CH623701A5 - Piezoelectric ultrasonic high-power transducer. - Google Patents

Description

623701

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Piezoelektrischer Ultraschall-Hochleistungswandler, einen Reflektor, einen Radiator und einen dazwischenliegenden Pie-zokeramik/Metallplatten-Verbund enthaltend, wobei der Reflektor und der Radiator über eine Yerbindungsmuffe miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (2) des Reflektors (1) mit oberen Kühlöffnungen (3) und das erweiterte Ende des Radiators (6) am Umfang mit unteren Kühlöffnungen (8) versehen sind und dass die Metallplatte (12) am Umfang Kühlrippen (13) aufweist und dass die Verbindungsmuffe (5) radial angelegte Kühlöffnungen (10) hat.

   Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines piezoelektrischen Ultraschall-Hochleistungswandlers, zum Beispiel des Types Langevin-Sandwich, der für die Anwendung grösserer Leistungen bestimmt ist, wie beispielsweise Ultraschallschweis-sen, Oberflächenbearbeitung, Homogenisieren, Bestrahlen von Flüssigkeiten und dergleichen.

   Der vorbekannte Langevin-Sandwich-Ultraschallwandler besteht aus wenigstens zwei aktiven piezoelektrischen keramischen Platten und einer zwischen ihnen gelagerten metallischen Plattenelektrode. Alle diese Teile werden durch passive Metallendteile zusammengehalten - einem Radiator und einem Reflektor. Die Verbindung und das Zusammenpressen aller dieser Teile des Wandlers wird durch eine zentrale Schraube, eine Umfangsverbindungsmuffe oder durch mehr Umfangsschrau-ben ausgeführt. Die erwähnte Ausführung des Ultraschallwandlers ermöglicht es, die elektrische Energie in eine mechanische Ultraschallenergie hoher Intensität mit einem elektro-akustischen Wirkungsgrad von 75 bis 95% umzuwandeln. Die restliche Energie wird in Wärme umgesetzt, welche hauptsächlich in den piezoelektrischen keramischen Platten erzeugt wird. Da die piezoelektrischen Platten nicht bei hohen Temperaturen arbeiten dürfen, muss die Wärme durch Zwangskühlung abgeführt werden.

   Bekannte Ausführungen piezoelektrischer Ultraschall-Lei-stungswandler in Sandwichausführung haben piezoelektrische keramische Platten in Form von Ringen, was ein Fixieren aller Teile des Wandlers durch eine Zentralschraube in der Achse des Wandlers ermöglicht. Diese Anordnung ermöglicht ein Kühlen des ganzen äusseren Oberflächenteiles des Wandlers durch einen Luftstrom. Bei den durch eine Reihe von Schrauben am Umfang fixierten Wandlern wird die Kühlung ähnlich wie im vorangehenden Fall ausgeführt. Die Ausführungen des Wandlers mit einer Umfangsverbindungsmuffe nützen ausschliesslich vollflächige piezoelektrische Platten aus, was für besonders hohe Ultraschalleistungen vorteilhaft ist, jedoch die Kühlung wesentlich verschlechtert.

   Eine Ausführungsform piezoelektrischer Leistungs-Ultra-schallwandler ist bekannt, bei denen die Kühlöffnung in der Achse des Wandlers liegt und sich in eine Reihe von, in der zwischen den piezoelektrischen keramischen Platten liegenden Speisemetallplatte, radial verlaufende Öffnungen verzweigt. Ein Nachteil dieser Ausführung ist deren verhältnismässig schwierige Herstellung und die verhältnismässig kleinen Kühl-5 flächen.

   Dieses technische Problem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, welche die erwähnten Nachteile piezoelektrischer Leistungs-Ultraschallwandler vor allem für hohe Ultraschalleistungen wesentlich vermindert.

   io Die Lösung des Problems ergibt sich aus der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Erfindung.

   Bei diesem piezoelektrischen Ultraschall-Hochleistungs-wandler wird auch bei grosser Ultraschalleistung so viel Kühlung erzielt, wie für den richtigen Betrieb des Wandlers erfor-15 derlichist.

   In der beiliegenden Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemässen piezoelektrischen Ultraschall-Hochleistungswandler dargestellt, wobei

   Figur 1 den Wandler in einem teilweisen Längsschnitt zeigt, 2o Figur 2 die zentrale Metallplatte in Ansicht und

   Figur 3 den Grundriss des Wandlers zeigt.

   Der dargestellte piezoelektrische Ultraschall-Hochleistungswandler besitzt einen Reflektor genannten, zur Zurück-strahlung der Schwingungsenergie bestimmten Teil 1 von 25 zylindrischer Form, der am unteren Ende mit einem Flansch 2 versehen ist. Am Umfang des Flansches 2 sind parallel mit der Achse des Reflektors 1 obere Kühlöffnungen 3 ausgeführt. Der äussere Umfang des Flansches 2 ist mit einem Gewinde 4 versehen. Den zweiten Teil des Wandlers bildet der Radiator 30 genannte, zur Ausstrahlung der Schwingungsenergie bestimmte Teil 6, dessen oberes Ende erweitert ist und am Umfang mit einem unteren Gewinde 7 versehen ist. Im erweiterten Ende des Radiators 6 sind in Längsrichtung am Umfang untere Kühlöffnungen 8 angeordnet. Zwischen dem Reflektor 1 35 und dem Radiator 6 ist eine mit keramischen Platten 11 umgebene Metallplatte 12 gelagert. Die Metallplatte 12 besitzt am Umfang Kühlrippen 13. Der Reflektor 1 und Radiator 6 sind miteinander der mittels des Gewindes 4 des Reflektors 1, des unteren Gewindes 7 und zweier innerer Gewinde 9 und 9' der 40 Verbindungsmuffe 5 verbunden. Der Querschnitt der Verbindungsmuffe 5 hat die Form eines Sechseckes und jede zweite, diesem Sechseck zugeordnete Fläche besitzt eine radiale Öffnung 10 für die Kühlluft.

   Der Radiator hat an der unteren Stirnseite eine Öffnung 14 45 für das Befestigen eines Werkzeuges, auf das die Schwingungsenergie übertragen wird.

   Beim Betrieb des piezoelektrischen Leistungs-Ultraschall-wandlers wird die Kühlluft zwangsweise durch die oberen so Kühlöffnungen 3 des Flansches in den Bereich der keramischen Platten 11 gebracht, von wo sie gleichzeitig über die Kühlrippen 13, die radialen Öffnungen 10 für die Kühlung der Verbindungsmuffe 5 und durch die unteren Kühlöffnungen 8 des Radiators 6 strömt. In dieser Zwangskühlung werden die kera-55 mischen Platten 11 ausreichend gekühlt.

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   1 Blatt Zeichnungen