Die Erfindung betrifft torsionale Ultraschallbearbeitungssys ^¬ teme, insbesondere Ultraschallschweisssysteme, mit einem um eine Torsionsachse zu Torsionsschwingungen anregbaren Torsionsschwinger und einer damit schwingungsgekoppelten Bearbeitungsfläche, insbesondere Schweissflache . Derartige Ultra ^¬ schallschweisssysteme sind beispielsweise aus EP 1 930 148, DE 10 2009 027 021, WO 2011/138404 und WO 2012/069413 bekannt.

Die US 3,257,712 A offenbart die Abstützung eines Torsions ^¬ schwingers in einem Schwingungsknoten, also in einem Amplitudenminimum der Torsionsschwingungen.

Obwohl sich die aus dem Stand der Technik bekannten torsiona- len Ultraschallschweisssysteme bewährt haben, besteht in eini ^¬ gen Punkten ein Bedarf an weiteren Verbesserungen. Beispielsweise sollten bei jedem Ultraschallschweissverfahren die schwingenden Teile möglichst von den statischen Teilen schallentkoppelt werden, um die Energieverluste und Wärmebildung möglichst gering zu halten. Problematisch ist dabei unter anderem, dass häufig eine störende, breitbandige zweite Torsio ^¬ nairesonanz im Leerlauf oder bei voller Blockierung der

Schweissfläche in einem gewünschten Arbeitsbereich liegt, der bei einer mittleren Frequenz von 20 kHz beispielsweise eine Breite von ± 1 kHz haben kann. Weiterhin ist es oft anspruchsvoll, den Torsionsschwinger auf die richtige Resonanzfrequenz abzustimmen .

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Ultraschallbearbeitungssysteme, insbesondere Ultra ^¬ schallschweisssysteme, in dieser Hinsicht weiterzuentwickeln. Insbesondere sollen also eine möglichst gute Schallentkopplung erreicht, die Abstimmung des Torsionsschwingers erleichtert, ein möglichst kleiner Bauraum eingenommen, die Masse reduziert und/oder Biegeschwingungen unterdrückt werden. Diese und weitere Aufgaben werden durch die erfindungsgemässen Ultraschallbearbeitungssysteme, insbesondere Ultraschall- schweisssysteme, gelöst. Das Ultraschallbearbeitungssystem kann beispielsweise ein Ultraschallverbindungssystem sein, mit dem zwei oder mehr Bauteile verbunden, insbesondere ver- schweisst und/oder verlötet werden können. Die Bearbeitungs ^¬ fläche kann in diesen Ausführungsformen als Schweissfläche bzw. Lötfläche ausgebildet sein. Alternativ kann das Ultra ^¬ schallbearbeitungssystem aber beispielsweise auch ein Ultraschallstanzsystem sein.

In einem ersten Aspekt der Erfindung enthält das Ultraschall ^¬ bearbeitungssystem, insbesondere Ultraschallschweisssystem, mindestens einen um eine Torsionsachse zu Torsionsschwingungen anregbaren Torsionsschwinger, mindestens eine mit dem Torsionsschwinger schwingungsgekoppelte Bearbeitungsfläche und min ^¬ destens einen den Torsionsschwinger wenigstens teilweise umgreifenden und haltenden Befestigungsring.

Gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung hält der Befestigungs ^¬ ring den Torsionsschwinger im Bereich eines Amplitudenmaximums der Torsionsschwingungen. Definitionsgemäss beträgt im Sinne der Erfindung im „Bereich eines Amplitudenmaximums der Torsionsschwingungen" die Amplitude der Torsionsschwingungen mindestens 30 % des Amplitudenmaximums der Torsionsschwingungen. Dies geschieht in Abkehr vom Stand der Technik, beispielsweise von dem in US 3,257,712 A offenbarten, in dem eine Lagerung im Bereich eines Amplitudenminimums vorgeschlagen wird. Überra ^¬ schend hat die erfindungsgemässe Anordnung des Befestigungs ^¬ ringes den Vorteil, dass die ansonsten störende, breitbandige zweite Torsionairesonanz im Leerlauf oder bei voller Blockierung der Bearbeitungsfläche nicht mehr in einem gewünschten Arbeitsbereich liegt, der bei einer mittleren Frequenz von 20 kHz beispielsweise eine Breite von ± 1 kHz haben kann. Zur Erzeugung von Torsionsschwingungen des Torsionsschwingers können beispielsweise in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Schwingungserzeuger vorgesehen sein. Der Schwingungserzeuger kann mindestens einen Ultraschallkonverter und mindestens ein Übertragungsstück enthalten, die miteinander einstückig ausgebildet sein können. Im Ultraschallkonverter, der beispielsweise einen Stapel piezoelektrischer Scheiben enthalten kann, werden elektrische Schwingungen in mechanische Ultraschallschwingungen konvertiert. Der Ultraschallkonverter kann über das Übertragungsstück mit dem Torsionsschwinger schwingungsgekoppelt sein, wobei das Übertragungsstück zur Ausführung longitudinaler Schwingungen ausgebildet und tangential an den Torsionsschwinger angekoppelt sein kann.

Vorteilhafterweise weist der Befestigungsring einen flansch- förmigen Abschnitt und einen sich vom flanschförmigen Abschnitt in Richtung der Torsionsachse erstreckenden hülsenför- migen Abschnitt auf. Der flanschförmige Abschnitt kann in ei ^¬ nem äusseren Bereich an einem statischen Teil des Ultraschallbearbeitungssystems befestigt sein, und zwar bevorzugt über weiter unten noch detailliert erläuterte erste Bedämpfungsmit- tel. Der hülsenförmige Abschnitt erstreckt sich bevorzugt vom inneren Bereich des flanschförmigen Abschnitts.

Des Weiteren kann der Befestigungsring über einen Haltering verfügen, der sich von dem vom flanschförmigen Abschnitt abgewandten axialen Ende des hülsenförmigen Abschnitts in radialer Richtung nach innen erstreckt. Ein radial inneres Ende des Halterings kann den Torsionsschwinger halten und beispielsweise auf diesen aufgeschrumpft sein. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich insgesamt eine Schallentkopplung auf sehr kurzer Distanz, wodurch unter anderem der Bauraum verkleinert werden kann. Zweckmässigerweise kann der Torsionsschwinger in dem Bereich, in dem er vom Haltering gehalten wird, verjüngt sein. Dies ermöglicht eine saubere mechanische Bearbeitung und eine Eliminierung von Biegeschwingungen. Mit besonderem Vorteil ist im hülsenförmigen Abschnitt des Be ^¬ festigungsringes mindestens eine Entkopplungsöffnung gebildet. Die Entkopplungsöffnung durchdringt den hülsenförmigen Abschnitt in radialer Richtung. Beispielsweise kann die Entkopp ^¬ lungsöffnung als Langloch ausgebildet sein, dessen Längsachse sich in Richtung der Torsionsachse erstreckt. Bevorzugt ent ^¬ hält der hülsenförmige Abschnitt mehrere Entkopplungsöffnun ^¬ gen, insbesondere Langlöcher, die vorteilhafter Weise gleich- mässig um den Umfang verteilt sind. Durch die zwischen solchen Entkopplungsöffnungen, insbesondere Langlöchern, gebildeten Stege können effektiv Torsionskräfte und torsionale Auslenkun ^¬ gen aufgenommen werden, was für eine verbesserte Schallent ^¬ kopplung sorgt. Alternativ ist es auch denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass sich die Langlöcher bezüglich der Torsionsachse in Umfangsrichtung erstrecken.

Ein Befestigungsring gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Bearbeitungsfläche an einer Stirnseite des Torsionsschwingers angeordnet ist, also im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse verläuft. Denn bei dieser Anordnung verlaufen die Kraft- und Bewegungsrichtung parallel zur Torsionsachse. Diese Anordnung ist beispielsweise bei dem von der Anmelderin vertriebenen System SoniqTwist realisiert. Allerdings ist es auch denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Befestigungsring gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung verwendet wird, wenn die Bearbeitungsfläche an einer Umfangsseite des Torsionsschwingers angeordnet ist.

Der Befestigungsring kann bezüglich der Torsionsachse zwischen einem Ankopplungspunkt , an dem der Torsionsschwinger zu

Schwingungen angeregt wird, und der Schweissfläche angeordnet sein. Alternativ kann der Befestigungsring bezüglich eines An- kopplungspunktes gegenüber von der Schweissfläche angeordnet sein. Die zweite Variante ermöglicht eine symmetrischere An ^¬ ordnung und einen kürzeren Abstand der Schweissfläche vom Ankopplungspunkt . Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein torsionales Ul ^¬ traschallbearbeitungssystem, insbesondere ein Ultraschall- schweisssystem, welches mindestens einen um eine Torsionsachse zu Torsionsschwingungen anregbaren Torsionsschwinger und mindestens eine mit dem Torsionsschwinger schwingungsgekoppelte Bearbeitungsfläche enthält. Beispielsweise kann es sich um ein oben beschriebenes Ultraschallbearbeitungssystem handeln.

Gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung weist das Ultraschall ^¬ bearbeitungssystem mindestens einen den Torsionsschwinger wenigstens teilweise umgreifenden Abstimmring auf, welcher derart mit dem Torsionsschwinger verbunden und auf diesen abgestimmt ist, dass der Torsionsschwinger mit dem damit verbunde ^¬ nen Abstimmring eine Arbeitsfrequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich aufweist.

Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Abstimmen eines um eine Torsionsachse zu Torsionsschwingungen anregbaren Torsionsschwingers eines torsionalen Ultra ^¬ schallbearbeitungssystems, insbesondere eines Ultraschall- schweisssystems . In diesem Verfahren wird mindestens ein Ab ^¬ stimmring derart gewählt und mit dem Torsionsschwinger verbunden, dass er diesen wenigstens teilweise umgreift und der Tor ^¬ sionsschwinger mit dem damit verbundenen Abstimmring eine Arbeitsfrequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich aufweist.

Der erfindungsgemässe Abstimmring erweitert die Möglichkeiten, die Geometrie des Torsionsschwingers zu ändern, ohne dass eine Arbeitsfrequenz des Torsionsschwingers verändert werden muss. So ist es beispielsweise möglich, die Länge des Torsions ^¬ schwingers zu verändern, insbesondere zu reduzieren. Dies kann nützlich sein, um störende Resonanzen, beispielsweise breit- bandige zweite Torsionalresonanzen, zu unterdrücken. Ohne weitere Massnahmen würde sich durch diese Änderung der Geometrie aber auch die Arbeitsfrequenz ändern. Durch entsprechend Wahl des Abstimmrings kann diese Verschiebung der Arbeitsfrequenz zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensiert werden.

Der Abstimmring ist vorzugsweise aufgrund seiner Masse derart auf den Torsionsschwinger abgestimmt, dass der Torsionsschwinger mit dem damit verbundenen Abstimmring eine Arbeitsfrequenz in dem vorgegebenen Frequenzbereich aufweist. Dies erlaubt eine besonders einfache Abstimmung. Beispielsweise kann die Mas ^¬ se des Abstimmrings durch Wahl seines Aussendurchmessers und/oder seiner axialen Höhe eingestellt sein.

Der Abstimmring kann beispielsweise auf den Torsionsschwinger aufgeschrumpft sein bzw. werden.

Mit besonderem Vorteil ist der Abstimmring im Bereich eines Amplitudenmaximums der Torsionsschwingungen mit dem Torsions ^¬ schwinger verbunden. Wie oben bereits angeführt wurde, beträgt im Sinne der Erfindung im „Bereich eines Amplitudenmaximums der Torsionsschwingungen" die Amplitude der Torsionsschwingungen mindestens 30 % des Amplitudenmaximums der Torsions ^¬ schwingungen. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders effek ^¬ tive Abstimmung. Denn der Einfluss des Abstimmrings umso grös ^¬ ser, je näher er sich an einem Amplitudenmaximum der Torsionsschwingungen befindet. Somit kann die Masse des Abstimmrings möglichst klein gehalten werden.

Zweckmässigerweise kann der Torsionsschwinger im Bereich des Abstimmrings verjüngt sein. Dies ermöglicht eine saubere me ^¬ chanische Bearbeitung und eine Eliminierung von Biegeschwingungen .

Ein Abstimmring gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Bearbeitungsfläche an ei ^¬ ner Umfangsseite des Torsionsschwingers angeordnet ist, also im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse verläuft. Diese An ^¬ ordnung ist beispielsweise bei dem von der Anmelderin vertrie ^¬ benen System PowerWheel realisiert. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein torsionales Ul ^¬ traschallbearbeitungssystem, insbesondere ein Ultraschall- schweisssystem, welches mindestens einen um eine Torsionsachse zu Torsionsschwingungen anregbaren Torsionsschwinger und mindestens eine mit dem Torsionsschwinger schwingungsgekoppelte Bearbeitungsfläche enthält. Beispielsweise kann es sich um ei ^¬ nes der oben beschriebenen Ultraschallbearbeitungssysteme han ^¬ deln. Das Ultraschallbearbeitungssystem kann also mindestens einen wie oben beschriebenen, den Torsionsschwinger wenigstens teilweise umgreifenden und haltenden Befestigungsring und/oder mindestens einen wie oben beschriebenen, den Torsionsschwinger wenigstens teilweise umgreifenden und mit diesem verbundenen Abstimmring enthalten.

Gemäss dem dritten Aspekt der Erfindung enthält das Ultra ^¬ schallbearbeitungssystem erste Bedämpfungsmittel zum insbesondere passiven Bedämpfen des Torsionsschwingers. Insbesondere sind die ersten Bedämpfungsmittel zum insbesondere passiven Bedämpfen von Schwingungen des Torsionsschwingers im Bereich von 10 Hz bis 10 kHz ausgebildet. Auf diese Weise können in einigen Ausführungsformen Rissbildungen im Bereich der Anbin- dung zwischen dem Torsionsschwinger und einem Schwingungserzeuger, insbesondere einem Ultraschallkonverter eines Schwingungserzeugers, verhindert werden. Alternativ kann es sich aber auch um erste Bedämpfungsmittel zum aktiven Bedämpfen des Torsionsschwingers handeln, wie etwa Piezo-Aktoren in einem Frequenzbereich von 10 Hz bis 10 kHz.

Enthält das Ultraschallbearbeitungssystem einen Befestigungsring, so ist dieser zweckmässigerweise über die ersten Bedämp- fungsmittel an einem statischen Teil des Ultraschallverbindungssystems gelagert. Hierdurch können besonders effektiv störende Resonanzschwingungen reduziert werden, insbesondere in einem Frequenzbereich von 10 Hz bis 10 kHz. Passive erste Bedämpfungsmittel können beispielsweise mindestens eine Lage aus einem elastischen, dämpfenden Material enthalten, beispielsweise aus Gummi.

Im Falle eines Ultraschallverbindungssystems, beispielsweise eines Ultraschallschweisssystems , sind vorteilhaft alternativ oder zusätzlich zweite Bedämpfungsmittel zum insbesondere pas ^¬ siven Bedämpfen eines Ambosses des Ultraschallverbindungssys ^¬ tems vorhanden. Bevorzugt ist der Amboss über die zweiten Be ^¬ dämpfungsmittel an einer Ambosshalterung gelagert. Auch hierdurch können besonders effektiv störende Resonanzschwingungen reduziert werden. Passive zweite Bedämpfungsmittel können bei ^¬ spielsweise mindestens eine Lage aus einem elastischen, dämp ^¬ fenden Material enthalten, beispielsweise aus Gummi. Alterna ^¬ tiv können zweite Bedämpfungsmittel zum aktiven Bedämpfen des Ambosses vorhanden sein, wie etwa Piezo-Aktoren in einem Frequenzbereich von 10 Hz bis 10 kHz.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Ultraschallbearbeitungssystem, insbesondere ein Ultraschallschweisssystem. Beispielsweise kann es sich um eines der oben beschriebenen Ultraschallbearbeitungssysteme handeln. Das Ultraschallbear ^¬ beitungssystem gemäss dem vierten Aspekt enthält

- mindestens einen Torsionsschwinger,

- mindestens eine mit dem Torsionsschwinger schwingungsgekop ^¬ pelte Bearbeitungsfläche,

- mindestens zwei Schwingungserzeuger mit jeweils mindestens einem Ultraschallkonverter und mindestens einem an einer Verbindungsstelle damit insbesondere einstückig verbundenen Übertragungsstück, das mittels mindestens eines der Ultra ^¬ schallkonverter zu longitudinalen Schwingungen entlang einer Schwingungsachse anregbar und an einem Ankopplungspunkt tangential am Torsionsschwinger angekoppelt ist, um diesen zu Torsionsschwingungen um eine Torsionsachse anzuregen. Im Ultraschallkonverter, der beispielsweise in an sich bekannter Weise einen Stapel piezoelektrischer Scheiben enthalten kann, werden elektrische Schwingungen in mechanische Ultra ^¬ schallschwingungen konvertiert.

Gemäss dem vierten Aspekt der Erfindung sind mindestens zwei der Schwingungserzeuger über einen Zwischensteg miteinander verbunden. Auf diese Weise kann eine statische und/oder dyna ^¬ mische Verstärkung erreicht werden, was in einer erhöhten Stabilität resultiert.

Vorteilhafterweise verfügen die Übertragungsabschnitte mindes ^¬ tens zweier über einen Zwischensteg miteinander verbundener Schwingungserzeuger über zueinander parallele Schwingungsachsen. Bei einer derartigen Anordnung der Schwingungsachsen ist der genannte Effekt des Zwischenstegs besonders ausgeprägt.

Vorzugsweise ist der Zwischensteg an seinen beiden Enden mit jeweils einer wie oben beschriebenen Verbindungsstelle des Schwingungserzeugers mit diesem verbunden. Hierdurch kann eine besonders effektive Verstärkung erreicht werden.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Ultraschallbearbeitungssystem, insbesondere ein Ultraschallschweisssystem. Beispielsweise kann es sich um eines der oben beschriebenen Ultraschallbearbeitungssysteme handeln. Das Ultraschallbear ^¬ beitungssystem gemäss dem fünften Aspekt enthält:

- mindestens einen Torsionsschwinger,

- mindestens eine mit dem Torsionsschwinger schwingungsgekop ^¬ pelte Bearbeitungsfläche,

- mindestens einen Schwingungserzeuger mit mindestens einem Ultraschallkonverter und mindestens einem an einer Verbindungsstelle damit insbesondere einstückig verbundenen Über ^¬ tragungsstück, das mittels mindestens eines der Ultra- schallkonverter zu longitudinalen Schwingungen entlang einer Schwingungsachse anregbar und an einem Ankopplungspunkt tangential am Torsionsschwinger angekoppelt ist, um diesen zu Torsionsschwingungen um eine Torsionsachse anzuregen.

Gemäss dem fünften Aspekt der Erfindung weist das Übertra ^¬ gungsstück entlang seiner Schwingungsachse von der Verbindungsstelle bis zum Ankopplungspunkt eine Länge auf, die zu ^¬ mindest näherungsweise gleich einer viertel Wellenlänge der longitudinalen Schwingungen bei bestimmungsgemässem Betrieb des Ultraschallbearbeitungssystems ist. Dabei wird eine Län ^¬ ge 1 als „zumindest näherungsweise gleich einer viertel Wel ^¬ lenlänge" λ/4 angesehen, wenn 0,9 λ/4 < 1 < 1,1 λ/4.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Ultraschallbearbeitungssystemen ist die genannte Dimension des Übertragungsstücks al ^¬ so kein ganzzahliges Vielfaches der halben Längenwelle, son ^¬ dern nur zumindest näherungsweise gleich der viertel Wellen ^¬ länge. Durch diese kürzere Ausbildung können störende Biege ^¬ schwingungen weitgehend unterdrückt werden. Auf diese Weise können in einigen Ausführungsformen Rissbildungen im Bereich der Anbindung zwischen dem Torsionsschwinger und dem Schwingungserzeuger, insbesondere dessen Ultraschallkonverter, verhindert werden. Weiterhin können die Masse und die Baugrösse des Ultraschallbearbeitungssystems reduziert werden. Wie sich zudem überraschend herausgestellt hat, genügt eine derart kur ^¬ ze Ausbildung, um den Torsionsschwinger effizient zu Torsionsschwingungen anzuregen.

Auch der Ultraschallkonverter kann entlang der Schwingungsachse eine Länge aufweisen, die gleich einer viertel Wellenlänge λ/4 der longitudinalen Schwingungen bei bestimmungsgemässem Betrieb des Ultraschallbearbeitungssystems ist. Insgesamt hat dann der Schwingungserzeuger im Falle eines einzigen Ultraschallkonverters und eines einzigen Übertragungsstücks entlang der Schwingungsachsen eine Länge, die gleich einer halben Wel- lenlänge K/ 2 der longitudinalen Schwingungen bei bestimmungsgemässem Betrieb des Ultraschallbearbeitungssystems ist.

In einigen Ausführungsformen kann der Schwingungserzeuger mindestens zwei Ultraschallkonverter enthalten, wobei das Übertragungsstück an jedem Ende mit jeweils einem Ultraschallkonverter insbesondere einstückig verbunden ist und der Ankopp- lungspunkt in einem Mittelpunkt des Übertragungsstücks ange ^¬ ordnet ist. Das Übertragungsstück hat dann entlang der Schwingungsachse eine Länge, die gleich einer halben Wellenlänge λ/2 der longitudinalen Schwingungen bei bestimmungsgemässem Betrieb des Ultraschallbearbeitungssystems ist; der gesamte Schwingungserzeuger hat entlang der Schwingungsachse eine Länge, die gleich einer ganzen Wellenlänge λ der longitudinalen Schwingungen bei bestimmungsgemässem Betrieb des Ultraschallbearbeitungssystems ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie ^¬ len und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Figur 1: eine perspektivische Ansicht eines ersten erfin- dungsgemässen Ausführungsbeispiels mit vier Ultra ^¬ schallkonvertern und einem Befestigungsring;

Figur 2a: eine perspektivische Ansicht eines zweiten erfin- dungsgemässen Ausführungsbeispiels mit vier Ultra ^¬ schallkonvertern und einem Abstimmring;

Figur 2b: eine teilweise geschnittene Seitenansicht des

zweiten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels;

Figur 2c: eine Detailansicht des Ausschnitts A aus Figur 2b;

Figur 3a: eine perspektivische Ansicht eines Teils eines

dritten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels mit zwei Ultraschallkonvertern und einem Befestigungsring; Figur 3b: eine weitere perspektivische Ansicht des dritten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels ;

Figur 3c: eine seitliche Schnittansicht des dritten erfin- dungsgemässen Ausführungsbeispiels ;

Figur 4: eine perspektivische Ansicht eines vierten erfin ^¬ dungsgemässen Ausführungsbeispiels mit zwei Ultra ^¬ schallkonvertern und einem Abstimmring;

Figur 5a: eine perspektivische Ansicht eines fünften erfin- dungsgemässen Ausführungsbeispiels mit zwei kurzen Schwingungserzeugern ;

Figur 5b: eine Seitenansicht des fünften erfindungsgemässen

Ausführungsbeispiels ;

Figur 5c: eine Draufansieht des fünften erfindungsgemässen

Ausführungsbeispiels ;

Figur 5d: eine Frontalansicht des fünften erfindungsgemässen

Ausführungsbeispiels ;

Figur 6: eine seitliche Schnittansicht eines sechsten er- findungsgemässen Ausführungsbeispiels, welches ei ^¬ ne Bedämpfung eines Ambosses zeigt.

Das in Figur 1 teilweise dargestellte torsionale Ultraschall- schweisssystem 10 enthält einen Torsionsschwinger 11, der mit Hilfe von vier Ultraschallkonvertern 21 zu Torsionsschwingungen anregbar ist, und zwar in einer Weise, wie sie an sich beispielsweise aus der DE 10 2009 027 021 bekannt ist. In den Ultraschallkonvertern 21, die beispielsweise Stapel piezo ^¬ elektrischer Scheiben enthalten können, werden elektrische Schwingungen in mechanische Ultraschallschwingungen konvertiert. Vier Übertragungsstücke 26 sind an jeweils einem ihrer Enden 28 mit jeweils einem der Ultraschallkonverter 21 verbunden und hierdurch zu longitudinalen Schwingungen entlang einer Schwingungsachse S anregbar. Jeweils zwei Ultraschallkonver ^¬ ter 21 und ein dazwischen angeordnetes Übertragungsstück 26 bilden einen Schwingungserzeuger 36. An Ankopplungspunkten 27 sind die jeweils anderen Enden der Übertragungsstücke 26 tan ^¬ gential am Torsionsschwinger 11 angekoppelt. Die Übertragungs ^¬ stücke 26 und der Torsionsschwinger 11 sind miteinander einstückig ausgebildet. Hierdurch ist dieser zu Torsions ^¬ schwingungen um eine Torsionsachse T anregbar. Das Ultra- schallschweisssystem 10 enthält ferner eine mit dem Torsionsschwinger 11 schwingungsgekoppelte Schweissfläche 12, welche an einer Stirnseite des Torsionsschwingers 11 angeordnet ist. Ausserdem umfasst das Ultraschallschweisssystem 10 unter anderem einen in Figur 1 nicht dargestellten Amboss.

Ein Befestigungsring 13 umgreift und hält den Torsionsschwinger 11 im Bereich eines Amplitudenmaximums M. Der Befesti ^¬ gungsring 13 ist bezüglich der Torsionsachse T zwischen den Ankopplungspunkten 27 und der Schweissfläche 12 angeordnet. Er weist einen flanschförmigen Abschnitt 23 und einen sich vom flanschförmigen Abschnitt 23 in Richtung der Torsionsachse T erstreckenden hülsenförmigen Abschnitt 14 auf, in dem um den Umfang gleichmässig verteilt Langlöcher 15 gebildet sind, die den hülsenförmigen Abschnitt 14 in radialer Richtung durchdringen und deren Längsachsen sich in Richtung der Torsionsachse T erstrecken. Durch die zwischen den Langlöchern 15 gebildeten Stege 22 können effektiv Torsionskräfte und torsiona- le Auslenkungen aufgenommen werden, was für eine verbesserte Schallentkopplung sorgt. Zudem kann das Risiko von Rissen oder sogar Brüchen im Bereich der Anbindung zwischen dem Torsionsschwinger 11 und den Ultraschallkonvertern 21 reduziert werden. Des Weiteren verfügt der Befestigungsring 13 über einen Haltering 30, der sich von dem vom flanschförmigen Abschnitt 23 abgewandten axialen Ende des hülsenförmigen Abschnitts 14 in radialer Richtung nach innen erstreckt. Ein radial inneres Ende des Halterings ist auf den Torsionsschwin- ger 11 aufgeschrumpft und hält ihn auf diese Weise (siehe dazu auch Figur 3c, die eine Schnittansicht eines ähnlichen erfin- dungsgemässen Ultraschallbearbeitungssystem zeigt) .

Das in den Figuren 2a bis 2c dargestellte zweite erfindungsge- mässe Ultraschallschweisssystem 10 enthält anstelle eines Be ^¬ festigungsringes einen Abstimmring 16. Der Abstimmring 16 umgreift den Torsionsschwinger 11 und ist derart mit diesem verbunden und auf ihn abgestimmt, dass der Torsionsschwinger 11 mit dem damit verbundenen Abstimmring 16 eine Arbeitsfrequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich aufweist. Hierdurch ist es möglich, den Torsionsschwinger 11 vergleichsweise kurz auszubilden, wodurch störende Resonanzen unterdrückt werden können. Die ohne weitere Massnahmen entstehende Verschiebung der Arbeitsfrequenz kann durch geeignete Wahl des Abstimmrings 16 zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensiert werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Aussendurchmesser und/oder die axiale Höhe des Abstimmrings 16 entsprechend ge ^¬ wählt werden.

Die Figuren 3a bis 3c zeigen ein weiteres erfindungsgemässes Ultraschallschweisssystem 10, welches ebenfalls einen Befestigungsring 13, aber nur zwei anstatt vier Ultraschallkonverter 21 enthält. Hier bilden also jeweils nur ein einziger Ultraschallkonverter 21 und ein damit verbundenes Übertragungs ^¬ stück 26 einen Schwingungserzeuger 36. Diese regen den Torsionsschwinger 11 in der prinzipiell in der WO 2011/138404 dargestellten Weise zu Torsionsschwingungen um eine Torsionsachse T an. Der Befestigungsring 13 umgreift und hält den Torsionsschwinger 11 im Bereich eines Amplitudenmaximums M (siehe dazu im Detail auch Figur 3c) .

Die Figuren 3b und 3c lassen erkennen, wie die in Figur 3a dargestellten Komponenten der dritten erfindungsgemässen Ausführungsform montiert sind. Der flanschförmige Abschnitt 23 des Befestigungsrings 13, von dem hier nur der Haltering 30 erkennbar ist, wird mit Hilfe von zwei Befestigungsplatten 31 und mehreren Befestigungsschrauben 32 an einem statischen Teil 33 der Ultraschallschweissvorrichtung 10 befestigt. Zwischen einer Unterseite des flanschförmigen Abschnitts 23 und dem statischen Teil 33 sowie zwischen einer Oberseite des flanschförmigen Abschnitts 23 und der Befestigungsplatte 31 befindet sich jeweils eine Lage 17 aus einem elastischen, dämpfenden Material, beispielsweise aus Gummi. Die Lagen 17 bilden erste Bedämpfungsmittel zum passiven Bedämpfen des Torsionsschwingers 11 und können Rissbildungen im Bereich der An- bindung zwischen dem Torsionsschwinger 11 und den Ultraschallkonvertern 21 verhindern.

In Figur 4 ist ein weiteres erfindungsgemässes Ultraschall- schweisssystem 10 mit zwei Ultraschallkonvertern 21 und einem Abstimmring 16 wiedergegeben.

Das in den Figuren 5a bis 5d teilweise dargestellte Ultra- schallschweisssystem 10 enthält einen Torsionsschwinger 11 mit einer Schweissfläche 12, einen Befestigungsring 13 und zwei Schwingungserzeuger 36. Jeder der Schwingungserzeuger 36 enthält zwei Ultraschallkonverter 21 und ein zwischen den Ultraschallkonvertern 21 angeordnetes Übertragungsstück 26, die an Verbindungsstellen 39 insbesondere einstückig verbunden sind. An zwei gegenüberliegenden Ankopplungspunkten 27 sind die Übertragungsstücke 26 an ihren Mittelpunkten 38 am Torsions ^¬ schwinger 11 angekoppelt.

Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen gemäss Figuren 1 und 3a bis 3c ist hier der Befestigungsring 13 bezüglich der An- kopplungspunkte 27 gegenüber von der Schweissfläche 12 ange ^¬ ordnet. Dies ermöglicht eine symmetrischere Anordnung und ei ^¬ nen kürzeren Abstand der Schweissfläche 12 von den Ankopp ^¬ lungspunkten 27. Ebenfalls im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen gemäss Figuren 1 und 3a bis 3c enthält der Befesti- gungsring 13 hier Langlöcher 15, deren Längsachsen sich bezüglich der Torsionsachse T in Umfangsrichtung erstrecken.

Die Übertragungsstücke 26 weisen entlang ihrer Schwingungsachsen S von den Verbindungsstellen 39 bis zum Ankopplungs- punkt 27 eine Länge 1 auf, die gleich einer viertel Wellenlän ^¬ ge λ/4 der longitudinalen Schwingungen bei bestimmungsgemässem Betrieb des Ultraschallbearbeitungssystems 10 ist. Auch die Ultraschallkonverter 21 weisen entlang der Schwingungsachsen S eine Länge L auf, die die gleich einer viertel Wellenlänge λ/4 der longitudinalen Schwingungen bei bestimmungsgemässem Betrieb des Ultraschallbearbeitungssystems 10 ist. Insgesamt ha ^¬ ben die Schwingungserzeuger 36 entlang der Schwingungsachsen S eine Länge, die gleich einer ganzen Wellenlänge λ der longitu ^¬ dinalen Schwingungen bei bestimmungsgemässem Betrieb des Ultraschallbearbeitungssystems 10 ist.

An den Verbindungsstellen 39 sind jeweils drei in Umfangsrich- tung gleichmässig verteilte Halteklammern 24 angeordnet, an denen die Schwingungserzeuger 36 an einem statischen Teil des Ultraschallschweisssystems 10 gehalten sind. Die Verbindungs ^¬ stellen 39 sind in Schwingungsknoten angeordnet.

Durch die kürzere Ausbildung der Schwingungserzeuger 36 entlang der Schwingungsachsen S können störende Biegeschwingungen weitgehend unterdrückt werden. Auf diese Weise können Rissbil ^¬ dungen im Bereich der Anbindung zwischen dem Torsionsschwinger 11 und den Schwingungserzeugern 36 verhindert werden. Überdies werden die Baugrösse und die Masse des Ultra ^¬ schallschweisssystems 10 reduziert. Dennoch genügen derart kurze Schwingungserzeuger 36, um den Torsionsschwinger 11 effizient zu Torsionsschwingungen anzuregen.

Wie vor allem in Figur 5c zu erkennen ist, sind die beiden Übertragungsstücke 36 über zwei Zwischenstege 25 miteinander verbunden. Dabei ist jeder Zwischensteg 25 an seinen beiden Enden mit jeweils einer Verbindungsstelle 39 der Schwingungs- erzeuger 36 verbunden. Dies sorgt für eine statische und auch dynamische Verstärkung der schwingenden Komponenten.

In Figur 6 zeigt schematisch einen Teil eines weiteren erfin- dungsgemässen Ultraschallschweisssystems 10. Dargestellt sind ein Amboss 19 und eine Ambosshalterung 20. Zwischen dem Am- boss 19 und der Ambosshalterung 20 ist eine Lage 18 aus einem elastischen, dämpfenden Material gebildet, beispielsweise aus Gummi. Die Lage 18 stellt somit zweite Bedämpfungsmittel 18 dar, über die der Amboss 19 an der Ambosshalterung 20 gelagert ist .