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Abstract

本发明涉及一种用于借助超声触头将超声传入可流动介质的方法和装置，其中可流动的介质不直接与超声触头形成接触。所建议的方法具有以下方法步骤：将一种薄膜(8)这样地安装到超声触头(4)上，使得将薄膜(8)压向超声触头上的压紧力总是这样大，以致薄膜(8)以相应的频率和幅度跟随着超声触头(4)的往复运动；将超声功率通过薄膜(8)传入介质(2)并且将磨损现象转移到薄膜(8)上。

Description

用于将超声传入可流动的介质的方法和装置
本发明涉及一种借助超声触头(Sonotrode)将超声传入可流动的介质的方法和装置，其中可流动的介质并不直接与超声触头形成接触。
在相应地将能量传入可流动的介质中时，在暴露于超声下的区域伴随局部集中的、极高的压力和温度出现空化现象，这在将超声触头和被处理的介质直接接触时导致从超声触头材料中分离出精细的颗粒。大部分通常的超声触头具有金属表面，这样导致精细颗粒和金属离子进入被处理的材料中，这对于很多被超声处理的材料如食品或者药品是极不希望的。此外，超声触头材料的磨损也是不利的，因为这导致表面变粗糙并由此导致超声触头中形成微裂纹，而必须在或长或短的时间间隔之后更换超声触头。按照DE 102 43837 A1建议了，通过在中间设置另一种液体来将超声传递到介质，使得可流动的介质并不直接与超声触头产生接触，其中液体处于过压下并且通过一个壁与待处理的介质分离。为此必须将传递液体保持在压力容器中，超声触头作用到该压力容器的壁上。由此，使磨损颗粒不能从超声触头到达待处理的介质中。但在液体中还是发生了空化现象并且导致流动室(Durchflusszelle)的振荡的容器壁和超声触头的磨损。
通过DE 40 41 365 A1也已经建议了，为了降低由于空化现象而引起的磨损，超声触头的振荡的端部设置有由多晶的金刚石构成的保护层。但是，这样的措施使超声触头极为昂贵。
本发明的任务是，说明一种开始所述类型的方法以及一种装置，通过它们可以低成本地并极大地避免在超声触头上由其自身所引起的磨损。
根据本发明，该任务通过权利要求1和7的特征来解决。合乎目的的扩展方案是从属权利要求的主题。
接着，规定以下的方法步骤：
—这样地将一种薄膜安装到超声触头上，使得将薄膜压向超声触头上的压紧力总是这样大，以致薄膜以相应的频率和幅度跟随超声触头的往复运动。
—将超声功率通过薄膜传入介质中并且将磨损现象转移到薄膜上。
根据本方法的一种优选的变形方案，通过相对于背离超声触头的侧上的压力，在薄膜的朝着超声触头的侧上产生低压，或者在薄膜位于超声触头外侧上的弯曲的超声触头的情况下，通过产生拉力，将至薄膜上的压紧力施加到薄膜上。
根据本方法的一种优选的变形方案，薄膜在朝超声触头的侧上用液体例如油、合成树脂或者硅树脂化合物来润湿。
合乎目的地，在超声触头工作期间薄膜连续或者间断地在超声电极上运动。
本方法有这样的优点，即超声触头的磨损被转移到薄膜上。这适于应用在食品技术、制药工业和化学工业中，用于混合或者乳化不同种类的液体、用于处理污泥以及应用在其它使用超声的领域。在使用侵蚀性的介质时产生这样的优点，即薄膜也防止超声触头发生化学反应。
合乎目的的是，这样地构建适于实施本方法的装置，使得在超声触头与介质之间这样地设置有柔性薄膜，使得薄膜直接紧贴在超声触头上或者间接地以直至100μm的间距位于超声触头之上，在该装置工作期间薄膜向超声触头的压紧力通过拉力来支持，并且在该装置工作期间压紧力总是保持这样大，使得薄膜总是直接或者间接地紧贴在超声电极上并且跟随着往复运动。液态的物质可以以直至100μm的间距来设置。
压紧力可简单地以这样的方式来实现，即在待超声处理的介质中维持相应的静态或动态的压力，使得即使超声触头振荡时也始终将薄膜压到超声触头上。但是，压紧力也可以通过另一些方法来提供，例如，其方式是将低压施加到薄膜的朝着超声触头的侧上或者(在弯曲的超声触头情况下)借助张紧装置将薄膜张紧到超声触头之上，即将拉力施加到薄膜上。
该装置可以以根据本发明的优选的方式这样地构建，使得在用于保持超声触头的设备与流动室之间的薄膜张紧。
该装置也可以这样地构建，使得薄膜张紧到板状超声触头之上，该板状超声触头浸入具有待超声处理的液体的敞开的容器中。
根据另一种变形方案，该装置也可以构建为超声槽，在超声槽上在外侧安装有压电振荡器。薄膜则位于超声槽的内壁上并且通过低压被压向振荡的面上。
为了薄膜的继续移动，装置合乎目的地装备有输送装置，借助该输送装置在存储滚筒与接收滚筒之间连续地或者逐段地继续输送薄膜。
薄膜可以由金属或者塑料构成并且具有5至200μm之间的厚度。为了保证薄膜紧密地连接到超声触头上，薄膜可以附加地在其朝着超声触头的侧上用液体、油、合成树脂或者硅树脂润湿。
接下来，将借助一些实施例更详细地阐述本发明。在所属的附图描述了这些装置，其中：
图1示意性地示出根据本发明的具有块状超声触头的装置，
图2示意性地示出具有作为超声触头的弯曲振荡器的这种装置，
图3示意性地示出了根据本发明的具有作为超声触头的板状振荡器的装置，
图4示意性地示出了具有根据本发明的薄膜的超声槽，以及
图5示意性地示出了实施为波导振荡器-超声触头的本发明。
在图1示出了用于超声处理可流动的介质2的装置1。在此具有被实施为块状超声触头的超声触头4的超声变换器3与装置1通过凸缘连接件5固定地相连并且附加地借助密封件6相对于装置1的内部空间密封。在其下侧，装置1与流动室7相连接，其中在装置1与流动室7之间这样地放置有一薄的薄膜8，优选厚度在5μm-200μm的范围内，例如50μm，使得薄膜8直接紧贴在超声触头4的端面上并且借助密封件9将装置1中的空间相对于流动室7密封并且将流动室7向外密封。
通过入口和出口10、11，待超声处理的介质2(优选为液体、例如水)被泵送通过流动室7。通过在流动室7中形成的压力将薄膜8压向超声触头4的端面上。另外通过接通装置12在装置1中产生低压，所述低压附加地通过一个保留在超声触头4与装置1的壳体之间的、小的、例如为0.1mm的空隙13将薄膜8向超声触头4的端面拉。在此，通过低压所产生的力必须比在超声触头4的端面上作用到薄膜8上的加速力更大，以便使薄膜8总是保持与超声触头4的接触。通过将抗扯裂的液体或者液体薄膜施加到背离介质2的薄膜侧上可有助于该过程。
在装置1工作期间通过超声触头4和薄膜8在流动室7中产生空化场。由于空化的影响所引起的磨损现象现在仅仅涉及到薄膜8。根据所出现的机械上的幅度的大小、在此例如为100μm以及薄膜8的特性，薄膜8的使用寿命达到数分钟。用于薄膜8的输送装置负责保持薄膜8的暴露于超声中的时间一直小于其使用寿命。
图2示出了具有作为超声触头4的弯曲振荡器的装置1的一种变形方案。
图3示出了具有敞开的处理容器15的超声处理设备。通过超声变换器3使超声触头4振荡。振荡通过超声触头4的端面传送到可流动的介质2中。
为了抑制在超声触头4的端面上由于空化而形成的磨损现象，薄的薄膜8通过输送装置14这样地被引入，使得介质2不接触超声触头4的端面。在此，薄膜8优选具有5μm-200μm的厚度，在此例如具有50μm的厚度。在此，由输送装置14所施加的拉力又必须这样大，使得将薄膜8永久地压向超声触头4的端面上。在工作期间，压紧力在任何情况下都必须大于通过振荡的超声触头4作用到薄膜8上的加速力。
图4示出了结合了超声槽的本发明。超声槽的结构本身已公开并且被充分地描述。
该装置由实际的槽16构成，在该槽上从外安装有压电振荡器17并且该槽如超声触头那样地工作。为了抑止由于空化而形成的磨损现象，将薄的薄膜18引入槽16中。在此，薄膜18优选具有5μm-200μm的厚度，在此例如50μm的厚度。
薄膜18通过盖19来固定，该盖同时将薄膜18与槽16之间的空间密封封闭。经过接通装置20通过产生低压而将薄膜18拉向槽16。
图5示出了结合了波导振荡器的本发明，波导振荡器又设置在敞开的处理容器15中。构造为波导振荡器的超声变换器21的外表面被使得振荡。通过该外表面将振荡传送进液体2中。
为了抑制在超声变换器21的外表面上由于空化所产生的磨损现象，通过输送装置14这样地引入薄的薄膜8，使得没有液体2接触超声变换器21的外表面。在此，薄膜8优选具有5μm-200μm的厚度，在此例如具有50μm的厚度。通过用于压紧薄膜8的装置22，这样地围绕超声变换器21来设置薄膜，使得没有液体2能接触超声变换器21的外表面，即使在偏转点也不能接触。在此，由输送装置14所施加的拉力必须这样大，使得将薄膜8永久地压向超声变换器21的外表面上。在工作期间，压紧力在任何情况下都必须大于通过超声变换器21的外表面振荡而作用到薄膜8上的加速力。
                        参考标号表
1       (用于容纳超声触头的)装置
2       可流动的介质
3       超声变换器
4       超声触头
5       凸缘连接件
6       密封件
7       流动室
8       薄膜
9       密封件
10      (待超声处理的介质的)入口
11      (待超声处理的介质的)出口
12      用于产生低压的接通装置
13      空隙
14      输送装置
15      处理容器
16      槽
17      压电振荡器
18      薄膜
19      盖
20      用于产生低压的接通装置
21      超声变换器
22      (用于压紧薄膜的)装置

Claims (21)

1、一种用于通过超声触头将超声传入可流动介质的方法，其中所述可流动的介质不直接与所述超声触头接触，其特征在于以下方法步骤：
—这样地将一种薄膜安装到所述超声触头上，使得将所述薄膜压到所述超声触头上的压紧力总是这样大，以致所述薄膜以相应的频率和幅度跟随着所述超声触头的往复运动。
—将超声功率通过所述薄膜传入介质并且将磨损现象转移到所述薄膜上。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在朝着所述超声触头的侧上产生低压来实现所述薄膜的压紧力。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，附加地将过压施加到所述薄膜背对超声触头的侧上。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过产生一个拉力到所述薄膜上来施加所述薄膜的压紧力。
5、根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述薄膜在朝着所述超声触头的侧上用液体来润湿。
6、根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将薄膜连续或者间断地在超声触头上方移过。
7、一种用于通过超声触头(4；16；21)将超声传入可流动的介质(2)的装置，其中所述可流动的介质(2)不直接与所述超声触头(4；16；21)接触，其特征在于，为了防止所述超声触头(4；16；21)自己产生磨损，在超声触头(4；16；21)与介质(2)之间这样地设置有薄膜(8；18)，使得所述薄膜(8；18)直接紧贴在所述超声触头(4；16；21)上或者以直至100μm的间距间接地位于所述超声触头(4；16；21)上方，并且所述薄膜的向所述超声触头(4；16；21)的压紧力通过一个拉力来支持并且在所述装置工作期间总是保持这样大，使得所述薄膜(8，18)总是直接或者间接地紧贴在所述超声触头(4；16；21)上并且跟随往复运动。
8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述薄膜(8)被张紧在用于保持所述超声触头(4)的设备(1)与流动室(7)之间。
9、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，将所述薄膜(18)压向超声槽(16)的内壁。
10、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述薄膜(8)围绕所述超声触头(21)并且借助张紧装置(22)来保持。
11、根据权利要求7至9中的任一项所述的装置，其特征在于，在所述薄膜(8；18)的朝着所述超声触头(4；16)的侧后面所构成的空间被施加一个低压。
12、根据权利要求7至11中的任一项所述的装置，其特征在于，所述可流动的介质(2)处于过压中。
13、根据权利要求7至12中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置装备有用于连续或者间断地继续移动所述薄膜(8)的输送装置(14)。
14、根据权利要求7至13中的任一项所述的装置，其特征在于，所述薄膜(8，18)在朝着所述超声触头(4；16；21)的侧上用液体润湿。
15、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述液体是油。
16、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述液体是合成树脂。
17、根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述液体是硅树脂化合物。
18、根据权利要求7至17中的任一项所述的装置，其特征在于，所述薄膜(8；18)是金属薄膜。
19、根据权利要求7至17中的任一项所述的装置，其特征在于，所述薄膜(8；18)是塑料薄膜。
20、根据权利要求7至19中的任一项所述的装置，其特征在于，所述薄膜(8；18)的厚度在5和200μm之间。
21、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，以直至100μm的间距来设置可流动的物质。
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