AufgabenstellungTask
Zur Beseitigung hartnäckiger Verschmut
zungen und Verkrustungen auf Wand und
Boden im industriellen, öffentlichen und
privaten Bereich soll ein Reinigungssystem
entwickelt werden, dass mit Hilfe geeigneter
Maßnahmen flächenhaft Kavitationsblasen in
einer dem der Reinigungsaufgabe angepassten
Fluid erzeugt, dergestalt, dass das Reinigungs
fluid im Wesentlichen im Bereich des
Reinigers unabhängig von dessen Lage
verbleibt und nicht frei in die Umgebung
strömen kann.To remove stubborn dirt
tongues and incrustations on the wall and
Soil in industrial, public and
private area is said to have a cleaning system
be developed with the help of appropriate
Measures extensive cavitation bubbles in
one adapted to the cleaning task
Fluid created so that the cleaning
fluid essentially in the area of
Cleaners regardless of their location
remains and not freely in the area
can flow.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, dass mittels geeigneter
Ultraschallschwinger auf entweder piezo
elektrischer oder elektrostriktiver Basis mittels
daran angekoppelter mechanischer Amplitu
dentransformationseinrichtungen Ultraschall
schwingungen axial in entsprechend
zylindrische - zumindest axialsymmetrische -
Stäbe oder Scheiben eingebracht werden
können. Es ist weiterhin bekannt, diese Stäbe
am Ende pilzartig aufzuweiten, um damit die
Kontaktfläche, an der Ultraschall abgegeben
wird, zu vergrößern bzw. die Amplitude zu
erhöhen. Derartige Konfigurationen haben
jedoch den Nachteil, dass der Ultraschall mehr
oder weniger punktuell abgegeben wird und
dass es in der Regel erforderlich ist, die ent
sprechenden Stäbe und Stempel in eine
Flüssigkeit einzutauchen und den zu reini
genden Gegenstand sodann in die Nähe des
Stabes und/oder Stempels zu bringen. Bisher
sind jedoch keine technischen Lösungen
bekannt, Ultraschall flächig an offenen Boden-
oder Wandflächen zu applizieren und das
Kavitationsmedium lokal im Bereich der
Ultraschallapplikation zu halten.It is known that by means of suitable
Ultrasonic transducers on either piezo
electrical or electrostrictive basis by means of
mechanical amplitude coupled to it
transformers ultrasound
vibrations axially in accordance
cylindrical - at least axially symmetrical -
Rods or disks can be introduced
can. These rods are also known
in the end mushroom-like to expand the
Contact area where ultrasound is emitted
will increase or increase the amplitude
increase. Such configurations have
however, the disadvantage that the ultrasound is more
or less is delivered selectively and
that it is usually required to ent
speaking rods and stamps in one
Dip the liquid and clean it up
object then near the
Bring rod and / or stamp. So far
are however not technical solutions
known, ultrasound flat on open floor
or to apply wall surfaces and that
Cavitation medium locally in the area of
Hold ultrasound application.
Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention
Zur flächenhaften Erzeugung von Ultraschall
wird erfindungsgemäß am Ende des Ultra
schall übertragenden Schallwandlers ein auf
die Resonanzfrequenz des benutzten
Ultraschalls abgestimmter Biegebalken
angekoppelt, der sodann zu Biegeschwin
gungen im Ultraschallbereich angeregt werden
kann. In Weiterführung des Erfindungs
gedankens kann statt des Biegebalkens auch
eine geeignet dimensionierte Scheibe
angebracht werden, die ebenfalls über eine
Ultraschallsonotrode angeregt wird. Sowohl
der Balken- wie der Plattenschwinger werden
vorzugsweise in rechteckiger Form ausgelegt,
sodass mit einem derartigen Reini
gungssystem auch rechtwinklige Raum- und
Fassadenecken reinigbar sind. Um nunmehr an
der zu reinigenden Oberfläche Kavitation
erzeugen zu können, wird der biege
schwingende Balken bzw. die biege
schwingende Platte, und in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel auch die Ultraschall
zuführende Sonotrode, mit einer zentralen
Bohrung versehen, über die das der Reini
gungsproblematik angepasste Fluid zugeführt
wird. Gleichzeitig wird der Biegeschwinger
(Balken/Platte)mit dem US-Transducer in
einem Rahmen gelagert, sodass die erzeugten
US-Schwingungen auf diesen nicht übertragen
werden. Dazu kann man in den Schwingungs
knoten des US-Resonanzsystems das System
über geeignete mechanische Verbindungen
(z. B. Einpressen, Einschrumpfen von
Lagerungsringen) lagern und fixieren. Dieser
Lagerungsrahmen wird an seinem Umfang
mit einer hoch flexiblen, abriebfesten
Dichtlippe versehen, die vorzugsweise aus
Silikonkautschuk oder Polyurethan
(Vulkollan) besteht, sodass die zugeführte
Flüssigkeit als Fluidpolster zwischen Biege
schwinger und zu reinigender Oberfläche
gehalten werden kann. Um beim Traversieren
des Reinigungskopfes ein Ausströmen
überschüssiger Flüssigkeit zu verhindern, wird
erfindungsgemäß zirkumferent zur ersten
Dichtlippe eine weitere Dichtlippe vorge
sehen, wobei der Zwischenraum zwischen
erster und zweiter Dichtlippe an eine
Saugvorrichtung angeschlossen wird, sodass
Fluid, das aus der ersten Dichtlippe austritt,
dann über die Absaugung im Zwischenraum
zwischen erster und zweiter Dichtlippe
abgesaugt werden kann. Erfindungsgemäß
wird dieses abgesaugte Fluid über eine
geeignete Filtervorrichtung wieder dem
Fluidkreislauf zugeführt, sodass ein möglichst
geringer Fluidverlust durch den Prozess ein
tritt. Erfindungsgemäß wird weiterhin die
Fluidzufuhr über den Regelkreis der Sono
trode gesteuert bzw. über entsprechende
Mikroschalter im Bereich der Dichtlippen, um
sicherzustellen, dass tUt den Kavitations
prozess immer ein ausreichendes Fluidpolster
vorhanden ist, um andererseits sicherzustellen,
dass bei Abheben des Reinigungskopfes von
der zu reinigenden Oberfläche die Fluidzufuhr
unterbrochen wird, um ein unkontrolliertes
Ausströmen zu vermeiden bzw. das System
und das Reinigungsgut vor Beschädigung zu
schützen.For the areal generation of ultrasound
according to the invention at the end of the Ultra
sound-transmitting transducer
the resonance frequency of the used
Bending beam matched with ultrasound
coupled, which then to Bietschwin
in the ultrasound range
can. In continuation of the invention
can also think instead of the bending beam
a suitably dimensioned disc
be attached, which also have a
Ultrasound sonotrode is excited. Either
the beam as the plate transducer
preferably designed in a rectangular shape,
so with such a Reini
system also rectangular room and
Facade corners are cleanable. To now
cavitation of the surface to be cleaned
To be able to produce is the bend
swinging beams or the bend
vibrating plate, and in a preferred
Embodiment also the ultrasound
feeding sonotrode, with a central
Provide a hole through which the Reini
appropriate fluid supplied
becomes. At the same time, the bending vibrator
(Bar / plate) with the US transducer in
stored in a frame so that the generated
US vibrations are not transmitted to this
become. You can do this in the vibration
node of the US resonance system the system
via suitable mechanical connections
(e.g. pressing in, shrinking in
Storage rings) store and fix. This
Storage frame is based on its scope
with a highly flexible, abrasion resistant
Provide sealing lip, preferably made of
Silicone rubber or polyurethane
(Vulkollan) exists, so that the supplied
Liquid as a fluid cushion between the bend
vibrating and surface to be cleaned
can be held. To when traversing
leakage from the cleaning head
to prevent excess fluid
according to the invention circumferentially to the first
Sealing lip featured another sealing lip
see, the space between
first and second sealing lip on one
Suction device is connected so that
Fluid that emerges from the first sealing lip
then via the suction in the space
between the first and second sealing lip
can be suctioned off. According to the invention
is this extracted fluid over a
suitable filter device again
Fluid circuit supplied so that as possible
low fluid loss through the process
occurs. According to the
Fluid supply via the control loop of the Sono
trode controlled or via appropriate
Microswitch in the area of the sealing lips in order
make sure that does the cavitation
always have a sufficient fluid cushion
is in place to ensure on the other hand
that when the cleaning head is lifted off
the fluid supply to the surface to be cleaned
is interrupted to an uncontrolled
Avoid leakage or the system
and the items to be cleaned from damage
protect.
In einer weiterführenden Variante des
erfindungsgemäßen Gedankens ist aber auch
ein zueinander versetztes, lineares Array von
Leistungs-US-Wandlern in Form von
longitudinal schwingenden Verbundwandlern
mit angeflaschten Amplidutentransformatoren
einsetzbar, welche über je eine Zentralbohrung
mit der Reinigungsflüssigkeit (z. B. Tenside,
Basen, Säuren, Enzyme, spezielle US-
Reinigungsmittel) versorgt werden können.
Durch den Einsatz als linear versetztes Array
lassen sich damit ebenfalls großflächige, ebene
Objekte effizient reinigen. Auch hier dienen
zwei koaxial angeordnete Dichtlippen zum
Halten und anschließenden Absaugen der
Reinigungsflüssigkeit. Durch die Flüssigkeits
kavitation wird die schwingende Sonotrode
vom reinigenden Gut in einer Art
hydrodynaischer Lagerung um einige
hundertstel Millimeter angehoben. Durch die
bei der Kavitation entstehenden hohen
Wechseldrücke von einigen Kilobar wird die
Fläche schonend und effizient gereinigt.
In a further variant of the
inventive idea is also
an offset linear array of
Power US converters in the form of
longitudinally vibrating composite transducers
with flanged amplitude transformers
can be used, which each have a central bore
with the cleaning liquid (e.g. surfactants,
Bases, acids, enzymes, special US
Cleaning agents) can be supplied.
By using it as a linearly offset array
can also be used for large-scale, level
Clean objects efficiently. Serve here too
two coaxially arranged sealing lips for
Hold and then vacuum the
Cleaning fluid. Through the liquid
cavitation becomes the vibrating sonotrode
of the cleaning good in a way
hydrodynamic storage by a few
hundredths of a millimeter raised. Through the
high cavitation
Alternating pressures of a few kilobars become the
Surface cleaned gently and efficiently.
Beschreibung der AbbildungenDescription of the pictures
Abb. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung
eines erfindungsgemäßen Ultraschallreini
gungskopfes, bestehend aus dem Ultraschall
generator 1, dem Schallwandler 2 und der
Sonotrode 3. Die Zufuhr elektrischer Energie
erfolgt über eine Energiezufuhr 5 und die
Zufuhr und Absaugung des Reinigungsfluids
über das Schlauchsystem 4. Dabei ist die
Sonotrode 3 als balkenförmiger Biege
schwinger ausgebildet. Fig. 1 shows the basic arrangement of an ultrasonic cleaning head according to the invention, consisting of the ultrasonic generator 1 , the sound transducer 2 and the sonotrode 3rd Electrical energy is supplied via an energy supply 5 and the cleaning fluid is supplied and extracted via the hose system 4 . The sonotrode 3 is designed as a beam-shaped bending oscillator.
Abb. 2 macht das Prinzip eines
mindestens zweischaligen Dichtlippensystems
8 und 9 deutlich, wobei die Sonotrode 3 durch
die Öffnung 6 in den Bereich des inneren
Dichtlippenringes 8 hineinragt und durch ein
umlaufendes Schlauch- und Nutensystem 7
innerhalb des Dichtlippenringes 9 die Absau
gung der zentral zugeführten Fluidmenge
erfolgt. Fig. 2 makes the principle of an at least double-skin sealing lip system 8 and 9 clear, the sonotrode 3 protruding through the opening 6 into the area of the inner sealing lip ring 8 and through a circumferential hose and groove system 7 within the sealing lip ring 9, the suction of the centrally supplied Fluid amount is done.
In Abb. 3 ist eine Ansicht des in Abb. 1
gezeigten Biegeschwingers 3 von der
Wirkseite her dargestellt. Dabei wird das über
die Zuleitung 4 zugeführte Fluid durch
einzelne Poren 11 in den Bereich der
Ultraschallwirkung gespült.In Fig. 3 a view of the bending vibrator 3 shown in Fig. 1 is shown from the active side. The fluid supplied via the feed line 4 is flushed through individual pores 11 into the area of the ultrasound effect.
Abb. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine
arrayförmige Anordnung einzelner runder
Sonotroden innerhalb eines rechteckigen
Endrahmens. Die runden Sonotroden 10 sind
dabei innerhalb eines zweischaligen Dicht
lippensystems 8 und 9 angeordnet und haben
ebenfalls eine zentrale Fluidzuführung 11. Der
rechteckige Rahmen 7 ist in diesem Fall nicht
selbst Ultraschallschwinger, sondern Füh
rungshilfe. Fig. 4 shows a top view of an array-like arrangement of individual round sonotrodes within a rectangular end frame. The round sonotrodes 10 are arranged within a two-shell sealing lip system 8 and 9 and also have a central fluid supply 11th The rectangular frame 7 in this case is not itself an ultrasonic vibrator, but rather a guide.
Abb. 5 zeigt den Prinzipaufbau eines
handführbaren Ultraschall-Boden- oder
-Wandreinigers mit einem Handgriff 12, der
an der Einheit Generator 1, Ultraschallwandler
2 und Sonotrode 3 angelenkt ist und über
Bedienmöglichkeiten zur Leistungsregelung
13 verfügt sowie über elektrische Anschluss
leitung 5 und Saug-/Spülanschlussleitung 4 zu
einem fahrbaren Versorgungsgerät 14, das die
Energieversorgung sowie Saug-/Spül
einrichtung und Filtereinrichtung enthält. Das
fahrbare Versorgungsteil 14 wird über einen
normalen Netzanschluss 15 an die reguläre
Stromversorgung angeschlossen. Fig. 5 shows the basic structure of a hand-held ultrasonic floor or wall cleaner with a handle 12 , which is linked to the generator 1 , ultrasonic transducer 2 and sonotrode 3 unit and has operating options for power control 13 as well as electrical connection line 5 and suction / Flush connection line 4 to a mobile supply device 14 , which contains the energy supply and suction / flushing device and filter device. The mobile supply part 14 is connected to the regular power supply via a normal mains connection 15 .