DE2049761A1 - Ultraschallgeber - Google Patents
UltraschallgeberInfo
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Classifications
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- 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
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- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
- B06B1/0618—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile of piezo- and non-piezoelectric elements, e.g. 'Tonpilz'
-
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallgeber mit mindestens einem piezoelektrischen Kristall, der zwischen zwei Stützkörpern
liegt, die durch einen zentralen Bolzen gegen den Kristall gedrückt werden.
Ultraschallgeber werden seit Jahren in der Industrie vielfach angewendet, z.B. zum Schweißen plastischer Materialien.
Da die Kristalle im Dauerbetrieb sehr heiß werden, muß der Ultraschallgeber gekühlt werden. Aus der US-Patentschrift
3 328 610 ist es bereits bekannt, den Ültraschallgeber durch einen Luftstrom an seiner Außenfläche zu kühlen.
Diese Kühlung arbeitet jedoch nicht immer befriedigend, da die wärme, im Inneren der Kristalle entsteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ultraschallgeber zu schaffen, der wesentlich besser gekühlt werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung bei Ultraschallgebern
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der zentrale Bolzen in Längsrichtung einen Durchlaß aufweist, der mit
Kanälen kommuniziert, die sich zwischen den Stützkörpern einerseits und dem Kristall andererseits von dem zentralen
Bolzen quer durch den Ultraschallgeber nach außen erstrecken. Diese Ausbildung ermöglicht es, ein Kühlmittel durch das ■
innere des Ultraschallgebers hindurch und über die Stirnflächen des Kristalls oder der Kristallen nach außen strömen
zu lassen, wodurch eine intensive Kühlung mit geringem Aufwand erzielt werden kann.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels und in Verbindung
mit der Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 oder der Linie 31 - 31 der Fig. 1 und
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 1.
Der in der Zeichnung dargestellte Ultraschallgeber T besitzt einen hinteren Stützkörper 11, einen vorderen Stützkörper
13 und zwei piezoelektrische Kristalle 23 und 25, die schichtartig zwischen den beiden Stützkörpern angeordnet sind und
an der Stirnfläche 15 des hinteren Stützkörpers 11 sowie an der Stirnfläche 17 des vorderen Stützkörpers anliegen.
Das vordere Ende eines zentralen Bolzens 19, der sich durch eine zentrale Bohrung in dem hinteren Stützkörper und in den Kristallen
erstreckt, ist in eine Sackbohrung 21 im vorderen Stützkörper 13 eingeschraubt. Der Kopf des Bolzens 19 drückt
auf die äußere Stirnseite des hinteren Stützkörpers 11, um die Elemente fest zusammenzuhalten.
Der ringscheibenförmige, am hinteren Stützkörper anliegende piezoelektrische Kristall 23 ist von denn anderen ebenfalls
scheibenförmigen piezoelektrischen Kristall_25 durch einen metallischen, ringscheibenförmigen Abstandhalter 27
getrennt, dessen beide Stirn-
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flächen mit den Stirnflächen der Kristalle in innigem Kontakt stehen. Alle drei Scheiben sind mit Abstand vom
Bolzen 19 angeordnet, so daß kein elektrischer Kontakt mit diesem besteht.
Die Isolierung gegenüber dem Bolzen , dessen Durchmesser
kleiner ist als der Durchmesser der zentralen Bohrung, kann auch durch einen zylindrischen Isolator erfolgen, der
so lose in der zwischen dem Bolzen und der Wandung der zentralen Bohrung gebildeten Ringkammer 33 eingesetzt ist,
daß er einen Luftstrom durch diese zuläßt. Die Kristalle 23 und 25 können aus einem beliebigen piezoelektrischen
Kristallmaterial bestehen; der bekannte PZT-Kristall (Blei, Zirkonate, Titanate) wird jedoch bevorzugt.
Zur Kühlung des Ultraschallgebers ist der Bolzen 19 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 29 ausgebildet, deren hinteres
Ende mit einer Luftzufuhrleitung 31 verbunden ist und deren vorderes Ende sich gegen den Grund der Sackbohrung 2I- hin
öffnet und im Abstand von diesem liegt. An der Außenseite des Bolzen 19 ist von dessen vorderen Ende bis etwa zur
Mitte hin eine Längsnut 31 vorgesehen, so daß ein Strömungsmittel von der Bohrung 29 in die Sackbohrung 21, und von
dort durch die Längsnut 31 in die Ringkammer 33 gelangen kann, die den Bolzen 19 umgibt und durch die Kristalle
begrenzt wird.
Die Flächen der Stützkörper 11 und 13/fees Abstandshalters
27, die mit den Kristallen 23 und 25 in Berührung stehen, weisen eine Reihe radialer Nuten 35, 37, 39 und 41 auf,
die sich von der inneren Zylinderflache dieser Teile zu
ihrer äußeren Zylinderfläche erstrecken, so daß Luft, die in die Ringkammer 33 gelangt ist, über alle Stirnflächen
der Kristalle radial nach außen strömen kann.
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Statt die Luft über die Leitung 31 zuzuführen, kann man sie
auch einem Gehäuse zuführen, das den oberen Abschnitt des Ultraschallgebers umschließt und von dem sie dann in das
Innere des Ultraschallgebers und durch die Bohrung 29 und die Leitung 31 wieder nach außen gelangt. Selbstverständlich
kann der Ultraschallgeber 13 im Betrieb in beliebiger Weise festgehalten werden, z.B. durch geeignete Klammern oder Stützscheiben,
die seine Vibration zulassen, während sie ihn in der gewünschten Lage halten. Die radial verlaufenden
Nuten können selbstverständlich auch statt in den Metallfe
körpern in den Kristallelementen ausgebildet sein.
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Claims (6)
- Patentansprüche./ültraschallgeber mit mindestens einem piezoelektrischen Kristall, der zwischen zwei Stützkörpern liegt, die durch einen zentralen Bolzen gegen den Kristall gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Bolzen (19) in Längsrichtung einen Durchlaß (29, 31) aufweist, der mit Kanälen (35, 41) kommuniziert, die sich zwischen den Stützkörpern (11, 13) einerseits und dem Kristall (23, 25) andererseits von dem zentralen Bolzen quer durch den Ultraschallgeber (T) nach außen erstrecken.
- 2. ültraschallgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (35, 41) durch quer verlaufende Nuten in den Kristall kontaktierenden Flächen (15, 17) der Stützkörper (11, 13) gebildet werden und daß der zentrale Bolzen (19) einen Abstand zu dem ihn umgebenden Kristall aufweist, wodurch eine Ringkammer vorhanden ist, die mit den Kanälen (35, 37, 39, 41) und mit dem Durchlaß (29, 31) kommuniziert.
- 3. ültraschallgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (29, 31) aus einer durch die Längsachse des Bolzens (19) führenden Bohrung (29) und aus einer an einem Ende des Bolzen (19) beginnenden und bis in die Ringkammer führenden äußeren Längsnut (31) besteht und daß dieses Ende des Bolzens (19) in eine Sackbohrung (21) des einen Stützkörpers (13) ragt und im Abstand vom Grund der Sackbohrung endet.
- 4. ültraschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei piezoelektrische Kristalle (23, 25) zwischen den Stützkörpern nebeneinander liegen durch eine Abstandsscheibe (27) voneinander getrennt sind,109817/U34die auf ihren beiden Seiten Nuten (37, 39) aufweist, die sich von der Ringkammer (33) zur Außenseite des Ultraschallgebers erstrecken.
- 5. Ultraschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper (11, 13), die piezoelektrischen Kristalle (23, 25) und die Abstandsscheibe (27) als Ringe ausgebildet sind und daß die, Kanäle (35, 37, 39, 41) radial von innen nach außen ver-" laufen.
- 6. Ultraschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (19) mit einem Anschluß für eine Kühlmittelzuleitung versehen ist.109B17/U34
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