Die Erfindung betrifft ein Handwerkzeug zum Bearbeiten, insbesondere zum Schneiden eines Prozessguts unter Anwendung von Ultraschallenergie.

In zahlreichen industriellen Anwendungen, insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie, sind Produkte mit vorbestimmten Abmessungen bereitzustellen. Oft werden Nahrungsmittel, wie Brot, Fleischwaren, Wurstwaren oder Käse in Tranchen aufgeteilt und verpackt. Dazu werden Schneidewerkzeuge verwendet, mittels denen das Prozessgut unter Anwendung von Ultraschallenergie aufgeteilt wird. Eine Vorrichtung dieser Art ist aus [1], EP2551077A1, bekannt. Diese Vorrichtung umfasst Haltevorrichtungen und Führungsvorrichtungen, mittels denen die Schneidewerkzeuge gehalten und geführt werden, um das Prozessgut zu bearbeiten.

In [2], EP0543628A1, ist ein Verfahren zum Schneiden von Nahrungsmitteln unter Anwendung von Ultraschallenergie beschrieben. Dabei werden Ultraschallsignale an eine Klinge angelegt, die im Frequenzbereich zwischen 10kHz und 60kHz liegen und die Amplituden im Bereich zwischen 20ym und 200μη aufweisen .

Oft ist ein Prozessgut auch manuell zu bearbeiten. Beispielsweise sind zur Prüfung der Produktequalität Schnitte durch ein bearbeitetes Prozessgut zu führen. In einem Verkaufslokal, z.B. in einer Bäckerei oder einer Metzgerei, soll ein Prozessgut, wie Brot, Fleisch oder Käse, hingegen auch manuell besonders fein und präzise geschnitten werden können, was mit herkömmlichen Messern oft selbst dann nicht gelingt, wenn das Prozessgut eingespannt ist. Bei industriellen Prozessen und im Gastgewerbe ist es zudem oft auch notwendig, einem Prozessgut ein Pulver fein zerstäubt zuzufügen, was meist nicht nach Wunsch gelingt, weshalb das zugefügte Pulver normalerweise durch Umrühren verteilt werden muss.

Aus [3], US5695510, ist ein chirurgisches Messer bekannt, welches mit Ultraschallenergie beaufschlagt ist. Messer dieser Art sind für die oben beschriebenen Verwendungszwecke nicht einsetzbar. Aus [4], US6785970B1, ist ein Messer bekannt, welches mittels eines Motors in Schwingung versetzt werden kann, der jedoch Raum und Energie benötigt. Zudem kann mit dem mechanisch schwingenden Messer nicht die gewünschte Schnittqualität erzielt werden. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Handwerkzeug zu schaffen, mit dem ein Prozessgut unter Anwendung von Ultraschallenergie vorteilhaft manuell bearbeitet, insbesondere geschnitten oder zerstäubt werden kann. Das Handwerkzeug soll kompakt aufgebaut und leicht handhabbar sein. Trotzdem soll mit dem Handwerkzeug relativ grosses Prozessgut, insbesondere Brot, Fleisch, Käse und Gemüse problemlos und mit geringem Kraftaufwand präzise bearbeitet werden können. Das Handwerkzeug soll effizient arbeiten, so dass es mit einer externen oder einer lokalen Stromversorgungseinheit arbeiten kann und auch bei autonomem Betrieb nur ein relativ geringes Gewicht aufweist. Die Ultraschallenergie soll praktisch ohne Verluste an eine Sonotrode übertragbar sein. Ferner soll bedarfsweise genügend Ultraschallenergie zur Verfügung stehen, so dass auch mechanisch festes Prozessgut bearbeitet werden kann. Ferner soll das Handwerkzeug stabil aufgebaut sein, so dass mechanisch festes Prozessgut auch über längere Zeit bearbeitet werden kann, ohne dass Verschleisserscheinungen auftreten .

Diese Aufgabe wird mit einem Handwerkzeug gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Das Handwerkzeug umfasst ein Werkzeugteil, das in einem vorzugsweise hohlzylindrischen Gehäusekörper eines Gehäuseteils gehalten ist und das einen mit wenigstens einem Piezoelement versehenen Ultraschallwandler umfasst, der zur Abgabe von Ultraschallenergie an eine am Werkzeugteil vorgesehene Klinge dient.

Erfindungsgemäss sind mehrere durch Kontaktelemente voneinander getrennte Piezoelemente vorgesehen, die je eine Transferöffnung aufweisen, durch die ein Wandlerstab hindurch geführt ist, der direkt oder indirekt mit einem Kopplungsstab verbunden ist, welcher einstückig mit der Klinge verbunden ist und dass ein mit dem Wandlerstab verbundenes Anpresselement vorgesehen ist, das die Piezoelemente an eine Anschlagfläche eines direkt oder indirekt mit dem Kopplungsstab verbundenen Elements anpresst und mechanisch mit dem Kopplungsstab koppelt.

In vorzugsweisen Ausgestaltungen ist der Wandlerstab ein Teil des Kopplungsstabs und dadurch einstückig mit diesem verbunden; oder frontseitig durch eine Pressverbindung oder Schraubverbindung in einer Staböffnung im Kopplungsstab gehalten; oder frontseitig durch eine Pressverbindung oder eine Schraubverbindung in einer ersten Zylinderöffnung eines Verbindungszylinders gehalten, der mit dem

Kopplungsstab verbunden ist.

Verbindungszylinder, sofern vorgesehen, ist ein Teil des Kopplungsstabs und dadurch einstückig mit diesem verbunden ist; oder weist frontseitig eine zweite Zylinderöffnung auf, in der ein am Kopplungsstab vorgesehener Stabbolzen durch eine Pressverbindung oder Schraubverbindung gehalten ist; oder weist frontseitig einen massiven oder hohlzylindrischen Zylinderbolzen auf, welcher durch eine Pressverbindung oder Schraubverbindung innerhalb der Staböffnung gehalten ist; oder weist frontseitig eine zweite Zylinderöffnung auf, in der ein erster Bolzenteil eines Verbindungsbolzens durch eine Pressverbindung oder Schraubverbindung gehalten ist und dass in der Staböffnung ein zweiter Bolzenteil des Verbindungsbolzens durch eine Pressverbindung oder Schraubverbindung gehalten ist.

In vorzugsweisen Ausgestaltungen sind der Kopplungsstab und der Wandlerstab oder der Kopplungsstab und der Verbindungszylinder miteinander verschweisst , so dass eine praktisch einstückige Verbindung zwischen dem Wandlerstab und dem Kopplungsstab sowie gegebenenfalls dazwischen vorgesehenen Verbindungsstücken, wie dem Verbindungszylinder und dem Verbindungsbolzen, resultiert.

In vorzugsweisen Ausgestaltungen ist der Wandlerstab koaxial zu dem zugewandten ersten Teil des Kopplungsstabs ausgerichtet, so dass der mit dem Ultraschallwandler versehene Teil des Werkzeugteils mit wenig Raumbedarf in einem zylindrischen Gehäusekörper angeordnet werden kann, der als Handgriff geeignet ist.

Bei allen Arten der Verbindung des Wandlerstabs mit dem Kopplungsstab resultiert ein kompakter Aufbau des Schneidewerkzeugs. Der Wandlerstab und der Kopplungsstab bilden vorzugsweise einen einheitlichen Metallkörper, so dass eine verlustfreie Ankopplung und ein noch kompakter Aufbau erreicht werden können.

Aufgrund der vorteilhaften Ausgestaltung des Werkzeugteils kann der Ultraschallwandler mit grösseren und leistungsfähigen Piezoelementen, vorzugsweise hohlzylindrischen oder ringförmigen Platten versehen werden und weist trotzdem noch kompakte Abmessungen auf. Die ringförmigen Piezoscheiben können einen Aussendurchmesser aufweisen, welcher ein Mehrfaches des Innendurchmessers bzw. des Durchmessers des Wandlerstabs aufweist, so dass Ultraschallwellen mit hoher Energie auf den Kopplungsstab und die Sonotrode übertragen werden können.

Vorzugsweise sind vier bis zehn ringförmige Piezoscheiben, die durch Kontaktelemente voneinander getrennt sind, in Serie geschaltet. Die Kontaktelemente, vorzugsweise Messingplatten, überdecken die Piezoelemente vorzugsweise ganzflächig und weisen Anschlusskontakte auf.

Die Piezoelemente und die Kontaktelemente, die auf dem Wandlerstab sitzen und die vorzugsweise durch ein Isolationsrohr vom Wandlerstab getrennt sind, werden durch das Anpresselement gegen eine Anschlagfläche gedrückt, die an dem dem Ultraschallwandler zugewandten Ende des Verbindungszylinders oder des Kopplungsstabs vorgesehen ist. Die Anschlagfläche ist vorzugsweise eine Kreisringfläche, die kongruent zur Stirnfläche des benachbarten Piezoelements ist. Die von den Piezoelementen abgegebene mechanische Ultraschallenergie gelangt daher frontseitig über die Anschlagfläche zum Verbindungszylinder oder direkt zum Kopplungsstab und rückseitig über das Anpresselement und den Wandlerstab zum Verbindungszylinder oder direkt zum Kopplungsstab. Es erfolgt somit eine doppelte Einkopplung der Ultraschallenergie in den Kopplungsstab.

Der Wandlerstab weist vorzugsweise ein Aussengewinde auf, von dem das mit einem Innengewinde versehene Anpresselement gehalten ist. Durch Drehen des Anpresselements kann der zwischen dem Anpresselement und der Anschlagfläche gehaltene Wandlerblock zusammengepresst werden.

Der Kopplungsstab weist einen kreisförmigen, dreieckigen, rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt auf, der vorteilhaft an den Bereich der verwendeten Arbeitsfrequenzen angepasst ist.

In vorzugsweisen Ausgestaltungen sind Temperatursensoren vorgesehen, die in Öffnungen im Kopplungsstab, im Verbindungsbolzen, und/oder im Wandlerstab vorgesehen sind. Die Anschlussleitungen der verwendeten Sensoren sind vorzugsweise in einem Kabelkanal angeordnet, welcher koaxial durch den Wandlerstab verläuft. Anhand der

Temperatursensoren können die Temperaturen des

Kopplungsstabs und des Wandlerstabs gemessen werden. In Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen kann der Ultraschallgenerator vorteilhaft gesteuert werden, um bei ungünstigen Arbeitsbedingungen die Abgabe von

Ultraschallenergie an das Werkzeugteil zu reduzieren oder gänzlich zu vermeiden. Auf diese Weise gelingt es, ein ungünstiges Betriebsverhalten zu erkennen und Schäden am Werkzeugteil zu vermeiden. Vorzugsweise wird ein zusätzliches Piezoelement vorgesehen, welches die Schwingungen am Wandlerstab, am Verbindungszylinder oder am Kopplungsstab abtasten kann. Durch Auswertung der Amplituden der Schwingungen in den jeweiligen Frequenzbereichen, gelingt es, optimale Arbeitsfrequenzen einzustellen und Arbeitsfrequenzen zu vermeiden, bei denen keine optimale Energieübertragung auf die Sonotrode oder das bearbeitete Produkt erfolgt. Der vorteilhafte Aufbau des Werkzeugteils erlaubt es somit, dieses in einfacher Weise zusammenzubauen und in das Gehäuseteil zu integrieren.

Dazu ist der Wandlerstab oder der Verbindungszylinder oder der Kopplungsstab vorzugsweise mit einem Aussenflansch versehen oder verbunden, welcher von einem Innenflansch gehalten ist, der in den Querschnitt des hohlzylindrischen Gehäusekörpers hinein ragt.

Zudem weist der Gehäusekörper vorzugsweise ein Innengewinde auf, welches ein mit einem Aussengewinde versehenes Gewindeelement, wie eine Kronenmutter, hält, das den am Werkzeugteil vorgesehenen Aussenflansch an den am Gehäuseteil vorgesehenen Innenflansch andrücken kann. Das Gewindeelement wird in den hohlzylindrischen Gehäusekörper eingeführt und in das Innengewinde eingedreht, bis der Aussenflansch und der Innenflansch mit dem gewünschten Druck aneinander anliegen. In besonders bevorzugten

Ausgestaltungen wird ein elastisches Element zwischen dem Innenflansch und dem Aussenflansch vorgesehen, welches das Werkzeugteil und das Gehäuseteil akustisch voneinander entkoppelt . Vorzugsweise ist der Innenflansch frontseitig am Gehäusekörper vorgesehen. Das Werkzeugteil ist daher frontseitig im Gehäusekörper gehalten, weshalb rückseitig im Gehäuseteil relativ viel Raum vorhanden ist, in dem weitere Vorrichtungseinheiten angeordnet werden können. Beispielsweise wird dort ein Ultraschallgenerator angeordnet, dem eine Versorgungsspannung zuführbar ist und der elektrische Ultraschallsignale im Frequenzbereich von 25 kHz bis 50 kHz abgeben kann. Vorzugsweise ist ein steuerbarer Ultraschallgenerator vorgesehen, der bedarfsweise die gewünschten Frequenzen generieren kann. Alternativ können elektrische Ultraschallsignale auch über ein Anschlusskabel zugeführt werden. Zudem kann innerhalb des Gehäusekörpers eine Stromversorgungseinheit, z.B. eine Batterie oder ein Akkumulator vorgesehen sein, welche die für das Handwerkzeug benötigte elektrische Energie zur Verfügung stellt. Die Versorgungsspannung, z.B. eine Gleichspannung, kann jedoch auch über ein Anschlusskabel zugeführt werden.

Innerhalb des Gehäusekörpers ist vorzugsweise eine Leiterplatte mit elektrischen und elektronischen Bauteilen angeordnet, mittels denen eine Steuerung und Regelung des Handwerkzeugs möglich ist. Auch die elektrischen Module des Ultraschallgenerators können vorteilhaft auf der Leiterplatte angeordnet werden.

Vorzugsweise wird eine flexible Leiterplatte eingesetzt, die den Wandlerblock oder den Verbindungszylinder zumindest teilweise umschliesst. Auf diese Weise nimmt die Leiterplatte kaum Raum in Anspruch und kann in vorzugsweisen Ausgestaltungen auch mit metallenen Elementen des Werkzeugteils gekoppelt werden. Vorzugsweise wird ein isoliertes Metallsubstrat als flexible Leiterplatte verwendet, mittels dessen die Verlustwärme der elektrischen und elektronischen Bauteile abgeführt und vorzugsweise an einen Metallkörper, z.B. den Verbindungszylinder, abgegeben werden kann.

Zur Bedienung des Handwerkzeugs ist vorzugsweise ein Bedienungsring vorgesehen, welcher den Gehäusekörper umschliesst und von diesem drehbar gehalten wird. Durch Drehen des Bedienungsrings, der vorzugsweise magnetische Elemente umfasst, können elektrische Schaltelemente betätigt werden, um einen gewünschten Betriebszustand des Handwerkzeugs einzustellen.

Innerhalb des Gehäusekörpers wird vorzugsweise zusätzlich eine Kühlspirale vorgesehen, die von einem Kühlmedium durchflössen wird. Die Kühlspirale kann vorteilhaft mit dem Metallsubstrat der Leiterplatte verbunden werden, um dieses zu kühlen.

Der Kopplungsstab und die Klinge werden an die Bedürfnisse des Anwenders angepasst. Der Kopplungsstab verläuft vorzugsweise bogenförmig und steht mit dem Endstück vorzugsweise senkrecht auf dem Rücken der Klinge, wodurch eine optimale Einkopplung der Ultraschallenergie resultiert. Die Klinge kann mit der Schneide bedarfsweise nach vorn, zur Seite oder auch rückwärts ausgerichtet werden. Das Handwerkzeug kann daher an beliebige Arbeitsprozesse angepasst werden. Sofern erforderlich, kann auch vorgesehen werden, dass die Sonotrode bzw. die Klinge ausgetauscht werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 in einer vorzugsweisen Ausgestaltung ein erfindungsgemässes Handwerkzeug 10, welches ein Gehäuseteil 2 umfasst, in dem ein Werkzeugteil 1 gehalten ist, das einen Kopplungsstab 12 aufweist, der frontseitig mit einer Klinge 11 verbunden ist; Fig. 2a das Handwerkzeug 10 von Fig. 1 in einer

Explosionsdarstellung mit dem entlang der Schnittlinie S--S von Fig. 3a aufgeschnittenen Gehäuseteil 2, einem Ultraschallwandler 15 mit einem Wandlerstab 151, der über einen Verbindungszylinder 14 und einen

Verbindungsbolzen 13 mit dem zugewandten ersten Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12 verbindbar und koaxial dazu ausgerichtet ist;

Fig. 2b den Ultraschallwandler 15 von Fig. 2a in einer

Explosionsdarstellung mit dem Wandlerstab 151, einem Isolationsrohr 153, ringförmigen

Piezoelementen 154, ringförmigen Kontaktplatten 155 und einem Anpresselement 152;

Fig. 3a eine Seitenansicht des Handwerkzeugs 10 von Fig.

1; Fig. 3b einen Schnitt durch das Handwerkzeug 10 entlang der in Fig. 3a gezeigten Schnittlinie S--S;

Fig. 4 einen Teil des Handwerkzeugs 10 von Fig. 3a mit einem ersten Schnitt entlang der Schnittlinie S- -S durch den Verbindungszylinder 14 und den

Gehäusekörper 21 und mit einem zweiten Schnitt senkrecht dazu durch eine Kronenmutter 22, mittels der der Verbindungszylinder 14 gegen einen frontseitig am Gehäusekörper 21 vorgesehenen Innenflansch 214 angedrückt wird;

Fig. 5a einen Schnitt entlang der Schnittlinie S--S von

Fig. 3a durch den Ultraschallwandler 15 und den Wandlerstab 151 sowie den Verbindungszylinder 14 und den Verbindungsbolzen 13, welcher den Verbindungszylinder 14 mit dem ersten Stabteil

121 des Kopplungsstabs 12 verbindet;

Fig. 5b in der Schnittdarstellung von Fig. 5a den

Verbindungszylinder 14, den Verbindungsbolzen 13 und das erste Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12, die voneinander gelöst sind;

Fig. 6a das Handwerkzeug 10 von Fig. 3a in einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung mit einem Schnitt entlang der Schnittlinie S--S;

Fig. 6b in der Schnittdarstellung von Fig. 6a den

Verbindungszylinder 14 und das erste Stabteil

121 des Kopplungsstabs 12, die voneinander gelöst sind;

Fig. 7a einen vorzugsweise ausgestalteten

Verbindungszylinder 14 und einen dazu passenden Kopplungsstab 12, die voneinander getrennt sind; Fig. 7b in Schnittdarstellung den Verbindungszylinder 14 und den damit verbundenen Kopplungsstab 12 von Fig. 7a;

Fig. 8 einen vorzugsweise ausgestalteten Kopplungsstab

12, dessen erstes Stabteil 121 den

Verbindungszylinder 14 bildet und dessen zweites Stabteil 122 eine Klinge 11 hält, die in einer Ebene senkrecht zum ersten Stabteil 121 ausgerichtet ist; Fig. 9 einen vorzugsweise ausgestalteten Kopplungsstab

12, dessen erstes Stabteil 121 den Wandlerstab 151 bildet und dessen zweites Stabteil 122 eine Klinge 11 hält, die in einer Ebene parallel zum ersten Stabteil 121 ausgerichtet ist, welcher einen runden Querschnitt aufweist;

Fig. 10a einen Kopplungsstab 12 mit dreieckigem

Querschnitt ;

Fig. 10b einen Kopplungsstab 12 mit rechteckigen

Querschnitt; und Fig. 10c einen Kopplungsstab 12 mit achteckigen

Querschnitt .

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Handwerkzeug 10 in einer vorzugsweisen Ausgestaltung. Das Handwerkzeug 10 umfasst ein Werkzeugteil 1, das innerhalb eines Gehäuseteils 2 gehalten ist, welches einen hohlzylindrischen Gehäusekörper 21 umfasst .

In der Detaildarstellung von Fig. 1 ist gezeigt, dass ein Verbindungszylinder 14 aus dem Gehäusekörper 21 hervor ragt, der mit einem ersten Stabteil 121 eines Kopplungsstabs 12 verbunden ist, dessen zweites Stabteil 122 senkrecht auf dem Rücken 112 einer Klinge 11 steht. Die Klinge 11 weist die Form eines Kreissegments auf und umfasst eine entlang der Kreislinie verlaufende Schneide 111. Die Klinge 11 kann auch anderen Verlauf aufweisen und beispielsweise Teil eines Vielecks bilden.

Der Gehäusekörper 21 weist frontseitig zudem einen Bedienungsring 24 auf, der bequem gedreht werden kann, um die Betriebsart des Handwerkzeugs 10 zu ändern. Beispielsweise kann ein Ultraschallgenerator innerhalb des Gehäuseteils 2 eingeschaltet werden. Vorzugsweise können geeignete Werte für die Frequenz und/oder die Amplitude der Ultraschallsignale oder vorprogrammierte Betriebsarten ausgewählt werden, die für die Bearbeitung des Prozessguts ermittelt wurden. Auf der Rückseite ist der Gehäusekörper 21 durch ein Abschlusselement 23 abgeschlossen. In dieser Ausgestaltung ist das Handwerkzeug 10 mit einem Anschlusskabel 7 versehen, über das eine Versorgungsspannung oder Ultraschallsignale zuführbar sind. Vorzugsweise weist das Abschlusselement 23 einen Steckverbinder auf, an denen ein Kabel 7 anschliessbar ist, über das eine Versorgungsspannung und/oder Daten übertragbar sind. Mittels der Versorgungsspannung kann z.B. ein Akkumulator geladen werden. Mittels der übertragenen Daten hingegen kann das Handwerkzeug auch programmiert werden, um dieses an den Verwendungszweck anzupassen. Beispielsweise werden

Frequenzen oder Frequenzintervalle gewählt, die für die Bearbeitung eines bestimmten Prozessguts geeignet sind.

Es ist ersichtlich, dass das Handwerkzeug 10 kompakt aufgebaut ist und trotz des relativ grossen Werkzeugteil 1 einen relativ kleinen Gehäuseteil 2 aufweist, der mit einer Hand leicht gehalten werden kann. Die Klinge 11 erlaubt es, ein Prozessgut unter Anwendung von Ultraschallenergie leicht und präzise zu schneiden oder ein pulverförmige Prozessgut, das auf die Klinge 11 aufgesetzt wird, fein zu zerstäuben.

Fig. 2a zeigt das Handwerkzeug 10 von Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung. Das Gehäuseteil 2 mit dem Gehäusekörper 21, dem ringförmigen Bedienungsteil 24 und dem Abschlussteil 23, sind entlang der Längsachse geschnitten. Das Werkzeugteil 1 umfasst einen Ultraschallwandler 15, der in Fig. 2a als Einheit und in Fig. 2b in Explosionsdarstellung gezeigt ist.

Der Ultraschallwandler 15 umfasst sechs hohlzylindrische bzw. ringförmige Piezoelemente 154, die durch fünf ringförmige Kontaktelemente bzw. Kontaktplatten 155 voneinander getrennt sind. Die Piezoelemente 154 sind scheibenförmig ausgestaltet und mit einer Transferöffnung 1541 versehen. Beispielsweise sind Piezoelemente 154 mit einer Dicke in einem Bereich von 2 mm-8mm vorgesehen. Die Kontaktelemente 155 sind z.B. Messingplatten mit einer Dicke in einem Bereich von 1/10mm - l/2mm und weisen ebenfalls eine Transferöffnung 1551 auf. Zudem sind die Kontaktelemente 155 mit Anschlusskontakten versehen. Durch die Transferöffnungen 1541, 1551 werden ein Wandlerstab 151 und ein Isolationsrohr 153 hindurchgeführt, das die Piezoelemente 154 und die Kontaktelemente 155 gegenüber dem metallenen Wandlerstab 151 isoliert.

Der Wandlerstab 151 weist frontseitig eine Öffnung 1511 und ein Aussengewinde auf, auf das ein Anpresselement 152 aufgesetzt wird, um die Piezoelemente 154 und die

Kontaktelemente 155 gegeneinander zu verspannen. In die frontseitige Öffnung 1511 ist ein Temperatursensor 42 eingesetzt, mittels dessen die Temperatur des Ultraschallwandlers 15 gemessen werden kann.

In Fig. 2a ist weiter gezeigt, dass der Wandlerstab 151 durch eine Pressverbindung oder Schraubverbindung in einer ersten Zylinderöffnung 141 fixierbar ist, die an dem dem Ultraschallwandler 15 zugewandten Endstück eines Verbindungszylinders 14 vorgesehen ist, wie dies in Fig. 4 detailliert gezeigt ist. An diesem Endstück des Verbindungszylinders 14 ist eine Anschlagfläche A vorgesehen, welche etwa denselben Querschnitt wie das daran anliegende Piezoelement 154 aufweist. Der Wandlerblock 158 mit den Piezoelementen 154 und den dazwischen liegenden Kontaktelemente 155 kann somit mittels des Anpresselements 152 gegen die Anschlagfläche A gedrückt werden, um eine optimale Ankopplung zu erzielen. Der Wandlerblock 158 und der Verbindungszylinder 14 bilden damit eine kraftschlüssig oder formschlüssig miteinander verbundene Einheit, über die die Ultraschallwellen optimal zur Klinge 11 übertragen werden können. An dem der Klinge 11 zugewandten Endstück weist der Verbindungszylinder 14 eine zweite Zylinderöffnung 142 auf, in der ein zweites Bolzenteil 132 eines Verbindungsbolzens 13 durch eine Pressverbindung oder Schraubverbindung fixierbar ist. Der Verbindungsbolzen 13 weist zudem ein erstes Bolzenteil 131 auf, welches in einer Staböffnung 1210 des ersten Stabteils 121 des Kopplungsstabs 12 durch eine Pressverbindung oder Schraubverbindung fixierbar ist. Das zweite Stabteil 122 des Kopplungsstabs 12 verläuft in einem Bogen senkrecht zum Rücken 112 der Klinge 11 und ist einstückig, vorzugsweise durch Schweissen, mit diesem verbunden . Es ist ersichtlich, dass die Elemente der Übertragungskette für die Ultraschallsignale stabil miteinander verbunden sind und bei kompaktem Aufbau des Werkzeugteils 1 eine verlustarme Übertragung der Ultraschallsignale hin zur Klinge erzielt werden kann. In vorzugsweisen

Ausgestaltungen, die nachfolgend beschrieben sind, wird diese Übertragungskette noch weiter vereinfacht und verkürzt, so dass ein noch kompakter Aufbau des Werkzeugteils und eine praktisch optimale Übertragung der Ultraschallsignale erzielt werden kann.

Der in Fig. 2a gezeigte Verbindungszylinder 14 weist einen Aussenflansch 144 auf, der der Montage des Werkzeugteils 1 innerhalb des Gehäusekörpers 21 dient, welcher frontseitig einen Innenflansch 214 aufweist. Weiterhin weist der Gehäusekörper 21 ein Innengewinde 210 auf, in das ein mit einem Aussengewinde 221 versehenes Gewindeelement, nämlich die gezeigte Kronenmutter 22 eindrehbar ist. Mittels der Kronenmutter 22 kann der Aussenflansch 144 des Verbindungszylinders 14 gegen den Innenflansch 214 des Gehäusekörpers 21 gepresst werden, um das Werkzeugteil 1 innerhalb des Gehäuseteils 2 zu fixieren. Vorzugsweise liegt zwischen dem Innenflansch 214 und dem Aussenflansch 144 ein elastisches Element, welches die beiden miteinander verbundenen Teile mechanisch sicher hält und die Übertragung von Ultraschallenergie hingegen verhindert.

Fig. 2a zeigt weiter eine flexible Leiterplatte 3 mit elektrischen Elementen 31, 32, z.B. mehrfarbige Leuchtdioden, die den Betriebszustand des Handwerkzeugs 10 signalisieren. Der Bedienungsring 24 kann daher gedreht werden, bis die Leuchtdioden 31, 32 anzeigen, dass die gewünschte Betriebsart erreicht wurde. Die flexible Leiterplatte 3, vorzugsweise ein biegbares isoliertes Metallsubstrat IMS, ist mit elektrischen und elektronischen Bauteilen bestückt, welche vorzugsweise die Steuerung und Überwachung der gesamten Handwerkzeugs 10 durchführen. Ferner können die Module des Ultraschallgenerators 30 auf der Leiterplatte 3 angeordnet sein.

Fig. 2b zeigt, dass der Ultraschallgenerator 30 über Generatorleitungen 150 mit den Anschlusskontakten der Kontaktelemente 155 verbunden ist, so dass elektrische Wechselspannungen im Ultraschallbereich an die eingespannten Piezoelemente 154 angelegt werden können, wodurch diese entsprechend deformiert werden.

Der Ultraschallgenerator 30 ist mit einer

Stromversorgungseinheit 300 verbunden, die in Form eines Akkumulators oder Batterien ebenfalls im Handwerkzeug 10 angeordnet ist. Alternativ kann eine Versorgungsspannung über eine Anschlussleitung 7, wie in Fig. 1 gezeigt, zugeführt werden.

Der Ultraschallgenerator 30 ist ferner mit einer Steuereinheit 350 verbunden, mittels der der Ultraschallgenerator 30 vorzugsweise derart steuerbar ist, dass Ultraschallsignale mit gewünschter Arbeitsfrequenz und Amplitude abgegeben werden. Ferner können Intervalle programmiert werden, mittels denen die Arbeitsfrequenz geändert oder umgetastet wird. Wie erwähnt, kann die Steuereinheit 350 auf der flexiblen Leiterplatte 3 angeordnet werden.

Die flexible Leiterplatte 3 wird vorzugsweise zylindrisch gebogen mit einem Radius, der etwas kleiner ist als der Innenradius des hohlzylindrischen Gehäusekörpers 21. Auf diese Weise kann eine relativ grossflächige Leiterplatte mit geringem Raumbedarf in den Gehäusekörper 21 integriert werden .

Fig. 3a zeigt eine Seitenansicht des Handwerkzeugs 10 von Fig. 1 sowie eine Schnittlinie S—S . Fig. 3b zeigt einen Schnitt durch das Handwerkzeug 10 entlang der in Fig. 3a gezeigten Schnittlinie S—S . Die Elemente des Werkzeugteils 1 und des Gehäuseteils 2 sowie die Elemente der flexiblen Leiterplatte 3, auf der gegebenenfalls die Steuereinheit 350 und der Ultraschallgenerator 30 realisiert sind, wurden bereits beschrieben. Hingegen sind die mit fünf Kontaktelementen 155 verbundenen Generatorleitungen 150, zwei Messleitungen 410 und 420, die zum ersten und zum zweiten Temperatursensor 41, 42 geführt sind, sowie weitere elektrische Leitungen 310 gezeigt. Alle schematisch gezeigten Leitungen 150, 310, 410 und 420 können zu einer Steuereinheit 350 und/oder zu einem Ultraschallgenerator 30 geführt werden, die auf der flexiblen Leiterplatte 3 oder auch ausserhalb des Handwerkzeugs 10 angeordnet sind. Ferner können Schalter vorgesehen sein, mittels denen die Leitungen 150, 310, 410 und 420 unterbrochen oder geschlossen werden.

In Fig. 3b ist ferner eine Kühlspirale 5 gezeigt, durch die ein Kühlmittel hindurchführbar ist, um Wärme aus dem Innenraum des Gehäusekörpers 21 abzuführen. In vorzugsweisen Ausgestaltungen umschliesst die Kühlspirale 5 den Ultraschallwandler 15, so dass dessen Temperatur auf einen Idealwert geregelt und Verlustwärme abgeführt werden kann.

Fig. 4 zeigt einen Teil des Handwerkzeugs 10 von Fig. 3a mit einem ersten Schnitt entlang der Schnittlinie S—S durch den Verbindungszylinder 14 und den Gehäusekörper 21 und einem zweiten Schnitt senkrecht dazu durch die Kronenmutter 22, mittels der der Verbindungszylinder 14 gegen den frontseitig am Gehäusekörper 21 vorgesehenen Innenflansch 214 an gedrückt wird. Besonders gut erkennbar ist die enge Ankopplung des Ultraschallwandlers 15, welcher mittels des Anpresselements 152, z.B. einer Pressmutter mit einem Innengewinde, gegen den Verbindungszylinder 14 gedrückt wird .

Fig. 5a zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie S--S von Fig. 3a durch den Ultraschallwandler 15 und den Wandlerstab 151 sowie den Verbindungszylinder 14 und den Verbindungsbolzen 13, welcher den Verbindungszylinder 14 mit dem ersten Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12 verbindet.

Fig. 5b zeigt in der Schnittdarstellung von Fig. 5a den Verbindungszylinder 14, den Verbindungsbolzen 13 und das erste Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12, die voneinander gelöst sind.

Fig. 6a zeigt das Handwerkzeug 10 von Fig. 3a in einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung mit einem Schnitt entlang der Schnittlinie S--S. Bei dieser Ausgestaltung wird auf die Verwendung des in Fig. 4 gezeigten Verbindungsbolzens 13 verzichtet. Stattdessen ist am ersten Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12 ein Stabbolzen 1211 angeformt, welcher in die frontseitige Zylinderöffnung 142 des Verbindungszylinders 14 eingesetzt ist. Der Stabbolzen 1211 ist vorzugsweise durch eine Pressverbindung und/oder eine Schraubverbindung und/oder eine Schweissverbindung mit dem Verbindungszylinder 14 verbunden. Die Detaildarstellung von Fig. 6a zeigt mit Blick auf die Frontseite des Verbindungszylinders 14 eine Schweissnaht 6, die den Verbindungszylinder 14 mit dem ersten Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12 verbindet. Durch den Verzicht auf den Verbindungsbolzen 13 reduziert sich die Übertragungskette, weshalb eine nähere Ankopplung des Ultraschallwandlers 15 an die Sonotrode bzw. Klinge 11 resultiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist ferner die Ausrichtung der Klinge 11 in der Art eines Kebab-Messers mit rückwärtsgerichteter Schneide 111 zu beachten. Das Ausführungsbeispiel zeigt, dass mittels des erfindungsgemässen Handwerkzeugs 10, durch entsprechende Ausrichtung der Klinge 11, praktisch alle manuell möglichen Schneidvorgänge vorteilhaft realisiert werden können.

Fig. 6b zeigt in der Schnittdarstellung von Fig. 6a den Verbindungszylinder 14 und das erste Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12, die voneinander gelöst sind. Fig. 7a zeigt einen vorzugsweise ausgestalteten Verbindungszylinder 14 und einen dazu passenden Kopplungsstab 12, die voneinander getrennt sind. Der Verbindungszylinder 14 weist einen hohlzylindrischen Verbindungsbolzen 143 auf, der in eine Staböffnung 1210 im ersten Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12 einsetzbar ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass Messkabel bis zum Kopplungsstab 12 geführt werden können, um einen in der Staböffnung 1210 vorgesehenen Sensor, z.B. einen Temperatursensor 41 oder auch einen Ultraschallsensor bzw. ein Piezoelement zu kontaktieren. Auch hier resultiert wiederum eine enge Ankopplung des Ultraschallwandlers 15 an die Klinge 11.

Fig. 7b zeigt in Schnittdarstellung den mit dem Verbindungszylinder 14 verbundenen Kopplungsstab 12 von Fig. 7a. Fig. 8 zeigt in Schnittdarstellung einen vorzugsweise ausgestalteten Kopplungsstab 12, dessen erstes Stabteil 121 den Verbindungszylinder 14 bildet und dessen zweites Stabteil 122 eine Klinge 11 hält, die in einer Ebene senkrecht zum ersten Stabteil 121 ausgerichtet ist. Das erste Stabteil 121 ist somit endseitig als Verbindungszylinder 14 ausgebildet. Der in den Figuren 2a, 2b und 4 gezeigte Wandlerstab 151 kann somit direkt mit dem Kopplungsstab 12 verbunden werden. Der Wandlerblock 158 wird dadurch direkt an die Anschlagfläche A am ersten Stabteil 121 angepresst, so dass eine nahezu optimale Ankopplung resultiert .

Fig. 9 zeigt einen weiteren vorzugsweise ausgestalteten Kopplungsstab 12, dessen erstes Stabteil 121 den Wandlerstab 151 bildet und dessen zweites Stabteil 122 eine Klinge 11 hält, die in einer Ebene parallel zum ersten Stabteil 121 ausgerichtet ist, welcher einen runden Querschnitt aufweist. Der erste Stabteil 121 des Kopplungsstabs 12 bildet endseitig somit gleichzeitig den Wandlerstab 151, welcher vorzugsweise dieselben Abmessungen aufweist wie der Wandlerstab 151 von Fig. 2a. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der Wandlerblock 158 mit den Piezoelementen 154 somit direkt an den Kopplungsstab angekoppelt, weshalb eine direkte Ankopplung ohne Übertragungsverluste erfolgt. Vorzugsweise wird der Querschnitt der Piezoelemente 154 an den Querschnitt der am Kopplungsstab vorgesehenen Anschlagfläche A angepasst, oder umgekehrt.

Die Figuren 9, 10a, 10b und 10c zeigen, dass der Kopplungsstab 12 einen an die Arbeitsfrequenzen und an die Anwendung angepassten Querschnitt aufweisen kann. Fig. 9 zeigt einen Kopplungsstab 12 mit einem runden Querschnitt. Fig. 10a zeigt einen Kopplungsstab 12 mit dreieckigem Querschnitt. Fig. 10b zeigt einen Kopplungsstab 12 mit rechteckigem Querschnitt. Fig. 10c zeigt einen Kopplungsstab 12 mit achteckigem Querschnitt.

Referenzliste

1 Werkzeugteil

10 Handwerkzeug

11 Klinge

111 Schneide

112 Klingenrücken

12 Kopplungsstab

121 erstes Stabteil

1210 Staböffnung

1211 Stabbolzen

122 zweites Stabteil

13 Verbindungsbolzen

131 erstes Bolzenteil

132 zweites Bolzenteil

14 Verbindungs zylinder

141 erste Zylinderöffnung

142 zweite Zylinderöffnung

143 Zylinderbolzen

144 Aussenflansch

15 Ultraschallwandler

150 Generatorleitungen

151 Wandlerstab

1511 Aufnahmebohrung

152 Anpresselement

153 Isolationsrohr 154 Piezoelemente

1541 Transferöffnung im Piezoelement

155 Kontaktelement

1551 Transferöffnung im Kontaktelemente 158 Wandlerblock

2 Gehäuseteil

21 Gehäusekörper

210 Innengewinde

214 Innenflansch

22 Gewindeelement, Kronenmutter

221 Aussengewinde

23 Abschlusselement

24 Bedienungsring

3 flexible Leiterplatte

30 Ultraschallgenerator

300 Stromversorgungseinheit

31, 32 elektrische Elemente

310 elektrische Leitungen

350 Steuereinheit

41 erster Temperatursensor

410 erste Sensorleitung

42 zweiter Temperatursensor

420 zweite Sensorleitung

5 Kühlspirale

6 Schweissnaht

7 Anschlusskabel