DE10254894B3 - Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern - Google Patents

Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern Download PDF

Info

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
Application number
DE10254894A
Other languages
English (en)
Inventor
Harald Dr. Hielscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Hielscher GmbH
Original Assignee
Dr Hielscher GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE10254894A priority Critical patent/DE10254894B3/de
Application filed by Dr Hielscher GmbH filed Critical Dr Hielscher GmbH
Priority to AT03767582T priority patent/ATE527651T1/de
Priority to JP2004552670A priority patent/JP4739759B2/ja
Priority to KR1020057009107A priority patent/KR101248716B1/ko
Priority to PCT/EP2003/013003 priority patent/WO2004047073A2/de
Priority to CNA2003801086103A priority patent/CN1739137A/zh
Priority to EP03767582A priority patent/EP1565905B1/de
Priority to US10/535,868 priority patent/US8004158B2/en
Priority to AU2003292052A priority patent/AU2003292052A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10254894B3 publication Critical patent/DE10254894B3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods 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
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods 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
    • G10K11/004Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods 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
    • B06B1/0611Methods 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 in 1 gezeigten entspricht. Im Unterschied zu dem Aufbau in 1 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 in 1. Es wird somit eine noch effektivere Kühlung des Ultraschallwandlers als mit dem in 1 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)

  1. 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.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck derart dimensioniert ist, dass Kavitation reduzierbar oder vermeidbar ist.
  3. 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.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Durchströmkanal (7) schlitzförmig ausgebildet ist.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein flüssigkeitsdichtes Gehäuse (12) umfasst.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Flansch umfasst, welcher mit dem Gehäuse (12) und einem Horn (8) verbunden ist.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
DE10254894A 2002-11-20 2002-11-20 Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern Expired - Fee Related DE10254894B3 (de)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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