DE1303771C2

DE1303771C2 - Koppelschwinger zur ultraschallvernebelung von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1303771C2
Application number: DE19671303771D
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-06-23
Filing date: 1967-06-23
Publication date: 1973-09-20
Also published as: DE1303771B

Description

Die Erfindung bezieht sich au! einen Koppelschwinger zur Ultraschallvemebelung von Flüssigkeiten mit einem einseilig gestuften Geschwindigkeitstransformator, an dessen breitem Ende ein schwingungserregendes Element befestigt i^ct, dessen axiale Abmessung klein im Vergleich zu derjenigen des Gesamtsystems ist und dessen verjüngtes Ende eine die Flüssigkeit abnebelnde Platte aufweist.

Bei einem bekannten Schwinger dieser Art (USA.-Patentschrift 3 214 101, Fig. 1) besteht das Antriebssystem aus zwei symmetrisch zu einer gemeinsamen Elektrode angeordneten schwingungserregenden Elementen. Ferner befindet sich an der von der Elektrode abgelegenen Seite des zweiten schwingungserregenden Elementes eine Gegenmasse, die mechanisch an dem einseitig gestuften Geschwindigkeitstransformator befestigt ist. Bei diesem Koppelsichwinger ist die axiale Abmessung jedes schwingungserregenden Elementes klein im Vergleich zu derjenigen des Gesamtsystems. Diese bekannte Anordnung ist verhältnismäßig aufwendig, weil sie aus zwei gekoppelten Massen besteht, die eine Schrauboder Klemmvorrichtung benötigen, um die Belastung in der Verbindungsstelle (Druckbauch) durch eine hohe mechanische Vorspannung zu kompensieren.

Es wurde nun gefunden, daß die symmetrische Anordnung zweier schwingungserregender Elemente und zweier mit ihnen verbundenen und aneinander befestigten Massen zur Erzielung einer hohen Vernehelungsleistung nicht erforderlich ist, sondern daß es genügt, wenn nur ein schwingungserregendes Element, der einseitig gestufte Geschwindigkeitstransformator und die abnebelnde Platte vorhanden sind, vorausgesetzt, daß das Gesamtsystem so bemessen ist, daß es als Halbwellenresonator schwingt und der Durchmesser der abnebelnden Platte größer ist als der des verjüngten Endes des Geschwindigkeitstransformators.

Auch der Schwinger gemäß USA.-Patentschrift 3 066232 zeigt den gleichen Nachteil eines verhältnismäßig hohen mechanischen Aufwandes durch die Kombination von zwei piezoelektrischen Oszülatoren, die durch eine Frontplatte und Rückplatte mit kräftigen Schrauben auf eine Vorspannung gebracht werden. Eine Verstärkung der Schwingungen durch einen Amplitudentransformator ist hier nicht vorgesehen.

ίο Eine derartige Verstärkung zeigt allerdings der Schwinger gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 099 239, bei welchem die Vernebelung der Flüssigkeit an der Spitze des Geschwindigkeitstransformators stattfindet. Jedoch haben eingehende Untersuchungen ergeben, daß bei diesem Schwinger die Anpassung an die Schallkennimpedanz der zu vernebelnden Flüssigkeit außerordentlich schlecht d. h. die Verrtebelungsrate viel zu gering ist. Außerdem zeigten Untersuchungen, daß die unerwünschte Koagulation der erzeugten Nebeltröpfchen bei diesem Vorgehen stark begünstigt wird, weil durch die Vernebelung über eine sehr kleine Fläche die Nebeldkhi·· sehr groß wird.

Alle diese Nachteile vermeidet der eingangs ange-

»5 gebcne Koppelschwinger zur Ultraschallvemebelung von Flüssigkeiten erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Das Gesamtsystem besteht nur aus dem einen schwingungserregendcn Element, dem Geschwindigkeitstransformator und der abnebelnden Platte;

b) das Gesamtsystem schwingt als Halbwellenresonator;

c) der Durchmesser der abnebelnden Platte ist größer als derjenige des verjüngten Endes des

Geschwindigkeitstransformators.
Da jedoch eine derartige Platte eine träge Masse darstellt, die die Schwingungsamplitude herabsetzt, kann es besonders zweckmäßig sein, die Abmessungen der Platte so zu wählen, daß sie auf Biegeresonanz abgestimmt ist. Ebenfalls ist nicht unbedingt eine scharfe Abstufung erforderlich, sondern es kann auch eine in bekannter Weise stetige Verjüngung vorgesehen sein.

In der Figur ist mit 1 ein schwingungserregendes Element, beispielsweise eine Scheibe aus Quarz, Bariumtitanat, Bleizirkonat oder einem anderen bekannten piezoelektrischen oder -keramischen Material bezeichnet. Dieses schwingungseiregende EIement ist auf einen Körper aus gut schalleitendem Material, beispielsweise Aluminium oder Titan, geklebt, der von einem großen Durchmesser 2 auf einen kleinen Durchmesser 3 abgestuft ist. Ein derartiger »Geschwindigkeitstransformator« transformiert in bekannter Weise die Amplitude der im dicken Ende erregten Ultraschallschwingung im Quadrat des Verhältnisses der beiden Durchmesser hinauf, so daß am dünnen Ende eine erheblich größere Amplitude als im dickeren Ende entsteht.

Es ist bekannt, derartige Geschwindigkeitstransformatoren, deren Gesamtlänge eine halbe Wellenlänge beträgt, mit Schwingungserregem zu verbinden, deren Länge selbst wiederum eine halbe Wellenlänge beträgt, so daß der Geschwindigkeitstransformator mit dem Schwingungserreger in Resonanz ist. Versuche haben nun gezeigt, daß für kleine Belastungen, wie sie bei der Zerstäubung von Flüssigkeilen auftreten, eim; derartige Anordnung von verhältnis-

mäßig langer Bauweise und großem Bedarf an schwingungserregendem Material nicht erforderlich ist, sondern daß man vielmehr das dickere Ende, welches bei den bisher bekannten Geschwindigkeitstransformatoren eine viertel Wellenlänge beträgt, ein Stück kürzen und dieses durch schwingungserregendes Material ersetzen kann, so daß genuJJ der Figur nunmehr die Gesamtlänge einschließlich des schwingungserregenden Elementes nur eine halbe Wellenlänge beträgt. Diese Bauweise ist bedeutend einfaeher und erfordert einen wesentlich geringeren Aufwand für das schwingungserregende Element. Links in der Figur ist die Bewegungsamplitude des Kcppelschwingers angedeutet. Man erkennt, daß die Kittstelle des schwingungserregenden Elementes 1 ange- nähert im Bewegungsbauch und somit im Druckknoten der Anordnung liegt. Das hat zur Folge, daß diese Stelle mechanisch verhällnismäßig wenig belastet und die Kittverbindung nur wenig beansprucht wird. Die kleine Amplitude Λ wird auf die größere Amplitude A' herauftransformiert. Mit 4 ist die!abliebelnde Platte bezeichnet, die, wie bereits beschneben, auf Biegeresonanz abgestimmt sein kann. Bei 5 erkennen wir die elektrischen Zuleitungen zum Schwingungskörper bzw. zur metallischen Belegung der piezokeramischen Platte 1.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, den erfindungsgemäßen Koppelschwinger gemäß der Figur _in der genannten Weise zu stufen sondern die Stufung kann auch stetig durch eine für Geschwindigkeitstransformatoren bekannte Verjüngung erfolgen. Derartige Verjüngungen können exponentiell, nach einer GauWschen Funktion oder nach Art des Foner-Transformators erfolgen. Ebenfalls sind Kathenoid-Verjüngungen oder ein einfacher Konus fur derartige Zwecke bekanntgeworden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Koppelschwinger zur Ultraschallvemebelung von Flüssigkeiten mit einem einseitig gestuften Geschwindigkeitstransformator, an dessen breitem Ende ein schwiagungserregendes Element befestigt ist, dessen axiale Abmessung klein im Vergleich zu derjenigen des Gesamtsystems ist und dessen verjüngtes Ende eine die Flüssigkeit abnebelnde Platte aufweist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Das Gesamtsystem (1,2,3,4) besteht nur aus dem einen schwingungserregendcn Element (I), dem Geschwindigkeitstransformator (2,3) und der abnebelnden Platte (4);

b) das Gesamtsystem schwingt als Halbwe'ilcnre^onator;

c) der Durchmesser der abnebeindcn Fiaitc ist größer als derjenige des verjüngten Endes des Geschwindigkeitstransformators.

2. Koppelschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flüssigkeit abnebelnde Platte auf Biegeresonanz abgestimmt ist.