DE1107000B

DE1107000B - Vibration device for generating vibrations, in particular ultrasonic vibrations, in a transmission medium

Info

Publication number: DE1107000B
Application number: DEL25841A
Authority: DE
Inventors: William Ernest Mccown; James William Mcauley
Original assignee: Libbey Owens Ford Glass Co
Current assignee: Libbey Owens Ford Glass Co
Priority date: 1956-09-25
Filing date: 1956-09-25
Publication date: 1961-05-18

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Schwingungsvorrichtung mit einem Kern, der aus einer Anzahl Schichten magnetostriktiven Materials mit zwischen den Schichten des Kerns liegendem Isoliermaterial besteht. Derartige Schwingungsvorrichtungen werden in erster Linie dazu verwendet, Ultraschallschwingungen in einem Übertragungsmedium zu erzeugen. Die hierdurch entstehenden positiven und negativen Druckfronten rufen einen Kavitationseffekt an dem zu behandelnden Material hervor, so daß derartige Schwingungserzeuger zum Reinigen, Reiben oder Bohren von Materialien verwendbar sind.The invention relates to a vibration device with a core made up of a number of layers magnetostrictive material with insulating material lying between the layers of the core. Such Vibration devices are primarily used to vibrate ultrasound in a transmission medium. The resulting positive and negative pressure fronts cause a cavitation effect on the material to be treated, so that such vibrators can be used for cleaning, rubbing or drilling materials.

Allerdings beeinflussen die Ultraschallschwingungen auch die abstrahlende Fläche des Schwingungserzeugers. Es ist deshalb bereits bekanntgeworden, an dieser Stelle eine Schutzvorrichtung in Form einer Platte aus widerstandsfähigem Material anzubringen. Derartige Schutzplatten wurden an den aus einzelnen Schichten bestehenden Kern angelötet oder angeschweißt. Man konnte sie, wenn sie abgenutzt waren, nur schwer ersetzen, weil die zum Erweichen des Lötoder Schweißmaterials benötigte Wärme die elektrische Wicklung der Schwingungsvorrichtung beschädigt hätte. Ein Ersetzen der Schutzvorrichtung war nur möglich, wenn anschließend der Kern neu bewickelt wurde.However, the ultrasonic vibrations also influence the radiating surface of the vibration generator. It has therefore already become known to A protective device in the form of a plate made of resistant material should be attached at this point. Such protective plates were soldered or welded to the core consisting of individual layers. When they were worn out, they were difficult to replace because they softened the solder or Heat required by welding material damages the electrical winding of the vibration device would have. The protection device could only be replaced if the core was subsequently rewound became.

Umgekehrt war es nicht möglich, die Schutzvorrichtung lösbar an dem geschichteten Kern, beispielsweise durch Schrauben, zu befestigen, weil diese Schrauben ein Verspreizen der Schichten hervorrufen und das dazwischen befindliche Isoliermaterial herausbrechen würden. Außerdem wäre eine derartige Befestigung nicht dauerhaft genug.Conversely, it was not possible to releasably attach the protective device to the layered core, for example by screws, because these screws cause the layers to expand and the insulating material in between would break out. Also would be such a Fixing not permanent enough.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Schichten an ihren Seitenkanten durch eine quer dazu verlaufende Schweißraupe zusammengehalten sind und daß an dieser Schweißraupe die Schutzvorrichtung entfernbar befestigt ist.In contrast, the invention consists in that the layers on their side edges by a transverse thereto running weld bead are held together and that the protective device on this weld bead is removably attached.

Es ist zwar nicht neu, die Schichten des Magnetkerns an ihren Seitenkanten durch Schweißung miteinander zu verbinden. Diese Schweißmaterialfläche dient bei bekannten Vorrichtungen aber als schallabstrahlende Fläche. Eine gesonderte Schutzplatte läßt sich hierbei nicht entfernbar anbringen. Erst die Erfindung, das die Schichten miteinander verbindende Schweißmaterial in Form einer Raupe, also in Form einer Materialanhäufung, anzubringen, ermöglicht es, eine sichere Verschraubung vorzunehmen. 'Although it is not new, the layers of the magnetic core are welded together on their side edges connect to. In known devices, however, this welding material surface serves as a sound-emitting one Area. A separate protective plate cannot be attached in such a way that it can be removed. First the invention the welding material connecting the layers in the form of a bead, i.e. in the form an accumulation of material, makes it possible to make a secure screw connection. '

Des weiteren ist es nicht neu, die einzelnen Schichten des Kerns mit Bohrungen zu versehen, durch diese Bohrungen Stäbe aus Isoliermaterial zu stecken und durch eine Wärmebehandlung diese Stäbe mit dem zwischen den Schichten befindlichen Isoliermaterial zu verschmelzen. Diese bekannte Art der Verbindung ; SchwingungsvorrichtungFurthermore, it is not new to drill holes through the individual layers of the core Holes to insert rods made of insulating material and heat treatment of these rods with the to fuse insulating material located between the layers. This known type of connection; Vibration device

zur Erzeugung von Schwingungen,to generate vibrations,

insbesondere Ultraschallschwingungen,especially ultrasonic vibrations,

in einem übertragungsmediumin a transmission medium

Anmelder:Applicant:

Libbey-Owens-Ford Glass Company,
Toledo, Ohio (V. St. A.)Libbey-Owens-Ford Glass Company,
Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. B. Wehr, Dipl.-Ing. H. Seiler,Representative: Dipl.-Ing. B. Wehr, Dipl.-Ing. H. Seiler,

Berlin-Grunewald, Lynarstr. 1,
und Dipl.-Ing. H. Stehmann, Nürnberg 2, PatentanwälteBerlin-Grunewald, Lynarstr. 1,
and Dipl.-Ing. H. Stehmann, Nuremberg 2, patent attorneys

William Ernest McCown und James William McAuley,William Ernest McCown and James William McAuley,

Toledo, Ohio (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt wordenToledo, Ohio (V. St. A.),
have been named as inventors

der Kernschichten miteinander kann nicht der lösbaren Befestigung einer. Schutzplatte dienen, weil die Materialanhäufung aus Isolierstoff keinen genügenden mechanischen Halt bieten würde und außerdem an einer unzugänglichen Stelle im Innern des Kerns verläuft. The core layers together cannot be releasably attached to one. Protective plate serve because the Material accumulation from insulating material would not offer sufficient mechanical support and moreover an inaccessible place inside the core.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigt . ■." ■Further refinements of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment in connection with the drawing. It shows . ■. "■

Fig. 1 eine räumliche Darstellung einer Vorrichtung zum Reinigen von Glasschleif- und -poliertischen, bei der die erfindungsgemäßen Schwingungsvorrichtungen verwendet sind, . 1 shows a three-dimensional representation of a device for cleaning glass grinding and polishing tables, in which the vibration devices according to the invention are used,.

Fig. 2 eine räumliche Darstellung einer als Schicht in den Kern verwendeten dünnen Metallplatte,2 shows a three-dimensional representation of a thin metal plate used as a layer in the core,

Fig. 3 eine räumliche Teilansicht einer Anzahl der zu einem Kern verbundenen Schichten,3 shows a spatial partial view of a number of the layers connected to form a core,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schwingungsvorrichtung und4 shows a plan view of a vibration device according to the invention and

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4.FIG. 5 shows a section along the line 5-5 in FIG. 4.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Reinigungsvorrichtung A dient der Säuberung von Glasschleif- und -poliertischen 9 von dem der Befestigung des Glases dienenden Gips. Auf einem Stützgestell 11 sind mehrere Schwingungsvorrichtungen 12 montiert. Wenn The cleaning device A illustrated in FIG. 1 is used to clean glass grinding and polishing tables 9 from the plaster used to fasten the glass. A plurality of vibration devices 12 are mounted on a support frame 11. if

1OJ 607/1211OJ 607/121

sich ein flüssiges Übertragungsmittel zwischen den Arbeitsflächen der Schwingungsvorrichtungen und den Oberflächen der Tische 9 befindet, wird der Gips durch die Kavitationswirkung der von den Arbeitsflächen abgestrahlten Schallwellen von den Tischen entfernt.a liquid transmission medium between the working surfaces of the vibration devices and the Surfaces of the tables 9 is located, the plaster of paris is due to the cavitation effect of the work surfaces radiated sound waves away from the tables.

• Jede Schwingungsvorrichtung 12 besitzt einen Kern 19 aus einer Anzahl von Schichten 13, die aus dünnen Platten einer ferromagnetischen Legierung oder eines magnetostriktiven Materials, wie Nickel, Eisenlegierungen usw., gestanzt oder geschnitten sein können; Platten aus diesem Material haben die Eigenschaft, ihre Abmessungen unter dem Einfluß eines hochfrequenten Wechselflusses zu ändern. Zwischen den parallelen Längsstegen 14, die in der Mitte Vorsprünge 15 tragen, verläuft ein Längsschlitz 17, der durch Querstege 16 begrenzt ist. Die Abmessung ist derart gewählt, daß die Vorsprünge 15 in einen Schwingungsknoten und die Querstege 16 in einen Schwingungsbauch zu liegen kommen. Von den Seitenkanten der Querstege 16 ragen je zwei Aussparungen 18 nach innen, die nach dem Zusammenschichten des Kerns 19 Rillen 20 bilden. Zwischen den einzelnen Schichten befindet sich in üblicher Weise Isoliermaterial, beispielsweise Glimmer oder das Oxyd des Schichtmaterials. • Each vibration device 12 has a core 19 of a number of layers 13, which are made of thin Plates of a ferromagnetic alloy or a magnetostrictive material such as nickel, iron alloys etc., can be punched or cut; Panels made from this material have the property to change their dimensions under the influence of a high-frequency alternating flux. Between the parallel Longitudinal webs 14, which carry projections 15 in the middle, a longitudinal slot 17 runs through Cross webs 16 is limited. The dimension is chosen so that the projections 15 in a vibration node and the transverse webs 16 come to lie in an antinode. From the side edges of the transverse webs 16, two recesses 18 each protrude inward, after the core has been layered together 19 grooves 20 form. In the usual way, there is insulating material between the individual layers, for example Mica or the oxide of the layer material.

Nach dem Aufeinanderstapeln der Schichten 13 zu dem Kern 19 werden in die Rillen 20 Schweißraupen 21 gelegt, die die .Schichten fest miteinander verbinden und in ihrer ausgerichteten Lage halten. Es ist festgestellt worden, daß die Schnittflächen der einzelnen Schichten 13 in den Aussparungen 18 dem Schweißmaterial eine genügende Oberfläche bieten, um die Schichten sicher zu halten, ohne daß dadurch die Gesamteigenschaften der Schwingungsvorrichtung beeinträchtigt werden.After the layers 13 have been stacked on top of one another to form the core 19, weld beads 20 are formed in the grooves 21 placed, which firmly connect the layers and hold them in their aligned position. It is established been that the cut surfaces of the individual layers 13 in the recesses 18 the welding material provide a sufficient surface to hold the layers securely without affecting the overall properties the vibration device are impaired.

Vorzugsweise wird so viel Schweißmaterial in die Rillen eingefüllt, daß die Raupe 21 etwa niveaugleich mit der Seitenkantenfläche 22 des Kerns 19 ist, wie es bei 23 in Fig. 3 angedeutet ist. Anschließend wird die Oberfläche geschliffen, damit sie, wie bei 24 in Fig. 3 angedeutet, mit der Seitenkantenfläche 22 fluchtet. Obwohl als Schweißmaterial verschiedene Stoffe verwendet werden können, nimmt man vorzugsweise einen dem Schichtenmaterial gleichen Werkstoff, so daß die magnetostriktiven Eigenschaften der Schichten durch die Gegenwart der Schweißnaht nicht wesentlich geändert werden.Preferably, so much welding material is poured into the grooves that the bead 21 is approximately level with the side edge surface 22 of the core 19, as is indicated at 23 in FIG. Then the The surface is ground so that, as indicated at 24 in FIG. 3, it is flush with the side edge surface 22. Although various materials can be used as welding material, it is preferable to use a material identical to the layer material, so that the magnetostrictive properties of the layers cannot be significantly changed by the presence of the weld.

Die Schweißraupen 21 halten nicht nur die Schichten 13 des Kerns 19 zusammen, sondern tragen auch Gewindelöcher 27, mit deren Hilfe Schutzplatten 25 leicht durch Schrauben 26 lösbar am Kern befestigt werden können. Die Schrauben greifen hierbei nicht zwischen die Schichten, sondern verlaufen vollständig in einheitlichem Material.The weld beads 21 not only hold the layers 13 of the core 19 together, but also carry them Threaded holes 27, with the help of which protective plates 25 are easily detachably attached to the core by screws 26 can be. The screws do not grip between the layers, but run completely in uniform material.

Um ein Lösen der Schrauben beim Vibrieren des Kerns zu verhindern, kann man mit einem Körner Markierungen 28 einschlagen, die zwischen Schraube und Schutzplatte eine die Schraube fixierende Materialverdrängung bilden.A center punch can be used to prevent the screws from loosening when the core vibrates Hit markings 28, the material displacement between screw and protective plate that fixes the screw form.

Um eine innige Berührung zwischen dem Kern 19 und der Schutzplatte 25 zu schaffen, sind Plättchen 29 aus einem weichen Material vorgesehen, die sich deformieren und alle unebenen Flächen zwischen Kern und Platte ausfüllen, so daß die maximale Schwingungsenergie von dem Kern auf die Schutzplatte übertragen wird. Das Material der Schutzplatte sollte ähnliche akustische Eigenschaften haben wie das Material der Schichten 13, so daß die Schwingungen des magnetostriktiven Kerns nicht gedämpft werden.In order to create an intimate contact between the core 19 and the protective plate 25, there are plates 29 Made of a soft material that will deform and any uneven surfaces between core and fill the plate so that the maximum vibrational energy is transferred from the core to the protective plate will. The material of the protective plate should have similar acoustic properties as the material of the layers 13 so that the vibrations of the magnetostrictive core are not attenuated.

Zur Erzeugung dieser Schwingungen wird durch die Spulen 30 und 31 ein magnetisches Wechselfeld hoher Frequenz erzeugt. Um jeden Längssteg 14 des Kerns 19 sind eine Gleichstromwicklung 30 und eine Wechselstromwicklung 31 gelegt, die über ein Kabel 32 mit entsprechenden Stromquellen verbunden sind. Dem durch die Wicklung 30 erzeugten Gleichfeld wird ein durch die Wicklung 31 erzeugtes Wechselfeld überlagert, so daß ein polarisiertes magnetisches Wechselfeld entsteht, das die gewünschten Schallschwingungen der Schwingungsvorrichtung hervorruft. Selbstverständlich kann die Erregung des magnetischen Flusses auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise dadurch, daß ein mit Wechselstrom überlagerter Gleichstrom als Erregerstrom zugeführt wird oder daß ein Dauermagnet die Polarisierung bewirkt. An alternating magnetic field is generated by the coils 30 and 31 to generate these vibrations high frequency generated. Around each longitudinal web 14 of the core 19 are a direct current winding 30 and one AC winding 31 laid, which are connected via a cable 32 to corresponding power sources. The DC field generated by the winding 30 becomes an alternating field generated by the winding 31 superimposed, so that a polarized alternating magnetic field is created, which the desired sound vibrations the vibrator causes. Of course, the excitation of the magnetic Flow can also take place in other ways, for example by having an alternating current superimposed direct current is supplied as excitation current or that a permanent magnet causes the polarization.

Die einzelnen Reinigungsvorrichtungen 12 werden mit Hilfe von U-förmigen Trägern 33 des Traggestells 11, die um die Vorsprünge 15 im Schwingungsknoten greifen, gehalten. Die Träger 33 ihrerseits sind in der Klemmvorrichtung 34 befestigt. Eine solche Klemmvorrichtung besteht aus einer feststehenden Unterlage 35 mit einem feststehenden Arm 36 und einem einstellbaren Klemmarm 37, der längs der Unterlage gleitbar ist und mit Hilfe eines Klemmbolzens 38 in einem Schlitz 39 festgehalten werden kann. Da das gesamte Traggestell 11 einen relativ große Widerstand gegen Schwingungen hat und die Schwingungsvorrichtungen im Bereich eines Schwingungsknotens aufgehängt wird, erfahren die Endflächen der Schichten mit den Schutzplatten 25 eine optimale Längsschwingung mit der Frequenz und Amplitude des Systems.The individual cleaning devices 12 are with the help of U-shaped supports 33 of the support frame 11, which grip around the projections 15 in the node of vibration. The carrier 33 in turn are fastened in the clamping device 34. Such a clamping device consists of a fixed one Pad 35 with a fixed arm 36 and an adjustable clamp arm 37, the longitudinal the base can be slid and held in place in a slot 39 with the aid of a clamping bolt 38 can. Since the entire support frame 11 has a relatively large resistance to vibrations and the Vibration devices in the area of a vibration node is hung, the end faces of the layers with the protective plates 25 experience a optimal longitudinal oscillation with the frequency and amplitude of the system.

Wenn man eine oder mehrere Schwingungsvorrichtungen von dem Traggestell 11 entfernen will, um die Schutzplatten 25 zu ersetzen, ist es lediglich erforderlich, das Kabel 32 von dem Energiezuleitungsgehäuse 40 zu trennen, den Klemmbolzen 38 zu lösen und den einstellbaren Arm 37 von dem feststehenden Arm 36 so fortzuschieben, daß die U-förmigen Träger 33 die Vorsprünge 15 der Schwingungsvorrichtung freigeben können. Dann kann die Schutzplatte einfach durch Lösen der Schrauben 26 abgenommen und durch eine neue Schutzplatte ersetzt werden. Auf diese Weise kann man die Lebensdauer einer Schwingungsvorrichtung erheblich verlängern, ohne daß ein großer Arbeits- oder Zeitaufwand erforderlich ist.If you want to remove one or more vibration devices from the support frame 11 to the To replace protective plates 25, it is only necessary to remove the cable 32 from the power supply housing 40, loosen the clamping bolt 38 and the adjustable arm 37 from the fixed arm 36 move on so that the U-shaped carrier 33 release the projections 15 of the vibrating device can. Then the protective plate can be removed simply by loosening the screws 26 and by a new protective plate must be replaced. In this way one can extend the life of a vibrating device extend significantly without a great deal of labor or time required.

Claims

Patent claims:

1. Vibration device for generating vibrations, in particular ultrasonic vibrations, in a transmission medium with a core consisting of a number of layers of magnetostrictive material with insulating material lying between the layers of the core, and with a protective device for the radiating surface, characterized in that the Layers (13) are held together at their side edges (22) by a transverse welding bead (21) and that the protective device (25) is removably attached to this welding bead.

2. Vibration device according to claim 1, characterized in that each one weld bead (21) is provided along two opposite sides of the layers (13).

3. Vibration device according to claims 1 to 2, characterized in that the layers

(13) are provided with a groove (20) in which the welding bead (21) runs.

4. Vibration device according to claim 3, characterized in that the weld bead (21) is substantially aligned with the outer edge (22) of the layers (13).

5. Vibration device according to claims 1 to 4, characterized in that the weld bead (21) is essentially flat and the protective device (25) is secured by screws (26) the welding bead is removably attached.

Considered publications: 'Deutsche Patentschriften Nos. 739 314, 967 417; German patent application ρ 10541 IXb / 42sD (published on March 15, 1951); British Patent No. 375,375; U.S. Patent No. 2,680,333.

1 sheet of drawings