DE3816567A1 - ULTRASONIC DEVICE - Google Patents

Abstract

For the purpose of inducing ultrasonic oscillations in a liquid in a container, ultrasonic oscillators are fixed on the outside of the wall serving as a membrane. Due to localised cavitation erosion this wall becomes untight, which leads to the destruction of the entire device. In order to prevent this it is proposed to attach a mounting ring on the ultrasonic oscillator near to the oscillation node, which mounting ring permits the ultrasonic oscillator to be inserted into the container so that it acts directly on the liquid with its sound-emitting cone, it being possible for the end faces of the sound-emitting cones to dip into the liquid at a distance of lambda/4 for the purpose of completely irradiating the liquid acoustically. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten von Ultraschallschwingungen in eine Flüssigkeit mit­ tels Ultraschallschwingern, die am Boden (der Wan­ dung) eines Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind und als lambda/2-Schwinger aus zwei im Gegentakt schwin­ genden piezoelektrischen Platten bestehen, die einer­ seits mit einem schallabstrahlenden Kegel und anderer­ seits mit einem Gegengewicht verbunden sind.The invention relates to a device for introducing of ultrasonic vibrations in a liquid ultrasonic vibrators that are on the floor (the Wan dung) a liquid container are arranged and as a lambda / 2 transducer from two push-pulls ing piezoelectric plates, which one  on the one hand with a sound-emitting cone and others are connected to a counterweight.

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere bei der Ultraschallreinigung benötigt, wobei die in einem ultraschallerregten Flüssigkeitsbad auftretenden ho­ hen Zug- und Druckkräfte, insbesondere der Mechanis­ mus der Kavitation, eine sehr gute Reinigung der ein­ getauchten Werkstücke bewirken. Das Einleiten der Ultraschallschwingungen wird bei bekannten Vorrichtun­ gen dieser Art dadurch bewirkt, daß die Ultraschall­ schwinger mit ihrem schallabstrahlenden Kegel auf eine Wandung beziehungsweise den Boden eines solchen Flüssigkeitsbehälters aufgeklebt werden und dadurch diese Wandung beziehungsweise den Boden in Schwingun­ gen versetzen, die (der) wiederum diese Schwingungen an die Flüssigkeit weitergibt. Derartige Reinigungs­ bäder haben sich insbesondere für kompliziert ge­ formte Werkstücke bewährt, werden jedoch auch mit Vorteil bei feinmechanischen Aggregaten angewendet.Such devices are used in particular in the Ultrasonic cleaning is required, which in one ultrasonic liquid bath occurring ho hen tensile and compressive forces, especially the mechanism mus cavitation, a very good cleaning of the one cause submerged workpieces. The initiation of Ultrasonic vibrations are used in known devices gen caused by the fact that the ultrasound vibrates with its sound-emitting cone a wall or the bottom of such Liquid container are stuck on and thereby this wall or the floor in vibration against these vibrations passes on to the liquid. Such cleaning Baths have been especially designed for complicated ge shaped workpieces are proven, but are also included Advantage applied to fine mechanical units.

Die zu reinigenden Werkstücke beziehungsweise die Werkstücke, auf die die Ultraschallschwingungen ein­ wirken sollen, werden hierbei nur eine kurze Zeit­ dauer diesen Ultraschallschwingungen ausgesetzt. Die Kavitationswirkung ist daher durch diese Zeitdauer dosierbar. Dies trifft jedoch nicht für die Wandung des Flüssigkeitsbehälters zu, die steter Kavitations­ wirkung ausgesetzt ist. Hierdurch kommt es zu einem "Kavitationslochfraß", der dazu führt, daß nach eini­ ger Zeit die Behälterwandung undicht wird. Der Kavita­ tionslochfraß macht sich selbstverständlich insbeson­ dere an der Wandung bemerkbar, an der der Ultraschall­ geber aufgesetzt ist. Diese Wandung wirkt als schall­ übertragende Membrane, muß also die gesamten Kräfte, die letztendlich auch zu der Kavitation führen, über­ tragen. Wird diese Membrane jedoch undicht, gelangt Feuchtigkeit zu den auf die Wandung aufgeklebten Ultraschallgebern, womit ein Lösen dieser Ultraschall­ schwinger und damit eine Zerstörung der Anlage verbun­ den ist. Eine dickere Membrane, die diesen Kavita­ tionslochfraß hinauszögern würde, ist nicht einsetz­ bar, da mit der Dicke der Membrane die abgegebene Schalleistung beziehungsweise der Wirkungsgrad der gesamten Einrichtung deutlich zurückgeht.The workpieces to be cleaned or the Workpieces on which the ultrasonic vibrations will only work for a short time permanently exposed to these ultrasonic vibrations. The Cavitation effect is therefore through this period of time meterable. However, this does not apply to the wall  of the liquid container, the constant cavitation effect is exposed. This leads to one "Cavitation pitting", which leads to the fact that after a time the container wall is leaking. The Kavita Of course, pitting pits itself in particular noticeable on the wall, on which the ultrasound donor is attached. This wall acts as a sound transmitting membrane, so the total forces, which ultimately lead to cavitation, too wear. However, if this membrane leaks, Moisture to those glued to the wall Ultrasound transducers, which is a solution to this ultrasound vibrator and thus combined destruction of the system that is. A thicker membrane that this Kavita postponing pitting is not used bar, since with the thickness of the membrane the dispensed Sound power or the efficiency of the entire facility declines significantly.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzuge­ ben, die diesen Kaviationslochfraß an den Flüssig­ keitsbehälter-Wandungen beziehungsweise der Membrane vermeidet. Erreicht wird dies in erfindungsgemäßer Weise dadurch, daß die Ultraschallschwinger mittels eines Halterings gehalten sind, der nahe der piezo­ elektrischen Platte mit dem schallabstrahlenden Kegel verbunden ist und daß sie mittels dieses Halterings direkt oder über eine das Gegengewicht umgebenden Büchse in den Flüssigkeitsbehälter eingefügt sind.The object of the invention is to provide a device ben, this cavitation pitting on the liquid container walls or the membrane avoids. This is achieved in the invention Way in that the ultrasonic transducer by a retaining ring are held, which is close to the piezo electrical plate with the sound radiating cone is connected and that by means of this retaining ring  directly or via one surrounding the counterweight Liner are inserted in the liquid container.

Nicht mehr also wie bisher werden die Ultraschall­ geber mit ihrem schallabstrahlenden Kegel auf eine Wandung, die Membrane, des Flüssigkeitsbehälters auf­ geklebt, sondern sie werden so in den Flüssigkeits­ behälter eingefügt, daß der schallabstrahlende Kegel direkt in die Flüssigkeit hineinragt. Die sich dann selbstverständlich auch einstellende Kavitation wird nunmehr nicht die Membrane beziehungsweise die Wan­ dung des Flüssigkeitsbehälters abtragen, sondern den schallabstrahlenden Kegel. Der schallabstrahlende Kegel besteht jedoch aus massivem Metall, so daß der durch die Kavitation bewirkte Abtrag am schallabstrah­ lenden Kegel in der Praxis vernachlässigbar ist. Mög­ lich ist diese besondere Halterung des Ultraschall­ gebers dadurch, daß sich bei den piezoelektrischen Platten ein Schwingungs-Knotenpunkt bildet mit der Schwingungsamplitude null; die maximale Schwingungs­ amplitude ergibt sich an der Stirnfläche des schallab­ strahlenden Kegels. Wird der Haltering, wie nach der Erfindung angegeben, am Fußpunkt des schallabstrahlen­ den Kegels, dort wo er an der piezoelektrischen Platte anliegt, angebracht, so liegt dieser Haltering noch in der Nähe des Knotenpunktes, also an einer Stelle, wo der schallabstrahlende Kegel nur mit ge­ ringer Schwingungsamplitude schwingt. Dieser Halte­ ring wird dadurch zwar auch noch zum Schwingen ange­ regt, jedoch mit einer ganz geringfügigen Amplitude, so daß dort auch kaum Kaviationseinwirkungen zu be­ fürchten sind. Die erwünschte Schallübertragung an die Flüssigkeit jedoch wird praktisch nicht beein­ trächtigt, da diese nun direkt über den schallab­ strahlenden Kegel erfolgt.The ultrasound are no longer the same as before with their sound-emitting cone on one Wall, the membrane, the liquid container glued, but they are so in the liquid container inserted that the sound radiating cone protrudes directly into the liquid. That then self-adjusting cavitation now not the membrane or the tub remove the liquid container, but the sound-emitting cone. The sound radiating However, the cone is made of solid metal, so that the ablation caused by cavitation on the sound radiation lumbar cone is negligible in practice. Poss Lich this special holder of the ultrasound donor in that the piezoelectric Plate forms a vibration node with the Vibration amplitude zero; the maximum vibration amplitude results on the front surface of the schallab radiant cone. If the retaining ring, as after the Invention specified, at the base of the sound radiation the cone where it connects to the piezoelectric Plate is attached, attached, so this retaining ring still close to the node, i.e. at one Where the sound-emitting cone is only with ge  ringer vibration amplitude vibrates. This stop ring is thereby also made to vibrate stimulates, but with a very slight amplitude, so that there are hardly any effects of cavitation are afraid. The desired sound transmission however, the liquid is practically unaffected pregnant, since this now directly over the sound radiant cone occurs.

Da auf diesen schallabstrahlenden Kegel nicht nur die Kavitation einwirkt, sondern auch die möglicherweise in der Flüssigkeit vorhandenen korrodierenden Chemika­ lien, wird nach der Erfindung weiterhin vorgeschla­ gen, daß der schallabstrahlende Kegel aus korrosions­ festem Material ist.Because not only that on this sound-emitting cone Cavitation, but also possibly Corrosive chemicals present in the liquid lien, is further proposed according to the invention gene that the sound radiating cone from corrosion solid material.

Eingefügt werden kann der Ultraschallgeber in erfin­ dungsgemäßer Weise dadurch, daß der schallabstrah­ lende Kegel, wie nach der Erfindung vorgeschrieben, nahe der piezoelektrischen Platte in die Behälterwan­ dung, die dann als "Halterung" dient, eingefügt be­ ziehungsweise an dieser Stelle mit der Behälterwan­ dung verschweißt wird. Selbstverständlich kann auch ein bereits mit dem schallabstrahlenden Kegel ver­ schweißter Haltering in die Behälterwandung, als Teil dieser Wandung, eingeschweißt werden. Hierbei kann auch der Haltering einstückig mit dem schallabstrah­ lenden Kegel sein. The ultrasound generator can be inserted in invent according to the manner in that the sound emission loin cone, as prescribed by the invention, near the piezoelectric plate in the container wall dung, which then serves as a "bracket" inserted at this point with the container wall is welded. Of course you can too a ver already with the sound radiating cone welded retaining ring in the container wall, as part this wall, are welded. Here can also the retaining ring in one piece with the sound radiation lumbar cone.  

Die weitere Möglichkeit, die allerdings etwas raum­ aufwendiger ist, ist durch die Erfindung dadurch gege­ ben, daß das Gegengewicht von einer Büchse umgeben ist, die durch einen Boden unterseitig bis auf eine Öffnung für die Schwingerzuleitungen verschlossen werden kann. Dadurch ist eine Vorrichtung gegeben, die durch eine bodenseitig abdichtende Schraubverbin­ dung auf die Innenwandung des Flüsigkeitsbehälters aufgeschraubt werden kann, wodurch also der gesamte Ultraschallschwinger sich abgedichtet in der Flüssig­ keit befindet und unmittelbar auf die Flüssigkeit ein­ wirken kann. Diese Vorrichtung hat zudem noch den Vorteil, daß bei Ausfall eines Ultraschallschwingers ein Austausch dieses Schwingers unschwer möglich ist.The other possibility, however, is some space is more complex, is thereby by the invention ben that the counterweight is surrounded by a can is that through a bottom underside except for one Opening for the transducer feed lines closed can be. This provides a device by a screw connection that seals at the bottom on the inner wall of the liquid container can be screwed on, making the whole Ultrasonic transducer sealed in the liquid located and immediately on the liquid can work. This device also has the Advantage that if an ultrasonic transducer fails an exchange of this transducer is easily possible.

Mit der Kapselung des gesamten Ultraschallgebers ist jedoch noch ein weiterer Vorteil verbunden. Es ist jetzt nämlich möglich, die in den Flüssigkeitsbehäl­ ter hineinragenden schallabstrahlenden Kegel unter­ schiedlich weit in den Flüssigkeitsbehälter hineinra­ gen zu lassen, wodurch die Ausbildung stehender Wel­ len in der Flüssigkeit vermieden wird. Dies insbeson­ dere dann, wenn einem weiteren Erfindungsmerkmal nach die Stirnflächen der schallabstrahlenden Regel je­ weils mit einer Differenz von lambda/4 in die Flüssig­ keit eintauchen. "Tote Zonen", die nicht beschallt werden, werden auf diese Art und Weise mit Sicherheit vermieden.With the encapsulation of the entire ultrasound generator however, there is another advantage associated. It is now namely possible in the liquid container protruding sound cone below differently into the liquid container letting what the formation of standing world len in the liquid is avoided. This in particular the other if after another feature of the invention the end faces of the sound radiating rule each because with a difference of lambda / 4 in the liquid immerse yourself. "Dead zones" that are not exposed to sound will, for sure avoided.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der er­ findungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing are exemplary embodiments of the device according to the invention shown, namely demonstrate:

Fig. 1 einen Ultraschallschwinger mit Haltering im Schnitt und Fig. 1 shows an ultrasonic transducer with a retaining ring in section and

Fig. 2 einen Ultraschallschwinger mit Büchse. Fig. 2 shows an ultrasonic transducer with a sleeve.

Der Ultraschallgeber nach Fig. 1 besteht aus den bei­ den im Gegentakt schwingenden piezoelektrischen Plat­ ten (1, 2), zwischen denen eine Elektrode (3) als Spannungszuführung eingefügt ist. An die beiden piezo­ elektrischen Platten (1, 2) schließen sich einerseits ein Gegengewicht (4) und andererseits ein schallab­ strahlender Kegel (5) an. Mittels einer Schraube (6) sind alle diese Teile zusammengehalten.The ultrasonic sensor according to Fig. 1 consists of the piezoelectric at the swinging in push-pull Plat th (1, 2) between which an electrode (3) is inserted as a voltage supply. On the one hand, a counterweight ( 4 ) and, on the other hand, a cone ( 5 ) radiating from the sound are connected to the two piezoelectric plates ( 1 , 2 ). All these parts are held together by means of a screw ( 6 ).

Nahe der Auflagefläche des schallabstrahlenden Kegels (5) an die piezoelektrische Platte (2) ist an den schallabstrahlenden Kegel (5) ein Haltering (7) angedreht, der zum Einfügen des Ultraschallschwingers in einen Flüssigkeitsbehälter dient. Dieser Haltering kann in den Ultraschallbehälter eingeschweißt oder sonstwie an ihn angebracht werden so, daß der schall­ abstrahlende Kegel (5) in die Flüssigkeit hineinragt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Behälter­ wandung mit einer solchen Öffnung zu versehen, die ein Einschweißen entsprechend der Verbindung durch den Haltering (7) erlaubt. Near the contact surface of the sound-emitting cone ( 5 ) on the piezoelectric plate ( 2 ), a retaining ring ( 7 ) is screwed onto the sound-emitting cone ( 5 ), which is used to insert the ultrasonic vibrator into a liquid container. This retaining ring can be welded into the ultrasound container or otherwise attached to it in such a way that the sound-emitting cone ( 5 ) projects into the liquid. Of course, it is also possible to provide the container wall with such an opening, which allows welding according to the connection through the retaining ring ( 7 ).

Fig. 2 zeigt den gleichen Schwinger, eingefügt in ei­ ne Büchse (8). Auch hier findet sich wieder die glei­ che Befestigung des schallabstrahlenden Kegels (5) mittels eines umfassenden Halteringes (17), der bei dieser Darstellung einstückig mit der Büchse (8) ver­ bunden ist. Die Büchse (8) umschließt den gesamten restlichen Teil des Ultraschallschwingers und ist unterseitig durch einen Boden (9) mit Schraubstut­ zen (10) abgeschlossen. Durch den Schraubstutzen (10) werden nicht nur die Zuleitungen zu dem Ultraschall­ schwinger hindurchgeführt, sondern es wird damit auch der gesamte Ultraschallschwinger an einer Behälter­ innenwandung unter Zwischenlage einer Dichtung be­ festigt. Dadurch ist nicht nur der empfindliche Schwingerteil vollkommen gegen Eindringen von Flüssig­ keit geschützt, sondern auch ein Auswechseln des Schwingers unschwer möglich. Fig. 2 shows the same transducer, inserted in egg ne box ( 8 ). Again, there is the same fastening of the sound-emitting cone ( 5 ) by means of a comprehensive retaining ring ( 17 ), which is integrally connected to the bushing ( 8 ) in this illustration. The sleeve ( 8 ) encloses the entire remaining part of the ultrasonic vibrator and is closed on the underside by a base ( 9 ) with screw socket ( 10 ). Through the screw connector ( 10 ) not only the leads to the ultrasonic vibrator are passed, but it is also the entire ultrasonic transducer on a container inner wall with the interposition of a seal be fastened. As a result, not only is the sensitive part of the oscillator completely protected against the ingress of liquid, but also an easy replacement of the oscillator.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Einleiten von Ultraschallschwin­ gungen in eine Flüssigkeit mittels Ultraschallgebern, die am Boden (der Wandung) eines Flüssigkeitsbehäl­ ters angeordnet sind und als lambda/2-Schwinger aus zwei im Gegentakt schwingenden piezoelektrischen Platten bestehen, die einerseits mit einem schallab­ strahlenden Kegel und andererseits mit einem Gegen­ gewicht verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallgeber mittels eines Halterin­ ges (7) gehalten sind, der nahe der piezoelektrischen Platte (2) mit dem schallabstrahlenden Kegel (5) ver­ bunden ist und daß sie mittels dieses Halterings (7) direkt oder über eine das Gegengewicht (4) umgebenden Büchse (8) in den Flüssigkeitsbehälter eingefügt sind.1. Device for introducing ultrasonic vibrations into a liquid by means of ultrasonic sensors, which are arranged on the bottom (of the wall) of a liquid container and as a lambda / 2 oscillator consist of two push-pull oscillating piezoelectric plates, which on the one hand have a cone radiating sound and on the other hand, are connected to a counterweight, characterized in that the ultrasound transmitters are held by means of a holder ( 7 ) which is connected to the sound-emitting cone ( 5 ) near the piezoelectric plate ( 2 ) and that they are held by means of this retaining ring ( 7 ) are inserted into the liquid container directly or via a sleeve ( 8 ) surrounding the counterweight ( 4 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schallabstrahlende Kegel (5) aus korrosions­ festem Material ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the sound-emitting cone ( 5 ) is made of corrosion-resistant material. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (7) die Flüssigkeitsbehälter- Wandung ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the retaining ring ( 7 ) is the liquid container wall. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (7) einstückig mit dem schallab­ strahlenden Kegel (5) verbunden ist. 4. The device according to claim 1, characterized in that the retaining ring ( 7 ) is integrally connected to the sound cone radiating ( 5 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (8) einstückig mit dem Haltering (7) verbunden ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the sleeve ( 8 ) is integrally connected to the retaining ring ( 7 ). 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (8) durch einen Boden (9) unterseitig bis auf eine Öffnung für die Zuleitungen verschlossen ist.6. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 8 ) is closed on the underside by a bottom ( 9 ) except for an opening for the feed lines. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Büchse (8) bodenseitig abdichtende Schraub­ verbindungen (10) angebracht sind.7. The device according to claim 6, characterized in that on the sleeve ( 8 ) sealing screw connections ( 10 ) are attached on the bottom. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallgeber so in den Flüssigkeitsbehäl­ ter eingefügt sind, daß die Stirnflächen der schall­ abstrahlenden Kegel (5) mit dem Abstand von lambda/4 in die Flüssigkeit eintauchen.8. The device according to claim 1, characterized in that the ultrasonic transducer are inserted ter in the liquid container that the end faces of the sound-emitting cone ( 5 ) with the distance of lambda / 4 immerse in the liquid.