DE102018119300A1

DE102018119300A1 - Ultrasonic treatment device for treating a component

Info

Publication number: DE102018119300A1
Application number: DE102018119300.9A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Sobotta
Original assignee: Elma Schmidbauer GmbH
Current assignee: Elma Schmidbauer GmbH
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2020-02-13
Also published as: EP3620238A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallbehandlungsvorrichtung (1) zum Behandeln von wenigstens einem in ein flüssiges Behandlungsmedium (2) eingetauchten Bauteil (3) mittels durch Druckwellen induzierter Kavitation, mit einer ein flüssiges Behandlungsmedium (2) vorhaltender Aufnahmewanne (4), die eine das flüssige Behandlungsmedium (2) begrenzende Innenseite (5) sowie eine auf der abgewandten Seite angeordnete Außenseite (6) umfasst und in die das wenigstens eine Bauteil (3) in das flüssige Behandlungsmedium (2) eintauchbar ist, mit Ultraschallerzeugungsmitteln (7), die in Wirkverbindung zu einer schallabstrahlenden Fläche (8) angeordnet sind, mit elektrischen Ansteuermitteln (9) zum Versorgen und/oder Ansteuern der Ultraschallerzeugungsmittel (7) zum Erzeugen von sich in dem flüssigen Behandlungsmedium (2) ausbreitenden Druckwellen, um das wenigstens eine in das flüssige Behandlungsmedium (2) eingetauchte Bauteils (3) durch mittels der Druckwellen induzierter Kavitation zu behandeln, und mit einem Sensorelement (10) zum zumindest mittelbaren Erfassen der in dem flüssigen Behandlungsmedium (2) ultraschallinduzierten Kavitationen.The invention relates to an ultrasonic treatment device (1) for treating at least one component (3) immersed in a liquid treatment medium (2) by means of cavitation induced by pressure waves, with a receiving trough (4) which holds a liquid treatment medium (2) and which contains the liquid treatment medium (2) delimiting inner side (5) and an outer side (6) arranged on the opposite side and into which the at least one component (3) can be immersed in the liquid treatment medium (2), with ultrasound generating means (7), which are operatively connected to a sound-radiating surface (8) are arranged, with electrical control means (9) for supplying and / or controlling the ultrasound generating means (7) for generating pressure waves propagating in the liquid treatment medium (2) in order to transmit the at least one into the liquid treatment medium (2 ) immersed component (3) by means of cavitation induced by the pressure waves and with a sensor element (10) for at least indirectly detecting the cavitation induced in the liquid treatment medium (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallbehandlungsvorrichtung zum Behandeln von wenigstens einem in ein flüssiges Behandlungsmedium eingetauchten Bauteil mittels durch Druckwellen induzierter Kavitation nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mit mindestens einer ein flüssiges Behandlungsmedium vorhaltender Aufnahmewanne, die wenigstens eine das flüssige Behandlungsmedium begrenzende Innenseite sowie eine auf der abgewandten Seite angeordnete Außenseite umfasst und in die das wenigstens eine Bauteil in das flüssige Behandlungsmedium eintauchbar ist, mit Ultraschallerzeugungsmitteln, die in Wirkverbindung zu wenigstens einer schallabstrahlenden Fläche angeordnet sind, mit elektrischen Ansteuermitteln zum Versorgen und/oder Ansteuern der Ultraschallerzeugungsmittel zum Erzeugen von sich in dem flüssigen Behandlungsmedium ausbreitenden Druckwellen, um das wenigstens eine in das flüssige Behandlungsmedium eingetauchte Bauteil mittels druckwelleninduzierter Kavitation zu behandeln und mit einem Sensorelement zum zumindest mittelbaren Erfassen der in dem flüssigen Behandlungsmedium induzierten Kavitationen.The invention relates to an ultrasound treatment device for treating at least one component immersed in a liquid treatment medium by means of cavitation induced by pressure waves according to the preamble of claim 1, with at least one receiving trough holding a liquid treatment medium, the at least one inside delimiting the liquid treatment medium and one on the opposite side Side arranged outside and into which the at least one component can be immersed in the liquid treatment medium, with ultrasound generating means, which are arranged in operative connection with at least one sound-radiating surface, with electrical control means for supplying and / or controlling the ultrasound generating means for generating them in the liquid Pressure waves propagating treatment medium in order to treat the at least one component immersed in the liquid treatment medium by means of pressure wave-induced cavitation In and with a sensor element for at least indirectly detecting the cavitations induced in the liquid treatment medium.

Ultraschallbehandlungsvorrichtungen, die auf Basis von ultraschallinduzierter Kavitation eine mechanische Reinigung und/oder Oberflächenbehandlung eines in einem flüssigen Behandlungsmedium eingetauchten Bauteils ermöglichen, sind hinlänglich bekannt. Die bekannten Behandlungsvorrichtungen umfassen eine Aufnahmewanne, in der ein Flüssigkeitsbad aus einem flüssigen Behandlungsmedium vorgelegt ist, wobei das wenigstens eine zu behandelnde Bauteil händisch oder automatisiert mittels einer Handhabungsvorrichtung in das Flüssigkeitsbad eingetaucht werden kann. Nach dem vollständigen Eintauchen des wenigstens einen Bauteils in das flüssige Behandlungsmedium werden durch elektrische Ansteuermittel Ultraschallerzeugungsmittel aktiviert und derart angesteuert, dass sich in dem flüssigen Behandlungsmedium Ultraschallwellen ausbreiten. Ultrasonic treatment devices, which allow mechanical cleaning and / or surface treatment of a component immersed in a liquid treatment medium, are well known on the basis of ultrasound-induced cavitation. The known treatment devices comprise a receptacle in which a liquid bath made of a liquid treatment medium is placed, wherein the at least one component to be treated can be dipped into the liquid bath manually or automatically by means of a handling device. After the at least one component has been completely immersed in the liquid treatment medium, ultrasonic generating means are activated by electrical control means and controlled in such a way that ultrasonic waves propagate in the liquid treatment medium.

Die mittels der Ultraschallerzeugungsmittel generierten Ultraschallwellen breiten sich in dem flüssigen Behandlungsmedium als Druckwellen aus, was die frequenzabhängige Ausbildung von Überdruck- und Unterdruckbereichen zur Folge hat. Dies führt zur Ausbildung von als Kavitation bezeichneten Gasblasen und Hohlräumen im flüssigen Behandlungsmedium, die für die Reinigung und/oder zur Oberflächenbehandlung des Bauteils genutzt werden können. Für eine effiziente Behandlung eignen sich Ultraschallwellen mit einem Frequenzbereich zwischen 20 kHz bis 1 MHz.The ultrasound waves generated by means of the ultrasound generation means propagate as pressure waves in the liquid treatment medium, which results in the frequency-dependent formation of overpressure and underpressure areas. This leads to the formation of gas bubbles and cavities in the liquid treatment medium called cavitation, which can be used for cleaning and / or for surface treatment of the component. Ultrasonic waves with a frequency range between 20 kHz and 1 MHz are suitable for efficient treatment.

Kavitationen können transient oder stabil sein, wobei hierbei die Übergänge fließend sind. Transiente oder auch harte Kavitation entsteht, wenn in den Unterdruckbereichen der statische Druck unter den Verdampfungsdruck des flüssigen Behandlungsmediums fällt, was die Entstehung der transienten Gasblasen mit hoher Erosionswirkung zur Folge hat, die in der folgenden ansteigenden Druckphase schlagartig implodieren, wobei Druckstöße in einer Größenordnung von bis zu 1000 bar entstehen können. Ferner entstehen auch als Jets bezeichnete lokale Strömungen von solcher Energie, dass selbst metallische Bauteile erodiert werden können.Cavitations can be transient or stable, whereby the transitions are fluid. Transient or hard cavitation occurs when the static pressure in the negative pressure areas falls below the evaporation pressure of the liquid treatment medium, which results in the formation of transient gas bubbles with a high erosion effect, which suddenly implode in the following increasing pressure phase, with pressure surges of the order of magnitude up to 1000 bar can arise. Furthermore, local flows of such energy, known as jets, also arise that even metallic components can be eroded.

Der Behandlungsvorgang des Bauteils kann durch die Zusammensetzung des flüssigen Behandlungsmediums zusätzlich beeinflusst werden. Neben Wasser als Basisflüssigkeit lassen sich auch weitere Wirkstoffe, wie etwa eine chemisch wirkende Reinigungs- und/oder Wirksubstanz, beimischen.The treatment process of the component can also be influenced by the composition of the liquid treatment medium. In addition to water as the base liquid, other active ingredients, such as a chemical cleaning and / or active substance, can also be added.

Zudem ist die Entstehung der Kavitationen sowohl von der Temperatur als auch von dem Gasgehalt des flüssigen Behandlungsmediums abhängig. Da es bei einer zu starken Ausbildung der Kavitationen zu einer negativen Beeinflussung des zu behandelnden Bauteils und/oder der Aufnahmewanne kommen kann, ist ein kontrollierter Ablauf des Behandlungsvorgangs erforderlich.In addition, the formation of cavitations depends on both the temperature and the gas content of the liquid treatment medium. Since the cavitation can develop too strongly, the component to be treated and / or the receptacle can be adversely affected, so that the treatment process must be carried out in a controlled manner.

Aus dem Stand der Technik sind auf einem Sekundäreffekt basierende Nachweisverfahren zur Bestimmung der Intensität der Kavitation während eines Behandlungsvorgangs allgemein bekannt. Hierbei wird, insbesondere in einem vorgelagerten Testlauf, die mechanische Zerstörung durch eine zeitliche Summation einer in einem Rahmenelement eingespannten Aluminiumfolie ermittelt. Allerdings ist dieses Nachweisverfahren, insbesondere aufgrund des zusätzlichen Testlaufs, aufwändig, erlaubt lediglich eine grobe Charakterisierung des Behandlungsvorgangs und führt ferner zu einer Verunreinigung des flüssigen Behandlungsmediums. Zudem lassen sich solche Summationsmessverfahren nicht für eine unmittelbare Beeinflussung des Behandlungsvorgangs nutzen.Detection methods for determining the intensity of cavitation during a treatment process based on a secondary effect are generally known from the prior art. Here, in particular in an upstream test run, the mechanical destruction is determined by a time summation of an aluminum foil clamped in a frame element. However, this detection method is complex, in particular due to the additional test run, only allows a rough characterization of the treatment process and also leads to contamination of the liquid treatment medium. In addition, such summation measurement methods cannot be used to directly influence the treatment process.

Alternativ ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, die sich in dem flüssigen Behandlungsmedium ausbreitenden Ultraschallwellen (Druckwellen) händisch durch eine akustische Messung mittels eines tragbaren Hydrophons oder gleichwirkenden Sensorelements zu erfassen, was die mittelbare Bestimmung der sich in dem flüssigen Behandlungsmedium ausbreitenden Druckwellen ermöglicht. Das tragbare Hydrophon wird während dem Behandlungsvorgang durch entsprechend geschultes Messpersonal in der Aufnahmewanne an unterschiedliche Positionen geführt, um die erzeugten Druckwellen im flüssigen Behandlungsmedium zu erfassen, was Rückschlüsse auf die Intensität der Kavitation ermöglicht. Nachteilig bei diesem händischen, den Primäreffekt erfassenden Messverfahren sind Messungenauigkeiten, die sich aus dem manuellen Positionieren des Hydrophons in dem Behandlungsbad resultieren. Ferner ist die Aufnahmewanne bei vielen aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschallbehandlungsvorrichtungen nicht frei zugänglich, was ein solches Vorgehen erschwert bzw. vollständig ausschließt.Alternatively, it is also known from the prior art to manually detect the ultrasonic waves (pressure waves) propagating in the liquid treatment medium by means of an acoustic measurement using a portable hydrophone or sensor element having the same effect, which enables the indirect determination of the pressure waves propagating in the liquid treatment medium , During the treatment process, the portable hydrophone is guided to different positions in the receiving trough by appropriately trained measuring personnel in order to generate the pressure waves generated in the liquid treatment medium record what enables conclusions to be drawn about the intensity of the cavitation. A disadvantage of this manual measurement method, which detects the primary effect, is measurement inaccuracies which result from the manual positioning of the hydrophone in the treatment bath. Furthermore, the receiving trough is not freely accessible in many ultrasound treatment devices known from the prior art, which makes such a procedure difficult or completely precludes this.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende Ultraschallbehandlungsvorrichtung im Hinblick auf die Steuerung und Regelbarkeit zu verbessern, um den Behandlungsvorgang eines Bauteils zu optimieren.On the basis of the aforementioned prior art, the object of the invention is to improve a generic ultrasound treatment device with regard to the control and controllability in order to optimize the treatment process of a component.

Hinsichtlich der Ultraschallbehandlungsvorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d. h. bei einer gattungsgemäßen Ultraschallbehandlungsvorrichtung dadurch, dass das Sensorelement ortsfest zu der Aufnahmewanne und/oder den Ultraschallerzeugungsmitteln und/oder der schallabstrahlenden Fläche angeordnet ist.With regard to the ultrasound treatment device, the object is achieved with the features of claim 1, i. H. in the case of a generic ultrasound treatment device in that the sensor element is arranged in a stationary manner with respect to the receiving trough and / or the ultrasound generating means and / or the sound-emitting surface.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims. All combinations of at least two of the features disclosed in the description, the claims and / or the figures fall within the scope of the invention.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein zum zumindest mittelbaren Erfassen von Kavitationen in einem flüssigen Behandlungsmedium ausgebildetes Sensorelement ortsfest zu der das flüssige Behandlungsmedium vorhaltenden Aufnahmewanne und/oder zu Ultraschallerzeugungsmitteln und/oder zu wenigstens einer mit den Ultraschallerzeugungsmitteln in Wirkverbindung stehenden schallabstrahlenden Fläche anzuordnen, um zumindest mittelbar die Kavitation während einem Behandlungsvorgang eines zu behandelnden Bauteils (Behandlungsgut) zur Oberflächenbearbeitung und/oder Reinigung zu erfassen.The invention is based on the idea of arranging a sensor element designed for at least indirect detection of cavitations in a liquid treatment medium in a stationary manner in relation to the receiving trough holding the liquid treatment medium and / or to ultrasound generating means and / or to at least one sound-emitting surface which is operatively connected to the ultrasound generating means at least indirectly detect the cavitation during a treatment process of a component to be treated (material to be treated) for surface treatment and / or cleaning.

Bei einer bevorzugten Ausbildung ist das Sensorelement als Hydrophon ausgebildet, um den sich in dem flüssigen Behandlungsmedium ausbildenden Wechseldruck (Druckwellen) der sich im Behandlungsbad ausbreitenden Schallwellen an einer festen und/oder konstanten Position in der Aufnahmewanne zu erfassen.In a preferred embodiment, the sensor element is designed as a hydrophone in order to detect the alternating pressure (pressure waves) of the sound waves propagating in the treatment bath that form in the liquid treatment medium at a fixed and / or constant position in the receiving trough.

Weiterbildend wird in diesem Zusammenhang in dem Sensorelement ein piezo-elektrischer Effekt ausgenutzt, um die Druckwellen des Schallfeldes innerhalb des flüssigen Behandlungsmediums in eine äquivalente elektrische Spannung umzuwandeln, die anschließend messtechnisch auswertbar ist. Alternativ ist auch eine Ausbildung des Sensorelements als faseroptisches Hydrophon zweckmäßig, wobei der Brechungsindex der Faser druckabhängig ist, weshalb mittels des Sensorelements der Druck innerhalb des flüssigen Behandlungsmediums messtechnisch erfassbar wird.In a further development, a piezoelectric effect is used in the sensor element in order to convert the pressure waves of the sound field within the liquid treatment medium into an equivalent electrical voltage, which can then be evaluated using measurement technology. Alternatively, it is also expedient to design the sensor element as a fiber-optic hydrophone, the refractive index of the fiber being pressure-dependent, which is why the pressure within the liquid treatment medium can be measured by means of the sensor element.

Alternativ ist auch eine Ausführungsform des Sensorelements zweckmäßig, in der durch das Sensorelement ein Kavitationsrauschen im flüssigen Behandlungsmedium erfasst wird. Hierbei wird sich vorteilhaft zu Nutze gemacht, dass sich nach dem Ausbilden von Kavitation in dem flüssigen Behandlungsmedium, also unmittelbar vor dem Kollaps (Implosion) der Gasblasen, eine erhöhte Subharmonische ausbildet, die messtechnisch erfassbar ist. Auch dieser Effekt ermöglicht die Bestimmung der Kavitation messtechnisch zu erfassen, wenn hierbei auch keine detaillierte Aussage über die Intensität der Kavitationen möglich ist.Alternatively, an embodiment of the sensor element is also expedient in which cavitation noise in the liquid treatment medium is detected by the sensor element. This advantageously takes advantage of the fact that after the formation of cavitation in the liquid treatment medium, that is to say immediately before the gas bubbles collapse (implosion), an increased subharmonic is formed which can be measured. This effect also enables the determination of the cavitation to be measured, even if no detailed information about the intensity of the cavitation is possible.

Zusammenfassend ist es erfindungsgemäß vorgesehen, eine eine Aufnahmewanne mit einem flüssigen Behandlungsmedium umfassende Ultraschallbehandlungsvorrichtung mit einem ortsfesten Sensorelement auszustatten, wobei das Sensorelement in einer festen Position in oder an der Aufnahmewanne angeordnet ist und/oder ortsfest zu den Ultraschallerzeugungsmitteln und/der der schallabstrahlenden Fläche angeordnet ist, um zumindest mittelbar die sich in dem flüssigen Behandlungsmedium durch die erzeugten Ultraschallwellen ausbildenden Kavitationen zu erfassen. Dies hat den Vorteil, dass die sich in dem flüssigen Behandlungsmedium ausbildenden Kavitationen während des Behandlungsvorgangs durch das Sensorelement stets an der gleichen Position zumindest mittelbar erfassen lassen. Ferner kann der Messvorgang kontinuierlich während des Behandlungsvorgangs durchgeführt werden, um insbesondere unmittelbar Einfluss auf die erzeugten Kavitationen zu nehmen.In summary, it is provided according to the invention to equip an ultrasound treatment device comprising a receiving trough with a liquid treatment medium with a stationary sensor element, the sensor element being arranged in a fixed position in or on the receiving trough and / or being arranged stationary to the ultrasound generating means and / or the sound-emitting surface in order to detect, at least indirectly, the cavitations that form in the liquid treatment medium due to the generated ultrasound waves. This has the advantage that the cavitations that form in the liquid treatment medium can always be detected at least indirectly at the same position by the sensor element during the treatment process. Furthermore, the measurement process can be carried out continuously during the treatment process, in particular in order to have a direct influence on the cavitations generated.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird das Sensorelement durch eine harte und/oder dämpfungsarme Verbindung als integraler Bestandteil der Aufnahmewanne ausgebildet. Hierbei kann die Verbindung als in der Aufnahmewanne vorgesehener Durchbruch oder als Vertiefung ausgebildet sein, wobei das Sensorelement bevorzugt teilweise von der Aufnahmewanne aufgenommen wird, also lediglich eine Stirnfläche des Sensorelements in Kontakt zu dem flüssigen Behandlungsmedium kommt.In a first embodiment of the invention, the sensor element is formed as an integral part of the receiving trough by a hard and / or low-damping connection. Here, the connection can be designed as an opening provided in the receiving trough or as a depression, the sensor element preferably being partially received by the receiving trough, that is to say only one end face of the sensor element comes into contact with the liquid treatment medium.

Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang auch eine Ausführungsform zweckmäßig, in der das Sensorelement eine Schallaufnahmefläche umfasst, die wenigstens bereichsweise durch die Aufnahmewanne ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine einfache, robuste und zuverlässige Realisierung des ortsfesten Sensorelements. Ferner wird durch die Vertiefung und/oder den Durchbruch die mechanische Belastung auf das Sensorelements durch induzierte Kavitation und/oder die chemische Belastung durch das flüssige Behandlungsmedium verringert, da lediglich eine Stirnfläche des Sensorelements in direkten Kontakt mit dem flüssigen Behandlungsmedium tritt, was eine das Messergebnis negativ beeinflussende Beschädigung oder ein Ausfall des Sensorelements zusätzlich verhindert und/oder zumindest verzögert.In this context, an embodiment is preferably also expedient in which the sensor element comprises a sound receiving surface which is formed at least in regions by the receiving trough. This enables a simple, robust and reliable implementation of the stationary sensor element. Furthermore, the depression and / or the breakthrough reduces the mechanical stress on the sensor element due to induced cavitation and / or the chemical stress caused by the liquid treatment medium, since only one end face of the sensor element comes into direct contact with the liquid treatment medium, which is a result of the measurement negatively influencing damage or failure of the sensor element additionally prevented and / or at least delayed.

In einer alternativen Ausführungsform ist das Sensorelement an der Außenseite der Aufnahmewanne stoffschlüssig angeordnet, wodurch eine dämpfungsfreie Kopplung des Sensorelements mittels zumindest eines Teilbereichs der Aufnahmewanne ermöglicht wird. Das stoffschlüssige Anordnen kann durch eine geklebte und/oder vulkanisierte Verbindung realisiert sein. Alternativ ist auch eine gleichwirkende Verbindungsart zweckmäßig, falls im ausgehärteten Zustand eine gewisse Härte und/oder Festigkeit realisiert wird, um eine dämpfungsfreie oder zumindest dämpfungsarme Kopplung des Sensorelements mit der Aufnahmewanne zu ermöglichen. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang die Tatsache, dass das Sensorelement nicht mit dem flüssigen Behandlungsmedium in Kontakt kommt, weshalb auch eine Beschädigung und/oder negative Beeinflussung des Sensorelements durch das flüssige Behandlungsmedium oder durch die im flüssigen Behandlungsmedium erzeugte Kavitationen vollständig verhindert werden kann. Ein entsprechend ausgebildetes Sensorelement ermöglicht eine zuverlässige sowie kostengünstige Realisierung, da bei der Materialauswahl der Einfluss des flüssigen Behandlungsmediums und/oder der ultraschallinduzierten Kavitationen nicht berücksichtigt werden muss. Ferner besteht auch nicht die Gefahr einer Leckage in der Aufnahmewanne an einem für das Sensorelement vorgesehenen Durchbruch, insbesondere durch ein poröses Dichtungselement, was einen Verlust des flüssigen Behandlungsmediums zu Folge hätte.In an alternative embodiment, the sensor element is arranged cohesively on the outside of the receiving trough, which enables a damping-free coupling of the sensor element by means of at least a partial area of the receiving trough. The cohesive arrangement can be realized by a glued and / or vulcanized connection. Alternatively, an equivalent type of connection is also expedient if a certain hardness and / or strength is achieved in the hardened state in order to enable a damping-free or at least low-damping coupling of the sensor element to the receiving trough. In this context, the fact that the sensor element does not come into contact with the liquid treatment medium is advantageous, which is why damage and / or negative influence on the sensor element by the liquid treatment medium or by the cavitations generated in the liquid treatment medium can also be completely prevented. A correspondingly designed sensor element enables reliable and cost-effective implementation, since the influence of the liquid treatment medium and / or the ultrasound-induced cavitation does not have to be taken into account when selecting the material. Furthermore, there is also no risk of leakage in the receiving trough at an opening provided for the sensor element, in particular through a porous sealing element, which would result in a loss of the liquid treatment medium.

Weiterbildend ist es vorgesehen, dass das Sensorelement piezo-elektronische Mittel umfasst, wobei es weiter bevorzugt ist, wenn die piezo-elektrischen Mittel zum Erfassen der sich in dem flüssigen Behandlungsmedium ausbreitenden Druckwellen schwingfähig ausgebildet sind. Hierbei kann sich ein piezo-elektrischer Effekt zu Nutze gemacht werden, um den sich im flüssigen Behandlungsmedium durch die erzeugten Druckwellen ausbildenden Wechseldruck in eine äquivalente elektrische Wechselspannung umzuwandeln, die dann geeignet messtechnisch erfassbar und auswertbar ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige Umsetzung des Sensorelements bei gleichzeitig geringem Wartungsaufwand. In diesem Zusammenhang ist es weiter bevorzugt, wenn das Sensorelement einen Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) umfasst, um das vom Sensorelement erzeugte analoge Ausgangssignal, insbesondere ein Ausgangsspannungssignal, abzutasten und in einen digitalen Messwert umzuwandeln, wodurch eine zuverlässig Übertragung des digitalen Messwertes zu einem endseitig vorgesehenen Kommunikationspartner ermöglicht wird. Weiterbildend ist hierbei eine Realisierung des AD-Wandlers aus einem standardisierten Bauteilgehäuse zweckmäßig, was die technische Realisierung zu geringen Anschaffungskosten ermöglicht, da etablierte und zudem auch erprobte Technik genutzt werden kann. Ferner sind Kommunikationsleitungen zum Übermitteln von digitalisierten Signalen wesentlich robuster gegenüber sich einkoppelnden Störgrößen (insbesondere elektromagnetischen Störfeldern), wodurch die Fehler- und Ausfallrate reduziert werden kann.In a further development it is provided that the sensor element comprises piezo-electronic means, it being further preferred if the piezo-electric means for detecting the pressure waves propagating in the liquid treatment medium are designed to be oscillatable. Here, a piezo-electric effect can be used to convert the alternating pressure generated in the liquid treatment medium by the pressure waves generated into an equivalent alternating electrical voltage, which can then be suitably measured and evaluated. This enables a cost-effective implementation of the sensor element with low maintenance. In this context, it is further preferred if the sensor element comprises an analog-digital converter (AD converter) in order to sample the analog output signal generated by the sensor element, in particular an output voltage signal, and convert it into a digital measured value, thereby reliably transmitting the digital Measured value to a communication partner provided at the end is made possible. In a further development, the implementation of the AD converter from a standardized component housing is expedient, which enables technical implementation at low purchase costs, since established and also tried and tested technology can be used. Furthermore, communication lines for the transmission of digitized signals are significantly more robust with respect to coupling-in disturbance variables (in particular electromagnetic interference fields), as a result of which the error and failure rate can be reduced.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Ultraschallerzeugungsmittel sowie das Sensorelement durch eine einzige Funktionseinheit ausgebildet. Eine solche Integralbauweise wird durch einen zwei Betriebsmodi aufweisenden getakteten Betrieb der Funktionseinheit ermöglicht, wobei in einem ersten Betriebsmodus Ultraschallwellen erzeugt werden, die über eine vorgesehene (schallabstrahlende) Fläche an das flüssige Behandlungsmedium übertragen werden und in einem zweiten Betriebsmodus Ultraschallwellen in dem flüssigen Behandlungsmedium mittels der gleichen (schallaufnehmenden) Fläche erfasst werden, die dann geeignet messtechnisch ausgewertet werden.In a development of the invention, the ultrasound generating means and the sensor element are formed by a single functional unit. Such an integral design is made possible by a clocked operation of the functional unit having two operating modes, ultrasonic waves being generated in a first operating mode, which are transmitted to the liquid treatment medium via a designated (sound-emitting) surface, and ultrasonic waves in the liquid treatment medium in a second operating mode by means of the same (sound-absorbing) area are recorded, which are then suitably evaluated by measurement technology.

Beim Betrieb der Ultraschallbehandlungsvorrichtung lassen sich beide Betriebsmodi alternierend aktivieren, wobei bedarfsabhängig auch eine entsprechende zeitliche Gewichtung zwischen beiden Betriebsmodi vorteilhaft berücksichtigt werden kann. Hierdurch lassen sich, insbesondere durch eine reduzierte Anzahl an Einzelbauteilen, Kostenvorteile realisieren. Ferner führt dies zu einem reduzierten Montageaufwand. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die Funktionseinheit stoffschlüssig an der Außenseite der Aufnahmewanne angeordnet ist, wodurch die schallabstrahlende bzw. schallaufnehmende Fläche zumindest bereichsweise durch die Aufnahmewanne ausgebildet ist.When operating the ultrasound treatment device, both operating modes can be activated alternately, wherein, depending on requirements, a corresponding time weighting between the two operating modes can also be advantageously taken into account. In this way, cost advantages can be realized, in particular through a reduced number of individual components. Furthermore, this leads to a reduced assembly effort. In this context, it is particularly advantageous if the functional unit is arranged cohesively on the outside of the receiving trough, as a result of which the sound-radiating or sound-absorbing surface is formed at least in regions by the receiving trough.

Weiterbildend ist es vorgesehen, dass die Ultraschallbehandlungsvorrichtung wenigstens zwei Sensorelemente umfasst, um wenigstens mittelbar die in dem flüssigen Behandlungsmedium schallinduzierten Kavitationen an zwei voneinander beabstandeten Positionen im Behandlungsbad zu ermitteln. Durch eine geeignete Auswertung erlaubt dies eine höhere Messauflösung, da durch die wenigstens zwei Sensorelemente auch eine Flächenmessung und/oder auch eine Volumenmessung durchführbar ist. Weiterbildend ist es vorgesehen, dass das Sensorelement oder dass die beiden Sensorelemente mittels Datenübertragungsmittel mit Auswertemitteln verbunden sind, um die mittels der Sensorelemente ermittelten Daten auszuwerten, Rückschlüsse auf die sich im flüssigen Behandlungsmedium ausbildenden Druckwellen zu gewinnen oder die (ultraschall-)induzierten Kavitationen zu bestimmen.In a further development, it is provided that the ultrasound treatment device comprises at least two sensor elements in order to determine, at least indirectly, the cavitations induced in the liquid treatment medium at two positions in the treatment bath that are spaced apart from one another. By means of a suitable evaluation, this allows a higher measurement resolution, since an area measurement and / or a volume measurement can also be carried out by means of the at least two sensor elements. In a further development it is provided that the sensor element or that the two sensor elements are connected by means of data transmission means Evaluation means are connected in order to evaluate the data determined by means of the sensor elements, to draw conclusions about the pressure waves forming in the liquid treatment medium or to determine the (ultrasound) induced cavitations.

Weiterbildend ist es vorgesehen, dass die Ultraschallbehandlungsvorrichtung Steuermittel umfasst, die mit den Auswertemitteln datentechnisch in Wirkverbindung stehen. Da die Steuermittel zum Ansteuern und/oder Beeinflussen der elektrischen Ansteuermittel ausgebildet sind, können die sich in dem flüssigen Behandlungsmedium ausbildenden Druckwellen oder die in dem flüssigen Behandlungsmedium schallinduzierten Kavitationen unmittelbar beeinflusst werden. Mit anderen Worten wird hierdurch ein geschlossener Regelkreis realisiert, in dem der mittels der induzierten Kavitationen durchgeführte (mechanische) Behandlungsvorgang kontinuierlich überwacht und unmittelbar beeinflusst werden kann. Hierbei ist es möglich den Behandlungsvorgang durch bestimmte Stellgrößen, wie etwa die Frequenz der mittels der Ultraschallerzeugungsmittel erzeugten Ultraschallwellen, deren Amplituden- und/oder Frequenzmodulation, oder auch mittels der Temperatur des flüssigen Behandlungsmediums, der chemischen Zusammensetzung des flüssigen Behandlungsmediums und/oder mittels des Gasgehalts im flüssigen Behandlungsmedium zu beeinflussen.In a further development it is provided that the ultrasound treatment device comprises control means which are operatively connected to the evaluation means in terms of data technology. Since the control means are designed to control and / or influence the electrical control means, the pressure waves which form in the liquid treatment medium or the cavitations induced in the liquid treatment medium can be influenced directly. In other words, a closed control loop is hereby implemented in which the (mechanical) treatment process carried out by means of the induced cavitations can be continuously monitored and directly influenced. It is possible to perform the treatment process by means of certain manipulated variables, such as the frequency of the ultrasound waves generated by the ultrasound generating means, their amplitude and / or frequency modulation, or also by means of the temperature of the liquid treatment medium, the chemical composition of the liquid treatment medium and / or by means of the gas content in the liquid treatment medium.

Weiterbildend sind die Steuermittel so ausgebildet, dass in Abhängigkeit der mittels der Sensorelemente erfassten Messwerte und/oder der daraus bestimmten Messdaten und/oder einer Benutzerinteraktion wenigstens ein Prozess auslösbar und/oder beeinflussbar und/oder beendbar ist. Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Prozess insbesondere das Erzeugen der Kavitation mit einer bestimmten Intensität verstanden. Alternativ kann ein Prozess auch durch das Einführen und/oder Entfernen des zu behandelnden Bauteils aus dem flüssigen Behandlungsmedium durch eine automatisierte Handhabungsvorrichtung (Roboterarm) verwirklicht sein. Ferner kann als Prozess auch ein Behandlungsphase verstanden werden, in der die Frequenz der erzeugten Ultraschallwellen über einen festgelegten Bereich variiert wird.In a further development, the control means are designed such that at least one process can be triggered and / or influenced and / or terminated as a function of the measured values detected by means of the sensor elements and / or the measurement data determined therefrom and / or user interaction. In the context of the invention, a process is understood to mean, in particular, the generation of cavitation with a specific intensity. Alternatively, a process can also be implemented by inserting and / or removing the component to be treated from the liquid treatment medium using an automated handling device (robot arm). Furthermore, a process can also be understood as a treatment phase in which the frequency of the ultrasound waves generated is varied over a defined range.

In einer Weiterbildung ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuermittel zum Ansteuern von Peripheriemitteln ausgebildet sind. Die Peripheriemittel sind bevorzugt durch eine drehzahlregelbare Förderpumpe zur Förderung des flüssigen Behandlungsmediums ausgebildet, weiter bevorzugt durch ein Kühl- und/oder Heizgerät zum Temperieren des flüssigen Behandlungsmediums ausgebildet. Ferner können die Peripheriemittel auch durch eine Handhabungsvorrichtung realisiert sein, die zum Eintauchen und zur Entnahme des wenigstens einen Bauteils aus dem Behandlungsbad ausgebildet ist. Weiterbildend können die Peripheriemittel auch durch automatisiert bedienbare Abdeckmittel der Aufnahmewanne realisiert sein, um vor dem Start eines Behandlungsvorgangs die Aufnahmewanne zu verschließen.In a further development, it is provided according to the invention that the control means are designed to control peripheral means. The peripheral means are preferably formed by a speed-controllable feed pump for conveying the liquid treatment medium, further preferably by a cooling and / or heating device for tempering the liquid treatment medium. Furthermore, the peripheral means can also be realized by a handling device which is designed to immerse and remove the at least one component from the treatment bath. In a further development, the peripheral means can also be implemented by cover means of the receiving trough which can be operated automatically, in order to close the receiving trough before starting a treatment process.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Ultraschallbehandlungsvorrichtung zum Erfassen und Abspeichern von Betriebsparametern eine Speichermittel aufweisende Protokollierungseinheit, die datentechnisch mit sämtlichen Sensorelementen und/oder mit den Ultraschallerzeugungsmitteln und/oder mit den Peripheriemitteln in Wirkverbindung steht. Dies ermöglicht einen umfangreichen und beliebig gestaltbaren Auswertprozess des Behandlungsvorgangs, um zusätzliche Optimierungen vorzusehen. Ferner ermöglichen die Speichermittel eine umfangreiche Dokumentation eines Behandlungsvorgangs, was bei der industriellen Reinigung als Qualitätsnachweis dient oder eine nachträgliche Analyse des Behandlungsvorgangs ermöglicht, insbesondere um die Ursache von bestimmten Problemen und/oder Effekten zu identifizieren.In a further embodiment of the invention, the ultrasound treatment device for recording and storing operating parameters comprises a logging unit having storage means, which is connected in terms of data technology to all sensor elements and / or to the ultrasound generating means and / or to the peripheral means. This enables an extensive and arbitrarily configurable evaluation process of the treatment process in order to provide additional optimizations. Furthermore, the storage means enable extensive documentation of a treatment process, which serves as proof of quality in industrial cleaning or enables a subsequent analysis of the treatment process, in particular in order to identify the cause of certain problems and / or effects.

Besonders bevorzugt ist auch eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Sensorelement ein Gehäuseelement aus Edelstahl und/oder Keramik umfasst. Eine solche Materielauswahl bietet den Vorteil, dass nicht nur eine dämpfungsarme Kopplung aufgrund der hohen Materialhärte des Gehäuseelements realisierbar ist, sondern auch dass das Gehäuseelement robust gegenüber dem gegebenenfalls chemisch wirkenden flüssigen Behandlungsmedium und/oder gegenüber einer mechanischen Belastung der in dem flüssigen Behandlungsmedium induzierten Kavitationen ist. Ferner ist es zweckmäßig, wenn das Gehäuseelement zum Messen des Füllstandes des flüssigen Behandlungsmedium in der Aufnahmewanne Füllstanderfassungsmittel und/oder zum Messen der Temperatur und/oder des elektrischen Leitwerts des flüssigen Behandlungsmediums Zustandserfassungsmittel umfasst. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung des ortsfesten Sensorelements kann durch die zusätzlich erfassten Messwerte die Behandlung des Bauteils weiter optimiert werden.An embodiment of the invention is also particularly preferred in which the sensor element comprises a housing element made of stainless steel and / or ceramic. Such a selection of materials offers the advantage that not only a low-damping coupling can be achieved due to the high material hardness of the housing element, but also that the housing element is robust with respect to the possibly chemical-acting liquid treatment medium and / or with regard to a mechanical load on the cavitations induced in the liquid treatment medium , It is also expedient if the housing element for measuring the fill level of the liquid treatment medium in the receiving trough comprises fill level detection means and / or for measuring the temperature and / or the electrical conductivity of the liquid treatment medium. As a result of this advantageous embodiment of the stationary sensor element, the treatment of the component can be further optimized through the additionally recorded measured values.

Ganz besonders bevorzugt ist es zudem auch, wenn die Aufnahmewanne der Ultraschallbehandlungsvorrichtung Abdeckmittel aufweist, wobei es weiter bevorzugt ist, wenn mittels einer Sensoreinheit der geschlossene und/oder der geöffnete Zustand der Abdeckmittel erfassbar ist. Dies verhindert zum einen eine ungewollte Entnahme und/oder Zugabe des zu behandelnden Bauteils in das Behandlungsbad. Ferner stellen die Abdeckmittel auch eine Schutzvorkehrung dar, da verhindert wird, dass das Bauteil vor dem Abschluss eines vollständigen Behandlungsvorgangs unberechtigt aus dem flüssigen Behandlungsmedium entfernt wird.It is also very particularly preferred if the receiving trough of the ultrasound treatment device has cover means, it being further preferred if the closed and / or the open state of the cover means can be detected by means of a sensor unit. On the one hand, this prevents unwanted removal and / or addition of the component to be treated into the treatment bath. Furthermore, the covering means also represent a protective measure, since the component is prevented from being unauthorizedly removed from the liquid treatment medium before the completion of a complete treatment process.

Weiterbildend ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das ortsfest angeordnete Sensorelement und/oder die Auswertemittel zum Erfassen und Verarbeiten von Kalibrierungsdaten Kalibrierungsmittel umfassen. In diesem Zusammenhang ist es weiterbildend vorgesehen, dass die Kalibrierungsdaten durch eine in dem flüssigen Behandlungsmedium durchgeführte Messung mittels eines mobilen Hydrophons od. gleichwirkenden Sensorelement ermittelt werden, wobei durch, insbesondere kabelgebundene, Kommunikationsmittel die Übertragung der erfassten Messwerte an die Kalibrierungsmittel ermöglicht wird. Alternativ ist es auch zweckmäßig, wenn die erfassten Messwerte und/oder die daraus abgeleiteten Kalibrierungsdaten für die Kalibrierung des ortsfesten Sensorelements manuell von Messpersonal, insbesondere durch vorgesehene Eingabe- und/oder Anschlussmittel an die Kalibrierungsmittel übermittelt werden. In a further development, it is provided according to the invention that the fixedly arranged sensor element and / or the evaluation means for recording and processing calibration data comprise calibration means. In this context, it is further developed that the calibration data are determined by a measurement carried out in the liquid treatment medium by means of a mobile hydrophone or sensor element having the same effect, the transmission of the recorded measured values to the calibration means being made possible by, in particular, cable-bound communication means. Alternatively, it is also expedient if the measured values acquired and / or the calibration data derived therefrom for the calibration of the fixed sensor element are transmitted manually by measurement personnel, in particular by means of provided input and / or connection means to the calibration means.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawings.

Die zeigen in:

1 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht,
2 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsvorrichtung aufweisend Ultraschallerzeugungsmittel sowie ein eigens ausgebildetes und ortsfest zur Aufnahmewanne angeordnetes Sensorelement zum mittelbaren Erfassen der schallinduzierten Kavitationen und in
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Ultraschallbehandlungsvorrichtung, wobei das Sensorelement sowie die Ultraschallerzeugungsmittel als integrale Funktionseinheit in einem monolithischen Bauteilkörper realisiert sind.

They show in:

1 1 shows a variant of the ultrasound treatment device according to the invention in a perspective view,
2 a schematic representation of a further ultrasound treatment device according to the invention having ultrasound generating means and a specially designed sensor element arranged fixed to the receiving trough for indirect detection of the sound-induced cavitations and in
3 is a schematic representation of a further development of the ultrasound treatment device according to the invention, the sensor element and the ultrasound generating means being implemented as an integral functional unit in a monolithic component body.

Gleiche Elemente sowie Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements and elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.

Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 zum Behandeln von wenigstens einem in ein flüssiges Behandlungsmedium 2 eingetauchten Bauteil 3, das nicht in der 1 abgebildet ist. Die dargestellte Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 umfasst eine Aufnahmewanne 4, die ein Behandlungsbad aus einem flüssigen Behandlungsmedium 2 aufnimmt. Die Aufnahmewanne 4 weist eine das flüssige Behandlungsmedium 2 begrenzende Innenseite 5 sowie eine auf der zur Innenseite abgewandten Seite angeordnete Außenseite 6 auf. Ferner umfasst die Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 zweiteilig ausgebildete Ultraschallerzeugungsmittel 7, die im Bodenbereich der Aufnahmewanne 4 sowie an einer Seitenfläche der Aufnahmewanne 4 angeordnet sind, weshalb sie in der perspektivischen Ansicht in der 1 von den Verkleidungselementen verdeckt werden und daher lediglich schematisch mittels gestrichelten Linien in der 1 dargestellt sind. Die Ultraschallerzeugungsmittel 7 stehen jeweils mit einer schallabstrahlenden Fläche 8 in Wirkverbindung und können mittels elektrischen Ansteuermitteln 9 derart versorgt und angesteuert werden, dass sich in dem flüssigen Behandlungsmedium 2 Ultraschallwellen als Druckwellen ausbreiten. Durch die Druckwellen entstehen Bereiche in denen der statische Druck des flüssigen Behandlungsmediums 2 unterschritten wird, weshalb es zur Ausbildung der Kavitation kommt, die unter Einwirkung des wieder ansteigenden Drucks implodieren, wodurch das mechanische Reinigen und/oder Oberflächenbehandeln des wenigstens einen in das flüssige Behandlungsmedium 2 eingetauchten Bauteils 3 ermöglicht wird.The 1 shows a perspective view of an ultrasonic treatment device designed according to the invention 1 for treating at least one in a liquid treatment medium 2 submerged component 3 that is not in the 1 is shown. The illustrated ultrasound treatment device 1 includes a receptacle 4 that a treatment bath from a liquid treatment medium 2 receives. The receptacle 4 has a the liquid treatment medium 2 delimiting inside 5 and an outside arranged on the side facing away from the inside 6 on. The ultrasound treatment device further comprises 1 two-part ultrasound generating means 7 that in the bottom area of the receptacle 4 as well as on a side surface of the receptacle 4 are arranged, which is why they are in the perspective view in the 1 are covered by the cladding elements and therefore only schematically by means of dashed lines in the 1 are shown. The ultrasound generating means 7 each have a sound-emitting surface 8th in operative connection and can by means of electrical control means 9 are supplied and controlled in such a way that they are in the liquid treatment medium 2 Spread ultrasonic waves as pressure waves. The pressure waves create areas in which the static pressure of the liquid treatment medium 2 is undershot, which is why cavitation is formed, which implode under the action of the again increasing pressure, as a result of which the mechanical cleaning and / or surface treatment of the at least one in the liquid treatment medium 2 immersed component 3 is made possible.

Zudem umfasst die Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 ein Sensorelement 10 zum zumindest mittelbaren Erfassen der in dem flüssigen Behandlungsmedium 2 mittels der zweiteiligen Schallerzeugungsmittel 7 induzierten Kavitationen, wobei erfindungsgemäß das ein Gehäuseelement 17 aus Stahl und/oder Keramik umfassende Sensorelement 10 ortsfest zur Aufnahmewanne 4 mittels einer dämpfungsarmen Verbindung 11 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Ultraschallerzeugungsmittel 7 und somit auch das Sensorelement 10 auch ortsfest zu den beiden schallabstrahlenden Fläche 8 und der Aufnahmewanne 4 angeordnet. Ferner umfasst das Sensorelement 10 Speichermittel umfassende Kalibrierungsmittel 25 zum Beeinflussen der mittels des Sensorelements 10 erfassten Messwerte anhand von in den Speichermitteln von Messpersonal hinterlegten Kalibrierungsdaten, was eine Verbesserung der Messung ermöglicht.In addition, the ultrasound treatment device comprises 1 a sensor element 10 for at least indirect detection of those in the liquid treatment medium 2 by means of the two-part sound generating means 7 induced cavitation, which according to the invention is a housing element 17 sensor element comprising steel and / or ceramic 10 stationary to the receptacle 4 by means of a low-loss connection 11 is arranged. In the illustrated embodiment of the invention, the ultrasound generating means are 7 and thus also the sensor element 10 also fixed to the two sound-radiating surfaces 8th and the receptacle 4 arranged. The sensor element also includes 10 Calibration means comprising storage means 25 to influence by means of the sensor element 10 Measured values recorded on the basis of calibration data stored in the storage means of measurement personnel, which enables the measurement to be improved.

Im Betrieb wird zunächst wenigstens ein zu behandelndes Bauteil 3 in das Behandlungsbad eingetaucht, bis es vollständig von dem flüssigen Behandlungsmedium 2 umschlossen wird. Dies kann manuell (händisch) oder mittels eines nicht grafisch dargestellten Handhabevorrichtung erfolgen.First, at least one component to be treated is in operation 3 immersed in the treatment bath until it is completely of the liquid treatment medium 2 is enclosed. This can be done manually (manually) or by means of a handling device, not shown graphically.

Nach dem vollständigen Eintauchen des wenigstens einen Bauteils 3 wird die Aufnahmewanne 4 durch vorgesehene Abdeckmittel 23 verschlossen, wodurch eine unberechtigte Entnahme des wenigstens einen Bauteils 3 während eines aktiven Behandlungsvorgangs verhindert werden kann.After the at least one component has been completely immersed 3 becomes the receptacle 4 through provided covering means 23 closed, thereby an unauthorized removal of the at least one component 3 can be prevented during an active treatment process.

Zum Starten des Behandlungsvorgangs werden die elektrischen Ansteuermittel 9 bestromt und somit aktiviert, um mittels der Ultraschallerzeugungsmittel 7 Ultraschallwellen zu erzeugen, die über die schallabstrahlende Fläche 8 in das flüssige Behandlungsmedium 2 einkoppelbar sind. Die erzeugten Ultraschallwellen durchdringen das flüssige Behandlungsmedium 2 in Form von Druckwellen, was die Entstehung von Bereichen mit unterschiedlichen Druckverhältnissen zur Folge hat. In den Bereichen mit einem tiefen Druck kann es somit zur Ausbildung von als Kavitation bezeichneten Gasblasen kommen, die in Folge des wieder ansteigenden Drucks unter der Entstehung von großen Kräften implodieren. Durch diesen Effekt wird das mechanische Behandeln des wenigstens einen Bauteils 3 ermöglicht, da sich hierdurch von der Oberfläche des wenigstens einen Bauteils 3 Schmutzpartikel und/oder Filmreste lösen lassen.The electrical control means are used to start the treatment process 9 energized and thus activated to by means of the ultrasound generating means 7 Generate ultrasonic waves over the sound radiating surface 8th into the liquid treatment medium 2 can be coupled. The generated ultrasound waves penetrate the liquid treatment medium 2 in the form of pressure waves, which results in the creation of areas with different pressure conditions. In the areas with a low pressure, gas bubbles called cavitation can thus form, which implode as a result of the pressure rising again with the creation of large forces. This effect makes the mechanical treatment of the at least one component 3 enables, because this is from the surface of the at least one component 3 Let dirt particles and / or film residues loosen.

Durch das erfindungsgemäß ortsfest zur Aufnahmewanne 4 vorgesehene Sensorelement 10 können die sich im flüssigen Behandlungsmedium 2 ausbreitenden Druckwellen kontinuierlich erfasst werden, wodurch sich Rückschlüsse auf die sich ausbildenden Kavitationen in Bezug auf die Anzahl sowie die Intensität ziehen lassen. Dies ermöglicht es, während dem Behandlungsvorgang die erzeugten Kavitationen zu überwachen. Ferner hat dies den Vorteil, dass die Beschädigung des wenigstens einen Bauteils 3 aufgrund von einer zu starken Intensität der Kavitationen verhindert werden kann.Through the stationary according to the invention to the receptacle 4 provided sensor element 10 can be in the liquid treatment medium 2 propagating pressure waves are continuously recorded, which allows conclusions to be drawn about the cavitations that are developing in terms of number and intensity. This makes it possible to monitor the cavitations generated during the treatment process. This also has the advantage that the at least one component is damaged 3 can be prevented due to excessive intensity of the cavitation.

In der 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 dargestellt. Die das flüssige Behandlungsmedium 2 beinhaltende Aufnahmewanne 4 begrenzt mit ihrer Innenseite 5 das Behandlungsbad. In das Behandlungsbad wird das zu behandelnde Bauteil 3 vollständig eingetaucht, wodurch es von dem flüssigen Behandlungsmedium 2 vollständig umschlossen wird. An der Unterseite der Aufnahmewanne 4 sind die Ultraschallerzeugungsmittel 7 angeordnet, die in Wirkverbindung zu einer schallabstrahlenden Fläche 8 angeordnet sind und durch die die mittels der elektrischen Ansteuermittel 9 mit den Ultraschallerzeugungsmitteln 7 erzeugten Ultraschallwellen in das flüssige Behandlungsmedium 2 eingekoppelt werden.In the 2 is a schematic representation of another ultrasound treatment device 1 shown. The the liquid treatment medium 2 containing trough 4 limited with their inside 5 the treatment bath. The component to be treated is placed in the treatment bath 3 completely submerged, removing it from the liquid treatment medium 2 is completely enclosed. At the bottom of the receptacle 4 are the ultrasound generating means 7 arranged in operative connection to a sound-radiating surface 8th are arranged and through which by means of the electrical control means 9 with the ultrasound generating means 7 generated ultrasonic waves in the liquid treatment medium 2 be coupled.

Ferner zeigt die 2 die Abdeckmittel 23 zum vollständigen oder teilweisen Verschließen der Aufnahmewanne 4. An einer Seitenfläche der Aufnahmewanne 4 ist an der Außenseite 6 der Aufnahmewanne 4 das Sensorelement 10 stoffschlüssig angeordnet. Das Sensorelement 10 umfasst piezo-elektronische Mittel 12, die dazu ausgebildet sind, die sich im flüssigen Behandlungsmedium 2 ausbreitenden Druckwellen zu erfassen und in ein entsprechend auswertbares Spannungssignal umzuwandeln. Das Spannungssignal kann an einem vorgesehnen Abgriff 13 durch Datenübertragungsmittel 14 ausgelesen werden. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Sensorelement 10 einen AD-Wandler 15 umfasst, wodurch eine digitale Datenübertragung mittels der Datenübertragungsmittel 14 ermöglicht wird. Dies bietet den Vorteil, dass mittels des Sensorelements 10 erfasste Messwerte digitalisiert an die Auswertemittel 18 übertragbar sind, um dort die sich in dem flüssigen Behandlungsmedium 2 ausbildenden Druckwellen und somit auch die induzierten Kavitationen zu erfassen und/oder zu bestimmen. Den Auswertemitteln 18 ist eine Protokollierungseinheit 22 datentechnisch zugeordnet, die Speichermittel 21 umfasst und es somit ermöglicht, die erfassten Messwerte für Dokumentations- und Auswertezwecke sicher abzuspeichern. Ferner ist es auch möglich, Daten, die mittels der Auswertemittel 18 erfasst und bestimmt wurden, auch in der Protokollierungseinheit 22 mittels der Speichermittel 21 für Nachweiszwecke anzulegen und/oder diese über eine geeignete Schnittstelle zur Verfügung zu stellen.Furthermore, the 2 the covering means 23 for completely or partially closing the receptacle 4 , On one side of the trough 4 is on the outside 6 the receptacle 4 the sensor element 10 arranged cohesively. The sensor element 10 includes piezo-electronic means 12 , which are designed to be in the liquid treatment medium 2 to detect propagating pressure waves and convert them into a correspondingly evaluable voltage signal. The voltage signal can be at a long tap 13 by means of data transmission 14 be read out. In this context, it is advantageous if the sensor element 10 an AD converter 15 comprises, whereby a digital data transmission by means of the data transmission means 14 is made possible. This offers the advantage that by means of the sensor element 10 Measured values recorded are digitized to the evaluation means 18 are transferable to those located in the liquid treatment medium 2 forming pressure waves and thus also to detect and / or determine the induced cavitations. The evaluation means 18 is a logging unit 22 the storage means 21 includes and thus makes it possible to securely save the recorded measured values for documentation and evaluation purposes. Furthermore, it is also possible to use data obtained using the evaluation means 18 were recorded and determined, also in the logging unit 22 by means of the storage means 21 for verification purposes and / or to make them available via a suitable interface.

In der 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 abgebildet. Die in der 3 dargestellte Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 umfasst eine Aufnahmewanne 4 zur Aufnahme eines Behandlungsbad aus dem flüssigen Behandlungsmedium 2, in das wenigstens ein Bauteil 3 eintauchbar ist.In the 3 is a schematic representation of another preferred ultrasound treatment device 1 displayed. The in the 3 Ultrasound treatment device shown 1 includes a receptacle 4 for taking up a treatment bath from the liquid treatment medium 2 , in which at least one component 3 is submersible.

Ferner weist die in der 3 gezeigte Ausführungsform der Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 Ultraschallerzeugungsmittel 7 auf, die im Bodenbereich der Aufnahmewanne 4 angeordnet sind und die in Wirkverbindung zu einer schallabstrahlenden Fläche 8 stehen, die über eine stoffschlüssige Verbindung dämpfungsarm mit der Aufnahmewanne 4 verbunden sind. Ferner sind den Ultraschallerzeugungsmitteln 7 jeweils elektrische Ansteuermittel 9 so zugeordnet, dass sich in dem flüssigen Behandlungsmedium 2 die erzeugten Ultraschallwellen in Form von Druckwellen ausbreiten.Furthermore, the in 3 shown embodiment of the ultrasonic treatment device 1 Ultrasound generating means 7 on that in the bottom area of the receptacle 4 are arranged and in operative connection to a sound-radiating surface 8th stand with a low-damping connection to the receptacle via a material connection 4 are connected. Furthermore, the ultrasound generating means 7 each electrical control means 9 assigned so that it is in the liquid treatment medium 2 spread the generated ultrasonic waves in the form of pressure waves.

Zudem sind bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform der Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 das Sensorelement 10 sowie die Ultraschallerzeugungsmittel 7 als Funktionseinheit 16 ausgebildet. Somit verfügt die Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 über zwei Sensorelemente 10, was zu einer wesentlichen Verbesserung bei der Erfassung und Auswertung der mittels der Sensorelemente 10 erfassten Messwerte zur Bestimmung der Kavitationen führt.In addition, in the 3 illustrated embodiment of the ultrasound treatment device 1 the sensor element 10 as well as the ultrasound generating means 7 as a functional unit 16 educated. Thus, the ultrasonic treatment device has 1 via two sensor elements 10 , which leads to a significant improvement in the detection and evaluation of the means of the sensor elements 10 leads to the determination of cavitation.

Durch die beiden Funktionseinheiten 16 kann die Anzahl der Bauteilkomponenten der erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 deutlich reduziert werden. Ermöglicht wird dies, da die Funktionseinheit 16 über zwei Betriebsmodi verfügt. In dem ersten Betriebsmodus arbeitet die Funktionseinheit 16 im Sinne der Ultraschallerzeugungsmittel 7, weshalb durch die in der Funktionseinheit 16 angeordneten piezo-elektronischen Mittel 12 Ultraschallwellen erzeugbar sind, die in das flüssige Behandlungsmedium 2 einkoppelbar sind und sich dort als Druckwellen ausbreiten, um die Entstehung der Kavitationen für den durchzuführenden Behandlungsvorgang zu bewirken.Through the two functional units 16 can the number of component components of the ultrasonic treatment device according to the invention 1 be significantly reduced. This is made possible because the functional unit 16 has two operating modes. The works in the first operating mode functional unit 16 in the sense of the ultrasound generating means 7 , which is why in the functional unit 16 arranged piezo-electronic means 12 Ultrasound waves can be generated in the liquid treatment medium 2 can be coupled in and spread out there as pressure waves in order to cause cavitation to occur for the treatment process to be carried out.

In dem zweiten Betriebsmodus der Funktionseinheit 16 wird die schallabstrahlende Fläche 8 nicht aktiv zur Ultraschallerzeugung angeregt, sondern es wird vielmehr die schallabstrahlende Fläche 8 als schallaufnehmende Fläche umfunktioniert, um mittels den piezo-elektrischen Mitteln 12 die sich im flüssigen Behandlungsmedium 2 ausbreitenden Druckwellen wieder zu erfassen und messtechnisch auszuwerten. Hierfür sind Auswertemittel 18 vorgesehen, die datentechnisch mit den beiden Funktionseinheiten 16 über jeweils eigenständig ausgebildete Datenübertragungsmittel 14 verbunden sind.In the second operating mode of the functional unit 16 becomes the sound-emitting surface 8th not actively stimulated to generate ultrasound, but rather the sound-emitting surface 8th converted as a sound-absorbing surface to by means of the piezo-electrical means 12 which are in the liquid treatment medium 2 propagating pressure waves to be recorded again and evaluated by measurement. There are evaluation tools for this 18 provided that the data with the two functional units 16 via independently trained data transmission means 14 are connected.

Ferner umfasst die in der 3 dargestellte Ultraschallbehandlungsvorrichtung 1 Steuermittel 19, die mit den Auswertemitteln 18 datentechnisch in Wirkverbindung stehen, wobei es möglich ist, mittels den Steuermitteln 19 die elektrischen Ansteuermittel 9 derart zu beeinflussen, dass die mittels den Ultraschallerzeugungsmitteln 7 erzeugten Ultraschallwellen beeinflusst werden können.Furthermore, the in the 3 Ultrasound treatment device shown 1 control means 19 that with the evaluation means 18 are operatively connected in terms of data technology, it being possible to use the control means 19 the electrical control means 9 to influence such that the means of ultrasound generation 7 generated ultrasonic waves can be influenced.

Dies ermöglicht es bei der, in der 3 dargestellten Ausführungsform den Behandlungsprozess zu überwachen und zu optimieren, wobei die Entstehung der Ultraschallwellen so beeinflusst werden kann, dass ein optimaler Behandlungsvorgang ermöglicht wird. Ferner sind die Steuermittel 19 dazu ausgebildet, insbesondere in Abhängigkeit der von den Sensorelementen 10 erfassten Messwerte und/oder einer Benutzerinteraktion weitere Prozesse zu starten und/oder zu überwachen, wodurch der Behandlungsvorgang weiter verbessert werden kann und ferner auch eine möglichst gute Überwachung gegeben ist.This makes it possible in the in the 3 Embodiment shown to monitor and optimize the treatment process, the generation of the ultrasonic waves can be influenced so that an optimal treatment process is made possible. Furthermore, the control means 19 to this end, in particular as a function of the sensor elements 10 to start and / or monitor further measured processes and / or a user interaction, whereby the treatment process can be further improved and furthermore the best possible monitoring is provided.

Schließlich sind die Steuermittel 19 dazu ausgebildet, zusätzliche Peripheriemittel 20 anzusteuern, um beispielsweise eine drehzahlregelbare Pumpe und/oder eine Heiz- und/oder Kühleinheit für das flüssige Behandlungsmedium anzusteuern. Alternativ ist es auch möglich, dass die Abdeckmittel 23 durch eine mittels der Steuermittel 19 bedienbare Sicherungseinheit gegen eine unberechtigte Bedienung gesichert werden. Ferner ist es weiterbildend vorgesehen, dass die Abdeckmittel 23 eine Sensoreinheit 24 umfassen, die den geöffneten und/oder geschlossenen Zustand der Aufnahmewanne 4 messtechnisch erfassbar und überwachbar machen. Dies ermöglicht eine umfassende Dokumentation des Behandlungsvorgangs mittels der Protokollierungsmittel 22, die ein sicheres Abspeichern der erfassten Messwerte und der ermittelten Daten in den Speichermitteln 19 ermöglichen.After all, the tax money 19 trained to additional peripheral means 20 to control, for example to control a speed-adjustable pump and / or a heating and / or cooling unit for the liquid treatment medium. Alternatively, it is also possible for the covering means 23 by means of the control means 19 operable security unit are secured against unauthorized operation. Furthermore, it is further developed that the cover means 23 a sensor unit 24 comprise the open and / or closed state of the receiving trough 4 make it measurable and monitorable. This enables comprehensive documentation of the treatment process using the logging means 22 , the safe storage of the measured values and the determined data in the storage means 19 enable.

Zusammenfassend ermöglicht die erfindungsgemäße Ultraschallbehandlungsvorrichtung auf überraschend einfache Weise einen Behandlungsvorgang zu optimieren, da dieser durch ortsfest vorgesehene Messtechnik nicht nur kontinuierlich überwacht werden kann, sondern auch unmittelbar beeinflusst und insbesondere optimiert werden kann. Ferner ermöglicht dies insbesondere eine lückenlose Überwachung mit entsprechender Dokumentation des Behandlungsvorgangs, was durch entsprechend nachgelagerte Auswertearbeiten zu einer wesentlichen Verbesserung des Behandlungsvorgangs mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschallbehandlungsvorrichtung führt.In summary, the ultrasound treatment device according to the invention makes it possible to optimize a treatment process in a surprisingly simple way, since this can not only be continuously monitored by means of stationary measurement technology, but can also be directly influenced and in particular optimized. Furthermore, this enables, in particular, seamless monitoring with corresponding documentation of the treatment process, which leads to a substantial improvement of the treatment process by means of the ultrasound treatment device designed according to the invention through corresponding downstream evaluation work.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: UltraschallbehandlungsvorrichtungUltrasonic processor
22: flüssiges Behandlungsmediumliquid treatment medium
33: Bauteilcomponent
44: Aufnahmewannereceptacle
55: Innenseiteinside
66: Außenseiteoutside
77: UltraschallerzeugungsmittelUltrasound generating means
88th: schallabstrahlende Flächesound-radiating surface
99: elektrische Ansteuermittelelectrical control means
1010: Sensorelementsensor element
1111: dämpfungsarme Verbindunglow-loss connection
1212: piezo-elektronische Mittelpiezo-electronic means
1313: Abgrifftap
1414: DatenübertragungsmittelData transmission means
1515: AD-WandlerADC
1616: Funktionseinheitfunctional unit
1717: Gehäuseelementhousing element
1818: Auswertemittelevaluation
1919: Steuermittelcontrol means
2020: Peripheriemittelperipheral means
2121: Speichermittelstorage means
2222: Protokollierungseinheitlogging unit
2323: Abdeckmittelcovering
2424: Sensoreinheitsensor unit
2525: Kalibrierungsmittelcalibration means

Claims

Ultrasonic treatment device (1) for treating at least one component (3) immersed in a liquid treatment medium (2) by means of cavitation induced by pressure waves, with at least one receiving trough (4) which holds a liquid treatment medium (2) and which contains a liquid treatment medium (2) delimiting inner side (5) and an outer side (6) arranged on the opposite side and into which the at least one component (3) can be immersed in the liquid treatment medium (2) with ultrasound generating means (7) which are operatively connected to at least one sound-emitting device Surface (8) with electrical control means (9) for supplying and / or controlling the ultrasound generating means (7) for generating pressure waves propagating in the liquid treatment medium (2), around the at least one component immersed in the liquid treatment medium (2) (3) to be treated by cavitation induced by the pressure waves, and with a sensor element (10) for at least indirectly detecting the cavitations induced in the liquid treatment medium (2), characterized in that the sensor element (10) is stationary with respect to the receiving trough (4) and / or the ultrasound generating means (7) and / or the sound-emitting surface (8) is arranged.

Ultrasound treatment device after Claim 1 , characterized in that the sensor element (10) is formed by an hard and / or low-damping connection (11) as an integral part of the receiving trough (4).

Ultrasound treatment device after Claim 1 or 2 , characterized in that the sensor element (10) on the outside (6) of the receptacle (4) is arranged in a materially bonded manner.

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the sensor element (10) comprises piezo-electronic means (12), the piezo-electronic means (12) for detecting the pressure waves propagating in the liquid treatment medium (2) preferably being designed to be oscillatable.

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the sensor element (10) provides a sensor output signal that can be read out by data technology, in particular by means of data transmission means (14), and / or that the sensor element (10) for digitizing an analog measurement signal provides an AD converter (15) includes.

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the ultrasound generating means (7) and the sensor element (10) are designed as a functional unit (16).

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the ultrasonic treatment device (1) comprises at least two sensor elements (10A) for at least indirectly detecting the cavitations induced in the liquid treatment medium (2), the at least two sensor elements (10A) preferably being arranged at two spaced positions.

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the sensor element (10) or the at least two sensor elements (10) via data transmission means (14) with evaluation means (18) for detecting and evaluating pressure waves forming in the liquid treatment medium (2) and / or sound-induced cavitation in Active connection.

Ultrasound treatment device after Claim 8 , characterized in that the ultrasound treatment device (1) comprises control means (19) which are operatively connected to the evaluation means (18) in terms of data technology, the control means (19) being designed to control and / or influence the electrical control means (9) in such a way that the pressure waves that can be formed in the liquid treatment medium (2) by means of the ultrasound generating means (7) and / or the sound-induced cavitations can be influenced.

Ultrasonic treatment device according to 9, characterized in that the control means (19) are designed in such a way that at least one process can be triggered and / or influenced and / or terminated as a function of recorded measured values or user interaction.

Ultrasound treatment device after Claim 9 or 10 , characterized in that the control means (19) are designed to control peripheral means (20).

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the ultrasound treatment device (1) for recording and storing data of a storage device (21) comprises a logging unit (22).

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 12 , characterized in that the sensor element (10) comprises a housing element (17) made of stainless steel and / or ceramic, wherein in the housing element (17) next to the Sensor element (10) in particular also level detection means for detecting the level of the liquid treatment medium in the receiving trough and / or condition detection means for detecting parameters, in particular the temperature and / or the electrical conductivity of the liquid treatment medium.

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that the receiving trough (4) comprises covering means (23) for completely or partially closing the receiving trough (4), the closed state being able to be recorded by data technology by means of a sensor unit (24).

Ultrasonic treatment device according to one of the Claims 1 to 14 , characterized in that the sensor element (10) and / or the evaluation means (18) comprise calibration means (25) for detecting and processing calibration data of the liquid treatment medium (2) recorded, in particular, by means of a portable hydrophone.