DE4436054C2

DE4436054C2 - Device, in particular resonator, for emitting ultrasound

Info

Publication number: DE4436054C2
Application number: DE19944436054
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Wimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-10
Filing date: 1994-10-10
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2014-10-11
Also published as: DE4436054A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, insbesondere einen Resonator, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device, in particular a resonator, according to the preamble of claim 1.

Eine solche Einrichtung ist aus der DE 30 27 533 A1 bekannt. Die Einrichtung weist einen Hohlkörper auf, der mit Flüssigkeiten gefüllt und als Rundstab oder als polygones, z. B. quadratisches oder rechteckiges Profil ausgebildet sein kann. Die Schwingungen weisen in der Längsachse des Resonators ein ganzzahliges Vielfaches der Länge λ/2 auf. Zur Erhöhung der Lebensdauer soll die Kavitation bei der radialen Abstrahlung der Schwingungen verringert werden.Such a device is known from DE 30 27 533 A1. The device has a hollow body with Liquids filled and as round bars or as polygons, e.g. B. square or rectangular Profile can be formed. The vibrations point an integer in the longitudinal axis of the resonator Multiples of the length λ / 2. To increase the The cavitation should last for the radial Radiation of the vibrations can be reduced.

Die EP 04 55 837 A1 beschreibt einen ähnlichen Ultraschallresonator, bei dem jedoch an beiden Stirnseiten ein Schallwandler angeordnet ist.EP 04 55 837 A1 describes a similar one Ultrasonic resonator, however, on both A sound transducer is arranged on the end faces.

In dem DE-GM 17 38 035 ist eine Schallinse beschrieben, deren wirksame Linsenoberflächen durch eine Druck änderung an elastischen Membranen zu verändern ist.DE-GM 17 38 035 describes a sound lens their effective lens surfaces by printing Change in elastic membranes is to be changed.

Aus der DE-PS 8 52 275 ist ein Schallübertrager zu ent nehmen, dessen Länge auf Resonanz, d. h. ein ganz zahliges Vielfaches von λ/2, abgestimmt ist. Die Stäbe können Flüssigkeitsstrecken verwenden und sind augenfällig gestuft.From DE-PS 8 52 275 a sound transmitter can be found take, the length of which resonates, d. H. a whole is a multiple of λ / 2. The Bars can use fluid lines and are obviously graded.

Ultraschall wird u. a. zum Zellaufschluß in der Biotechnologie, zur Trinkwasseraufbereitung und zur Abwasserbehandlung eingesetzt. Da rüber hinaus wird derzeit in einem vom BMFT geförderten Pilotprojekt untersucht, welches Potential der Einsatz von Ultraschall für gezielte chemische Reaktionen und Spaltung hochpolymerer Verbindungen bietet.Ultrasound is a. for cell disruption in biotechnology, for Drinking water treatment and used for wastewater treatment. There Beyond that is currently in a pilot project funded by the BMFT examines the potential of the use of ultrasound for targeted chemical reactions and cleavage of highly polymeric compounds offers.

Der Einsatz von Ultraschall im Wasser verursacht nicht nur im Me dium selbst, sondern auch an allen Grenzflächen Kavitationen. Dabei ist vor allem die Kavitation auf der Oberfläche des Schwingers und seine dadurch bewirkte eigene Zerstörung problematisch.The use of ultrasound in water causes not only in the me dium itself, but also cavitation at all interfaces. Here is above all the cavitation on the surface of the transducer and its own destruction caused thereby is problematic.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung, insbesondere einen Resonator als mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllten Hohlkörper, der durch ein eine Grenzfläche bildendes Element zur Kopplung mit einer in einem Behältnis befindlichen Flüssigkeit verschlossen ist, so zu schaffen, daß die Grenzfläche eine lange Lebensdauer aufweist.The invention has for its object a Device, in particular a resonator as filled with a second liquid Hollow body formed by an element forming an interface for coupling with one in a container Liquid is sealed so that the Interface has a long service life.

Bei der Lösung wird ein Schwinger so zu einer Begrenzungsfläche angeordnet, daß sich eine stehende Welle ausbildet. Von Vorteil ist dabei auch die An ordnung zweier Schwinger mit ihren Abstrahlflächen zueinander in einem Abstand, der einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellen länge entspricht, wobei die Anregung fallweise gleich- oder gegen phasig erfolgt, um eine stehende Welle zu erzeugen.When the solution is a Schwinger arranged to a boundary surface that forms a standing wave. The An is also an advantage order of two transducers with their radiation surfaces to each other a distance that is an integer multiple of half the waves length corresponds, whereby the excitation is sometimes the same or against in phase to generate a standing wave.

Vorteilhaft ist ebenso die konkave oder konvexe Ausformung der Grenzflächen, um die Schalleistung auszukoppeln. Diese Spiegel können aus Styropor oder aus auf einen Rahmen aufgespannte Folien gebildet werden, die eine Luftblase einschließen. Durch die praktisch vollständige Reflexion von Schallwellen an der Wasser-Folie- Luft-Grenzschicht bzw. die im Styropor befindliche Luft wird die Dämpfung minimiert.The concave or convex shape of the is also advantageous Interfaces to decouple the sound power. These mirrors can be made from styrofoam or from foils stretched onto a frame are formed that enclose an air bubble. Because of the practical complete reflection of sound waves on the water slide Air boundary layer or the air in the styrofoam damping is minimized.

Von Vorteil ist des weiteren, zwei Schwinger so zueinander anzu ordnen, daß sich zwischen ihnen eine stehende Welle ausbildet. In Weiterführung dieses Gedankens wird als Injektor ein Resonator mit paarweise entgegengesetzten seitlich angeordneten Anregungselementen vorgeschlagen. Dieser Hohlraumresonator kann mit einem flüssigen Medium gefüllt sein, das zur Kavitationsvermeidung einen höhe ren Siedepunkt als Wasser besitzt, was sich evtl. auch durch höheren Druck erreichen läßt. Die Abgrenzung zum Arbeitsmedium erfolgt zweckmäßigerweise durch eine auswechselbare Membran, die auch aus einer auf Vorratsspulen aufgewickelten Folie bestehen kann, die z. B. bei Verschleiß einfach weitergespult wird.It is also advantageous to connect two transducers to one another in this way order that a standing wave forms between them. In Continuing this idea, a resonator is used as an injector oppositely arranged laterally arranged excitation elements suggested. This cavity resonator can be used with a liquid Be filled with a medium to avoid cavitation has a boiling point than water, which may also be due to higher Pressure. The delimitation to the working medium takes place expediently by an interchangeable membrane, which is also made of a wound on supply spools can consist of z. B. is simply rewound when worn.

Von Vorteil kann des weiteren sein, mehrere Schwinger so anzuord nen, daß Interferenz entsteht, um die Anregungsleistung an gezielten Stellen zu erhöhen oder die Einzelleistung zu verringern.It can also be advantageous to arrange several transducers in this way NEN that interference arises in order to target excitation performance Increase positions or reduce individual performance.

Auch kann schließlich von Vorteil sein, wenn die Schwingungsanregung asymmetrisch verläuft. Durch eine schnelle positive Ausdehnung längs der Hauptabstrahlrichtung des Schwingers und eine relativ langsame Relaxation läßt sich ein günstigerer Schalldruck an der Abstrahlfläche gegenüber einer symmetrischen Anregung erzielen. Finally, it can also be advantageous if the vibration excitation runs asymmetrically. Through a quick positive expansion along the main radiation direction of the transducer and a relative slow relaxation can be a more favorable sound pressure at the Achieve radiation area compared to a symmetrical excitation.

Da zur Zeit keine Möglichkeit der Vermeidung unerwünschter Kavita tion bekannt ist, stellen die eingangs angeführten Einsatzgebiete, die mit Ultraschall in Wasser, wäßriger Lösung oder Flüssigkeit arbeiten, ein breites Anwendungsgebiet dar.As there is currently no way of avoiding unwanted cavita tion is known, the areas of application mentioned at the beginning those with ultrasound in water, aqueous solution or liquid work, is a wide area of application.

Die Verhinderung der Zerstörung oder die Verlängerung der Stand zeit der Schwinger minimiert kostentreibende Wartungs- und Still standzeiten.Preventing the destruction or extending the booth Zeit der Schwinger minimizes costly maintenance and downtime downtimes.

Nachfolgend wird die erfindungs gemäße Einrichtung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.Below is the Invention appropriate device explained with reference to the drawing.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform, Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform, Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform im Schnitt und Fig. 3 shows another embodiment in section and

Fig. 4 ein Weg-Zeit-Diagramm. Fig. 4 is a path-time diagram.

In Fig. 1 ist die Einrichtung im Prinzip dargestellt. Die beiden Schwinger 1 sind in dem mit Wasser 2 ge füllten Gefäß 3 in einem Abstand zueinander und zu den Gefäß wänden angeordnet, der die Ausbildung stehender Wellen erlaubt.In Fig. 1 the device is shown in principle. The two transducers 1 are arranged in the ge filled with water 2 vessel 3 at a distance from each other and to the vessel walls, which allows the formation of standing waves.

In Fig. 2 befindet sich der Schwinger 1 in einem mit einer Flüssig keit 5 gefüllten Gehäuse 4, das eine von einer Folie 6 verschlossene Öffnung besitzt. Die Spulen 7 dienen als Vorrats- bzw. Aufnahmebehälter für die Folie 6.In Fig. 2, the vibrator 1 is in a liquid filled with a speed 5 housing 4 , which has a closed by a film 6 opening. The coils 7 serve as storage or receiving containers for the film 6 .

Fig. 3 zeigt die Anordnung zweier Schwinger 1 außerhalb des mit einer Flüssigkeit 5 gefüllten Gehäuses 4, das als Hohlraumresonator ausgebildet ist. Die Austrittsöffnung ist von einer Membran 8 verschlossen. Fig. 3 shows the arrangement of two transducers 1 outside of the housing 5 filled with a liquid 4, which is designed as a cavity resonator. The outlet opening is closed by a membrane 8 .

In Fig. 4 ist das Verformungsdiagramm 11 eines schwingungserzeugenden Elementes als dessen Veränderung seiner Wegachse 9 über der Zeitachse 10 bei asymmetrischer Ansteuerung dargestellt, bei der die Zunahme längs einer Koordinate von einer relativ langsamen Abnahme gefolgt wird.In FIG. 4, the strain diagram is shown 11 of a vibration generating element as its change its path axis 9 on the time axis 10 at asymmetrical control, in which the increase is followed along a coordinate of a relatively slow decrease.

BezugszeichenlisteReference list

1 Schwinger
2 Wasser
3 Gefäß
4 Gehäuse
5 Flüssigkeit
6 Folie
7 Spule
8 Membran
9 Wegachse
10 Zeitachse
11 Verformungsdiagramm 1 transducer
2 water
3 vessel
4 housing
5 liquid
6 slide
7 coil
8 membrane
9 path axis
10 timeline
11 Deformation diagram

Claims

1. Device, in particular resonator, for emitting ultrasound, which forms an interface as a hollow body ( 4 ) with a first liquid ( 2 ) located in a container ( 3 ), which in its cavity is filled with a second liquid ( 5 ) and an interface forming element ( 6 , 8 ) is closed, characterized in that the element is a film ( 6 ) or membrane ( 8 ) which is to be unwound from a coil ( 7 ) on one side of the opening of the cavity and on the other side is to be wound up or is equipped with a volume of air to be changed stretched on a frame.

2. Device according to claim 1, characterized in that two oscillators ( 1 ) are arranged so that a standing wave is formed between them.

3. Device according to claim 1, characterized, that by a concave or convex shape of the interface Sound power is coupled out.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that interference is generated by using several transducers ( 1 ).

5. Device according to claims 1 to 4, characterized, that the vibration excitation is asymmetrical, with preferably steep ascent and slow reset phase.

6. Device according to claims 1 to 5, characterized in that the hollow body ( 4 ) is filled with a liquid with a higher boiling point than water.

7. Device according to claims 1 to 6, characterized, that the plastic reflector with air pockets, in particular Styrofoam, is shaped.

8. Device according to claims 1 to 7, characterized, that that to be changed Air volume depending on the internal air pressure forms concave or convex element.