DE2704313C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Säuberungseinrichtung für elektrisch leitende langgestreckte Gegenstände gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine Säuberungseinrichtung dieser Art ist aus der GB-PS 1 1 21 374 bereits bekannt. Zylindrische Wandler dieser Art sind in der Lage, radiale mechanische Schwingungen aus­ zuführen, die bei Ultraschall-Säuberungseinrichtungen Verwendung finden können. Derartige Säuberungseinrichtungen werden beispielsweise industriell zur Entfernung von Zieh-Schmiermitteln an Kohlenstoff-Stahldraht für die Herstellung von Stahlgürtelreifen verwendet, wie auch für die Säuberung von Aluminium-Schweißdraht, von Legierungs- Schweißdraht, von Schweißstäben aus rostfreiem Stahl, von gebündeltem Kupferdraht, von Magnetdraht und ähnlichem, wie beispielsweise gezogenem und extrudiertem Material. Es ist auch bereits bekannt, Ultraschall-Säuberungsausrüstungen zur Säuberung von kupferbeschichtetem Aluminium-Koaxial­ kabel zu verwenden, des weiteren zur Entfernung von Walz­ beschichtungen von Stahldrahtstäben und zur Säuberung von integrierten Schaltkreisen und elektrischen Verbindungen mit länglicher Konfiguration. Meist wird eine Flüssigkeit, vorzugsweise von niedriger Viskosität, verwendet, um die Vibrationen von einem radial vibrierenden zylindrischen Glied auf das zu säubernde Arbeitsstück zu übertragen, das sich innerhalb der Flüssigkeit befindet. Typischerweise wird bei der Ultraschall-Reinigung von einem zur Ultra­ schall-Erzeugung dienenden elektromagnetischen Wandler alternierend ein niedriger und dann ein hoher Druckzustand in der Flüssigkeit erzeugt. Auf der negativen Seite dieses alternierenden Zyklus wird der Druck auf weniger als den Dampfdruck der Flüssigkeit vermindert, wodurch mikros­ kopische Hohlräume oder Blasen erzeugt werden. Ein halber Zyklus später wird der Druck in dieser Zone positiv und die Wasserdampfblasen implodieren - brechen nach innen ein -, eine Reaktion, die als "Kavitation" bekannt ist. Es ist diese Kavitation mit dem begleitendem Phänomen von Druck und Hitze an jedem Implosionspunkt, die die Säuberungs­ wirkung bei dem hier beschriebenen System ausmacht. In Verbindung mit einer geeigneten Flüssigkeit liefert das beschriebene Verfahren eine außerordentlich wirkungsvolle Reinigung. Die für diese Ultraschall-Reinigung ausgewählte Flüssigkeit kann entweder eine auf Wasser basierende (wäßrige) Lösung sein, oder es handelt sich um ein Lösungs­ mittel wie chlorinierte Kohlenwasserstoffe oder Freon. Wenn ein Lösungsmittel zur Säuberung benutzt wird, kann ein Trocknen des Arbeitsstückes notwendig werden, um die an die Atmosphäre abgegebene Menge des Lösungsmittels aus Sicher­ heits- und Gesundheitsgründen möglichst klein zu machen, aber auch, um die Betriebskosten zu verkleinern, weil Lösungsmittel verhältnismäßig teuer sind. Dies bedeutet, daß zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels von der Trocken­ luft eine Einheit mit geschlossenem Kreislauf vorgesehen werden sollte, bei der das Lösungsmittel kondensiert wird und dem Gesamtsystem wieder zugeführt wird.

Aus den oben aufgeführten Anwendungsbeispielen ergibt sich, daß es sich durchweg um zu reinigende Arbeitsstücke han­ delt, die von Natur her elektrisch leitend sind.

Die Verwendung einer toroidförmigen Erregerspule, wie sie beim Stand der Technik vorgesehen ist, führt bei einem hohlen zylindrischen Glied, innerhalb dem ein elektrisch leitendes Arbeitsstück von langgestreckter Konfiguration angeordnet ist, zu einer elektromotorischen Kraft längst der Achse des hohlen zylindrischen Gliedes, innerhalb dem das elektrisch leitende Arbeitsstück bei im Betrieb be­ findlicher Anlage angeordnet ist. Daraus ergibt sich sofort, daß das Arbeitsstück eine kurzgeschlossene Sekun­ därwindung darstellt, was zu beachtlichen Problemen hin­ sichtlich Arbeitsstück-Erhitzung, Lichtbogenbildung und erhöhtem Verlust von Flüssigkeit führt, die zur Ultra­ schall-Säuberung ausgewählt wurde. Insbesondere bei Lö­ sungsmitteln führt das zu verstärkten Umweltproblemen und erhöhtem Rückführungsbedarf.

Bedeutsam ist auch, daß ein höherer Leistungsverlust für den Erregerstrom auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der bekannten Säuberungseinrichtung dahingehend, daß eine Erhitzung des zu reinigenden Werkstückes mit den damit verbundenen Problemen nicht mehr auftritt.

Gelöst wird die Erfindung bei einer Säuberungseinrichtung der eingangs genannten Art durch die zusätzlichen kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß die um die magnetostriktiven Elemente herumgewickelte Erregerspule so angeordnet ist, daß jede volle Windung der Erregerspule in einer zylin­ drischen Ebene liegt, die zu dem hohlen zylindrischen Glied koaxial ist, ohne daß Querschnittsflächen des hohlen zylindrischen Gliedes von der Windung selbst umschlossen werden, so daß der Hauptmagnetfluß, der durch die Erreger­ wicklung erzeugt wird, nicht etwa in Umfangsrichtung zu dem hohlen zylindrischen Glied liegt, sondern vielmehr senk­ recht dazu.

Die magnetostriktiven Elemente können aus einem Laminat­ stapel bestehen, welche Laminate in eine Richtung gestapelt sind, die parallel zur Achse des hohlen zylindrischen Gliedes liegt, vorzugsweise mit dem hohlen zylindrischen Glied durch ein geeignetes Epoxiharz verbunden sind, um so möglichst wirksame mechanische Kopplung und damit möglichst effektive Vibration im Ultraschall-Betrieb zu erhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dar­ gestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Endansicht einer erfindungsgemäßen Aus­ führungsform eines magnetostriktiven Wandlers zur Erzeugung von radialen Vibrationen;

Fig. 2 eine axiale Querschnittsansicht durch den Wandler der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Laminatstapel, die auf einem hohlen zylindrischen Glied ange­ ordnet sind;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Laminatanordnung zur Darstellung der Erregerwicklung im Schnitt;

Fig. 5 diagrammartig eine Ultraschall-Säuberungsein­ richtung einschließlich eines Schnittes A-A zur Erläuterung von Einrichtungen, die eine Vibra­ tionsisolation bewirken sollen.

In den Zeichnungen ist eine Wandleranordnung 1 zur Er­ zeugung von radialen Schwingungen dargestellt, die ein hohles zylindrisches Glied 12 und gemäß der Darstellung zwölf radiale Reihen 3 magnetostriktiver Laminate aufweist, die jeweils 30° voneinander versetzt angeordnet sind. Die tatsächliche Anzahl und der Abstand der einzelnen Reihen kann sich gemäß den jeweiligen Anforderungen ändern und ist eine Angelegenheit der Konstruktion. Die Laminatreihen sind an dem Glied 12 in geeigneter Weise befestigt, um die gewünschte, mechanische Vibrationen übertragende Kopplung zu erzeugen, wobei an sich bekannte Verfahren angewendet werden können. Um in den Laminaten, aus denen die Anordnung 3 der magnetostriktiven Elemente zusammengesetzt ist, möglichst wenig Streßbelastungen zu erhalten, kann eine Niedrig-Temperaturbindung verwendet werden, um die mecha­ nische Kopplung zwischen den magnetostriktiven Elementen und dem hohlen zylindrischen Glied herzustellen. Beim Stand der Technik mit seinen hohen thermischen Belastungen war die Verwendung derartiger Niedrig-Temperaturbindungen nicht möglich. Insbesondere können Materialien verwendet werden, die im wesentlichen den gleichen thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten aufweisen.

Die Erregerwicklung 11 ist, wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, nicht toroidförmig, noch ist sie körperlich vollständig um den Umfang des zylindrischen Gliedes 12 herum angeordnet. Vielmehr liegt eine jede Windung der Wicklung im wesent­ lichen auf einer zylindrischen Oberfläche, die zu dem Glied 12 koaxial liegt. (Jede Erregerwindung kann man sich dadurch entstanden denken, daß der zunächst ebene Windungs­ ring so mit zwei sich entfernt gegenüberliegenden Ring­ bereichen um das zylindrische Glied herumgebogen wird, daß sich diese Ringbereiche nahezu berühren. Die Ringebene liegt dann parallel zur Oberfläche des zylindrischen Gliedes.) Im Gegensatz dazu steht die herkömmliche to­ roidförmige Wicklung, die in Schlitzen eines zylindrischen Gliedes und um dieses Glied herumgewickelt ist, wobei dieses Glied von der Art ist, wie in der GB-PS 11 21 374 beschrieben wird. Jede Windung der bekannten Erregerwick­ lung liegt somit im wesentlichen in einer Ebene, die hinsichtlich des zylindrischen Gliedes 12 radial und damit senkrecht zur Oberfläche des zylindrischen Gliedes liegt. Bei der Konstruktion gemäß dem Stand der Technik umschließt jede Windung der Erregerwicklung einen Querschnitt des zylindrischen Gliedes 12, wodurch ein Magnetfluß in Um­ fangsrichtung in dem Glied 12 induziert wird. Das Ergebnis eines so induzierten Flusses führt bei Gebrauch dazu, daß in einem leitenden Arbeitsstück, das längs der Achse des Gliedes 12 angeordnet ist, ein Strom erzeugt wird. Der so erzeugte Strom ist in keiner Weise wünschenswert und führt zu nachteiligen Effekten, die das bekannte System weniger günstig erscheinen lassen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die Struktur der Erregerwicklung, wie sie weiter oben beschrieben und definiert wurde, die Nachteile des bekannten Systems vermieden. Jede Windung der Erreger­ wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung ist so ange­ ordnet, daß keinerlei Querschnittsfläche des Gliedes 12 umschlossen werden, was dazu führt, daß sich keine elek­ tromotorische Kraft entwickelt und kein elektrischer Strom in dem Arbeitsstück in einer Richtung induziert wird, die axial zu dem Glied 12 liegt.

Die Erregerwicklung oder die Erregerspule kann aus einer Reihe von Abschnitten bestehen, wenn dies gewünscht wird. Alternativ kann die Erregerwicklung in Abschnitten an­ geordnet werden, die um jede Reihe von Laminaten herumge­ wickelt ist, und mehrere derartige Wicklungsabschnitte können in Serie geschaltet sein. Die strukturellen Einzel­ heiten der isolierenden Manschetten 8, 9, des Isolations­ streifens 7 und der Isolation zwischen den Laminaten und den Ausstanzungen der Reihen 3 sind Angelegenheit der Konstruktion und nicht erfindungswesentlich.

Fig. 5 zeigt eine zylindrische perforierte Umschließung 13 einer Ultraschall-Säuberungseinrichtung, mit Endflanschen 14, die vorzugsweise an dem zylindrischen Glied 12 ange­ schweißt sind. Die Flansche besitzen Einrichtungen, um die Anordnung an angrenzenden axialen Gliedern zu befestigen. Vorteilhafterweise sind die Flansche 14 mit O-Ringdich­ tungen 15, 16 ausgestattet, die eine wesentliche Schall­ isolation bewirken, mit dem Ergebnis, daß die Säuberung wirksam innerhalb des zylindrischen Gliedes 12 um ein Vielfaches erhöht wird.

Claims (7)

1. Säuberungseinrichtung für elektrisch leitende, lang­ gestreckte Gegenstände, bestehend aus einem hohlen, zylindrischen Glied (12) mit mehreren, auf einer seiner zylindrischer Oberflächen angeordneten Nuten, mit einer Reihe von scheibenförmigen magnetostriktiven Elementen (3), die koaxial zu dem hohlen zylindrischen Glied (12) in mechanischer Kopplung zu der einen Oberfläche des Gliedes angeordnet sind, und mit einer Erregerspule (11) für die magnetostriktiven Elemente (13), wobei die Windungen der Erregerspulen (11) in den Nuten des zylindrischen Gliedes eingepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede vollständige Windung der Erregerspule (11) derart auf der zu dem hohlen zylindrischen Glied (12) koaxialen Oberfläche liegt, daß keine Querschnittsflächen des hohlen zylindrischen Gliedes (12) umschlossen werden, so daß der von der Erregerwindung erzeugte Hauptmagnetfluß keine in Richtung des Umfanges des hohlen zylindrischen Gliedes (12) liegende Flußkomponente aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede vollständige Windung der Erregerspule (11) eines magnetostriktiven Elementes (3) sich im wesent­ lichen parallel zum Umfang des zylindrischen Gliedes (12) erstreckt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erregerspule (11) aus zwei Ab­ schnitten besteht.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwölf Reihen magnetostriktiver Elemente (3) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetostrik­ tiven Elemente (3) im wesentlichen E-förmige Laminate sind, deren Beine radial von dem zylindrischen Glied (12) nach außen sich erstrecken.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (13) für die Einrichtung, und durch einen Montageflansch (14) an jedem Ende des zylindrische Gliedes (12), wobei jeder Flansch (14) Einrichtungen zur Vibrationsdämmung (15, 16) umfaßt, die in dem Flansch montiert sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsdämmungs- oder Isolationseinrich­ tungen (15, 16) zwei O-Ringelemente umfassen, die aus nachgiebigem Material hergestellt und konzentrisch zueinander angeordnet sind.