DE10254894B3 - Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern - Google Patents
Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern Download PDFInfo
- Publication number
- DE10254894B3 DE10254894B3 DE10254894A DE10254894A DE10254894B3 DE 10254894 B3 DE10254894 B3 DE 10254894B3 DE 10254894 A DE10254894 A DE 10254894A DE 10254894 A DE10254894 A DE 10254894A DE 10254894 B3 DE10254894 B3 DE 10254894B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coolant
- cooling
- transducer
- guide channel
- flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 title abstract 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 49
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims description 11
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung aus mindestens einem Piezopaket (4) und mindestens zwei zylindrischen Wandlerkörpern (5), die gemeinsam mit dem Piezopaket (4) einen lambda/2-Schwinger bilden, besteht, wobei bei Mehrfachanordnungen von Wandlern jeweils zwei Wandlerkörper (5) zu einem gemeinsamen Wandlerkörper (6) kombinierbar sind und wobei die Wandlerkörper (5, 6) Durchströmkanäle (7) aufweisen, durch welche unter Druck eingebrachte Kühlflüssigkeit strömbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung von Ultraschallwandlern zeichnet sich dadurch aus, dass der Körper des Ultraschallwandlers von einer unter Druck eingebrachten Kühlflüssigkeit durchströmt und/oder umströmt wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass die in den Wandlern erzeugte Wärme direkt durch Konvektion abgeführt wird. Weiterhin lässt sich mit den erfindungsgemäßen Mitteln eine große gemeinsame Kontaktoberfläche zwischen Wandlern und Kühlflüssigkeit realisieren. Die erzielte Wärmeabführung ist wesentlich effektiver als bei den bekannten Verfahren, so dass mit den erfindungsgemäßen Mitteln der Dauerbetrieb von Ultraschallwandlern hoher Leistung gewährleistet werden kann.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern mit den im den Oberbegriffen des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
- Bei dem Betrieb von Ultraschallwandlern treten Verlustleistungen in Form von Wärme auf. Die Ursache hierfür sind einerseits elektrische Verluste und darüber hinaus innere Reibungsverluste in den Piezoelementen, welche bei der Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Energie entstehen. Die Ableitung der dabei entstehenden Wärmemengen unter der Anwendung verschiedenartiger Wirkprinzipien ist allgemein bekannt. Die Funktionsweise der bekannten Kühlsysteme beruht auf den Prinzipien der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung oder durch Konvektion. Meist wird eine Kombination beider Wirkprinzipien angewandt.
- Die Schwierigkeit bei der Kühlung von Hochleistungsultraschallwandlern, welche naturgemäß große Schwingungsamplituden aufweisen, besteht darin, die entstehenden großen Wärmemengen ohne zusätzliche Belastung in Form von Reibung oder zusätzlicher Wärmeerzeugung abzuführen. Unter Anwendung der effektiveren Wärmeabführung durch Konvention ist dies bisher nur mit gasförmigen Medien möglich, da durch den Einsatz von Kühlflüssigkeiten ein hoher zusätzlicher Leistungseintrag durch Kavitation erfolgt, welcher zu Beschädigungen des Wandlers führen kann. Bei der Verwendung gasförmiger Kühlmittel sind große Gasmengen mit hohem Druck zur Kühlung erforderlich, wodurch dieses Kühlverfahren sehr unwirtschaftlich ist. Weiterhin muss das Kühlgas frei von festen oder flüssigen Verunreinigungen sein, damit insbesondere aufgrund der bei Hochleistungsultraschallwandlern auftretenden hohen Spannungen keine Kurzschlüsse durch Brückenbildungen entstehen.
- Aus
EP 0553804 A2 ist ein Kühlsystem für einen Hochfrequenzultraschallwandler bekannt, welches auf dem Prinzip der Wärmeleitung beruht. Hinter dem Ultraschallwandler angeordnet befindet sich eine Wärmesenke in Form eines Kühlkörpers. Der Kühlkörper ist seinerseits mittels eines wärmeleitfähigen Harzes mit einem Gehäuse verbunden. Die Wärme wird zunächst vom Wandler in den Kühlkörper übertragen und von dort über das Harz in das umgebende Gehäuse, wo die Wärme letztlich an die umgebende Luft abgegeben wird. Diese Art der Kühlung ist für hohe Leistungen unzureichend und für hohe Amplituden von mehreren Mikrometern nicht anwendbar. - In vielen Fällen basiert die Funktionsweise von Kühlsystemen für Ultraschallwandler lediglich auf der Wärmeabfuhr durch die Öffnungen eines den Wandler umgebenden Gehäuses mittels Konvektion (z.B. SONOPULS HD 60, BANDELIN electronic GmbH & Co. KG). Auch diese Art der Kühlung ist für hohe Leistungen nicht ausreichend.
- Weiterhin sind zahlreiche Varianten dieser Kühlungssysteme bekannt, bei welchen eine zusätzliche Kühlung durch Lüfter oder durch Pressluft erreicht wird. Nachteilig bei dieser Art der Kühlung ist, dass Staub oder Feuchtigkeit verstärkt in das Gehäuse transportiert werden können, worin sich die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses durch Brückenbildung mittels elektrisch leitfähiger Verunreinigungen erhöht. Auch geschlossene Systeme mit Lüfter und Wärmeaustausch von innen nach außen sind bekannt, die jedoch gerätetechnisch aufwendig sind und ebenfalls nur eine begrenzte Wärmeabfuhr erlauben.
- Aus
EP 0782125 A2 ist ferner eine Anordnung zur Kühlung eines hochfrequenten Ultraschallwandlers bekannt, bei welchem eine flüssigkeitsführende Wärmeleitröhre mit einem hinter dem Wandler angeordneten Kühlkörper verbunden ist. Die Kühlflüssigkeit wird über Zuleitungen zu- und abgeführt. Die Wärmeabfuhr von dem Kühlkörper erfolgt somit durch Konvektion. In einer speziellen Ausgestaltung dieses Kühlsystems ist die Wärmeleitröhre als Kanal ganz oder teilweise in das den Wandler umgebende Material eingeformt, um eine möglichst große Kontaktoberfläche zu realisieren. Die Kühlflüssigkeit durchströmt nicht den Schallwandler, sondern ein mit dem Schallwandler in Berührung befindliches Kühlsystem. Auch hier ist die Wärmeableitung für hohe Leistung unzureichend. - Darüber hinaus ist aus WO 0008630 A1 eine Anordnung zur Wärmeableitung, insbesondere für Ultraschallwandler hoher Leistung bekannt. Die Wärmeabführung beruht auf der Kombination von Wärmeleitung und Konvektion. Hierbei ist die Oberfläche des Wandlerkörpers mit einer schwingungsabsorbierenden Schicht versehen, welche die mechanischen Reibungsverluste bei der Wärmeübertragung reduziert. Darüber befindet sich eine Schicht wärmeleitfähigen Materials. Auf dieser Schicht ist ein Kühlkörper angeordnet, von welchem die Wärme mittels eines Kühlmittels durch Konvektion abführbar ist. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die durch die Schichtübergänge entstehenden Temperaturgradienten eine Reduzierung des Wirkungsgrades bei der Wärmeabführung bewirken. Weiterhin ist die maximal mögliche gemeinsame Kontaktoberfläche zwischen Wandler und Kühleinrichtung auf die Wandleroberfläche beschränkt, wodurch der Dauerbetrieb von Ultraschallwandlern hoher Leistung nur unter Zufuhr großer Mengen an Kühlmittel gewährleistet werden kann, woraus eine geringe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens resultiert.
- Mit der
US 5,936,163 schließlich wird ein Ultraschallwandler beschrieben, welcher in Hochtemperaturumgebung wie Reaktoren und Dampfleitungen zum Einsatz gelangt. Zur Abführung der aus der Umgebung in den Wandler eingetragenen Wärme wird der Körper des Ultraschallwandlers mittels eines zirkulierenden Kühlmediums gekühlt. - Der prinzipielle Aufbau der gattungsgemäßen Ultraschallwandler ist in der
DE 100 27 264 C1 beschrieben. - Der Nachteil aller bekannten Lösungen besteht darin, dass der Dauerbetrieb von Ultraschallwandlern bei hoher Leistung nicht ohne großen Aufwand und/oder ohne eine Verschlechterung des Wirkungsgrades gewährleistet werden kann.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern zu schaffen, welche sich durch eine effektivere Wärmeabführung als bisher bekannt auszeichnet und somit auch den Dauerbetrieb von Ultraschallwandlern bei hoher Leistung zuverlässig und wirtschaftlich gewährleisten.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung aus mindestens einem Piezopaket und mindestens zwei zylindrischen Wandlerkörpern, die gemeinsam mit dem Piezopaket einen λ/2-Schwinger bilden, besteht, wobei bei Mehrfachanordnungen von Wandlern jeweils zwei Wandlerkörper zu einem gemeinsamen Wandlerkörper kombinierbar sind und wobei mindestens einer der mindestens zwei Wandlerkörper mindestens einen Durchströmkanal aufweist, durch welchen unter Druck eingebrachte Kühlflüssigkeit strömbar ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass die in den Wandlern erzeugte Wärme direkt durch Konvektion abführbar ist. Es ist keine Wärmeleitung über Kühlelemente erforderlich. Weiterhin lässt sich mit den erfindungsgemäßen Mitteln eine große gemeinsame Kontaktoberfläche zwischen Wandlern und Kühlflüssigkeit realisieren. Die erzielte Wärmeabführung ist wesentlich effektiver als bei den bekannten Vorrichtungen so dass mit den erfindungsgemäßen Mitteln der Dauerbetrieb von Ultraschallwandlern hoher Leistung gewährleistet werden kann.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Druck" der Kühlflüssigkeit derart dimensioniert ist, dass die Kavitation reduzierbar oder vermeidbar ist. Bevorzugt ist der Druck hierbei in einem Bereich von 1 bis 10 bar eingestellt. Insbesondere bevorzugt sind 3 bar vorgesehen. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Gefahr einer Beschädigung der Vorrichtung durch Kavitation signifikant reduziert wird und dass ein zusätzlicher Leistungseintrag durch Kavitationserzeugung verminden oder vermieden wird.
- Weiterhin ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens ein Durchströmkanal schlitzförmig ausgebildet ist, da hierdurch eine große gemeinsame Kontaktoberfläche zwischen Wandlerkörper und Kühlflüssigkeit realisierbar ist. Dies führt zu einem höheren Wirkungsgrad bei der Wärmeabführung.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Vorrichtung einen in einem Hohlraum der mindestens zwei Wandlerkörper angeordneten Spannstab mit mindestens zwei Öffnungen und mindestens einem Führungskanal umfasst, durch welchen die unter Druck eingebrachte Kühlflüssigkeit strömbar ist. Hierdurch wird eine besonders einfach zu realisierende und gleichmäßige Zuführungsmöglichkeit der Kühlflüssigkeit in den Hohlraum erzielt.
- Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeit über den mindestens einen Führungskanal zuführbar und über den mindestens einen Durchströmkanal abführbar ist. Bevorzugt vorgesehen ist weiterhin, dass die Kühlflüssigkeit über den mindestens einen Durchströmkanal zuführbar und über den mindestens einen Führungskanal im Spannstab abführbar ist. Auf diese Weise ist eine besonders einfach handhabbare und realisierbare Möglichkeit der Durchströmung der Wandlerkörper vom Innen- zum Außenbereich bzw. vom Außen- zum Innenbereich gegeben.
- Darüber hinaus ist einer Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung ein flüssigkeitsdichtes Gehäuse umfasst. Das Gehäuse dient einerseits zum Schutz der aktiven Elemente des Wandlers und bietet weiterhin eine besonders günstige Möglichkeit der Aufnahme und Führung der Kühlflüssigkeit.
- Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Flansch umfasst, welcher mit dem Gehäuse und/oder einen Horn und/oder einer Endmasse verbunden ist. Durch den Flansch wird eine besonders einfach zu realisierende Befestigungsmöglichkeit des Gehäuses erzielt. Weiterhin ist durch das Horn eine besonders günstige Verbindungsmöglichkeit mit einer Sonotrode gegeben.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens eine Anschlusseinrichtung für eine Kühlflüssigkeitsleitung aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit in den Hohlraum der Wandlerkörper strömbar und/oder aus dem Hohlraum abführbar ist. Durch diese Mittel wird eine besonders einfach handhabbare Anschlussmöglichkeit des Hohlraumes an eine Kühlflüssigkeitsversorgungseinrichtung und eine Versorgungsmöglichkeit des Hohlraums mit Kühlflüssigkeit realisiert.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens eine Anschlusseinrichtung für eine Kühlflüssigkeitsleitung aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit in den mindestens einen Führungskanal strömbar und/oder aus dem mindestens einen Führungskanal abführbar ist. Durch diese Mittel wird eine besonders einfach handhabbare Anschlussmöglichkeit des mindestens einen Führungskanals an eine Kühlflüssigkeitsversorgungseinrichtung und eine Versorgungsmöglichkeit des mindestens einen Führungskanals mit Kühlflüssigkeit realisiert.
- Ferner ist in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens eine Anschlusseinrichtung für eine Kühlflüssigkeitsleitung aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit in das Gehäuse strömbar und/oder aus dem Gehäuse abführbar ist. Durch diese Mittel wird eine besonders einfach handhabbare Anschlussmöglichkeit des Gehäuses an eine Kühlflüssigkeitsversorgungseinrichtung und eine Versorgungsmöglichkeit des mindestens einen Führungskanals mit Kühlflüssigkeit realisiert.
- Schließlich ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens einer der mindestens zwei Wandlerkörper zumindest teilweise an der Innenfläche und/oder zumindest teilweise an der Außenfläche von der Kühlflüssigkeit umströmbar ist. Hierdurch wird eine effektive Abführung der Wärme von den Wandlerkörpern durch Konvektion erzielt.
- Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
- Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ultraschallwandlers mit einer Vorrichtung zur Kühlung mit einem axial angeordneten Zulauf für Kühlflüssigkeit und -
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ultraschallwandlers mit einer Vorrichtung zur Kühlung mit zwei radial angeordneten Zuläufen für Kühlflüssigkeit. - In
1 ist schematisch der Längsschnitt eines Ultraschallwandlers mit einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung des Ultraschallwandlers dargestellt. Der Ultraschallwandler ist aus zylindrischen Wandlerkörpern (5 ,6 ) mit jeweils stirnseitig zwischen zwei Wandlerkörpern (5 ,6 ) angeordneten Piezopaketen (4 ) aufgebaut, wobei einige der Wandlerkörper (5 ,6 ) als gemeinsame Wandlerkörper (6 ) ausgeführt sind, an deren Stirnseiten jeweils ein Piezopaket (4 ) angeordnet ist. Jeweils ein Piezo paket (4 ) bildet mit einem der Wandlerkörper (5 ) und der Hälfte eines der gemeinsamen Wandlerkörper (6 ) oder mit jeweils der Hälfte zweier gemeinsamer Wandlerkörper (6 ) einen λ/2-Schwinger. Die Wandlerkörper (5 ,6 ) weisen in radialer Richtung Durchströmkanäle (7 ) auf. Wandlerkörper (5 ,6 ) und Piezopakete (4 ) sind wechselweise auf einen Spannstab (3 ) mit Endgewinden aufgereiht. Mit Hilfe zweier an gegenüberliegenden Enden des Spannstabes (3 ) angeordneter Endmassen (10 ) mit Gewinde, welche jeweils auf ein Endgewinde des Spannstabes (3 ) aufgeschraubt sind, wird die Anordnung fixiert und gespannt. Der Spannstab (3 ) weist einen Führungskanal (13 ) für Kühlflüssigkeit auf, wobei an dessen einem Ende eine Anschlussvorrichtung für eine Kühlflüssigkeitsleitung (1 ) angebracht ist, welche den Zulauf (1 ) für die Kühlflüssigkeit bildet. Der Spannstab weist Austrittsöffnung für die aus dem Führungskanal strömende Kühlflüssigkeit in den Hohlraum (11 ) der Wandlerkörper auf . Die gegenüberliegende Endmasse (10 ) ist mit einem Horn (8 ) verbunden, welches die Verbindungsmöglichkeit mit einer Sonotrode bietet und zur Übertragung der vom Wandler erzeugten mechanischen Schwingungen dient. Die Vorrichtung ist mit einem flüssigkeitsdichten Gehäuse (12 ) zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit versehen, welches mit einem Flansch (9 ) verbunden ist, der eine Möglichkeit zur Montage in einer äußeren Anlage bietet. Der Flansch (9 ) ist mit dem Horn (8 ) verbunden. Der Flansch (9 ) weist eine Anschlusseinrichtung für eine Kühlflüssigkeitsleitung (2 ) auf, welche den Ablauf (2 ) für die Kühlflüssigkeit aus dem Gehäuse (12 ) bildet. Die Kühlflüssigkeitsleitung für den Zulauf (1 ) ist durch das Gehäuse (12 ) hindurch geführt. Die Kühlflüssigkeit wird über den Zulauf (1 ) unter Druck in den Führungskanal (13 ) des Spannstabes (3 ) eingebracht. Über den Führungskanal (13 ) wird die Kühlflüssigkeit dem Hohlraum (11 ) der Wandlerkörper zugeführt, wo die Wandlerkörper von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden, um letztlich durch die Durch strömkanäle (7 ) der Wandlerkörper (5 ,6 ) zu strömen. Die von den Wandlern erzeugte Wärme wird auf diese Weise direkt durch Konvektion auf die Kühlflüssigkeit übertragen. Die aus den Durchströmkanälen (7 ) austretende Kühlflüssigkeit wird in dem Gehäuse (12 ) aufgefangen und über den Ablauf (2 ) aus der Vorrichtung abgeführt. Auf diese Weise wird eine effektivere Kühlung des Ultraschallwandlers als bei den bekannten Verfahren erzielt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mittel wird auch der Dauerbetrieb von Ultraschallwandlern hoher Leistung gewährleistet. -
2 zeigt schematisch den Längsschnitt des Aufbaus eines Ultraschallwandlers mit einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung des Ultraschallwandlers, welcher im wesentlichen dem in1 gezeigten entspricht. Im Unterschied zu dem Aufbau in1 sind zwei Zuläufe (1 ) für die Kühlflüssigkeit vorhanden, welche jeweils radial angeordnet und von außen durch das Gehäuse (12 ) und die Endmassen (10 ) hindurch in den Hohlraum (11 ) zwischen Spannstab (3 ) und Wandlerkörper (5 ,6 ) geführt sind. Die Anschlusseinrichtungen (1 ) für den Anschluss der Kühlflüssigkeitsleitungen an den Hohlraum (11 ) sind somit an den gegenüberliegenden Enden des Wandlers angeordnet. Auf diese Weise wird die Kühlflüssigkeit von den gegenüberliegenden Enden aus unter Druck in den Hohlraum (11 ) eingebracht und durch die Durchströmkanäle (7 ) abgeleitet. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft eine gleichmäßigere Wärmeabführung über die gesamte Länge der Vorrichtung als in1 . Es wird somit eine noch effektivere Kühlung des Ultraschallwandlers als mit dem in1 dargestellten Ausführungsbeispiel erreicht. -
- 1
- Anschlusseinrichtung für Kühlflüssigkeitsleitungen,
- Zulauf
- 2
- Anschlusseinrichtung für Kühlflüssigkeitsleitungen,
- Ablauf
- 3
- Spannstab
- 4
- Piezopaket
- 5
- Wandlerkörper
- 6
- gemeinsamer Wandlerkörper
- 7
- Durchströmkanal
- 8
- Horn
- 9
- Flansch
- 10
- Endmasse
- 11
- Hohlraum
- 12
- flüssigkeitsdichtes Gehäuse
- 13
- Führungskanal
Claims (13)
- Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern, bestehend aus mindestens einem Piezopaket (
4 ) und mindestens zwei zylindrischen Wandlerkörpern (5 ), die gemeinsam mit dem Piezopaket (4 ) einen λ/2-Schwinger bilden, wobei bei Mehrfachanordnungen von Wandlern jeweils zwei Wandlerkörper zu einem gemeinsamen Wandlerkörper (6 ) kombinierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der mindestens zwei Wandlerkörper (5 ,6 ) mindestens einen Durchströmkanal (7 ) aufweist, durch welchen unter Druck eingebrachte Kühlflüssigkeit strömbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck derart dimensioniert ist, dass Kavitation reduzierbar oder vermeidbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Bereich von 1 bis 10 bar eingestellt ist und vorzugsweise 3 bar beträgt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Durchströmkanal (
7 ) schlitzförmig ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen in einem aus mindestens zwei Wandlerkörpern (
5 ,6 ) gebildeten Hohlraum (11 ) angeordneten Spannstab (3 ) mit mindestens einer Öffnung(en) und mindestens einem Führungskanal (13 ) umfasst, durch welchen die unter Druck eingebrachte Kühlflüssigkeit strömbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit über den mindestens einen Führungskanal (
13 ) zuführbar und über den mindestens einen Durchströmkanal (7 ) abführbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit über den mindestens einen Durchströmkanal (
7 ) zuführbar und über den mindestens einen Führungskanal (13 ) im Spannstab (3 ) abführbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein flüssigkeitsdichtes Gehäuse (
12 ) umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Flansch umfasst, welcher mit dem Gehäuse (
12 ) und einem Horn (8 ) verbunden ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Anschlusseinrichtung (
1 ,2 ) für eine Kühlflüssigkeitsleitung aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit in den Hohlraum (11 ) strömbar und/oder aus dem Hohlraum (11 ) abführbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Anschlusseinrichtung (
1 ,2 ) für eine Kühlflüssigkeitsleitung aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit in den mindestens einen Führungskanal (13 ) strömbar und/ oder aus dem mindestens einen Führungskanal (13 ) abführbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Anschlusseinrichtung (
1 ,2 ) für eine Kühlflüssigkeitsleitung aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit in das Gehäuse (12 ) strömbar und/oder aus dem Gehäuse (12 ) abführbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der mindestens zwei Wandlerkörper (
5 ,6 ) zumindest teilweise an der Innenfläche und/oder zumindest teilweise an der Außenfläche von der Kühlflüssigkeit umströmbar ist.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10254894A DE10254894B3 (de) | 2002-11-20 | 2002-11-20 | Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern |
JP2004552670A JP4739759B2 (ja) | 2002-11-20 | 2003-11-19 | 超音波トランスデューサ冷却装置及び方法 |
KR1020057009107A KR101248716B1 (ko) | 2002-11-20 | 2003-11-19 | 초음파 변환기 냉각 방법 및 장치 |
PCT/EP2003/013003 WO2004047073A2 (de) | 2002-11-20 | 2003-11-19 | Verfahren und vorrichtung zur kühlung von ultraschallwandlern |
AT03767582T ATE527651T1 (de) | 2002-11-20 | 2003-11-19 | Verfahren und vorrichtung zur kühlung von ultraschallwandlern |
CNA2003801086103A CN1739137A (zh) | 2002-11-20 | 2003-11-19 | 用于冷却超声换能器的方法和装置 |
EP03767582A EP1565905B1 (de) | 2002-11-20 | 2003-11-19 | Verfahren und vorrichtung zur kühlung von ultraschallwandlern |
US10/535,868 US8004158B2 (en) | 2002-11-20 | 2003-11-19 | Method and device for cooling ultrasonic transducers |
AU2003292052A AU2003292052A1 (en) | 2002-11-20 | 2003-11-19 | Method and device for cooling ultrasonic transducers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10254894A DE10254894B3 (de) | 2002-11-20 | 2002-11-20 | Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10254894B3 true DE10254894B3 (de) | 2004-05-27 |
Family
ID=32185938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10254894A Expired - Fee Related DE10254894B3 (de) | 2002-11-20 | 2002-11-20 | Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8004158B2 (de) |
EP (1) | EP1565905B1 (de) |
JP (1) | JP4739759B2 (de) |
KR (1) | KR101248716B1 (de) |
CN (1) | CN1739137A (de) |
AT (1) | ATE527651T1 (de) |
AU (1) | AU2003292052A1 (de) |
DE (1) | DE10254894B3 (de) |
WO (1) | WO2004047073A2 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004047073A3 (de) * | 2002-11-20 | 2004-09-10 | Hielscher Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur kühlung von ultraschallwandlern |
EP1868182A1 (de) * | 2006-06-14 | 2007-12-19 | Telsonic Holding AG | Ultraschallgeber mit Kühlflüssigkeit, Ultraschall-Schweissanordnung und Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgebers |
CN109513598A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-26 | 深圳先进技术研究院 | 背衬结构、背衬结构的制作方法以及超声换能器 |
DE102021123704A1 (de) | 2021-09-14 | 2023-03-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Ultraschallwandler, verfahren zur herstellung eines ultraschallwandlers und vorrichtung für eine medizinische therapie mit hochintensivem fokussiertem ultraschall |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8475375B2 (en) * | 2006-12-15 | 2013-07-02 | General Electric Company | System and method for actively cooling an ultrasound probe |
US7790002B2 (en) * | 2007-07-05 | 2010-09-07 | Nevada Heat Treating, Inc. | Ultrasonic transducer and horn used in oxidative desulfurization of fossil fuels |
US7879200B2 (en) * | 2007-07-05 | 2011-02-01 | Nevada Heat Treating, Inc. | Ultrasonic transducer and horn used in oxidative desulfurization of fossil fuels |
FR2929040B1 (fr) * | 2008-03-18 | 2010-04-23 | Super Sonic Imagine | Dispositif d'insonification presentant une chambre de refroidissement interne |
US20100191113A1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-07-29 | General Electric Company | Systems and methods for ultrasound imaging with reduced thermal dose |
RU2452872C2 (ru) | 2010-07-15 | 2012-06-10 | Андрей Леонидович Кузнецов | Пьезоэлектрический насос |
WO2013150071A2 (de) * | 2012-04-03 | 2013-10-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Kühlvorrichtung |
DE102012014892A1 (de) | 2012-07-27 | 2014-01-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Stellantrieb und Verfahren zum Entwärmen eines in einem Stellantrieb mit einem Stellglied eingehausten Festkörperaktors |
US10295505B2 (en) * | 2014-01-21 | 2019-05-21 | Promedica Bioelectronics S.R.L. | Device for ultrasound tests |
WO2015152752A1 (ru) * | 2014-03-31 | 2015-10-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Рэнк" | Устройство для создания механических колебаний |
CN104148270A (zh) * | 2014-08-05 | 2014-11-19 | 曹学良 | 一种适用于防爆环境的换能器连接方式 |
CN106139426A (zh) * | 2015-04-16 | 2016-11-23 | 金相植 | 具有液体冷却系统的超声波手术用手持件以及装置 |
US11039814B2 (en) | 2016-12-04 | 2021-06-22 | Exo Imaging, Inc. | Imaging devices having piezoelectric transducers |
RU2667476C2 (ru) * | 2016-12-05 | 2018-09-20 | Общество с Ограниченной Ответственностью "РЭНК" ООО "РЭНК" | Шаговый пьезоэлектрический двигатель |
CN108333574B (zh) * | 2017-12-22 | 2022-09-06 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种特殊空间覆盖的水声换能器 |
US10656007B2 (en) | 2018-04-11 | 2020-05-19 | Exo Imaging Inc. | Asymmetrical ultrasound transducer array |
US10648852B2 (en) | 2018-04-11 | 2020-05-12 | Exo Imaging Inc. | Imaging devices having piezoelectric transceivers |
CN110479687B (zh) * | 2019-08-01 | 2022-04-15 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种动力电池铝壳的超声清洗装置 |
JP2023511802A (ja) | 2019-09-12 | 2023-03-23 | エコー イメージング,インク. | 端部溝、仮想ピボット、および非拘束状態の境界を介する、mut結合効率および帯域幅の増加 |
CN111111583A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-05-08 | 湖州师范学院 | 一种多超声耦合强化高粘度有机废弃物热解炭化装置 |
WO2021178057A1 (en) | 2020-03-05 | 2021-09-10 | Exo Imaging, Inc. | Ultrasonic imaging device with programmable anatomy and flow imaging |
CN112370595B (zh) * | 2020-11-13 | 2023-04-14 | 武汉盛大康成医药科技有限公司 | 多功能清创仪 |
US11819881B2 (en) | 2021-03-31 | 2023-11-21 | Exo Imaging, Inc. | Imaging devices having piezoelectric transceivers with harmonic characteristics |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1986000030A1 (en) * | 1983-03-31 | 1986-01-03 | Paul Fuller | Improvements in or relating to valves |
DE4026458C2 (de) * | 1990-08-17 | 1992-12-03 | Mannesmann Ag, 4000 Duesseldorf, De | |
EP0553804A2 (de) * | 1992-01-31 | 1993-08-04 | Acoustic Imaging Technologies Corporation | Gerät und Verfahren zur Kühlung von medizinischen Ultraschallwandlern durch Wärmeleitung |
EP0782125A2 (de) * | 1995-12-29 | 1997-07-02 | General Electric Company | Verfahren und Anordnung zur Übertragung von Wärme von einer Wandleranordnung in einer Ultraschallkopf |
US5936163A (en) * | 1998-05-13 | 1999-08-10 | Greathouse; John D. | Portable high temperature ultrasonic testing (UT) piezo probe with cooling apparatus |
DE10027264C1 (de) * | 2000-05-31 | 2002-01-24 | Hielscher Gmbh | Ultraschallwandler |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2917642A (en) * | 1955-02-21 | 1959-12-15 | Wright | Pressure-responsive transducer |
US3104335A (en) * | 1959-09-15 | 1963-09-17 | Endevco Corp | Accelerometer |
AT215704B (de) * | 1959-10-02 | 1961-06-26 | Hans Dipl Ing Dr Techn List | Piezoelektrischer Druckgeber |
US3555297A (en) * | 1969-10-13 | 1971-01-12 | Eastman Kodak Co | Cooled ultrasonic transducer |
CA933276A (en) * | 1971-02-05 | 1973-09-04 | J. Last Anthony | Ultrasonic motor |
US3694675A (en) * | 1971-02-25 | 1972-09-26 | Eastman Kodak Co | Cooled ultrasonic transducer |
JPS60104762A (ja) * | 1983-11-10 | 1985-06-10 | Nippon Soken Inc | 電歪式アクチュエータ及びそれを用いた燃料噴射弁 |
FR2665844B1 (fr) * | 1990-08-20 | 1996-02-09 | Cogema | Traitement d'agglomerats de particules solides en suspension dans un liquide afin d'obtenir un melange circulant sans depots. |
JPH04181041A (ja) * | 1990-11-16 | 1992-06-29 | Toyota Motor Corp | 車両振動低減装置 |
US5371429A (en) * | 1993-09-28 | 1994-12-06 | Misonix, Inc. | Electromechanical transducer device |
US5560362A (en) * | 1994-06-13 | 1996-10-01 | Acuson Corporation | Active thermal control of ultrasound transducers |
US5630420A (en) * | 1995-09-29 | 1997-05-20 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Ultrasonic instrument for surgical applications |
US5961465A (en) | 1998-02-10 | 1999-10-05 | Hewlett-Packard Company | Ultrasound signal processing electronics with active cooling |
US5955823A (en) * | 1998-05-12 | 1999-09-21 | Ultra Sonus Ab | High power ultrasonic transducer |
DE19836229C1 (de) | 1998-08-04 | 2000-03-23 | Hielscher Gmbh | Anordnung zur Wärmeableitung, insbesondere für Ultraschallwandler mit hoher Leistung |
DE19837262A1 (de) | 1998-08-17 | 2000-03-09 | Kari Richter | Ultraschall-Applikator |
DE10254894B3 (de) * | 2002-11-20 | 2004-05-27 | Dr. Hielscher Gmbh | Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern |
-
2002
- 2002-11-20 DE DE10254894A patent/DE10254894B3/de not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-11-19 KR KR1020057009107A patent/KR101248716B1/ko active IP Right Grant
- 2003-11-19 US US10/535,868 patent/US8004158B2/en active Active
- 2003-11-19 JP JP2004552670A patent/JP4739759B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-11-19 AU AU2003292052A patent/AU2003292052A1/en not_active Abandoned
- 2003-11-19 AT AT03767582T patent/ATE527651T1/de active
- 2003-11-19 CN CNA2003801086103A patent/CN1739137A/zh active Pending
- 2003-11-19 EP EP03767582A patent/EP1565905B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-11-19 WO PCT/EP2003/013003 patent/WO2004047073A2/de active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1986000030A1 (en) * | 1983-03-31 | 1986-01-03 | Paul Fuller | Improvements in or relating to valves |
DE4026458C2 (de) * | 1990-08-17 | 1992-12-03 | Mannesmann Ag, 4000 Duesseldorf, De | |
EP0553804A2 (de) * | 1992-01-31 | 1993-08-04 | Acoustic Imaging Technologies Corporation | Gerät und Verfahren zur Kühlung von medizinischen Ultraschallwandlern durch Wärmeleitung |
EP0782125A2 (de) * | 1995-12-29 | 1997-07-02 | General Electric Company | Verfahren und Anordnung zur Übertragung von Wärme von einer Wandleranordnung in einer Ultraschallkopf |
US5936163A (en) * | 1998-05-13 | 1999-08-10 | Greathouse; John D. | Portable high temperature ultrasonic testing (UT) piezo probe with cooling apparatus |
DE10027264C1 (de) * | 2000-05-31 | 2002-01-24 | Hielscher Gmbh | Ultraschallwandler |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004047073A3 (de) * | 2002-11-20 | 2004-09-10 | Hielscher Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur kühlung von ultraschallwandlern |
EP1868182A1 (de) * | 2006-06-14 | 2007-12-19 | Telsonic Holding AG | Ultraschallgeber mit Kühlflüssigkeit, Ultraschall-Schweissanordnung und Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallgebers |
CN109513598A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-26 | 深圳先进技术研究院 | 背衬结构、背衬结构的制作方法以及超声换能器 |
CN109513598B (zh) * | 2018-12-28 | 2023-09-19 | 深圳先进技术研究院 | 背衬结构、背衬结构的制作方法以及超声换能器 |
DE102021123704A1 (de) | 2021-09-14 | 2023-03-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Ultraschallwandler, verfahren zur herstellung eines ultraschallwandlers und vorrichtung für eine medizinische therapie mit hochintensivem fokussiertem ultraschall |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4739759B2 (ja) | 2011-08-03 |
AU2003292052A1 (en) | 2004-06-15 |
WO2004047073A2 (de) | 2004-06-03 |
KR101248716B1 (ko) | 2013-03-28 |
EP1565905A2 (de) | 2005-08-24 |
KR20050075035A (ko) | 2005-07-19 |
JP2006506633A (ja) | 2006-02-23 |
ATE527651T1 (de) | 2011-10-15 |
CN1739137A (zh) | 2006-02-22 |
EP1565905B1 (de) | 2011-10-05 |
US20060126884A1 (en) | 2006-06-15 |
US8004158B2 (en) | 2011-08-23 |
WO2004047073A3 (de) | 2004-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10254894B3 (de) | Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern | |
EP1398511B1 (de) | Vorrichtung zur lokalen Kühlung oder Erwärmung eines Gegenstandes | |
EP2769426B1 (de) | Vorrichtung zur spannungsversorgung | |
EP1525426B1 (de) | Mikrostrukturapparat zum erhitzen und zerstäuben eines fluids | |
EP2808986B1 (de) | Kühlkörper für einen Linearmotor | |
WO2011006978A1 (de) | Thermoelektrische vorrichtung mit rohrbündeln | |
DE102007001234A1 (de) | Halbleiterbaugruppe zum Anschluss an eine Transformatorwicklung und Transformatoranordnung | |
EP2236969B1 (de) | Stapelscheiben-Wärmeübertrager für hohe Temperaturwechselbeanspruchung | |
DE102018101640B4 (de) | Elektrische Antriebsvorrichtung | |
WO2009146869A2 (de) | Elektromotor | |
EP3070815A1 (de) | Stator mit thermischer Anbindung von Kühlrohren | |
DE102011080314B4 (de) | Elektrische Heizvorrichtung | |
DE102007001233A1 (de) | Windungselement für eine Spulenwicklung und Transformatoranordnung | |
EP2815638B1 (de) | Kühlvorrichtung | |
DE102008063724A1 (de) | Sammelschienenanordnung mit eingebauter Kühlung | |
DE102007032496B3 (de) | Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasma-Jets | |
EP4127550A1 (de) | Vorrichtung zum aushärten einer rohrleitungsauskleidung | |
EP2562485B1 (de) | Medienheizer | |
DE102012219943B4 (de) | Kühlvorrichtung für einen Elektromotor | |
DE102011007334A1 (de) | Flüssigkeitsgekühlte induktive Komponente | |
EP3593078B1 (de) | Kühlvorrichtung | |
CH700656B1 (de) | Dosiervorrichtung. | |
DE10151992B4 (de) | Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen | |
DE4420564C2 (de) | Spannverband eines Stromrichters zur Flüssigkeitskühlung elektrischer Bauelemente | |
DE10142642B4 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors mit Kühlung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |