DE1209337B - Device for the transmission of ultrasonic vibrations - Google Patents

Device for the transmission of ultrasonic vibrations

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DE1209337B
DE1209337B DEN26571A DEN0026571A DE1209337B DE 1209337 B DE1209337 B DE 1209337B DE N26571 A DEN26571 A DE N26571A DE N0026571 A DEN0026571 A DE N0026571A DE 1209337 B DE1209337 B DE 1209337B
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Germany
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bouncing
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Pending
Application number
DEN26571A
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German (de)
Inventor
Jan Kunnen
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.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • 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
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
    • 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
    • B06B1/08—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

B 06 bB 06 b

Deutsche KL: 42 s - 3/00 German KL: 42 s - 3/00

Nummer: 1 209 337Number: 1 209 337

Aktenzeichen: N 26571IX a/42 sFile number: N 26571IX a / 42 s

Anmeldetag: 15. April 1965 Filing date: April 15, 1965

Auslegetag: 20. Januar 1966Opened on: January 20, 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung von Ultraschall mit Ultraschallwandlern, die durch eine federnde Andruckplatte gegen den Boden des Ultraschallempfängers gedrückt werden, z. B. einen Schalltopf.The invention relates to a device for transmitting ultrasound with ultrasound transducers, which are pressed against the bottom of the ultrasonic receiver by a resilient pressure plate, z. B. a sound pot.

Ein wesentlicher Teil der Ultraschall-Reinigungsgeräte ist der sogenannte Wandler, der die Aufgabe hat, die zugeführte elektrische Leistung in mechanische Schwingungen umzuwandeln. Das diese Wandlung durchführende Element kann aus einem keramischen Material, z. B. Ferroxcube, bestehen, auf dem Drahtwindungen vorgesehen sind. Ein oder mehrere Elemente werden mit einem Trog oder Gefäß aus verschleißfestem und chemisch beständigem Material, meist nichtrostendem Stahl, verbunden. Bei diesen Bauarten ist die Verbindungsschicht großen Wechselkräften hoher Frequenzen (20 bis 40 kHz) ausgesetzt. Damit in der Verbindungsschicht durch auftretende mechanische Verluste möglichst wenig Leistung verbraucht wird, soll diese Schicht dünn sein. Zu diesem Zweck haben sich warmhärtende Leime auf der Basis von Äthoxylinharzen als besonders geeignet erwiesen. In der Praxis stellt es sich jedoch heraus, daß mit diesem Kunststoff oder etwaigen anderen warmhärtenden Kunststoffen mit entsprechenden physikalischen Eigenschäften hergestellte Leimverbindungen hinsichtlich ihrer Haftung empfindlich gegen hohe relative Feuchtigkeit sind. Eine hohe relative Feuchtigkeit tritt jedoch in der Umgebung eines Reinigungsgerätes, in dem häufig Wasser als Reinigungsflüssigkeit verwendet wird, auf. Unter der Einwirkung dieser Feuchtigkeit können sich die Leimnähte lösen. Außerdem ist es bei Verwendung von Leimverbindungen nahezu unvermeidlich, daß in den geleimten Teilen große Spannungen auftreten, die bereits bei geringer Belastung Bruch herbeiführen können, während auch die Schwingungsart des Wandlers ungünstig beeinflußt wird.An essential part of the ultrasonic cleaning devices is the so-called transducer, which does the job has to convert the electrical power supplied into mechanical vibrations. That this change performing element can be made of a ceramic material, e.g. B. Ferroxcube, insist on the wire windings are provided. One or more items are made of wear-resistant material with a trough or vessel and chemically resistant material, mostly stainless steel. With these types the connection layer is exposed to large alternating forces of high frequencies (20 to 40 kHz). In order to As little power as possible is consumed in the connection layer due to mechanical losses this layer should be thin. For this purpose, thermosetting glues based on Ethoxylin resins proved to be particularly suitable. In practice, however, it turns out that with this Plastic or any other thermosetting plastics with corresponding physical properties Glued joints produced are sensitive to high relative humidity in terms of their adhesion are. However, high relative humidity occurs in the vicinity of a cleaning device in which water is often used as the cleaning fluid. Under the action of this moisture the glue seams can loosen. In addition, when using glue joints, it is almost inevitable that large tensions occur in the glued parts, even when the load is low Can cause breakage, while also adversely affects the mode of vibration of the transducer will.

Obgleich die Vorteile einer Druckverbindung klar hervortreten, ist keine für die Praxis brauchbare Bauart einer solchen Druckverbindung zwischen einem Wandler und einem Empfänger bekannt. Dies ist nicht unbegreiflich. Sogar die dünnste Gasschicht zwischen einem Wandler oder einem Empfänger, z. B. einem Gefäß, wie es bei Ultraschallreinigungsgeräten Verwendung findet, reflektiert alle Energie. Es stellt sich in der Praxis heraus, daß die Anlageflächen des Wandlers und des Empfängers nicht in dem Maße eben gemacht werden können, daß es keine die Energie reflektierende Gasschicht gibt. Wird zwischen den Flächen eine Flüssigkeit angebracht, so ergibt sich zwar eine Energieübertragung, aber die Flüssigkeits-Vorrichtung zur Übertragung von
UltraschallschwingungenAlthough the advantages of a pressure connection are clearly evident, there is no known practical construction of such a pressure connection between a transducer and a receiver. This is not incomprehensible. Even the thinnest layer of gas between a transducer or a receiver, e.g. B. a vessel, as it is used in ultrasonic cleaning devices, reflects all the energy. It turns out in practice that the contact surfaces of the transducer and the receiver cannot be made flat to the extent that there is no gas layer that reflects the energy. If a liquid is applied between the surfaces, there is indeed a transfer of energy, but the liquid device for the transfer of
Ultrasonic vibrations

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeilampenf abrieken,N. V. Philips' Gloeilampenf abrieken,

Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Zoepke, patent attorney,

München 5, Erhardtstr. 11Munich 5, Erhardtstr. 11

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Jan Kunnen, Eindhoven (Niederlande)Jan Kunnen, Eindhoven (Netherlands)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Niederlande vom 17. April 1964 (6 404176)Netherlands of April 17, 1964 (6 404176)

schicht wird, besonders bei größeren Energien, rasch durch Kavitation und Verspritzung vernichtet. Es ist unmöglich, mit harten Feststoffen einen Raum zwischen zwei Flächen völlig auszufüllen, wenn nicht sehr hohe Drücke Verwendung finden. Mit weichen, knetbaren, wachsartigen Stoffen ist zwar eine völlige Ausfüllung erreichbar, aber diese Stoffe sind im Ultraschallbereich stark dämpfend wirksam, so daß bei einer solchen Verbindung hohe mechanische Verluste auftreten. The layer is quickly destroyed by cavitation and splashing, especially with higher energies. It is impossible to completely fill a space between two surfaces with hard solids, if not very high pressures are used. Using soft, kneadable, waxy substances is a complete one Filling achievable, but these substances have a strong dampening effect in the ultrasonic range, so that with one such connection high mechanical losses occur.

Die Erfindung bezweckt, dieses Problem zu lösen und weitere zusätzliche Verbesserungen durchzuführen, die nachstehend näher erläutert werden.The invention aims to solve this problem and to carry out further additional improvements, which are explained in more detail below.

Die Erfindung besteht darin, daß Wandler und Empfänger durch eine Schicht eines Stoffes verbunden sind, der auf schnelle Krafteinwirkung hochelastisch, auf langsame Krafteinwirkungen plastisch reagiert (»bouncing putty«).The invention consists in that the transducer and receiver are connected by a layer of material that reacts in a highly elastic manner to fast forces and plastically to slow forces ("Bouncing putty").

Es stellt sich heraus, daß eine Druck- oder Klemmverbindung die Energie sehr gut mit sehr wenig Dämpfung überträgt. Die Dämpfung ist im allgemeinen sogar kleiner als bei Leimverbindungen. Dies geht z. B. daraus hervor, daß bereits bei niedrigen Leistungen in einer Flüssigkeit, die sich in einem Gefäß befindet, das in einer Vorrichtung nach der Erfindung als Empfänger wirksam ist, Kavitation auftritt. Zum Erreichen eines guten akustischen Kontaktes reichen üblicherweise Drücke zwischen 100 und 300 g/cm2 bereits aus. Häufig ist das Gewicht des Gegenstandes, in dem die Ultraschallenergie verbraucht wird, bereitsIt turns out that a compression or clamping connection transfers the energy very well with very little attenuation. The attenuation is generally even lower than with glue joints. This is z. B. from the fact that cavitation occurs even at low powers in a liquid that is located in a vessel which is effective as a receiver in a device according to the invention. To achieve good acoustic contact, pressures between 100 and 300 g / cm 2 are usually sufficient. Often the weight of the object in which the ultrasonic energy is being consumed is already there

509 779/101509 779/101

Claims (1)

hinreichend. Da die Schichtdicke nur 50 bis 100 μ zu Zwischen der Andruckplatte 9 und dem Element 1, 1'sufficient. Since the layer thickness is only 50 to 100 μ between the pressure plate 9 and the element 1, 1 ' sein braucht, sind im allgemeinen keine Vorkehrungen befindet sich eine aus Schaumkunststoff oder Schaum-there are generally no precautions, is one made of foam plastic or foam zum Verhüten des Wegfließens des »bouncing putty« gummi mit geschlossenen Zellen bestehende Platte 10,to prevent the "bouncing putty" rubber from flowing away with closed cells existing plate 10, erforderlich. Unter der Einwirkung kapillarer Kräfte die eine völlige Reflexion der Ultraschallenergienecessary. Under the action of capillary forces there is a complete reflection of the ultrasonic energy wird eine Schicht ausreichender Dicke zwischen dem 5 bewirkt. Zwischen dem Wandler 1, 1' und dema layer of sufficient thickness is created between the 5. Between the converter 1, 1 'and the Wandler und dem Gegenstand, in dem die Ultra- Schwinggefäß 6 befindet sich eine dünne Schicht 11The transducer and the object in which the ultra-oscillating vessel 6 is located is a thin layer 11 schallenergie verbraucht wird, sehr lange Zeit aufrecht- aus »bouncing putty«. Durch die Muttern 7, T und 7"sound energy is consumed, upright for a very long time - from "bouncing putty". Through the nuts 7, T and 7 " erhalten. Sollte die Schicht zu dünn werden oder und die Druckfedern 8, 8' und 8" wird die Verbin-obtain. Should the layer become too thin or the compression springs 8, 8 'and 8 ", the connection teilweise verschwinden, so ist es sehr einfach, eine dungsschicht 11 unter Druck gesetzt,partially disappear, so it is very easy to put a layer of waterproofing 11 under pressure, neue Schicht aus »bouncing putty« anzubringen. ίο Es wurde jedoch gefunden, daß in einigen Fällen dasto apply a new layer of "bouncing putty". ίο It has been found, however, that in some cases the Ein »bouncing putty« ist ζ. B. dadurch herstellbar, Gewicht des Schwinggefäßes bereits genügt zum Auf-A "bouncing putty" is ζ. B. can be produced in this way, the weight of the oscillating vessel is already sufficient to daß ein Gemisch aus polymerem Dimethylsiloxan und bauen des erforderlichen Druckes in der Verbindungs-that a mixture of polymeric dimethylsiloxane and build the required pressure in the connection Boroxyd (0,5 bis 15 Gewichtsprozent Siloxan) bei einer schicht 11. In diesem Falle kann der aus den Teilen 5,Boron oxide (0.5 to 15 percent by weight of siloxane) in a layer 11. In this case, the from parts 5, Temperatur von 2000C oder höher einige Zeit erhitzt 5' und 5", 8, 8' und 8" und 7, 7' und 7" bestehendeTemperature of 200 0 C or higher heated for some time 5 'and 5 ", 8, 8' and 8" and 7, 7 'and 7 "existing ones wird. Gemäß diesem Verfahren hergestellte »bouncing 15 Teil des Gerätes entfallen,will. »Bouncing 15 parts of the device produced according to this process are omitted, putties« sind käuflich erhältlich. Der nachstehend geschilderte Versuch zeigt, daß dieputties «are available for purchase. The experiment described below shows that the Stoffe mit »boncingputtyi-Eigenschaften lassen sich Verwendung von »bouncing putty« im Vergleich zuFabrics with "boncingputtyi" properties can be compared to using "bouncing putty" auch dadurch erhalten, daß z. B. das Zinksalz eines geleimten Verbindungen den Vorteil einer geringerenalso obtained in that z. B. the zinc salt of a glued compound has the advantage of a lower one flüssigen Kopolymeren von Butadien und Akryl- oder Dämpfung bietet.liquid copolymers of butadiene and acrylic or cushioning offers. Metakrylsäure hergestellt wird. ao Verglichen wurde ein Gerät, bei dem der WandlerMethacrylic acid is produced. ao A device was compared in which the converter An Hand^eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh- durch »bouncing putty« der vorstehend erwähnten ArtOn the basis of an embodiment shown in the drawing by "bouncing putty" of the type mentioned above rungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher verbunden war, wobei der Druck in der VerbindungApproximate example, the invention is related in more detail below, the pressure in the connection erläutert. Die Zeichnung zeigt, teils im Schnitt, eine 187,5 g/cm2 betrug, mit einem Gerät, bei dem dieexplained. The drawing shows, partly in section, a was 187.5 g / cm 2 , with a device in which the Vorrichtung nach der Erfindung. Verbindung aus einer Leimschicht aus EpoxyharzDevice according to the invention. Connection of a glue layer made of epoxy resin Der Wandler, der elektrische Energie in mechanische 25 besteht. In beiden Fällen waren das Gefäß, der Wand-Energie umwandelt, besteht bei der dargestellten Aus- ler und die Flüssigkeit (Wasser) und ihre Menge im führungsform aus zwei Körpern 1 und 1' der gezeich- Gefäß genau gleich.The converter that converts electrical energy into mechanical 25. In both cases the vessel was wall energy converts, consists in the illustrated oyster and the liquid (water) and its amount in guide form of two bodies 1 and 1 'of the drawn vessel exactly the same. neten Gestalt, die aus einem weichmagnetischen kera- Es wurde gefunden, daß zum Erreichen der gleichenNeten shape obtained from a soft magnetic kera- It has been found that to achieve the same mischen Material bestehen und deren Enden unter Intensität der Kavitation in der Flüssigkeit bei 23 kHzmix material and their ends under intensity of cavitation in the liquid at 23 kHz Zwischenlegung der hartmagnetischen Platten 2 und 2' 30 im ersten Falle eine Belastung zwischen 25 und 30 WattInterposition of the hard magnetic plates 2 and 2 '30 in the first case a load between 25 and 30 watts miteinander verklebt sind. Unter der Einwirkung eines und im zweiten Falle von 50 Watt erf orderlich war. hochfrequenten Stromes (z. B. 20 bis 40 kHz), der dieare glued together. Under the action of one and in the second case of 50 watts was required. high-frequency current (e.g. 20 to 40 kHz) that the die dünnen Teile der Körper 1 und 1' umgebenden Patentanspruch:
(nicht dargestellten) Spulen durchfließt, führen dieclaim surrounding the thin parts of bodies 1 and 1 ':
(not shown) coils flowing through, lead the Körper 1 und 1' magnetostriktive Schwingungen der 35 Vorrichtung zur Übertragung von Ultraschall gleichen Frequenz aus. Die dargestellte Vorrichtung mit Ultraschallwandlern, die durch eine federnde besteht weiter aus einem Schwinggefäß 6, in dem sich Andruckplatte gegen den Boden des Ultraschalleine Reinigungsflüssigkeit befinden kann und mit dem empfängers gedrückt werden, z. B. einen Schallmehrere Stäbe (5, 5' und 5" in der Zeichnung), die an topf, dadurch gekennzeichnet, daß ihren Enden mit Schraubengewinde versehen sind, starr 40 Wandler (1) und Empfänger (6) durch eine Schicht verbunden sind. Durch die Muttern 7, T und 7", die (11) eines Stoffes verbunden sind, der auf schnelle Druckfedern 8, 8' und 8" und die Druckplatte 9 wird Krafteinwirkung hochelastisch, auf langsame Kraft-Wandler 1, 1' gegen das Schwinggefäß 6 gedrückt. einwirkungen plastisch reagiert (»bouncing putty«).Body 1 and 1 'magnetostrictive oscillations of the device for the transmission of ultrasound equal frequency. The illustrated device with ultrasonic transducers, which by a resilient further consists of a vibrating vessel 6, in which there is a pressure plate against the bottom of the ultrasonic cleaning liquid and can be pressed with the receiver, for. B. a sound several rods (5, 5 'and 5 "in the drawing), which are connected to pot, characterized in that their ends are provided with screw threads, rigidly 40 transducer (1) and receiver (6) are connected by a layer. The nuts 7, T and 7 ″, which (11) of a substance are connected to the fast compression springs 8, 8 'and 8 ″ and the pressure plate 9, force action is highly elastic, on slow force transducers 1, 1' against the oscillating vessel 6 pressed. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 509 779/101 1.66 © Bundesdruckerei Berlin509 779/101 1.66 © Bundesdruckerei Berlin
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