DE102012110033A1

DE102012110033A1 - Ultrasonic vibration generating device used in treatment of e.g. food, has radial vibrating resonator that is connected with longitudinal vibrating resonator to oscillate in radial direction during operation of ultrasonic generator

Info

Publication number: DE102012110033A1
Application number: DE201210110033
Authority: DE
Inventors: Harald Hielscher; Thomas Hielscher; Holger Hielscher
Original assignee: Dr Hielscher GmbH
Current assignee: Dr Hielscher GmbH
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-04-25

Abstract

The ultrasonic vibration generating device (1) has an ultrasonic generator, and a longitudinal vibrating resonator (2) that is conductively connected to the ultrasonic generator. The longitudinal vibrating resonator is formed to oscillate longitudinally during operation of the ultrasonic generator. A radial vibrating resonator (3) is connected with longitudinal vibrating resonator to oscillate in radial direction during operation of the ultrasonic generator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen, mit einem Ultraschallgenerator und einem Ultraschall leitend mit dem Ultraschallgenerator verbundenen Resonator, wobei der Resonator ausgebildet ist, im Betrieb des Ultraschallgenerators longitudinal zu schwingen.The invention relates to a device for generating ultrasonic vibrations, comprising an ultrasonic generator and an ultrasound conductively connected to the ultrasonic generator resonator, wherein the resonator is designed to vibrate longitudinally during operation of the ultrasonic generator.

Vorrichtungen zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen sind bekannt und werden beispielsweise verwendet, um Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall zu erzeugen. Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall ist Ultraschall mit einer Arbeitsfrequenz von 15 bis 100 kHz, vorzugsweise 15 bis 60 kHz und z. B. 30 kHz und einer Schallleistung über 5 W, vorzugsweise 10 W bis 1000 W und z. B. 200 W. Zur Erzeugung des Ultraschalls werden beispielsweise piezoelektrische oder magnetostriktive Systeme verwendet. Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall findet eine große Anwendung in der Behandlung von Flüssigkeiten, wie z. B. Nahrungsmitteln, Kosmetika und Farben, sowie von Nanomaterialien. Dafür wird Ultraschall über einen Resonator mit Amplituden von 1 bis 350 µm, vorzugsweise 5 bis 50 µm und z. B. 15 µm direkt oder indirekt in die mit Ultraschall zu behandelnden Materialien übertragen.Devices for generating ultrasonic vibrations are known and are used, for example, to generate low frequency power ultrasound. Low frequency power ultrasound is ultrasound with an operating frequency of 15 to 100 kHz, preferably 15 to 60 kHz and z. B. 30 kHz and a sound power over 5 W, preferably 10 W to 1000 W and z. B. 200 W. For generating the ultrasound piezoelectric or magnetostrictive systems are used, for example. Low frequency power ultrasound finds a great application in the treatment of fluids such. Food, cosmetics and paints, as well as nanomaterials. For this, ultrasound is transmitted via a resonator with amplitudes of 1 to 350 μm, preferably 5 to 50 μm, and z. B. 15 microns directly or indirectly transferred to the materials to be treated with ultrasound.

Neben der Behandlung von Materialien in offenen Gefäßen, z. B. ein Becherglas, eine Schale oder ein kanalförmigen Gefäß, erfordern viele Anwendungen das Einbringen von Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall in geschlossene Gefäße, wie etwa Reaktorgefäße oder Rohre. Die geschlossenen Gefäße sind oftmals zumindest bei der Behandlung mit Ultraschall geschlossen. Entsprechend der Anwendung kann das geschlossene Gefäß unter einem geringeren oder einem höheren Druck als dem Umgebungsdruck stehen. Ein geringerer Druck (Unterdruck) liegt zwischen Vakuum (0 bar absolut) und Umgebungsdruck (z. B. 1 bar absolut), beispielsweise bei 0,5 bar, vor. Ein höherer Druck (Überdruck) liegt vor, wenn der Druck über dem Umgebungsdruck liegt. Einige Gefäße werden mit einem Gefäßinnendruck zwischen 1,5 bar absolut bis 1000 bar absolut und z. B. 3 bar absolut verwendet. Im Gefäß kann sich das zu behandelnde Material, beispielsweise die Flüssigkeit, befinden, oder dieses Gefäß durchströmen.In addition to the treatment of materials in open vessels, eg. A beaker, dish, or channel-shaped vessel, many applications require the introduction of low frequency power ultrasound into closed vessels, such as reactor vessels or tubes. The closed vessels are often closed at least during treatment with ultrasound. According to the application, the closed vessel may be under a pressure lower or higher than the ambient pressure. A lower pressure (negative pressure) is present between vacuum (0 bar absolute) and ambient pressure (eg 1 bar absolute), for example at 0.5 bar. A higher pressure (overpressure) is present when the pressure is above the ambient pressure. Some vessels are with an internal vessel pressure between 1.5 bar absolute to 1000 bar absolute and z. B. 3 bar used absolutely. In the vessel, the material to be treated, such as the liquid, are, or flow through this vessel.

Um Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall in ein solches Gefäß einzubringen, kann entweder die Gefäßwand von außen durch das Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschallsystem kontaktiert und in Schwingungen versetzt werden, oder ein Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschallsystem zumindest teilweise oder vollständig im unter Druck stehenden Gefäßinnenraum eingebaut werden. Insbesondere kann sich der Ultraschallgenerator außerhalb des Gefäßes befinden und die Schwingungen über einen oder mehrere Resonatoren in den Gefäßinnenraum geführt werden. Der Ultraschallgenerator kann ein Ultraschallwandler und z. B. ein piezoelektrischer linearer Schallwandler sein.To introduce low frequency power ultrasound into such a vessel, either the vessel wall can be contacted and vibrated externally by the low frequency power ultrasound system, or a low frequency power ultrasound system can be at least partially or completely installed in the pressurized vessel interior , In particular, the ultrasound generator can be located outside the vessel and the vibrations can be guided via one or more resonators into the vessel interior. The ultrasonic generator may be an ultrasonic transducer and z. B. be a piezoelectric linear transducer.

Insbesondere bei der indirekten Übertragung des Ultraschalls ins Innere des Gefäßes über die Gefäßwand wird der Ultraschall jedoch mit Hilfe des longitudinal schwingenden Resonators nur ineffizient übertragen.However, especially with the indirect transmission of the ultrasound into the interior of the vessel via the vessel wall, the ultrasound is transmitted only inefficiently with the aid of the longitudinally oscillating resonator.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen bereitzustellen, mit der in Gefäßen enthaltene Materialien effizienter mit Ultraschall behandelt werden können. It is therefore the object of the invention to provide a device for generating ultrasonic vibrations, with which materials contained in vessels can be treated more efficiently with ultrasound.

Diese Aufgabe wird für die eingangs genannte Vorrichtung durch einen weiteren Resonator gelöst, der Ultraschall übertragend mit dem longitudinal schwingenden Resonator verbunden ist, wobei der weitere Resonator ausgebildet ist, im Betrieb des Ultraschallgenerators radial in mehrere Richtungen zu schwingen. Die in radialen Richtungen ausgerichteten Schwingungen sind effizient auf eine Gefäßwand des die Flüssigkeit enthaltenden Gefäßes übertragbar, so dass die Ultraschallschwingungen durch das Gefäß mit geringem Verlust an die im Gefäß enthaltene Flüssigkeit geleitet werden können.This object is achieved for the above-mentioned device by a further resonator, which is ultrasonically connected to the longitudinally vibrating resonator, wherein the further resonator is designed to vibrate radially in several directions during operation of the ultrasound generator. The vibrations oriented in radial directions are efficiently transferable to a vessel wall of the vessel containing the fluid so that the ultrasonic vibrations through the vessel can be conducted to the liquid contained in the vessel with little loss.

Um Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall von außen in ein Gefäß einzubringen, können Schwingungen über die Gefäßwand auf den Gefäßinhalt übertragen werden. Die Schwingungsübertragung auf die Gefäßwand kann allseitig umschließend über die gesamte Gefäßwand oder über einen Teil der Gefäßwand erfolgen. Dieser Teil kann z. B. den Querschnitt des Gefäßes wenigstens abschnittsweise umlaufen. Die Schwingungen können in verschiedenen Winkeln z. B. nahezu oder vollständig senkrecht auf die Gefäßwand wirken. Im Falle eines runden oder ekliptischen Querschnitts können die Schwingungen radial auf den Gefäßquerschnitt wirken. Im Falle vieleckiger, also polygonaler Querschnitte, können die Schwingungen radial auf einen Punkt innerhalb des Gefäßquerschnittes gerichtet sein.In order to introduce low-frequency power ultrasound from the outside into a vessel, vibrations can be transmitted via the vessel wall to the vessel contents. The vibration transmission to the vessel wall can be done on all sides enclosing the entire vessel wall or over part of the vessel wall. This part can z. B. circulate the cross section of the vessel at least partially. The vibrations can be at different angles z. B. act almost or completely perpendicular to the vessel wall. In the case of a round or elliptical cross section, the vibrations can act radially on the vessel cross section. In the case of polygonal, so polygonal cross-sections, the vibrations may be directed radially to a point within the vessel cross-section.

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundene Vorteile ist im Folgenden eingegangen.The solution according to the invention can be further improved by various configurations which are advantageous in each case and can be combined with one another as desired. These embodiments and the advantages associated with them are described below.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform kann der weitere Resonator eine Öffnung wesentlich abschnittsweise umlaufen und beispielsweise im Wesentlichen ringförmig ausgeformt sein. Damit der Resonator das Gefäß zumindest abschnittsweise umlaufen oder das Gefäß sogar umschließen kann, die die Öffnung vorzugsweise dem Gefäßquerschnitt angepasst, wobei der Resonator im Bereich der Öffnung mindestens einen Berührungspunkt und vorzugsweise mindestens zwei Berührungspunkte mit dem Gefäß hat. Mindestens einer dieser Berührungspunkte befindet sich vorzugsweise außerhalb eines Schwingungsminimums des Resonators. In a first advantageous embodiment, the further resonator can circulate an opening substantially in sections and, for example, be substantially annular. So that the resonator at least the vessel circumscribe in sections or even enclose the vessel, the opening preferably adapted to the vessel cross-section, the resonator in the region of the opening has at least one point of contact and preferably at least two points of contact with the vessel. At least one of these points of contact is preferably located outside a vibration minimum of the resonator.

Ist der Resonator ringförmig ausgebildet, kann das Gefäß in die Öffnung eingesetzt werden, so dass die Gefäßwand mit ihrer Außenseite innen am Resonator anliegt. Die Ultraschallschwingungen werden somit im Wesentlichen gleichmäßig in einer Umfangsrichtung des Gefäßes verteilt und wirken von nahezu allen radialen Richtungen auf das Innere des Gefäßes ein. Hat das Gefäß keinen ringförmigen Querschnitt, so kann der weitere Resonator ausgeformt sein, ein Gefäß mit einem anderen und beispielsweise polygonalen Querschnitt so aufzunehmen, dass die Gefäßwand oder mehrere Gefäßwandanschnitte mit ihrer Außenseite an der Innenseite des weiteren Resonators anliegen können. If the resonator is ring-shaped, the vessel can be inserted into the opening, so that the vessel wall rests with its outer side inside the resonator. The ultrasonic vibrations are thus distributed substantially uniformly in a circumferential direction of the vessel and act on the interior of the vessel from almost all radial directions. If the vessel does not have an annular cross-section, then the further resonator can be shaped to receive a vessel having a different and, for example, polygonal cross-section such that the vessel wall or several vessel wall sections can abut with their outside on the inside of the further resonator.

Umläuft der weitere Resonator die Öffnung nicht vollständig, so kann die Ultraschallschwingung trotzdem in radialen Richtungen an das Gefäß abgebbar sein, wobei der Ultraschall in diesem Fall nicht allseitig auf das Gefäß einwirkt.If the further resonator does not completely surround the opening, then the ultrasonic oscillation can nevertheless be deliverable to the vessel in radial directions, the ultrasound in this case not acting on all sides on the vessel.

Der weitere Resonator kann insbesondere zumindest abschnittsweise komplementär zur äußeren Form der Gefäßwand ausgebildet sein.The further resonator may be formed, in particular at least in sections, complementary to the outer shape of the vessel wall.

Der weitere Resonator kann mehrere, entlang seiner Umfangsrichtung und beispielsweise um die Öffnung des Resonators herum angeordnete, Lambda/2-Elemente aufweisen, wodurch der Resonator einfach an die Form des Gefäßes angepasst hergestellt werden kann. Lambda ist die Wellenlänge des Ultraschalls im Resonator bzw. im Lambda/2-Element, welche sich aus der Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall-Frequenz und der Schallausbreitungsgeschwindigkeit im Resonator ergibt. Ein Resonator kann aus einem oder mehreren Lambda/2-Elementen bestehen. Ein aus mehreren Lamda/2-Elementen bestehender Resonator kann aus einem Materialstück entsprechender Länge gefertigt sein. Ein mehrere Lambda/2-Elemente aufweisender Resonator kann aus mehreren Elementen mit einer Länge, die einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge entspricht, z. B. durch Verschrauben, Verschweißen, Verkleben oder Verpressen, zusammengesetzt oder aus einem Materialstück entsprechender Länge gefertigt sein. Lambda/2-Elemente können verschiedene Materialquerschnittsgeometrien, z. B. kreisförmige, ovale oder rechteckige Querschnitte, aufweisen. Die Querschnittsgeometrie und -fläche kann entlang einer Längsachse eines der Lambda/2-Elemente variieren. Die Lambda/2-Elemente können zumindest an ihrer der Öffnung zu gewandten Seite gerade, rund, polygonal oder anders und komplementär zu wenigstens einem Abschnitt der Öffnung ausgeformt sein.The further resonator can have a plurality of lambda / 2 elements arranged along its circumferential direction and, for example, around the opening of the resonator, whereby the resonator can be easily manufactured adapted to the shape of the vessel. Lambda is the wavelength of the ultrasound in the resonator or in the lambda / 2 element, which results from the low-frequency power ultrasound frequency and the sound propagation speed in the resonator. A resonator may consist of one or more lambda / 2 elements. A resonator consisting of several Lamda / 2 elements can be made of a piece of material of corresponding length. A multiple lambda / 2-element resonator may consist of a plurality of elements having a length which corresponds to an integer multiple of the wavelength, z. B. by screwing, welding, gluing or pressing, assembled or made of a piece of material of appropriate length. Lambda / 2 elements can have different material cross-sectional geometries, eg. B. circular, oval or rectangular cross-sections. The cross-sectional geometry and area may vary along a longitudinal axis of one of the lambda / 2 elements. The lambda / 2 elements can be formed at least on their side facing the opening straight, round, polygonal or otherwise and complementary to at least a portion of the opening.

Der Resonator oder dessen Lambda/2-Elemente können unter anderem aus metallischen oder keramischen Materialien oder aus Glas, insbesondere aus Titan, Titanlegierungen, Stahl, Stahllegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen und z. B. aus Titan grade 5 gefertigt sein.The resonator or its lambda / 2 elements can be made, inter alia, of metallic or ceramic materials or of glass, in particular of titanium, titanium alloys, steel, steel alloys, aluminum or aluminum alloys and z. B. made of titanium grade 5.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Resonators, welcher, bevorzugt mit mehreren miteinander verbundenen Lamda/2-Elementen, die Öffnung zumindest teilweise oder sogar vollständig umläuft, ist es möglich, auf den Resonator oder auf ein oder mehrere dieser Lambda/2-Elemente einwirkende Longitudinalschwingungen in radial oder annähernd radial zu einem ausgewählten Punkt der Öffnung und insbesondere zu deren Zentrum gerichtete Schwingungen umzuwandeln.The inventive design of the resonator, which, preferably with a plurality of interconnected Lamda / 2 elements, the opening at least partially or even completely circulates, it is possible on the resonator or on one or more of these lambda / 2 elements acting longitudinal vibrations in radially or approximately radially to a selected point of the opening and in particular to convert their center directed vibrations.

Insbesondere kann der weitere Resonator eine gerade Anzahl von Lambda/2-Elementen aufweisen.In particular, the further resonator may have an even number of lambda / 2 elements.

Vorzugsweise ist die Öffnung in einer Ebene zumindest teilweise von den Lambda/2-Elementen umgeben, wobei die Lambda/2-Elemente an die Öffnung angrenzen können. Hierdurch können die Lambda/2-Elemente direkt und insbesondere mehr- oder allseitig senkrecht zu einer Umfangsrichtung der Öffnung mit dem in der Öffnung anordnenbaren Gefäß in Kontakt gebracht werden, um die Ultraschallschwingungen effizient auf das Gefäß zu übertragen.Preferably, the opening in a plane is at least partially surrounded by the lambda / 2 elements, wherein the lambda / 2 elements can adjoin the opening. As a result, the lambda / 2 elements can be brought into direct contact with the vessel which can be arranged in the opening directly and in particular more or all sides perpendicular to a circumferential direction of the opening, in order to efficiently transmit the ultrasonic vibrations to the vessel.

Die Öffnung kann zentral im weiteren Resonator angeordnet sein, um zu vermeiden, dass das Gefäß nur am Rand des Resonators vorsehbar ist, wodurch die Handhabung der Vorrichtung mit dem Gefäß erschwert würde.The opening can be arranged centrally in the further resonator in order to avoid that the vessel can only be provided at the edge of the resonator, which would make it more difficult to handle the device with the vessel.

Damit die Vorrichtung den Ultraschall effizient an das Gefäß abgeben kann, ist die Geometrie des weiteren Resonators vorzugsweise an die äußere Geometrie der Gefäßwandung angepasst. Beispielsweise begrenzt eine Innenseite des weiteren Resonators die Öffnung für das Gefäß bogenförmig, kreisförmig, rund, gezackt, polygonal oder sternförmig, wenn das Gefäß eine entsprechende äußere Form aufweist.In order for the device to efficiently deliver the ultrasound to the vessel, the geometry of the further resonator is preferably adapted to the outer geometry of the vessel wall. For example, an inner side of the further resonator limits the opening for the vessel arcuate, circular, round, serrated, polygonal or star-shaped, when the vessel has a corresponding outer shape.

Um eine Gefäßwand in Schwingungen zu versetzen, kann der weitere Resonator nicht nur ein Gefäß aufnehmen, sondern alternativ auch in ein Gefäß eingesetzt werden. Um die Gefäßwand in Schwingungen versetzen zu können, kann der weitere Resonator ausgebildet sein, an einer Innenseite der Gefäßwand anzuliegen oder in einen gleichmäßigen Abstand zur Innenseite angeordnet zu sein. Vorzugsweise ist der weitere Resonator zu der inneren Form des Gefäßes zumindest abschnittsweise komplementär ausgeformt und beispielsweise an seiner von der Öffnung weg weisenden Außenseite bogenförmig, kreisförmig, rund, gezackt, polygonal oder sternförmig ausgebildet.In order to set a vessel wall in vibration, the other resonator can not only accommodate a vessel, but alternatively be used in a vessel. In order to enable the vessel wall to vibrate, the further resonator may be formed on a To lie against the inside of the vessel wall or to be arranged at a uniform distance from the inside. Preferably, the further resonator is formed complementary to the inner shape of the vessel at least in sections and, for example, on its outside facing away from the opening outside arc-shaped, circular, round, serrated, polygonal or star-shaped.

Der weitere Resonator ist vorzugsweise mit zumindest einer Aussparung versehen, um eine Resonanzfrequenz des weiteren Resonators bei der Fertigung des Resonators einstellen zu können. Die zumindest eine Aussparung kann als Vertiefung, beispielsweise als ein Sackloch, oder als eine durchgehende Öffnung ausgebildet sein. Die Aussparung kann sich parallel oder senkrecht zur zentralen Öffnung bzw. zu der im Bereich der Aussparung vorherrschenden Schwingungsrichtung erstrecken und sich parallel zur zentralen Öffnung oder zu der zentralen Öffnung hin bzw. von der zentralen Öffnung weg öffnen. The further resonator is preferably provided with at least one recess in order to be able to set a resonance frequency of the further resonator during the production of the resonator. The at least one recess may be formed as a recess, for example as a blind hole, or as a continuous opening. The recess may extend parallel or perpendicular to the central opening or to the prevailing vibration direction in the region of the recess and open parallel to the central opening or to the central opening or away from the central opening.

Der weitere Resonator kann mit mehreren Aussparungen versehen sein, die alle gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein können. Durch unterschiedlich ausgebildete Aussparungen kann das Schwingungsverhalten des Resonators lokal verändert werden. Hierdurch sind beispielsweile lokale Abweichungen von einem gewünschten Schwingungsverhalten änder-, einstell- bzw. korrigierbar.The further resonator may be provided with a plurality of recesses, all of which may be identical or different. By differently shaped recesses, the vibration behavior of the resonator can be changed locally. As a result, local deviations from a desired vibration behavior, for example, can be changed, adjusted or corrected.

Die zumindest eine Aussparung ist beispielsweise als eine Bohrung, Fräsung oder als ein Schlitz ausgebildet.The at least one recess is formed for example as a bore, milling or as a slot.

Vorzugsweise ist wenigstens eines der Lambda/2-Elemente mit der zumindest einen Aussparung versehen. Durch die Aussparung kann das Schwingungsverhalten des Lambda/2-Elementes an ein gewünschtes Schwingungsverhalten und/oder an das Schwingungsverhalten anderer Lambda/2-Elemente des weiteren Resonators angepasst werden. Das Schwingungsverhalten des weiteren Resonators kann durch die wenigstens eine Ausnehmung beispielsweise an das Schwingungsverhalten des longitudinal schwingenden Resonators angepasst werden.Preferably, at least one of the lambda / 2 elements is provided with the at least one recess. Through the recess, the vibration behavior of the lambda / 2 element can be adapted to a desired vibration behavior and / or to the vibration behavior of other lambda / 2 elements of the further resonator. The vibration behavior of the further resonator can be adjusted by the at least one recess, for example, to the vibration behavior of the longitudinally oscillating resonator.

Insbesondere die Resonanzfrequenz bzw. -frequenzen des Resonators oder der Lambda/2-Elemente und deren Amplitudenverteilung entlang der Öffnung sind unter anderem von der Geometrie der Öffnung abhängig. Durch die Aussparungen im weiteren Resonator bzw. in zumindest einem von dessen Lambda/2-Elementen können die Resonanzfrequenz bzw. Resonanzfrequenzen des weiteren Resonators und dessen Schwingungsamplitudenverteilung entlang der Öffnung beeinflusst werden. Dadurch ist es möglich, bestimmte Resonanzfrequenzen und/oder Amplitudenverteilungen durch Anzahl, Größe und Ausformung der Aussparungen zu beeinflussen, um beispielsweise die Resonanzfrequenz des weiteren Resonators an eine Resonanzfrequenz des longitudinal schwingenden Resonators anzupassen bzw. deren Erregerfrequenzen aneinander anzunähern oder anzugleichen. Ferner lassen sich Resonanzfrequenzen ungewünschter Schwingungsmuster durch die Aussparungen reduzieren, so dass ungewünschte Schwingungsmuster nicht angeregt werden.In particular, the resonant frequency or frequencies of the resonator or the lambda / 2 elements and their amplitude distribution along the opening are inter alia dependent on the geometry of the opening. The recesses in the further resonator or in at least one of its lambda / 2 elements can influence the resonance frequency or resonance frequencies of the further resonator and its oscillation amplitude distribution along the opening. This makes it possible to influence certain resonance frequencies and / or amplitude distributions by the number, size and shape of the recesses in order, for example, to adapt the resonant frequency of the further resonator to a resonant frequency of the longitudinally oscillating resonator or to approximate or equalize their exciter frequencies. Furthermore, resonance frequencies of unwanted vibration patterns can be reduced by the recesses so that undesired vibration patterns are not excited.

Im Folgenden ist eine zusammenfassende Darstellung von Merkmalen der Erfindung gegeben. Die unterschiedlichen Merkmale können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.

1. Vorrichtung zur Transformation longitudinaler Schwingungen, in radial oder annähernd radial zum Zentrum mindestens der einen Öffnung gerichtete Schwingungen, wobei der weitere Resonator eine ganzzahlige Anzahl von Lambda/2-Elementen aufweist und insbesondere aus diesen besteht, die Öffnung aufweist und mindestens eines der Lambda/2-Elemente mindestens eine Aussparung, beispielsweise eine Öffnung, Bohrung, Vertiefung oder ein Schlitz, aufweist, welche geeignet ist, mindestens eine der Resonanzfrequenzen des Resonators und/oder die Amplitudenverteilung entlang der Öffnung zu beeinflussen.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator eine geradzahlige Anzahl von Lambda/2-Elementen aufweist und insbesondere aus diesen besteht.
3. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator die Öffnung vollständig umschließt.
4. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator die Öffnung nicht vollständig umschließt.
5. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator und die Öffnung konzentrisch angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei die Öffnung kreisförmig ist.
7. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei die Öffnung polygonal ausgeformt ist.
8. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei jedes der Lambda/2-Elemente mindestens eine Aussparung, z. B. eine Öffnung, Bohrung, Vertiefung oder ein Schlitz, aufweist, welche geeignet ist, mindestens eine der Resonanzfrequenzen des weiteren Resonators oder eine Amplitudenverteilung entlang der Öffnung zu beeinflussen.
9. Vorrichtung nach Punkt 8, wobei mindestens eine der im Bereich von 10 bis 100 kHz existierenden Resonanzfrequenzen des weiteren Resonators durch die mindestens eine Aussparung um mindestens 500 Hz verändert wird.
10. Vorrichtung nach Punkt 8, wobei mindestens eine der im Bereich von 15 bis 80 kHz existierenden Resonanzfrequenzen des weiteren Resonators durch die mindestens eine Aussparung, um mindestens 2 kHz verändert wird.
11. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator mehrere Öffnungen aufweist.
12. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator aus einer Stahllegierung gefertigt ist.
13. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
14. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator aus einer Titanlegierung gefertigt ist.
15. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator aus Keramik gefertigt ist.
16. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator aus Glas gefertigt ist.
17. Vorrichtung nach Punkt 1 wobei der weitere Resonator für die Übertragung von Ultraschall mit einer Frequenz zwischen 15 und 40 kHz ausgelegt ist.
18. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator für die Übertragung von Ultraschall mit einer Frequenz zwischen 16 und 22 kHz ausgelegt ist.
19. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator für die Übertragung von Ultraschall mit einer Leistung zwischen 50 und 20000 Watt ausgelegt ist.
20. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei der weitere Resonator für die Übertragung von Ultraschall mit einer Leistung zwischen 10 und 1000 Watt ausgelegt ist.
21. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei die maximale Diagonale oder der Durchmesser der Öffnung des weiteren Resonators zwischen 1 und 100 mm misst.
22. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei die maximale Amplitude der Schwingungen in radialer Richtung kleiner als 20 µm (Spitze-Spitze-Wert) ist.
23. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei die maximale Amplitude der Schwingungen in radialer Richtung größer als 1 µm (Spitze-Spitze-Wert) ist.
24. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei die maximale Amplitude der Schwingungen in radialer Richtung größer als 5 µm (Spitze-Spitze-Wert) ist.
25. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei die Öffnung ausgebildet ist, um mindestens teilweise formschlüssig an einer Gefäßwand anzuliegen.
26. Vorrichtung nach Punkt 1, wobei mindestens eine der Aussparungen, z. B. Öffnungen, Bohrungen, Vertiefungen oder Schlitze, ausgebildet ist, um mindestens teilweise und vorzugsweise formschlüssig an einer Gefäßwand anzuliegen.

The following is a summary of features of the invention. The different features can be combined independently of each other, as has already been explained in the individual advantageous embodiments.

1. A device for the transformation of longitudinal vibrations, in radially or approximately radially to the center of at least one opening directed vibrations, wherein the further resonator has an integer number of lambda / 2 elements and in particular consists of these, the opening and at least one of the lambda / 2 elements has at least one recess, for example an opening, bore, recess or a slot, which is suitable for influencing at least one of the resonant frequencies of the resonator and / or the amplitude distribution along the opening.
2. Device according to item 1, wherein the further resonator has an even number of lambda / 2 elements and in particular consists of these.
3. Device according to item 1, wherein the further resonator completely surrounds the opening.
4. Device according to item 1, wherein the further resonator does not completely surround the opening.
5. The device according to item 1, wherein the further resonator and the opening are arranged concentrically.
6. Device according to item 1, wherein the opening is circular.
7. Device according to item 1, wherein the opening is formed polygonal.
8. Device according to item 1, wherein each of the lambda / 2 elements at least one recess, for. Example, an opening, bore, recess or a slot, which is adapted to influence at least one of the resonant frequencies of the further resonator or an amplitude distribution along the opening.
9. Device according to item 8, wherein at least one of the existing in the range of 10 to 100 kHz resonance frequencies of the further resonator is changed by the at least one recess by at least 500 Hz.
10. The device according to item 8, wherein at least one of the existing in the range of 15 to 80 kHz resonant frequencies of the other resonator through the at least one recess, is changed by at least 2 kHz.
11. The device according to item 1, wherein the further resonator has a plurality of openings.
12. The device according to item 1, wherein the further resonator is made of a steel alloy.
13. The device according to item 1, wherein the further resonator is made of an aluminum alloy.
14. The device according to item 1, wherein the further resonator is made of a titanium alloy.
15. The device according to item 1, wherein the further resonator is made of ceramic.
16. The device according to item 1, wherein the further resonator is made of glass.
17. The device according to item 1 wherein the further resonator is designed for the transmission of ultrasound at a frequency between 15 and 40 kHz.
18. The device according to item 1, wherein the further resonator for the transmission of ultrasound is designed with a frequency between 16 and 22 kHz.
19. The device according to item 1, wherein the further resonator for the transmission of ultrasound is designed with a power between 50 and 20,000 watts.
20. Device according to item 1, wherein the further resonator is designed for the transmission of ultrasound with a power between 10 and 1000 watts.
21. Device according to item 1, wherein the maximum diagonal or the diameter of the opening of the further resonator measures between 1 and 100 mm.
22. The apparatus of item 1, wherein the maximum amplitude of the vibrations in the radial direction is less than 20 microns (peak-to-peak value).
23. The device according to item 1, wherein the maximum amplitude of the vibrations in the radial direction is greater than 1 micron (peak-to-peak value).
24. The device according to item 1, wherein the maximum amplitude of the vibrations in the radial direction is greater than 5 microns (peak-to-peak value).
25. The device according to item 1, wherein the opening is formed to abut at least partially positively against a vessel wall.
26. The device according to item 1, wherein at least one of the recesses, for. As openings, holes, recesses or slots, is formed to at least partially and preferably positively abut a vessel wall.

Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde. The invention is explained below by way of example with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings. The different features of the embodiments can be combined independently of each other, as has already been explained in the individual advantageous embodiments.

Es zeigen:Show it:

1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention;

2: eine schematische Darstellung von Schwingungsamplituden; 2 : a schematic representation of vibration amplitudes;

3 bis 6: schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 3 to 6 : schematic representations of further embodiments of the device according to the invention.

Zunächst sind Aufbau und Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben. First, the structure and function of the inventive device for generating ultrasonic vibrations with respect to the embodiment of the 1 described.

1 zeigt die Vorrichtung 1 mit einem longitudinal schwingenden Resonator 2 und einem weiteren Resonator 3. Ein Ultraschallschwingungen erzeugender Ultraschallgenerator der Vorrichtung 1, der die Ultraschallschwingungen in den Resonator 2 einleitet, ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Der Ultraschallgenerator ruft im Resonator 2 Schwingungen hervor, so dass der Resonator 2 entlang einer longitudinalen Schwingungsrichtung L hin und her schwingt bzw. vibriert und seine Länge oder Lage in der Schwingungsrichtung L hierdurch periodisch ändert. 1 shows the device 1 with a longitudinally vibrating resonator 2 and another resonator 3 , An ultrasonic vibration generating ultrasonic generator of the device 1 that the ultrasonic vibrations in the resonator 2 is introduced, is not shown for the sake of simplicity. The ultrasonic generator calls in the resonator 2 Vibrations emerge, so that the resonator 2 along a longitudinal vibration direction L oscillates back and forth and its length or position in the vibration direction L thereby periodically changes.

Der longitudinal schwingende Resonator 2 ist Ultraschall übertragend mit dem weiteren Resonator 3 verbunden. Beispielsweise liegt der Resonator 2 mit seiner senkrecht zur Schwingungsrichtung L verlaufenden Stirnfläche 4 am weiteren Resonator 3 an, wobei die Stirnfläche 4 vorzugsweise so gegen den weiteren Resonator 3 drückt, dass Ultraschallschwingungen vom longitudinal schwingenden Resonator 2 über dessen Stirnfläche 4 auf den weiteren Resonator 3 übertragen werden können.The longitudinally vibrating resonator 2 is ultrasonic transmitting with the further resonator 3 connected. For example, the resonator is located 2 with its perpendicular to the direction of oscillation L end face 4 at the other resonator 3 on, with the end face 4 preferably so against the other resonator 3 expresses that ultrasonic vibrations from the longitudinally oscillating resonator 2 over its end face 4 on the other resonator 3 can be transmitted.

Der longitudinal schwingende Resonator 2 und der weitere Resonator 3 können über die Stirnfläche 4 aneinander befestigt sein, um die Schwingungen effizient übertragen zu können. Die beiden Resonatoren 2, 3 können alternativ separat voneinander vorliegen und womöglich nur gegeneinander gedrückt sein, um die Schwingungen zu übertragen.The longitudinally vibrating resonator 2 and the other resonator 3 can over the frontal area 4 be attached to each other in order to transmit the vibrations efficiently. The two resonators 2 . 3 may alternatively be present separately and possibly only be pressed against each other to transmit the vibrations.

Der weitere Resonator 3 ist im Ausführungsbeispiel der 1 ring- bzw. torusförmig und mit einer durchgehenden und zentral angeordneten Öffnung 5 dargestellt. Die Öffnung 5 ist vorzugsweise ausgebildet, um ein Gefäß so aufzunehmen, dass eine zur Öffnung 5 zugewandte Innenseite 6 des weiteren Resonators 3 zumindest abschnittsweise an einer Außenseite einer Gefäßwand des Gefäßes anliegt, damit Ultraschallschwingungen vom weiteren Resonator 3 auf das Gefäß und von dort auf den Inhalt des Gefäßes übertragen werden können. Die Innenseite 6 kann parallel zu einer Umfangsrichtung U bzw. senkrecht zu einer radialen Richtung R der Öffnung 5 verlaufen, so dass sie die Öffnung 5 beispielsweise gekrümmt und insbesondere kreisförmig umläuft, wie es im Ausführungsbeispiel der 1 gezeigt ist. In einer senkrecht zur radialen Richtung R und zur Umfangsrichtung U verlaufenden und in die Zeichenebene hinein weisenden Richtung E, in der sich die Öffnung 5 durch den weiteren Resonator 3 erstreckt, kann die Innenseite 6 konkav oder konvex gewölbt ausgebildet sein. Insbesondere kann der weitere Resonator 3 in der radialen Richtung R einen runden und insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Um möglichst großflächig an einem Gefäß anliegen zu können, kann die Innenseite 6 jedoch auch zumindest abschnittsweise gerade und beispielsweise parallel zur Richtung E verlaufend ausgestaltet sein. The further resonator 3 is in the embodiment of 1 annular or torus-shaped and with a continuous and centrally arranged opening 5 shown. The opening 5 is preferably adapted to receive a vessel so that one to the opening 5 facing inside 6 Furthermore resonator 3 at least partially abuts an outer side of a vessel wall of the vessel, so that ultrasonic vibrations from the other resonator 3 be transferred to the vessel and from there to the contents of the vessel. The inside 6 may be parallel to a circumferential direction U or perpendicular to a radial direction R of the opening 5 so they pass the opening 5 for example, curved and in particular circulates circularly, as in the embodiment of the 1 is shown. In a direction perpendicular to the radial direction R and the circumferential direction U and pointing in the plane in the direction E, in which the opening 5 through the further resonator 3 extends, the inside can 6 be formed concave or convex. In particular, the further resonator 3 in the radial direction R have a round and in particular circular cross-section. In order to be able to rest as large as possible on a vessel, the inside 6 However, at least partially straight and be designed, for example parallel to the direction E extending.

Die Stirnfläche 4 weist entgegen der radialen Richtung R und liegt an einer von der Öffnung 5 weg weisenden Außenseite 8 des weiteren Resonators 3 an diesem an. Zumindest in Bereich der Stirnfläche 4 verlaufen die longitudinale Schwingungsrichtung L und die radiale Richtung R parallel bzw. antiparallel zueinander.The face 4 opposite to the radial direction R and is located at one of the opening 5 pointing away outside 8th the other resonator 3 at this. At least in the area of the face 4 The longitudinal oscillation direction L and the radial direction R are parallel or antiparallel to each other.

Empfängt der Resonator 2 vom Ultraschallerzeuger generierten Ultraschall und schwingt der Resonator 2 parallel zur longitudinalen Schwingungsrichtung L, so übertragen sich die Schwingungen über die Stirnfläche 4 auf den weiteren Resonator 3. Auf Grund der gekrümmten und im Wesentlichen runden bzw. ringförmigen Ausgestaltung des weiteren Resonators 3 wandelt dieser die longitudinalen Schwingungen des Resonators 2 in radiale Schwingungen, wobei der weitere Resonator 3 quer zur Umfangsrichtung U bzw. parallel zur radialen Richtung R hin und her schwingt, wodurch sich beispielsweise der quer zur Umfangsrichtung U bzw. parallel zur radialen Richtung R zu messende Durchmesser D der Öffnung 5 periodisch ändert. Weist das Gefäß eine andere als eine röhrenförmige Gefäßwand auf, kann der Resonator 2 auch anders als rund oder kreisförmig ausgestaltet sein, um die Ultraschallschwingungen auf das Gefäß bzw. auf dessen Gefäßwand gleichmäßig und effizient zu übertragen.Receives the resonator 2 Ultrasound generator generated ultrasound and vibrates the resonator 2 parallel to the longitudinal direction of vibration L, the vibrations are transmitted across the face 4 on the other resonator 3 , Due to the curved and substantially round or annular configuration of the other resonator 3 this converts the longitudinal vibrations of the resonator 2 in radial vibrations, wherein the further resonator 3 transverse to the circumferential direction U or parallel to the radial direction R oscillates back and forth, resulting, for example, to be measured transversely to the circumferential direction U and parallel to the radial direction R diameter D of the opening 5 changes periodically. If the vessel has a tube wall other than a tubular vessel wall, the resonator 2 Also be designed differently than round or circular in order to transmit the ultrasonic vibrations to the vessel or on the vessel wall evenly and efficiently.

Die Stirnfläche 4 kann zumindest abschnittsweise komplementär zur Außenseite 8 ausgebildet sein, so dass die Stirnfläche 4 flächig an der Außenseite 8 anliegen kann. Punktuelle Belastungen der Resonatoren 2, 3 bei der Übertragung der Ultraschallschwingungen werden hierdurch vermieden und die Ultraschallschwingungen möglichst großflächig übertragen. The face 4 can be at least partially complementary to the outside 8th be formed so that the end face 4 flat on the outside 8th can be present. Point loads on the resonators 2 . 3 In the transmission of ultrasonic vibrations are thus avoided and transmit the ultrasonic vibrations as large as possible.

Durch die Ultraschallschwingungen verformen sich die Resonatoren periodisch, wobei der longitudinal schwingende Resonator 2 sich entlang der longitudinalen Schwingungsrichtung L und der weitere Resonator 3 sich quer zur Umfangsrichtung U bzw. parallel zu den radialen Richtungen R periodisch verformt. Due to the ultrasonic vibrations, the resonators deform periodically, wherein the longitudinally oscillating resonator 2 along the longitudinal direction of vibration L and the other resonator 3 deformed transversely to the circumferential direction U or parallel to the radial directions R periodically.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der weitere Resonator 3 mit acht Aussparungen 9 versehen, um beispielsweise die Resonanzfrequenz des weiteren Resonators 3 an eine Resonanzfrequenz des Resonators 2 anzupassen. Die Aussparungen 9 sind als durchgängige und sich parallel zur Richtung E durch den weiteren Resonator 3 erstreckende Öffnungen dargestellt, die gleichmäßig um die Öffnung 5 herum angeordnet sind. Die Aussparungen 9 sind röhrenförmig ausgebildet und quer zur Richtung E vom Material des weiteren Resonators 3 umgeben. Die Aussparungen 9 können entlang einer sich in Umfangsrichtung U durch den weiteren Resonator 3 erstreckenden Mittellinie II oder außermittig angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die Aussparungen 9 näher an der Innenseite 6 als an der Außenseite 8 des weiteren Resonators 3 und insbesondere zwischen der Mittellinie II und der Innenseite 6 vorgesehen.In the embodiment of 1 is the other resonator 3 with eight recesses 9 provided, for example, the resonant frequency of the other resonator 3 to a resonant frequency of the resonator 2 adapt. The recesses 9 are as continuous and parallel to the direction E through the other resonator 3 extending openings, evenly around the opening 5 are arranged around. The recesses 9 are tubular and transverse to the direction E of the material of the further resonator 3 surround. The recesses 9 can along a circumferentially U through the other resonator 3 extending centerline II or off-center. In the embodiment of 1 are the recesses 9 closer to the inside 6 as on the outside 8th the other resonator 3 and in particular between the midline II and the inside 6 intended.

Der weitere Resonator 3 kann mehrere Lambda/2-Elemente 10 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel der 1 weist der weitere Resonator 3 vier Lambda/2-Elemente 10 auf, die ähnlich ausgebildet sind und die Öffnung 5 in einer senkrecht zur Richtung E verlaufenden Ebene umgeben. Insbesondere kann der weitere Resonator 3 aus den Lambda/2-Elementen 10 bestehen, wobei der weitere Resonator 3 beispielsweise aus zwei, sechs, acht, zehn oder zwölf bzw. mehr Lambda/2-Elementen 10 gefertigt sein kann.The further resonator 3 can have multiple lambda / 2 elements 10 exhibit. In the embodiment of 1 has the further resonator 3 four lambda / 2 elements 10 on, which are similarly formed and the opening 5 surrounded in a plane perpendicular to the direction E plane. In particular, the further resonator 3 from the lambda / 2 elements 10 exist, wherein the further resonator 3 for example, from two, six, eight, ten or twelve or more lambda / 2 elements 10 can be made.

Die Lambda/2-Elemente sind kreisbogenförmig ausgebildet und bilden insbesondere Viertelkreise des weiteren Resonators 3 aus. An Verbindungsflächen 11 sind die Lambda/2-Elemente 10 schwingungsübertragend miteinander verbunden und beispielsweise miteinander verschweißt oder verklebt. Je zwei Aussparungen 9 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 gleichmäßig entlang der Umfangsrichtung U in jedem der Lambda/2-Elemente 10 angeordnet.The lambda / 2 elements are formed in a circular arc and in particular form quadrants of the further resonator 3 out. At connection surfaces 11 are the lambda / 2 elements 10 vibrationally connected to each other and, for example, welded or glued together. Two recesses each 9 are according to the embodiment of the 1 evenly along the circumferential direction U in each of the lambda / 2 elements 10 arranged.

Der quer zur Richtung E verlaufende innere Durchmesser D der Öffnung 5 kann im Wesentlichen einem Außendurchmesser eines in der Öffnung 5 aufnehmbaren Gefäßes entsprechen und beispielsweise 28 mm betragen. Ein äußerer Durchmesser des weiteren Resonators 3 kann einen Innendurchmesser eines Gefäßes, in das der weitere Resonator 3 eingesetzt werden soll, im Wesentlichen entsprechen und beispielsweise 70 mm betragen. In der radialen Richtung R kann der weitere Resonator 3 eine Dicke von beispielsweise 25 mm aufweisen. Die Aussparungen 9 können quer zur Richtung E einen Innendurchmesser von beispielsweise 10 mm aufweisen. Ein derart bemessener weiterer Resonator 3 hat beispielsweise eine Resonanzfrequenz von 26 kHz. Der longitudinal schwingende Resonator 2 und der weitere Resonator 3 können zusammen eine Verbundresonanzfrequenz von beispielsweise 25,7 kHz aufweisen.The transverse to the direction E inner diameter D of the opening 5 can essentially be an outside diameter of one in the opening 5 correspond receptive vessel and, for example, be 28 mm. An outer diameter of the further resonator 3 may be an inner diameter of a vessel into which the further resonator 3 should be used, substantially correspond and be 70 mm, for example. In the radial Direction R, the further resonator 3 have a thickness of for example 25 mm. The recesses 9 can have transverse to the direction E an inner diameter of, for example, 10 mm. Such a dimensioned further resonator 3 for example, has a resonant frequency of 26 kHz. The longitudinally vibrating resonator 2 and the other resonator 3 may together have a composite resonant frequency of, for example, 25.7 kHz.

Der Ultraschallgenerator der Vorrichtung 1 ist beispielsweise ein piezoelektrischer Schallwandler für Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall mit einer Arbeitsfrequenz zwischen 15 und 100 kHz, vorzugsweise 15 und 30 kHz und beispielsweise 25,7 kHz. Die Arbeitsfrequenz des Ultraschallerzeugers entspricht also bevorzugt der Verbundresonanzfrequenz der beiden Resonatoren 2, 3. Die Schallleistung des Ultraschallerzeugers kann zwischen 5 und 1000 W, vorzugsweise 15 und 300 W und beispielsweise 150 W betragen. Eine Schwingungsamplitude der durch den Ultraschallerzeuger generierten Schwingung kann beispielsweise 15 µm betragen, so dass die Innenseite 6 des weiteren Resonators 3 beispielsweise mit 14 µm schwingt und sich der Durchmesser D der Öffnung 5 um bis zu 28 µm pro Schwingung ändert.The ultrasound generator of the device 1 For example, a piezoelectric transducer for low frequency power ultrasound with an operating frequency between 15 and 100 kHz, preferably 15 and 30 kHz and for example 25.7 kHz. The operating frequency of the ultrasound generator thus preferably corresponds to the composite resonant frequency of the two resonators 2 . 3 , The sound power of the ultrasonic generator may be between 5 and 1000 W, preferably 15 and 300 W and for example 150 W. A vibration amplitude of the vibration generated by the ultrasonic generator may be, for example, 15 μm, so that the inside 6 the other resonator 3 for example, with 14 microns oscillates and the diameter D of the opening 5 changes by up to 28 μm per oscillation.

2 zeigt Schwingungsverläufe zweier Lambda/2-Elemente 10 in einem Diagramm 12. Insbesondere ist die Schwingung des weiteren Resonators 3 entlang der Mittellinie II dargestellt, wobei die Schwingung zweier über eine der Verbindungsflächen 11 miteinander verbundenen Lambda/2-Elemente 10 dargestellt ist. Auf einer Abszisse des Diagramms 12 ist eine Länge der beiden Lambda/2-Elemente 10 entlang der Umfangsrichtung U und der Mittellinie II dargestellt. Die die beiden Lambda/2-Elemente 10 erstrecken sich entlang der Umfangsrichtung U. Auf der Ordinate des Diagramms 12 ist die Größe der Verformung V der Lambda/2-Elemente 10 abgetragen. Das Diagramm 12 zeigt eine Momentaufnahme, in der die Verbindungsflächen 11 maximal ausgelenkt sind. Ein mittig zwischen den Verbindungsflächen angeordneter Abschnitt 13 der Lambda/2-Elemente 10 ist hingegen nicht ausgelenkt. Die Verformung der beiden Lambda/2-Elemente 10 ist im Wesentlichen sinusförmig. Die Aussparungen 9 sind jeweils zwischen Schwingungsextremwerten M1, M2 und einem im Abschnitt 13 gelegenen Wendepunkt P der Schwingung des jeweiligen Lambda/2-Elementes 10 angeordnet. Die Lambda/2-Elemente 10 des weiteren Resonators 3 schwingen im Ausführungsbeispiel der 1 als eine stehende Welle. 2 shows waveforms of two lambda / 2 elements 10 in a diagram 12 , In particular, the oscillation of the further resonator 3 shown along the center line II, wherein the vibration of two over one of the connecting surfaces 11 interconnected lambda / 2 elements 10 is shown. On an abscissa of the diagram 12 is a length of the two lambda / 2 elements 10 along the circumferential direction U and the center line II shown. The two lambda / 2 elements 10 extend along the circumferential direction U. On the ordinate of the diagram 12 is the magnitude of the deformation V of the lambda / 2 elements 10 ablated. The diagram 12 shows a snapshot in which the connecting surfaces 11 are maximally deflected. A section arranged centrally between the connecting surfaces 13 the lambda / 2 elements 10 is not distracted. The deformation of the two lambda / 2 elements 10 is essentially sinusoidal. The recesses 9 are each between vibration extremes M1, M2 and one in the section 13 lying inflection point P of the oscillation of the respective lambda / 2 element 10 arranged. The lambda / 2 elements 10 the other resonator 3 swing in the embodiment of 1 as a standing wave.

4 bis 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen weiteren Resonators 3, wobei für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet sind. 4 to 6 show further embodiments of the invention further resonator 3 , wherein for elements that are in function and / or construction of the elements of the embodiment of 1 correspond, the same reference numerals are used.

Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die Innenseite 6 gezackt ausgebildet und umläuft sternförmig die zentrale Öffnung 5. Die Außenseite 8 umläuft den weiteren Resonator 3 in der Form eines gleichmäßigen Achtecks.In the embodiment of 3 is the inside 6 formed serrated and runs around the central opening in a star shape 5 , The outside 8th revolves around the other resonator 3 in the shape of a regular octagon.

Jede zweite von der zentralen Öffnung 5 in der radialen Richtung R zurückspringende Spitze 14 der gezackten Innenseite 6 weist auf eine der acht Aussparungen 9 zu. Die zwischen den Spitzen 14 angeordneten und in die radiale Richtung R weisenden Spitzen 15 zeigen zwischen den Aussparungen 9 von der Öffnung 5 weg. Der weitere Resonator 3 des Ausführungsbeispiels der 4 ist mit sechzehn Aussparungen 9 ausgebildet, wobei jede zweite Aussparung 9’ nicht als durchgängige Röhre, sondern als ein Sackloch ausgebildet ist. Ferner weist der weitere Resonator 3 des Ausführungsbeispiels der 4 16 Lambda/2-Elemente aus, wobei jedes der Lambda/2-Elemente mit einem der Aussparungen 9, 9’ versehen ist. Die Außenseite 8 ist gezackt und mit fünfzehn vorspringenden Zacken 15 versehen, wobei die Zacken 15 von der Öffnung 5 weg weisend angeordnet sind. Um den Kontakt zu der Stirnfläche 4 des Resonators 2 zu verbessern, ist eine sechzehnte Zacke 15 weggelassen, so dass der weitere Resonator 3 flächig an der eben ausgebildeten Stirnfläche 4 anliegt. Every second from the central opening 5 in the radial direction R recessed tip 14 the serrated inside 6 points to one of the eight recesses 9 to. The one between the tips 14 arranged and pointing in the radial direction R tips 15 show between the recesses 9 from the opening 5 path. The further resonator 3 of the embodiment of 4 is with sixteen recesses 9 formed, with every second recess 9 ' not as a continuous tube, but is designed as a blind hole. Furthermore, the further resonator 3 of the embodiment of 4 16 lambda / 2 elements, with each of the lambda / 2 elements having one of the recesses 9 . 9 ' is provided. The outside 8th is jagged and with fifteen protruding spikes 15 provided, with the teeth 15 from the opening 5 are arranged pointing away. To contact the face 4 of the resonator 2 to improve is a sixteenth spike 15 omitted, leaving the other resonator 3 flat on the newly formed end face 4 is applied.

Der weitere Resonator 3 des in der 5 dargestellten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem weiteren Resonator 3 des Ausführungsbeispiels der 1, wobei die Aussparungen 9 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 jeweils in Schwingungsmaxima oder Schwingungsminima der Lambda/2-Elemente 10 angeordnet sind. The further resonator 3 in the 5 illustrated embodiment substantially corresponds to the further resonator 3 of the embodiment of 1 , where the recesses 9 according to the embodiment of the 5 in each case in oscillation maxima or oscillation minima of the lambda / 2 elements 10 are arranged.

Im Ausführungsbeispiel der 6 öffnen sich die Aussparungen 9 zur Öffnung 5, wobei die Aussparungen 9 hier als sich entgegen der Richtung E öffnende Sacklöcher mit einem rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt ausgebildet sind.In the embodiment of 6 the recesses open 9 to the opening 5 , where the recesses 9 Here, as opposed to the direction E opening blind holes are formed with a rectangular or square cross-section.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtung contraption
22: Resonator resonator
33: weiterer Resonator another resonator
44: Stirnfläche face
55: Öffnung opening
66: Innenseite inside
88th: Außenseite outside
9, 9’9, 9 ': Aussparung recess
1010: Lambda/2-Element Lambda / 2 element
1111: Verbindungsfläche interface
1212: Diagramm diagram
1313: mittiger Abschnitt des Lambda/2-Elementes central portion of the lambda / 2 element
1414: zurückspringende Spitze receding tip
1515: Zacke jag
DD: Durchmesser diameter
Ee: Richtung der Öffnung Direction of the opening
LL: longitudinale Schwingungsrichtung des Resonators 2 longitudinal oscillation direction of the resonator 2
PP: Wendepunkt turning point
RR: radialer Richtung radial direction
UU: Umfang scope
VV: Verformung deformation
IIII: Mittellinie center line

Claims

Contraption ( 1 ) for generating ultrasonic vibrations, with an ultrasonic generator and an ultrasound conductively connected to the ultrasonic generator resonator ( 2 ), wherein the Rensonator ( 2 ) is designed to vibrate longitudinally during operation of the ultrasonic generator, characterized by a further resonator ( 3 ), the ultrasound transmitting with the longitudinally oscillating resonator ( 2 ), wherein the further resonator ( 3 ) is configured to vibrate radially in a plurality of radial directions (R) during operation of the ultrasonic generator.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the further resonator ( 3 ) an opening ( 5 ) is formed circumferentially at least in sections.

Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the further resonator ( 3 ) is formed substantially annular.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the further resonator ( 3 ) several along its circumferential direction (U) arranged lambda / 2 elements ( 10 ) having.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the further resonator ( 3 ) an even number of lambda / 2 elements ( 10 ) having.

Contraption ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the opening ( 5 ) in a plane at least partially from the lambda / 2 elements ( 10 ) is surrounded.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 2 to 6, characterized in that an inner side ( 6 ) of the further resonator ( 3 ) the opening ( 5 ) arcuate, circular, round, serrated, polygonal or star-shaped.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the further resonator ( 3 ) on its outside ( 8th ) is arcuate, circular, round, serrated, polygonal or star-shaped.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the further resonator ( 3 ) with at least one recess ( 9 ) is provided.

Contraption ( 1 ) according to claim 9, characterized in that at least one of the lambda / 2 elements ( 10 ) with the at least one recess ( 9 ) is provided.

Contraption ( 1 ) according to claim 9 or 10, characterized in that the at least one recess ( 9 ) is formed to a resonance frequency of the further resonator ( 3 ) to change.