DE10027264C1 - Ultraschallwandler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Ultraschallwandler, insbesondere mehrere in Reihe angeordnete Ultraschallwandler, bestehend aus Endmassen, Piezobereichen und Befestigungselementen mit kraftschlüssigen Verbindungen. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Ultraschallwandler zu entwickeln, mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und bei dem eine weitgehend schwingungsfreie Balstung der Befestigungselemente für die Wandlerelemente gewährleistet wird, wird dadurch gelöst, dass die beiden kraftschlüssigen Verbindungen (6) des Befestigungselementes (5) jeweils in der Nullstelle oder mindestens in der unmittelbaren Nähe von Nullstellen (7) der Längsschwingungen der Endmassen (3) liegen, welche zu diesem Zweck jeweils mit mindestens einer zusätzlichen lambda/2-Länge versehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft Ultraschallwandler, insbesondere für die Hochleistungsanwendung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Nach dem allgemeinen Stand der Technik bestehen Ultraschallwandler im wesentlichen aus einem piezo­ elektrischen Konverter mit End- bzw. Zusatzmassen, die zusammen einen λ/2-Resonator bilden und die durch Befestigungselemente wie Spannschrauben/Verbindungsele­ mente oder dergleichen im Schwingungsbereich der End- bzw. Zusatzmassen zusammengehalten sind (Fig. 3). Die Befestigungselemente sind schwingungsbelastet. Weitere λ/2-Massen wie Boosterhörner sind im Schwingungsmaximum am Resonator bzw. der letzten λ/2-Masse befestigt.

Der Zusammenbau von mehreren λ/2-Schwingern zu einem Hochleistungs-Ultraschallwandler bringt Probleme bezüg­ lich der Eigenschwingungen der Befestigungselemente mit sich, da diese nicht frei von Schwingungsbeauflagungen sind. Zusätzlich können die allgemein grossen Querschnitte der Elemente piezoelektrischer Konverter, Endmasse, Boosterhorn zu störenden Biegeschwingungen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemässen Ultraschallwandler zu entwickeln, mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und bei dem eine weitgehend schwingungsfreie Belastung der Befestigungselemente für die Wandlerele­ mente gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird mit einem Ultraschallwandler gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Ultra­ schallwandler nach der Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, dass die beiden kraftschlüssigen Verbindungen des Befestigungselementes jeweils in der Nullstelle oder in der unmittelbaren Nähe der Nullstelle der Längsschwingungen von mindestens einer zusätzlich angeordneten Endmasse von λ/2-Länge liegen.

Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Spannelemente in den Nullstellenbereichen der Längsschwingungen werden die Spannelemente (Befestigungselemente) weitgehend nicht mit Schwingungen belastet, so dass die Befestigungselemente statisch höher belastet werden können. Störende Resonanzfrequenzen der Befestigungs­ elemente werden vermieden. Die Gefahr, dass bei grösseren Scheibendurchmessern der λ/2-Schwinger die freien Endmassen zu Biegeschwingungen neigen, weil deren Durchmesser zum Längenverhältnis ungünstig ist, wird durch die erfindungsgemässe zusätzliche λ/2-Länge vermieden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel eines Ultraschallwandlers näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: die schematische Darstellung eines Ultraschallwandlers nach der Erfindung,

Fig. 2: die schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Ultraschallwandlers und

Fig. 3: die schematische Darstellung eines Ultraschallwandlers mit Befestigungselementen nach dem Stand der Technik.

Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 besteht der Ultraschallwandler 1 aus mehreren (n × λ/2) piezo­ elektrischen Konvertern mit den zugehörigen End- und Zusatzmassen 2, einer oberen zusätzlichen Endmasse 3 der Länge λ/2 und einer als Boosterhorn ausgebildeten Sonotrode 4, ebenfalls der Länge λ/2. Diese Elemente 2, 3, 4 sind durch ein Befestigungselement 5 mit zwei kraftschlüssigen Verbindungen 6, zum Beispiel eine Schraube, miteinander verbunden.

Die kraftschlüssigen Verbindungen 6 des Befestigungs­ elementes 5 sind in der Nullstelle 7 oder deren unmittelbaren Nähe der Längsschwingungen der Endmasse 3 und der Sonotrode 4 angeordnet.

Aus der Darstellung in der Fig. 2 ist ersichtlich, dass bei der Ankopplung von weiteren λ/2-Massen an den Ultraschallwandler 1, die kraftschlüssigen Verbindungen 6 des Befestigungselementes 5 in den Nullstellen­ bereichen 7 der λ/2-Massen angeordnet sind.

Im Gegensatz dazu zeigt die Fig. 3, dass nach dem bekannten Stand der Technik die kraftschlüssigen Verbindungen 6 der Befestigungselemente 5 im Schwingungsbereich angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

1

Ultraschallwandler

2

λ/2-Schwinger

3

Endmasse

4

Sonotrode/Bowsterhorn

5

Befestigungselement

6

Verbindung

7

Nullstelle

Claims (4)

1. Ultraschallwandler, bestehend aus Endmassen, Piezobereichen und Befestigungselementen mit kraftschlüssigen Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden kraftschlüssigen Verbindungen (6) des Befestigungselementes (5) jeweils in der Null­ stelle (7) oder mindestens in der unmittelbaren Nähe der Nullstellen (7) der Längsschwingungen von mindestens einer zusätzlich angeordneten Endmasse (3) von λ/2-Länge λiegen.

2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zusätzlichen λ/2- Längen als ein Boosterhorn (4) ausgebildet ist.

3. Ultraschallwandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungs­ element (5) mehrere Schallwandler (1) in Reihe miteinander verbindet, wobei die kraftschlüssigen Verbindungen (6) jeweils in den Nullstellen (7) oder mindestens in der unmittelbaren Nähe der Nullstellen (7) der Längsschwingungen der Endmassen (3) liegen.

4. Ultraschallwandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung von weiteren λ/2-Schwingern (2) so erfolgt, dass die kraftschlüssigen Verbindungen (6) des Befestigungs­ elementes (5) in den Nullstellen (7) oder mindestens in der unmittelbaren Nähe der Nullstellen (7) der λ/2-Massen (3) liegen.