1 UMG-10429a-22 12.10.2023 Ultraschallschwinger, Vorrichtung mit und Verwendung von einem Ultraschallschwinger sowie entsprechende Verfahren Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallschwinger zum Erzeugen von hochfrequenten Schwingungen, wobei der Ultraschallschwinger einstü- ckig und plattenförmig mit einer Dicke in Dickenrichtung, einer Länge in Län- genrichtung und einer Breite in Breitenrichtung ausgebildet ist. Gleichfalls be- trifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem solchen Ultraschallschwinger sowie dessen Verwendung und entsprechende Verfahren. Bisher sind plattenförmige Ultraschallschwinger vornehmlich für den Einsatz in Reinigungsvorrichtungen bekannt. Hierbei wird ein plattenförmiger Ultra- schallschwinger vertikal in ein Reinigungsbad eingetaucht, wobei an dessen flächiger Rückseite, abgewandt vom Reinigungsbad, eine Vielzahl von Ultra- schallkonvertern angebracht ist. Diese versetzen den Ultraschallschwinger in nicht-harmonische Schwingungen, die auf das Wasser übertragen werden. Durch den somit permanent erzeugten Über- und Unterdruck im Wasser ent- stehen sehr kleine Luftbläschen, die auf ein Vielfaches ihres ursprünglichen Durchmessers anschwellen, bis sie platzen und Energie freisetzen, die bei- spielsweise Schmutz von Oberflächen beseitigt. Die bekannten plattenförmigen Reinigungs-Ultraschallschwinger, die über- wiegend mit Oberflächenwellen arbeiten, sind allesamt auf ein Viertel ihrer harmonischen Wellenlänge ^/4 abgestimmt, um die Ankopplung an das Rei- nigungsmedium, zumeist Wasser oder überwiegend Wasser, zu optimieren. Die Maße von bekannten Ultraschallschwingern sind dabei so gewählt, dass ihre Länge und Breite wesentlich größer sind als ihre Dicke. Die bekannten Ultraschallschwinger sind jedoch aufgrund ihres Aufbaus nur sehr eingeschränkt einsetzbar. 2 UMG-10429a-22 12.10.2023 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen plattenförmigen Ultraschall- schwinger zur Verfügung zu stellen, mit dem sich neue Anwendungsgebiete erschließen lassen. Auch werden entsprechende Vorrichtungen mit einem solchen Ultraschallschwinger, Verwendungen und Verfahren angestrebt. Die Aufgabe wird durch einen Ultraschallschwinger mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Gleichfalls lösen die Merkmale der anderen unabhängigen Ansprüche die gestellte Aufgabe. Vorgeschlagen wird ein Ultraschallschwinger, dessen Dicke des Ultraschall- schwingers m _* ^/2, mit m als einer natürlichen ungeraden Zahl, beträgt und dessen Länge n _* ^/2, mit n als einer natürlichen Zahl ≥ 2, beträgt. Bei entspre- chender Anregung von außen mittels eines Ultraschallkonverters, der hoch- frequente mechanische Schwingungen in den Ultraschallschwinger einleitet, schwingt der erfindungsgemäße Ultraschallschwinger in Form von einer Di- ckenschwingung oder mehreren sich in Längenrichtung des Ultraschall- schwingers hintereinander anschließenden Dickenschwingungen, wobei die Dickenschwingungen in Längenrichtung des Ultraschallschwingers gemes- sen die Wellenlänge ^ aufweisen. Insbesondere zeichnet sich der erfin- dungsgemäße Ultraschallschwinger dadurch aus, dass über seine Länge ge- sehen die Schwingungsamplituden in Breitenrichtung im Wesentlichen kon- stant sind. Es ergibt sich somit eine sich über die Breite des Ultraschall- schwingers erstreckende Welle mit in Breitenrichtung konstanter Schwin- gungsamplitude, die sich sinusförmig in Längenrichtung erstreckt und die sich durch ein Ausdehnen und Kontrahieren in der lokalen Dicke des Ultra- schallschwingers kennzeichnet. Mit anderen Worten wechseln sich – entlang einer Linie in Breitenrichtung des Ultraschallschwingers – nicht Wellenberge und Wellentäler ab, sondern entlang der besagten Linie findet sich im Wesentlichen eine gemeinsame 3 UMG-10429a-22 12.10.2023 Wellenfront. Hierdurch lässt sich ein gleichmäßigerer Energieübertrag mit ei- ner höheren Amplitude auf beispielsweise zu bearbeitende Medien erzielen, die beispielsweise in Längenrichtung des Ultraschallschwingers an dem Ult- raschallschwinger vorbeigeführt werden. Die vorliegende Erfindung schlägt somit erstmals vor, einen plattenförmigen Ultraschallschwinger in zumindest Dicke und Länge auf eine Wellenlänge ab- zustimmen, bei der dieser sinusförmig in Form von Dickenschwingungen schwingt, wobei ein oder mehrere (dann in Längenrichtung aufeinander fol- genden) Dickenschwingungen auftreten. Auf diese Weise lassen sich überra- schenderweise hohe Energien aus dem Ultraschallschwinger ausleiten, die eine Vielzahl von neuen Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Unter dem Begriff „einstückig“ wird vorliegend eine zusammenhängende Ein- heit verstanden, die insbesondere nicht erst durch stoffschlüssiges Verbin- den von zwei oder mehr Teilen entstanden ist, sondern als ein einziges Stück hergestellt wird, insbesondere durch Fräsen aus einem einzigen Block eines geeigneten Metalls. Mit Vorteil besitzt der erfindungsgemäße Ultraschallschwinger eine einheitli- che Dicke von ^/2. In diesem Fall entstehen über die Dicke des Ultraschall- schwingers keine Knoten, was für viele Anwendungsfälle bevorzugt ist. Besonders bevorzugt weist der erfindungsgemäße Ultraschallschwinger eine Breite von n _* ^/4 auf, wobei n eine natürliche Zahl ist. Es hat sich herausge- stellt, dass bei einer derartigen Wahl die Dickenschwingungen und die kon- stanten Schwingungsamplituden in Breitenrichtungen optimiert werden kön- nen. Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen beträgt die Breite des Ultra- schallschwingers n* ^/2, wobei n eine natürliche Zahl und vorzugsweise eine 4 UMG-10429a-22 12.10.2023 natürliche ungerade Zahl ist. Gemäß einer solchen Ausgestaltung beträgt die Breite des Ultraschallschwingers vorteilhafterweise also 1/2* ^ oder ^ oder 3/2 _* ^ oder 2 _* ^ oder 5/2 _* ^ oder 3 _* ^ usw. und vorzugsweise 3/2 _* ^ oder 5/2 _* ^ oder 7/2 _* ^ oder 9/2 _* ^ ^usw. Insbesondere bei einer exakten Einstellung der Breite des Ultraschallschwingers hat es sich gezeigt, dass nahezu reine Lon- gitudinalwellen in Richtung der Längenrichtung bzw. der Längenerstreckung des Ultraschallschwingers entstehen. Bei bestimmten Ausführungsformen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Breite des erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers mindestens ^ be- trägt. Bei bestimmten sich als vorteilhaft erwiesenen Ausführungsformen beträgt die Länge des erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers k* ^/2, wobei k eine natürliche gerade Zahl größer oder gleich 2 ist. Die Länge beträgt in diesen Fällen demgemäß also ^ oder 2 _* ^ oder 3 _* ^ usw. Es hat sich bei einer solchen Wahl gezeigt, dass sich sehr gleichförmige Sinuswellen in Richtung der Län- genrichtung des Ultraschallschwingers erhalten lassen. Aber auch bei einer Länge von 3/2* ^, 5/2* ^, 7/2* ^, 9/2* ^, wenn also in der Formel n* ^/2 für die Länge des Ultraschallschwingers n eine natürliche ungerade Zahl ist, lässt sich der erfindungsgemäße Effekt, dass nämlich über die Länge des Ultra- schallschwingers gesehen im Wesentlichen in Breitenrichtung konstante Schwingungsamplituden zu beobachten sind, erzielen. In beiden Fällen wer- den die Sinuswellen von sehr geringen bis gar keinen Amplitudenschwan- kungen in Breitenrichtung überlagert. Der erfindungsgemäße Ultraschallschwinger ist besonders bevorzugt durch- gehend homogen ausgebildet und weist hierbei insbesondere keine Schlitze oder vollständig umschlossene Ausnehmungen auf. Hierdurch wird eine gleichmäßige Schwingungsanregung des Ultraschallschwingers erreicht. Aus 5 UMG-10429a-22 12.10.2023 dem Stand der Technik sind Plattenschwinger in Form von Schweißsonotro- den bekannt, bei denen ausschließlich Longitudinalwellen aus dem Ultra- schallschwinger herausgeleitet werden sollen. Transversalwellen sollen durch die vorbekannten Ausnehmungen und/oder Schlitze unterdrückt wer- den. Es resultieren im Stand der Technik plattenförmige Schweißsonotroden, die als Ganzes plan hin und her schwingen, sich also keine Schwingungen über die Platte selbst aufbauen. Bei der vorliegenden Erfindung sind eben- falls Longitudinalwellen erwünscht, wobei aber keine Schlitze oder Ausneh- mungen vonnöten sind. Vielmehr bauen sich bei den erfindungsgemäßen Ultraschallschwingern Longitudinalschwingungen auf, die sich über die ge- samte Platte erstrecken, ein planes Hin- und Herschwingen des Ultraschall- schwingers als Ganzes also nicht auftritt. Für alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die halbe Wellenlänge, also ^/2, im Bereich zwischen 90 und 120 mm liegt. Die Anregungsfrequenz liegt bei solchen Wellenlängen vorzugsweise im Bereich von 19 bis 22 kHz, wobei das Finden der passen- den Anregungsfrequenz nicht streng aus der Formel (Frequenz = Lichtge- schwindigkeit / Wellenlänge) berechnet werden kann, sondern experimentell bzw. durch vorherige Simulation zu ermitteln ist. Bei einer kleineren Wellen- länge ^ muss eine größere Anregungsfrequenz gewählt werden, um den Ult- raschallschwinger in harmonische Schwingungen zu versetzen. Bei ^/2 im Bereich von 80 mm liegt die Anregungsfrequenz beispielsweise bei grob 30 kHz, bei ^/2 im Bereich von 50 mm bei grob 35 kHz. Eine vorteilhafte Breite des erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers be- trägt mindestens 100 mm und vorzugsweise mindestens 500 mm. Größere Breiten sind ohne weiteres möglich, beispielsweise auch solche von mindes- tens 1000 mm oder 2000 mm oder 3000 mm oder noch breiter. Auch bei die- sen sehr großen Breiten ist in entsprechenden Experimenten die Anregung 6 UMG-10429a-22 12.10.2023 eines erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers mit hohen Schwingungs- amplituden realisiert worden. Die vorteilhaften Längen des erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers lie- gen ebenfalls im Bereich von mehreren hundert bis mehreren tausend Milli- metern. Es hat sich für als vorteilhaft erwiesen, wenn bei kleineren Wellen- längen ^ die äußeren Maße des Ultraschallschwingers ebenfalls kleiner ge- wählt werden als bei größeren Wellenlängen ^, um eine optimale Anregung des Ultraschallschwingers zum harmonischen Schwingen in Longitudinalrich- tung zu erzeugen. Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen ist der erfindungsgemäße Ultra- schallschwinger quaderförmig ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass bei die- ser einfachen geometrischen Ausgestaltung Ultraschallschwinger mit harmo- nischen Longitudinalwellen mit einer in Breitenrichtung konstanten, in Län- genrichtung sich sinusförmig erstreckenden Schwingungsamplitude möglich sind, mit denen eine Auskopplung der Energie der Longitudinalwellen aus dem Ultraschallschwinger möglich ist. Gemäß anderer Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn der einstückig ausgeführte Ultraschallschwinger mindestens einen ersten und einen zweiten Quaderabschnitt umfasst, wobei diese beiden Quaderabschnitte an ihren Breitenseiten aneinander angrenzen und jeweils eine Breite eines Vielfachen von ^/2 besitzen. Diese beiden Quaderabschnitte sind in Breitenrichtung ge- geneinander versetzt angeordnet, wodurch der erste Quaderabschnitt auf ei- ner Seite – in Breitenrichtung gesehen – den zweiten Quaderabschnitt um ei- nen Quaderteilabschnitt überragt. Auf der anderen Seite des Ultraschall- schwingers – ebenfalls in dessen Breitenrichtung gesehen – sind die Verhält- nisse umgekehrt, d.h. der zweite Quaderteilabschnitt überragt den ersten Quaderteilabschnitt. Hierbei weisen die in Breitenrichtung jeweils überste- 7 UMG-10429a-22 12.10.2023 henden Quaderteilabschnitte eine Breite von ^/4 oder einem ungeraden Viel- fachen von ^/4 auf. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass bei einer solchen Ausgestaltung die Schwingungsberge und Schwingungstä- ler von in Längenrichtung des Ultraschallschwingers erregten Longitudinal- schwingungen des einen Quaderabschnitts – über die Breite des Ultraschall- schwingers gesehen – mit den entsprechenden Schwingungsbergen und Schwingungstälern des anderen Quaderabschnitts weitgehend oder vollstän- dig in Deckung gebracht werden können. Es wird also über die Breite des Ultraschallschwingers gesehen eine weitgehend gleichmäßige sinusförmige Wellenfront in dessen Längenrichtung aufgebaut. Vorzugsweise sind die mindestens zwei Quaderabschnitte gleich breit, so dass die beiden Quaderteilabschnitte, die den ersten bzw. den zweiten Qua- derabschnitt überragen, ebenfalls gleich breit sind. Mit Vorzug beträgt die Breite der beiden Quaderteilabschnitte jeweils ^/4. Gemäß einer Alternative zu einer in Breitenrichtung versetzten Anordnung der Quaderabschnitte überragt – bei sonst gleicher Ausgestaltung des Ultraschall- schwingers – einer der beiden Quaderabschnitte den angrenzenden Quader- abschnitt an seinen beiden Enden in Breitenrichtung um jeweils einen Qua- derteilabschnitt. Hierbei weisen die beiden in Breitenrichtung jeweils überste- henden Quaderteilabschnitte der Quaderabschnitte eine Breite von ^/4 oder einem ungeraden Vielfachen von ^/4 auf. Der bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform entstehende Vorteil des über die Breite des Ultraschall- schwingers einheitlichen Wellenverlaufs wird auch bei dieser Ausführungsform realisiert. Mit Vorteil beträgt die Länge jedes Quaderabschnitts ^/2 oder ein Vielfaches von ^/2. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine präzise Abstimmung der sich in Längenrichtung des Ultraschallschwingers ausbreitenden Schwingungswel- len. 8 UMG-10429a-22 12.10.2023 Weiterhin ist bevorzugt, dass die mindestens zwei Quaderabschnitte gleich lang sind. Gemäß einer Weiterentwicklung der oben ausgeführten Ausführungsformen besteht der Ultraschallschwinger aus mehreren in Längenrichtung hinterei- nander anschließenden Blockabschnitten, wobei jeder Blockabschnitt jeweils aus mindestens zwei der vorgenannten Quaderabschnitte gebildet ist. Durch diese Maßnahme wird eine größere Arbeitslänge erreicht, beispielsweise bei der Entlangführung von mit dem Ultraschallschwinger zu bearbeitenden Ma- terialbahnen in Längenrichtung des Ultraschallschwingers. Ein bevorzugtes Material für den erfindungsgemäßen Ultraschallschwinger ist Aluminium. Der einstückige plattenförmige Ultraschallschwinger ist dann bevorzugt aus einem einzigen Aluminiumblock herausgefräst. Alternative Materialien für den Ultraschallschwinger sind Stahl, eine Stahlle- gierung oder Titan. Auch hier wird der Ultraschallschwinger bevorzugt durch Fräsen hergestellt. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum Erzeugen von hochfre- quenten Schwingungen mit mindestens einem Ultraschallkonverter sowie ei- nem Ultraschallschwinger, wie er zuvor beschrieben wurde, wobei der Ultra- schallschwinger mit dem mindestens einen Ultraschallkonverter verbunden ist. Der Ultraschallkonverter kann insbesondere als elektromechanischer (z.B. piezoelektrischer oder magnetostriktiver) Energiewandler ausgebildet sein. Der Ultraschallschwinger kann dann insbesondere als Ultraschallwerk- zeug Verwendung finden. Der Konverter dient dazu, elektrische Wechsel- spannungen in mechanische Wechseldehnungen zu transformieren und auf diese Weise Strukturschwingungen im mechanisch angekoppelten Ultra- schallschwinger anzuregen, der dann seine Schwingungen auf ein mit ihm in Verbindung gebrachtes Werkstück überträgt. 9 UMG-10429a-22 12.10.2023 Es kann weiterhin mit Vorteil ein sog. Booster zwischen dem Ultraschallkon- verter und dem Ultraschallschwinger platziert werden, mit dem eine Amplitu- denübersetzung vom Ultraschallkonverter zum Ultraschallschwinger erzielt werden kann. Sowohl Ultraschallkonverter als auch Booster sind vielfältig aus dem Stand der Technik bekannt. Mit besonderem Vorteil wird der mindestens eine Ultraschallkonverter von der Ober- oder von der Unterseite an den mindestens einen Ultraschall- schwinger angekoppelt. Der Ultraschallkonverter wird hierbei bevorzugt in ei- nem Schwingungsknoten (der nach einer halben Schwingung zum Schwin- gungsbauch wird) des Ultraschallschwingers angekoppelt, um einen optima- len Energieeintrag zu erreichen. Vorzugsweise ist der mindestens eine Ultraschallkonverter mit einem Ab- stand von ^/4 oder einem Vielfachen von ^/4 zum in Breitenrichtung verlau- fenden Breitenrand und auch zum in Längenrichtung verlaufenden Längs- rand des Ultraschallschwingers an den Ultraschallkonverter angekoppelt. Es hat sich gezeigt, dass eine solche Anschlussstelle für den Ultraschallkonver- ter an den Ultraschallschwinger eine optimale Schwingungsanregung reali- sieren lässt. Bei einem Abstand von ^/4 vom Breitenrand bzw. einem Vielfa- chen von ^/4 koppelt der Ultraschallkonverter an einer Stelle des Ultraschall- schwingers an, die mit einer maximalen Auslenkungsamplitude schwingt. Besonders bevorzugt ist zum Zwecke der Anregung der besagten Longitudi- nalwellen lediglich ein einziger Ultraschallkonverter von der Ober- oder der Unterseite an den Ultraschallschwinger angekoppelt. Eine solche Ausgestal- tung steht insbesondere im Gegensatz zu Reinigungsschwingern, bei denen eine Vielzahl von Ultraschallkonvertern an eine Seite des Ultraschallschwin- gers angekoppelt wird, üblicherweise an der dem Reinigungsbad abgewand- ten Seite. 10 UMG-10429a-22 12.10.2023 Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen ist der mindestens eine Ultraschall- schwinger mit einer Einrichtung gekoppelt, die in Dickenrichtung des Ultra- schallschwingers mitschwingt, wobei diese Einrichtung ein Prägewerkzeug, ein Stempel oder ein Erosionswerkzeug sein kann. Durch die mittels der Er- findung zu erreichenden hohen Amplituden sowie die hohe Energieabgabe an ein zu bearbeitendes Werkstück lässt sich eine hohe Effizienz mittels ei- ner derart ausgebildeten Vorrichtung erreichen. Für die Bearbeitung von flächig ausgebildeten Werkstücken wie beispiels- weise Materialbahnen ist vorzugsweise der Unter- oder der Oberseite des mindestens einen Ultraschallschwingers eine Transporteinrichtung zugeord- net, die ein Durchführen von mindestens einer Materialbahn durch die Vor- richtung und insbesondere eine Durchführung zwischen Ultraschallschwinger und Transporteinrichtung ermöglicht. Die Transporteinrichtung umfasst vor- zugsweise eine oder mehrere aktiv und/oder passiv angetriebene Rollen bzw. Walzen. Gemäß einer Alternative ist eine Abzugseinrichtung stromab- wärts des Ultraschallschwingers vorgesehen, wobei der Ober- oder der Un- terseite des Ultraschallschwingers eine Gegenplatte zugeordnet ist, um eine oder mehrere Materialbahnen zwischen dem als Arbeitswerkzeug fungieren- den Ultraschallschwinger und der Gegenplatte hindurchzuführen. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines wie vorbeschriebenen Ultraschallschwingers für eine oder in einer wie vorbeschriebenen Vorrich- tung. Gleichfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer wie vorbe- schriebenen Vorrichtung, wobei diese zum Verbinden mindestens zweier Ma- terialbahnen, zum Verfestigen, zum Trocknen, zum Prägen oder Glätten min- destens einer Materialbahn, zum Erwärmen, zum Filtern, zum Stofftrennen, zum Klärschlammreinigen und/oder zum Umwandeln von mechanischer in elektrische Energie, insbesondere mittels Piezowandlern, eingesetzt wird. 11 UMG-10429a-22 12.10.2023 Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine sich flächig erstreckende Gesamtbahn aus mehreren Materialbahnen mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung miteinander verbunden werden. Dies ge- schieht vorzugsweise mittels eines kontinuierlichen Transports der Gesamt- bahn durch die Vorrichtung in Längenrichtung des Ultraschallschwingers. Die Längenrichtung des Ultraschallschwingers entspricht also der Transportrich- tung der Gesamtbahn. Beispielsweise wird ein Kleber, flächig oder nur be- reichsweise, vorteilhafterweise in einem Muster, auf eine der Materialbahnen aufgebracht, woraufhin die Gesamtbahn zwischen der Unter- oder Oberseite des Ultraschallschwingers und einem pressenden Gegenwerkzeug, insbe- sondere aktiv oder passiv angetriebenen Rollen bzw. Walzen, hindurchge- führt wird. Bei passiven, dem Ultraschallschwinger gegenüber angeordneten Rollen oder Walzen kann die Gesamtmaterialbahn beispielsweise von strom- abwärtigen Abzugsrollen durch die Vorrichtung gezogen werden. Durch den hohen Energieeintrag einschließlich der großen Schwingungsamplitude, die durch den Ultraschallschwinger einkoppelbar sind, wird der Kleber in optima- ler Weise geschmolzen und die Materialbahnen durch den Druck zu einer Gesamtbahn miteinander verbunden. Je länger der Ultraschallschwinger (d.h. je länger der Transportweg entlang des Ultraschallschwingers ausgebil- det ist), desto größer ist die Arbeitslänge und umso gleichmäßiger und zuver- lässiger kann die Verbindung der Materialbahnen erfolgen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, wobei für Merkmale, die gleich ausgestaltet sind und/oder gleich wirken, dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen: 12 UMG-10429a-22 12.10.2023 Fig.1a-1c eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht ei- ner ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultra- schallschwingers; Fig.2 eine Vorderansicht des Ultraschallschwingers der Fig.1 mit an- geschlossenen Ultraschall-Erregungseinrichtungen; Fig.3a, 3b eine simulierte Dickenschwingung einer zweiten Ausführungs- form eines Ultraschallschwingers zu einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt; Fig.4a, 4b eine simulierte Dickenschwingung einer dritten Ausführungs- form eines Ultraschallschwingers zu einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt; Fig.5a-5c eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht ei- ner vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultra- schallschwingers; Fig.6 eine Vorderansicht des Ultraschallschwingers der Fig.5 mit an- geschlossenen Ultraschall-Erregungseinrichtungen; Fig.7a-7d eine Draufsicht, eine Seitenansicht, eine Vorderansicht und eine perspektivische Draufsicht einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers; Fig.8a, 8b eine simulierte Dickenschwingung einer sechsten Ausführungs- form eines Ultraschallschwingers zu einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt; 13 UMG-10429a-22 12.10.2023 Fig.9a, 9b eine simulierte Dickenschwingung der sechsten Ausführungs- form gemäß der Fig.8a, 8b zu zwei Zeitpunkten, dargestellt mit einem angeschlossenen Booster; Fig.10 eine Draufsicht auf eine siebte Ausführungsform eines Ultra- schallschwingers; Fig.11 eine Draufsicht auf eine achte Ausführungsform eines Ultra- schallschwingers; Fig.12 eine Draufsicht auf eine neunte Ausführungsform eines Ultra- schallschwingers; Fig.13 eine Seitenansicht des Ultraschallschwingers der Fig.1 mit un- terseitig angeordneten Werkzeugen und stromabwärts angeord- neten Abzugsrollen; Fig.14 eine Seitenansicht des Ultraschallschwingers der Fig.7 mit un- terseitig angeordneten Transportrollen, und Fig.15 eine Seitenansicht des Ultraschallschwingers der Fig.7 mit un- terseitig angeordneter Gegendruckplatte und stromabwärts an- geordneten Abzugsrollen. In den Fig.1a-1c ist ein erfindungsgemäßer Ultraschallschwinger 1 in Drauf- sicht, Seitenansicht und Vorderansicht dargestellt. Der Ultraschallschwinger 1 ist aus einem Stück Metall in Form eines Quaders hergestellt, vorzugs- weise aus Aluminium und gemäß vorteilhafter Alternativen aus Stahl oder Ti- tan. Er weist keine Schlitze oder vollständig umschlossene Ausnehmungen auf, die im Stand der Technik insbesondere zur Unterdrückung von Transver- salwellen eingesetzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallschwin- 14 UMG-10429a-22 12.10.2023 ger 1 treten jedoch in dieser Hinsicht aufgrund seines grundsätzlichen an- dersartigen geometrischen Aufbaus, insbesondere der Abstimmung der Di- cke auf die halbe Wellenlänge ^/2, keine das Schwingungsverhalten stören- den Transversalwellen auf. Der Ultraschallschwinger 1 weist eine Dicke D in Dickenrichtung DR, eine Länge L in Längenrichtung LR und eine Breite B in Breitenrichtung BR auf. Vorliegend beträgt die Dicke D des in der Fig.1 dargestellten Ultraschall- schwingers 1 ^/2 und die Länge L 2 _* ^. Allgemein beträgt gemäß der Erfin- dung die Dicke D m _* ^/2, mit m als einer natürlichen ungeraden Zahl, und die Länge (L) n _* ^/2, mit n als einer natürlichen Zahl größer oder gleich 2. Die Breite B des Ultraschallschwingers 1 der Fig.1 liegt bei 9/2 _* ^. Die genannte Wellenlänge ^ wird hierbei in Längenrichtung LR des Ultraschallschwingers 1 betrachtet. ^ ist hierbei die Wellenlänge, bei welcher der Ultraschallschwin- ger 1 – bei entsprechender Anregung – harmonisch in Form einer Longitudi- nalwelle zu schwingen vermag, die sich als Dickenschwingungen widerspie- geln (s. hierzu auch weiter unten). Alle Maße des Ultraschallschwingers 1 der Fig.1 sind nach dem Vorgesag- ten auf die halbe Wellenlänge ^/2 oder ein Vielfaches von ^/2 ausgelegt, nämlich die Dicke D auf ^/2, die Länge L auf 2 _* ^ und die Breite B auf 9/2 _* ^. Die besagte Wellenlänge ^ beträgt vorzugsweise zwischen 180 mm und 240 mm, so dass also ^/2 zwischen 90 und 120 mm liegt. Die Breite B des Ultra- schallschwingers beläuft sich vorteilhafterweise auf mindestens 100 mm, vor- zugsweise mindestens 500 mm, beispielsweise mindestens 1000 mm oder mindestens 2000 mm. Die Fig.2 zeigt eine Vorrichtung 50 mit einem Ultraschallschwinger 1 und ei- nem mit Ultraschallschwinger 1 verbundenen Ultraschallkonverter 12, der seinerseits an eine Spannungsversorgung 10 angeschlossen ist. Weiterhin 15 UMG-10429a-22 12.10.2023 ist vorliegend ein Booster 14 zwischen den Ultraschallkonverter 12 und den Ultraschallschwinger 1 geschaltet, um die vom Konverter 12 bereitgestellte Amplitude zu verstärken und sie an den Ultraschallschwinger 1 weiterzulei- ten. Ein solcher Booster 14 ist allerdings nicht zwingend vorhanden. Die Anregungsfrequenz wird vorteilhafterweise im Bereich zwischen 19 und 22 kHz gewählt für eine Wellenlänge ^ im Bereich von 90 und 120 mm und zwar so, dass sich die erfindungsgemäßen harmonischen Schwingungen einstellen. Der Booster 14 ist hierbei an der Anschlussstelle 14a am Ultraschallschwin- ger 1 angekoppelt (s.a. Fig.1a), die von dessen Längsrand 1a (d.h. dem sich in Längenrichtung LR erstreckenden Rand des Ultraschallschwingers 1) ^/2 und von dessen Breitenrand 1b (d.h. dem sich in Breitenrichtung BR erstre- ckenden Rand des Ultraschallschwingers 1) ^ beabstandet ist. Allgemein ist der Abstand der Anschlussstelle 14a zum Breitenrand und zum Längenrand jeweils mit ^/4 oder einem Vielfachen davon gewählt. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 50 lediglich einen einzigen Ultra- schallkonverter 12, der demgemäß – hier über den Booster 14 – an die Ober- seite des Ultraschallschwingers 1, alternativ an dessen Unterseite, angekop- pelt ist. Die erfindungsgemäßen Ultraschallschwinger 1 schwingen in Form von Di- ckenschwingungen mit über die Länge L des Ultraschallschwingers 1 im We- sentlichen in Breitenrichtung BR konstanten Schwingungsamplituden. Diese Schwingungsmerkmale sind beispielsweise in den Fig.3a und 3b zu sehen, bei denen in einer dreidimensionalen Computer-Simulation die Dicken- schwingungen einer zweiten Ausführungsform eines Ultraschallschwingers 1 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten dargestellt sind. Bei dieser Simulation wurde die Dicke D des Ultraschallschwingers 1 mit ^/2, die Länge mit 9/2* ^ 16 UMG-10429a-22 12.10.2023 und die Breite mit 2 _* ^ + 5% angesetzt. Wie aus den Fig.3a und 3b zu sehen ist, sind in Breitenrichtung BR keine Schwingungsknoten vorhanden; die Schwingungsamplitude ist bei jedem Längenabschnitt (entlang der Längen- richtung LR) in Breitenrichtung BR im Wesentlichen gleich groß. Die Anzahl der Schwingungen in Längenrichtung LR beträgt in Übereinstimmung mit der gewählten Länge L des Ultraschallschwingers 4,5* ^ bzw.9/2* ^. In den Fig.4a und 4b ist in einer rechnerischen Simulation eine dritte Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers 1 mit einer Dicke von ^/2, einer Länge L von 3/2 _* ^ und einer Breite von 9/2 _* ^ dargestellt. Auch hier ist – beispielhaft anhand zweier unterschiedlicher Zeitpunkte – zu sehen, dass bei einer Anregung des Ultraschallschwingers in Längenrichtung LR Di- ckenschwingungen, die auch als sich in Längenrichtung LR erstreckende harmonische Longitudinalwellen bezeichnet werden, angeregt werden, bei denen die jeweilige Amplitude in Breitenrichtung BR im Wesentlichen kon- stant sind. Eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallschwin- gers 1 ist in den Fig.5a-5c dargestellt. Dieser Ultraschallschwinger 1 weist einen ersten und einen zweiten Quaderabschnitt 2, 3 auf, die an ihren einan- der zugewandten Breitseiten 2a, 3a einstückig aneinander angrenzen und je- weils eine Breite B2 bzw. B3 aufweisen. Diese beiden Breiten B2 und B3 be- tragen vorliegend jeweils 9/4* ^ (allgemein: (n* ^/2 + ^/4) mit n als einer natürli- chen Zahl). Die Besonderheit ist hier, dass die beiden Quaderabschnitte 2, 3 in Breitenrichtung BR zueinander versetzt angeordnet sind, wobei die in Brei- tenrichtung BR jeweils überstehenden Quaderteilabschnitte 2‘, 3‘ eine Breite B2, B3 von ^/4 (allgemein: m* ^/4 mit m als einer natürlichen ungeraden Zahl) aufweisen. Die beiden Breiten B2, B3 müssen hierbei nicht identisch sein, sind es aber vorliegend. Die Gesamtbreite B des Ultraschallschwingers 1 be- trägt demnach 5/2 _* ^. Die Länge der beiden Quaderabschnitte 2, 3 beträgt je- weils ^/2, sodass die Länge L des Ultraschallschwingers 1 ^ beträgt. 17 UMG-10429a-22 12.10.2023 In der Fig.6 ist, ähnlich der Fig.2, eine Ankopplung eines mit einer Span- nungsquelle 10 verbundenen Ultraschallkonverters 12, unter Zwischenschal- tung eines Boosters 14, an einer Anschlussstelle 14a des Ultraschallkonver- ters 1 dargestellt. Die Anschlussstelle 14a ist 3/4 _* ^ von dem Längsrand des Quaderabschnitts 2 entfernt. Der gewählte Abstand der Anschlussstelle 14a zum Breitenrand und zum Längenrand beträgt jeweils ^/4 oder ein Vielfaches davon. In den Fig.7a-7d ist eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers 101 dargestellt. Hierbei sind zwei Blockabschnitte 8 in Längenrichtung LR hintereinander angeordnet, wobei jeder Bockabschnitt 8 aus einem Ultraschallschwinger 1 gemäß der Fig.6 mit jeweils zwei Quader- abschnitten 2, 3 besteht. Zwei solcher Blockabschnitte 8 schließen bei der Ausführungsform der Fig.6 in Längenrichtung LR aneinander an. Auch der Ultraschallschwinger 101 gemäß der Fig.7 weist das erfindungsgemäße Schwingungsverhalten in Dickenrichtung vor, also insbesondere die Abwe- senheit von Schwingungsknoten in Breitenrichtung BR. In den Fig.8a und 8b sind, wiederum in einer dreidimensionalen Computer- Simulation, die Dickenschwingungen einer sechsten Ausführungsform eines Ultraschallschwingers 101 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten dargestellt. Der Ultraschallschwinger 101 der Fig.8 ist prinzipiell so aufgebaut wie derje- nige der Fig.7, d.h. er besteht ebenfalls aus zwei Blockabschnitten 8. Bei diesem Ultraschallschwinger 101 wurde die Dicke D mit ^/2, die Länge L mit 2* ^ und die Breite B mit 9/2* ^ angesetzt. Wie schon bei den Ausführungsfor- men der Fig.3 und 4, sind in den Fig.8a und 8b in Breitenrichtung BR keine Schwingungsknoten vorhanden, d.h. die Schwingungsamplitude ist an jeder Stelle entlang der Längenrichtung LR in Breitenrichtung BR im Wesentlichen gleich groß. Die Anzahl der Schwingungen in Längenrichtung LR beträgt ent- sprechend der gewählten Länge L des Ultraschallschwingers 2* ^. 18 UMG-10429a-22 12.10.2023 In den Fig.9a und 9b ist in einer leicht perspektivischen Ansicht der Ultra- schallschwinger 101 der Fig.8a und 8b mit einem angeschlossenen Booster 14 dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Booster 14 an einer Anschluss- stelle 14a des Ultraschallschwingers 101 ansetzt, welcher die maximale Schwingungsamplitude besitzt (vgl. Fig.9a und Fig.9b). In den Fig.10-12 sind eine siebte, achte und neunte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers 201 dargestellt. Die siebte Aus- führungsform der Fig.10 besteht aus zwei gleichen, in Längenrichtung LR aufeinander folgenden und in Breitenrichtung BR miteinander verbundenen Blockabschnitten 8, wobei jeder Blockabschnitt 8 seinerseits aus zwei Qua- derabschnitten 2, 3 aufgebaut ist (vgl. Fig.7). Der Unterschied zu der Aus- führungsform der Fig.7 besteht darin, dass die beiden Quaderabschnitte 2, 3 jeweils eine Breite B4, B5 von n* ^/2 besitzen, mit n als einer natürlichen Zahl, wobei der Quaderabschnitt 3 den angrenzenden Quaderabschnitt 2 an sei- nen beiden Enden in Breitenrichtung um jeweils einen Quaderteilabschnitt 3‘ der Breite ^/4 (allgemein m _* ^/4 mit m als einer natürlichen ungeraden Zahl) überragt. Die Länge jedes Quaderabschnitts 2, 3 beträgt ^/2 und somit die Länge des Ultraschallschwingers 201 insgesamt 2* ^, während seine Breite B der Breite B5 entspricht und somit 7/2* ^ beträgt. Die Dicke D des Ultraschallschwingers 201 ist beispielsweise ^/2, was bevorzugt ist, oder 3/2* ^. Ein erfindungsgemäßer, vorliegend nicht dargestellter Ultraschallschwinger kann auch nur aus einem Blockabschnitt 8, wie er in Fig.10 dargestellt ist, bestehen. Die achte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallschwingers 201 gemäß der Fig.11 weist drei Quaderabschnitte 3, 2, 3 auf, wobei der – in Längenrichtung LR gesehen – vordere und hintere Quaderabschnitt 3 19 UMG-10429a-22 12.10.2023 identisch ausgebildet sind. Diese beiden Quaderabschnitte 3 überragen den mittleren Quaderabschnitt 2 an ihren jeweiligen beiden Enden in Breitenrich- tung BR um jeweils einen Quaderteilabschnitt 3‘ der Breite ^/4 (allgemein m* ^/4 mit m als einer natürlichen ungeraden Zahl). Die Länge jedes Quader- abschnitts 2, 3 beträgt vorliegend ^/2 und somit die Länge des Ultraschall- schwingers 201 insgesamt 3/2* ^, während seine Breite B insgesamt 7/2* ^ be- trägt. Die Dicke D des Ultraschallschwingers 201 ist beispielsweise ^/2 oder 3/2* ^. Die neunte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallschwin- gers 201 gemäß der Fig.12 weist ebenfalls drei einstückig aneinander an- grenzende Quaderabschnitte 2, 3, 2 auf, wobei der – in Längenrichtung LR gesehen – vordere und hintere Quaderabschnitt 2 identisch ausgebildet sind. Der mittlere Quaderabschnitt 3 überragt hierbei an seinen jeweiligen beiden Enden die beiden Quaderabschnitte 2 in Breitenrichtung BR um jeweils einen Quaderteilabschnitt 3‘ der Breite ^/4 (allgemein: m* ^/4 mit m als einer natürli- chen ungeraden Zahl). Die Länge jedes Quaderteilabschnitts 2, 3 beträgt vorliegend ^/2 und somit die Länge des Ultraschallschwingers 201 insgesamt 3/2* ^, während seine Breite B insgesamt 7/2* ^ beträgt. Die Dicke D des Ultra- schallschwingers 201 ist beispielsweise ^/2 oder 3/2* ^. In der Fig.13 ist ein mit einem Ultraschallkonverter 12 verbundener Ultra- schallschwinger 1, der vorliegend gemäß der Fig.1 ausgebildet ist, gegen- über zwei ortsfesten Werkzeugen 26 angeordnet (Spannungsquelle 10 und ggf. Booster 14 sind nicht wiedergegeben), wobei dieses Werkzeug 26 bei- spielsweise in einem Prägewerkzeug, einem Stempel, einem Erosionswerk- zeug oder einer oder mehreren Schweißspitzen oder -kanten endet. Vorlie- gend ist das freie Ende jedes der beiden Werkzeuge 26 als Stempel 27 aus- gebildet und der Unterseite des Ultraschallschwingers 1 zugewandt. Eine Materialbahn M wird in Transportrichtung T zwischen dem Ultraschallschwin- 20 UMG-10429a-22 12.10.2023 ger 1 und den beiden Werkzeugen 26 hindurchgeführt, dort mittels der Stem- pel 27 bearbeitet und von einem stromabwärts angeordneten Abzugsrollen- paar 24 aus dieser Arbeitszone abgezogen. Mittels des Abzugsrollenpaars 24 wird auch die Führung der Materialbahn M entlang der gesamten Vorrich- tung 50 realisiert. In der Fig.14 ist eine Vorrichtung 50 zum Verbinden zweier Materialbahnen M1 und M2 gezeigt. Ein erfindungsgemäßer Ultraschallschwinger 101, der vorliegend gemäß der Fig.7 ausgebildet ist, wird (mittels eines nicht gezeig- ten Ultraschallkonverters 12) zum Schwingen in Dickenrichtung angeregt, wie es beispielsweise in den Fig.3a, 3b gezeigt ist. Als Gegenwerkzeug ist vorliegend eine Transporteinrichtung 20, bestehend aus vier in Transportrich- tung T hintereinander angeordneten Transportrollen 20a, vorgesehen, die zwei Funktionen übernehmen. Zum einen versetzt der Ultraschallschwinger 101 an jeder Transportrolle 20a und unter Einwirkung von deren Gegendruck die beiden Materialbahnen M1, M2 in Schwingungen und verschweißt sie miteinander; zum anderen dienen die Transportrollen 20a zum aktiven Hin- durchführen der beiden Materialbahnen M1, M2 und der resultierenden Ge- samtbahn GM. In der Fig.15 bildet eine Gegenplatte 22 ein Werkzeug, das sich über die ge- samte Länge des Ultraschallschwingers 101 erstreckt, der vorliegend ent- sprechend der Ausführungsform der Fig.7 ausgebildet ist. In der Gegen- platte 22 können auch Löcher vorhanden sein (Lochblech), damit Dampf oder Flüssigkeiten aus dem Raum zwischen dem Ultraschallschwinger 101 und der Gegenplatte 22 entweichen kann. Somit können zwei übereinander zugeführte Materialbahnen M1, M2 über eine sehr große Länge miteinander zu einer Gesamtbahn GM verschweißt werden, die vorliegend wiederum mit einem Abzugsrollenpaar 24 abgezogen werden. 21 UMG-10429a-22 12.10.2023 Entsprechend ausgerüstete erfindungsgemäße Vorrichtungen lassen sich insbesondere zum Verbinden mindestens zweier Materialbahnen, zum Ver- festigen, zum Trocknen, insbesondere zum Trocknen von Leim oder Kleber, zum Prägen oder Glätten mindestens einer Materialbahn, zum Erwärmen, Filtern, Stofftrennen, zur Auftrennung von chemischen Verbindungen, zum Klärschlammreinigen, zur Klärschlammauftrennung, und zum Umwandeln von mechanischer in elektrische Energie, insbesondere mittels Piezowand- lern, einsetzen.

22 UMG-10429a-22 12.10.2023 Bezugszeichen 1 Ultraschallschwinger 1a Längsrand 1b Breitenrand 2 erster Quaderabschnitt 2‘ erster Quaderteilabschnitt 2a Breitseite 3 zweiter Quaderabschnitt 3‘ zweiter Quaderteilabschnitt 3a Breitseite 8 Blockabschnitt 10 Spannungsversorgung 12 Ultraschallkonverter 14 Booster 14a Anschlussstelle für den Ultraschallkonverter oder den Booster 20 Transporteinrichtung 20a Transportrollen 22 Gegenplatte 24 Abzugsrollenpaar 26 Werkzeug 27 Stempel 50 Vorrichtung 101 Ultraschallschwinger 201 Ultraschallschwinger L Länge des Ultraschallschwingers LR Längenrichtung B Breite des Ultraschallschwingers BR Breitenrichtung D Dicke des Ultraschallschwingers DR Dickenrichtung M Materialbahn M1 erste Materialbahn M2 zweite Materialbahn GM Gesamtbahn T Transportrichtung