatz in schwingenden Systemen, beispielsweise Ultraschallschwingsysteme im Frequenzbereich 20-40 kHz. The invention relates to a cooling element for use in oscillating systems, For example, ultrasonic vibration systems in the frequency range 20-40 kHz.

Das Herzstück in einem schwingenden System ist ein Schwingungserzeuger. Er kann auf verschiedene Weise Schwingungen erzeugen, zum Beispiel nach elektromagnetischem Prinzip (Schwingschleifer) oder auch mit Hilfe des Piezoelektrischen Effektes (Konverter eines Ultraschallschwingsystems). Bei einem Konverter wird mit Hilfe einer angelegten elektrischen Wechselspannung eine mechanische Schwingung gleicher Frequenz erzeugt. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen setzt man piezoelektrische Konverter ein, wobei die Konstruktion des Konverters so ausgelegt ist, dass er sich bei der zu erzeugenden Schwingung in Resonanz befindet. Durch den Resonanzbetrieb wird die im Konverter entstehende Verlustleistung in Form von Wärme minimiert. An den Konverter angeschlossene mechanische Komponenten, in der Ultraschallschweißtechnik Booster und Sonotroden, müssen zur Einhaltung eines Resonanzbetriebes mit der Resonanzfrequenz des Konverters weitestgehend übereinstimmen. Sie werden deshalb bei ihrer Herstellung auf die Resonanzfrequenz des Konverters abgeglichen. The heart of a vibrating system is a vibrator. He can create vibrations in different ways, for example after electromagnetic principle (orbital sander) or with the help of Piezoelectric effect (converter of an ultrasonic vibration system). At a Converter is using an applied electrical AC voltage a generated mechanical vibration of the same frequency. To a high efficiency To achieve this one uses piezoelectric converters, whereby the construction of the Converter is designed so that it is in the vibration to be generated in Resonance is located. Due to the resonance mode, the resulting in the converter Power loss in the form of heat minimized. Connected to the converter mechanical components, in ultrasonic welding booster and sonotrodes, need to comply with a resonance mode with the resonant frequency of Converter as far as possible. They are therefore in their production matched to the resonant frequency of the converter.

Bei einem piezoelektrischen Konverters besteht aber die Gefahr, dass eine Erwärmung zur Zerstörung des Konverters führt, da die eingesetzten Piezokeramiken sich bei zu starker Erwärmung entpolarisieren. Bei Einhaltung der vom Hersteller vorgegebenen maximalen Einschaltdauer kommt es zu keiner unzulässigen Erwärmung des Konverters und eine Kühlung ist nicht erforderlich. Werden alle Vorgaben wie Resonanzbetrieb durch korrekt abgeglichene mechanische Komponenten, Einhaltung der max. Einschaltdauer, Vermeidung einer Überlastung eingehalten, kann eine unzulässige Erwärmung des Konverters nur durch Wärmeenergie, die von außen zugeführt wird, erfolgen. Den größten Einfluss hat hierbei die Wärmeleitung. Wenn ein angeschlossenes mechanisches Element einer Erwärmung z. B. durch die Berührung von Sonotroden mit der heißen Oberfläche eines angeschmolzenen Kunststoffteiles (z. B. Ultraschallnieten oder -bördeln) ausgesetzt ist, erwärmt sich das gesamte Schwingsystem einschließlich des Konverters durch die Wärmeleitung. In a piezoelectric converter, however, there is a risk that a heating leads to the destruction of the converter, since the piezoceramics used in too depolarize strongly. In compliance with the manufacturer specified maximum duty cycle, there is no inadmissible heating of the Converter and cooling is not required. Will all specifications like Resonance mode through correctly balanced mechanical components, compliance the max. Duty cycle, avoiding overloading, can be a Inadmissible heating of the converter only by heat energy from the outside is supplied done. The biggest influence here is the heat conduction. When a connected mechanical element of a heating z. B. by the touch of sonotrodes with the hot surface of a fused plastic part (eg. Ultrasonic riveting or flanging) is exposed, the whole heats up Oscillation system including the converter by the heat conduction.

Auch andere Schwingungserzeuger, die Schwingungen nach anderen physikalischen Prinzipien erzeugen, können wärmeempfindlich sein. Also other vibrators, the vibrations after other physical Generating principles can be sensitive to heat.

Um eine unzulässige Erwärmung des Systems durch ein angeschlossenes mechanisches Element zu verhindern, kann dieses mit kalter Luft angeblasen werden (Luftkühlung). Ein Anblasen ist jedoch nicht sehr effektiv, da die Oberfläche aus resonanz- und schwingungstechnischen Gründen im allgemeinen glatt sein muss und Kühlrippen o. ä. nicht angebracht werden können. To prevent improper heating of the system by a connected To prevent mechanical element, this can be blown with cold air (Air cooling). Blowing, however, is not very effective as the surface is off resonance and vibration control reasons in general must be smooth and Cooling fins o. Ä. Can not be attached.

Eine Kühlung mit einem Kühlmedium, z. B. kaltes Wasser wäre möglich, indem Schläuche, die von dem Kühlmedium durchflossen werden, wendelförmig um das schwingende Element gelegt werden. A cooling with a cooling medium, for. B. cold water would be possible by Hoses, which are traversed by the cooling medium, helically around the be placed vibrating element.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass bei einem offenen Kreislauf große Mengen an Kühlmedium verbraucht werden, ein geschlossener Kreislauf aber technisch aufwendig und damit kostenintensiv ist, und das Schwingverhalten des schwingenden Elementes durch die Berührung mit dem Kühlschlauch und die dadurch entstehende äußere Reibung verschlechtert wird. Die Kühlwirkung wird insbesondere dadurch begrenzt, dass als Kühlschlauch nur elastische oder weiche Materialien zum Einsatz kommen können, die jedoch gleichzeitig eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzen. However, this method has the disadvantage that in an open circuit large Amounts of cooling medium are consumed, but a closed circuit is technically complex and thus expensive, and the vibration behavior of vibrating element by the contact with the cooling hose and thereby resulting external friction is deteriorated. The cooling effect is particular characterized in that as a cooling hose only elastic or soft materials for Can use, but at the same time a poor thermal conductivity have.

In DE 297 19 435 U1 wird eine Vorrichtung zur Kühlung der Schweißnaht an geschweißten Metallrohren und des Rohrbereiches unmittelbar und beiderseits der Schweißnaht beschrieben. DE 297 19 435 U1 discloses a device for cooling the weld seam welded metal pipes and the pipe area immediately and on both sides of Weld described.

Diese Kühlvorrichtung besteht aus vier dem jeweiligen Rohrdurchmesser angepaßten, kühlmediumdurchflossenen, doppelwandigen Halbschalen, die paarweise mittels Gelenke und Schnellverschluß miteinander verbunden werden. Diese aufklappbaren Halbschalen werden beiderseits und nahe der Schweißnaht formschlüssig um das Rohr herumgelegt und mittels des erwähnten Schnellverschlusses miteinander verbunden. Zur Einleitung eines Kühlmediums, das ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann, sind an den Kühlsegmenten Kühlmittelzufluß- und Kühlmittelabflußanschlüsse angeordnet, so dass die Kühlsegmente mittels flexibler Schlauchleitungen untereinander und/oder miteinander verbunden werden können. Die Kühlsegmente können so miteinander verbunden werden, dass sie in Reihe oder parallel im Kühlkreislauf angeordnet sind. Die von der Schweißnaht in Rohrstücke eingeleitete Wärme wird von den Kühlsegmenten aufgenommen und über das Kühlmedium abgeleitet. This cooling device consists of four adapted to the respective pipe diameter, Cooling medium-flowed, double-walled half-shells, which in pairs by means of Joints and quick release are connected. This hinged Half shells are on both sides and close to the weld form-fitting to the Pipe laid around and by means of the aforementioned quick release with each other connected. For introducing a cooling medium, which may be a gas or a liquid can, are at the cooling segments Kühlmittelzufluß- and coolant outlets arranged so that the cooling segments by means of flexible hose lines can be connected to each other and / or each other. The cooling segments can be connected together in a row or in parallel Cooling circuit are arranged. The introduced from the weld in pieces of pipe Heat is absorbed by the cooling segments and via the cooling medium derived.

Zur guten und effektiven Wärmeübertragung zwischen Rohrstücken und Kühlsegmenten, sind die Kühlsegmente aus einem gut wärmeleitendem Werkstoff, wie Aluminium oder Kupfer, gefertigt. Die Verwendung von Aluminium hat zudem den Vorteil, dass die Kühlsegmente nur ein geringes Gewicht haben. For good and effective heat transfer between pipe sections and Cooling segments, the cooling segments are made of a good heat conducting material, such as Aluminum or copper, manufactured. The use of aluminum also has the Advantage that the cooling segments have only a low weight.

Der Nachteil dieser Kühlvorrichtung ist, dass sie zur Kühlung eines wärmeempfindlichen Ultraschallschwingsystems gänzlich ungeeignet ist. Der konstruktive Aufbau der Vorrichtung aus mehreren unterschiedlichen Konstruktionselementen wie doppelwandige Kühlsegmente, Gelenke, Schnellverschlüsse, Schlauchanschlüsse und Schläuche verhindern das bei Ultraschallschwingsystemen notwendige Schwingen in Resonanz. The disadvantage of this cooling device is that it is used to cool a heat-sensitive ultrasonic vibration system is wholly inappropriate. Of the constructive structure of the device of several different Construction elements such as double-walled cooling segments, joints, Quick-release closures, hose connections and hoses prevent this Ultrasonic vibration systems resonate necessary wings.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Kühlelement zu schaffen, welches eine Erwärmung des Schwingungserzeugers in einem schwingenden System wirksam verhindert, die Schwingungen des Schwingungserzeugers aber gut überträgt, gleichzeitig die Wärmeleitung zum Schwingungserzeuger minimiert und der Wärmequelle dabei so wenig wie möglich Wärmeenergie entzieht. The invention is therefore based on the object to provide a cooling element, which is a heating of the vibrator in a vibrating system effectively prevented, but transmits the vibrations of the vibrator well, at the same time minimizes the heat conduction to the vibrator and the Heat source as little as possible heat energy withdrawn.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kühlelement zwischen dem Schwingungserzeuger und dem mechanischen Element angeordnet und mit diesem fest verbunden ist. Es ist als ein zylindrischer Körper mit planen Stirnseiten ausgebildet. Seine geometrischen Abmessungen werden so angepasst, dass die Resonanzschwingfrequenz des jeweiligen Schwingungserzeugers erreicht wird. Die geometrische Gestalt des Kühlelementes kann aber auch, abweichend von der zylindrischen Form, variiert werden, wobei die Amplitude der Schwingungen verstärkt oder auch verringert werden kann, analog wie es bei Boostern in der Ultraschallschweißtechnik üblich ist. This object is achieved in that the cooling element between the vibrator and the mechanical element and arranged with this is firmly connected. It is considered a cylindrical body with flat faces educated. Its geometric dimensions are adjusted so that the Resonant vibration frequency of the respective vibrator is achieved. The But the geometric shape of the cooling element can also, deviating from the cylindrical shape, can be varied, whereby the amplitude of the vibrations amplified or can be reduced, analogous to how it booster in the Ultrasonic welding technique is common.

Bei in Resonanz betriebenen Schwingungserzeugern wird das Kühlelement so konstruiert, dass das gesamte Schwingsystem, welches aus mehreren Komponenten wie Konverter, Booster, Sonotrode bestehen kann, in Resonanz schwingen kann. When operated in resonance oscillators, the cooling element is so designed that the entire oscillating system, which consists of several components how converter, booster, sonotrode can exist, resonate in resonance.

Es wird ein Kühlbohrungssystem, durch welches ein Kühlmittel geleitet wird in dem Kühlelement so angeordnet, daß seine Schwingfähigkeit nicht beeinträchtigt wird. Die Kühlbohrungen werden auf einem Teilkreis, gleichmäßig und nahe am Umfang verteilt, von der schwingungserzeuger Seite her als tiefe Sackbohrungen axial bis kurz vor das sonotrodenseitige Ende in das Kühlelement eingebracht. An diesem Ende werden an diese axialen Kühlbohrungen radial vom Umfang des Kühlelementes her Bohrungen eingebracht, so dass jeweils durchgängige Kühlkanäle entstehen. It is a cooling boring system through which a coolant is passed in the Cooling element arranged so that its ability to vibrate is not affected. The Cooling holes are distributed on a pitch circle, evenly and close to the circumference, From the vibrator side as deep blind holes axially to just before the Sonotrodenseitige end introduced into the cooling element. At this end will be on these axial cooling bores radially from the periphery of the cooling element forth holes introduced, so that each continuous cooling channels arise.

Dabei ist eine möglichst große Anzahl von Kühlbohrungen auf dem Teilkreis anzuordnen, um eine maximale Kühlwirkung zu erreichen. Die Anordnung der Kühlbohrungen kann dabei kreisringförmig, sternförmig oder anders sein. Here is the largest possible number of cooling holes on the pitch circle to arrange in order to achieve maximum cooling effect. The arrangement of Cooling holes can be circular, star-shaped or otherwise.

Von diesen Bohrungen ist eine oder sind mehrere Bohrungen als Kühlmediumzuführungsbohrung ausgebildet, d. h. diese Bohrung bzw. diese Bohrungen werden in der Tiefe nur bis zur Mitte des Kühlelementes geführt und dort vom Umfang her radial angebohrt. Diese Zuführungsbohrung bzw. Zuführungsbohrungen mit dem Anschluß für das Kühlmedium ist/sind damit so platziert, dass eine schwingungsfreie Ankopplung eines Kühlschlauches gewährleistet ist. Die Stelle der schwingungsfreien Ankopplung befindet sich so im jeweiligen Schwingungsknoten des in Resonanz schwingenden Kühlelementes. Of these holes is one or more holes than Kühlmediumzuführungsbohrung formed, d. H. this hole or these holes are guided in depth only to the middle of the cooling element and there from the periphery her radially drilled. This feed bore or supply holes with the Connection for the cooling medium is / are thus placed so that a vibration-free Coupling a cooling hose is guaranteed. The body of the vibration-free Coupling is so in the respective node of vibration in resonance oscillating cooling element.

Am schwingungserzeugerseitigen Ende des Kühlelementes ist eine kanalförmige Ausnehmung so eingebracht, dass die Kühlbohrungen in dieser Ausnehmung liegen und bei der Verbindung des Kühlelementes mit dem Schwingungserzeuger über den nunmehr gebildeten Verteilerkanal in Verbindung stehen. Konstruktiv sind die Kühlbohrungen für das Kühlmedium so angeordnet, dass im Kühlelement ein Temperaturgefälle entsteht. Dieses Temperaturgefälle ist erwünscht und sehr vorteilhaft und wird erzeugt, indem das Kühlmedium, das ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium sein kann, im Bereich des Schwingungsknotens über die Zuführungsbohrung bzw. Zuführungsbohrungen in das Kühlelement eingeleitet wird. Das Kühlmedium strömt dann zunächst in Richtung des Schwingungserzeugers und verteilt sich über den Verteilerkanal, der durch die stirnseitige Ausnehmung im Kühlelement gebildet wird, in alle Kühlbohrungen, durchströmt das Kühlelement so nun bis zum sonotrodenseitigen Ende des Kühlelementes und tritt dort dann aus den am Umfang eingebrachten und mit den Kühlbohrungen korrespondierenden Austrittsbohrungen aus. At the vibration generator end of the cooling element is a channel-shaped Recess introduced so that the cooling holes are in this recess and in the connection of the cooling element with the vibration generator via the now formed distribution channel in connection. Constructive are the Cooling holes for the cooling medium arranged so that in the cooling element Temperature gradient arises. This temperature gradient is desirable and very advantageous and is produced by the cooling medium, which is a liquid or may be gaseous cooling medium, in the region of the vibration node on the Feed bore or feed holes is introduced into the cooling element. The cooling medium then flows first in the direction of the vibrator and spreads over the distribution channel, which through the frontal recess in the Cooling element is formed, in all cooling holes, the cooling element flows through so now until the sonotrodenseitigen end of the cooling element and then occurs there from the am Scope introduced and corresponding with the cooling holes Outlet holes off.

Das Kühlmedium nimmt im Laufe der Durchströmung des Kühlelementes Wärme auf, wobei seine Kühlwirkung abnimmt. Dadurch wird der gewünschte, vom Schwingungserzeuger zum schwingenden Element hin abnehmende, Temperaturgradient erzielt. The cooling medium absorbs heat in the course of the flow through the cooling element, whereby its cooling effect decreases. This will make the desired, from Vibration generator decreasing towards the vibrating element, Temperature gradient achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and is in described in more detail below.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 Anordnung eines Ultraschallschwingsystems mit Sonotrode, Kühlelement und Konverter Fig. 1 arrangement of an ultrasonic vibrating system with sonotrode, cooling element and converter

Fig. 2 Kühlelement in der Vorderansicht Fig. 2 cooling element in front view

Fig. 3 Ansicht des Kühlelementes von der Konverterseite Fig. 3 view of the cooling element from the converter side

Fig. 4 Querschnitt des Kühlelementes entlang der Linie A-A Fig. 4 the cross section of the cooling element along the line AA

Fig. 5 Querschnitt des Kühlelementes entlang der Linie B-B Fig. 5 cross section of the cooling element along the line BB

An einem Ultraschallschwingsystem soll eine Sonotrode 1 mit einer Temperatur von 200°C betrieben werden. Die Sonotrode wurde bei einer Betriebstemperatur von 200°C auf die Resonanzfrequenz des Ultraschallkonverters 3 abgestimmt. Bei direktem Kontakt des Ultraschallkonvertrs 3 mit der Sonotrode 1 würde der Konverter 3 durch die hohe Temperatur infolge der Wärmeleitung von der Sonotrode 1 zum Konverter 3 zerstört werden. On an ultrasonic vibration system, a sonotrode 1 is to be operated at a temperature of 200 ° C. The sonotrode was tuned at an operating temperature of 200 ° C to the resonant frequency of the ultrasonic converter 3 . In direct contact of the Ultraschallkonvertrs 3 with the sonotrode 1 , the converter 3 would be destroyed by the high temperature due to the heat conduction from the sonotrode 1 to the converter 3 .

Um die Wärmeübertragung von der Sonotrode 1 zum Konverter 3 zu verhindern, wird erfindungsgemäß zwischen der Sonotrode 1 und dem Ultraschallkonverter 3 ein Kühlelement 2 angeordnet, Fig. 1. Das Kühlelement 2 wird mit der Sonotrode 1 und dem Konverter 3 fest verbunden, z. B. durch eine unmittelbare Schraubverbindung. Das Kühlelement 2 wurde auf die Resonanzfrequenz des Ultraschallkonverters 3 abgeglichen. In order to prevent the heat transfer from the sonotrode 1 to the converter 3 , a cooling element 2 is arranged according to the invention between the sonotrode 1 and the ultrasonic converter 3 , Fig. 1. The cooling element 2 is fixedly connected to the sonotrode 1 and the converter 3 , z. B. by an immediate screw. The cooling element 2 was adjusted to the resonance frequency of the ultrasonic converter 3 .

Das Kühlelement 2 ist als zylindrischer Körper mit planen Stirnseiten ausgebildet, Fig. 2. Im Kühlelement 2 ist ein Bohrungssystem, durch welches ein Kühlmedium, z. B. Luft, geleitet wird so angeordnet, dass seine Schwingfähigkeit nicht beeinträchtigt wird. Die Kühlbohrungen 9 werden auf einem Teilkreis von der Konverterseite 5 her ringförmig, gleichmäßig und nahe am Umfang verteilt als tiefe Sackbohrungen axial bis kurz vor das sonotrodenseitige Ende 7 des Kühlelementes 2 eingebracht, Fig. 3. Hier werden diese Kühlbohrungen 9 durch radial vom Umfang des Kühlelementes 2 her eingebrachte Austrittsbohrungen 8 angebohrt, so dass jeweils Kühlkanäle entstehen, Fig. 4. The cooling element 2 is formed as a cylindrical body with flat end faces, Fig. 2. In the cooling element 2 is a bore system through which a cooling medium, for. B. air, is arranged so that its ability to vibrate is not affected. The cooling holes 9 are annularly, evenly and distributed close to the periphery on a pitch circle from the converter side 5 ago as deep blind holes axially introduced just before the sonotrodenseitige end 7 of the cooling element 2 , Fig. 3. Here are these cooling holes 9 by radially from the circumference of Cooling element 2 ago introduced outlet holes 8 drilled so that each cooling channels arise, Fig. 4th

Zwei sich gegenüberliegende Bohrungen 10 werden als Kühlmediumzuführungsbohrung ausgebildet und mit einem Zuführungsanschluß 6 für das Kühlmedium versehen. Diese beiden Kühlbohrungen 10 sind in der Tiefe nur bis zur Mitte des Kühlelementes 2 geführt und dort vom Umfang her radial angebohrt, Fig. 2, 5. Diese beiden Zuführungsbohrungen mit den Zuführungsanschlüssen 6 sind damit so platziert, dass eine quasi schwingungsfreie Ankopplung des Kühlmittelschlauches gewährleistet ist. Diese Stelle befindet sich so im jeweiligen Schwingungsknoten des in Resonanz schwingenden Kühlelementes 2. Two opposing holes 10 are formed as Kühlmediumzuführungsbohrung and provided with a supply port 6 for the cooling medium. These two cooling holes 10 are guided in depth only to the middle of the cooling element 2 and there drilled radially from the periphery, Fig. 2, 5. These two feed holes with the supply ports 6 are thus placed so that ensures a quasi vibration-free coupling of the coolant hose is. This point is thus located in the respective vibration node of the resonant cooling element 2 .

Am konverterseitigen Ende 5 des Kühlelementes 2 ist eine kreisringförmige Eindrehung 4 so eingebracht, dass die Kühlbohrungen 9 in dieser Eindrehung 4 liegen und bei der Verschraubung des Kühlelementes 2 mit dem Ultraschallkonverter 3 über den so gebildeten Verteilerkanal 4 in Verbindung stehen. Der Außendurchmesser der kreisringförmigen Eindrehung muss stets kleiner als der Durchmesser der Kontaktfläche des angeschraubten Ultraschallkonverters sein, damit dieser die kreisringförmige Eindrehung vollständig abdeckt. At the end proximate the converter 5 of the cooling element 2 is introduced so that the cooling holes 9 lie in this recess 4 and are during the screwing of the cooling element 2 with the ultrasonic converter 3 through the thus-formed distribution channel 4 in connection an annular recess. 4 The outer diameter of the annular recess must always be smaller than the diameter of the contact surface of the screwed ultrasonic converter so that it completely covers the annular recess.

Zur Kühlung des Kühlelementes 2 wird z. B. Druckluft durch die Zuführungsanschlüsse 6 in das Innere des Kühlelementes 2 eingeleitet. Diese strömt innerhalb der Kühlmediumzuführungsbohrungen 10 durch das Kühlelement 2, Fig. 1. For cooling the cooling element 2 z. B. compressed air introduced through the supply ports 6 in the interior of the cooling element 2 . This flows inside the cooling medium supply bores 10 through the cooling element 2 , FIG. 1.

Konstruktiv bedingt gelangt das Kühlmittel so zunächst von den Zuführungsanschlüssen 6 zum konverterseitigen Ende 5 des Kühlelementes 2. Dort wird es durch den Verteilerkanal 4 auf alle Kühlbohrungen 9 verteilt. Der angeschraubte Ultraschallkonverter 3 schließt den Verteilerkanal 4 nach oben ab und verhindert das Austreten des Kühlmediums. Das Kühlmedium wird nun vom konverterseitigen Ende 5 durch die Kühlbohrungen 9 zum sonotrodenseitigen Ende 7 des Kühlelementes 2 geleitet, wo es durch die Austrittsbohrungen 8 abgeleitet wird. Durch den kurzen Weg von den Zuführungsanschlüssen 6 bis zum konverterseitigen Ende 5 des Kühlelementes 2 hat sich das Kühlmedium kaum erwärmt. Es umspült innerhalb des ringförmigen Verteilerkanals 4 den angeschraubten Ultraschallkonverter 3 und kühlt diesen. As a result of the design, the coolant initially reaches the converter-side end 5 of the cooling element 2 from the supply connections 6 . There it is distributed through the distribution channel 4 on all cooling holes 9 . The screwed-on ultrasonic converter 3 closes the distribution channel 4 upwards and prevents the escape of the cooling medium. The cooling medium is now passed from the converter-side end 5 through the cooling holes 9 to the sonotrodenseitigen end 7 of the cooling element 2 , where it is discharged through the outlet holes 8 . Due to the short path from the supply ports 6 to the converter-side end 5 of the cooling element 2 , the cooling medium has hardly heated. It flows around within the annular distribution channel 4, the screwed-on ultrasonic converter 3 and cools it.

Der zwangsläufige Strömungsverlauf des Kühlmittels durch die Kühlbohrungen 9 von der Konverterseite 5 zur Sonotrodenseite 7 führt zur Erwärmung des Kühlmittels. Dadurch entsteht eine abgestufte Kühlwirkung innerhalb des Kühlelementes 2, die an der Konverterseite 5 am stärksten ist und zur Sonotrodenseite 7 hin kontinuierlich abnimmt. Das dadurch erzeugte Temperaturgefälle innerhalb des Kühlelementes 2 ermöglicht einen effektiven Schutz des Konverters 3 vor Erwärmung und einen geringen Wärmeverlust an der temperierten Sonotrode 1. Das Kühlelement 2 besteht vorzugsweise aus dem Material Titan, welches sich durch sehr gute schwingungstechnische Eigenschaften und durch eine sehr schlechte Wärmeleitung auszeichnet. Liste der verwendeten Bezugszeichen 1 Sonotrode
2 Kühlelement
3 Ultraschallkonverter
4 Eindrehung/Verteilerkanal
5 Konverterseite des Kühlelementes
6 Zuführungsanschluss für Kühlmedium
7 Sonotrodenseite des Kühlelementes
8 Austrittsbohrungen für Kühlmedium
9 Kühlbohrungen
10 Kühlmediumzuführungsbohrungen
11 Gewindebohrung
The inevitable flow of the coolant through the cooling holes 9 from the converter side 5 to Sonotrodenseite 7 leads to heating of the coolant. This results in a graded cooling effect within the cooling element 2 , which is strongest on the converter side 5 and continuously decreases towards the sonotrode side 7 . The temperature gradient generated thereby within the cooling element 2 enables effective protection of the converter 3 from heating and a low heat loss at the tempered sonotrode. 1 The cooling element 2 is preferably made of the material titanium, which is characterized by very good vibration characteristics and by a very poor heat conduction. List of used reference signs 1 Sonotrode
2 cooling element
3 ultrasonic converters
4 recess / distribution channel
5 converter side of the cooling element
6 Feed connection for cooling medium
7 Sonotrodenseite of the cooling element
8 exit holes for cooling medium
9 cooling holes
10 cooling medium supply holes
11 tapped hole

Claims

1. Cooling element for use in oscillating systems, characterized
that the cooling element ( 2 ) is arranged between the vibration generator ( 3 ) and the mechanical element ( 1 ) and is firmly but detachably connected thereto;
that the cooling element ( 2 ) is a substantially cylindrical body with planar end faces and is adapted in its geometrical dimensions to the oscillation frequency of the vibrator,
a cooling boring system is arranged in the cooling element ( 2 ) in such a way that its oscillation capability is not impaired,
that the cooling holes (9/10) on a partial circle, evenly and close to the periphery distributed are introduced as deep blind hole axially until shortly before the sonotrodenseitige end (7) in the cooling element (2) of the vibration generator side (5) forth and that the pitch circle on which the cooling holes (9/10) are arranged in a circular, star shaped or other geometric shape may have,
that the cooling bores ( 9 ) at the sonotroden side end ( 7 ) are drilled radially from the periphery of the cooling element ( 2 ) forth through exit bores ( 8 ),
in that one or more cooling bores ( 10 ) are formed as cooling medium supply holes or bores and are guided in depth only to the middle of the cooling element ( 2 ) and are drilled radially from the circumference through one or more coolant supply bores with supply ports ( 6 ) and that Coupling of the coolant line so that takes place in the vibration node of the cooling element ( 2 ),
that the vibration generator side end (5) of the cooling element (2) has a channel-shaped recess (4) is introduced and the cooling holes are located in this recess (4) (9/10) and in that the cooling holes (9/10) on the recess (4) stay in contact.

Second cooling element for use in oscillating systems according to claim 1, characterized in that the geometric shape of the cooling element ( 2 ) may also differ from the cylindrical shape and thus the amplitude of the vibrations can be amplified or reduced.

3. Cooling element for use in oscillating systems according to claims 1 and 2, characterized in that the cooling medium is a liquid or gaseous Medium can be.

4. Cooling element for use in oscillating systems according to claims 1 to 3, characterized in that the cooling element ( 2 ) consists of steel, aluminum, preferably of titanium.