DE202018101069U1

DE202018101069U1 - Device for applying ultrasound to a pipe section interior that can be filled with a hot medium

Info

Publication number: DE202018101069U1
Application number: DE202018101069.7U
Authority: DE
Original assignee: Bandelin Patent & Co KG GmbH
Current assignee: Bandelin Patent & Co KG GmbH
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2028-02-28

Abstract

Vorrichtung, vorzugsweise zur Beaufschlagung eines mindestens 100 °C heißen und/oder eines mit einem Druck von über 10 bar beaufschlagten Mediums in einem Rohrabschnittinnenraum mit Ultraschall, umfassend einen eine Rohrachse definierenden Rohrabschnitt mit einem Rohrabschnittinnenraum und zumindest zwei in Bezug auf den Umfang des Rohrabschnitts einander gegenüberliegend angeordnete Ultraschallvorrichtungen, die jeweils einen elektroakustischen Antriebswandler und jeweils eine Sonotrode umfassen, wobei die jeweilige Sonotrode an einem wandlerseitigen Ende mit dem jeweiligen elektroakustischen Antriebswandler zum Aufnehmen von Ultraschall verbunden ist und zum Emittieren von Ultraschall mit einem rohrabschnittseitigen Ende zumindest bereichsweise eine Rohrinnenwand des Rohrabschnittes bildet oder mit dem rohrabschnittseitigen Ende mit einer Rohrinnenwand des Rohrabschnittes zumindest bereichsweise verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode zwischen dem rohrabschnittseitigen Ende und dem wandlerseitigen Ende eine längliche Ausdehnung entlang einer Sonotrodenlängsachse von mindestens n·(λ/2) aufweist, wobei λ die Schallwellenlänge der Sonotrode ist und n eine natürliche Zahl größer Null ist.Device, preferably for applying at least 100 ° C hot and / or acted upon by a pressure of 10 bar medium in a pipe section interior with ultrasound, comprising a pipe axis defining a pipe section with a pipe section interior and at least two with respect to the circumference of the pipe section each other Ultrasonic devices arranged opposite one another, each comprising an electro-acoustic drive converter and a sonotrode each, wherein the respective sonotrode is connected at a transducer end with the respective electroacoustic drive transducer for receiving ultrasound and for emitting ultrasound with a pipe section end at least partially forms a tube inner wall of the pipe section or at least partially connected to the pipe section end with a pipe inner wall of the pipe section, characterized in that the sonotrode between the pipe section eitigen end and the transducer end has an elongated extent along a sonotrode longitudinal axis of at least n · (λ / 2), where λ is the sound wave length of the sonotrode and n is a natural number greater than zero.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung, vorzugsweise zur Beaufschlagung eines mindestens 100 °C heißen und/oder eines mit einem Druck von über 10 bar beaufschlagten Mediums in einem Rohrabschnittinnenraum mit Ultraschall. Die Vorrichtung weist zumindest zwei schwingende Antriebswandler und zugehörige Sonotroden auf, die vorzugsweise in einer Ebene liegen und mit einem Rohrabschnitt fest verbunden sind. Auf das sich im Rohrabschnittinnenraum des Rohrabschnitts befindliche Medium kann eine intensive Beschallung ausgeübt werden, indem sich im Takt der Ultraschallfrequenz der Rohrquerschnitt ändert.The present application relates to a device, preferably for applying at least 100 ° C hot and / or a pressurized with a pressure of about 10 bar medium in a pipe section interior with ultrasound. The device has at least two oscillating drive transducers and associated sonotrodes, which preferably lie in one plane and are fixedly connected to a pipe section. An intensive sonication can be exerted on the medium located in the pipe section interior of the pipe section by changing the pipe cross section in time with the ultrasonic frequency.

Die Ultraschalltechnik umfasst viele verschiedene Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel die Labor- und Verfahrenstechnik. Dabei werden überwiegend longitudinal arbeitende, stabförmige Ultraschallantriebswandler und Sonotroden als Arbeitswerkzeuge eingesetzt, die in einem Längsschwingungsmodus arbeiten, also entlang ihrer länglichen Ausdehnung angeregt werden und über ein Sonotrodenende, die sogenannte Stirnfläche, ein Medium mit der Ultraschallenergie beaufschlagen. Im niederfrequenten Leistungsbereich zwischen ca. 20kHz bis 100 kHz haben sich dafür überwiegend Ultraschall-Antriebswandler mit piezokeramischen Lochscheiben durchgesetzt. Diese bewährte Technik erlaubt, meist unter Zuhilfenahme von sogenannten Amplitudentransformatoren (Boostern), die Einbringung von kavitationsauslösenden hohen Ultraschallamplituden über die Stirnfläche der Sonotroden in das Medium.Ultrasonic technology covers many different fields of application, such as laboratory and process engineering. In this case, predominantly longitudinally working, rod-shaped ultrasonic drive transducers and sonotrodes are used as working tools which operate in a longitudinal mode, ie are excited along their elongated extent and act on a Sonotrodenende, the so-called face, a medium with the ultrasonic energy. In the low-frequency power range between approx. 20 kHz to 100 kHz, predominantly ultrasonic drive transducers with piezoceramic perforated disks have prevailed. This proven technique allows, usually with the help of so-called amplitude transformers (boosters), the introduction of cavitation-triggering high ultrasonic amplitudes over the end face of the sonotrodes in the medium.

Eine derartige Ultraschallauskopplung über die Sonotrodenstirnfäche ist gängige Praxis. Die Sonotrodenstirnfläche kann verschiedene Formen aufweisen und beispielsweise als Spitze oder als Teller mit vergrößerter Oberfläche gestaltet sein. Ferner gibt es Ultraschallvorrichtungen, bei denen z. B. zwei Ultraschallwandler so miteinander mechanisch fest und resonant gekoppelt sind, dass eine Torsionsschwingung mit hohen Amplituden in ein Medium eingeleitet werden kann.Such ultrasonic extraction via the Sonotrodenstirnfäche is common practice. The sonotrode front surface may have various shapes and be designed, for example, as a tip or as a plate with an enlarged surface. Furthermore, there are ultrasonic devices in which z. B. two ultrasonic transducers are so mechanically fixed and resonantly coupled, that a torsional vibration can be introduced with high amplitudes in a medium.

In der DE 2065681 ist dazu beispielsweise eine Vorrichtung beschrieben, bei der zwei Ultraschallwandler mit einem trapezförmigen Verbindungsstück verbunden sind, an dem eine konisch verjüngte Sonotrode angeschlossen ist. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass zum Einbringen der Ultraschallenergie die schallauskoppelnde Fläche - hier die Sonotrodenspitze - in ein Medienbehältnis eingetaucht werden muss. Dies ist für die technische Ultraschalleinkopplung in sehr heiße und oftmals unter hohem Druck stehende Medien in Rohrleitungen, wie z.B. in Spinndüsenvorrichtungen für Kunststoffe, schwierig, da die Sonotrodenspitze zu stark bedämpft würde.In the DE 2065681 For example, a device is described in which two ultrasonic transducers are connected to a trapezoidal connecting piece, to which a conically tapered sonotrode is connected. A disadvantage of this device is that for introducing the ultrasonic energy, the sound-decoupling surface - here the sonotrode tip - must be immersed in a media container. This is difficult for the technical ultrasonic coupling in very hot and often under high pressure media in pipelines, such as in spinneret devices for plastics, as the sonotrode tip would be too heavily attenuated.

Die CH 695725 zeigt eine Ultraschallvorrichtung zum Wandeln einer axialen Schallenergie in eine radiale Schallenergie. Dafür werden Ultraschallwandler axial auf jeder Seite eines symmetrischen, drehbaren Ultraschallhorns fest angeschlossen. Das Ultraschallhorn weist zwei axiale Aufnahmen auf, die jeweils in einen radialen Schweißabschnitt übergehen und zusammen zu einer in Resonanz schwingenden Einheit fest verbunden sind. Für die Einbringung von Ultraschallenergie in ein unter hohem Druck stehendes Medium in einer rohrförmigen Prozessleitung ist die Vorrichtung nicht geeignet.The CH 695725 shows an ultrasonic device for converting an axial sound energy into a radial sound energy. For ultrasonic transducers are firmly connected axially on each side of a symmetrical, rotatable ultrasonic horn. The ultrasonic horn has two axial receptacles, each of which merges into a radial weld portion and are fixedly connected together to a resonating unit. For the introduction of ultrasonic energy into a high pressure medium in a tubular process line, the device is not suitable.

Die EP 2 2223 742 B1 zeigt einen rohrförmigen Fluidreaktor, bei dem mehrere Ultraschallwandler außen auf die Rohrwandung aufgebracht sind, um Ultraschallenergie in ein Medium nach Innen abzustrahlen. Diese Ausführung hat den Nachteil, dass eine über die Rohrwandung eingebrachte Ultraschallamplitude - bedingt durch die Rohrsteifheit - nur gering ist. Ferner eignet sich die Vorrichtung nicht für hohe Prozesstemperaturen von mehr als 100°C, da die Ultraschallwandler Piezokeramiken umfassen, die bei derartig hohen Temperaturen ihren Wirkungsgrad verringern oder durch Depolarisation vollständig ausfallen.The EP 2 2223 742 B1 shows a tubular fluid reactor in which a plurality of ultrasonic transducers are externally applied to the tube wall to radiate ultrasonic energy into a medium inward. This embodiment has the disadvantage that an ultrasonic amplitude introduced via the pipe wall is only slight due to the tube rigidity. Furthermore, the device is not suitable for high process temperatures of more than 100 ° C, since the ultrasonic transducers comprise piezoceramics, which reduce their efficiency at such high temperatures or fail completely by depolarization.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich für die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Ultraschallvorrichtung vorzuschlagen, die die oben genannten Probleme löst und sich zur Erzeugung und Abstrahlung intensiver Ultraschallwellen in heiße und/oder unter hohem Druck stehende flüssige oder pastöse Medien eignet.Based on this prior art, the object of the present invention is to propose an ultrasonic device which solves the above-mentioned problems and is suitable for generating and emitting intense ultrasonic waves in hot and / or high-pressure liquid or pasty media.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a device according to claim 1. Advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Beaufschlagung eines mindestens 100 °C heißen Mediums in einem Rohrabschnittinnenraum mit Ultraschall geeignet. Dafür umfasst die Vorrichtung einen eine Rohrachse definierenden Rohrabschnitt mit einem Rohrabschnittinnenraum und zumindest zwei in Bezug auf den Umfang des Rohrabschnitts einander gegenüberliegend angeordnete Ultraschallvorrichtungen. Die Ultraschallvorrichtungen weisen jeweils einen elektroakustischen Antriebswandler und jeweils eine Sonotrode auf. Dabei hat die jeweilige Sonotrode ein wandlerseitiges Ende und ein rohrabschnittseitiges Ende. An dem wandlerseitigen Ende ist die Sonotrode mit dem jeweiligen elektroakustischen Antriebswandler zum Aufnehmen von Ultraschall verbunden, vorzugsweise durch eine Schraubverbindung. Zum Emittieren des Ultraschalls bildet die Sonotrode mit dem rohrabschnittseitigen Ende zumindest bereichsweise eine Rohrinnenwand des Rohrabschnittes oder ist an dem rohrabschnittseitigen Ende mit einer Rohrinnenwand des Rohrabschnittes zumindest bereichsweise verbunden. Die Sonotrode hat zwischen dem rohrabschnittseitigen Ende und dem wandlerseitigen Ende eine längliche Ausdehnung entlang einer Sonotrodenlängsachse von mindestens n·(λ/2). Dabei ist λ die Schallwellenlänge der Sonotrode und n ist eine natürliche Zahl größer Null.The device according to the invention is suitable for applying a medium at least 100 ° C hot in a pipe section interior with ultrasound. For this purpose, the device comprises a tube section defining a tube axis with a tube section interior and at least two ultrasonic devices arranged opposite one another with respect to the circumference of the tube section. The ultrasound devices each have an electro-acoustic drive converter and a respective sonotrode. The respective sonotrode has a transducer-side end and a pipe section end. At the transducer end, the sonotrode is connected to the respective electroacoustic drive transducer for receiving ultrasound, preferably by a screw connection. For emitting the ultrasound, the sonotrode forms, with the end of the tube section, at least in regions, a tube inner wall of the tube section or is attached to the tube section The pipe section end connected to a pipe inner wall of the pipe section at least partially. The sonotrode has an elongated extension along the longitudinal axis of the sonotrode of at least n · (λ / 2) between the end of the tube section and the transducer end. Where λ is the sonic wavelength of the sonotrode and n is a natural number greater than zero.

Dies hat den Vorteil, dass die Antriebswandler einen Abstand von mindestens n·(λ/2) zu dem Rohrabschnittinnenraum aufweisen. Vorzugsweise ist n dabei größer 1, besonders bevorzugt ist n größer 2. Der Rohrabschnittinnenraum kann so mit einem heißen Medium, beispielsweise mit einem flüssigen Kunststoff, mit einer Temperatur von über 100°C zumindest teilweise befüllt sein, ohne dass diese Temperatur starke Auswirkungen auf einen Wirkungsgrad des elektroakustischen Antriebswandlers hat. Die Sonotrodenlänge, also der Abstand des Antriebswandlers zu der Wärmequelle, kann somit derart gewählt sein, dass die Wärmeenergie nicht vollständig bis zu dem Antriebswandler weitergeleitet wird und gleichzeitig eine ausreichende Beschallung des Mediums in dem Rohrabschnittinnenraum gewährleistet werden kann.This has the advantage that the drive transducers have a distance of at least n · (λ / 2) to the pipe section interior. Preferably, n is greater than 1, more preferably n is greater than 2. The pipe section interior can be at least partially filled with a hot medium, for example with a liquid plastic, with a temperature of about 100 ° C, without this temperature having a strong impact on a Efficiency of the electro-acoustic drive converter has. The sonotrode length, ie the distance of the drive converter to the heat source, can thus be selected such that the thermal energy is not completely forwarded to the drive converter and at the same time a sufficient sonication of the medium in the pipe section interior can be ensured.

Der Abstand zwischen den elektroakustischen Antriebswandlern und der Rohrlängsachse beträgt ferner typischerweise mindestens das 3-fache, vorzugsweise mindestens das 4-fache, besonders bevorzugt mindestens das 4,5-fache von einem Durchmesser des Rohrabschnittinnenraums.The distance between the electroacoustic drive transducers and the tube longitudinal axis is further typically at least 3 times, preferably at least 4 times, more preferably at least 4.5 times, a diameter of the tube compartment interior.

Die Sonotrode kann zwischen dem rohrabschnittseitigen Ende und dem wandlerseitigen Ende eine längliche Ausdehnung entlang einer Sonotrodenlängsachse aufweisen, die mindestens dem 3-fachen, vorzugsweise mindestens dem 4-fachen, besonders bevorzugt mindestens dem 4,5-fachen von einem Durchmesser des Rohrabschnittinnenraums entspricht. Ferner kann die Sonotrode eine längliche Ausdehnung entlang der Sonotrodenlängsachse aufweisen, die zumindest dem 2-fachen, vorzugsweise zumindest dem 3-fachen ihrer maximalen lateralen Ausdehnung orthogonal zur Sonotrodenlängsachse entspricht.The sonotrode can have an elongated extension along a longitudinal axis of the sonotrode between the end of the tube section and the transducer end, which corresponds to at least 3 times, preferably at least 4 times, more preferably at least 4.5 times, a diameter of the tube section interior. Furthermore, the sonotrode can have an elongated extension along the longitudinal axis of the sonotrode which corresponds at least to twice, preferably at least three times, its maximum lateral extent orthogonal to the sonotrode longitudinal axis.

Der Mindestabstand von n·(λ/2) richtet sich nach der Schallwellenlänge der Sonotrode, die wiederum vom Material der Sonotrode, der Temperatur und der Betriebsfrequenz abhängt. Die Betriebsfrequenz ist niederfrequent und liegt vorzugsweise zwischen 20kHz und 100 kHz. Die Gesamtleistung der elektroakustischen Wandler beträgt vorzugsweise zwischen 100 und 10000 W. Der Antriebswandler ist typischerweise derart ausgebildet und eingerichtet, die Sonotrode bei einer entsprechenden Frequenz anzuregen. Vorzugsweise ist der Antriebswandler eingerichtet die Sonotrode bis zu einer Frequenz von 80 kHz, besonders bevorzugt bis zu 60 kHz anzuregen. Zusätzlich oder alternativ kann der Antriebswandler eingerichtet sein die Sonotrode vorzugsweise ab einer Frequenz von 25 kHz, vorzugsweise ab einer Frequenz von 30 kHz, besonders bevorzugt ab einer Frequenz von 35 kHz anzuregen. Die Sontrode ist typischerweise derart ausgebildet und mit den Antriebswandlern verbunden, dass die Antriebswandler und die Sonotrode die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. Typischerweise entspricht die Betriebsfrequenz zumindest im Wesentlichen der Resonanzfrequenz. Vorzugsweise ist die Sonotrode aus Feinkornstahl. Die Sonotrode kann aber auch aus anderen vorzugsweise metallischen Materialien wie zum Beispiel Edelstahl und einer Aluminium- oder Titanlegierung sein oder diese aufweisen.The minimum distance of n · (λ / 2) depends on the sound wave length of the sonotrode, which in turn depends on the material of the sonotrode, the temperature and the operating frequency. The operating frequency is low frequency and is preferably between 20 kHz and 100 kHz. The total power of the electro-acoustic transducers is preferably between 100 and 10000 W. The drive converter is typically designed and arranged to excite the sonotrode at a corresponding frequency. The drive converter is preferably set up to excite the sonotrode up to a frequency of 80 kHz, particularly preferably up to 60 kHz. Additionally or alternatively, the drive converter may be configured to excite the sonotrode preferably from a frequency of 25 kHz, preferably from a frequency of 30 kHz, particularly preferably from a frequency of 35 kHz. The sonde is typically designed and connected to the drive transducers such that the drive transducers and the sonotrode have the same resonant frequency. Typically, the operating frequency at least substantially corresponds to the resonant frequency. Preferably, the sonotrode is made of fine-grained steel. The sonotrode can also be made of other preferably metallic materials such as stainless steel and an aluminum or titanium alloy or have these.

In einer Ausführung können die Sonotroden einstückig mit einer Rohrwandung des Rohrabschnittes ausgebildet sein. Die Sonotroden können alternativ jeweils zumindest einen ersten Sonotrodenabschnitt aufweisen, der einstückig mit einer Rohrwandung des Rohrabschnittinnenraums ausgebildet ist und jeweils zumindest einen zweiten Sonotrodenabschnitt aufweisen, der mit dem ersten Abschnitt verbunden sein kann. Dabei ist der erste Sonotrodenabschnitt vorzugsweise mit dem zweiten Sonotrodenabschnitt verschraubt und/oder verschweißt. Eine innere, den Rohrabschnittinneraum mantelförmig einschließende Begrenzung der Rohrwandung ist dabei typischerweise durch die Rohrinnenwand definiert. Durch eine einstückige Ausführung der Sonotrode oder des Sonotrodenabschnitts mit der Rohrwandung kann erreicht werden, dass möglichst verlustfrei eine hohe Ultraschallleistung in den Rohrabschnittinnenraum - und damit in ein darin befindliches Medium - eingebracht werden kann. Eine einstückige Ausführung der Sonotroden oder der Sonotrodenabschnitte mit der Rohrabschnittswandung kann ferner den Vorteil haben, dass der Ultraschall gleichmäßig in den Rohrabschnittinnenraum eingebracht werden kann. So kann eine intensive Beschallung eines in dem Rohrabschnittinnenraum befindlichen Mediums gewährleistet werden.In one embodiment, the sonotrodes may be formed integrally with a pipe wall of the pipe section. The sonotrodes may alternatively each have at least one first sonotrode section, which is formed integrally with a pipe wall of the pipe section interior and each having at least one second sonotrode section, which may be connected to the first section. In this case, the first sonotrode section is preferably screwed and / or welded to the second sonotrode section. An inner boundary of the pipe wall enclosing the pipe compartment interior in a jacket-shaped manner is typically defined by the pipe inner wall. By a one-piece design of the sonotrode or Sonotrodenabschnitts with the pipe wall can be achieved that lossless as possible, a high ultrasonic power in the pipe section interior - and thus in a medium therein - can be introduced. A one-piece design of the sonotrodes or sonotrode sections with the pipe section wall can also have the advantage that the ultrasound can be introduced evenly into the pipe section interior. Thus, an intensive sonication of a located in the pipe section interior medium can be ensured.

Durch eine gegenüberliegende Anordnung der Ultraschallvorrichtungen bezüglich des Rohrumfangs kann erreicht werden, dass die ausgesendeten Ultraschallwellen auf die jeweils gegenüberliegende Ultraschallvorrichtung gerichtet ausgesendet werden können. Dadurch kann eine Beschallung des zwischen den Ultraschallvorrichtungen angeordneten Rohrabschnittinnenraums und des darin befindlichen Mediums intensiviert werden. Durch die gleichzeitige Aussendung von Ultraschallwellen kann derart eine Rohrdeformation erreicht werden, die den zwischen den Ultraschallvorrichtungen befindlichen Rohrabschnitt zusammendrücken und deformieren kann.By an opposite arrangement of the ultrasonic devices with respect to the circumference of the tube can be achieved that the emitted ultrasonic waves can be emitted directed to the respective opposite ultrasonic device. As a result, it is possible to intensify a sonication of the pipe section interior arranged between the ultrasonic devices and the medium located therein. By the simultaneous emission of ultrasonic waves such a pipe deformation can be achieved, which can compress and deform the pipe section located between the ultrasonic devices.

In einer Ausführung können die Ultraschallvorrichtungen zur Verstärkung dieses Effekts bezüglich des Rohrabschnitts diametral gegenüberliegend angeordnet sein. Die Sonotroden können jeweils eine Sonotrodenlängsachse definieren, die jeweils vorzugsweise orthogonal zur Rohrachse liegt. Die Sonotrodenlängsachse kann dabei jeweils beispielsweise durch den Flächenschwerpunkt der Querschnittsflächen der jeweiligen Sonotrode verlaufen. Die jeweilige Sonotrodenlängsachse kann auch in einem anderen Winkel als 90° zur Rohrlängsachse angeordnet sein. Insbesondere können die Sonotrodenlängsachsen der verschiedenen Ultraschallvorrichtungen auch in jeweils unterschiedlichen Winkeln zur Rohrlängsachse stehen. Vorzugsweise stimmen die Sonotrodenlängsachsen der zwei gegenüberliegenden Ulltraschallvorrichtungen überein. Vorteilhaft ist es, wenn die Sonotrodenlängsachsen derart angeordnet sind, dass die von den Sonotroden emittierten Ultraschallwellen zumindest im Wesentlichen aufeinander gerichtet abgegeben werden. So kann eine intensive Beschallung des Rohrinnenraums erreicht werden. In one embodiment, the ultrasonic devices may be arranged diametrically opposite to reinforce this effect with respect to the tube section. The sonotrodes can each define a sonotrode longitudinal axis, each of which is preferably orthogonal to the tube axis. The sonotrode longitudinal axis can in each case run, for example, through the centroid of the cross-sectional areas of the respective sonotrode. The respective sonotrode longitudinal axis can also be arranged at a different angle than 90 ° to the tube longitudinal axis. In particular, the sonotrode longitudinal axes of the various ultrasonic devices can also be in different angles to the tube longitudinal axis. Preferably, the sonotrode longitudinal axes of the two opposing Ulltraschallvorrichtungen coincide. It is advantageous if the sonotrode longitudinal axes are arranged in such a way that the ultrasonic waves emitted by the sonotrodes are emitted at least essentially directed towards one another. Thus, an intensive sonication of the pipe interior can be achieved.

Die Sonotroden können mehrere Abschnitte aufweisen, die miteinander fest oder lösbar verbunden sind. Für eine möglichst verlustarme Übertragung der Ultraschallwellen sind die einzelnen Sonotrodenabschnitte vorzugsweise einstückig ausgestaltet oder miteinander verschweißt. Alternativ oder zusätzlich zu einer Schweißverbindung können die Sonotrodenabschnitte jedoch auch miteinander verschraubt sein.The sonotrodes may have a plurality of sections which are fixedly or detachably connected to each other. For a possible low-loss transmission of the ultrasonic waves, the individual sonotrode sections are preferably configured in one piece or welded together. Alternatively or in addition to a welded joint, however, the sonotrode sections can also be screwed together.

Entlang der Sonotrodenlängsachse können die Sonotroden einen zumindest bereichsweise veränderlichen Querschnitt aufweisen, der sich zur Rohrlängsachse hin verjüngt. Durch eine abschnittsweise oder kontinuierliche Verjüngung des Querschnitts der Sonotrode, ausgehend von dem wandlerseitigen Ende der Sonotrode, also einer Wandlerankoppelfläche, in Richtung des rohrabschnittseitigen Endes, also in Richtung des Rohrabschnittinnenraums, kann so eine Verstärkung von Ultraschallschwingungsamplituden erreicht werden. Die Ultraschallamplitude, die in den Rohrabschnittinnenraum und damit in ein darin befindliches Medium eingebracht werden kann, kann durch derartige Transformationsabschnitte demnach erhöht werden. Die eingebrachte Ultraschallamplitude kann bis zu 100 um, vorzugsweise 200 µm, besonders bevorzugt bis zu 300 µm aufweisen.Along the sonotrode longitudinal axis, the sonotrodes may have an at least partially variable cross section, which tapers towards the tube longitudinal axis. By a partial or continuous narrowing of the cross section of the sonotrode, starting from the transducer end of the sonotrode, so a Wandlerankoppelfläche, in the direction of the pipe section end, ie in the direction of the pipe section interior, so a gain of ultrasonic vibration amplitudes can be achieved. The ultrasound amplitude, which can be introduced into the pipe section interior and thus into a medium located therein, can thus be increased by such transformation sections. The introduced ultrasound amplitude can have up to 100 μm, preferably 200 μm, particularly preferably up to 300 μm.

In einer Ausführungsform weisen die Sonotroden in einem Querschnitt eine rechteckige oder eine runde Form oder eine Kombination aus diesen Formen auf. In dem Querschnitt kann die Sonotrode eine mehreckige, eine elliptische und/oder eine kreisrunde Form aufweisen. Entlang der Sonotrodenlängsachse kann die Sonotrode unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen.In one embodiment, the horns in a cross section have a rectangular or a round shape or a combination of these shapes. In the cross section, the sonotrode can have a polygonal, elliptical and / or circular shape. Along the sonotrode longitudinal axis, the sonotrode can have different cross-sectional shapes.

Ein Querschnitt der Sonotrode verläuft typischerweise in einer Ebene senkrecht zur Sonotrodenlängsachse. Steht die Sonotrodenlängsachse in einem rechten Winkel zur Rohrlängsachse, so ist der Querschnitt im Wesentlichen parallel zur Rohrlängsachse definiert. Ferner ist der Querschnitt vorzugsweise parallel zu der Wandlerankoppelfläche am wandlerseitigen Ende der Sonotrode. Demgegenüber verläuft ein Längsschnitt der Sonotrode typischerweise entlang der Sonotrodenlängsachse und im Wesentlichen parallel zur Rohrlängsachse.A cross section of the sonotrode typically runs in a plane perpendicular to the sonotrode longitudinal axis. If the sonotrode longitudinal axis is at a right angle to the pipe longitudinal axis, then the cross section is defined substantially parallel to the pipe longitudinal axis. Further, the cross section is preferably parallel to the Wandlerankoppelfläche at the transducer end of the sonotrode. In contrast, a longitudinal section of the sonotrode typically runs along the sonotrode longitudinal axis and substantially parallel to the tube longitudinal axis.

Es sei angemerkt, dass sich bei Festkörpern eine wohldefinierte Wellenlänge λ typischerweise für Stabformen mit gleichbleibendem Querschnitt ergibt. Bei Stabformen mit veränderlicher Querschnittsfläche ergeben sich Wellenlängen λ'. Im Kontext dieser Anmeldung bezieht sich das Formelsymbol λ sowohl auf Wellenlängen gleichbleibender Querschnitte als auch auf Wellenlängen λ' veränderlicher Querschnitte.It should be noted that for solids, a well-defined wavelength λ typically results for rod shapes of constant cross-section. In rod shapes with variable cross-sectional area, wavelengths λ 'result. In the context of this application, the formula symbol λ refers both to wavelengths of constant cross sections and to wavelengths λ 'of variable cross sections.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind zumindest zwei weitere Ultraschallvorrichtungen bezüglich des Umfangs des Rohrabschnitts einander gegenüberliegend angeordnet. Besonders vorteilhaft umfasst die Vorrichtung genau zwei weitere, insgesamt also vier, Ultraschallvorrichtungen. Die vier Ultraschallvorrichtungen weisen üblicherweise eine gleiche Resonanzfrequenz auf und sind jeweils paarig antreibbar, sodass sie in Resonanz schwingen können. Die einzelnen Ultraschallvorrichtungen sind vorzugsweise gleichartig entsprechend obiger Beschreibung ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass jeweils nur sich gegenüberliegende Ultraschallvorrichtungen gleich ausgebildet sind. Sich gegenüberliegende Sonotroden eines weiteren Paares können davon verschieden gestaltet sein und beispielsweise längere oder kürzere Sonotroden und/oder Sonotrodenabschnitte umfassen oder andere Materialien aufweisen. Üblicherweise sind die Sonotroden paarweise, vorzugsweise sind alle Sonotroden gleichartig ausgebildet. Dabei sind beliebige Merkmalskombinationen der oben oder nachfolgend beschriebenen Merkmale denkbar. Auch können nur zwei, drei oder mehr als vier Ultraschallvorrichtungen vorgesehen sein.In an advantageous embodiment of the device, at least two further ultrasound devices are arranged opposite one another with respect to the circumference of the tube section. Particularly advantageously, the device comprises exactly two further, in total four, ultrasonic devices. The four ultrasonic devices usually have a same resonant frequency and are each driven in pairs, so that they can resonate. The individual ultrasound devices are preferably of the same design as described above. However, it can also be provided that in each case only opposing ultrasonic devices are designed the same. Opposing sonotrodes of another pair may be designed differently therefrom, for example comprising longer or shorter sonotrodes and / or sonotrode sections or having other materials. Usually, the sonotrodes are in pairs, preferably all sonotrodes are of similar design. Any feature combinations of the features described above or below are conceivable. Also, only two, three or more than four ultrasonic devices may be provided.

In einer Ausführungsform sind die Ultraschallvorrichtungen gleichmäßig über den Umfang des Rohrabschnittes verteilt. Insbesondere bei vier vorgesehenen Ultraschallvorrichtungen kann dies vorteilhaft sein, um eine intensivere Beschallung des in dem Rohrabschnittinnenraum befindlichen Mediums zu ermöglichen. Dafür kann es ferner vorteilhaft sein, dass die Ultraschallwandler mit derselben Ultraschallfrequenz, vorzugsweise paarweise, antreibbar sind. Dabei können insbesondere zwei gegenüberliegende Ultraschallvorrichtungen als Paar antreibbar sein. Die elektroakustischen Wandler können beispielsweise derart montiert sein, dass sie zum gleichen Zeitpunkt in gleicher oder entgegengesetzter Richtung schwingen. So kann insbesondere bei einer Anordnung von vier Ultraschallvorrichtungen erreicht werden, dass der Rohrabschnitt in einem ersten Zeitpunkt von zwei gegenüberliegenden Ultraschallwandlern gestaucht und gleichzeitig von zwei gegenüberliegenden Ultraschallwandlern mit Zugkräften beaufschlagt werden kann. In einem zweiten Zeitpunkt kann der Rohrabschnitt von den zwei im ersten Zeitpunkt stauchenden Ultraschallwandlern auseinandergezogen und gleichzeitig von den zwei im ersten Zeitpunkt ziehenden Ultraschallwandlern mit Druckkräften beaufschlagt werden. So kann ein intensiver Beschallungsraum entstehen und eine intensive Beschallung des in dem Rohrabschnitt befindlichen Mediums kann erreicht werden. Es sei angemerkt, dass die Stauchung bzw. Streckung des Rohrabschnittquerschnitts üblicherweise im Mikrometerbereich liegt.In one embodiment, the ultrasonic devices are evenly distributed over the circumference of the pipe section. In particular, in the case of four ultrasound devices provided, this can be advantageous in order to allow a more intensive sonication of the medium located in the tube section interior. For this purpose, it may also be advantageous for the ultrasonic transducers to be drivable at the same ultrasonic frequency, preferably in pairs. In this case, in particular two opposing ultrasonic devices can be driven as a pair. The electroacoustic transducers can For example, be mounted so that they swing in the same or opposite direction at the same time. Thus, in particular in the case of an arrangement of four ultrasonic devices, it can be achieved that the tube section can be compressed by two opposing ultrasonic transducers at a first point in time and tensile forces can simultaneously be applied by two opposing ultrasonic transducers. At a second point in time, the tube section can be pulled apart from the two ultrasound transducers that collapse at the first point in time and at the same time subjected to compressive forces by the two ultrasonic transducers pulling at the first point in time. This can result in an intensive sounding room and intensive sonication of the medium located in the pipe section can be achieved. It should be noted that the compression or elongation of the pipe section cross section is usually in the micrometer range.

In einer Ausführung weisen die elektroakustischen Antriebswandler Piezoelemente, vorzugsweise Piezokeramiken, auf. Vorzugsweise weisen dabei diejenigen Piezoelemente der jeweils gegenüberliegenden Ultraschallvorrichtungen eine gleiche Polaritätsanordnung auf. Entlang des Umfangs benachbarte Ultraschallvorrichtungen können eine unterschiedliche Polarisationsanordnung aufweisen. Die Polarisationsanordnung beschreibt typischerweise die Anordnung der Piezoelemente und deren Polarisation in einer Richtung. Eine gleiche Polarisation kann in diesem Zusammenhang insbesondere bedeuten, dass die Piezoelemente zweier gegenüberliegender Antriebswandler jeweils eine Polarisationsanordnung aufweisen, deren Polarisationsrichtung durch einen Vektor beschrieben ist, der auf der Sonotrodenlängsachse liegt und jeweils auf den Rohrabschnittsmittelpunkt zeigt. Der Abstand zwischen der Rohrinnenwandung und dem wandlerseitigen Ende der Sonotroden ist typischerweise zumindest zweimal, vorzugsweise zumindest dreimal länger als ein Durchmesser der Piezoelemente, bzw. der Piezokeramiken.In one embodiment, the electro-acoustic drive transducers have piezo elements, preferably piezoceramics. In this case, preferably, those piezo elements of the respectively opposite ultrasound devices have the same polarity arrangement. Peripheral ultrasound devices may have a different polarization arrangement. The polarization arrangement typically describes the arrangement of the piezoelectric elements and their polarization in one direction. A same polarization may in this context mean, in particular, that the piezo elements of two opposite drive transducers each have a polarization arrangement whose polarization direction is described by a vector which lies on the sonotrode longitudinal axis and points in each case to the tube section center. The distance between the tube inner wall and the transducer end of the sonotrodes is typically at least twice, preferably at least three times longer than a diameter of the piezoelectric elements, or the piezoceramics.

Durch eine gleiche Polarisationsanordnung der Piezokeramiken von je zwei gegenüberliegende Antriebswandlern kann erreicht werden, dass gegenüberliegende elektroakustischen Antriebswandler durch einen oder auch mehrere Ultraschallgeneratoren gleichphasig und die jeweils benachbarten gegenüberliegenden elektroakustischen Antriebswandler gegenphasig antreibbar sein können. So kann der Rohrabschnitt zum gleichen Zeitpunkt durch zwei Ultraschallvorrichtungen gestaucht und durch die anderen zwei Ultraschallwandler zum selben Zeitpunkt auseinandergezogen werden.By a same polarization arrangement of the piezoceramics of two opposite drive transducers can be achieved that opposite electro-acoustic drive converter by one or more ultrasonic generators in-phase and the respective adjacent opposite electro-acoustic drive converter can be driven in opposite phase. Thus, at the same time, the tube section can be compressed by two ultrasonic devices and pulled apart at the same time by the other two ultrasonic transducers.

Diese Steuerrung des/der Ultraschallgeneratoren kann beispielsweise durch eine Steuereinheit realisiert werden.This control of the / the ultrasonic generators can be realized for example by a control unit.

Der Rohrabschnitt kann in einer Ausführungsform eine Wandstärke von mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 10 mm, besonders bevorzugt mindestens 15 mm aufweisen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, damit der Rohrabschnitt hohen Drücken des durch den Rohrabschnitt fließenden Mediums von bis zu 20 bar, vorzugsweise bis zu 50 bar, besonders bevorzugt bis zu 100 bar standhalten kann. Ferner kann die Wandstärke zumindest an den Stellen, an denen keine Sonotroden angeordnet sind maximal 10 mm, vorzugsweise maximal 5 mm, besonders bevorzugt maximal 3,5 mm aufweisen. Dies kann insbesondere dazu dienen, eine akustische Abkopplung dieses Rohrabschnitts vom weiterführenden Rohrabschnitten oder angeschlossenen Flanschen zu erreichen.In one embodiment, the pipe section may have a wall thickness of at least 5 mm, preferably at least 10 mm, particularly preferably at least 15 mm. This is particularly advantageous so that the pipe section can withstand high pressures of the medium flowing through the pipe section of up to 20 bar, preferably up to 50 bar, particularly preferably up to 100 bar. Furthermore, the wall thickness can have a maximum of 10 mm, preferably a maximum of 5 mm, particularly preferably a maximum of 3.5 mm, at least at the locations where no sonotrodes are arranged. This can in particular serve to achieve an acoustic decoupling of this pipe section from the continuing pipe sections or connected flanges.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Ultraschallvorrichtung isolierende Abschnitte, beispielsweise eine Isolationsschicht, beispielsweise in Form einer Isolationsscheibe, umfassen. Die Isolationsschicht ist vorzugsweise im elektroakustischen Antriebswandler unmittelbar vor den Piezokeramiken oder zwischen der Sonotrode und dem elektroakustischen Antriebswandler angeordnet. Die Isolationsschicht kann vorteilhaft sein, um temperaturempfindliche Teile der elektroakustischen Antriebswandler, insbesondere die Piezokeramiken, vor heißen Temperaturen zu schützen, die bedingt durch ein über 100 °C heißes in dem Rohrabschnitt befindliches Medium vorherrschen können. Die Isolationsschicht kann beispielsweise als keramische Isolationsscheibe, insbesondere aus Aluminiumoxid (Al2O3) gebildet sein oder aus einem anderen hartkeramischen Material gefertigt sein. Die Antriebswandler weisen neben den Piezokeramiken üblicherweise hochwertige, gut schallleitende Festkörpermaterialien, wie z.B. Duraluminium, Titanlegierungen oder legierte Stähle oder Edelstähle auf.In a further advantageous embodiment, the ultrasonic device can comprise insulating sections, for example an insulating layer, for example in the form of an insulating pane. The insulating layer is preferably arranged in the electroacoustic drive converter immediately before the piezoceramics or between the sonotrode and the electroacoustic drive converter. The insulating layer may be advantageous for protecting temperature-sensitive parts of the electroacoustic drive converter, in particular the piezoceramics, from hot temperatures which may predominate due to a medium in excess of 100 ° C. located in the tube section. The insulating layer can be formed, for example, as a ceramic insulating pane, in particular made of aluminum oxide (Al 2 O 3), or made of another hard ceramic material. In addition to the piezoceramics, the drive converters usually have high-quality, well sound-conducting solid-state materials, such as, for example, Duralumin, titanium alloys or alloyed steels or stainless steels.

In einer weiteren Ausführung kann die Vorrichtung Kühlrippen aufweisen. Die Kühlrippen können beispielsweise an den Sonotroden oder an einer Außenseite der elektroakustischen Antriebswandler zum Kühlen der Piezokeramiken angeordnet sein. In dem Bereich in dem die Kühlrippen angeordnet sein können weist der elektroakustische Antriebswandler typischerweise den größten Durchmesser, bzw. die größte laterale Ausdehnung, auf. Der elektroakustische Antriebswandler weist typischerweise eine Resonanzlänge entlang der Sonotrodenlängsachse auf, die in etwa der Resonanzlänge der Sonotrode bei gleicher Frequenz entspricht, aber auch kürzer als die Sonotrodenlänge ausfallen kann.In a further embodiment, the device may have cooling ribs. The cooling ribs can be arranged, for example, on the sonotrodes or on an outer side of the electroacoustic drive converter for cooling the piezoceramics. In the region in which the cooling ribs can be arranged, the electroacoustic drive converter typically has the largest diameter, or the largest lateral extent, on. The electroacoustic drive converter typically has a resonance length along the sonotrode longitudinal axis, which corresponds approximately to the resonance length of the sonotrode at the same frequency, but may also be shorter than the sonotrode length.

Der Rohrabschnitt weist typischerweise einen Eingang und einen Ausgang für ein flüssiges oder pastöses Medium bzw. fließendes Fluid auf, wobei sowohl der Eingang als auch der Ausgang vorzugsweise in der Rohrachse angeordnet sind. The tube section typically has an inlet and an outlet for a liquid or pasty medium or flowing fluid, wherein both the inlet and the outlet are preferably arranged in the tube axis.

Zum Verbinden der Vorrichtung mit einem weiteren Rohr und/oder einem Werkzeug kann der Rohrabschnitt an einem einlassseitigen und/oder auslassseitigen Ende Flansche, vorzugsweise Ringflansche, umfassen. Die Flansche können einstückig mit dem Rohrabschnitt ausgebildet sein oder mit dem Rohrabschnitt verschweißt und/oder verschraubt sein. Über die Flansche kann die Vorrichtung mit einem Rohr und/oder einer Düse oder einem anderen Werkzeug verbindbar sein, beispielsweise mittels Schraubverbindungen.For connecting the device to another pipe and / or a tool, the pipe section can comprise flanges, preferably annular flanges, at an inlet-side and / or outlet-side end. The flanges may be integrally formed with the pipe section or welded to the pipe section and / or screwed. About the flanges, the device can be connected to a pipe and / or a nozzle or other tool, for example by means of screw.

Für einen Einsatz der Vorrichtung in Kunststoffspritzanlagen kann es vorteilhaft sein insbesondere Materialien, die Temperaturen von etwa 1200 °C standhalten können, als Sonotroden und/oder Rohrabschnittsmaterialien zu verwenden. Dadurch kann ein Ausglühen des Rohrabschnitts ermöglicht werden, bei dem nach einem Spinnprozess erkaltete Kunststoffreste wieder erhitzt und entfernt werden können.For use of the device in plastic spray systems, it may be advantageous, in particular, to use materials which can withstand temperatures of about 1200 ° C., as sonotrodes and / or pipe section materials. As a result, an annealing of the pipe section can be made possible in which after a spinning process cooled plastic residues can be reheated and removed.

Es sei angemerkt, dass die Begriffe „Ultraschallwandler“ und „elektroakustischer Antriebswandler“ in der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet werden können. Ferner wird unter einem „Rohr“, bzw. einem „Rohrabschnitt“, ein Körper verstanden, bei dem der größte Außendurchmesser typischerweise mindestens das 5-fache der größten Wandstärke beträgt. Hierbei wird in erster Linie von kreisrunden Querschnitten ausgegangen, Formabweichungen, beispielsweise eine elliptische Querschnittsform oder abweichende Formen einer inneren und äußeren Querschnittkontur sind ebenfalls denkbar.It should be noted that the terms "ultrasonic transducer" and "electroacoustic drive transducer" can be used synonymously in the present application. Further, a "pipe", or a "pipe section", a body understood in which the largest outer diameter is typically at least 5 times the largest wall thickness. This is primarily based on circular cross sections, shape deviations, for example, an elliptical cross-sectional shape or different shapes of an inner and outer cross-sectional contour are also conceivable.

Beispielhafte Ausführungen sind anhand der Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.Exemplary embodiments are illustrated with reference to the figures and are explained in more detail below.

Es zeigen

1 eine Vorrichtung mit vier Ultraschallvorrichtungen in einer perspektivischen Ansicht,
2 die Vorrichtung der 1 in einer Draufsicht,
3 die Vorrichtung der 1 und 2 in einer Schnittansicht,
4 einen vergrößerten Ausschnitt der 3,
5 eine Vorrichtung mit zwei Ultraschallvorrichtungen in einer Draufsicht und
6 die Vorrichtung der 5 in einer Schnittansicht.

Show it

1 a device with four ultrasonic devices in a perspective view,
2 the device of 1 in a plan view,
3 the device of 1 and 2 in a sectional view,
4 an enlarged section of the 3 .
5 a device with two ultrasonic devices in a plan view and
6 the device of 5 in a sectional view.

Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 1 zur Beaufschlagung eines Mediums in einem Rohrabschnittinnenraums mit Ultraschall. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Rohrabschnitt 2, der eine Rohrachse 2A definiert. Der Rohrabschnitt 2 weist einen Rohrabschnittinnenraum 21 auf, der durch eine mantelförmige Rohrinnenwand 22 definiert ist. Über den Umfang des Rohrabschnitts 2 sind vier Ultraschallvorrichtungen 3 gleichmäßig verteilt, sodass sich jeweils zwei der Ultraschallvorrichtungen 3 diametral gegenüberliegen. Die Ultraschallvorrichtungen 3 weisen jeweils eine Sonotrode 31 und einen elektroakustischen Antriebswandler 32 auf. Die Sonotroden 31 sind jeweils an einem wandlerseitigen Ende 311 mit dem elektroakustischer Antriebswandler 32 verbunden. Ferner haben die Sonotroden 31 die gleiche Resonanzfrequenz wie die Antriebswandler 32. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die elektroakustischen Antriebswandler 32 mit dem wandlerseitigen Ende 311 der Sonotroden 31 verschraubt. An einem rohrabschnittseitigen Ende 312 grenzen die Sonotroden 31 an den Rohrabschnittinneraum 21 an. Dabei bilden die Sonotroden 31 zumindest bereichsweise die Rohrinnenwand 22. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Rohrabschnitt 2 und die Sonotroden 31 einstückig ausgeführt. Entlang einer Sonotrodenlängsachse 31A beträgt der Abstand zwischen der Rohrinnenwand 22 und dem wandlerseitigen Ende der Sonotrode n·(λ/2). Die Sonotrode ist bei dem gezeigten Beispiel aus Feinkornstahl. Ferner ist dabei n gleich 1 und die Wellenlänge λ der Sonotrode beträgt 0,26 m, bei einer Temperatur von etwa 20 °C und einer Ultraschallfrequenz von 25 kHz. Der Abstand n·(λ/2) ergibt sich somit zu n·(λ/2)= 0,13 m. Die Sonotroden 31 sind im Wesentlichen kastenförmig und haben im Ausführungsbeispiel der 1 einen quadratischen bzw. rechteckigen Querschnitt. Entlang der Sonotrodenlängsachse 31A verjüngen sich die Querschnitte der Sonotroden 31 kontinuierlich in Richtung des rohrabschnittseitigen Endes 312. Durch diese Querschnittsverjüngung wird eine Amplitudentransformation erzielt, d. h. die wirksame Ultraschallamplitude, die in den Rohrinnenraum 21 und in ein darin befindliches Medium einwirkt, wird erhöht.The 1 shows a perspective view of a device 1 for applying a medium in a pipe section interior with ultrasound. The device 1 includes a pipe section 2 , the one pipe axis 2A Are defined. The pipe section 2 has a pipe section interior 21 on, by a jacket-shaped pipe inner wall 22 is defined. About the circumference of the pipe section 2 are four ultrasound devices 3 evenly distributed so that in each case two of the ultrasonic devices 3 diametrically opposed. The ultrasound devices 3 each have a sonotrode 31 and an electro-acoustic drive converter 32 on. The sonotrodes 31 are each at a transformer end 311 with the electro-acoustic drive converter 32 connected. Furthermore, the sonotrodes 31 the same resonant frequency as the drive converter 32 , In the illustrated embodiment, the electro-acoustic drive converter 32 with the converter end 311 the sonotrodes 31 screwed. At a pipe section end 312 border the sonotrodes 31 to the pipe section interior 21 on. This form the sonotrodes 31 at least partially, the pipe inner wall 22 , In the embodiment shown, the pipe section 2 and the sonotrodes 31 made in one piece. Along a sonotrode longitudinal axis 31A is the distance between the pipe inner wall 22 and the transducer end of the sonotrode n · (λ / 2). The sonotrode is in the example shown from fine-grained steel. Further, n is equal to 1 and the wavelength λ of the sonotrode is 0.26 m, at a temperature of about 20 ° C and an ultrasonic frequency of 25 kHz. The distance n · (λ / 2) thus results in n · (λ / 2) = 0.13 m. The sonotrodes 31 are substantially box-shaped and have in the embodiment of 1 a square or rectangular cross section. Along the sonotrode longitudinal axis 31A the cross sections of the sonotrodes are tapered 31 continuously in the direction of the pipe section end 312 , By this cross-sectional taper amplitude transformation is achieved, ie the effective ultrasonic amplitude, in the tube interior 21 and acting in a medium therein, is increased.

Die Ultraschallvorrichtungen 3 werden vorzugsweise mit derselben Ultraschallfrequenz von einem Ultraschallgenerator angetrieben. Dabei werden paarweise je zwei gegenüberliegende Ultraschallvorrichtungen 3 gleichphasig angetrieben. Die Ultraschallvorrichtungs-Paare wiederum werden gegenüber dem um 180° versetzten Ultraschallvorrichtungspaar gegenphasig betrieben. In der 1 werden demnach die Ultraschallvorrichtung 3' und 3" gleichphasig und die Ultraschallvorrichtung 3"' und 3'^v gleichphasig betrieben. Das Paar bestehend aus Ultraschallvorrichtungen 3' und 3" wird jedoch gegenphasig zum Paar bestehend aus Ultraschallvorrichtungen 3"' und 3'^v betrieben. So kann der Rohrabschnitt durch eine Ultraschallbeaufschlagung zu einem ersten Zeitpunkt beispielsweise von den Ultraschallvorrichtungen 3"' und 3'^v zusammengedrückt werden und gleichzeitig von den Ultraschallvorrichtungen 3' und 3" auseinandergezogen werden, sodass eine Verformung des Rohrabschnitts 2 stattfindet. In einem Querschnitt ist der Rohrabschnitt 2 beispielsweise im unbelasteten Zustand kreisrund. Bei einer Beaufschlagung mit Ultraschall verformt sich der Rohrabschnitt derart, dass er im Querschnitt eine Ellipsenform aufweist. Die Verformung der Rohrwandung bewegt sich dabei typischerweise im Mikrometerbereich und beträgt zum Beispiel zwischen 0,1 µm und 10 µm. Eine Wandstärke des Rohrabschnitts 2, insbesondere im Bereich oberhalb und unterhalb der Sonotroden 31, beträgt im vorliegenden Beispiel 3,5 mm, sodass die Vorrichtung 1 geeignet ist, Medien zu beschallen, die Drücke bis zu 50 bar aufweisen. Die Wandstärke kann jedoch auch höher oder niedriger, in Abhängigkeit des Anwendungsfalls gewählt werden. Insbesondere kann eine stärkere Wandung den Vorteil haben, höheren Drücken standhalten zu können. Wird die Vorrichtung für niedrigere Drücke ausgelegt, kann durch eine geringere Wandstärke Material eingespart werden.The ultrasound devices 3 are preferably driven at the same ultrasonic frequency by an ultrasonic generator. In each case two opposite ultrasonic devices are in pairs 3 driven in phase. The ultrasound device pairs in turn are operated in anti-phase with respect to the 180 ° offset ultrasonic device pair. In the 1 become the ultrasound device 3 ' and 3 ' in phase and the ultrasonic device 3 '' and 3 ' ^v operated in phase. The pair consisting of ultrasound devices 3 ' and 3 ' however, becomes out of phase with the pair of ultrasound devices 3 '' and 3 ' ^v operated. Thus, the pipe section may be subject to ultrasonication at a first time, for example from the ultrasonic devices 3 '' and 3 ' ^v compressed and at the same time by the ultrasonic devices 3 ' and 3 ' be pulled apart, so that a deformation of the pipe section 2 takes place. In a cross section is the pipe section 2 for example, in the unloaded state circular. When subjected to ultrasound, the pipe section deforms in such a way that it has an elliptical shape in cross-section. The deformation of the tube wall typically moves in the micrometer range and is for example between 0.1 .mu.m and 10 .mu.m. A wall thickness of the pipe section 2 , in particular in the area above and below the sonotrodes 31 , in the present example is 3.5 mm, so that the device 1 is suitable for sonicating media having pressures up to 50 bar. However, the wall thickness can also be selected higher or lower, depending on the application. In particular, a thicker wall can have the advantage of being able to withstand higher pressures. If the device is designed for lower pressures, material can be saved by reducing the wall thickness.

Die elektroakustischen Wandler 32 umfassen einen ersten Abschnitt 321, der mit dem wandlerseitigen Sonotrodenende 311 verbunden ist. Der erste Abschnitt kann beispielsweise aus demselben Material wie die Sonotrode gefertigt sein. Ferner weist der elektroakustische Antriebswandler vorzugsweise Piezokeramiken 322 auf. Diese können beispielsweise als piezokeramische Lochscheiben ausgebildet sein. Die piezokeramischen Lochscheiben sind vorzugsweise so angeordnet, dass gegenüberliegende Antriebswandler, im gezeigten Beispiel also die Antriebswandler der Ultraschallvorrichtungen 3' und 3", bzw. der Ultraschallvorrichtungen 3"' und 3'^v bei gemeinsamer elektrischer Anregungsspannung zum gleichen Schwingungszeitpunkt die gleiche Auslenkung ausführen - also gegeneinander arbeiten - indem beide entweder eine Druckkraft auf den Rohrabschnitt 2 oder beide eine Zugkraft auf den Rohrabschnitt 2 ausüben. Dafür weisen die Piezoelemente in den elektroakustischen Antriebswandlern 32 der Ultraschallvorrichtungen 3' und 3", bzw. der Ultraschallvorrichtungen 3"' und 3'^v , jeweils die gleiche Polaritätsanordnung auf. Die den elektroakustischen Antriebswandlern 32 der Ultraschallvorrichtungen 3' und 3" haben beispielsweise eine positive Polaritätsanordnung während elektroakustische Antriebswandler 32 der Ultraschallvorrichtungen 3"' und 3'^v eine negative Polaritätsanordnung aufweisen.The electroacoustic transducer 32 include a first section 321 , with the transducer-side sonotrode end 311 connected is. The first section may for example be made of the same material as the sonotrode. Furthermore, the electroacoustic drive converter preferably has piezoceramics 322 on. These may be formed, for example, as piezoceramic perforated discs. The piezoceramic perforated disks are preferably arranged in such a way that opposite drive transducers, ie in the example shown, the drive transducers of the ultrasonic devices 3 ' and 3 ' , or the ultrasonic devices 3 '' and 3 ' ^v at the same electrical excitation voltage at the same time of vibration perform the same deflection - ie against each other - by both either a compressive force on the pipe section 2 or both a tensile force on the pipe section 2 exercise. For the piezoelectric elements have in the electro-acoustic drive transducers 32 the ultrasonic devices 3 ' and 3 ' , or the ultrasonic devices 3 '' and 3 ' ^v , in each case the same polarity arrangement. The electroacoustic drive converters 32 the ultrasonic devices 3 ' and 3 ' For example, have a positive polarity arrangement during electroacoustic drive converter 32 the ultrasonic devices 3 '' and 3 ' ^v have a negative polarity arrangement.

Die elektroakustischen Antriebswandler 32 weisen ferner einen dritten Abschnitt 323 auf, der an den Piezoelementen angeordnet ist. Mittels einer Schraubverbindung ist der dritte Abschnitt 323 mit den Piezoelementen, mit dem ersten Abschnitt 321 und mit der Sonotrode 31 resonant verbunden. Im Bereich des ersten Abschnitts 321 des elektroakustischen Antriebswandlers weist dieser zumindest bereichsweise Kühlrippen auf, die ringförmig bereichsweise an einer äußeren Mantelfläche des ersten Abschnitts 321 angeordnet sind. Ferner ist zwischen den Piezoelementen 322 und dem ersten Abschnitt 321 eine Isolationsscheibe aus Aluminiumoxid (in 1 nicht eingezeichnet) angeordnet. Die Isolationsscheibe sowie auch die Kühlrippen schützen die Piezoelemente 322 vor Wärmeeinwirkungen, die von einem heißen Medium, das durch den Rohrabschnittinnenraum 21 fließt, ausgehen kann. Die Sonotrode 31 der gezeigten Vorrichtung 1 hat eine Länge von 120 mm. Der elektroakustische Wandler hat eine Länge von 110 mm. Die Sonotrode hat eine laterale Ausdehnung senkrecht zur Sonotrodenlängsachse von maximal 50 mm.The electroacoustic drive converter 32 also have a third section 323 on, which is arranged on the piezo elements. By means of a screw connection is the third section 323 with the piezo elements, with the first section 321 and with the sonotrode 31 resonantly connected. In the area of the first section 321 of the electro-acoustic drive converter has this at least partially cooling fins, the annular regions in some cases on an outer circumferential surface of the first portion 321 are arranged. Furthermore, between the piezo elements 322 and the first section 321 an insulating disk of alumina (in 1 not shown). The insulating disk as well as the cooling ribs protect the piezo elements 322 from the effects of heat from a hot medium passing through the pipe section interior 21 flows, can go out. The sonotrode 31 the device shown 1 has a length of 120 mm. The electroacoustic transducer has a length of 110 mm. The sonotrode has a lateral extent perpendicular to the sonotrode longitudinal axis of a maximum of 50 mm.

Die gezeigte Vorrichtung 1 eignet sich insbesondere zur Beschallung eines heißen, flüssigen oder pastösen Mediums mit Ultraschall. Dazu wird das heiße Medium, beispielsweise einen oder mehrere flüssige Kunststoffe und gegebenenfalls Mischstoffe umfassend, insbesondere aber Kunststoffe in Form von Polymeren umfassend, durch den Rohrabschnittinnenraum 21 des Rohrabschnitts 2 geleitet. Das in dem Rohrabschnittinnenraum 21 befindliche Medium kann dort wie oben beschrieben mit Ultraschall beaufschlagt werden. Eine derartige Beaufschlagung mit Ultraschall führt zu einer durchmischenden Mikrobewegung im Medium und kann dort zusätzlich Kavitationseffekte in Form von Mikrobläschen und Jetbildung auslösen. Dies trägt zu einer vergleichsweise sehr homogenen Vermischung der verschiedenen Bestandteile im Medium bei. Insbesondere vor einer Spinndüse kann dies besonders vorteilhaft sein, um einen homogenen Kunststofffaden zu generieren.The device shown 1 is particularly suitable for sonicating a hot, liquid or pasty medium with ultrasound. For this purpose, the hot medium, for example, comprising one or more liquid plastics and optionally mixed materials, but in particular comprising plastics in the form of polymers, through the pipe section interior 21 of the pipe section 2 directed. The in the pipe section interior 21 located medium can be applied there as described above with ultrasound. Such an application of ultrasound leads to a mixing micromotion in the medium and can additionally trigger cavitation effects in the form of microbubbles and jet formation. This contributes to a comparatively very homogeneous mixing of the various constituents in the medium. In particular, in front of a spinneret this can be particularly advantageous to generate a homogeneous plastic thread.

Für derartige oder ähnliche Anwendungen der Vorrichtung 1 kann es vorteilhaft sein, einfache Anschlussvorrichtungen vorzusehen, die es ermöglichen, die Vorrichtung 1 mit anderen Bauteilen wir Rohren oder Düsen zu verbinden. Dafür kann die Vorrichtung, wie beispielsweise in 1 gezeigt, an einem Rohrabschnittinnenraum-Eingang 211 und/oder an einem Rohrabschnittinnenraum-Ausgang 212 jeweils einen Anschlussflansch 23 aufweisen. Die Anschlussflansche weisen jeweils Durchgangsbohrungen 231 auf, von denen exemplarisch eine mit dem Bezugszeichen 231 versehen ist und die zum Verschrauben mit Anschlussbauteilen dienen. Die Anschlussflansche der 1 sind als Ringflansche ausgebildet. Natürlich können auch andere Flanschformen oder auch andere Rohr-Verbindungstechniken, zum Beispiel gesicherte Klemm- oder Steckverbindungen, vorgesehen sein.For such or similar applications of the device 1 It may be advantageous to provide simple connection devices that allow the device 1 with other components we connect pipes or nozzles. For this, the device, such as in 1 shown at a pipe section interior entrance 211 and / or at a pipe section interior exit 212 one connection flange each 23 respectively. The connection flanges each have through holes 231 on, one of which by way of example with the reference numeral 231 is provided and serve to screw with connection components. The connecting flanges of the 1 are designed as annular flanges. Of course, others can Flange molds or other pipe connection techniques, for example, secure terminal or plug connections may be provided.

Es sei zudem angemerkt, dass die Bezugszeichen die Ultraschallvorrichtungen 3 und deren Unterbauteile betreffend nur exemplarisch an der Ultraschallvorrichtung 3'^v gekennzeichnet wurden aber auch für die Ultraschallvorrichtungen 3', 3" und 3"' gelten.It should also be noted that the reference numerals are the ultrasonic devices 3 and their subcomponents concerning only exemplary of the ultrasonic device 3 ' ^v but were also marked for the ultrasound devices 3 ' . 3 ' and 3 '' be valid.

Wiederkehrende Merkmale sind in den folgenden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Recurring features are given the same reference numerals in the following figures.

In 2 ist die Vorrichtung 1 der 1 in einer Draufsicht dargestellt. In der Draufsicht ist die Verjüngung des Querschnitts der Sonotroden 31 entlang der Sonotrodenlängsachse 21A vom wandlerseitigen Sonotrodenende 311 zum rohrabschnittseitigen Sonotrodenende 312 gut ersichtlich. Ferner ist zu erkennen, dass die Ultraschallvorrichtungen 3 in ihren Dimensionen gleich ausgebildet sind und symmetrisch um den Rohrabschnitt 2 angeordnet sind.In 2 is the device 1 the 1 shown in a plan view. In plan view, the taper of the cross section of the sonotrodes 31 along the sonotrode longitudinal axis 21A from the transformer side sonotrode end 311 to the tube section side sonotrode end 312 clearly visible. It can also be seen that the ultrasonic devices 3 are the same in their dimensions and symmetrical about the pipe section 2 are arranged.

In 3 ist ein Schnitt AA durch die Vorrichtung 1 dargestellt. In 2 ist der Schnitt entlang der Sonotrodenlängsachse 31A und die Ansichtsrichtung durch die Pfeile A kenntlich gemacht. Wie bereits bezüglich 1 beschrieben, sind die Sonotroden 31 einstückig mit dem Rohrabschnitt 2 ausgebildet, wie aus der Schnittansicht der 3 noch einmal deutlich wird. Die Flansche 23 hingegen sind nicht einstückig mit dem Rohrabschnitt 2 ausgebildet sondern an diesen angeschweißt. In einer anderen Ausführungsform ist selbstverständlich auch eine einstückige Ausführung des Rohrabschnitts 2 mit den Flanschen 23 denkbar. Des Weiteren ist in der 3 die Verbindung der jeweiligen elektroakustischen Antriebswandler 32 mit der jeweiligen Sonotrode mittels einer Schraubverbindung dargestellt. Dabei weist der elektroakustische Antriebswandler 32 eine entlang der Sonotrodenlängsachse verlaufende Durchgangsbohrung auf, durch die eine Schraube 325 gesteckt oder eingeschraubt ist. Die Sonotroden 31 weisen eine Sackbohrung auf, die ebenfalls auf der Sonotrodenlängsachse 31A liegt und zu der Bohrung der elektroakustischen Antriebswandler 32 in Flucht liegt, sodass der Antriebswandler mittels eines Gewindestiftes 326 mit der Sonotrode verbunden werden kann. Dafür weisen die Sackbohrung sowie auch die Durchgangsbohrung zumindest bereichsweise ein Innengewinde auf.In 3 is a cut AA through the device 1 shown. In 2 is the section along the sonotrode longitudinal axis 31A and the viewing direction by the arrows A indicated. As already regards 1 described are the sonotrodes 31 integral with the pipe section 2 formed as shown in the sectional view of the 3 once again becomes clear. The flanges 23 however, are not integral with the pipe section 2 trained but welded to this. In another embodiment, of course, a one-piece design of the pipe section 2 with the flanges 23 conceivable. Furthermore, in the 3 the connection of the respective electro-acoustic drive converter 32 represented with the respective sonotrode by means of a screw connection. In this case, the electro-acoustic drive converter 32 a through hole extending along the longitudinal axis of the sonotrode, through which a screw 325 plugged or screwed. The sonotrodes 31 have a blind hole, which also on the sonotrode longitudinal axis 31A lies and to the bore of the electro-acoustic drive converter 32 is in flight, so that the drive converter by means of a threaded pin 326 can be connected to the sonotrode. For this purpose, the blind bore as well as the through bore at least partially an internal thread.

Der Rohrabschnittsinnenraum hat im gezeigten Beispiel einen Durchmesser von 15 mm. Je nach Anwendungsfall der Vorrichtung 1 kann der Durchmesser 2D größer oder kleiner sein, vorzugsweise jedoch mindestens 5 mm und/oder maximal 20 mm.The pipe section interior in the example shown has a diameter of 15 mm. Depending on the application of the device 1 can the diameter 2D be larger or smaller, but preferably at least 5 mm and / or 20 mm maximum.

In 4 ist der Ausschnitt B der 3 in einer vergrößerten Ansicht dargestellt. Dabei ist ersichtlich, dass die Kühlrippen 324 mit dem ersten Abschnitt 321 des elektroakustischen Antriebswandlers 32 einstückig ausgebildet sind. Ferner ist zu erkennen, dass der elektroakustischen Antriebswandlers 32 vier Piezoelemente 322 in Form von Lochscheiben aufweist.In 4 is the section B of the 3 shown in an enlarged view. It can be seen that the cooling fins 324 with the first section 321 of the electroacoustic drive converter 32 are integrally formed. It can also be seen that the electroacoustic drive converter 32 four piezo elements 322 in the form of perforated discs.

Die 5 zeigt eine Vorrichtung 1' mit zwei Ultraschallvorrichtungen 3. Die Vorrichtung 1' der 5 entspricht dabei im Wesentlichen der Vorrichtung 1 der vorherigen Figuren, wobei im Gegensatz zu der Vorrichtung 1 der vorherigen Figuren nur zwei Ultraschallvorrichtungen 3' und 3" vorgesehen sind. Der jeweilige Aufbau der Ultraschallvorrichtung 3' bzw. 3" entspricht dem Aufbau der Ultraschallvorrichtungen der 1 bis 4. Dies ist auch in einem Querschnitt BB der Vorrichtung 1', der in 6 dargestellt ist, ersichtlich.The 5 shows a device 1' with two ultrasonic devices 3 , The device 1' the 5 corresponds essentially to the device 1 the previous figures, in contrast to the device 1 the previous figures only two ultrasonic devices 3 ' and 3 ' are provided. The respective structure of the ultrasonic device 3 ' or. 3 ' corresponds to the structure of the ultrasonic devices of 1 to 4 , This is also in a cross section BB of the device 1' who in 6 is shown, can be seen.

Die Maße der vorgeschlagenen Vorrichtung richten sich nach dem konkreten Einsatzfall und können in Größe und Länge und auch von den dargestellten rechteckigen oder runden Formen abweichen. Die Sonotroden können zum Beispiel in einem Querschnitt auch quadratisch oder ellipsenförmig sein.The dimensions of the proposed device depend on the specific application and may differ in size and length and also from the illustrated rectangular or round shapes. The sonotrodes can also be square or elliptical in cross section, for example.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtung zur Beaufschlagung eines Mediums in einem Rohrabschnittinnenraums mit UltraschallDevice for applying a medium in a pipe section interior with ultrasound
22: Rohrabschnittpipe section
2A2A: Rohrachsepipe axis
2D2D: Durchmesserdiameter
2121: RohrabschnittinnenraumPipe section interior
211211: Rohrabschnittinnenraum-EingangPipe section interior input
212212: Rohrabschnittinnenraum-AusgangPipe section interior output
2222: RohrinnenwandInner tube wall
2323: Anschlussflanschflange
231231: DurchgangsbohrungThrough Hole
3, 3', 3", 3"', 3'^v 3, 3 ', 3 ", 3"', 3 ' ^v: Ultraschallvorrichtungultrasound device
3131: Sonotrodesonotrode
31A31A: Sonotrodenlängsachsesonotrode
311311: wandlerseitiges EndeTransformer end
312 312: rohrabschnittseitiges Endepipe section end
3232: elektroakustischer Antriebswandlerelectroacoustic drive converter
321321: erster Abschnittfirst section
322322: Piezoelementepiezo elements
323323: dritter Abschnittthird section
324324: Kühlrippencooling fins
325325: Schraubescrew
326326: GewindestiftSet screw

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2065681 [0004]
CH 695725 [0005]
EP 22223742 B1 [0006]

Claims

Device, preferably for applying at least 100 ° C hot and / or acted upon by a pressure of 10 bar medium in a pipe section interior with ultrasound, comprising a pipe axis defining a pipe section with a pipe section interior and at least two with respect to the circumference of the pipe section each other Ultrasonic devices arranged opposite one another, each comprising an electro-acoustic drive converter and a sonotrode each, wherein the respective sonotrode is connected at a transducer end with the respective electroacoustic drive transducer for receiving ultrasound and at least partially forms a tube inner wall of the tube section for emitting ultrasound with a pipe section end or at least partially connected to the pipe section end with a pipe inner wall of the pipe section, characterized in that the sonotrode between the pipe section side end and the transducer end has an elongated extent along a sonotrode longitudinal axis of at least n · (λ / 2), where λ is the sonic wavelength of the sonotrode and n is a natural number greater than zero.

Device according to Claim 1 , characterized in that the sonotrode is integrally formed with a pipe wall or at least has a first sonotrode portion which is integrally formed with a pipe wall of the pipe section interior and at least a second sonotrode section having connected to the first portion, preferably screwed or welded, is.

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the ultrasonic devices are arranged diametrically opposite one another with respect to the tube section.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sonotrodes along a sonotrode longitudinal axis at least partially have a variable cross section, which tapers in the direction of the tube axis.

Device according to one of the preceding claims, characterized by at least two further with respect to the circumference of the pipe section opposite each other arranged ultrasonic devices.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic devices are distributed uniformly over the circumference of the pipe section.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic devices with the same or with a different ultrasonic frequency, preferably in pairs, are drivable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe section has a wall thickness of at least 15 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electro-acoustic drive converter piezo elements, preferably piezoceramics having.

Device according to Claim 9 , characterized in that the piezoelectric elements of the respectively opposite ultrasonic devices have a same polarity arrangement.

Device according to Claim 9 or 10 , characterized in that adjacent to the periphery adjacent ultrasonic devices have a different polarization arrangement.

Device according to one of the Claims 9 to 11 , characterized in that the ultrasonic device comprises an insulating layer, which is preferably arranged in the electro-acoustic drive converter immediately before the piezo elements or between the sonotrode and the electro-acoustic drive converter.

Device according to one of the Claims 9 to 12 , characterized in that the electro-acoustic drive converter has cooling ribs for cooling the piezoceramics on an outer side.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe section comprises at an inlet-side and / or outlet-side end flanges, preferably annular flanges, for flanging the pipe section to a pipe and / or a nozzle.

Device according to Claim 14 , characterized in that the flanges are formed integrally with the pipe section or welded to the pipe section and / or screwed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sonotrodes have a rectangular or a round shape or a combination of these shapes in a cross section orthogonal to the sonotrode longitudinal axis.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sonotrode between the tube section end and the converter end has an elongated extent along a Sonotrodenlängsachse which is at least 3 times, preferably at least 4 times, more preferably at least 4.5 times a diameter of the pipe section interior.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sonotrode has an elongated extension along a sonotrode longitudinal axis corresponding to at least twice, preferably at least 3 times its maximum lateral extent orthogonal to the sonotrode longitudinal axis.