DE916593C

DE916593C - Ultraschallgeber

Info

Publication number: DE916593C
Application number: DEP54206A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Breuning
Original assignee: ULTRAKUST GERAETEBAU DR ING OS
Current assignee: ULTRAKUST GERAETEBAU DR ING OS
Priority date: 1949-09-08
Filing date: 1949-09-08
Publication date: 1954-08-12

Description

Ultrasdiallgeber Zur elektrisch mechanischen Energieumsetzung für die Erzeugung von Ultraschallschwingungen zu technischen oder therapeutischen Zweck-en sind Ultraschallgeber gebräuchlich, die auf piezoelektrischern Prinzip beruhen, Der Ultraschallgeber ist dabei meist so aufgebaut, daß sich innerhalb des Ultraschallgebergehäuses ein geeigneter Piezokristall, z. B. ein Schwingquarz, befindet und auf die Vorderseite des Ultraschallgebergehäuses, d. h. auf den sogenannten Ultraschallgeberkopf, arbeitet. Dem Piezoschwinger wi-rd #die elektrische Hochfrequenzenergie über zwei auf gegenüberliegenden Plattenflächen angebrachten Elektroden zugeführt.
Bei größeren Ultraschalleistungen liegen an den Elektroden des Piezokristalls verhältnismäßig hohe hochfrequente Wechselspannungen. Dadurch wird es notwendig, den Piezoschwinger vor allem an seinen Begrenzungsflächen besonders sorgfältig zu isolieren. Das die Begrenzungsflächeü, umgebende isolierende Medium muß dabei verschio&nen Beanspruchungen genügen. Hinsichtlich der Isolationsfestigkeit werden hier hohe Bedingungen gestellt, weiterhin, ist es aber auch notwendig, daß die Stoffe nur geringe dielektrische Verluste b-esitzen. Die bisher für diesen Zweck verwendeten Isoli,erstoffe sind' meist Isolieröle. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, feste Isolierstoffe, z. B. Kunstharze od. dgl., zu verwenden.
Die bekannt-en Isolierstoffe waren meist so gewählt, daß neben hoher Isolationsfestigkeit geringe dielektrische Verluste auftraten. Dabei ergaben sich jedoch verschiedene Nachteile. Bei flüssigen Isolierstoffen besteht die Gefahr zur Xavitationsbildung. Es wird dann aus ider Flüssigkeit Gas herausgeschlagen, so daß durch die Gasblasenbildung die Isolation der Begrenzung des Piezoscliwingers beeinträchtigt wird. Bei! festen Isolierstoffen, wie z. B. Kunstharzen od.,dgl., ergeben. sich gleichfalls Verschlechterungen der Isolationsfähigkeit. Dies hat seine Ursache darin, daß ein plattenförmiger Piezoschwinger nicht nur Schwingungen in der Richtung der im Piezokristall verlaufenden elektrischen Kraftlinien ausführt, sondern auch solche senkrecht zu dieser Richtung. Bei der Verwendung von festen Isolierstoffen tritt infolge der Radialschwingungen des Piezoschwingers eine Verlustdämpfung ein. Die Stoßfuge zwischen, Pitzoschwinger und Isoliermaterial ist sowohl elektrisch als auch schallmäßig, d. h. mechanisch ganz besonders hoch beansprucht. Dies führt leicht zu einer Ablösung der Verbindung der festen Isolierstoffe von dem Piezoschwinger, wodurch die Isolationswirkung- des festen Isolierstoffes aufgehoben wird.
Bei Verwendung von flüssigen Isolierstoffen, wie z. B. 01, besteht noch der Nachteil, daß der Behälter, in dem sich der Piezoschwinger und der flüssige Isolierstoff befinden, flüssigkeitsdicht ausgebildet sein muß. Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung beseitigt, die einerseits eine hochwertige Isolation des Piezoschwingers bewirkt, andererseits ein mechanisch einwandfreies Arbeiten bei einfachem Aufbau des Ultraschallgeibers gewähr16stet.
Die Erfindung besteht darin, daß an Stelle von flüssigen Isclierstoffen oder massiven festen Isol:ierrnaterialien Stoffe von fester, pulverförmiger Beschaffenheit verwendet sind. Solche pulverisierte feste Isolierstoffe sollen in erster Linie eine hohe Isolationsfestigkeit aufweisen, andererseits.niedrige dielcktrische Verluste besitzen. Hierzu sind. z. B. gepulverte Siliciumdioxydmaterialien oder andere dielektrisch hochwertige Substanzen geeignet. Der pulverisierte feste Isolierstoff kann mit Vorteil zusätzlich mechanisch un-ter Druck gehalten sein.
Um eine möglichst innige mechanische isolierende Verbindung des Pulvers mit dem Piezoschwinger zu erreichen, kann der Rand des Piezokristalls noch mit einer dünnen isolierenden Klebschicht versehen sein. Eine solche dünne, qu arzhaftende Isolierschicht kann z. B. aus einem Kunstharz bestehen. Ihre Stärke ist nur so gering bemessen, daß sieden mechanischen Schwingungen des Piezokri-stalls folgt, ohne dabei zusätzlich Dämpfungell hervorzurufen.
Zwischen den einzelnen kleinen Teilchen des pulverisierten festen Isolierstoffes befinden sich kleine Luftpolster, die in ihren Abmessungen, so gering sind und nicht miteinander zusammenhängen, daß dadurch die Isolationsfestigkeit nicht beeinträchtigt wird. Andererseits findet aber dadurch keine nennenswerte Ultraschallabstrahlung nach der Seite und nach hinten, hin statt. Bei Wahl von Materialien, die dielektrisch hochwertig sind, ist auch die Verlustwärmeentwicklung äußert gering. Die trotzdem im Isoliermaterial. im Schwingkristall und den benachbarten Teilen im Betrieb entstehende Wärme läßt sich al>,-r bei geeigneter Wahl des pulverisierten festen Isolierstoffes über denselben zusätzlich ableiten.
Es kann in manchen Fällen vorteilhaft sein, noch zusätzliche Maßnahmen anzuwenden, um die Isolationsfestigkeit im Betrieb auch unter ungünstigen Bedingungen aufrechtzuerhalten und gegebenenfalls noch zu verbessern. Zu diesem Zweck kann für einen zusätzlichen Feuchteschutz Sorge getragen werden, was sich z. B. durch dichten Abschluß des Ultraschallgebergehäuses erreichen läßt.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näh,#r erläutert werden. Die Figur zeigt ein Ausführungs-1),--ispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in schematischer Darstellung im Schnitt. Das Ultraschallgebergehäuses ist dabei mit i bezeichnet und enthält in seinem Innern den Pitzoschwinger 2. Die vordere Elektrode des Piezokristalls 2 wird durch die metallische Umhüllung des Ultraschallgebergehäuses i gebildet. Auf der Rückseite des Piezokri#stalls befindet sich,die Elektrode 3. Die beiden Elektrodenbeläge liegen an den Zuleitung,en 4 und 5, an denen eine hochfrequente Stromquelle angeschlossen werden kann. Der Piezokristall.2 ist in einen pulverisierten festen Isolierstoff 6 eingebettet. Dieser bewirkt eine Isolation der Randbegrenzung des Pitzoschwingers. Um eine besonders enge mechanische isolierende Verbindung des pulverisierten festen Isoli-erstoffes6 mit dem Schwinger 2 zu bewerkstelligen, ist zusätzlich noch der Rand des Schwingers 2 mit einer dünnen, quarzhaftenden Isolierschicht 7, z. B. aus Kunstharz, bestrichen. Der pulverisierte feste Isolierstoff 6 ist nach hinten mit einem Deckel 8 aus festem Isolierstoff angeschlossen. Dieser Deckel ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel federnd befestigt, so daß der pulverisierte feste Isolierstoff 6 dauernd unter einem gewi,ssen mechanischen Druck steht. Weiterhin ist der Deckel 8 so ausgebildet, daß er dicht abschließt und somit ein zusätzlicher Feuchteschutz für den pulverisierten festen Isolierstoff bewirkt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE-i. Ultraschallgeber mit einem im Innern eines Gebergehäuses. befindlichen, an der Vorderseite desselben anliegenden Piezokristall, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezokristall in einen pulverisierten festen Isolierstoff eingebettet ist.
2. Ultraschallgeber nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Piezokristalls mit einer dünn-en, quarzhaftend#n Isolierschicht -hersehen ist. 3. Ultraschallgeber nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß -die Isolierschicht durch ein Kunstharz gebildet ist. 4. Ultraschallgeber nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverisierte Isolierstoff von dielektrisch hochwertiger Beschaffenheit ist. 5. Ultraschallgeler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumdioxyd verwendet ist. 6. Ultraschallgeber nach Anspruch i bis: 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverisierte feste Isolierstoff mechanisch unter Druck ge- halten ist. 7. Ultraschallgeber nach Anspr-uch i bis 6, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Feuchtigkeitsschutz.