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Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Konverter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Anregen zweier Resonanzen eines daran anzuschließenden oder angeschlossenen Stab- oder Rohrschwingers. Ein solcher Ultraschall-Konverter umfasst ein Konverter-Oberteil mit mindestens einem piezokeramischem Wandler zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen bei geeigneter elektrischer Anregung und ein Konverter-Unterteil mit einem Koppelelement, welches Koppelelement einerseits mit dem Wandler in Wirkverbindung steht und andererseits zum Anschließen des Stab- oder Rohrschwingers ausgebildet ist, um die Ultraschall-Schwingungen an den Stab- oder Rohrschwinger zu übertragen. Das Konverter-Oberteil und das Konverter-Unterteil sind axial hintereinander angeordnet.
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Zudem betrifft die Erfindung eine Ultraschall-Schwinganordnung aus einem Ultraschall-Konverter und einem daran angeschlossenen Stab-/Rohrschwinger.
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Nachfolgend sei kurz auf das Grundprinzip von sogenannten Stab- oder Rohrschwingern eingegangen, mit denen sich die vorliegende Erfindung beschäftigt:
Ein aus dem Stand der Technik bekannter, klassischer Ultraschall-Konverter führt eine longitudinale Schwingung aus, wenn die dort vorhandenen piezokeramischen Wandler in geeigneter Weise elektrisch angeregt werden. „Longitudinal” bedeutet in diesem Zusammenhang eine Schwingung in Richtung der Konverter-Längsachse. Eine axiale Länge des Konverters entspricht dabei einer halben Wellenlänge der beabsichtigten (Grund-)Frequenz. Der Konverter selbst besteht aus zwei Hälften oder Teilen, die jeweils die Länge einer Viertelwellenlänge haben: die eine Hälfte (das Konverter-Oberteil) setzt sich aus dem piezokeramischen Wandler (oder piezokeramischem Paket) und einer hinteren Druckmasse zusammen, welche Druckmasse zur Vorspannung des genannten Pakets dient. Zweckmäßigerweise ist in diesem Zusammenhang noch ein geeignetes Vorspannmittel (Schraube) vorgesehen. Die andere Hälfte (das Konverter-Unterteil) ist im Wesentlichen ein massives Metallteil, welches die durch den Wandler angeregten Schwingungen an einen angeschlossenen Schwinger oder Strahler, bzw. eine Sonotode weiterleitet.
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Die longitudinale Amplitude an einer unteren Koppelfläche des Unterteils ist entscheidend für die Anregung des angeschlossenen Strahlers. Neben einer entsprechenden longitudinalen Grundresonanz bei einer entsprechenden Grundresonanzfrequenz besitzt ein klassischer Konverter weitere Resonanzen bei höheren Frequenzen, die sich jedoch nicht zur Anregung des Strahlers eignen, weil keine ausreichende Longitudinalamplitude an der Koppelfläche vorliegt und zu hohe Verluste durch unerwünschte Schwingungsanteile auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Ultraschall-Konverter und eine hierauf basierende Ultraschall-Schwinganordnung anzugeben, welche die vorstehend genannten Nachteile überwindet und die Anregung eines Strahlers bei wenigstens einer weiteren, höheren Frequenz ermöglicht, so dass ein Mehrfrequenzbetrieb, speziell ein Zweifrequenzbetrieb, ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ultraschall-Konverter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Ultraschall-Schwinganordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Die jeweiligen Unteransprüche bilden die Erfindungsgegenstände in vorteilhafter Weise weiter.
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Erfindungsgemäß ist ein Ultraschall-Konverter zum Anregen zweier Resonanzen eines daran anzuschließenden oder angeschlossenen Stab- oder Rohrschwingers, aufweisend: ein Konverter-Oberteil mit wenigstens einem piezokeramischen Wandler zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen bei geeigneter elektrischer Anregung; und ein Konverter-Unterteil mit einem Koppelelement, welches Koppelelement einerseits mit dem Wandler in Wirkverbindung steht und andererseits zum Anschließen des Stab- oder Rohrschwingers ausgebildet ist, um die Ultraschallschwingungen an den Stab- oder Rohrschwinger zu übertragen; welches Konverter-Oberteil und welches Konverter-Unterteil axial hintereinander angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass in dem Koppelelement ein Hohlraum vorgesehen ist zum Verstärken einer Radialkomponente einer Ultraschallschwingung bei einer höheren Frequenz als einer Grundschwingungsfrequenz des Konverters, welcher Hohlraum zu einer dem Konverter-Oberteil abgewandten Stirnseite des Konverter-Unterteils hin öffnet.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschall-Schwinganordnung umfasst wenigstens einen erfindungsgemäßen Ultraschall-Konverter und einen daran angeschlossenen Stab- oder Rohrschwinger.
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Dadurch, dass in dem Koppelelement des erfindungsgemäßen Ultraschall-Konverters ein Hohlraum vorgesehen ist, lässt sich die Radialkomponente einer Ultraschallschwingung bei einer höheren Frequenz als der Grundschwingungsfrequenz oder Grundresonanzfrequenz des Konverters gezielt verstärken, wodurch der angestrebte Mehrfrequenzbetrieb ermöglicht wird.
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Eine erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Konverters sieht vor, dass eine Tiefe des Hohlraums zwischen etwa 30% und etwa 60% einer Länge des Konverter-Unterteils in axialer Richtung beträgt, vorzugsweise etwa 40% bis etwa 50%, höchst vorzugsweise etwa 45%.
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Im Zuge einer zweiten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Konverters kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass ein lichter Durchmesser des Hohlraums zwischen etwa 50% und maximal etwa 90% eines Außendurchmessers des Konverter-Unterteils quer zu der axialen Richtung beträgt, vorzugsweise etwa 60% bis etwa 80%, höchst vorzugsweise etwa 70%.
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Auf diese Weise ergibt sich eine besonders effiziente Verstärkung der Radialkomponente der Schwingung des Unterteils durch den dort vorgesehenen Hohlraum. Eine stärkere Radialschwingung speziell im mittleren Bereich des Unterteils führt zu einer hohen longitudinalen Amplitude an der Koppelfläche, so dass die Schwingung entsprechend gut an den Strahler übertragen wird.
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Der genannte Hohlraum kann in Form einer Bohrung, speziell einer Sacklochbohrung, in dem Konverter-Unterteil ausgebildet sein, die sich vorzugsweise entlang dem Konverter-Längsachse erstreckt.
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In an sich bekannter Weise kann in Form einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Konverters vorgesehen sein, dass das Konverter-Oberteil neben dem Wandler, der vorzugsweise mehrere piezokeramische Scheiben oder Elemente nebst Anschlusselektroden umfasst, zumindest noch einen Druckmasse und ein Vorspannmittel aufweist, wobei Wandler, Druckmasse und Vorspannmittel axial hintereinander angeordnet sind.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Konverters sieht vor, dass eine axiale Länge des Konverter-Unterteils und eine axiale Länge des Konverter-Oberteils in einem Verhältnis von im Wesentlichen etwa 2:1 stehen. Auf diese Weise lässt sich bei entsprechender Weiterbildung der Erfindung auch erreichen, dass trotz des Hohlraums in dem Konverter-Unterteil die erste Grundresonanz bei der gleichen Frequenz und der gleichen Schwingungsform verbleibt, wie nach dem klassischen Design. Zu diesem Zweck ist allerdings das Unterteil länger als im klassischen Design auszubilden. Vorteilhafterweise kann deshalb im Speziellen weiter vorgesehen sein, dass eine axiale Länge des Konverter-Oberteils im Wesentlichen etwa 1/6 einer longitudinalen Grundwellenlänge des anzuschließenden oder angeschlossenen Stab- oder Rohrschwingers bei der Grundschwingungsfrequenz beträgt, und dass eine axiale Länge des Konverter-Unterteils im Wesentlichen etwa 2/6 einer longitudinalen Grundwellenlänge des anzuschließenden oder angeschlossenen Stab- oder Rohrschwingers bei der Grundschwingungsfrequenz beträgt.
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Beim klassischen Design war dagegen vorgesehen, dass beide Längen im Wesentlichen genau 1/4 der longitudinalen Grundwellenlänge betragen.
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Im Zuge einer wieder anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Konverters kann noch vorgesehen sein, dass der Hohlraum im Bereich seiner Öffnung eine umlaufende Schulter und einen erweiterten lichten Durchmesser aufweist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine Druckverteilung über die Koppelflächen von Konverter und Strahler auch im Randbereich der Koppelfläche für einen ausreichend hohen Druck sorgt, so dass auch dort eine einwandfreie Schallübertragung gewährleistet ist, weil für einen angestrebten Mehrfrequenzbetrieb gerade dieser Randbereich besonders wichtig ist.
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Wieder eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Konverters sieht vor, dass das Konverter-Unterteil im Wesentlichen, mit Ausnahme des Hohlraums, als ein massives Metallteil ausgebildet ist, vorzugsweise in Titan oder einem vergleichbaren Metall.
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Zum Verbinden mit dem eigentlichen Stab- oder Rohrschwinger bzw. Strahler kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Konverter-Unterteil im Bereich des Hohlraums ein Innengewinde aufweist, welcher unmittelbar zum Einschrauben des Stab- oder Rohrschwingers oder zum Einschrauben eines Verbindungselements zum Anschließen des Stab- oder Rohrschwingers dient.
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Eine entsprechende erste Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ultraschall-Schwinganordnung sieht vor, dass der Stab- oder Rohrschwinger einen axialen Vorsprung aufweist, mit dem er zu Verbindungszwecken in den Hohlraum im Konverter-Unterteil oder in ein dort eingebrachtes, vorzugsweise eingeschraubtes Verbindungselement eingreift, insbesondere eingeschraubt ist.
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Eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ultraschall-Schwinganordnung sieht dagegen vor, dass der Stab-/Rohrschwinger eine axiale Gewindebohrung aufweist, in die ein an dem Konverter-Unterteil vorgesehener axialer Gewindevorsprung eingeschraubt ist. Dieser Gewindevorsprung kann seinerseits an einem in den Hohlraum im Konverter-Unterteil eingebrachten, vorzugsweise eingeschraubten Verbindungselement vorgesehen sein.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ultraschall-Schwinganordnung sieht vor, dass das Verbindungselement den Hohlraum im Konverter-Unterteil auch im eingebrachten bzw. eingeschraubten Zustand nur teilweise ausfüllt, so dass auch im Betrieb der Ultraschall-Schwinganordnung ein Hohlraum im Konverter-Unterteil verbleibt, was die weiter oben ausführlich beschriebenen Vorteile mit sich bringt.
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Das Verbindungselement kann im Zuge einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ultraschall-Schwinganordnung zumindest teilweise hülsenartig ausgebildet sein und in seinem in dem Hohlraum befindlichen Abschnitt seinerseits einen Hohlraum aufweisen, der auch bei angeschlossenem Stab-/Rohrschwinger im Wesentlichen frei bleibt. Dies ist gleichbedeutend damit, dass das Verbindungselement den Hohlraum im Konverter-Unterteil nur teilweise ausfüllt, worauf bereits hingewiesen wurde.
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Alternativ liegt es jedoch auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, den Stab-/Rohrschwinger bzw. Strahler stoffschlüssig oder in sonstiger Weise an dem Konverter zu befestigen.
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Vorliegend wird demnach ein Mehrfrequenzbetrieb oder speziell ein Zweifrequenzbetrieb des Stab-/Rohrschwingers dadurch ermöglicht, dass eine zweite, in einem geeignet ausgebildeten Stab oder Rohr bereits vorhandene Resonanz mit demselben Konverter angeregt wird, wie die eingangs beschriebene longitudinale Grundresonanz. Der Konverter ist zu diesem Zweck derart ausgebildet, dass er neben der longitudinalen Grundresonanz noch wenigstens eine weitere Resonanz aufweist, die an seiner unteren Koppelfläche (Stirnseite oder Stirnfläche des Konverter-Unterteils) eine für die Anregung des Stabs oder Rohrs ausreichend hohe Longitudinalamplitude aufweist. Die Frequenz dieser zweiten Resonanz kann – je nach Durchmesser des Konverters – zwischen etwa dem 1,5-fachen und dem 2-fachen der longitudinalen Grundfrequenz betragen. Die Form der Resonanz setzt sich aus radialen und longitudinalen Schwingungsanteilen zusammen.
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Wie bereits weiter oben verdeutlicht wurde, besteht ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung darin, die Radialkomponente der Schwingung des Unterteils durch den dort vorgesehenen Hohlraum (Bohrung) zu verstärken. Auf vorteilhafte Tiefen- und Durchmesserabmessungen des Hohlraums bzw. der Bohrung wurde weiter oben bereits hingewiesen. Eine verstärkte Radialschwingung im Bereich des Konverter-Unterteils – speziell in dessen mittlerem Bereich – führt zu einer hohen longitudinalen Amplitude an der Koppelfläche, die entsprechend an den Strahler oder Schwinger übertragen werden kann, um den angestrebten Mehrfrequenzbetrieb zu ermöglichen.
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Um trotz des Hohlraums die erste Grundresonanz bei der gleichen Frequenz und Schwingungsform zu behalten, wie dies nach dem Stand der Technik bekannt ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Konverter-Unterteil länger als beim klassischen Design auszubilden. Die Längenaufteilung zwischen Oberteil und Unterteil erfolgt im Verhältnis 1:2, worauf weiter oben bereits detailliert hingewiesen wurde.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
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1 zeigt zwei verschiedene Ultraschall-Schwinganordnungen, wobei einerseits der Strahler aus einem Vollmaterial und andererseits der Strahler aus einem Rohrmaterial gebildet ist (Stab- bzw. Rohrschwinger);
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2 zeigt einen Ultraschall-Konverter gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
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3 zeigt ein Verbindungselement zum Verbinden beispielsweise des Konverters aus 2 mit einem Strahler (aus Vollmaterial); und
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4 zeigt ein anderes Verbindungselement zum Verbinden beispielsweise des Konverters aus 2 mit einem Strahler (Rohrstrahler).
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1 zeigt in einer rechten und einer linken Teilabbildung jeweils eine erfindungsgemäße Ultraschall-Schwinganordnung, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Die Ultraschall-Schwinganordnung 1 umfasst einen Ultraschall-Konverter 2, auf den nachfolgend anhand von 2 genauer eingegangen wird, so dass die einzelnen Bestandteile des Ultraschall-Konverters 2 in 1 nicht näher bezeichnet sind. Der Ultraschall-Konverter (oder kurz: Konverter) 2 ist mit einem sogenannten Strahler 3 bzw. 3' verbunden, wobei der Strahler 3 in der linken Teilabbildung aus einem Vollmaterial gebildet ist, während der Strahler 3' im rechten Teil der Abbildung aus einem Rohrmaterial besteht. Der Strahler 3, 3' endet in an sich bekannter Weise in einer Spitze 4, worauf vorliegend nicht genauer einzugehen ist. Der Konverter 2 und der Strahler 3 bzw. 3' sind bei einer Kontaktfläche 5 miteinander verbunden und stehen in flächiger Anlage, so dass durch den Konverter 2 erzeugte Ultraschallschwingungen in den Strahler 3 bzw. 3' einkoppelbar sind, worauf noch genauer eingegangen wird.
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2 zeigt eine detailliertere Darstellung des Konverters 2 gemäß 1. Er setzt sich zusammen aus einem Konverter-Oberteil (oder kurz: Oberteil) 2a, welches Oberteil eine Länge LO aufweist, sowie aus einem Konverter-Unterteil (oder kurz Unterteil) 2b, welches Unterteil 2b eine Länge LU aufweist. Das Oberteil 2a umfasst Vorspannmittel in Form einer Vorspannschraube 2aa, eine (hintere) Druckmasse 2ab und einen piezokeramischen Wandler 2ac, der aus einer Abfolge von piezokeramischen Scheiben 2ad und Anschlusselektroden 2ae gebildet ist, wie sich der 2 entnehmen lässt. Ein solcher Aufbau des Konverter-Oberteils 2a ist dem Fachmann an sich bekannt. Der piezokeramische Wandler 2ac dient zum Erzeugen von (mechanischen) Ultraschallschwingungen nach Maßgabe einer geeigneten elektrischen Anregung. Diese Ultraschallschwingungen werden auf das Konverter-Unterteil 2b übertragen.
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Das Konverter-Unterteil 2b umfasst im Wesentlichen ein sogenanntes Koppelelement 2ba, an dem bei Bezugszeichen 2bb ein an sich bekannter Montageflansch oder dergleichen angeordnet ist. Das Koppelelement 2ba dient dazu, den in 1 gezeigten Stab- oder Rohrschwinger bzw. -strahler 3, 3' anzuschließen und die genannten Ultraschallschwingungen an den Stab- oder Rohrschwinger zu übertragen.
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Wie sich der 2 weiterhin entnehmen lässt, ist in dem Koppelelement 2ba ein Hohlraum 2bc in Form einer Sacklochbohrung vorgesehen, die zu einer mit dem Bezugszeichen 2bd bezeichneten Stirnseite oder Stirnfläche des Konverters 2 bzw. des Unterteils 2b hin öffnet. Der genannte Hohlraum 2bc weist im Wesentlichen eine Tiefe TH und einen lichten Öffnungsdurchmesser DH auf. Der Außendurchmesser des Unterteils 2b ist mit dem Bezugszeichen DU bezeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung gilt einerseits: 0,5 DU ≤ DH ≤ 0,9 DU. Andererseits gilt: 0,3 LU ≤ TH ≤ 0,6 LU.
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Im Bereich seiner Öffnung an der Stirnseite 2bd weist der Hohlraum 2bc eine umlaufende Stufe 2be verbunden mit einer Vergrößerung seines lichten Durchmessers im Bereich 2bf auf.
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Der Hohlraum 2bc kann im Bereich seiner Seitenwände ein (Innen-)Gewinde (nicht gezeigt) aufweisen, auf dessen Funktion weiter unten noch genauer eingegangen wird.
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Auch auf die Funktion der Stufe oder Schulter 2be bzw. des vergrößerten Hohlraum-Durchmessers bei Bezugszeichen 2bf wird weiter unten noch genauer eingegangen.
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3 zeigt in zwei Teilabbildungen ein sogenanntes Verbindungselement 6, welches dazu dient, einen Strahler, insbesondere den Strahler 3 gemäß 1, mit dem Konverter 2 gemäß 1 oder 2 zu verbinden. Das Verbindungselement 6 ist nach Art einer Hülse mit Außengewinde 6a und innerer Bohrung 6b ausgebildet und weist an seiner geschlossenen Stirnseite 6c einen axialen Vorsprung 6d auf, an dem ebenfalls einer Außengewinde 6e vorgesehen ist. Ein Durchmesser des Vorsprungs 6d ist kleiner als ein (Außen-)Durchmesser des restlichen Hülsenteils und ist auf einen Durchmesser einer (nicht gezeigten) axialen Gewindebohrung in dem Strahler 3 abgestimmt, so dass der Strahler 3 auf den Vorsprung 6d aufgeschraubt werden kann. Mit dem Gewinde 6a wird das Verbindungselement 6 in ein entsprechendes (Innen-)Gewinde im Bereich des Hohlraums 2bc des Konverters 2 eingeschraubt, worauf weiter oben bereits hingewiesen wurde. Auf diese Weise lassen sich Strahler 3 und Konverter 2 (lösbar) miteinander verbinden, wobei der Strahler 3 zwecks Schwingungsübertragung mit seiner dem Konverter 2 zugewandten Stirnseite flächig im Bereich der Stirnseite 2bd des Konverters 2 (vgl. 2) anliegt. Innerhalb des Konverter-Unterteils 2b verbleibt zumindest der mit Bezugszeichen 6b bezeichnete Hohlraum im Inneren des Verbindungselements 6.
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4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Verbindungselements, welches dort mit dem Bezugszeichen 6' bezeichnet ist. Das Verbindungselement 6' ist in seinem oberen Teilabschnitt identisch zu dem Verbindungselement 6 gemäß 3 ausgebildet, d. h. mit Außengewinde 6a und innerem Hohlraum 6b. Allerdings erstreckt sich der Hohlraum 6b gemäß 4 durch das gesamte, hülsenartig ausgebildete Verbindungselement 6', welches in seinem unteren Teilabschnitt eine Vergrößerung des Außendurchmessers erfährt, so dass bei Bezugszeichen 6c' ein umlaufender Absatz oder eine umlaufende Stufe gebildet ist. Demgemäß weist das Verbindungselement 6' in dem genannten unteren Teilabschnitt ein Außengewinde 6e' mit einem gegenüber dem Gewinde 6a vergrößerten Gewindedurchmesser auf.
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Das Verbindungselement 6' gemäß 4 eignet sich zur Verwendung mit dem Rohrstrahler 3' gemäß der rechten Teilabbildung in 1. Wiederum wird vorzugsweise der Teilabschnitt mit dem Außengewinde 6a in ein entsprechendes Innengewinde im Bereich des Hohlraums 2bc des Konverters 2 (vgl. 2) eingeschraubt, während der untere Teilabschnitt mit dem Außengewinde 6e' dazu dient, den rohrförmigen Strahler 3', der über ein (nicht gezeigtes) entsprechendes Innengewinde verfügt, aufzuschrauben. Wiederum verbleibt im Inneren des Konverter-Unterteils 2b ein Hohlraum, der durch den Hohlraum 6b im Inneren des Verbindungselements 6' definiert ist.
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Insbesondere durch Verwendung des Konverters 2a gemäß 2 mit einem entsprechenden Verbindungselement 6, 6' gemäß 3 oder 4 in Verbindung mit einem jeweils geeigneten Strahler 3, 3' gemäß 1 lässt sich eine Ultraschall-Schwinganordnung schaffen, die für einen Betrieb an mehreren Frequenzen, speziell bei zwei verschiedenen Frequenzen, geeignet ist. In diesem Zusammenhang ist im Hinblick auf die axiale Länge LO des Konverter-Oberteils 2a im Verhältnis zur Länge LU des Konverter-Unterteils 2b vorgesehen, dass das Verhältnis LU:LO im Wesentlichen gerade 2:1 beträgt. In absoluten Zahlenwerten ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass LU etwa 2/6 einer Wellenlänge einer longitudinalen Grundschwingung des Konverters 2 entspricht, während LO gerade 1/6 der genannten Grundwellenlänge entspricht. Auf diese Weise weicht der in 2 gezeigte Konverter 2 deutlich vom „klassischen Design” ab, bei dem gilt: LU = LO = 1/4 Grundwellenlänge.
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Neben der unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschriebenen „Hülsenlösung” für das Verbindungselement liegen noch weitere Befestigungsmöglichkeiten im Rahmen der Erfindung. Beispielsweise kann der Strahler über eine Schweißverbindung oder eine sonstige stoffschlüssige Verbindung ohne Gewinde an dem Konverter 2 befestigt sein. Ein alternativer Lösungsansatz besteht in der Verwendung einer kurzen, nicht durchbohrten Koppelschraube.
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Die wesentliche Schallübertragung vom Konverter 2 an den Strahler 3 erfolgt – wie bereits ausgeführt – über die stirnseitige Koppelfläche bei Bezugszeichen 2bd in 2 (vgl. Bezugszeichen 5 in 1). Zwar überträgt auch die Innenoberfläche des Hohlraums 2bc (vgl. 2) über das Verbindungselement 6 gemäß 3 bzw. das Verbindungselement 6' gemäß 4 Schallschwingungen an den Strahler; hierbei handelt es sich jedoch nur um einen Randeffekt, während für die nutzbare Anregung des Strahlers allein die stirnseitige Koppelfläche ausschlaggebend ist.
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Gemäß der hier näher beschriebenen Ausführungsform sind Konverter 2 und Strahl 3, 3' zentral miteinander verschraubt. Wären die zusammenwirkenden Koppelflächen von Konverter 2 und Strahler 3, 3' plan, würde die Druckverteilung an den Koppelflächen von innen nach außen abnehmen. Da die erzeugte Ultraschallschwingung die gesamte Anordnung in Bewegung bringt, könnte dies dazu führen, dass am äußeren Rand die Kopplung zwischen Konverter 2 und Strahler 3, 3' nicht mehr stark genug ist, was eine effiziente Schallübertragung verhindern würde. Die weiter oben beschriebene, umlaufende Schulter bei Bezugszeichen 2be hat den Effekt, dass bei einer zentralen Verschraubung auch (oder vor allem) am Rand der Koppelfläche ein ausreichend hoher Druck herrscht und eine einwandfreie Schallübertragung gewährleistet ist, da bei dem vorgeschlagenen Konverter-Design gerade dieser Randbereich für die Funktionsweise und den Mehrfrequenzbetrieb ausschlaggebend ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005007056 A1 [0003]
- EP 0455837 A1 [0003]
- DE 3027533 A1 [0003]
- EP 1065009 A1 [0003]
