DE2809820C2

DE2809820C2 - Ultraschallstrahler

Info

Publication number: DE2809820C2
Application number: DE2809820A
Authority: DE
Inventors: Kiyokazu Asai; Akihiro Nagoya Aichi Takeuchi
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1977-03-07
Filing date: 1978-03-07
Publication date: 1982-09-16
Also published as: DE2809820A1; GB1599461A; US4173725A; JPS53109618A; JPS6034433B2

Description

Die Erfindung betrifft Ultraschallstrahler gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1,

Bei herkömmlichea Ultraschallstrahlern befinden steh im allgemeinen piezoelektrische Elemente zwischen zwei mit Flansch versehenen Melallblöcken, die durch Befestigungsvorrichtungen wie Bolzen, die in die Flanschteile der einzelnen Blöcke geschraubt sind, zusammengeklemmt werden. Bei dieser Anordnung kommt es zu Schwierigkeiten, da während eines langen Ultraschallbetriebs mit großer Amplitude Biegeschwingungen auf die Flanschteile ausgeübt werden, was zu einem Brechen der eingebetteten piezoelektrischen Elemente führt

Bevor die Erfindung im einzelnen erläutert wird, soll zunächst der herkömmliche Ultraschallstrahijr ausführlicher erläutert werden.

Ein bekannter Ultraschallstrahler ist in F i g. 1 gezeigt. Er besteht aus einem mechanische Schwingungen verstärkenden Koppelkörper A mit einem Flansch A \ großen Durchmesser.;, der an einer Stelle angeordnet ist, die vom Schallschwingungsausgangsende A 2 einen Abstand entsprechend einem Viertel der übertragenden Ultraschallwellenlänge besitzt, zur Aufnahme einer Anzahl von Bolzen E, einem Gegenblock B, der aus einem zylindrischen Block einer vorbestimmten Länge besteht und an seinem Basisende einen kreisförmigen Flansch Bi vorbestimmter Wanddicke besitzt, einem Paar piezoelektrischer Elemente Cl und C2, die zwischen den genannten Flanschen angeordnet sind und Bolzen E und Muttern F. weiche die sich gegenüberliegenden Flansche über eine ringförmige Tragplatte D, die am Flansch A 1 des Schallschv 'ngungsverstärkungsblock A angreif; aneinander festhalten. Bei diesem Wandler sind die Flanschteile und die piezoelektrischen Elemente in der Nachbarschaft eines Punktes (beim Knoten des Längsschwingungsmoden) angeordnet, der um eine Länge entsprechend einem Viertel der Ultraschallwellenlänge vom Schaüschwingungsausgangsende A 2 entfernt ist. das am Schwingungsbauch des Längsschwingungsmoden des Koppelkörpers A liegt. Bei diesem Wandler ist das andere Ende B 2 des Gegenblocks an einem Punkt vorgesehen (beim Schwingungsbauch des Längsschwingungsmoden), der um eine Länge entsprechend einer halben Ultraschallwellenlänge entfernt liegt.

Bei einem solchen Aufbau bestem jedoch noch die Möglichkeit, daß ein Brechen des piezoelektrischen Elements, wie PZT. das am Flanschten des Schallschwingungsverstärkungsblocks anliegt, aufgrund der Biegeschwingung des Blocks verursacht wird, die sich auf das piezoelektrische Element auswirken kann, wenn der Wandler über eine sehr lange Zeitdauer kontinuierlich in Schwingungen großer Amplitude versetzt wird, wobei sich Übergangsänderungen der elektrischen Impedanz und dir Resonanzfrequenz des Wandlers ergeben Es besteht das Problem, daß dann, wenn der Wandler über eine ringförmige Halteplatte D. die in einem Knoten der Längsschwingung vorgesehen ist. an einer äußeren Struktur festgehalten wird, die feste Halterung des Schwingelements F.nergieverluste und Verschlechterungen der Betriebseigenschaften des Wandlers mit sich bringt.

Die F.rgebnisse einer bei der Anmei chge

führten Untersuchung der Gründe der genannten Probleme werden nun anhand der F i g. 1 erläutert. Der Wandler Tbesitzt den Knoten seiner Längsschwingung in der Nachbarschaft des Mittelpunkts G einer ringförmigen ebenen Oberfläche A 11 des Schallschwingungsverstärkungsblocks A, wobei die einzelnen Teile längs der Achse des Wandlers im Schwingungsmöden mit Längsschwirigun,. /efschiebüngeh, wie sie in der grafischen Darstellung der F ig. j gezeigt ist, mitschwingen.

Diese Schwingung bewirkt eine Längsschwingung L mit Schwingungsverschiebungen parallel zur Wandlerachse. Gleichlaufend mit den axialen Schwingungsverformungen treten jedoch auch radiale Schwingungsverformungen in einem Betrag entsprechend dem Poissonsehen Verhältnis auf. Folglich besitzt der Wandler auch eine Radialschwingung R, so daß er sich in den Radialrichtungen ausdehnt und zusammenzieht, wenn auch in kleinem Maß. Die Radialschwingungsverschiebung ist am größten im Schwingungsknoten, in welchem ι ο die Spannung aufgrund der Längsschwingung maximal oder die Verschiebung aufgrund der Längsschwingung Null is:, wie es in der grafischen Darstellung der F i g. 1 durch die gestrichelten Linien gezeigt ist. Diese Radialschwingungsverschiebung induziert und verursacht eine Biegeschwingung K des Flanschteils A 1 des Koppelkörpers A, so daß auf den ebenen Endteil A 3 des Flanschteils Krümmungsschwingungsverschiebungen ausgeübt werden und dem piezoelektrischen Element wiederholt eine Biegebelastung auferlegt wird. Die piezoelektrischen Elemente sind daher anfällig auf Bnjchbeschädigi.ingen, insbesondere Dti einem langen Betrieb mit großer Amplitude.

Bei dem beschriebenen Wandler ist der.Flansch A 1 des Koppelkörpers mit einem großen Durchmesser ausgebildet, um eine Anzahl von Bolzen Eaufzunehmen, die als Befestigungs- oder Kiemmittel benutzt werden, und seine Konstruktion erlaubt eine geeignete elastische Verformung auf eine Biegeverformung des Flansches hin. was dazu führt, daß unerwünschte Biegeschwingungen in dem Flanschteil induziert werden.

Zudem ist beim beschriebenen Wandler die ringförmige Tragplatte D einfach angeordnet, um eine gleichmäßige und elastische Halterung für den Flansch A 1 zu schaffen, wobei es jedoch an einer Beschränkung oder Unterdrückung der Biegeschwingungen des Flansches und daran, den gesamten Bereich der ringförmigen ebenen Oberfläche A 11 des Schallschwingungsverstärkungsblocks A vollständig als Knoten der Längsschwrgung wirken zu lassen, mangelt. Deshalb kann die ringförmige Tragplatte D gleichlaufend mit der Schwingung des Wandlers schwingen, wenn auch in kleinem Ausmaß, was die Resonanzeigenschaften des Wandlers beeinflußt. Dies hat Verluste der Schwingungsenergie und eine Verschlechterung der Betriebscigenschafte.s dann zur Folge, wenn der Wandler über die ringförmige Tragplatte D an einer äußeren Struktur befestigt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. einen Ultraschallstrahler der g, nannten Gattung so weiterzubilden, daß ein Brechen der piezoelektrischen Elemente verhindert wird

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung schafft also einen Ultraschallstrahler, bei dem auch ein Dauerbetrieb mit hohen Amplituden möglich ist. ohne daß ein Brechen der piezoelektrischen Elemente zu befürchten ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Figila, Ib eine Querschnittsansicht bzw. eine grafische Darstellung der Schwingungsausschläge verschiedenef Teile des bereits erläuterten Ultraschall-Strahlers,

Fig.2 eine Darstellung einer ersten Ausftihrungs* form eines erfindungsgerjäßen Ultraschallstrahlers,

Fig.3 eine Schnitiansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallstrahlers,

F i g. 4 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallstrahlers,

F i g. 5 eine Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallstrahlers,

F i g. 6 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallstrahlers,

Fig. 7 eine Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallstrahlers,

F i g. 8 eine Darstellung einer siebenten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallstrahlers und

F i g. 9 — 11 Darstellungen von Abwandlungen des erfindungsgemäßen Ultraschallstrahlers.

In den Zeichnungen bedeuten:

1 einen Koppelkörper; 12 ein Rasisteil, das einen Abschnitt kleinster radialer Dicke bildet; 14 einen Gegenblock; 13 einen starren Ring; 13C einen Ringspalt; 15 einen Flansch des Ge»?enblocks; 16 eine Befestigungsvorrichtung; 17Λ und .-■ B piezoelektrische Elemente; und 18 eine Elektrodenplatte.

Die in Fig. 2 beschriebene erste Ausführungsform besitzt den Koppelkörper l.der aus einem expo^ent'ellen Schallschwingungsausgangsteil 11 und einem scheibenart.gen Flansch 12 als Basisteil besteht. Der Flansch 12 ist mit dem Schallschwingungsausgangsttil 11 integriert und besitz! an seiner axialen Endfläche eine ebene Oberfläche 12A die als Schallschwingungseingangsende dient, und eine ringförmige ebene Oberfläche 125 geringer Breite für das Eingreifen mit dem starren Ring 13. Der Ring 13 ist bezüglich Innen- und Außendurchmesser und Dicke ausreichend größer als der Flansch 12 uno nat eine ausreichende Steifigkeit und ein ausreichendes Gewicht. Er ist mit einer L-fcrmig abgestuften Aniagefläche MA. die dazu dient, mit dem gesamten Bereich der ringförmigen ebenen Oberfläche 12ßdes Schallschwingungsverstärkungsteils eine innige Berührung herzustellen, und mit einer Anzahl Gtw-indelöchern 13ß. die in gleichen Abständen längs des Umfangs verteilt sind und der Schraubverbindung mn einer entsprechenden Anzahl Bolzen 16 dienen, versehen. Der Gegenblock 14 besteht aus einem z>lindnschen Körper, der einen mit seiner Basis integrierten scheibenartigen Flansch 15 für Befesti gungszwctke aufweist. Der Flansch 15 besitzt eine Anzahl Durchgangslöcher 15ß /.ur Aufnahme der in die Gewindelöcher 15ßim ringförmigen steifen Körper Π geschraubten Bolzen 16. die einen ausreichend großen Durchmesser besitzen, um den Flansch 12 des Koppclkorpers 1 i.nd den gegenüberliegenden Flansch 15 de- Gegenblocks 14 dicht zusammenzudrücken ::nd dabei /wischen diesen piezoelektrische Elemente 17,4 und MB in Form fester Kreisplatten und e>nc Elekirodenplatte 18. die den Ultraschallwand'erabsthnitt bilden, einzubetten. Folglich werdew die piezoelektrischen Elemente 174 und 17ßund die Elektrode 18 durch die ebenen Endflächen der sich gegenüberliegenden Flansche ·π Axialrichtuiig gepreßt und zwischen diesen gehalten. Der an der Basis des Koppelkörpers vorgesehene Ringflansch 12 ist so klein, daß sich sein Außendurchmesser innerhalb der KreiszoJie befindet, die von den Spannbolzen umgeben ist, um die Einführung von Biegeschwingungen zu verhindern. Die ringförmige ebene Oberfläche 12ß besitzt eine glatte Oberfläche, damit deren gesamter schmaler Ringbereich die Anlageoberfläche 13Λ des Rings 13 gleichrnä-

Big und innig berührt, nachdem die Bolzen 16 fest angezogen sind. Längs der Grenzlinien zwischen dem Umfang des Ringflansches 12 und dem Ring 13 ist ein Ringspalt 13C vorgesehen, der verhindert, daß Radialschwingungen, die während der Längsschwingungen des Wandlers am Flanschten auftreten, direkt auf den Ring 13 übertragen werden. Andererseits ist der Flansch

15 des Gegenblocks 14 mit einem größeren Durchmesser versehen, um die Spannhalterung durch die Bolzen

16 vorzusehen. Außerdem ist der Flansch 15 mit einer vorbestimmten Dicke ausgebildet, um als Blattfeder hoher Steifigkeit eine geeignete Elastizität zu schaffen. Wie F i g. 2(a) zeigt, ist der Ring 13 mittels Bolzen ßTan einem festen Trageteil SM befestigt, um den Strahler festzuhalten.

Die piezoelektrischen Elemente 17-4 und 17ßsind mit einem (nicht dargestellten) Ultraschalloszillator verbunden, und ihre positiven Pole liegen sich auf entgegengesetzten Seiten der Elektrode 18 gegenüber. Die npnaliuan DnIo t\g%* m0v-uiUI-lM»-<kA_n r)_nmA«t. 4T Λ ..— .J ΐΐ~_ο»..·«.·. . ν.«, u«.. p. «-*.«>«. ι «,η*, laktiwil uivil'blllb I f Λ1 UIfU 17ß werden unter dem statischen Druck, der durch den als Blattfeder wirkenden Flansch 15 des Gegenblocks ausgeübt wird, mit der ebenen Oberfläche 12/4. die das Schallschwingungseingangsende des Koppelkörpers bildet, bzw. der ebenen Oberfläche 15/4 des Flansches 15 des Gegenblocks in Berührung gehalten.

Der Koppelkörper 1, die piezoelektrischen Elemente 17/4 und 17ß. die Elektrode 18 und der Gegenblock 14 schwingen alle als integrierter Körper bei der vorbestimmten Frequenz, wobei die einzelnen Teile so dimensioniert sind, daß sie eine Halbwellen-Längsgrundresonanzschwingung erzeugen. Dabei liegt die Knotenebene der Schwingung in der Ringebene 12ßdes Koppelkörpers und in der Schnittbasisebene 12C, welche die Verlängerung dieser Ringebene darstellt. Genauer ausgedrückt, entspricht der Abstand zwischen dem Schallschwingungsausgangsende 11-4 und der Schnittbasisebene 12C(der Knotenebene der Halbwel-Ienlängsresonanzschwingung) des Koppelkörpers 1 einer Viertelwellenlänge des Resonanztyps, in welchem der Wandler bei der vorbestimmten Frequenz Resonanzschwingungen ausführt. Andererseits ist die Länge des Gegenblocks 14 experimentell so bestimmt daß der Wandler als Ganzes eine Halbwellenlängenlängsresonanzschwingung ausführt, wobei ein Knoten auf der Ringebenenoberfläche 12ß und der Schnittbasisebene 12Cliegt. Zuleitungsdrähte 19 sind mit der Elektrode 18 bzw. dem ringförmigen steifen Körper 13 verbunden.

Der Ultraschallstrahler arbeitet folgendermaßen: Eine externe Ultraschallquelle liefert bei der Resonanzfrequenz des Strahlers elektrische Schwingungsströme an die piezoelektrischen Elemente 174 und 17ß. wodurch mechanische Schwingungen erzeugt werden (Schallschwingungen).

Die Schallschwingung versetzt den Koppelkörper I₁ die piezoelektrischen Elemente 17Λ und UB und den Gegenblock 14 als einheitlichen Körper in Längsresonanzschwingung, wobei ein Schwingungsknoten in der ringförmigen ebenen Oberfläche 12ß des Koppelkörpers 1 und der Schnittbasisebene 12C die eine Verlängerung dieser ringförmigen ebenen Oberfläche darstellt liegt Dabei wird die Schwingungsamplitude am Schallschwingungsausgangsteil 11 verstärkt und das Schallschwingungsausgangsende HA wird in Ultraschallschwingungen großer Amplitude versetzt um Ultraschallwellen zu erzeugen.

Bei dem obigen Strahler besitzt der Flansch 12 des Koppelkörpers 1 einen kleinen Durchmesser, und es ist

möglich, die Eigenfrequenz der Schwingung des Flansches auf eine äußerst hohe Frequenz zu erhöhen. Während eine Biegeverschiebung verhindert wird, um auszuschließen, daß dem Flansch eine Biegfischwingung aufgeprägt wird und der anliegende Oberflächenbereich des Flansches 12 verringert wird, so daß ein gleichförmiges Anliegen sichergestellt ist. Ferner befindet sich der Ring 13 in enger Anlage am Flansch 12, um ihn festzuhalten und gewaltsam Biegeschwingungen der flachen Oberfläche 12/4 des Flansches zu unterdrükken. Dadurch wird ein Brechen der piezoelektrischen Elemente, wie PZT. verhindert.

Da der Ring über die schmale Ringoberfläche in Eingriff mit dem Koppelkörper gehalten wird, wird verhindert, daß die Ultraschallenergie vom Flanschteil auf den Ring übertragen wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 hat der Basisteil des Koppelkörpers im Vergleich zur ersten Ausführungsform eine modifizierte Form. Er ist in Form

ι.. Ll„_r„,

ser aufweisenden, scheibenartigen Flansch 12 ausgebildet, an dem einstückig ein kreisförmiger Vorsprung 12D angeformt ist. der sich vom Flansch 12 in Achsenrichtung erhebt und eine kreisförmige flache Oberfläche

2*> 12/4 besitzt, die zusammen mit der flachen Oberfläche 15/4 des Flansches 15 des Gegenblicks 15 die piezoelektrischen Elemente 17-4 und 17ß und die Elektrode 18 unter Druck festhält Der kreisförmige Vorsprung 12D dieser Ausführungsform besitzt den gleichen Außendurchmesser wie das piezoelektrische Element 17Λ und steht stufenartig vom Flanschteil vor. Der Strahler wird durch den Ring gehalten, der durch Bolzen BT zwischen dem Haltetet SM mit Gewindelöchern und einen ringförmigen Halteteil SM\ eingespannt ist.

Bei der dritten Ausführungsform gemäß F i g. 4 ist der Eingriff zwischen dem Flansch 22 des Koppelkörpers 2 und dem starren Ring 23 durch metallische Verbindungsmittel wie Löten. Schweißen usw. bewirkt Am Schallschwingungsausgangsteil ist eine Vorrichtung zur Ankopplung verschiedener Ultraschallbearbeitungswerkzeuge vorgesehen.

Der Koppelkörper 2 besitzt einen hohlen Schalischwingungsausgangsteil 21 in Form eines konischen

« Horns und eines scheibenartigen Flansches 22, der am Basisteil des Ausgangsteils 21 vorgesehen ist Der Ring 23 und der Flansch 22 sind über die ringförmigen ebenen Bodenflächen 23/4 und 22ß gleichförmig und fest über ihre gesamten Oberflächen zusammengelötet um den Flansch 22 starr an der ringförmigen Verbindungsfläche 22ß zu halten. Zwischen dem Außenumfang des Flansches 22 und dem starren Ring 23 isv ein ringförmiger Spalt 23 C vorgesehen.

Bei der in F i g. 5 gezeigten vierten Ausführungsform sind Koppelkörper 3 und starrer Ring 33 einstückig ausgebildet

Der Flansch 32 des Koppelkörpers 3 hängt mit dem starren Ring 33, der als dicke Ringplatte in Form eines Vorsprungs ausgebildet ist zusammen, der Flansch des Gegenblocks hat die in den Fig.5b, 5c gezeigte Form.

Zwischen Koppelkörper 3 and Gegenblock 34 sind

piezoelektrische Elemente YIA und 175 in Form fester Scheiben, eine Elektrode 18 und Weichmetallblätter 36y4 und 365 aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen

S5 eingebettet

Beim Strahler der vorliegenden Ausführungsform werden für den Flansch aes Koppeikörpers vollständig konstante Begrenzungsbedingungen aufrechterhalten.

was einen konstanten und stabilisierten Betrieb des Strahlers über eine lange Zeitdauer und die Herstellung von Erzeugnissen mit konstanter und gleichmäßiger Qualität gestattet.

Bei der fünften Ausführungsform gemäß Fig.6 ist der Koppelkörper 3Λ einstückig mit dem starren Ring ausgebildet und besitzt an seinem Basisendteil einen Flansch 12, der als ein mit dem Ring 33 zusammenhängendes Eiement ausgebildet ist. Am Mittelendteil des Flansches 32 ist ein kreisförmiger Vorsprung integriert, der eine kreisförmige ebene Oberfläche 32A zur Anlage an ein piezoelektrisches Element besitzt. Die piezoelektrischen Elemente 17A. 17ß. die Elektrode 18 und Metallblätter 36Λ 36& die den Ultraschallstrahler bilden, werden zwischen der kreisförmigen ebenen Oberfläche 32/\ des kreisförmigen Vorsprungs 32ßund der ebenen Oberfläche 35C des Flansches 35 des Gegenhlocks unter Druck zusammengehalten. Die vom Flansch vorstehende kreisförmige ebene Oberfläche 32A besitzt im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie das piezoelektrische Element 17/4. so daß über die Metallblätter 36Λ und 36ß eine innige und gleichförmige Berührung mit dem piezoelektrischen Element 17Ä besteht.

Bei der in Fig. 7 gezeigten sechsten Ausführungsform ist an dem vorderen Ende des Koppelkörpers 3ß ein ein Gewinde aufweisender Kopplungsteil 31B vorgesehen, so daß in austauschbarer Weise verschiedene Ultraschallschwingungsscheiben und Ultraschallbearbeitungswerkzeuge befestigt werden können. Der Gege block 34ßist mit einem ein Gewinde aufweisenden Vorsprung kleinen Durchmessers und einem rückseitigen Block, der austauschbar am Gewindevorsprung befestigt ist. versehen, so daß es möglich ist. in einer die Resonanzbedingungen des Wandlers zufriedenstellenden Weise die Länge des Blocks leicht zu ändern.

In F i g. 8 ist eine siebte Ausführungsform gezeigt. Hier ist ebenfalls der Koppelkörper 3Cmit dem Ring 33 einstückig ausgebildet

Durch die zweiteilige Ausführung von Koppelkörner ₄q 3C mit den Teilen 312 und 311 (verstellbar) und Gegenblock 34C mit den Teilen 343 und 344 (verstellbar) kann die Resonanzfrequenz leicht eingestellt werden.

Eine Ringnut 33/4 ist dicht beim Außenumfang der Basisschnittebene 32C angeordnet und weist eine Tiefe auf, die wenigstens eine gedachte Ebene erreicht, die sich von der Basisschnittebene 32Caus erstreckt.

Der Schwingungsknoten des Strahlers befindet sich in der Basisschnittebene 32C und der Schallschwingungsausgangsteil 31 und der Gegenblock besitzen Längen, die je für einen Viertelwetlen-Längsresonanzschwingungsrr.oden von 20 kHz geeignet sind

Der Strähler nach der vorliegenden Ausführungsform besitzt den einen kleinen Durchmesser äüfwersendert, mit dem starren Ring 33 idealerweise in der Knotenebene der Längsschwingung verbundenen Flansch 32 des Koppelkörners, zusammen mit der ringförmigen Nut 33/4, welche die Knotenebene der Längsschwingung umgibt, so daß die Längsschwingung des Wandlers und die gleichlaufend mit der Längsschwingung entstehende Radialschwingung daran gehindert sind, direkt auf den Ring 33 übertragen zu werden. Der ringförmige steife Körper wirkt in dem Schwingungssystem als starre Struktur mit einer Schwingungsverschiebung Null, so daß es möglich ist, den Wandler über den Ring starr an anderen Strukturen oder an einer äußeren Haltestruktur zu montieren, ohne die Resonanzschwingungseigenschaften und die Betriebseigenschaften des Wandlers zu beeinträchtigen.

Die piezoelektrischen Elemente 17Λ und 17ß, die Elektrodenplatte 18 und Melallblätter 36Λ und 36ß, die den Erregerteil des Strahlers bilden, sind nach dem Auftragen eines Klebstoffs auf die Berührungsflächen der einzelnen Elemente innig und eng anliegend aneinander befestigt, um das Auftreten irgendeines feinen Zwischenraums oder eines Spaites dazwischen auszuschließen. Diese Anordnung erlaubt eine sichere Übertragung des Ultraschallschwingungsdrucks und verbessert noch mehr den Wirkungsgrad der Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische Ultraschallschwingungen.

Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen üben zum Zweck der Kompaktheit die die piezoelektrischen Elemente haltenden Metallblöcke die Schallschwingungsverstärkungsfunktion aus. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf einen Ultraschallstrahler des in den F i g. 9(a) und 9(b) gezeigten Typs angesvendet werden, bei dem die piezoelektrischen Elemente zwischen zwei als erstes und zweites Zylinderteil dienenden Metallblöcken eingebettet sind, von denen einer an seinem Ausgangsende ein integriert angeformtes Schallschwingungsverslärkungsteil (Horn) aufweist, in diesen Figuren sind Teile, die mit zuvor beschriebenen Teilen übereinstimmen, mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

Überdies kann der erfindungsgemäße Strahler für eine Verwendung an einer Stelle, die einer hohen Temperatur ausgesetzt ist beispielsweise der Wärme von einem Brenner oder dergleichen, in eine Form abgewandelt werden, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist. Dabei ist das Horn, das mit dem Koppelkörper als Schallschwingungsverstärkungsteil integriert ist, ausreichend verlängert, um die piezoelektrischen Elemente in einem Abstand von der Wärmequelle zu halten. In der Figur sind Teile, die denen vorausgehender Ausführungsformen entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

Ferner kann die vorliegende Erfindung auf einen Strahler angewendet werden, dessen erstes zylindrisches Teil gemäß Fig. 11 in Hintereinanderschaltung zwei öder mehr Schaiischwingüngsverstärkungsteile für eine noch stärkere Verstärkung der mechanischen Schwingung oder Schallschwingung aufweist

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschallstrahler,

mit einem Ultraschallwandler aus zwei ebenen, scheibenförmigen piezoelektrischen Elementen und einer dazwischen angeordneten Elektrode,

mit einem Koppelkörper, bestehend aus einem sich axial nach außen erstreckenden und einen Abschnitt kleinster axialer Dicke bildenden Basisteil, der eine senkrecht zur Achse des Koppelkörpers verlaufende Grundfläche als zweite Elektrode aufweist,

einem Verstärkungsteil für die Verstärkung der Ultraschallschwingungen,

mit einem einen ringförmigen Flansch und eine parallel zu den scheibenförmigen piezoelektrischen Elementen verlaufenden Oberfläche aufweisenden Gegenblock, und

mit einem zum Halten des Ultraschallwandlers zwischen Koppelkörper und Gegenblock vnrgesehenen starren Ring, der im Wirkeingriff mit dem Basisteil 'Jes Koppelkörpers über Hilfsmittel mit dem Ringflansch des Gegenblocks verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß zur Erzeugung eines Wirkeingriffs in axialer Richtung des Basisteils der starre Ring allein auf der den piezoelektrischen Elementen abgewandten Seite dem den Verstärkungen des Koppelkörpers überragenden Basisteil zugeordnet ist und zwischen radialer Außenfläche des Basisteils und dem starren J0 Ring ein Ringspalt vorgesehen ist, und daß die durch den Wirkeingriff des starren Rings und des Basisteils festgelegte Ebene mit dem Längsschwingungsknoten zusammenfällt.

2. Ultraschallstrahle- nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Kop elkörper (1) und der starre Ring getrennt ausgebildet sind.

3. Ultraschallstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Ring am axialen Ende seines Innenumfangswandteüs eine Abstufung zur Aufnahme des Basisteils besitzt, die eine ringförmige innere Oberfläche (23c)parallel zu ihrer Achse und eine ringförmige ebene Bodenfläche (23a) senkrecht zu ihrer Achse bildet, und daß uie Bodenfläche (2In) gleichmäßig an der ringförmigen ebenen Oberfläche des Basisteils (22) des Koppelkörpers anliegt und die ringförmige innere Oberfläche (23c) zusammen mit der radialen Außenfläche des Basisteils (22) des Koppelkörpers (2) den Ringspalt bildet.

4 Ultraschallstrahler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der starre Ring als einstückiger Vorsprung (33) am Basisteil des Koppelkörpers ausgebildet ist und mit dem Koppelkörper eine kreisförmige ebene Grundfläche bildet, in die der Ringspalt in Form einer Ringnut ausgebildet ist. und dull die piezoelektrischen Elemente (17a. \7b) zwischen dieser Grundfläche und dem Gegenblock (34)gehalten sind(Fi g. ia).

60