DE10243628B4

DE10243628B4 - Apparatus for cleaning soft objects such as laundry or the like

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Publication number: DE10243628B4
Application number: DE10243628A
Authority: DE
Inventors: Helmut Adrio
Original assignee: DUTZ OLIVER
Current assignee: DUTZ OLIVER
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: DE10243628A1

Abstract

Vorrichtung zur Reinigung und/oder Desinfektion von weichen Gegenständen wie Wäsche sowie ggf. zur therapeutischen Behandlung von Körperteilen in einem Flüssigkeitsbad, mit einem in das Flüssigkeitsbad eintauchenden und von einem oszillierenden, elektrischen Signal angeregten Schallwandler (8) zur Auslösung von Kavitation in der Flüssigkeit, wobei der Schallwandler (8) an der von der Primärwicklung (24) galvanisch getrennten Sekundärwicklung (26) eines Transformators (25) angeschlossen ist,
a) wobei der Schallwandler (8) zur direkten oder indirekten Anregung an einem ein elektrisches Signal (u_KE) erzeugenden Oszillator (24, 27) angeschlossen oder angekoppelt ist, der solchermaßen ausgebildet ist, dass das von dem Oszillator (24, 27) erzeugte, elektrische Signal (u_KE) wenigstens eine Grundschwingung f₀ im hörbaren Frequenzbereich (< 16 kHz) und ein energiereiches Oberwellenspektrum (f_k = k·f₀ =, k = 1,2,3 ... (vorzugsweise k ≥ 2, insbesondere k ≥ 10)) im Ultraschallbereich (≥ 16 kHz) aufweist,
b) wobei ferner zur Erzeugung des energiereichen Oberwellenspektrums eine Ansteuerschaltung (27) mit...Device for cleaning and / or disinfecting soft objects such as laundry and possibly for the therapeutic treatment of body parts in a liquid bath, with a sound transducer (8) immersed in the liquid bath and excited by an oscillating, electrical signal for triggering cavitation in the liquid, wherein the sound transducer (8) is connected to the secondary winding (26) of a transformer (25) which is galvanically isolated from the primary winding (24),
a) wherein the sound transducer (8) for direct or indirect excitation of an electrical signal (u _KE ) generating oscillator (24, 27) is connected or coupled, which is designed such that by the oscillator (24, 27) generated , electrical signal (u _KE ) at least one fundamental oscillation f ₀ in the audible frequency range (<16 kHz) and a high-energy harmonic spectrum (f _k = k · f ₀ =, k = 1,2,3 ... (preferably k ≥ 2, in particular k ≥ 10)) in the ultrasonic range (≥ 16 kHz),
b) further wherein for generating the high-energy harmonic spectrum, a drive circuit (27) with ...

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Reinigung und/oder Desinfektion von weichen Gegenständen wie Wäsche od. dgl. sowie ggf. zur therapeutischen Behandlung von Körperteilen in einem Flüssigkeitsbad, insbesondere in einem Wasserbad, mit einem in das Flüssigkeitsbad eintauchenden und von einem oszillierenden, elektrischen Signal angeregten Schallwandler zur Auslösung von Kavitation in der Flüssigkeit, wobei der Schallwandler an der von der Primärwicklung galvanisch getrennten Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen ist.The The invention is directed to a device for cleaning and / or Disinfection of soft objects like laundry od. Like. And possibly for the therapeutic treatment of body parts in a liquid bath, especially in a water bath with one in the liquid bath immersed and by an oscillating, electrical signal excited sound transducer for triggering cavitation in the Liquid, wherein the transducer on the galvanically isolated from the primary winding secondary winding a transformer is connected.

Kavitation ist einerseits eine gefürchtete Erscheinung im Maschinenbau, wodurch Maschinen stark beansprucht werden, bspw. Pumpen, Schiffsschrauben od. dgl. Bei der Kavitation bilden sich vorübergehend Gasblasen, die mit Vakuum, Wasserdampf und/oder anderen Gasen gefüllt sind. Solche Gasblasen unterliegen der Gleichgewichtsbedingung Δp = (2·σ)/rmit

Δp =: Druckdifferenz zwischen Flüssigkeitsdruck und Gasdruck in einer Blase;
σ =: Oberflächenspannung (z.B.: 0,0729 N/m an der Grenze Wasser/Luft);
r =: Blasenradius.

Cavitation is on the one hand a dreaded phenomenon in mechanical engineering, which machines are heavily used, for example. Pumps, propellers od. Like. During cavitation gas bubbles are temporarily formed, which are filled with vacuum, water vapor and / or other gases. Such gas bubbles are subject to the equilibrium condition Δp = (2 · σ) / r With

Δp =: Pressure difference between fluid pressure and gas pressure in a bladder;
σ =: Surface tension (eg: 0.0729 N / m at the boundary water / air);
r =: Bubble radius.

Die Stabilität solcher Blasen hängt daher stark von dem Flüssigkeitsdruck ab. Wird dieser in kurzen Zeitabständen verändert, bspw. mittels Ultraschall, so kann der (lokale) Druck unter die Dampfdruckkurve des Wassers absinken, das Wasser „reißt" unter Bildung leerer Blasen auf oder verdampft an sog. Keimen und bildet sodann Dampf- oder Gasblasen. Steigt bei einer anschließenden Hochdruckphase der Ultraschalldruckwelle der Druck wieder über die Dampfdruckkurve an, so werden diese Blasen „zusammengeschoben"; sie implodieren und setzen dabei starke Stoßwellen frei, welche für einen mechanischen Reinigungseffekt genutzt werden können.The stability such bubbles hangs therefore strongly of the fluid pressure from. If this is changed at short intervals, for example by means of ultrasound, so the (local) pressure can be below the vapor pressure curve of the water fall, the water "breaks" to form empty Bubbles or evaporates on so-called germs and then forms steam or gas bubbles. Rises at a subsequent high-pressure phase of the ultrasonic pressure wave the pressure over again the vapor pressure curve, these bubbles are "pushed together", they implode and put strong shock waves free which for a mechanical cleaning effect can be used.

Bei diesen Implosionen entstehen in den kollabierenden Blasen hohe Temperaturen von bis zu einigen tausend Kelvin und Drücke von 100 bis 1000 bar auf. Dadurch werden alle erdenklichen Reaktionen gefördert, da das eingeschlossene Gas oder der Wasserdampf sozusagen in einen angeregten Zustand überführt wird. Dabei entsteht u.a. bspw. Wasserstoffperoxid, das während seiner Entstehung einen desinfizierenden Effekt hat.at These implosions generate high temperatures in the collapsing bubbles of up to several thousand Kelvin and pressures of 100 to 1000 bar. This will encourage all imaginable reactions, since the included Gas or the steam is converted so to speak in an excited state. This creates u.a. For example, hydrogen peroxide, which during his Emergence has a disinfecting effect.

Während implodierende Gasblasen in der Nähe von Grenzflächen sich unsymmetrisch verformen und schließlich sog. Mikrojets ausbilden können, die auf die Grenzfläche gerichtet sind und dort bspw. anhaftende Schmutzpartikel Iosschlagen können, ist die Entstehung und Wirkung derartiger Mikrojets bei weichen Gegenständen geringer. Hier ist ein anderer Effekt wertvoll, nämlich die Entstehung von Flüssigkeitswirbeln und -strudeln, ggf. in Verbindung mit der desinfizierenden oder bleichenden Wirkung von in den Blasen freigesetzten Chemikalien. Da es sich hierbei um Effekte von eher makroskopischer Natur handelt im Verhältnis zu den obigen Mikrojets, ist hierfür das Zusammenwirken einer Vielzahl von möglichst energiereichen Schockwellen bzw. Implosionen erforderlich.While imploding Gas bubbles nearby of interfaces deform asymmetrically and eventually form so-called microjets can, the on the interface are directed and there bspw. Adherent dirt particles Iosschlagen can, is the emergence and effect of such microjets in soft objects lower. Here is another effect valuable, namely the Formation of fluid whirls and -strudel, if necessary in connection with the disinfecting or Bleaching effect of chemicals released in the bubbles. Because these are effects of a macroscopic nature in relation to to the above microjets, this is the interaction of a Variety of possible high-energy shock waves or implosions required.

Da andererseits der Leistung der abgegebenen Ultraschallwellen in der Praxis ebenfalls zumeist Grenzen gesetzt sind, konnte bisher keine Reinigungseinrichtung konstruiert werden, die ausschließlich mittels Kavitation arbeitet und eine für die Praxis ausreichende Reinigungswirkung hat.There on the other hand, the power of the emitted ultrasonic waves in the Practice are also usually limited, so far none Cleaning device are constructed exclusively by means of Cavitation works and one for the practice has sufficient cleaning effect.

In der WO 99/20824 ist dies zwar versucht worden, aber leider nicht mit dem gewünschten Erfolg. Denn dort wird zur Erzeugung der Schwingungen ein Parallelschwingkreis verwendet, gebildet aus einer Primärspule eines Transofrmators und einer Kapazität. Diesem Parallelschwingkreis wird mit einem geschalteten Transistor rhythmisch Energie zugeführt. Ein solcher Parallelschwingkreis hat jedoch nur eine einzige Resonanzfrequenz, erzeugt also eine etwa sinusförmige Schwingung ohne Oberwellen. Eine sinusförmige Druckschwankung in einer Flüssigkeit ist jedoch zur Auslösung von Kavitation wenig geeignet – bei hohen Frequenzen können sich keine Gasblasen ausreichender Größe bilden, während bei niedrigen Frequenzen der nur mäßige Druckanstieg nicht ausreicht, um die gebildeten Gasblasen plötzlich implodieren zu lassen.In This has indeed been tried in WO 99/20824, but unfortunately not with the desired Success. Because there is a parallel resonant circuit to generate the vibrations used, formed from a primary coil of a transofrmator and a capacity. This parallel resonant circuit is connected to a switched transistor rhythmically supplied with energy. However, such a parallel resonant circuit has only a single resonance frequency, thus produces an approximately sinusoidal Vibration without harmonics. A sinusoidal pressure fluctuation in a liquid is however to the triggering from cavitation little suitable - at high frequencies can do not form gas bubbles of sufficient size, while at low frequencies only moderate pressure rise is insufficient to implode the formed gas bubbles suddenly.

Dasselbe gilt für die Lehre nach der englischen Patentschrift GB 1 356 478 , wo ebenfalls die Primärseite eines Transformators Bestandteil eines Parallelschwingkreises ist, der zur Erzeugung der Schwingungen verwendet wird.The same applies to the teaching according to the English patent specification GB 1 356 478 , where also the primary side of a transformer is part of a parallel resonant circuit, which is used to generate the vibrations.

Bei der US-Patentschrift 3,371,233 ist der Schallerzeuger außen an dem Behälter für das Flüssigkeitsbad angeordnet; deshalb gibt es hier überhaupt keinen Transformator, der zur Schwingungserzeugung geeignet wäre. Dennoch wird auch hier der Schallerzeuger von einem Parallelschwingkreis aus Spule und Kondensator gespeist, so dass etwa sinusförmige Schallschwingungen abgegeben werden, die sich für die Auslösung von Kavitation nicht eignen.at US Patent 3,371,233 is the sound generator on the outside of the container for the liquid bath arranged; that's why there is no transformer here, which would be suitable for vibration generation. Nevertheless, here too the sound generator of a parallel resonant circuit of coil and Capacitor fed so that emitted about sinusoidal sound vibrations who are looking for the trigger not suitable for cavitation.

Aus den Nachteilen des geschilderten Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein gattungsgemäßes Reinigungssystem derart weiterzubilden, dass eine optimale Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Behandlungswirkung erzielt wird, gerade auch bei weichen Gegenständen wie Wäsche, menschlichem Gewebe etc.Out the disadvantages of the described prior art results the problem initiating the invention, a generic cleaning system in such a way that an optimal cleaning, disinfection and / or treatment effect is achieved, especially in soft objects like laundry, human tissue etc.

Die Lösung dieses Problems gelingt bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch, dass

a) der Schallwandler zur direkten oder indirekten Anregung an einem ein elektrisches Signal (u_KE) erzeugenden Oszillator angeschlossen oder angekoppelt ist, der solchermaßen ausgebildet ist, dass das von dem Oszillator erzeugte, elektrische Signal (u_KE) wenigstens eine Grundschwingung f₀ im hörbaren Frequenzbereich (< 16 kHz) und ein energiereiches Oberwellenspektrum (f_k = k·f₀ =, k = 1,2,3 ... (vorzugsweise k ≥ 2, insbesondere k ≥ 10)) im Ultraschallbereich (≥ 16 kHz) aufweist,
b) wobei ferner zur Erzeugung des energiereichen Oberwellenspektrums eine Ansteuerschaltung mit einem Schaltelement dient, zu der die Primärwicklung des Transformators ohne jeglichen Nebenschluß, d.h. frei von galvanischen (resistiven) sowie hochfrequenzmäßigen (kapazitiven) und niederfrequenzmäßigen (induktiven) Bypässen, in Reihe geschalten ist, so dass an dem Schaltelement eine steile Flanke der Spannung (u_KE) entsteht,
c) und wobei der Schallwandler zusammen mit der Sekundärwicklung des Transformators einen Parallelschwingkreis bildet, dessen (elektrische) Resonanzfrequenz f_res im hörbaren Frequenzbereich liegt, und zwar etwa bei der Grundfrequenz f₀ (f_res ≈ f₀).

The solution to this problem succeeds in a generic device in that

a) the transducer for direct or indirect excitation of an electrical signal (u _KE ) generating oscillator is connected or coupled, which is designed such that the electrical signal generated by the oscillator (u _KE ) at least one fundamental oscillation f ₀ in the audible Frequency range (<16 kHz) and a high-energy harmonic spectrum (f _k = k · f ₀ =, k = 1,2,3 ... (preferably k ≥ 2, in particular k ≥ 10)) in the ultrasonic range (≥ 16 kHz) .
b) further wherein for generating the high-energy harmonic spectrum, a drive circuit with a switching element is used, to which the primary winding of the transformer without any shunt, ie free of galvanic (resistive) and high-frequency (capacitive) and low-frequency (inductive) bypasses connected in series, so that a steep edge of the voltage (u _KE ) arises at the switching element,
c) and wherein the transducer together with the secondary winding of the transformer forms a parallel resonant circuit, the (electrical) resonant frequency f _{res is} in the audible frequency range, approximately at the fundamental frequency f ₀ (f _res ≈ f ₀ ).

Demnach ist der Schallwandler zur direkten oder indirekten Anregung an einem ein elektrisches Signal erzeugenden Oszillator angeschlossen oder angekoppelt, der solchermaßen ausgebildet ist, dass das von dem Oszillator erzeugte, elektrische Signal wenigstens eine Grundschwingung im hörbaren Frequenzbereich (< 16 kHz) und ein energiereiches Oberwellenspektrum im Ultraschallbereich (≥ 16 kHz) aufweist. Diesem Oszillator obliegt es damit, all jene Schwingungskomponenten des Spektrums (ursächlich) zu erzeugen, die von dem Schallwandler in Schalldruck umgesetzt werden sollen, um durch ihre Überlagerung eine bestimmte Form des Druckverlaufs in der Flüssigkeit hervorzurufen. Zwar werden diese Schwingungsanteile im allgemeinen nicht allesamt mit demselben Amplitudenverhältnis auf den Schallwandler übertragen; sofern sie jedoch nicht völlig unterdrückt werden, können sie im Schallwandler durch eine optimierte Resonanzkurve (bspw. mit einem Maximum weit im Ultraschallbereich) zumindest teilweise wiederhergestellt werden. In diesem Frequenzbereich haben sich piezokeramische Schallwandler bewährt, obwohl daneben auch andere elektromechanische Prinzipien (Elektromagnetismus, Magnetostriktion, etc.) anwendbar sind.Therefore is the transducer for direct or indirect excitation on one an electrical signal generating oscillator connected or coupled, in such a way is formed, that generated by the oscillator, electric Signal at least one fundamental in the audible frequency range (<16 kHz) and a high-energy harmonic spectrum in the ultrasonic range (≥ 16 kHz). This oscillator is responsible for all those vibration components of the spectrum (causative) to generate, which is converted by the transducer into sound pressure should be, by their overlay to cause a certain shape of the pressure gradient in the liquid. Though These vibration components are generally not all with same amplitude ratio transferred to the transducer; but not completely repressed can, can in the transducer by an optimized resonance curve (eg. with a maximum far in the ultrasonic range) at least partially be restored. In this frequency range, piezoceramic sound transducers have proven, although other electromechanical principles (electromagnetism, Magnetostriction, etc.) are applicable.

Der Anschluß des Schallwandlers erfolgt bevorzugt an einem Sekundäranschluß eines Übertragungselements, dessen Primäranschluß mit dem Oszillator gekoppelt oder Bestandteil desselben ist. Eine derartige indirekte Ankopplung kann ggf. gleichzeitig als Potentialtrennung verwendet werden, bspw. in Form eines Transformators oder sonstigen Magnetübertragers mit galvanisch voneinander getrennten Primär- und Sekundärspulen. Außerdem läßt sich damit eine Impedanzanpassung zwischen Oszillator und Schallwandler erreichen, und schließlich ist die Möglichkeit eröffnet, bei Bedarf einen Verstärker einfügen zu können.Of the Connection of the Sound transducer preferably takes place at a secondary terminal of a transmission element whose Primary connection with the Oscillator is coupled or part of the same. Such Indirect coupling can possibly simultaneously as potential separation be used, for example. In the form of a transformer or other Magnetübertragers with galvanically separated primary and secondary coils. Furthermore can be with it achieve an impedance match between oscillator and transducer, and finally is the possibility opened, If necessary, an amplifier insert to be able to.

Damit eine maximale Energie des oberwellenbehafteten Signals mit dem angeregten (Parallel-)Schwingkreis gekoppelt werden kann, sollte das der Kopplung des Oszillators mit dem Schallwandler dienende (primärseitige) Element frei von galvanischen (resistiven) sowie hochfrequenzmäßigen (kapazitiven) und niederfrequenzmäßigen (induktiven) Bypässen sein. Damit wird die von dem Oszillator erzeugte Schwingungssignal vollständig dem primärseitigen Kopplungselement eingeprägt, so dass bei Bedarf (nahezu) die gesamte Schwingungsenergie an der Sekundärseite abgegriffen werden kann.In order to a maximum energy of the harmonic signal with the excited (Parallel) resonant circuit can be coupled, that should be the coupling of the oscillator with the transducer serving (primary side) Element free from galvanic (resistive) and high frequency (capacitive) and low frequency (inductive) bypasses. Thus, the vibration signal generated by the oscillator is completely the primary side Imprinted coupling element, so that when needed (almost) the entire vibration energy at the secondary side can be tapped.

Damit die Gasblasen unter Erzeugung möglichst starker Schockwellen implodieren, muß ihnen zunächst Zeit gegeben werden, um ein ausreichendes Volumen anzunehmen. Bei normalen Bedingungen ist diese Zeit etwa gleich der halben Periode der Schallwellen (T/2 bei p(t) ≈ p_c + p₀·sin(t/T) mit p_c = const.). Die während dieser Zeit aufgenommene und gespeicherte Energie wird sodann bei der Implosion in einem Bruchteil dieses Zeitintervalls abgegeben. Hierfür ist ein möglichst schneller Druckanstieg dp/dt ≈ (p₀/T)·cos(t/T) erforderlich, damit die Implosionszeit möglich kurz ist. Bei großer Periode T können die Blasen zwar stärker wachsen, andererseits sinkt jedoch wegen dp/dt die Implosionsgeschwindigkeit und damit die Spitzenenergie einer Schockwelle. Es handelt sich hierbei demnach um konträre Anforderungen. Hier findet die Erfindung einen Kompromiß, indem die von einem Schallwandler abgegebene Schallwelle eine niedrige Grundschwingung, insbesondere im hörbaren Bereich aufweist, so dass aufgrund einer großen Periode T große, energiereiche Blasen entstehen können. Aufgrund energiereicher Oberschwingungen kann dennoch ein steiler Druckanstieg realisiert werden, der zu einem urplötzlichen Zusammenstürzen einer Blase führt. Da sich außerdem bei starken Druckschwingungsamplituden in einem wäßrigen Medium die Hochdruckzonen schneller ausbreiten als die Zonen reduzierten Drucks, bleibt eine „unsymmetrische" Schallwelle auch bei ihrer Fortpflanzung durch die Flüssigkeit in dem verzerrten Zustand, bspw. mit einem langsamen Druckabfall, der zur Blasenbildung führt, und einem schnellen Druckanstieg, der die entstandenen Blasen schnell implodieren läßt. Im Rahmen einer optimalen Lösung wird nur die Grundwelle in den hörbaren Bereich verlegt, so dass nur ein nicht unangenehm empfundener Summton wahrnehmbar ist, während alle Oberwellen für Normalpersonen unhörbar sind.In order for the gas bubbles to implode to produce the strongest possible shock waves, they must first be given time to assume a sufficient volume. Under normal conditions, this time is approximately equal to half the period of the sound waves (T / 2 at p (t) ≈ p _c + p ₀ · sin (t / T) with p _c = const.). The energy absorbed and stored during this time is then released in the implosion in a fraction of this time interval. For this, the fastest possible pressure rise dp / dt ≈ (p ₀ / T) · cos (t / T) is required, so that the implosion time is possible short. At a large period T, the bubbles can indeed grow stronger, but on the other hand decreases because of dp / dt the implosion speed and thus the peak energy of a shock wave. These are therefore contrary requirements. Here the invention finds a compromise in that the sound wave emitted by a sound transducer has a low fundamental vibration, in particular in the audible range, so that due to a large period T large, high-energy bubbles can arise. Due to high-energy harmonics, however, a steep increase in pressure can be realized, which leads to a sudden collapse of a bubble. Since, in addition, at high pressure oscillation amplitudes in an aqueous medium, the high pressure zones spread faster than the zones reduced Pressure, an "unbalanced" sound wave also remains in the distorted state as it propagates through the fluid, for example, with a slow pressure drop causing blistering and a rapid increase in pressure that rapidly implodes the resulting bubbles, as part of an optimal solution only the fundamental wave is shifted into the audible range, so that only a not unpleasantly perceived buzzer is perceptible, while all harmonics are inaudible to normal persons.

Das energiereiche Oberwellenspektrum des betreffenden elektrischen Signals wird durch einen dieses beeinflussenden Schaltvorgang hervorgerufen, der bei jeder Grundschwingung ausgelöst wird. Ein Schaltvorgang kann einen steilen Anstieg oder Abfall einer elektrischen Größe (Strom, Spannung) oder zumindest einen „Knick" (veränderte Steigung) derselben auslösen; die daraus folgenden Signalverzerrungen bringen ein Spektrum von Oberwellen mit sich, die von einem geeignet ausgewählten Schallwandler jedenfalls zu einem nicht unerheblichen Teil in Ultraschallschwingungen umgesetzt werden. Dieser Schaltvorgang führt zu einer abrupten Änderung eines Spannungs- und/oder Stromanstiegs des betreffenden elektrischen Signals. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass durch den Schaltvorgang die das Zeitverhalten des betreffenden Signals bestimmenden Schaltungsparameter verändert werden. Bspw. können (Vor-)Widerstände eines RC-Glieds überbrückt bzw. kurzgeschlossen werden oder weitere Kapazitäten parallelgeschalten werden, so dass sich die relevanten Widerstands- oder Kapazitätswerte ändern.The high-energy harmonic spectrum of the relevant electrical signal is caused by a switching process that influences this, which is triggered at each fundamental oscillation. A switching process can cause a steep rise or fall of an electrical quantity (electricity, Tension) or at least a "kink" (changed slope) of the same trigger; the resulting signal distortions bring a spectrum of Harmonic with it coming from a suitably selected transducer at least to a not inconsiderable part in ultrasonic vibrations be implemented. This switching process leads to an abrupt change of a Voltage and / or current increase of the relevant electrical Signal. This can be done in particular by the Switching which determines the timing of the signal concerned Circuit parameters changed become. For example. can Bridged (pre-) resistors of an RC element or be short-circuited or other capacitors are connected in parallel, so that the relevant resistance or capacitance values change.

Bevorzugt ist ein der Ankopplung des elektrischen Signals dienendes Element (primärseitig) Bestandteil eines (Serien-)Schwingkreises, dem das oberwellenbehaftete Signal eingeprägt ist. Aufgrund von Resonanzeffekten bringt ein derartiger Schwingkreis nur eine geringe Bedämpfung des Signals mit sich. Der Serienschwingkreis wird dadurch angeregt, dass Bestandteile desselben während jeder Schwingung kurzgeschlossen werden, insbesondere in Abhängigkeit von dem Verlauf der Amplitude von Strom oder Spannung an einem oder mehreren Elementen des Serienschwingkreises. Sofern ein solches, regelmäßiges Kurzschließen während einer bestimmten Schwingungsphase erfolgt, wird der Schwingung dadurch Energie zugeführt (die Schwingung wird immer wieder neu angestoßen), so dass die zur Ansteuerung des Schallwandlers verwendete Energie ersetzt und eine Schwingung mit etwa konstanter Amplitude aufrechterhalten wird.Prefers is an element serving to couple the electrical signal (Primary side) Part of a (series) resonant circuit, the harmonic affected Signal imprinted is. Due to resonance effects brings such a resonant circuit only a small damping the signal with it. The series resonant circuit is excited by the fact that Constituents of the same during each oscillation be short-circuited, especially in dependence from the course of the amplitude of current or voltage at one or several elements of the series resonant circuit. If such, regular shorting during one certain oscillation phase takes place, the vibration is characterized Energy supplied (The vibration is always restarted), so that the to control the energy used by the transducer replaces and a vibration is maintained at about constant amplitude.

Eine Schaltstruktur, wobei ein der Ankopplung des elektrischen Signals dienendes Element (sekundärseitig) Bestandteil eines (Parallel-)Schwingkreises ist, in den der Schallwandler als Bestandteil integriert ist, erlaubt eine verlustarme Ankopplung des Schallwandlers mit einem optimalen Wirkungsgrad. Als ideal hat sich hierbei ein Schwingkreis mit nur zwei, bspw. parallelgeschalteten Elementen erwiesen, so dass das in einem Koppelelement induzierte Signal von diesem dem Schallwandler ohne nennenswerte Verluste eingeprägt wird. Indem die elektrische Resonanzfrequenz des angeregten, den Schallwandler aufweisenden Schwingkreises auf die Grundschwingung bzw. -fequenz des anregenden elektrischen Signals eingestellt ist, kann ein maximaler Anteil der Schwingungsenergie auf den Schallwandler übertragen und dort in Schallwellen umgesetzt werden. Vorzugsweise liegt die mechanische Resonanzfrequenz des Schallwandlers oberhalb der Grundschwingung bzw. -fequenz des anregenden (Serien-) Schwingkreises, vorzugsweise um den Faktor 10 bis 20 oberhalb der Grundschwingungsfrequenz. Diese Bemessung impliziert bspw. bei Grundschwingungen mit einer Frequenz von 7–8 kHz, dass die mechanische Resonanzfrequenz des Schallwandlers im Ultraschallbereich liegt. Dies führt dazu, dass das Oberwellenspektrum mit einer hohen Schalldruckamplitude abgestrahlt werden kann, wodurch das von dem oben beschriebenen Koppelelement aufgrund von dessen Resonanzkurve ggf. „verschliffene" (Schalt-) Signal und damit insbesondere auch dessen „kantige" Form (Sägezahn-, Dreieck- oder Rechteckform, etc.) oder sonstigen Unsymmetrien zumindest teilweise wieder regeneriert werden.A Switching structure, wherein one of the coupling of the electrical signal serving element (secondary side) Part of a (parallel) resonant circuit, in which the sound transducer As a component is integrated, allows a low-loss coupling the sound transducer with optimal efficiency. As ideal in this case a resonant circuit with only two, for example. In parallel Elements proved so that induced in a coupling element Signal from this the transducer is impressed without significant losses. By the electrical resonance frequency of the excited, the sound transducer having resonant circuit to the fundamental or -fequenz of the exciting electrical signal is set, a maximum Transferring the proportion of vibration energy to the sound transducer and there are converted into sound waves. Preferably, the mechanical resonance frequency of the transducer above the fundamental or -fequenz the exciting (series) resonant circuit, preferably order the factor 10 to 20 above the fundamental frequency. These Dimensioning implies, for example, for fundamental oscillations with one frequency from 7-8 kHz, that the mechanical resonance frequency of the transducer in the ultrasonic range lies. This leads to, that the harmonic spectrum with a high sound pressure amplitude can be radiated, which by the above-described Coupling element due to its resonance curve possibly "sanded" (switching) signal and thus in particular its "edged" shape (sawtooth, triangular or rectangular shape, etc.) or other asymmetries at least partially regenerated become.

Zur Speisung eines anregenden Schaltkreises, insbesondere eines (Serien-) Schwingkreise und/oder Schalters, empfiehlt die Erfindung die Verwendung einer gleichgerichteten Spannung. Diese kann bspw. aus einer Netzwechselspannung gewonnen werden, so dass ein Dauerbetrieb über eine oder mehrere Stunden hinweg möglich ist. Sofern die gleichgerichtete Spannung einen etwa periodischen Zeitverlauf der Amplitude aufweist, wie dies ohne Glättung erreicht werden kann, so kann ein solches Zeitsignal nach Art einer Modulation dem oberwellenbehafteten Signal überlagert werden. Eine solche Maßnahme dient der Vermeidung von stehenden Wellen in dem Flüssigkeitsmedium, welche ansonsten eher schädliche Auswirkungen auf die behandelten Gegenstände haben könnten.to Supply of an exciting circuit, in particular a (series) Oscillating circuits and / or switch, the invention recommends the use a rectified voltage. This can, for example, from an AC mains voltage be obtained, allowing continuous operation over one or more hours away possible is. Unless the rectified voltage has an approximately periodic time course the amplitude, as can be achieved without smoothing, such a time signal in the manner of a modulation can harm the harmonic Signal superimposed become. Such a measure serves to avoid standing waves in the liquid medium, which otherwise rather harmful Could have an impact on the treated items.

Um die Anregung des Schwingkreises mit dem Schallwandler zu signalisieren, kann in Reihe mit dem bypassfreien (primärseitigen) Kopplungselement eine Leuchtdiode oder ein anderes, vorzugsweise optisches Signalmittel geschalten sein. Dieses Signalmittel zeigt daher selektiv ausschließlich eine tatsächliche Ansteuerung des Schallwandlers an. Aufgrund der bypassfreien Beschattung eines Kopplungselements in Form einer Admittanz (Spule oder Kapazität) ist darüber hinaus sichergestellt, dass ein zeitlich konstanter Stromfluß (der zu keiner Schallwellenabgabe führen würde und daher eine Fehlanzeige auslösen könnte) überhaupt nicht auftreten kann.In order to signal the excitation of the resonant circuit with the sound transducer, a light-emitting diode or another, preferably optical signal means can be connected in series with the bypass-free (primary-side) coupling element. Therefore, this signal means selectively indicates exclusively an actual control of the sound transducer. Due to the bypass-free shading of a coupling element in the form of an admittance (coil or capacitance) is also ensured that a time-constant current flow (which would lead to no sound wave output and therefore a Fehlan show) could not occur at all.

Vorzugsweise ist der Oszillator als (Serien-)Schwingkreis ausgebildet. Ein solcher Aufbau erleichtert das selektive Überbrücken bzw. Kurzschließen einzelner Schaltelemente, ohne dabei zu undefinierten Schaltzuständen zu führen. Außerdem kann solchenfalls unter Minimierung des Schaltungsaufwandes ein Admittanzelement des Schwingkreises gleichzeitig als bypassfreies Koppelelement verwendet werden.Preferably the oscillator is designed as a (series) resonant circuit. Such a Construction facilitates the selective bridging or short-circuiting of individual Switching elements, without going to undefined switching states to lead. Furthermore can in such case while minimizing the circuit complexity Admittance element of the resonant circuit simultaneously as bypass-free Coupling element can be used.

Durch Rückkopplung eines Oszillatorsignals zu einem Schaltelement kann erreicht werden, dass bei Über- und/oder Unterschreiten einer (internen) Schaltschwelle ein Umschalten erfolgt. Durch eine geeignete Dimensionierung der Schaltkreiselemente kann erreicht werden, dass die relevanten Schaltschwelle(n) bei jeder Schwingung wenigstens einmal überschritten werden (bspw. durch eine bewußt herbeigeführte Schaltungsinstabilität, welche (ohne rechtzeitiges Umschalten) einen starken Anstieg des die Umschaltung auslösenden, elektrischen Signals zur Folge hätte.By feedback an oscillator signal to a switching element can be achieved that at over- and / or falling below an (internal) switching threshold switching he follows. By a suitable dimensioning of the circuit elements can be achieved that the relevant switching threshold (s) at each Vibration exceeded at least once be (for example, by a conscious induced Circuit instability, which (without timely switching) a strong increase in the Switching triggering, electrical signal would result.

Unter Weiterbildung des obigen Schaltprinzips kann ein (elektronisches) Schaltelement (ausgangsseitig) parallel zu den (allen) nicht der Ankopplung an den Schallwandler dienenden Elementen des Oszillators angeschlossen sein, um diese kurzzuschließen. Damit kann bspw. eine Kapazität entladen und/oder ein Vor- bzw. Lade- oder Strombegrenzungswiderstand kurzgeschlossen werden, um in einer verbleibenden Induktivität (Koppelelement) einen starken Stromanstieg auszulösen.Under Development of the above switching principle can be an (electronic) Switching element (output side) parallel to the (all) not the Coupling to the sound transducer serving elements of the oscillator be connected to short this. This can, for example, a capacity discharged and / or a pre- or charge or current limiting resistor be short-circuited to a remaining inductance (coupling element) to trigger a strong current increase.

Gemäß einer weiteren Konstruktionsregel kann ein (elektronisches) Schaltelement (ausgangsseitig) in eine Reihe mit dem der Ankopplung an den Schallwandler dienenden Element des Oszillators gelegt werden. Solchenfalls kann durch Öffnen eines solchen Schaltelements ein – abruptes – Absinken des Stromflusses durch das Kopplungselement hervorgerufen werden, was bei einem Transformator od. dgl. zur Induktion einer hohen Spannung sowohl im Primär- als auch – wegen der magnetischen Verkopplung – im Sekundärkreis führt.According to one Another design rule can be an (electronic) switching element (output side) in a row with the coupling to the sound transducer serving element of the oscillator. In that case can by opening such a switching element a - abrupt - decrease in the current flow caused by the coupling element, which is a transformer od. Like. For the induction of a high voltage in both the primary and - because Magnetic Coupling - im secondary circuit leads.

Als (elektronisches) Schaltelement empfiehlt die Erfindung die Verwendung eines (Bipolar-)Transistors, vorzugsweise in Emitterschaltung. Es handelt sich hierbei um ein – bspw. gegenüber Störspannungen od. dgl. – vergleichsweise unempfindliches Bauteil, das darüber hinaus insbesondere in Emitterschaltung mit einem vergleichsweise geringen Spannungshub am Eingang (Basis) zuverlässig sowie mit geringem Aufwand anzusteuern ist und auch große Spannungen in der Größenordnung der Netzwechselspannung problemlos zu bewältigen vermag.When (electronic) switching element, the invention recommends the use a (bipolar) transistor, preferably in emitter circuit. It this is a - eg. across from interference voltages od. Like. - Comparatively insensitive component, that about it in particular in emitter circuit with a comparatively low voltage swing at the input (base) reliably and with little effort is to be driven and also great tensions in the order of magnitude the AC voltage is able to cope easily.

Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass der Oszillator eingangsseitig an den Ausgang eines Ein- oder Vollweggleichrichters angekoppelt ist. Damit kann der Oszillator mit einer vorgegebenen Spannungspolarität betrieben werden, was die Auswahl insbesondere eines Schaltelements erleichtert.The Invention can be to further develop that the oscillator on the input side the output of a single or full wave rectifier is coupled. Thus, the oscillator can be operated with a predetermined voltage polarity be, which facilitates the selection of a particular switching element.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfährt eine weitere Optimierung dadurch, dass der Vollweggleichrichter eingangsseitig über in Serie geschaltete Glättungsdrosseln und/oder parallelgeschaltete Glättungskondensatoren mit einem Wechselstrom-Versorgungsnetz gekoppelt oder koppelbar ist. Dadurch ist eine ständige Energiezufuhr und demnach ein zeitlich unbegrenzter Dauerbetrieb ermöglicht, so dass mit einem kleinen und handlichen Gerät größere Flüssigkeitsmengen während Behandlungszeiten von einer oder mehreren Stunden ununterbrochen beschallt werden können. Damit lassen sich einerseits bspw. auch festsitzende Flecken aus Textilgeweben od. dgl. rückstandslos entfernen, andererseits besteht die Möglichkeit, dank der starken, desinfizierenden Wirkung auch die resistentesten Bakterien oder sonstigen Krankheitserreger restlos unschädlich machen zu können.The inventive device learns a further optimization by the fact that the full-wave rectifier on the input side in series switched smoothing chokes and / or parallel-connected smoothing capacitors can be coupled or coupled to an AC power supply network is. This is a permanent one Energy supply and therefore an indefinite continuous operation allows so that with a small and handy device larger amounts of fluid during treatment times of one or more hours continuously be sonicated. In order to On the one hand, for example, can also be fixed spots of textile fabrics od. Like. Residue on the other hand, thanks to the strong, disinfecting effect even the most resistant bacteria or other pathogens completely harmless.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass in der Zuleitung des Vollweggleichrichters eine Strombegrenzung vorgesehen ist, insbesondere ein in Serie geschalteter Strombegrenzungswiderstand. Hierbei handelt es sich um eine Vorsichtsmaßnahme, welche im Fall eines bspw. auf eine Fehlbedienung zurückzuführenden Betriebsfehlers einen starken Stromanstieg, welcher eine Beschädigung oder Zerstörung des Geräts zur Folge haben könnte, vermeidet. Im Idealfall wird der Strom dabei auf für das Gerät unschädliche Werte begrenzt, die andererseits das Ansprechen einer Sicherung herbeiführen und damit den Anwender auf seinen Bedienungsfehler (bspw. Eintauchen der Schaltungsplatine in die Reinigungsflüssigkeit) hinweisen.Finally corresponds it is the teaching of the invention that in the lead of the full-wave rectifier a Current limiting is provided, in particular a series-connected Current limiting resistor. This is a precautionary measure which in the case of, for example, attributable to an incorrect operation Operating error a strong current increase, which damage or destruction of the device could lead to avoids. Ideally, the current is limited to values which are harmless to the device, which on the other hand cause the activation of a fuse and thus the user on his operating error (eg immersion the circuit board into the cleaning liquid).

Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:Further Features, details, benefits and effects based on the Invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment the invention and with reference to the drawing. Hereby shows:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung; 1 a device according to the invention in a perspective view;

2 den in eine Flüssigkeit einzutauchenden Teil der Vorrichtung aus 1 mit dem Schallwandler, teilweise aufgebrochen; 2 the immersed in a liquid part of the device 1 with the sound transducer, partially broken;

3 ein tragendes Halterungsteil für einen Schallwandler in einem Längsschnitt entsprechend der Linie III-III aus 2; 3 a supporting support member for a sound transducer in a longitudinal section accordingly from the line III-III 2 ;

4 einen Plan mit der elektrischen Schaltung der Vorrichtung aus den 1 bis 3; 4 a plan with the electrical circuit of the device from the 1 to 3 ;

5 eine Draufsicht auf den Transformator der elektrischen Schaltung aus 4; 5 a plan view of the transformer of the electrical circuit 4 ;

6 einen Schnitt durch die 5 entlang der Linie VI-VI; 6 a cut through the 5 along the line VI-VI;

7a, 7b ein zwischen den Meßpunkten E und K der Schaltung aus 4 gemessenes Spannungssignal in unterschiedlichen Zeitmaßstäben; sowie 7a . 7b a between the measuring points E and K of the circuit 4 measured voltage signal in different time scales; such as

8a, 8b ein zwischen den Meßpunkten X1 und X2 der Schaltung aus 4 gemessenes Spannungssignal in unterschiedlichen Zeitmaßstäben. 8a . 8b a between the measuring points X1 and X2 of the circuit 4 measured voltage signal in different time scales.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 aus 1 ist primär für die Reinigung von Wäsche in einem Flüssigkeits-, insbesondere Wasserbad (bspw. in einem Waschbecken oder einer Badewanne) konzipiert und soll deshalb im folgenden als Reinigungsgerät 1 bezeichnet werden. Sie kann darüber hinaus aber auch für vielfältige andere Zwecke eingesetzt werden (bspw. zur Desinfektion von Gegenständen, zur Behandlung verschiedener Krankheitszustände, bspw. Schweißfüßen, insbesondere durch Abtötung von Fußpilzen oder sonstigen Bakterien, zur Vermeidung des Algenwachstums in Aquarien, etc.), weshalb der Begriff „Reinigungsgerät" nicht einschränkend auf diesen Anwendungsfall ausgelegt werden soll.The device according to the invention 1 out 1 is primarily designed for the cleaning of laundry in a liquid, especially water bath (eg. In a sink or a bathtub) and should therefore hereinafter referred to as a cleaning device 1 be designated. But it can also be used for a variety of other purposes (eg. For disinfecting objects, for the treatment of various disease states, eg. Sweaty feet, in particular by killing athlete's foot or other bacteria, to avoid algae growth in aquariums, etc.), which is why the term "cleaning device" is not intended to be construed restrictively to this application.

Das Reinigungsgerät 1 umfaßt ein in die betreffende Flüssigkeit einzutauchendes Schallwandlermodul 2 und eine über ein Kabel 3 damit verbundene Ansteuerkomponente 4 mit einem Gehäuse 5 und einem damit integrierten Netzstecker 6 zum Anschluß an ein Stromversorgungsnetz.The cleaning device 1 comprises a Schallwandlermodul to be immersed in the liquid in question 2 and one over a cable 3 associated driving component 4 with a housing 5 and an integrated power plug 6 for connection to a power supply network.

Innerhalb des Gehäuses 5 befinden sich sämtliche elektrischen und elektronischen Bauteile der Schaltung 7 gemäß 4 mit Ausnahme des Schallwandlers 8 selbst. Dieser befindet sich in dem Schallwandlermodul 2.Inside the case 5 are all electrical and electronic components of the circuit 7 according to 4 with the exception of the sound transducer 8th itself. This is located in the transducer module 2 ,

Der Aufbau des scheibenförmigen Schallwandlermoduls 2 ist aus 2 zu erkennen. Der eigentliche, ringförmige Schallwandler 8 ist in einer Halterung 9 aufgenommen, die im Schnitt in 3 wiedergegeben ist. Diese Halterung 9 hat etwa die Gestalt eines Rades mit einem Außenring 10, einem Innenring 11 und bspw. vier dazwischen angeordneten, radial verlaufenden Speichen 12. Allerdings ist der Außenring nicht exakt kreisrund, sondern leicht oval, elliptisch oder eiförmig 13 gestaltet, um die Ausbildung stehender Wellen und deren das Gerät selbst bedrohenden Auswirkungen abzumildern. In einem demzufolge radial erweiterten Bereich des Außenrings 10 kann eine mit Innengewinde versehene Bohrung 14 zur (Schraub-)Fixierung des Schallwandlersmoduls 2 an einer Halterung od. dgl. vorgesehen sein.The structure of the disk-shaped Schallwandlermoduls 2 is out 2 to recognize. The actual, ring-shaped sound transducer 8th is in a holder 9 recorded on average in 3 is reproduced. This bracket 9 has about the shape of a wheel with an outer ring 10 , an inner ring 11 and, for example, four interposed radially extending spokes 12 , However, the outer ring is not exactly circular, but slightly oval, elliptical or egg-shaped 13 designed to mitigate the formation of standing waves and their effects threatening the device itself. In a consequently radially expanded region of the outer ring 10 can be an internally threaded hole 14 for (screw) fixation of the transducer module 2 od on a bracket. Like. Be provided.

Eine zentrale Ausnehmung in dem Innenring 11 dient der Aufnahme und Fixierung des Schallwandlers 8. Bei diesem handelt es sich bevorzugt um einen ringförmigen Piezokristall mit Metallisierungen an gegenüberliegenden Flächen, die mit je einem Draht 15 elektrisch leitend verbunden, bspw. verlötet sind. Diese beiden Drähte 15 sind durch radiale Einkerbungen 16 oder Durchbrechungen 17 des Innenrings 11 und/oder des Außenrings 12 hindurchgeführt. Im Bereich einer Durchbrechung 17 des Außenrings 12 kann eine Abdichtung 18, Zugentlastung und/oder Knickschutztülle 19 für das Kabel 3 vorgesehen sein, in welchem die Drähte 15 zusammengefaßt sind, um durch eine weitere Knickschutztülle 20 und ggf. Zugentlastung in das Gehäuse 5 der Ansteuerkomponente 4 hindurchgeführt und dort an den Schaltungspunkten X1, X2 angeschlossen zu werden.A central recess in the inner ring 11 serves to accommodate and fix the transducer 8th , In this case, it is preferably an annular piezoelectric crystal with metallizations on opposite surfaces, each with a wire 15 electrically connected, for example. Are soldered. These two wires 15 are by radial notches 16 or breakthroughs 17 of the inner ring 11 and / or the outer ring 12 passed. In the area of an opening 17 of the outer ring 12 can be a seal 18 , Strain relief and / or anti-kink sleeve 19 for the cable 3 be provided, in which the wires 15 are summarized by a further kink protection grommet 20 and if necessary strain relief in the housing 5 the drive component 4 passed through and connected there to the nodes X1, X2.

Zur Verbesserung des Schallabstrahlungsverhaltens hat das scheibenförmige Schallwandlermodul gegenüber der Grundfläche des ringförmigen Schallwandlers 8 eine etwa 15- bis 20-fach vergrößerte Grundfläche. Dies wird dadurch erreicht, dass der (Außen-)Durchmesser des Außenrings 10 etwa 3,5 mal größer ist als der (Innen-)Durchmesser des Innenrings 11 bzw. des darin eingesetzten Schallwandlers 8. Damit die gesamte Grundfläche des Schallwandlermoduls 2 zur Schallabgabe verwendet werden kann, ist der Raum innerhalb des Außenrings 10 vollständig mit einer Vergußmasse 21 ausgefüllt. Hierbei kann es sich um eine weiche, hochelastische Substanz handeln, die von den anregenden Schwingungen des Schallwandlers 8 aufgrund ihrer minimalen Steifheit und minimalen Dämpfung in starke Schwingungen versetzt werden kann. Bewährt haben sich hierfür Materialien mit einem Elastizitätsmodul von weniger als 0,2 kN/mm², insbesondere weniger als 0,1 kN/mm², wie bspw. Silikonkautschuk.To improve the Schallabstrahlungsverhaltens has the disc-shaped Schallwandlermodul opposite the base of the annular transducer 8th an approximately 15 to 20 times enlarged base area. This is achieved by the (outer) diameter of the outer ring 10 is about 3.5 times larger than the (inner) diameter of the inner ring 11 or the sound transducer used therein 8th , So that the entire footprint of the transducer module 2 can be used for sound output, is the space inside the outer ring 10 completely with a potting compound 21 filled. This may be a soft, highly elastic substance that is affected by the exciting vibrations of the transducer 8th due to their minimal stiffness and minimal damping in strong vibrations can be added. For this purpose, materials having a modulus of elasticity of less than 0.2 kN / mm ² , in particular less than 0.1 kN / mm ² , such as, for example, silicone rubber, have proved suitable.

Der elektrischen Schaltung 7 obliegt es, an den Anschlußklemmen X1, X2 ein energiereiches elektrisches Signal geeigneter Frequenz, Amplitude und Wellenform zur Verfügung zu stellen, welches von dem angeschlossenen Schallwandler 8 in Schall umgewandelt und über die Vergußmasse 21 großflächig in das betreffende Flüssigkeitsbad eingeleitet wird, um dort die weiter oben beschriebenen, vorteilhaften Wirkungen zu entfalten.The electrical circuit 7 It is up to the terminals X1, X2 to provide a high-energy electrical signal of suitable frequency, amplitude and waveform, which is provided by the connected sound transducer 8th converted into sound and the potting compound 21 is introduced over a large area in the liquid bath in question, in order to develop there, the beneficial effects described above.

Dazu wird die der Ansteuerkomponente 4 über den Netzstecker 6 zugeführte Netzspannung zunächst gleichgerichtet, im vorliegenden Fall mittels eines Vollweggleichrichters 22, dessen Ausgangsgleichspannung nicht geglättet wird.This is the driving component 4 over the mains plug 6 supplied mains voltage initially rectified, in the present case by means of a full-wave rectifier 22 , whose output DC voltage is not smoothed.

In den Ausgangs- oder Gleichstromkreis 23 dieses Vollweggleichrichters 22 ist die Primärwicklung 24 eines Transformators 25 geschalten, dessen galvanisch getrennte Sekundärwicklung 26 die Anschlußpunkte X1 und X2 für den Schallwandler 8 liefert. Durch diesen Transformator 25 wird bereits innerhalb der Ansteuerkomponente 4 und damit stromaufwärts des Verbindungskabels 3 eine völlige Potentialtrennung erreicht, so dass selbst bei einem Kontakt eines der Drähte 15 oder des Schallwandlers 8 mit dem Flüssigkeitsbad keine für eine Person gefährlichen Spannungen auftreten können.In the output or DC circuit 23 this full-wave rectifier 22 is the primary winding 24 a transformer 25 switched, whose galvanically separated secondary winding 26 the connection points X1 and X2 for the sound transducer 8th supplies. Through this transformer 25 is already within the drive component 4 and thus upstream of the connection cable 3 achieved a complete potential separation, so that even with a contact one of the wires 15 or the sound transducer 8th with the liquid bath no dangerous voltages for a person can occur.

Um der Primärwicklung 24 des Transformators 25 eine Spannung und vor allem einen Strom einprägen zu können, ist dieser innerhalb des Gleichstromkreises 23 kein weiteres Schaltkreiselement, insbesondere weder ein Widerstand noch eine Kapazität, parallelgeschalten.To the primary winding 24 of the transformer 25 to be able to impress a voltage and above all a current, this is within the DC circuit 23 no further circuit element, in particular neither a resistor nor a capacitor, connected in parallel.

In Serie mit dieser Induktivität 24 ist eine Ansteuerschaltung 27 geschalten. Diese umfaßt einerseits zu dem Koppelelement (Primärwicklung 24 des Transformators 25) komplementäre Elemente eines Serienschwingkreises, nämlich eine Kapazität C_S, 28 und einen Widerstand R_S, 29. Der Widerstand R_S, 29 kann verstellbar ausgebildet sein, insbesondere in Form eines Potentiometers. Die Elemente dieses Serienschwingkreises – Induktivität 24, Kapazität C_S, 28 und Widerstand R_S, 29 – sind zusammen mit einer ebenfalls in Reihe geschaltenen und in Durchflußrichtung (bezogen auf die durch den Vollweggleichrichter 22 in dem Gleichstromzweig 23 vorgegebene Stromrichtung) gepolten Leuchtdiode 30 zwischen der Anode 31 des Vollweggleichrichters 22 und dessen Kathode 32 geschalten. Da auch der Leuchtdiode 30 innerhalb des Gleichstromkreises 23 kein weiteres Schaltkreiselement parallelgeschalten ist, zeigt diese durch ihr Leuchten den (mittleren) Stromfluß i durch das primärseitige Kopplungselement 24 an.In series with this inductance 24 is a drive circuit 27 switched. This includes on the one hand to the coupling element (primary winding 24 of the transformer 25 ) complementary elements of a series resonant circuit, namely a capacitance C _S , 28 and a resistor R _S , 29 , The resistance R _S , 29 can be designed adjustable, in particular in the form of a potentiometer. The elements of this resonant circuit - inductance 24 , Capacity C _S , 28 and resistance R _S , 29 - Are together with a likewise connected in series and in the flow direction (relative to that by the full-wave rectifier 22 in the DC branch 23 given current direction) polarized light emitting diode 30 between the anode 31 of the full-wave rectifier 22 and its cathode 32 switched. As well as the LED 30 within the DC circuit 23 no further circuit element is connected in parallel, this shows by their illumination the (average) current flow i through the primary-side coupling element 24 at.

Infolge der Kapazität C_S, 28 samt in Serie geschaltenen Diode 30 kann sich ohne weitere Maßnahmen keine stabile Schwingung einstellen. Nach einmaliger Aufladung der Kapazität 28 würde der Stromfluß i innerhalb des Gleichstromkreises 23 zu null und es könnte keine Erregung des Schallwandlers 8 erfolgen. Deshalb ist parallel zu der Kapazität C_S, 28 und dem Widerstand 29 ein (elektronischer) Schalter in Form eines (Bipolar-)Transistors 33 geschalten. Im Fall eines Bipolartransistors ist dessen Kollektor-Emitter-Strecke (bei einem Feldeffekttransistor dessen Drain-Source-Strecke) den beiden obigen Elementen parallelgeschalten. Der Bipolartransistor 33 wird in Emitterschaltung betrieben, wobei der Emitter an dem Schaltungsknoten E (kathodenseitiger Anschluß der Kapazität C_S, 28) angeschlossen ist, auf den sowohl die Basis-Emitter-Spannung wie auch die Kollektor-Emitter-Spannung bezogen sind.Due to the capacity C _S , 28 including series-connected diode 30 can not adjust to stable vibration without further action. After one-time charging of the capacity 28 would the current flow i within the DC circuit 23 to zero and there could be no excitement of the transducer 8th respectively. Therefore, parallel to the capacitance C _S , 28 and the resistance 29 an (electronic) switch in the form of a (bipolar) transistor 33 switched. In the case of a bipolar transistor, its collector-emitter path (in the case of a field-effect transistor whose drain-source path) is connected in parallel to the two above-mentioned elements. The bipolar transistor 33 is operated in emitter circuit, wherein the emitter at the circuit node E (cathode-side terminal of the capacitance C _S , 28 ) to which both the base-emitter voltage and the collector-emitter voltage are related.

Ist der Schalter 33 offen, indem die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 33 hochohmig ist, so lädt sich wie oben erläutert die Kapazität 28 auf. Da deren Anodenspannung u_A über einen Basiswiderstand R_B, 34 zur Basis des Transistors 33 zurückgekoppelt wird, ergibt sich i_B ≈ u_A/R_B.Is the switch 33 open by the collector-emitter path of the transistor 33 is high-impedance, so charged as explained above, the capacity 28 on. Since their anode voltage u _A via a base resistor R _B , 34 to the base of the transistor 33 is fed back, i _B ≈ u _A / R _B results.

Wird von dem entsprechend u_A ansteigenden i_B ein Schwellwert überschritten, schaltet der Transistor 33 durch, und seine Kollektor-Emitter-Strecke wird leitend. Nun kann sich der Kondensator C_S, 28 über den Widerstand R_S entladen, und er tut dies mit einer Zeitkonstante r = R_S·C_S. Dadurch sinkt die Kondensatorspannung u_A exponentiell ab, und mit dieser der Basisstrom i_B. Unterschreitet dieser einen Schwellwert, so sperrt der Transistor, und mit abermaligem Aufladen des Kondensators C_S beginnt dieser Zyklus von neuem.If a threshold value is exceeded by the corresponding u _A rising i _B , the transistor switches 33 through, and its collector-emitter path becomes conductive. Now, the capacitor C _S , 28 discharged via the resistor R _S , and he does so with a time constant r = R _S · C _S. As a result, the capacitor voltage u _A decreases exponentially, and with this the base current i _B. If this falls below a threshold value, the transistor blocks, and with renewed charging of the capacitor C _S this cycle begins again.

Während eines solchen Zyklus nimmt der Strom i durch das Kopplungselement 24 bei geschlossenem Schalter bzw. Transistor 33 zu, da nun nahezu die gesamte Ausgangsspannung des Vollweggleichrichters 22 an der Induktivität L_P, 24 abfällt (wobei di/dt ≈ U/L_P, U = Ausgangsspannung des Gleichrichters 22). Ist der Schalter 33 offen (Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 33 hochohmig), so lädt sich der Kondensator auf und u_A steigt. Dadurch sinkt di/dt.During such a cycle, the current i passes through the coupling element 24 with closed switch or transistor 33 to, since now almost the entire output voltage of the full-wave rectifier 22 at the inductance L _P , 24 falls (where di / dt ≈ U / L _P , U = output voltage of the rectifier 22 ). Is the switch 33 open (collector-emitter path of the transistor 33 high impedance), the capacitor charges up and u _A rises. This reduces di / dt.

Der Transformator 25 verfügt über eine dritte Wicklung 35, die elektrisch in den Basisstromkreis des Transistors 33 geschalten ist (in Reihe mit dem Basiswiderstand R_B, 34).The transformer 25 has a third winding 35 which are electrically connected to the base circuit of the transistor 33 is connected (in series with the base resistance R _B , 34 ).

Ein bevorzugter Aufbau des Transformators 25 ist in den 5 und 6 zu sehen. Die drei Wicklungen 24, 26, 35 befinden sich auf dem mittleren Steg eines aus einem Blechpaket gebildeten Eisenkerns 47. Der zur Verfügung stehende Wicklungsraum 48 ist durch eine mittige, von dem mittleren Steg des Kerns 47 etwa lotrecht durchsetzte Scheibe 49 in zwei Kammern unterteilt. In einer Kammer sind die Primärwicklung 24 und darüber die Rückkopplungswicklung 5 angeordnet, während die Sekundärwicklung 26 in der anderen Wicklungskammer untergebracht ist. Dadurch ist zwischen Primärwicklung 24 und Rückkopplungswicklung 35 eine maximal mögliche, magnetische Verkopplung erreicht (nahezu ideales Übertragungsverhalten), indem von diesen beiden Wicklungen 24,35 nahezu dieselben Magnetfeldlinien umgriffen werden, während die Ankopplung der Sekundärwicklung ausschließlich über die den Magnetkern 47 durchsetzenden Magnetfeldlinien erfolgt und daher weniger innig ist.A preferred construction of the transformer 25 is in the 5 and 6 to see. The three windings 24 . 26 . 35 are located on the middle bridge of an iron core formed from a laminated core 47 , The available winding space 48 is through a central, from the middle bridge of the core 47 about vertically interspersed disc 49 divided into two chambers. In a chamber are the primary winding 24 and above that the feedback winding 5 arranged while the secondary winding 26 housed in the other winding chamber. This is between primary winding 24 and feedback winding 35 a maximum possible magnetic coupling achieved (almost ideal transmission behavior), by these two windings 24 . 35 almost the same magnetic field lines are encompassed, while the coupling of the secondary winding exclusively on the magnetic core 47 passing through magnetic field lines and therefore less intimately is.

Die Primärwicklung 24 hat bspw. 50–100, vorzugsweise etwa 60–80 Wicklungen mit einem Leiterdurchmesser von 0,25 mm und einer Induktivität L_P von 5–10, vorzugsweise etwa 7–8 mH. Die Sekundärwicklung 26 hat bspw. 200–600, vorzugsweise etwa 350–450 Wicklungen mit einem Leiterdurchmesser von 0,1 mm und einer Induktivität L_S von 200–600, vorzugsweise etwa 350–450 mH. Die Rückkopplungswicklung 35 hat bspw. 5–20, vorzugsweise etwa 7–12 Wicklungen mit einem Leiterdurchmesser von 0,25 mm und einer Induktivität L_R von 0,1–0,3, vorzugsweise etwa 0,12–0,25 mH.The primary winding 24 has, for example, 50-100, preferably about 60-80 windings with a conductor diameter of 0.25 mm and an inductance L _P of 5-10, preferably about 7-8 mH. The secondary winding 26 has, for example, 200-600, preferably about 350-450 windings with a conductor diameter of 0.1 mm and an inductance L _S of 200-600, preferably about 350-450 mH. The feedback winding 35 has, for example, 5-20, preferably about 7-12 windings with a conductor diameter of 0.25 mm and an inductance L _R of 0.1-0.3, preferably about 0.12-0.25 mH.

Zur Montage dieses Transformators 25 auf einer Platine sind an beiden Enden des mittleren Eisenstegs aufgeschobene, die Wicklungskammern begrenzende Scheiben 50 mit Standfüßen 51 und/oder der Fixierung dienenden Lötfahnen 52 versehen.For mounting this transformer 25 on a circuit board are slid at both ends of the central iron web, the winding chambers delimiting discs 50 with feet 51 and / or fixing solder tails 52 Mistake.

Aufgrund magnetischer Induktion wird in der Rückkopplungswicklung 35 eine Spannung induziert, wenn sich der Strom i durch die Primärwicklung 24 ändert. Die Wicklung 35 kann derart gepolt werden, dass die induzierte Spannung in der in 4 eingezeichneten Basisstromrichtung gepolt ist, wenn di/dt ansteigt. Damit kann eine Beschleunigung des Schaltverhaltens hervorgerufen werden, indem bei Schließen des Schalters 33 kurzzeitig eine Überspannungsspitze an dem Basiswiderstand R_B, 34 erzeugt wird, die eine Basisstromspitze i_B zur Folge hat. Umgekehrt kann nach Einleitung der Schalteröffnung durch eine entgegengesetzt gerichtete Spannungsspitze der Basisstrom i_B abrupt zu null gemacht werden. Durch diese Maßnahme ergeben sich steile Schaltflanken zwischen den Ausgangsanschlüssen des Transistors 33 (Kollektor K und Emitter E).Due to magnetic induction is in the feedback winding 35 induces a voltage when the current i passes through the primary winding 24 changes. The winding 35 can be poled so that the induced voltage in the in 4 drawn base current direction is poled when di / dt increases. Thus, an acceleration of the switching behavior can be caused by closing the switch 33 briefly an overvoltage peak on the base resistor R _B , 34 is generated, which has a base current peak i _B result. Conversely, after initiation of the switch opening by an oppositely directed voltage spike, the base current i _{B can be made} abruptly zero. This measure results in steep switching edges between the output terminals of the transistor 33 (Collector K and emitter E).

Der daraus folgende Verlauf der Kollektor-Emitter-Spannung u_KE ist in den 7a und 7b in unterschiedlichen Zeitmaßstäben dargestellt. In 7b ist ein einzelner Schaltzyklus zu sehen. Man erkennt deutlich die Ladephase 36 des Kondensators C_S, 28, sodann den Einschaltvorgang 37 des Transistors 33 mit dem abrupten Spannungsabfall. Die Spannung an dem Kondensator C_S, 28 sinkt demgegenüber allerdings nur langsam ab, bspw. mit einer Zeitkonstante von etwa 0,5 ms bis 5 ms entsprechend der Zeitkonstante T. Nach einem etwa der Aufladephase 36 entsprechenden Zeitintervall 38 ist der Basisstrom i_B abgesunken, und infolge eines schnellen Abschaltvorgangs 39 schließt sich wieder eine Aufladephase 36 an.The subsequent course of the collector-emitter voltage u _KE is in the 7a and 7b shown in different time scales. In 7b is a single switching cycle to see. You can clearly see the loading phase 36 of the capacitor C _S , 28 , then the switch-on 37 of the transistor 33 with the abrupt drop in voltage. The voltage across the capacitor C _S , 28 In contrast, however, decreases only slowly from, for example. With a time constant of about 0.5 ms to 5 ms according to the time constant T. After about the charging phase 36 corresponding time interval 38 the base current i _B has dropped and as a result of a fast switch-off process 39 closes again a charging phase 36 at.

Die Grundwelle (Periode eines Zyklus 36–39) entspricht etwa einer Frequenz f₀ von 8 kHz.The fundamental wave (period of one cycle 36 - 39 ) corresponds approximately to a frequency f ₀ of 8 kHz.

Insbesondere bei dem Schließen des Schalters 33 ergibt sich eine sehr steile Flanke 37, welche entsprechend einer Fourier-Spektral-Analyse ein energiereiches Oberwellenspektrum zur Folge hat (mit Frequenzen f_k = k·f₀, k = 1,2,3...). Dieses gesamte Oberwellenspektrum gelangt über den Transformator 25 zu dem Schallwandler 8 und wird dort in Schall umgewandelt. Dabei werden zwar infolge der Resonanzkurven des (primärseitigen) Serienschwingkreises 24, 28, 29 (dessen Resonanzfrequenz liegt etwa bei der 1,5-fachen Grundfrequenz: f_res,S ≈ 1,5·f₀) und des (sekundärseitigen) Parallelschwingkreises 8, 26 (dessen (elektrische) Resonanzfrequenz liegt etwa bei der Grundfrequenz: f_res,P f₀) die höheren Oberwellen stärker bedämpft als die Grundwelle; dies wird jedoch zumindest teilweise dadurch kompensiert, dass die (mechanische) Resonanzfrequenz f_res,W des Schallwandlers 8 weit in den Ultraschallbereich hinein verlagert ist, bspw. bei etwa f_res,W ≈ 10·f₀ ≈ 80 kHz liegt. Indem der Schallwandler eine Güte Q von bspw. etwa 400 hat, wird dennoch auch die im hörbaren Bereich liegende Grundwelle deutlich wahrnehmbar abgestrahlt. Dies stört akustisch nicht, da es sich hierbei um einen reinen, gleichmäßigen und nicht zu lauten Summton handelt. Dennoch ergeben sich stark asymmetische Druckschwingungen in der Flüssigkeit. Diese gewähren den Kavitationsblasen eine relativ lange Bildungszeit etwa in der Größenordnung von T₀/2 ≈ 62,5 μs. Während der Flanke 37 bilden sich in der Flüssigkeit dagegen lokale Überdruckbereiche, welche ein urplötzliches Zusammenfallen der dahinein gelangenden Kavitationsblasen auslösen, so dass sich energiereiche Schockwellen ergeben.Especially when closing the switch 33 This results in a very steep flank 37 , which according to a Fourier spectral analysis results in a high-energy harmonic spectrum (with frequencies f _k = k * f ₀ , k = 1,2,3 ...). This entire harmonic spectrum passes over the transformer 25 to the sound transducer 8th and is converted into sound there. In this case, although due to the resonance curves of the (primary side) resonant circuit 24 . 28 . 29 (Its resonance frequency is approximately at 1.5 times the fundamental frequency: f _{res, S} ≈ 1.5 · f ₀ ) and the (secondary) parallel resonant circuit 8th . 26 (whose (electrical) resonance frequency is approximately at the fundamental frequency: f _{res, P} f ₀ ) the higher harmonics attenuated stronger than the fundamental wave; However, this is at least partially compensated by the fact that the (mechanical) resonant frequency f _{res, W of} the transducer 8th is far into the ultrasonic range into, for example, at about f _{res, W} ≈ 10 · f ₀ ≈ 80 kHz. Since the sound transducer has a quality Q of, for example, approximately 400, the fundamental wave lying in the audible range is nevertheless clearly perceptibly emitted. This does not bother acoustically, as this is a pure, even and not too loud buzzer. Nevertheless, there are strong asymmetric pressure oscillations in the liquid. These provide the cavitation bubbles form a relatively long time as in the order of T _0/2 ≈ 62.5 microseconds. During the flank 37 On the other hand, local overpressure areas are formed in the liquid, which trigger a sudden collapse of the cavitation bubbles passing in, resulting in high-energy shock waves.

Wie die 8a, 8b erkennen lassen, ist der zyklischen Schwingung des zwischen den Anschlüssen X1 und X2 an den Schallwandler 8 abgegebenen Spannungssignals eine periodische Hüllkurve 40 nach Art einer Amplitudenmodulation aufmoduliert. Dies rührt daher, dass die von dem Vollweggleichrichter 22 aus der Netzwechselspannung 6 erzeugte Gleichspannung 31, 32 nicht geglättet ist. Demzufolge hat die Hüllkurve eine Schwingungsfrequenz von 100 Hz entsprechend der doppelten Netzwechselspannung 6. Dieser Effekt ist erwünscht, weil infolge der daraus resultierend schwankenden Schallwellenamplitude, welche über das Schaltverhalten des Transistors 33 auch (geringfügig) Einfluß auf die Grundfrequenz f₀ und demzufolge auch deren Oberwellen f_k hat, die Ausbildung von stehenden Wellen in der Flüssigkeit vermieden wird, welche ansonsten schädigende Auswirkungen auf die zu behandelnden Gegenstände als auch auf den verwendeten Behälter haben könnten.As the 8a . 8b Recognize is the cyclic oscillation of the between the terminals X1 and X2 to the sound transducer 8th output voltage signal a periodic envelope 40 modulated in the manner of an amplitude modulation. This is because that of the full-wave rectifier 22 from the AC mains voltage 6 generated DC voltage 31 . 32 not smoothed. As a result, the envelope has an oscillation frequency of 100 Hz corresponding to twice the AC line voltage 6 , This effect is desirable because, due to the resulting fluctuating sound wave amplitude, which depends on the switching behavior of the transistor 33 also (slight) influence on the fundamental frequency f ₀ and consequently their harmonics f _k , the formation of standing waves in the liquid is avoided, which could otherwise have damaging effects on the objects to be treated as well as on the container used.

Durch in den Wechselstromkreis 41 eingeschaltete Drosseln 42 wie auch durch einen eingangsseitigen Kondensator 43 werden die in dem Gleichstromkreis 23 insbesondere von dem Schalter 33 erzeugten Schwingungen und Oberwellen von der Netzspannung ferngehalten. Ein ebenfalls in den Wechselstromkreis 41 eingeschalteter Vorwiderstand 44 dient als Strombegrenzung für den Fall einer Fehlfunktion. Ein Kondensator 45, ggf. mit Parallelwiderstand 46, kann zur Kompensation der von den Spulen 42 aufgenommenen Blindleistung verwendet werden.Into the AC circuit 41 switched-on throttles 42 as well as by an input-side capacitor 43 become those in the DC circuit 23 especially from the switch 33 kept vibrations and harmonics away from the mains voltage. A likewise in the AC circuit 41 switched on resistor 44 serves as a current limit in case of malfunction. A capacitor 45 , if necessary with parallel resistor 46 , can be used to compensate for the coils 42 recorded reactive power can be used.

Claims

Apparatus for cleaning and / or disinfecting soft objects, such as laundry, and optionally for the therapeutic treatment of body parts in a liquid bath, with a sound transducer immersed in the liquid bath and excited by an oscillating, electrical signal ( 8th ) for triggering cavitation in the liquid, wherein the sound transducer ( 8th ) at the of the primary winding ( 24 ) galvanically isolated secondary winding ( 26 ) of a transformer ( 25 ) is connected, a) wherein the sound transducer ( 8th ) for direct or indirect excitation on an oscillator generating an electrical signal (u _KE ) ( 24 . 27 ) is connected or coupled, which is designed such that by the oscillator ( 24 . 27 ) generated electrical signal (u _KE ) at least one fundamental oscillation f ₀ in the audible frequency range (<16 kHz) and a high-energy harmonic spectrum (f _k = k · f ₀ =, k = 1,2,3 ... (preferably k ≥ 2, in particular k ≥ 10)) in the ultrasound range (≥ 16 kHz), b) wherein, in addition, for generating the high-energy harmonic spectrum, a drive circuit ( 27 ) with a switching element ( 33 ) to which the primary winding ( 24 ) of the transformer ( 25 ) is connected in series without any shunt, ie free from galvanic (resistive) and high-frequency (capacitive) and low-frequency (inductive) bypasses, so that on the switching element ( 33 ) arises a steep edge of the voltage (u _KE ), c) and wherein the sound transducer ( 8th ) together with the secondary winding ( 26 ) of the transformer ( 25 ) forms a parallel resonant circuit, the (electrical) resonant frequency f _{res is} in the audible frequency range, and approximately at the fundamental frequency f ₀ (f _res ≈ f ₀ ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that in series with the bypass-free coupling element ( 24 ) a light emitting diode ( 30 ) or another, preferably optical signal means is connected to the excitation of the sound transducer ( 8th ).

Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that an oscillator signal (u _A ) to the switching element ( 33 ) is fed back, so that when overshoot and / or falling below an (internal) switching threshold, a switchover takes place.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the switching element ( 33 ) (on the output side) parallel to the (all) not the coupling to the sound transducer ( 8th ) elements ( 28 . 29 ) of the oscillator ( 24 . 27 ) to short them.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the switching element ( 33 ) is designed as a (bipolar) transistor, preferably in emitter circuit.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the oscillator ( 24 . 27 ) on the input side to the output ( 31 . 32 ) of a full-wave rectifier ( 22 ) is coupled.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the full-wave rectifier ( 22 ) via series-connected smoothing reactors ( 42 ) and / or parallel-connected smoothing capacitors ( 43 ) with an AC supply network ( 6 ) is coupled or can be coupled.

Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that in the supply line ( 41 ) of the full-wave rectifier ( 22 ) a current limiting is provided, in particular a series-connected current limiting resistor ( 44 ).