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Ultraschallsender
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallsender, der in einem hohlen, hermetisch abgeschlos- senen, mit einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit teilweise ausgefüllten zweiteiligen Gehäuse eine ein- seitig abstrahlende, mittels eines federbelasteten Tellers gegen eine Resonatorplatte gepresste piezo- elektrische Wandlerplatte enthält, wobei der Teller unterhalb der Wandlerplatte ein Luftpolster einschliesst und der die Resonatorplatte umgebende Oberteil des Gehäuses hochgezogen und zu einem nach unten offenen Ringraum ausgebildet ist, in welchem sich oberhalb des über der Höhe der Resonatorplatte liegenden Niveaus der Isolierflüssigkeit ein Luftsack ausbilden kann.
Es ist bekannt, die piezoelektrische Wandlerplatte in einem Gehäuse anzuordnen, das mit einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit gefüllt ist, wobei der vor der Wandlerplatte liegende Wandteiles Gehäuses als auf optimale Durchlässigkeit abgestimmte Resonatorplatte ausgebildet ist, an welche die Wandlerplatte angepresst wird. Zur Erzielung einer einseitigen Abstrahlung der Ultraschallenergie ist es weiters bekannt, hinter der Wandlerplatte einen lufterfüllten, eine flache Kappe bildenden Teller anzuordnen.
Es ist auch bereits eine Ausführungsform eines Ultraschallsenders mit zweiteiligem Gehäuse bekanntgeworden, bei welcher der die Resonatorplatte umgebende Oberteil des Gehäuses hochgezogen und zu einem nach unten offenen Ringraum ausgebildet ist. Dieser Oberteil des Gehäuses wird gegen die Resonatorplatte von einem Kegelstumpf und nach aussen von einem Zylindermantel von gleichem Durchmesser wie der zylindrische Gehäuseunterteil begrenzt. Das Gehäuse ist nicht zur Gänze mit der isolierenden Flüssigkeit gefüllt, so dass sich in dem Ringraum oberhalb des über der Höhe der Resonatorplatte liegenden Niveaus der Isolierflüssigkeit ein Luftsack ausbilden kann.
Bei diesem bekannten Ultraschallsender ist nun das Verhältnis des Volumens der Isolierflüssigkeit zum Luftvolumen sehr gross, so dass infolge der im Betrieb entstehenden Erwärmung und dadurch verursachten Ausdehnung der Isolierflüssigkeit beträchtliche Drücke im Innern des Sendergehäuses entstehen. Es kommt nun, insbesondere bei der industriellen Verwendung eines solchen Senders, immer wieder zu Störungen, die durch die Tatsache bedingt sind, dass auch bei sorgfältigster Abdichtung des Sendergehäuses infolge der entstehenden hohen Drücke die Isolierflüssigkeit in gewissem, wenn auch geringem Ausmass entweicht. Nach Abkühlung des Senders tritt dann im Sendergehäuse ein Unterdruck auf, und es kann das den Sender umgebende Medium in diesen eindringen.
Der Sender verhält sich, insbesondere im intermittierenden Betrieb wie eine Pumpe, wodurch es zu einem Niveauabfall der Isolierflüssigkeit im Wandler unter die Wandlerplatte und zu einem Durchschlag bzw. zu einer Zerstörung des Kristalles kommen kann.
Ziel der Erfindung ist nun die Schaffung eines Ultraschallsenders, der insbesondere für industrielle Anwendung geeignet, d. h. entsprechend leistungsfähig ist und die im vorstehenden aufgezeigten Nachteile nicht aufweist. Dies wird bei einem Ultraschallsender der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Ringraum seitlich von koaxialen zylindrischen Flächen des Gehäuses begrenzt ist, wobei der Durchmesser des äusseren Zylindermantel grösser ist als der Durchmesser des topfförmigen Unterteiles.
Durch diese erfindungsgemässe Ausgestaltung des Gehäuseoberteiles wird eine besonders geeignete Dimensionierung des Raumes für den Luftsack und ein den Erfordernissen des praktischen Betriebes besonders gut angepasstes Verhältnis des Volumens der Isolierflüssigkeit zum Volumen des Luftsackes geschaffen.
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Auch bei maximaler Ausdehnung der Flüssigkeit während des Betriebes wächst der Druck im Innern des er- findungsgemässen Senders nicht übermässig an. Durch die besondere Ausbildung des erfindungsgemässen
Sendergehäuses ist es ferner möglich, die Bauhöhe des gesamten Ultraschallsenders relativ klein zu er- halten, welcher Umstand insbesondere bei der industriellen Anwendung des Senders von grösster Bedeutung ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Senders axonometrisch, in teilweisem Schnitt, darge- stellt.
Das Gehäuse des erfindungsgemässen Ultraschallsenders besteht aus einem ringförmigen Oberteil l und einem zylindrischen Unterteil 2, welche Teile miteinander durch Schrauben 9 verbunden sind und den Innenraum des Senders bestimmen. Der Durchmesser des zylindrischen Unterteiles 2 ist kleiner als der äussereDurchmesser des ringförmigen Oberteiles. An der Innenseite des ringförmigen Oberteiles 1 ist eine Resonatorplatte 4 befestigt. Im Boden des zylindrischen Unterteiles 2 befindet sich eine isolierte Durch- führung 8. An der Resonatorplatte 4 liegt die piezoelektrische Wandlerplatte 5 an, an deren Metallbelag luftdicht ein Teller 6 angepresst wird, der unterhalb der piezoelektrischen Wandlerplatte 5 einen Luftraum einschliesst, der ein unerwünschtes und unwirtschaftliches Ausstrahlen der Ultraschallenergie nach unten verhütet.
Der Teller 6 und damit auch die piezoelektrische Wandlerplatte 5 wird gegen die Resonatorplatte 4 durch eine Feder 7 angedrückt, die sich gegen die isolierte Durchführung 8 abstützt. Die Hochfrequenzspannung wird der piezoelektrischen Wandlerplatte 5 über die Feder 7 und den Teller 6 zugeführt.
Der Innenraum des Senders ist durch eine elektrisch isolierende Flüssigkeit ausgefüllt, welche durch die durch eine Schraube verschlossene Öffnung 10 gefüllt wird. Der Flüssigkeitsstand reicht bis an die Marke 0. In der Figur ist ferner der Boden 3 des Gefässes angedeutet, in welchem der piezoelektrische Wandler mittels des Ringes 11 befestigt werden kann.
Die erwähnte konstruktive Ausführung hat ferner den Vorteil, dass der auf den Kontakt der piezoelektrischen Wandlerplatte 5 mit dem Andrückteller 6 einwirkende Druck infolge der Expansion der erwärmten elektroisolierenden Flüssigkeit nicht besonders ansteigt, da selbsttätig eine Kompensation vor sich geht, wobei dem erhöhten Druck der Flüssigkeit ein erhöhter Luftdruck innerhalb des Tellers 6 entspricht. Die Versetzung des Senders von einer Stelle an eine andere und die ganze Manipulation mit ihm sind sehr einfach, ohne dass es zu einem Verschütten der isolierenden Flüssigkeit kommen könnte.
Die ringförmige Ausbildung des Oberteiles des Sendergehäuses bringt ferner den Vorteil, dass der Hohlraum, welcher durch die Innenwand des Gehäuseoberteiles l und die Resonatorplatte 4 gebildet wird, als Arbeitsplatz für kleinere Gegenstände verwendet werden kann, auf welche die Ultraschallenergie des Senders einwirken soll.
Der Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemässen Senders sind ausserordentlich hoch.