DE29823967U1 - Ultrasonic sonotrode - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Sonotrode, bestehend aus dem Grundkörper und dem Ankoppelstück.The invention relates to an ultrasonic sonotrode, consisting of the base body and the coupling piece.
Ultraschall-Sonotroden werden nach dem allgemein bekannten Stand der Technik insbesondere aus Stahl, Titan und aus Glas gefertigt.Ultrasonic sonotrodes are manufactured according to the generally known state of the art, particularly from steel, titanium and glass.
Der Werkstoff Titan ist für die Übertragung von Ultraschall ein besonders geeigneter Werkstoff. Er leitet durch seine spezifischen mechanischen Eigenschaften hervorragend die Schwingungen und ist außerdem gegenüber vielen aggressiven Medien resistent.Titanium is a particularly suitable material for the transmission of ultrasound. Its specific mechanical properties mean it conducts vibrations excellently and it is also resistant to many aggressive media.
Die aus einer speziellen Titan-Legierung gefertigten Sonotroden sind für eine Vielzahl von Anwendungsfällen der Ultraschall-Technik in Labor und Industrie geeignet.The sonotrodes, made from a special titanium alloy, are suitable for a wide range of ultrasound technology applications in laboratories and industry.
Wenn jedoch der Abtrag von Metallen durch Kavitation unerwünscht ist, werden vorteilhaft Sonotroden aus Glas eingesetzt, mit denen anstelle der bisher üblichen indirekten Beschallung der Probe im Glasgefäß, eine Schalleistung unmittelbar in die Probe eingetragen werden kann (Prospekt der Dr. Hielscher GmbH " Ultraschall-Sonotroden aus Glas", Dezember 1997).However, if the removal of metals by cavitation is undesirable, glass sonotrodes are advantageously used, with which a sound power can be introduced directly into the sample instead of the previously usual indirect sonication of the sample in the glass vessel (brochure of Dr. Hielscher GmbH "Ultrasonic sonotrodes made of glass", December 1997).
Glas-Sonotroden werden auch dann vorteilhaft eingesetzt, wenn Medien beschallt werden sollen, die gegenüber Titan aggressiv sind, oder wenn die Sonotrode elektrisch nicht leiten soll, zum Beispiel bei der Beschallung in galvanischen Bädern.Glass sonotrodes are also advantageously used when media are to be sonicated that are aggressive towards titanium, or when the sonotrode should not conduct electricity, for example when sonicating in galvanic baths.
Nachteilig ist es, daß mit den bekannten Sonotroden aufgrund der Werkstoffeigenschaften sowohl von Titan als auch von Glas, nicht alle Einsatzgebiete für die Beschallung mittels Ultraschall mit einfachen Mitteln realisiert werden können.The disadvantage is that with the known sonotrodes, due to the material properties of both titanium and glass, not all areas of application for ultrasound can be realized with simple means.
Sonotroden aus Titan-Legierungen weisen oft unerwünschten Metallabtrag auf, der neben anderen Nachteilen auch die Standzeit der Sonotrode verkürzt. Titan-Sonotroden weisen für einige Ultraschall-Anwendungen eine zu geringe Temperaturfestigkeit bis ca. 500°C auf, sind elektrisch leitend und gegenüber einigen Medien nicht resistent.Sonotrodes made of titanium alloys often exhibit undesirable metal removal, which, among other disadvantages, also shortens the service life of the sonotrode. Titanium sonotrodes have insufficient temperature resistance up to approx. 500°C for some ultrasound applications, are electrically conductive and are not resistant to some media.
Glas-Sonotroden können aufgrund von Materialspannungen, die bei hohen Amplituden auftreten, nur bis zu Durchmessern von ca. 40 mm hergestellt werden, weisen eine geringe Bruchfestigkeit und eine zu niedrige Temperaturfestigkeit bis ca. 300°C auf. Die im Glas auftretenden thermischen Spannungen sowie der hohe Materialabtrag sind für ausgewählte Anwendungen ungünstig.Due to material stresses that occur at high amplitudes, glass sonotrodes can only be manufactured up to diameters of approx. 40 mm, have low breaking strength and too low a temperature resistance up to approx. 300°C. The thermal stresses that occur in the glass and the high material removal are unfavorable for certain applications.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall-Sonotrode zu entwickeln, mit der die Mängel der bekannten Sonotroden vermieden werden und die eine höhere Temperatur- und Verschleißfestigkeit als bisher bekannt sowie eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber den meisten Medien gewährleistet.The invention is therefore based on the object of developing an ultrasonic sonotrode which avoids the deficiencies of the known sonotrodes and which ensures a higher temperature and wear resistance than previously known as well as a high chemical resistance to most media.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Grundkörper der Sonotrode nach der Erfindung ist aus einem modifizierten Silizium-Carbid (SiSiC-Siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid) oder aus einem gleichartigen Werkstoff hergestellt und ist mit dem metallischen Ankoppelstück über eine Verbindung, die eine Dehnungsanpassung im Randbereich der metallischen Einspannung gewährleistet, verbunden. Gegenüber Titan-Sonotroden weist die SiSiC-Sonotrode eine zweifache und gegenüber Glas-Sonotroden eine vierfache Verschleißfestigkeit auf. SiSiC-Sonotroden können für die Beschallung von Metallschmelzen bei Temperaturen > 1000°C eingesetzt werden. Es können Sonotroden-Durchmesser mindestens bis 60 mm mit hohen Amplituden realisiert werden. Die Sonotroden können industriell im kW-Leistungsbereich eingesetzt werden.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. The base body of the sonotrode according to the invention is made of a modified silicon carbide (SiSiC silicon-infiltrated silicon carbide) or of a similar material and is connected to the metallic coupling piece via a connection that ensures an expansion adjustment in the edge area of the metallic clamping. The SiSiC sonotrode has twice the wear resistance of titanium sonotrodes and four times the wear resistance of glass sonotrodes. SiSiC sonotrodes can be used for the sonication of metal melts at temperatures > 1000°C. Sonotrodes with diameters of at least 60 mm and high amplitudes can be realized. The sonotrodes can be used industrially in the kW power range.
Die SiSiC-Sonotroden nach der Erfindung weisen ein sehr gutes Korrosionsverhalten gegenüber den meisten Säuren und Laugen auf.The SiSiC sonotrodes according to the invention exhibit very good corrosion resistance against most acids and alkalis.
Es werden mit der Sonotrode nach der Erfindung Anwendungsbereiche erschlossen, die bisher einer direkten Beschallung mit Ultraschall nicht zugänglich waren wie Beschallung von aggressiven Medien und von Metallschmelzen hoher Temperatur sowie die Beschallung in den Bereichen der Pharmazie und Biotechnologie, in denen Abrieb von der Sonotrode unerwünscht waren.The sonotrode according to the invention opens up areas of application that were previously not accessible to direct ultrasound irradiation, such as the irradiation of aggressive media and of high-temperature metal melts, as well as irradiation in the areas of pharmacy and biotechnology, in which abrasion from the sonotrode was undesirable.
Die Standzeit/Lebensdauer der SiSiC-Sonotroden ist erheblich höher als die Standzeit der bekannten Sonotroden.The service life/life of the SiSiC sonotrodes is considerably longer than the service life of the known sonotrodes.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel einer SiSiC-Sonotrode näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an embodiment of a SiSiC sonotrode.
Der Grundkörper der Sonotrode nach der Erfindung besteht aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Karbidstab, in den metallisches Silizium eingebracht ist, um seine Struktur so zu verändern, daß Ultraschall-Schwingungen verlustarm geleitet werden.The base body of the sonotrode according to the invention consists of a powder-metallurgically produced carbide rod into which metallic silicon is introduced in order to change its structure so that ultrasonic vibrations are conducted with low losses.
An den Grundkörper der Sonotrode ist ein Ankoppelstück angebracht, über welches die Sonotrode zum Ultraschall-Prozessor komplettiert werden kann.A coupling piece is attached to the base body of the sonotrode, via which the sonotrode can be completed to form an ultrasound processor.
Die Verbindung zwischen dem Grundkörper der Sonotrode aus SiSiC und dem metallischen Ankoppelstück muß so erfolgen, daß die durch die Schwingungen auftretenden Spannungen und thermischen sowie elastischen Beanspruchungen durch eine geeignete Ankoppelkonstruktion in zulässigen Grenzen gehalten werden.The connection between the base body of the sonotrode made of SiSiC and the metallic coupling piece must be such that the stresses and thermal and elastic loads caused by the vibrations are kept within permissible limits by a suitable coupling construction.
Im Beispiel wird diese Verbindung durch eine geeignete geometrische Ausformung des Ankoppelstückes und durch die Wahl eines geeigneten Klebers durch eine Klebeverbindung, die eine Dehnungsanpassung im Randbereich der metallischen Einspannung gewährleistet, erreicht.In the example, this connection is achieved by a suitable geometric shape of the coupling piece and by choosing a suitable adhesive through an adhesive connection that ensures an expansion adjustment in the edge area of the metallic clamping.
Der Randbereich der Verbindungsstelle zwischen SiC-Sonotrode und metallischem Ankoppelstück wird im Ankoppelstück so dünn ausgezogen und geometrisch so ausgeformt, daß Scherspannungen weitgehend ausgeschlossen sind. Spannungen durch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten werden durch die gewählte geometrische Ausformung und den Kleber, vorzugsweise ein spezieller Epoxidharz, ausgeglichen, so daß die Verbindung die notwendige, hohe Festigkeit aufweist.The edge area of the connection point between the SiC sonotrode and the metallic coupling piece is drawn out so thinly in the coupling piece and geometrically shaped in such a way that shear stresses are largely excluded. Stresses caused by the thermal expansion coefficient are compensated by the selected geometric shape and the adhesive, preferably a special epoxy resin, so that the connection necessary, high strength.
Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der beschriebenen Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiment described here. Rather, it is possible to realize further embodiments by combining and modifying the described features without departing from the scope of the invention.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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| DE29823967U DE29823967U1 (en) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | Ultrasonic sonotrode |
Applications Claiming Priority (2)
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| DE19844294 | 1998-09-18 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE29823967U1 true DE29823967U1 (en) | 2000-02-03 |
Family
ID=26049109
Family Applications (1)
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| DE29823967U Expired - Lifetime DE29823967U1 (en) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | Ultrasonic sonotrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29823967U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007085560A2 (en) | 2006-01-26 | 2007-08-02 | Faurecia Innenraum Systeme Gmbh | Method for ultrasound welding and construction module, particularly door module of a motor vehicle |
-
1998
- 1998-09-18 DE DE29823967U patent/DE29823967U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007085560A2 (en) | 2006-01-26 | 2007-08-02 | Faurecia Innenraum Systeme Gmbh | Method for ultrasound welding and construction module, particularly door module of a motor vehicle |
| US8048246B2 (en) | 2006-01-26 | 2011-11-01 | Faurecia Innenraum Systeme Gmbh | Method for ultrasound welding and construction module, particularly motor vehicle door module |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20000309 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20011219 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20050130 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20070403 |