DE3933519C2

DE3933519C2 - Device for cleaning objects with ultrasound

Info

Publication number: DE3933519C2
Application number: DE19893933519
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Bandelin; Bernhard Dipl Ing Strauch
Original assignee: BANDELIN electronic GmbH and Co KG
Current assignee: BANDELIN electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2009-10-06
Also published as: DE3933519A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Gegenständen mit Ultraschall nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a device for cleaning of objects with ultrasound according to the generic term of the main claim.

Es sind Ultraschallreinigungsanlagen bekannt, die Edelstahlgefäße zur Aufnahme von Reinigungsflüssigkeit aufweisen. An dem Boden und gegebenenfalls auf den Seitenwänden der Gefäße sind Ultraschallschwinger befestigt, die mit Hochfrequenz-Energie beaufschlagt werden. Der Boden bzw. die Seitenwände führen im Bereich der Ultraschallschwinger kolbenförmige Schwingungen aus, die die Reinigungsflüssigkeit zu Schwingungen anregen, wobei durch Kavitation die Reinigung der in die Reinigungsflüssigkeit eingetauchten Gegenstände bewirkt wird. Durch die Schwingungen der Ultraschallschwinger werden aber auch Biegewellen im Boden- bzw. Seitenwändenmaterial ausgelöst, wobei durch Überlagerungen an bestimmten Stellen hohe Schwingungsamplituden auftreten, die an der Grenzfläche Kavitationseffekte auslösen, durch welche der Boden bzw. die Seitenwände erodiert und schließlich zerstört werden.Ultrasonic cleaning systems are known, the stainless steel vessels have to absorb cleaning liquid. On the floor and possibly on the side walls the vessels are attached to ultrasonic transducers, which are exposed to high-frequency energy. The The floor or the side walls lead in the area of the ultrasonic vibrators piston-shaped vibrations that the Stimulate cleaning fluid to vibrate, whereby by cavitation the cleaning of the cleaning liquid immersed objects is effected. Due to the vibrations of the ultrasonic vibrators but also bending waves in the floor or side wall material triggered by overlaps on certain Make high vibration amplitudes that occur trigger cavitation effects at the interface, by which the floor or the side walls eroded and will eventually be destroyed.

Zur Vermeidung dieser Erosionseffekte ist es bekannt, den Boden mit schallabsorbierenden Materialien zu belegen, um die schädlichen Biegewellen zu dämpfen. Diese Vorgehensweise bringt aber den Nachteil mit sich, daß wertvolle Ultraschallenergie absorbiert wird und in Wärme umgewandelt wird, so daß die Reinigungsleistung abnimmt.To avoid these erosion effects, it is known covering the floor with sound absorbing materials, to dampen the harmful bending waves. These Procedure has the disadvantage that valuable ultrasound energy is absorbed and in Heat is converted so that the cleaning performance decreases.

Aus der US 37 30 489 ist eine Ultraschallreinigungsanlage bekannt, dessen Boden mit einer Mehrzahl von einzelnen Ultraschallschwingern belegt ist. Zur Vermeidung von Erosion ist die der Reinigungsflüssigkeit zugewandte Seite mit Chrom beschichtet, wobei zusätzlich die Mitte der die Schwinger tragenden Platte dicker ausgestaltet ist als ihre Ecken. Auch diese Lösung führt nicht zu befriedigenden Ergebnissen, da durch die Verdickung der Platte die Schwingungseigenschaften verschlechtert werden und da auch die Beschichtung die Erosion nur geringfügig verringert.From US 37 30 489 is an ultrasonic cleaning system known, the bottom with a plurality of individual ultrasonic vibrators is occupied. To avoid erosion is that of the cleaning liquid Side coated with chrome, with additional the middle of the plate carrying the transducers thicker is designed as its corners. This solution too does not lead to satisfactory results because of the Thickening of the plate worsens the vibration properties and because the coating also Erosion only slightly reduced.

Die US 32 40 963 betrifft eine Ultraschallwandleranordnung, bei der der Ultraschallwandler in die Öffnung eines Gefäßes eingesetzt ist. Dabei ist ein Trägerelement aus säurefestem Gummi oder Kunststoff vorgesehen, der eine mittige Vertiefung aufweist, in der eine Metallplatte aufgenommen ist. Auf der Platte ist ein Schwingelement durch Kleben befestigt. Die Ultraschallwandleranordnung ist fest mit dem Gefäß beispielsweise durch Schrauben verbunden. Das flanschartige Trägerelement dient nur zur Befestigung der Ultraschallanordnung in der Öffnung des Gefäßes.US 32 40 963 relates to an ultrasonic transducer arrangement, at which the ultrasonic transducer in the opening a vessel is inserted. There is a carrier element made of acid-proof rubber or plastic, which has a central recess in which a metal plate is included. On the plate is a vibrating element attached by gluing. The ultrasonic transducer assembly is firm with the vessel for example connected by screws. The flange-like Carrier element is only used to attach the ultrasound arrangement in the opening of the vessel.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Reinigung von Gegenständen mit Ultraschall zu schaffen, bei der bei guter Reinigungsleistung die Erosion verringert und die Lebensdauer verlängert wird.The invention is therefore based on the object Device for cleaning objects with ultrasound to create with good cleaning performance reduces erosion and extends life becomes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This object is achieved by the characterizing Features of the main claim in connection with solved the features of the generic term.

Dadurch, daß die an der Platte befestigten Ultraschallschwinger jeweils von einem Ring umgeben sind, der jeweils mit Abstand konzentrisch zu den Ultraschallschwingern an der Platte befestigt ist, wobei der Abstand einem Viertel bis einem Ganzen der Biegewellenlänge der Platte bei der Betriebsfrequenz des Ultraschallschwingers entspricht, kann sich in diesem Bereich nur eine stehende Biegewelle ausbilden, und der Ring dient als Sperrmasse, damit außerhalb der Ringe keine Biegewellen mehr auftreten, die durch Überlagerungen zu schädlichen Schwingungsmaxima führen. Die zwischen Ring und Ultraschallschwinger ausgebildete ringförmige Membran entkoppelt den Ultraschallschwinger vom Ring. Somit wird die Erosion stark verringert und die Ultraschall energie wird voll ausgenutzt, so daß kein Verlust in der Reinigungsleistung auftritt.The fact that the ultrasonic transducers attached to the plate are each surrounded by a ring, each by far concentric to the ultrasonic transducers is attached to the plate, the distance a quarter to a whole of the bending wavelength the plate at the operating frequency of the ultrasonic vibrator corresponds, can in this area only form a standing bending shaft, and the Ring serves as a barrier mass, so outside the rings no bending waves occur due to overlays lead to harmful vibration maxima. The trained between ring and ultrasonic transducer annular membrane decouples the Ultrasonic transducer from the ring. Thus the Erosion greatly reduced and the ultrasound energy is fully utilized, so that no Loss in cleaning performance occurs.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.By the specified in the subclaims Measures are advantageous further training and improvements possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in of the drawing and is shown in the following description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht des an der Platte befestigten Schwingers mit Ring, und Fig. 1 is a side view of the transducer attached to the plate with ring, and

Fig. 2 eine schematische Ansicht von unten auf die Platte mit Schwingern und Ringen. Fig. 2 is a schematic bottom view of the plate with vibrators and rings.

In Fig. 1 ist ein Ultraschallschwinger 1, der beispielsweise zwei piezokeramische Elemente 2, 3 und einen mit den Piezoelementen ver bundenen schallabstrahlenden Körper 4 aufweist an einer Platte, vorzugsweise einer Metallplatte 5, befestigt. An einer Platte 5 sind mehrere derartige Ultraschallschwinger 1 angeordnet, wobei die Platte 5 Bestandteil der Wandungen einer Wanne sein kann, in der Reinigungsflüssig keit aufgenommen ist und in die die zu reinigenden Gegenstände eingetaucht werden. Die Platte 5 zusammen mit den Ultraschallschwingern 1 kann auch als Schwingerplatte ausgebildet sein, die in eine Wanne eingetaucht wird und die Schwingungen der Reinigungsflüssigkeit selbst mitteilt. Konzentrisch um den Schwinger herum ist auf der Platte 5 ein Ring 6 befestigt, wobei sowohl der Ring 6 als auch der Schwinger 1 über eine Klebung 7, eine Lötung, Schweißung oder dergleichen Verfahren mit der Bodenplatte 5 verbunden sein können. Der Ring 6 umgibt den Ultraschallschwinger 1 in der Weise, daß sich zwischen Ring 6 und Schwinger 1 eine ringförmige Membran 8 ergibt. Wie in der Fig. 1 in stark vergrößerter Form dargestellt ist, ergeben sich die Schwingungen 9, wobei der Ring an den Knoten der Schwingungen 9 mit der Platte 5 verbunden ist. Um eine gute Ausnutzung der Schwingungsenergie zu erreichen, ist jeder Ultraschallschwinger 7 in einem Abstand von vorzugsweise einer halben Wellenlänge der Biegewelle der Platte 5 mit dem koaxialen Ring 6 umgeben. Es kann sich daher in diesem Bereichnur eine stehende Biegewelle ausbilden.In Fig. 1, an ultrasonic vibrator 1 , for example, two piezoceramic elements 2 , 3 and a ver with the piezo elements connected sound-emitting body 4 has on a plate, preferably a metal plate 5 , attached. A plurality of such ultrasonic vibrators 1 are arranged on a plate 5 , the plate 5 being able to be part of the walls of a tub, in which cleaning liquid is added and into which the objects to be cleaned are immersed. The plate 5 together with the ultrasonic vibrators 1 can also be designed as a vibrating plate which is immersed in a tub and communicates the vibrations of the cleaning liquid itself. A ring 6 is fixed concentrically around the transducer on the plate 5 , it being possible for both the ring 6 and the transducer 1 to be connected to the base plate 5 by means of adhesive 7 , soldering, welding or the like. The ring 6 surrounds the ultrasonic vibrator 1 in such a manner that an annular membrane 8 yields between 6 and ring oscillators. 1 As shown in FIG. 1 in a greatly enlarged form, the vibrations 9 result , the ring being connected to the plate 5 at the nodes of the vibrations 9 . In order to achieve a good utilization of the vibration energy, each ultrasonic vibrator 7 is surrounded by the coaxial ring 6 at a distance of preferably half a wavelength of the bending wave of the plate 5 . Therefore, only a standing bending wave can form in this area.

In Fig. 2 ist eine Ansicht von unten auf die Platte 5 dargestellt, wobei eine Vielzahl von Ultraschallschwingern 1 auf der Platte 5 angeordnet sind und diese Ultraschallschwinger 1 sind jeweils von einem Ring 6 umgeben. Dabei sind die Innenkonturen um den Schwinger 1 herum kreisförmig, während die Außenkonturen der Ringe 6 derart ausgebildet sind, daß die Platte 5 vollständig mit Ringen 6 bedeckt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ringe 6 sechseckig, es sind aber auch andere Konturen, beispielsweise drei- oder viereckige Konturen denkbar. FIG. 2 shows a view from below of the plate 5 , a large number of ultrasonic vibrators 1 being arranged on the plate 5 and these ultrasonic vibrators 1 each being surrounded by a ring 6 . The inner contours around the oscillator 1 are circular, while the outer contours of the rings 6 are designed such that the plate 5 is completely covered with rings 6 . In the exemplary embodiment shown, the rings 6 are hexagonal, but other contours, for example triangular or quadrangular contours, are also conceivable.

Die Größe der Ringe 6 ist abhängig von der Betriebsfrequenz der Ultraschallschwinger 1. Die Platte 5, die, wie schon ausgeführt, der Boden oder eine Seitenwand des die Reinigungs flüssigkeit aufnehmenden Gefäßes sein kann, besteht vorzugsweise aus Metall. Auch der Ring 6 kann aus Metall bestehen, es sind aber auch keramische Materialien, Kunststoff oder eine Kombination aus den Materialien denkbar. Die Verbindung der Ringe 6 mit der Platte 5 sollte luftblasenfrei sein und die der Platte 5 zugewandte Oberfläche des Ringes 6 muß eben sein. Die übrigen Außenflächen des Ringes können eben oder gewölbt ausgebildet sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Ringe 6 Bestandteil der Platte 5, d. h. sie sind aus demselben Metallstück herausgearbeitet. Auf diese Weise wird eine optimale Verbindung zwischen Platte 5 und Ringen 6 erzielt.The size of the rings 6 depends on the operating frequency of the ultrasonic vibrator 1 . The plate 5 , which, as already stated, can be the bottom or a side wall of the cleaning liquid-receiving vessel, is preferably made of metal. The ring 6 can also consist of metal, but ceramic materials, plastic or a combination of the materials are also conceivable. The connection of the rings 6 with the plate 5 should be free of air bubbles and the surface of the ring 6 facing the plate 5 must be flat. The remaining outer surfaces of the ring can be flat or curved. In another embodiment, the rings 6 are part of the plate 5 , ie they are worked out of the same piece of metal. In this way, an optimal connection between plate 5 and rings 6 is achieved.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Ultraschallschwinger 1 direkt an der Platte befestigt und die Ringe 6 sind insbesondere für diesen Fall nützlich. Sie können aber auch dann verwendet werden, wenn die Ultraschall schwinger 1 in anderer Weise mit den Wandungen des Reinigungsgefäßes verbunden sind und die Gefahr besteht, daß sich ebenfalls stehende Biegewellen an den Wandungen bilden, die sich überlagern könnten.In the described embodiment, the ultrasonic vibrators 1 are attached directly to the plate and the rings 6 are particularly useful in this case. However, they can also be used when the ultrasound transducers 1 are connected in another way to the walls of the cleaning vessel and there is a risk that standing bending waves also form on the walls, which could overlap.

Claims

1. An apparatus for cleaning objects with ultrasound, in which a cleaning liquid received in a tub is subjected to ultrasound, which is generated by at least one ultrasonic vibrator attached to a plate, characterized in that each ultrasonic vibrator has a ring to prevent uncontrolled bending waves ( 6 ), which is fixed at a distance concentrically to the ultrasonic vibrator ( 1 ) on the plate ( 5 ), the distance between ultrasonic vibrator ( 1 ) and ring ( 6 ) being a quarter to a whole of the bending wavelength of the plate ( 5 ) corresponds to the operating frequency of the ultrasonic vibrator.

2. Device according to claim 1, characterized in that the plate ( 5 ) is part of the walls of the tub.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one ultrasonic vibrator ( 1 ) and the associated ring ( 6 ) are attached directly to the plate ( 5 ) by gluing, soldering, welding or the like.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the distance of half a bending wavelength corresponds.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of ultrasonic transducers ( 1 ) are attached to the plate ( 5 ), the rings ( 6 ) surrounding them being designed in their outer contour such that they are the plate ( 5 ) cover the entire area.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rings ( 6 ) are square.

7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rings ( 6 ) are hexagonal in their outer contour.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the plate ( 5 ) consists of metal.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rings ( 6 ) consist of metal, a ceramic material, plastic or a combination thereof.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the plate ( 5 ) and the rings ( 6 ) are made in one piece and form a unit.