Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbe¬ griff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine derartige Vorrichtung ist bereits in der Zeitschrift "Werkstattechnik-Zeitschrift für industrielle Fertigung" 60 (1970) Nr. 10, S. 621 in dem darin enthaltenen Aufsatz "Schleifen von Magnetlegierungen mit Hilfe von Ultra¬ schallschwingungen" beschrieben, auf den weiter unten noch näher eingegangen wird.

Das Schleifen von Werkstücken dient bekanntlich zur Erzie¬ lung gewünschter Form- und Maßgenauigkeiten sowie einer speziellen Oberflächengüte der resultierenden Werkstücke, wobei je nach geometrischer Gestaltung und Anwendungszweck des jeweiligen Werkstücks ein Außenrundschleifen, ein In- nenrundschleifen, ein Umfangsschleifen, ein Stirnflach¬ schleifen und dergleichen in Frage kommen.

Um die gewünschte Oberflächengüte zu erhalten, wird mit relativ hoher Schnittgeschwindigkeit gearbeitet. Selbst bei Benutzung einer Diamantschleifscheibe ergibt sich je¬ doch eine schnelle Abnutzung der Schleifscheibe, wodurch sich die nötige Bearbeitungszeit der Werkstücke deutlich erhöht. Insbesondere der zunehmende technische Einsatz von

keramischen Werkstoffen stellt erhöhte Anforderungen an Vorrichtungen zum Schleifen dieser Werkstücke, da deren erwünschte Form- und Maßgenauigkeit sowie deren Oberflächengüte meist besonders hoch sind.

Derartige spezielle Anforderungen treten beispielsweise bei der Oberflächenbearbeitung von Keramik-Gleitlagern, insbesondere für mediumgeschmierte Kompressorkolben auf. Hierbei ist es erforderlich, durch eine entsprechende Schleifbearbeitung eine Oberflächengüte zu erzielen, wel¬ che bei der praktischen Anwendung der Gleitlager die Bil¬ dung von Gleitflächen mit einer außerordentlich geringen Flächenreibung gewährleistet.

Aus der DE-PS 915 769 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der das Werkstück während der Bearbeitung durch einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Ultraschall-Wand¬ ler in hochfrequente Schwingung versetzt wird, die auch quer zur Bearbeitungsrichtung liegen kann. Durch diese zu¬ sätzliche Schwingungsbewegung des Werkstücks erhöht sich die Standzeit der Werkzeuge, erniedrigt sich die Bearbei¬ tungszeit der Werkstücke und erhöht sich die Oberflächen¬ güte der so bearbeiteten Werkstücke.

Aus dem JP-Abstract 63-312 051 A ist es bekannt, beim Schleifen von keramischen Werkstoffen das Werkstück in Vorschubrichtung in hochfrequente Schwingungen zu verset¬ zen.

In dem JP-Abstract 61-61 759 A ist eine Vorrichtung zum Schleifen von Magnetköpfen für Videorecorder gezeigt, in der durch einen piezoelektrischen Ultraschall-Wandler das Werkstück quer zur Bearbeitungsrichtung in Schwingung ver¬ setzt wird. Die Bewegung des piezoelektrischen Schwingers wird dabei über eine Betätigungsstange auf das Werkstück übertragen. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist, daß die Amplitude der Schwingungsbewegung des Werkstücks im wesentlichen der Amplitude der Schwingungsbewegung des

piezoelektrischen Schwingers entspricht und entsprechend gering ist.

Aus dem oben bereits zitierten Aufsatz "Schleifen von Ma¬ gnetlegierungen mit Hilfe von Ultraschallschwingungen ¹¹ in "Werkstattechnik-Zeitschrift für industrielle Fertigung" 60 (1970) ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dabei werden insbesondere Magnetlegierungen mit Hilfe von Ultraschallschwingungen geschliffen. Die Schwingungsrichtung des Werkstücks ist dabei quer zur Bearbeitungsrichtung. Das Werkstück wird zwischen einem feststehenden Teil und einem Dorn ein¬ gespannt, wobei der Dorn mit einem magnetostriktiven Ul¬ traschall-Wandler in Verbindung ist und die Schwingungen auf das Werkstück überträgt. Auch bei dieser Vorrichtung ist nachteilig, daß die Amplitude der Schwingungsbewegung des Werkstücks im wesentlichen der Amplitude der Schwin¬ gungsbewegung des magnetostriktiven Ultraschall-Wandlers entspricht, d.h. relativ gering ist.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß die Vor¬ richtung eine verbesserte Schleifleistung und eine höhere, reproduzierbare Oberflächenqualität von zu schleifenden Werkstücken erbringt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In dem erfindungsgemäß zwischen einem Schwingungsübertra¬ ger und einem Ultraschall-Wandler vorgesehenen Ultra¬ schall-Resonanzraum erfolgt eine Amplitudentransformation der Schwingungen, die durch den Ultraschall-Wandler er¬ zeugt und über den Ultraschall-Resonanzraum zu dem Schwin¬ gungsübertrager weitergeleitet werden. Dadurch, daß der

Schwingungsübertrager zusätzlich als Sonotrode ausgebildet ist ergibt sich eine zusätzliche Amplitudentransformation. Eine Sonotrode ist in der Lage, einerseits die Amplitude einer Ultraschallschwingung zu erhöhen und andererseits die Richtung der Schwingung exakt festzulegen. Bisher be¬ kannte Schwingungsübertrager, auf die Ultraschallschwin- gungen auftreffen, schwingen nämlich nicht in einer definierten Richtung, sondern in mehreren Richtungen, was beim Schleifen nicht erwünscht ist, da das Werkstück le¬ diglich quer zur Bearbeitungsrichtung in Schwingung ver¬ setzt werden soll. Erfindungsgemäß wird damit das Werk¬ stück in lediglich einer exakt definierten Richtung in Schwingung mit hoher Amplitude versetzt, was die Schleifleistung der Vorrichtung deutlich erhöht.

Durch eine derartige, beispielsweise beim Außenrundschlei- fen senkrecht zur tangentialen Geschwindigkeitsko ponente der rotierenden Schleifscheibe erfolgende, oszillierende Bewegung des zu schleifenden Werkstücks, welches bei¬ spielsweise entweder gleichsinnig oder gegensinnig zur Schleifscheibenrotation ebenfalls in Umdrehung versetzt werden kann, wird erreicht, daß die resultierende Bahn¬ kurve des einzelnen Schleifkornmittelpunktes eine sinus¬ förmige Bahnkurve ist. Hierdurch kommt es zur Überlagerung benachbarter Kornschleifspuren, so daß sich keine ausg- prägten, parallelen Riefen auf der Werkstückoberfläche ausbilden und somit die Oberflächenqualität der geschlif¬ fenen Werkstückoberfläche in einem mit konventionellen Schleif ethoden nicht erreichbaren Maß ansteigt.

Die Belastungsrichtung des einzelnen Schleifkorns liegt nicht mehr konstant in der Schnittrichtung, sondern vari¬ iert im Verlauf einer Schwingungsperiode um einen vorgege¬ benen Belastungswinkel. Infolgedessen ergibt sich bei¬ spielsweise bei der Herstellung von Keramik-Gleitlagern, daß die durch die Bearbeitung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung resultierenden Gleitlager-Oberflächen wesent¬ lich weniger "reibende Flächenelemente" aufweisen, welche

gleichsam "inselartig" auf den Gleitlager-Oberflächen ver¬ teilt sind.

Beim praktischen Einsatz der Keramik-Gleitlager bilden sich zwischen den einzelnen, reibenden Oberflächen Flä¬ chenbereiche in der Art von "Gaspolstern", wodurch die re¬ sultierende gesamte Oberflächenreibung wesentlich redu¬ ziert ist.

Die im Einzelfall zu erzeugende Oszillations-Frequenz ist insbesondere abhängig von der erwünschten Profilstruktur der Werkstückoberfläche, den speziellen Werkstoffcharakte- ristika, der Schnittgeschwindigkeit der Schleifscheibe u. dgl. mehr, wobei die oszillierende Bewegung einer Rotati¬ onsbewegung des Werkstücks relativ zur Schleifscheibe überlagert werden kann.

Die Amplitude der oszillierenden Bewegung des Werkstücks ist in der Regel abhängig von der im Einzelfall gewählten Schnittgeschwindigkeit der Schleifscheibe, wobei allgemein die Beziehung gilt, daß die Amplitude in etwa gleich einem halben SchleifScheibenvorschub ist.

Insbesondere im Falle des Außenrundschleifens erfolgt die Einkopplung der Anregungsenergie in axialer Richtung in das zu schleifende Werkstück, welches entsprechend axial beweglich gelagert wird.

Hierbei erfolgt vorteilhafterweise die Einkopplung der An¬ regungsenergie im Bereich wenigstens einer Stirnseite des Werkstücks.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Ge¬ genstände der Unteransprüche.

In der vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 3 weist die Einrichtung zur Er¬ zeugung einer oszillierenden Werkstückbewegung zwei Ultra-

schall-Resonanzräume auf, welche sich an den wenigstens einen Ultraschall-Wandler anschließen, wobei ein erster Resonanzraum flüssigkeitεgefüllt und ein zweiter Resonanz¬ raum gasgefüllt ist und eine Membrane den ersten Resonanz¬ raum von dem zweiten Resonanzraum trennt.

Mit besonderem Vorteil kann hierbei nach Anspruch 4 für die Einrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Werk¬ stückbewegung ein Außengehäuse vorgesehen sein, in welchem der wenigstens eine Ultraschall-Wandler, die wenigstens zwei Ultraschall-Resonanzräume, die Membrane sowie die So¬ notrode untergebracht sind, wobei das Außengehäuse an sei¬ nem der Sonotrode abgewandten Ende ein Verbindungsglied zum Verbinden mit der SchleifVorrichtung aufweist. Insbe¬ sondere kann dieses Verbindungsglied in der Weise ausge¬ bildet sein, daß ein feststehendes Anbringen an einem Reitstock oder einem Spindelstock der Schleifvorrichtung möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich¬ tung kann der wenigstens eine Ultraschall-Wandler ein pie- zokeramischer Wandler sein. In bestimmten Anwendungsfallen kann es günstig sein, wenn zwei Ultraschall-Wandler auf¬ einanderfolgend innerhalb des Außengehäuses der Einrich¬ tung zur Erzeugung einer oszillierenden Werkstückbewegung angeordnet sind.

Wie bereits weiter oben erwähnt, ist der erste, auf den oder die Ultraschall-Wandler im wesentlichen unmittelbar folgende Resonanzraum mit einer Flüssigkeit gefüllt, in besonders vorteilhafter Weise handelt es sich hierbei um eine prepolymere Flüssigkeit. Unter einer derartigen pre- polymeren Flüssigkeit ist ganz allgemein eine Flüssigkeit mit makromolekularer Struktur zu verstehen, welche eine ganz bestimmte, vorgegebene Oberflächenspannung besitzt. Diese in dem ersten Resonanzraum enthaltene, prepolymere Flüssigkeit dient in erster Linie gleichsam zu einer Am¬ plitudentransformation in dem ausgewählten Ultraschall-

Frequenzbereich, welcher durch den bzw. die Ultraschall- Wandler erzeugt wird.

Wie bereits oben erwähnt, ist es unter Umständen empfeh¬ lenswert, zwei gleichartige, insbesondere piezokera ische oder magnetostriktive Wandler hintereinanderzuschalten, da durch eine derartige Maßnahme in einfacher Weise die ge¬ wünschte Grundamplitude der Ultraschallenergie erhalten werden kann. Im übrigen wird durch die geometrische Ausge¬ staltung des oder der Ultraschall-Wandler grundsätzlich die im Einzelfalle ausgewählte Ultraschall-Frequenz vorbe¬ stimmt, welche je nach Anwendungsfall insbesondere im Fre¬ quenzbereich von ca. 50 Hz bis 40 MHz liegen kann.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Ultraschall-Reso¬ nanzräume, d.h. also insbesondere der erste flüssigkeits¬ gefüllte Resonanzraum und der sich daran schließende, zweite luft- oder gasgefüllte Resonanzraum gemeinsam in der Art eines Rotationsparaboloids ausgebildet sein, um die erforderliche Amplitudenverstärkung der erzeugten Ul¬ traschallwellen zu erzielen, wobei der Brennpunkt des re¬ sultierenden parabolischen Raumes vorzugsweise zwischen der die Ultraschall-Resonanzräume trennenden Membrane und der Anordnungsebene des wenigstens einen Ultraschall-Wand¬ lers zu liegen kommt.

Im Falle eines derartigen parabolischen Raumes kann insbe¬ sondere die parabolische Wandlung des flüssigkeitsgefüll¬ ten, ersten Resonanzraumes durch einen vorgegebenen Innen- gehäuseabschnitt eines innerhalb des Außengehäuses angeor- denten Innengehäuses gebildet sein, während die paraboli¬ sche Wandlung des nach der Membrane folgenden, luft- bzw. gasgefüllten, zweiten Resonanzraumes durch eine stirnsei¬ tige Oberfläche der Sonotrode gebildet ist.

Darüber hinaus besteht eine weitere vorteilhafte Ausge¬ staltung der Vorrichtung nach der Erfindung darin, daß in-

nerhalb eines weiteren Innengehäuseabschnitts des inner¬ halb des Außengehäuses angeordneten Innengehäuses zwei in Axialrichtung aufeinanderfolgende Lager für eine drehbare und spielfreie Lagerung der Sonotrode vorgesehen sind.

Diese Sonotrode kann im übrigen bevorzugterweise einen aus der Einrichtung zur Erzeugung der oszillierenden Werk- stückbewegung herausragenden Endabschnitt aufweisen, der für eine vorzugsweise lösbare Kupplung mit einem zugeord¬ neten Endabschnitt der Aufnahmevorrichtung für ein zu schleifendes Werkstück dient.

Bei der wie oben erläuterten, gemäß der vorliegenden Er¬ findung ausgebildeten Vorrichtung zum Schleifen von Werk¬ stücken wird somit eine Erzeugung der oszillierenden Bewe¬ gung des Werkstücks wenigstens eine Ultraschallquelle ver¬ wendet, deren Ultraschallenergie als Anregungsenergie für das Werkstück genutzt wird. Hierbei werden in bevorzugter Weise durch zwei hintereinander angeordnete, piezokera i- sche Ultraschall-Wandler die Ultraschallwellen in einer vorgegebenen Frequenz von z.B. 1 MHz in der prepolymeren Flüssigkeit erzeugt, mit welcher der auf die Ultraschall- Wandler folgende, erste Resonanzraum gefüllt ist. Diese Ultraschall-Wellen werden dann durch die Membrane, welche in entsprechende Schwingungen versetzt wird, auf den nach¬ folgenden luftgefüllten, zweiten Resonanzraum übertragen. Das Luftpolster des zeiten Resonanzraumes überträgt sei¬ nerseits die Ultraschallenergie auf die sich unmittelbar an den zweiten Resonanzraum anschließende Sonotrode, bei welcher es sich im wesentlichen um ein stabförmiges Ele¬ ment aus einem Material mit hoher Schalleitfähigkeit, bei¬ spielsweise aus einem keramischen Material oder aus einem gehärteten Stahl, handelt.

Durch die beiden zugehörigen, in Axialrichtung aufeinan- deranderfolgend angeordneten Lager ist die Sonotrode dreh¬ bar und spielfrei gehalten, wobei insbesondere das erste Lager mittels eines Überwurfes (Überwurfmutter) gegen das

innerhalb des Außengehäuses angeordnete Innengehäuse ge¬ preßt wird, während das zweite Lager mit Hilfe einer auf die Sonotrode, oder genauer gesagt, auf den aus der Ein¬ richtung zur Erzeugung einer oszillierenden Werkstückbewe¬ gung herausragenden Endabschnitt der Sonotrode aufschraub¬ baren Kontermutter gegen den Überwurf fixiert wird. Da, wie bereits oben erwähnt, der Endabschnitt der Sonotrode mit einem zugeordneten Endabschnitt der Aufnahmevorrich¬ tung für das zu schleifende Werkstück gekuppelt ist, wird die durch die Sonotrode übertragene Ultraschall-Energie bei der gegebenen Frequenz in entsprechende Oszillationsbewegungen des nachfolgenden Werkstücks umge¬ setzt.

Infolge der im wesentlichen parabolischen Gestaltung der beiden Resonanzräume ist gewährleistet, daß die Amplitude der erzeugten Ultraschall-Energie in der erforderlichen Weise verstärkt wird.

Überschüssige Ultraschall-Energie, welche über die Sono¬ trode nicht in entsprechende mechanische Schwingungen um¬ gewandelt und auf das Werkstück übertragen wird, wird in Folge der Paraboloid-Form des unmittelbar der Sonotrode vorgeschalteten, zweiten Resonanzraumes, welcher praktisch wie ein Parabolspiegel wirkt, nicht in Wärmeenergie umge¬ setzt, sondern in einen Brennpunkt innerhalb der prepoly¬ meren Flüssigkeit in dem ersten Resonanzraum reflektiert und von dieser dann absorbiert, wodurch sich diese prepo¬ lymere Flüssigkeit erwärmt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist nun die Ein¬ richtung zur Erzeugung einer oszillierenden Werkstückbewe¬ gung weiterhin mit wenigstens einer Kühleinrichtung und zugehörigen Kühlkanälen kombiniert, um die in dem ersten Ultraschall-Resonanzraum enthaltene, prepolymere Flüssig¬ keit umzuwälzen und zu kühlen, damit eine Temperaturkon¬ stanz gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend im Rahmen von Ausführungs- beispielen näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Dabei zeigt:

Figur 1 schematisch eine Anordnung zum Außenrundschleifen eines Werkstücks in Übereinstimmung mit der erfindungsge- mäßen Vorrichtung;

Figur 2 schematisch eine Schnittansicht einer Einrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung eines zu schleifenden Werkstücks;

Figur 3 eine sche atische Teil-Schnittansicht einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung zum Außenrundschleifen, bei der zu beiden Seiten eines zwischen Reitstock und Spindelstock eingespannten Werkstücks jeweils eine Einrichtung zur Er¬ zeugung einer oszillierenden Werkstückbewegung entspre¬ chend der Einrichtung nach Figur 2 angeordnet ist.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Anhand von Figur 1 wird zunächst das Prinzip eines Außen- rundschleifens eines Werkstücks 23 aus einem keramischen Werkstoff mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläu¬ tert. Hierbei ist schematisch und teilweise eine Schleif¬ scheibe 24 dargestellt, welche um eine horizontale Rotati¬ onsachse ₁ in der Drehrichtung gemäß dem Pfeil Pf- _j _ ro¬ tierbar angeordnet ist.

Bei der Schleifscheibe 24 handelt es sich insbesondere um eine Diamantschleifscheibe. Unmittelbar unterhalb der Schleifscheibe 24 ist das Werkstück 23 angeordnet, welches

seinerseits um eine zur Achse A-, parallele Achse A ₂ eben¬ falls rotierbar angeordnet ist, wobei die Rotationsrich¬ tung durch einen Pfeil Pf ₂ angedeutet ist.

Wie ersichtlich, rotieren die Schleifscheibe 24 und das Werkstück 23 während der Schleifbearbeitung der Werk¬ stückoberfläche gegensinnig zueinander um ihre jeweils zu¬ geordneten Rotationsachsen A-^ und A ₂ . Während der Rotation der Schleifscheibe 24 bewegen sich deren geometrisch unbe¬ stimmte Schneiden mit einer verhältnismäßig hohen Schnitt¬ geschwindigkeit relativ zu dem Werkstück 23. Hierbei führt weiterhin die Schleifscheibe 24 in üblicher Weise eine Pendelbewegung aus, die in Figur 1 durch Pfeile Pf ₄ und Pf ₅ angedeutet ist. Durch diese Schleifscheiben-Pendelbe¬ wegung wird der rotierenden Schleifscheibe 24 gleichzeitig eine Art von hin- und hergehendem Vorschub entlang der ge- genüberleigenden Oberfläche des zu schleifenden Werkstüc¬ kes 23 verliehen.

Einer der Stirnseiten des Werkstücks 23 gegenüberliegend ist nun weiterhin eine Einrichtung 20 angeordnet, bei wel¬ cher es sich praktisch um einen Schwingungserzeuger han¬ delt und die dazu dient, eine oszillierende Bewegung des zu schleifenden Werkstückes 23 relativ zu den Schneiden der Schleifscheibe 24 zu erzeugen. Die Einrichtung 20 lie¬ fert praktisch eine Anregungsenergie, wie in Figur 1 durch den Pfeil E _A angedeutet ist, welche in das Werkstück 23 eingekoppelt wird und dieses somit veranlaßt, entsprechend der Richtung eines Doppelpfeiles Pf ₃ während der Schleif¬ bearbeitung in Axialrichtung hin- und herzuschwingen. Eine derartige, vorzugsweise mit hoher Frequenz erfolgende, os¬ zillierende Bewegung des Werkstückes 23 wird praktisch seiner Rotationsbewegung relativ zu der Schleifscheibe 24 überlagert. Die Frequenz der oszillierenden Werkstückbewe¬ gung wird vorzugsweise aus einem Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 40 MHz ausgewählt. Die Amplitude dieser oszil¬ lierenden Werkstückbewegung wird so eingestellt, daß sie in etwa dem halben Vorschub der Schleifscheibe 24 aufgrund

deren Pendelbewegung während des SchleifVorganges ent¬ spricht.

Bei der Einrichtung 20 zur Erzeugung einer oszillierenden Werkstückbewegung handelt es sich vorzugsweise um eine Ul¬ traschall-Quelle, deren Ultraschall-Energie als Anre¬ gungsenergie E _A für das Werkstück 23 genutzt wird, wie weiter unten anhand der Figuren 2 und 3 noch näher erläu¬ tert wird.

Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ins¬ gesamt mit der Bezugsziffer 20 bezeichneten Einrichtung zur Erzeugung einer oszillierendne Bewegung des Werkstüc¬ kes 23 gemäß Figur 1 relativ zu den Schneiden der Schleif¬ scheibe 24 gemäß Figur 1.

Somit entspricht die Einrichtung 20 gemäß Figur 2 prak¬ tisch der Einrichtung 20 gemäß Figur 1, wobei diese Ein¬ richtung 20 in der Praxis im Bereich einer Einspannung des Werkstückes 23 innerhalb einer Schleifmaschine angeordnet wird (vgl. auch Figur 2) .

Die in Figur 2 dargestellte Einrichtung 20 zur Erzeugung einer oszillierenden Werkstückbewegung weist im wesentli¬ chen ein zylindrisches Außengehäuse 11 auf, in welchem die folgenden Komponenten enthalten sind:

Zwei unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnete Ultra¬ schall-Wandler 1, vorzugsweise in Form von piezokerami- schen Ultraschall-Wandlern, daran anschließend ein erster Ultraschall-Resonanzraum 2, bestehend aus zwei Teil-Reso¬ nanzräumen 2 * und 2 ' ' , ein sich an den Teil-Resonanzraum 2' ¹ anschließender zweiter Ultraschall-Resonanzraum 4, eine Membrane 3, die den ersten Resonanzraum 2 von dem zweiten Resonanzraum 4 trennt, sowie eine Sonotrode 5, welche sich an einem Ende unmittelbar an den zweiten Reso¬ nanzraum 4 anschließt und einem anderen Ende mit einer in Figur 3 dargestellten Aufnahmevorrichtung 22 für das Werk-

stück 23 kuppelbar ist. In einem der Sonotrode 5 abgewen¬ deten Bereich setzt sich das Außengehäuse 11 in einem im wesentlichen stabförmig ausgebildeten Verbindungsglied 12 fort, welches zum Verbinden der Einrichtung 20 mit einem Reitstock oder einem Spindelstock einer Schleifmaschine dient, wie dies weiter unten anhand der Figur 2 noch im einzelnen beschrieben wird.

Im Inneren des Außengehäuses 11 ist verschiebbar ein In¬ nengehäuse 8 mit zwei Innengehauseabschnitten 8a und 8b angeordnet. Die Membrane 3 ist praktisch zwischen diesen beiden Innengehauseabschnitten 8a und 8b eingespannt und mit dem Innengehäuseabschnitt 8b verklebt. Der auf die beiden piezokeramischen Ultraschall-Wandler 1 unmittelbar folgende, erste Resonanzraum 3 mit seinen Teil-Resonanz- räu en 2' und 2' ' ist mit einer prepolymeren Flüssigkeit gefüllt, wogegen der hinter der Membrane 3 folgende, zweite Resonanzraum 4 lediglich Luft enthält. Bei der in dem ersten Resonanzräum 2 enthaltenen prepolymeren Flüs¬ sigkeit handelt es sich um eine Flüssigkeit mit makromole¬ kularer Struktur, welche in erster Linie zu einer Amplitu¬ dentransfomation in dem durch die beiden piezokeramischen Ultraschall-Wandler 1 erzeugten Ultraschall-Frequenzbe¬ reich dient. Durch eine spezielle, geometrische Ausgestal¬ tung der beiden piezokeramischen Ultraschall-Wandler 1 wird die im Einzelfalle bei der praktischen Anwendung benötigte Ultraschall-Frequenz vorbestimmt, beispielsweise eine Frequenz von 1MHz. Die beiden piezokeramischen Ultra¬ schall-Wandler 1 sind, wie in Figur 2 schematisch darge¬ stellt, jeweils über Leitungen 40 und 41 mit einer elek¬ trischen Spannungsquelle 42 verbunden, wobei z.B. die je¬ weils angelegte Spannung 2000 Volt beträgt. Hierdurch wer¬ den die piezokeramischen Ultraschall-Wandler 1 zu Schwin¬ gungen im Ultraschallbereich angeregt, wobei die Amplitu¬ denhöhe pro Wandler 0,023 mm beträgt.

Wie weiterhin aus Figur 2 ersichtlich, sind die beiden aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Ultraschall-Reso-

nanzräu e 2 und 4 im wesentlichen gemeinsam in Form eines Rotationsparaboloids ausgebildet, wobei ein Brennpunkt 45 des resultierenden parabolischen Resonanzraumes vorzugs¬ weise zwischen der Membrane 3 und den piezokeramischen Ul¬ traschall-Wandlern 1 liegt. Durch diese parabolische Raum¬ gestaltung wird die erforderliche Amplitudenverstärkung der von den piezokeramischen Ultraschall-Wandlern 1 erzeugten Ultraschallwellen erzielt. Während die paraboli¬ sche Wandung des ersten Resonanzraumes 2, genauer gesagt die parabolische Teil-Wandung des Teil-Resonanzraumes 2' ' , durch den Innengehäuseabschnitt 8b gebildet wird, ist die sich daran anschließende parabolische Wandung 4 ' des zwei¬ ten Resonanzraumes 4 durch die angrenzende, stirnseitige Oberfläche der Sonotrode 5 gebildet.

Die im wesentlichen stabförmig und rotationssymmetrisch ausgebildete Sonotrode 5 ist innerhalb des Innengehäuses 8 der Einrichtung 20 in einer einerseits drehbaren und ande¬ rerseits spielfreien Weise gelagert. Zu diesem Zweck sind innerhalb des Innengehäuseabschnittes 8a zwei in Axial¬ richtung aufeinanderfolgende Lager vorgesehen, und zwar in der Richtung von rechts nach links in Figur 2 gesehen ein erstes Lager 6b sowie ein zweites Lager 6a, welche durch einen innerhalb des Innengehäuseabschnitts 8a eingesetzten Distanz- bzw. Dichtungsring 44 voneinander getrennt sind. Das erste Lager 6b wird mittels einer von außen auf den Innengehäuseabschnitt 8a aufschraubbaren Überwurfmutter 7 gegen diesen Innengehäuseabschnitt 8a gepreßt, wogegen das zweite Lager 6a mit Hilfe einer auf die Sonotrode 5 und insbesondere auf den aus der Einrichtung 20 nach links herausragenden Endabschnitt 5' der Sonotrode 5 aufschraub¬ baren Kontermutter 9 gegen die Überwurfmutter 7 fixiert wird.

Der Endabschnitt 5' der Sonotrode 5 wird, wie dies genauer aus Figur 3 zu ersehen ist, mit einem zugeordneten Endab¬ schnitt 22a einer Aufnahmevorrichtung 22 für das zu bear¬ beitende Werkstück 23 beispielsweise in lösbarer Weise ge-

kuppelt .

Infolge dieser Kupplung wird die durch die Sonotrode 5 übertragene Ultraschall-Energie bei der gegebenen Frequenz in entsprechende Oszillationsbewegungen des Werkstücks 23 nach Maßgabe des Doppelpfeiles Pf ₃ umgesetzt. Andererseits wird die überschüssige Ultraschall-Energie, welche über die Sonotrode 5 nicht in entsprechende mechanische Schwin¬ gungen umgewandelt und auf das Werkstück 23 übertragen wird, infolge der parabolischen Gestaltung der beiden Re¬ sonanzräume 2 und 4, insbesondere aufgrund der Paraboloid- form des unmittelbar der Sonotrode 5 vorgeschalteten, luftgefüllten Resonanzraumes 4 nicht in Wärmeenergie umge¬ setzt, sondern in einen Brennpunkt reflektiert, beispiels¬ weise in den Brennpunkt 45 innerhalb der prepolymeren Flüssigkeit in dem ersten Resonanzraum 2, und von dieser Flüssigkeit dann absorbiert, wodurch sich diese erwärmt. Damit jedoch eine Temperaturkonstanz dieser Flüssigkeit gewährleistet werden kann, sind besondere Kühlungsmaßnah¬ men vorgesehen. Diese bestehen insbesondere darin, daß die Einrichtung 20, wie ebenfalls aus Figur 3 zu ersehen ist, über Ein- und Auslaßkanäle 10 sowie über Verbindungslei¬ tungen 28 u. 28' mit einer Kühleinrichtung 27 verbunden ist, so daß die in dem ersten Ultraschall-Resonanzraum 2 enthaltene, prepolymere Flüssigkeit laufend umgewälzt und gekühlt werden kann (Flüssigkeitsstrom z.B. 4 1/min) .

In Figur 3 ist im übrigen eine komplette Schleifmaschine schematisch dargestellt, welche zum Außenrundschleifen des bereits oben erwähnten Werkstücks 23 aus keramischem Mate¬ rial dient, wobei die Werkstückoberfläche mit 23' bezeich¬ net ist. Zum Werkstoffabtrag dient die rotierbar gelagerte Diamantschleifscheibe 24, welche um ihre Achse A-^ in der Drehrichtung gemäß dem Pfeil Pf- _j^ in Rotation versetzt wer¬ den kann.

Infolgedessen bewegen sich die geometrisch unbestimmten Sehneiden 25 der Diamantschleifscheibe 24 mit einer vorge-

gebenen, hohen Schnittgeschwindigkeit von beispielsweise 30 m pro Sekunde relativ zu dem Werkstück 23. Gleichzeitig wird, wie bereits anhand von Figur 1 erläutert, das Werk¬ stück 23 während des Schleifvorgangs in eine oszillierende Bewegung gemäß dem Doppelpfeil Pf ₃ versetzt. Um dies zu ermöglichen, ist ein Reitstock 21 der Schleifmaschine ge¬ mäß Figur 3 mit einer ersten Einrichtung 20 zur Erzeugung der oszillierenden Bewegung des Werkstücks 23 verbunden, und außerdem ist die Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 ei¬ nerseits mit der ersten Einrichtung 20 und andererseits mit der zweiten Einrichtung 30 gekoppelt.

Die beiden vorgenannten Einrichtungen 20 und 30 zur Erzeu¬ gung der oszillierenden Bewegung des Werkstücks 23 ent¬ sprechen im Aufbau vollständig der bereits in Figur 2 dar¬ gestellten und erläuterten Einrichtung 20. Daher sind sämtliche übereinstimmenden Komponenten in den beiden Ein¬ richtungen 20 und 30 mit den gleichen Bezugsziffern be¬ zeichnet. Die beiden Einrichtungen 20 und 30 sind in der SchleifVorrichtung gemäß Figur 3 in der Weise angeordnet, daß einerseits der nach links weisende Endabschnitt 5' der Sonotrode 5 der ersten Einrichtung 20 mit einem zugeordne¬ ten Abschnitt 22a der Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 fest verbunden ist, während andererseits auf der gegen¬ überliegenden Seite der Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 der nach rechts weisende Endabschnitt 5' der Sonotrode 5 der zweiten Einrichtung 30 in den ihm dort zugeordneten Endabschnitt 22b der Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 mit Spiel eingesetzt ist, um Relativbewegungen zu erlauben.

Zu diesem Zweck ist im Endabεchnitt 22b der Werkstück-Auf¬ nahmevorrichtung 22 eine so bemessene Aussparung 31 vorge¬ sehen, daß sowohl die Rotation in bezug auf den Endab¬ schnitt 5' der Sonotrode 5, als auch gewisse axiale Ver¬ schiebungen der Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 ein¬ schließlich des Werkstücks 23 in Richtung der Achse A- _> möglich sind.

Die Erregung der in den beiden Einrichtungen 20 und 30 enthaltenen piezokeramischen Ultraschall-Wandler 1 erfolgt jeweils über entsprechend zugeordnete, der Einfachheit halber in Figur 3 nicht dargestellte elektrische Span¬ nungsquellen, wobei durch entsprechende Schaltungsmaßnah¬ men dafür Sorge getragen ist, daß eine um π phasenver¬ setzte Ansteuerung der beiderseitigen peizokeramischen Ul¬ traschall-Wandler 1 in den jeweiligen Einrichtungen 20 und 30 erfolgt.

Somit wird die jeweilige Ultraschall-Anregungsenergie mit entsprechender Phasenverschiebung auf die beiderseitigen Sonotroden 5 in den Einrichtungen 20 und 30 übertragen, so daß die Schwingungsrichtungen der Ultraschallenergie in den beiderseitigen, einander gegenüberliegend angeordneten identischen Einrichtungen 20 und 30 miteinander überein¬ stimmen.

In der Figur 3 ist ferner schematisch dargestellt, daß der Spindelstock 26 der SchleifVorrichtung mit einem Antriebs¬ aggregat 43 gekuppelt ist, so daß der Spindelstock 26 in Rotation gemäß der durch den Pfeil Pf ₂ angedeuteten Dreh¬ richtung versetzt werden kann. Das Außengehäuse 11 der zweiten Einrichtung 30 auf der linken Seite in Figur 3 ist wiederum mit einem Verbindungsorgan 12' versehen, welches dazu dient, die Einrichtung 30 drehfest mit dem Spindel¬ stock 26 zu kuppeln.

Analog ist auf der gegenüberliegenden Seite das Außenge¬ häuse 11 der ersten Einrichtung 20 über das ihm zugeord¬ nete Verbindungsorgan 12 fest mit dem Reitstock 21 verbun¬ den.

Auf der linken Seite der Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 ist der dortige Endabschnitt 22b über eine (nicht darge¬ stellte) Drehmomentmitnahme mit der dortigen zweiten Ein¬ richtung 30 gekuppelt, wobei zu diesem Zweck insbesondere ein (in Figur 3 nicht dargestelltes) "Drehherz" vorgesehen

ist, derart, daß sich die Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 gemeinsam mit dem Außengehäuse 11 der zweiten Einrichtung 30 drehen kann, wenn der Spindelstock 26 entsprechend in Rotation versetzt wird, über den Rotationsantrieb des Spindelstocks 26 werden somit die folgenden Drehbewegungen in der SchleifVorrichtung gemäß Figur 3 realisiert:

Rotation des Außengehäuses 11 auf der linken Seite darge¬ stellten zweiten Einrichtung 30, und zwar relativ zu der in ihrem Inneren drehbar gelagerten Sonotrode 5; Rotation der mit der Einrichtung 30 über das "Drehherz" verbundenen Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 inklusive Werkstück 23; Rotation der mit dem rechten Endabschnitt 22a der Werk¬ stück-Aufnahmevorrichtung 22 fest verbundenen Sonotrode 5 der ersten Einrichtung 20, wobei diese Sonotrode 5 sich in bezug auf das zugeordnete Außengehäuse 11 der ersten Ein¬ richtung 20 frei drehen kann, wie bereits anhand von Figur 2 im einzelnen erläutert.

Da das Außengehäuse 11 der ersten Einrichtung 20 auf der rechten Seite in Figur 3 fest mit dem feststehenden Reit¬ stock 21 der SchleifVorrichtung verbunden ist, lassen sich an diesem Außengehäuse 11 die Versorgungsanschlüsse u. dgl. leicht herausführen.

Insbesondere ist vorgesehen, daß die in dem ersten Reso¬ nanzraum 2 der ersten Einrichtung 20 enthaltene Flüssig¬ keit extern gekühlt wird, wobei zu diesem Zweck über in dem Gehäuse 11 vorgesehene Ein- und Auslaßkanäle 10 und entsprechend zugeordnete Verbindungsleitungen 28 und 28', welche zu der Kühleinrichtung 27 führen, die erforderli¬ chen Flüssigkeits-Umwälzungen durchgeführt werden können.

Entsprechende Flüssigkeitsein- und -auslaßkanäle 10' sind auch bei der auf der gegenüberliegenden Seite angeordne¬ ten, zweiten Einrichtung 30 vorgesehen.

Gegenüber der in der Figur 3 dargestellten Ausführung der

Schleifvorrichtung kann aber auch noch eine Abwandlung da¬ hingehend vorgesehen sein, daß die auf der linken Seite angeordnete, zweite Einrichtung 30 zur Erzeugung der os¬ zillierenden Bewegung des Werkstücks 23 keine Ultraschall- Wandler 1 aufweist, wobei statt dessen eine Verbindungs¬ leitung 29 zwischen den jeweiligen, flüssigkeitsgefüllten Resonanzräumen 2 der ersten Einrichtung 20 und der zweiten Einrichtung 30 vorgesehen ist. Somit stehen die Resonanz¬ flüssigkeiten in den beiderseitigen Einrichtungen 20 und 30 permanent miteinander in Verbindung, so daß die von den Ultraschall-Wandlern l in der ersten Einrichtung 20 erzeugten Ultraschall-Anregungsenergien über die in der Leitung 29 enthaltene Flüssigkeit zu dem Resonanzraum 2 in der zweiten Einrichtung 30 übertragen werden kann.

Mit Rücksicht auf eine λ/2-Phasenverschiebung, die durch die Dämpfung innerhalb der Flüssigkeit bedingt ist, wird die Verbindungsleitung 29 in der Weise bemessen, daß sich durch die Laufzeitverzögerung eine relative Ultraschall- Phasenverschiebung von π ergibt, derart, daß die erste Einrichtung 20 und die zweite Einrichtung 30 entsprechend phasenversetzt ansteuerbar sind, analog zu der bereits weiter oben beschriebenen Ausführung.

Gegenüber den im Vorangehenden beschriebenen Ausführungen der Vorrichtung gemäß Figur 3 kann eine weitere Abwandlung auch dahingehend vorgesehen sein, daß anstelle der zweiten Einrichtung 30 zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung des Werkstücks 23 eine elektromagnetische Tauchspule vor¬ gesehen ist, welche einerseits mit der Werkstück-Aufnahme¬ vorrichtung 22 und andererseits mit dem Spindelstock 26 gekuppelt ist.

Im Falle einer derartigen Abwandlung befindet sich ledig¬ lich auf der rechten Seite in Figur 3 eine Einrichtung 20 zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung des Werkstücks 23, wie anhand der Figur 2 erläutert.

Im übrigen besteht noch die Möglichkeit, daß in der SchleifVorrichtung gemäß Figur 3 die erste Einrichtung 20 und/oder die zweite Einrichtung 30 zur Erzeugung der oszillierenden Bewegung des Werkstücks 23 jeweils durch einen magnetostriktiven Schwinger ersetzt sind. Im Falle einer solchen Abwandlung der Vorrichtung gemäß Figur 3 kann dann z.B. der Reitstock 21 mit einem ersten magneto¬ striktiven Schwinger und der Spindelstock 26 mit einem zweiten gleichartigen Schwinger verbunden sein. Weiterhin ist dann die Werkstück-Aufnahmevorrichtung 22 einerseits mit dem ersten magnetostriktiven Schwinger und anderer¬ seits mit dem zweiten Schwinger derart gekoppelt, daß das in der Aufnahmevorrichtung 22 enthaltene Werkstück 23 wie¬ derum in Schwingungen im Bereich zwischen dem Reitstock 21 und dem Spindelstock 26 versetzt werden kann, in analoger Weise, wie dies bereits weiter oben unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 3 erläutert worden ist.

Die vorliegende Erfindung kann im übrigen nicht nur auf das Außenrundschleifen angewendet werden, sondern beispielsweise auch auf ein Planschleifen oder ein li¬ neares Schleifen, insbesondere von aus keramischen Werk¬ stoffen bestehenden Werkstücken.