DE2537772B2

DE2537772B2 - Ultraschallschwinger

Info

Publication number: DE2537772B2
Application number: DE19752537772
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dietrich Drews; Max Dr. 8011 Zorneding Guntersdorfer; Peter Kleinschmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-08-25
Filing date: 1975-08-25
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE2537772C3; DE2537772A1

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ultraschall- Beim Schwingbetrieb kann es dazu kommen, daß die

schwinger mit wesentlich vergrößerter Zerstäuberlei- Zerstäuberplatte neben Biegeschwingungen auch

stung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch einen 45 Längsschwingungen ausführt. In der Fig.2 ist eine

Ultraschallschwinger der eingangs bezeichneten Art Zerstäuberplatte in Draufsicht dargestellt, die z. B.

gelöst, welcher erfindungsgemäß entsprechend dem Längsschwingungen fünfter Ordnung und Biegeschwin-

Kennzeichen des Anspruches 1 ausgebildet ist. gungen erster Ordnung ausführt. Die Figur zeigt die

Wenn bei der Flüssigkeitszerstäubung kleine Tropf- sogenannten Cladni-Figuren, die Bereiche 100 bis 109

chen erzeugt werden sollen, muß die Zerstäubung bei 50 stellen die Schwingungsbäuche dar, d. h. Bereich mit

einer hohen Ultraschallfrequenz erfolgen. Dabei ergibt großer Amplitude, im Bereich 111 ist die Amplitude

sich das Problem, daß Ultraschallschwinger, die für nahezu 0.

derartig hohe Frequenzen ausgelegt sind, kleine Die Ordnung der Biegeschwingung und die Ordnung

Abmessungen und dementsprechend kleine Zerstäuber- der Längsschwingung, die sich beim Schwingbetrieb

flächen aufweisen, so daß die Zerstäuberleistung 55 überlagern, sind abhängig von der jeweiligen Frequenz

beschränkt ist. der Wechselspannung, die der Keramikplatte zugeführt

Um eine hohe Zerstäuberleistung zu erreichen, kann wird, und von der Breite, Dicke und Länge der

man z. B. mehrere Ultraschallschwinger, wie sie in der Zerstäuberplatte. Die Zerstäuberleistung eines wie in

obengenannten Druckschrift beschrieben sind, gleich- F i g. 1 dargestellten Schwingers läßt sich erhöhen, wenn

zeitig betreiben. Jedoch braucht in diesem Fall jeder 60 die Längsschwingungen des Ultraschallschwingers

Ultraschallschwinger eine eigene Anregungselektronik, unterdrückt werden: in diesem Fall dient die der

weil es außerordentlich schwierig ist, alle Ultraschall- Keramikplatte zugeführte elektrische Energie, abgese-

schwinger über längere Zeit auf einer gemeinsamen hen von Verlusten innerhalb der Keramik, allein zur

Resonanzfrequenz zu halten. Auch wenn der für einen Aufrechterhaltung der Biegeschwingungen der Zerstäu-

einzelnen Ultraschallschwinger notwendige elektroni- hs berplatte.

sehe Aufwand sehr gering ist, so ist der gesamte Die F i g. 3 bis 6 zeigen nun Beispiele dafür, wie diese

elektronische Aufwand für ein Zerstäubersystem mit Längsschwingungen unterdrückt werden können,

vielen Ultraschallschwingern verhältnismäßig hoch. Gemäß Fig. 3, die einen Ultraschallschwinger in

Seitenansicht zeigt, sind im Schallübertrager unterhalb der Schwingungsknotenlinien Bohrungen 121 bis 124 engebracht Zusätzlich ist die Zerstäuberplatte 200, wie die F i g. 4 in einer Draufsicht zeigt, im Bereich dieser Schwingungsknotenlinien seitlich eingesägt Damit ist die Zerstäuberplatte in mehrere kleine 'erstäuberplatten unterteilt, diese kleine Zerstäuberplatten führen praktisch nur noch Biegeschwingungen aus.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit der Entkoppelung der Längs- und Biegeschwingungen zeigen die Fig.5 und 6. Der Schwingungsübertrager weist wiederum in der Nähe der Zerstäuberplatte im Bereich der Knotenlinien Bohrungen 121 bis 124 auf. Die Zerstäuberplatte 201 besitzt wellenförmige Ränder, wobei die Zerstäuberplatte an den Knotenlinien jeweils Einschnürungen aufweist Dies geht aus der F i g. 6, die eine Draufsicht auf die Zerstäuberplatte zeigt, hervor.

Die Seitenansicht, F i g. 5, zeigt, daß die Zerstäuberplatte an den Knotenlinien besonders dünn ausgeführt ist d. h. die Zerstäuberplatte hat eine periodisch veränderte Dicke.
Eine weitere Möglichkeit der Entkopplung besteht

ίο darin, die Zerstäuberplatte ellipsenförmig auszubilden, und die Platte aus Piezokeramik im Wobbeibetrieb anzusteuern, d. h. die an die Platte angelegte Wechselspannung wird in ihrer Frequenz laufend verändert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2

_ , Da der erfindungsgemäße Schwinger nur eine einzige

Patentansprüche: Anregungselektronik benötigt, läßt sich aufgrund der

1. Ultraschall-Schwinger zur Flüssigkeitszerstäu- Erfindung vorteilhafterweise eine große Kosteneinspabung mit einer Zerstäuberplatte, einer Anregungs- rung bei der Herstellung eines Zerstäubersystems platte aus Piezokeramik und einem sich von der 5 erzielen.

Anregungsplatte zur Zerstäuberplatte hin verjün- Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren

genden Schwingungsübertrager, dadurch ge- näher erläutert

kennzeichnet, daß der Übertrager (1) eine Die F i g. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.

Keilform besitzt und die Zerstäuberplatte (2, 200, Der Ultraschallschwinger besitzt einen prismatischen,

201) eine langgestreckte Form aufweist io kompakten Schwingungsübertrager 1, der aus Metall

2. Ultraschallschwinger nach Anspruch 1, dadurch besteht Mit diesem Übertrager ist eine Zerstäuberplatgekennzeichnet, daß die Zerstäuberplatte dlipsen- te 2 einstückig verbunden. An der Grundfläche des förmigist Schallübertragers ist eine rechteckige Platte aus

3. Ultraschallschwinger nach Anspruch 1, dadurch Piezokeramik 3 aufgeklebt Diese Platte weist auf gekennzeichnet, daß die Zerstäuberplatte (200) 15 beiden Seiten eine Kontaktelektrode 30, 31 auf, rechteckig ist und in vorzugebenden Abständen vorzugsweise eine Einbrenn-Silberkontaktierung. Zwiseitliche Einschnitte besitzt und daß der Schwin- sehen der Kontaktelektrode 30, die auf der dem gungsübertrager unterhalb dieser Einschnitte paral- Übertrager zugewandten Seite der piezokeramischen IeI zur Zerstäuberplatte senkrecht zur Längsrich- Platte liegt, kann eine Isolierung angebracht werden, tung des Übertragers Durchbohrungen (121 bis 124) 20 z. B. aus einem elektrisch isolierenden Kleber, mit dem besitzt die Platte an dem Übertrager angeklebt ist Die

4. Ultraschallschwinger nach Anspruch 1, dadurch Piezokeramik ist in Dickenrichtung der Platte polarigekennzeichnet, daß die Zerstäuberplatte (201) siert Durch Anlegen einer Wechselspannung an die einen wellenförmigen Rand aufweist und in Vorzüge- Kontaktierungen der Platte werden in dem Übertrager benden Abständen in ihrer Breite eingeschnürt ist, 25 Biegeschwingungen erzeugt, die mit den Pfeilen 40, 41 daß die Dicke der Zerstäuberplatte an den angedeutet sind. Diese Schwingungen werden von dem Einschnürungen einen Minimalwert und zwischen Übertrager auf die Zerstäuberplatte mit erhöhter den Einschnürungen einen Maximalwert aufweist Amplitude übertragen, dies ist mit den Pfeilen 20, 21 und daß der Schallübertrager unterhalb der Ein- angedeutet Am Übertrager ist im Bereich einer schnürungen der Zerstäuberplatte parallel zur 30 Schwingungsknotenlinie eine Halteplatte 10 angeord-Zerstäuberplatte senkrecht zur Längsrichtung des net, die mit dem Übertrager vorzugsweise einstückig Übertragers Durchbohrungen (121 bis 124) besitzt. verbunden ist Diese Halteplatte kann z. B. als Deckel

eines Behälters dienen, in welchem die Anregeelektro-

nik angeordnet ist. Die Zuführung der Flüssigkeit kann

35 z. B. über eine Bohrung 11 erfolgen, die in der Ebene der Halteplatte und in Längsrichtung des Schallübertragers

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Ultra- angeordnet ist Von dieser Bohrung führen Querbohrun-

schallschwinger zur Flüssigkeitszerstäubung, wie er im gen 50 bis 53 zur Zerstäuberplatte. Eine andere

Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist. Möglichkeit besteht darin, längs der Mittellinie der

Aus der DT-AS 20 32 433 sind bereits derartige 40 Zerstäuberplatte eine Zuführung 60 mit Austrittsöffnun-

Ultraschallschwinger bekannt, die rotationssymme- gen, die in Richtung auf die Zerstäuberplatte zeigen,

trisch sind. anzuordnen.