DE1597010A1

DE1597010A1 - Coupling piece for an ultrasonic transducer

Info

Publication number: DE1597010A1
Application number: DE19671597010
Authority: DE
Inventors: Wolf Moehl
Original assignee: Schoeller and Co Elektrotecnische Fabrik GmbH and Co
Current assignee: Schoeller and Co Elektrotecnische Fabrik GmbH and Co
Priority date: 1967-05-16
Filing date: 1967-05-16
Publication date: 1970-04-02

Description

SCHOELLER & CO 6 FRANKFURT A. M. 70 12. Mai 1967SCHOELLER & CO 6 FRANKFURT A. M. 70 May 12, 1967

Pat/Scha.-Le "f./^ 12/70Pat / Scha.-Le "f./^ 12/70

. · KOPPELSTÜCK FÜR EINEN ULTRASCHALLSCHWINGER. · COUPLING PIECE FOR AN ULTRASONIC TRANSDUCER

Ein sogenannter Koppelschwinger besteht aus einem elektroakustischen Wandler und einem Koppelstück. Der elektroakustisehe Wandler setzt elektrische Energie in mechanische Energie um. Das Koppelstück dient der Energie-übertragung von dem elektroakustischen Wandler auf den zu behandelnden Gegenstand.A so-called coupling oscillator consists of an electroacoustic transducer and a coupling piece. The electroacoustic converter uses electrical energy into mechanical energy. The coupling piece is used to transfer energy from the electroacoustic transducer to the object to be treated.

Damit die Energie-Übertragung störungsfrei erfolgt, was nur dann der Fall ist, wenn reine Longitudinal schwingungen in dem Koppelstück auftreten, muss das Koppelstück verschiedene Forderungen erfüllen.So that the energy transfer takes place without interference, which is only the case if pure longitudinal vibrations occur in the coupling piece, the coupling piece must meet various requirements.

Die mechanischen Eigenverluste sollen so niedrig sein, dass sie vernachlässigt werden können.The mechanical internal losses should be so low that they are neglected can be.

Das Koppelstück muss in seiner Länge auf die Betriebsfrequenz des elektroakustischen Wandlers abgestimmt werden. Die Länge muss folgende Bedingung erfüllen:The length of the coupling piece must match the operating frequency of the electroacoustic Converter to be matched. The length must meet the following condition:

Dabei ist 1 = Länge des Koppelstücks, η = eine ganze Zahl, k = Faktor für die Konizität des Koppelstücks, ν = Schallgeschwindigkeit in dem Koppelstück und f = Betriebsfrequenz des Wandlers.Here 1 = length of the coupling piece, η = an integer, k = factor for the Conicity of the coupling piece, ν = speed of sound in the coupling piece and f = operating frequency of the converter.

Gemäss der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, die Abmessungen des Koppelstücks quer zur Richtung der Energie-Übertragung kleiner als λ./ 2 zu machen. Dadurch bilden sich in dem Koppelstück in vorteilhafter Weise echte ■ Longitudinalschwingungen aus. Über die gesamte Abstrahlfläche ergeben sich dann gleichmässige Schwingungsamplituden, was insbesondere bei Ultraschallschweissen von besonderem Vorteil ist.According to the invention, it is therefore proposed to make the dimensions of the coupling piece transverse to the direction of energy transmission smaller than λ. / 2 . As a result, real longitudinal vibrations are advantageously formed in the coupling piece. Uniform oscillation amplitudes then result over the entire radiating surface, which is particularly advantageous in the case of ultrasonic welding.

-2--2-

0098U/10270098U / 1027

SCHOELLER & COSCHOELLER & CO ELEKTROTECHNISCHE FAIItIKELECTROTECHNICAL FAIItIK

«FRANKFURT A. M.70 _{12>
Mai 1967} «FRANKFURT AM70 _{12> May 1967}

Pat/Scha-Le 2/70Pat / Scha-Le 2/70

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich, das Koppelstück aus mehreren Stäben zusammenzusetzen, die in Abstand voneinander auf dem Ultraschallschwinger aufgesetzt sind und deren Querschnittsabmessungen kleiner als Λ /2 sind. Die Stäbe können quadratischen, rechteckigen, kreuzförmigen oder runden Querschnitt aufweisen. Weiterhin können die Stäbe an ihren energieabgebenden Enden durch eine Platte zu einer schwingenden Fläche zusammengefasst werden, wobei die Dicke der Platte kleiner als A /B ist. Die Platten können sich auch an beiden Enden der Stäbe befinden, wobei die Dicke beider Platten kleiner ^al^ß HJf$/9l·/ Il/6 bemessen wird. Das Koppelstück kann mit Schlitzen versehen sein und die Cuerschnittsabmessungen der verbleibenden Stäbe kleiner alsft/2 gemacht werden. Die Schlitze können dabei die Fortsetzung der Wickelschlitze bilden.In an advantageous further development of the invention, it is advisable to assemble the coupling piece from several rods which are placed on the ultrasonic transducer at a distance from one another and whose cross-sectional dimensions are smaller than Λ / 2. The rods can have a square, rectangular, cruciform or round cross-section. Furthermore, the bars can be combined at their energy-emitting ends by a plate to form a vibrating surface, the thickness of the plate being smaller than A / B. The plates can also be located at both ends of the rods, with the thickness of both plates being ^{dimensioned to be less than a} l ^ß HJf $ / 91 · / II / 6. The coupling piece can be provided with slots and the cross-sectional dimensions of the remaining rods can be made smaller than ft / 2. The slots can form the continuation of the winding slots.

In den Fig. 1-11 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für das erfindungsgemässe Koppelstück dargestellt. Mit 1 ist der elektroakustische Wandler, z.B. ein magnetostriktiver Wandler, mit 5 die Stäbe des Koppelstücks und mit 6 die Schlitze zwischen den einzelnen Stäben bezeichnet.1-11 are various possible embodiments for the inventive Coupling piece shown. With 1 the electroacoustic transducer, e.g. a magnetostrictive transducer, with 5 the rods of the coupling piece and with 6 the Designated slots between the individual rods.

Die Stäbe 5 haben in Fig. 1 quadratischen Querschnitt, und ihre Abmessungen quer zur Schwingungsrichtung sind kleiner als A/2.The rods 5 have a square cross-section in FIG. 1 and their dimensions across the direction of oscillation are smaller than A / 2.

Wie Fig. 2 zeigt, kann die Anzahl der Stäbe beliebig gewählt werden. Auch können die Stäbe einen runden Cue rschnitt aufweisen.As FIG. 2 shows, the number of rods can be selected as desired. Also can the bars have a round cue cut.

Die Stäbe können nach Fig. 3 an dem die Energie abgebenden Ende durch eine Platte 7 zu einer schwingenden Fläche zusammengefasst werden. Es besteht die Bedingung, dass die Platte höchstens Λ /6 dick sein darf. Sie können aber auch nach Fig. 4 an dem wandlerseitigen Ende durch eine Platte 8 zusamm engefasst werden. Für die Dicke der Platte gilt ebenfalls, dass sie kleiner als Λ,/6 gewählt wird. Schliesslich können die Stäbe nach Fig. 5 sowohl an dem wandlerseitigenThe rods can according to Fig. 3 at the energy-releasing end by a Plate 7 can be combined to form a vibrating surface. There is the Condition that the plate may not be more than Λ / 6 thick. But you can too 4 at the transducer-side end by a plate 8 together will. The same applies to the thickness of the plate that it is chosen to be smaller than Λ, / 6 will. Finally, the rods according to FIG. 5 can be used both on the transducer side

-3--3-

Pat/Scha-Le 2/70Pat / Scha-Le 2/70

-3--3-

Ende als auch an dem die Energie abgebenden Ende durch eine Platte 7 und 8 zusammengefasst werden. In diesem Fall darf die Dicke beider Platten höchstens J/6 sein.End as well as at the end that emits the energy through a plate 7 and 8 be summarized. In this case, the thickness of both panels must not exceed J / 6.

Der aus einem elektroakustischen Wandler und dem Koppelstück bestehende Schwinger wird, wie Fig. 6 zeigt, in der Knotenebene des Koppelstücks durch einen Ring 9 gehaltert. Der Ring ist durch die Schweissnähte 10 mit dem Koppelstück verbunden. Diese Form ist dann zweckmässig, wenn der Wandler und das Koppelstück durch Luft gekühlt werden.The one consisting of an electroacoustic transducer and the coupling piece As FIG. 6 shows, the transducer is held in the nodal plane of the coupling piece by a ring 9. The ring is through the welds 10 with the coupling piece tied together. This form is useful if the converter and the Coupling piece can be cooled by air.

Die Halterung des Schwingers in Fig. 7 erfolgt wiederum durch eine Platte 9 in der Knotenebene des Koppelstucks. Die Stäbe 5 sind jedoch dicht in die Platte 9 eingesetzt, so dass der Wandler 1 in einem anderen Medium mit anderen Betriebsbedingungen betrieben werden kann. Durch Einbau in ein Gehäuse kann der Schwinger mit Flüssigkeit gekühlt werden,oder aber die Platte 9 ist in eine Gefässwandung eingesetzt, .und der Schwinger gibt seine Energie an das in diesem Gefäss befindliche Medium ab.The transducer in FIG. 7 is again held by a plate 9 in the node level of the coupling piece. The rods 5, however, are tightly fitted into the plate 9 used so that the converter 1 in a different medium with different operating conditions can be operated. By installing it in a housing, the transducer can be cooled with liquid, or the plate 9 is in a vessel wall used, .and the transducer gives its energy to that in this Medium located in the vessel.

Die Fig. 1-7 zeigen überwiegend Formen, die in beiden Koordinaten quer zur Schwingungsrichtung symmetrisch sind, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Die Abmessungen können auch, wie in Fig. 8 dargestellt, unsymmetrisch sein, so dass eine lange, schmale Fläche 7 entsteht, von der die Energie auf das zu behandelnde Gut übertragen wird. Aus Fig. 8 ist ebenfalls zu ersehen, dass die Schlitze 6 so anzubringen sind, dass sie bei einem magneto st riktiven Wandler eine Fortsetzung der Wicklungsschlitze 11 bilden.Figs. 1-7 predominantly show shapes that are transverse to the two coordinates The direction of oscillation are symmetrical, but this is not absolutely necessary is. The dimensions can also be asymmetrical, as shown in FIG. 8, so that a long, narrow surface 7 is created from which the energy is transferred to the property to be treated is transferred. From Fig. 8 it can also be seen that the slots 6 are to be attached in such a way that they are stictive in the case of a magnetostrictive converter form a continuation of the winding slots 11.

Mehrere Schwinger nach Fig. 8 lassen sich auch nebeneinander anordnen, wobei der Abstand 12 zwischen zwei Schwingern etwaft/l2 beträgt, wie dies Fig. 9 zeigt. Damit ist es möglich, der Platte 7 grosse Abmessungen zu geben. Durch den Einbau einer Halte rung in der Knotenebene nach Fig. 6 und Fig. 7 ergeben sich die dort beschriebenen Variationsmöglichkeiten.Several oscillators according to FIG. 8 can also be arranged next to one another, with the distance 12 between two oscillators is about / l2, as shown in FIG. 9 shows. This makes it possible to give the plate 7 large dimensions. By the installation of a holding tion in the nodal level according to FIGS. 6 and 7 result the possible variations described there.

0098U/10270098U / 1027

SCHOELLER & COSCHOELLER & CO ELEKTROTECHNISCHE FABRIKELECTRICAL FACTORY

6 FRANKFURT A. M. 70 12. Mai 1967 Pat/Scha-Le 2/706 FRANKFURT A. M. 70 May 12, 1967 Pat / Scha-Le 2/70

Die Ausführung nach Fig. 10 ist ebenfalls mit elektrostriktiven Wandlern 2 möglich, die durch zusätzliche Massen 3 auf die Betriebsfrequenz abgestimmt werden.The embodiment according to FIG. 10 also has electrostrictive converters 2 possible, which are matched to the operating frequency by additional masses 3.

Die Stäbe 5 lassen sich sogar konisch gestalten, um eine Amplitudentransformation zu erreichen, wie dies aus Fig. 11 hervorgeht.The rods 5 can even be designed to be conical in order to achieve an amplitude transformation to achieve, as shown in FIG. 11.

Es versteht sich, dass die Erfindung keineswegs auf die in der Zeichnung dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr gibt es mannigfaltige Abwandlungsmöglichkeiten im Aufbau des Koppelschwingers und in der Anordnung seiner Einzelteile, ohne dass dabei der durch die Erfindung abgesteckte Rahmen verlassen wird.It goes without saying that the invention is in no way limited to that in the drawing illustrated and described above embodiments is limited. Rather, there are many possible modifications in the structure of the Coupling oscillator and in the arrangement of its individual parts, without that the framework defined by the invention is left.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

0098U/10270098U / 1027

Claims

PATENT CLAIMS

1. Coupling piece for an ultrasonic transducer, thereby marked chn e t that the dimensions of the coupling piece transverse to the direction of energy transfer are smaller than Λ. / 2.

2. Coupling piece according to claim 1, characterized in that the coupling piece consists of several rods (5) which are spaced apart from one another the ultrasonic transducer (1) are placed and their cross-sectional dimensions smallx are A / 2.

3. Coupling piece according to claim 1 and 2, characterized in that the rods (5) are square, rectangular, cross-shaped or round Have cross-section.

4. Coupling piece according to claims 1-3, characterized in that

that the bars (5) at their energy-emitting end are supported by a plate (7) are combined to form a vibrating surface, the thickness of the 'Plate small Λ. / 6 is.

5. Coupling piece according to claims 1-4, characterized in that

that the rods (5) are combined at both ends by a plate (7 and 8) where the thickness of both plates is less than Λ. / 6.

6. Coupling piece according to claim 1, characterized in that

that the coupling piece is provided with slots (6) and the cross-sectional dimension of the remaining webs is smaller than Λ </ 2.

1. Coupling piece according to claims 1-6, characterized in that the slots (6) form the continuation of the winding slots (11).

0098U/10270098U / 1027