DE4014846A1 - Vorrichtung zur erzeugung von ultraschall - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschall, insbesondere Verbund-, Flachschwinger od. dgl., mit zumindest einem PXE-Element (Piezoxide-Element), welches eine Verbin­ dung an einen positiven Anschluß aufweist.

Für die Erzeugung von Ultraschall im unteren Frequenzbereich ist die Verwendung von sogenannten Verbundschwingern (zusammengesetzte Wandler) üblich. Sie werden als Hochleistungsultraschallgeber verwendet, beispielsweise in der Industrie und im Gewerbe zur Herstellung sehr feiner Dispersionen, zur Beseitigung von feinverteilten Nebeln, zur Entgasung von Flüssigkeiten sowie zur Reinigung schwer zugänglicher Oberflächen kompliziert geformter Gegenstände in ultraschallerregten Flüssigkeitsbädern, um nur einige Anwendungsgebiete aufzuzählen.

Vor allem im letzteren Bereich, beim Reinigen mit ultraschallerregten Flüssigkeiten, sind zwei Arten von Verbundschwingern bevorzugt, der 1-Piezoring-Verbund­ schwinger und der 2-Piezoring-Verbundschwinger. Dabei besteht der 1-Piezoring-Verbundschwinger im wesent­ lichen aus einer PXE-Scheibe bzw. einem PXE-Ring, dem in axialer Anordnung je ein metallisches Element in Form einer Scheibe zugeordnet ist, wobei ein Element eine Verbindung zu einem positiven Anschluß und das andere Element eine Verbindung zu einem negativen Anschluß bzw. Massenanschluß besitzt. Zwischen den beiden Elementen ist eine Isolierung angeordnet, welche vorzugsweise aus einem Epoxydharz besteht. Das gesamte Schwingersystem ist durch einen Bolzen vorgespannt und zwischen einem metallischen Druckstück aus Eisen, Stahl od. dgl. und einem Kopplungsstück, vorzugsweise aus Aluminium oder Magnesium bestehend, festgelegt.

Beim 2-Piezoring-Verbundschwinger werden zwei PXE-Scheiben bzw. PXE-Ringe angeregt. Die Erregung erfolgt über eine zwischen den PXE-Ringen angeordnete und direkt angelegte Kontaktscheibe, welche eine Ver­ bindung zu einem positiven Anschluß herstellt. Eine dem festlegenden Bolzen zugewandte und dem entsprechenden PXE-Ring aufgelegte Kontaktscheibe sorgt für den negativen bzw. Massenanschluß. Die Festlegung dieses Schwingersystems erfolgt sonst wie beim 1-Piezo­ ring-Verbundschwinger.

Bei den beiden Systemen erweist sich aber die Vielzahl der Bauelemente als nachteilig. Ebenso ist ein Nachteil, daß bei Geräten, die mit Verbundschwingern arbeiten, relativ viel Platz für eine Generatorplatine od. dgl. notwendig ist, welche den Wechselstrom gegebener Spannung in Eigenschaften umwandelt, wie sie für die Erregung der PXE-Scheibe notwendig sind.

Der Erfinder hat sich nun zur Aufgabe gestellt, die Systeme so zu vereinfachen, daß einerseits weniger Bau­ elemente notwendig sind und andererseits eine Platz­ ersparnis innerhalb entsprechender Geräte erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß dem PXE-Element, insbesondere einem PXE-Ring, eine Isolierscheibe anliegt, welche zum PXE-Ring hin mit einer mit einem positiven Anschluß verbundenen Kontaktschicht belegt ist.

Diese Isolierscheibe besteht vorzugsweise aus glas­ faserverstärktem Epoxydharz. Sie kann aber auch aus einer sonstigen Isolierschicht bestehen, wie beispiels­ weise einer Kunststoff-Folie, aus Keramikplättchen bzw. aus allen Isoliermaterialien, die sich beidseitig metallisch bedampfen bzw. beschichten lassen.

Andererseits weist diese Isolierscheibe ebenfalls eine Belegung mit einer Kontaktschicht auf, welche eine Verbindung zu einem negativen bzw. zu einem Massen­ anschluß herstellt. Beide Beschichtungen, vorzugsweise Kupferbeschichtungen, können die Kontaktierung zur ent­ sprechenden Generatorplatine durch Verschraubung, Verlötung od. dgl. von beispielsweise Kabeln, Leitungen od. dgl. durchführen.

Eine erweiterte Möglichkeit einer oben genannten Anordnung besteht darin, daß die beschichtete Isolier­ platte vergrößert wird, so daß sie als Generatorplatine verwendet werden kann.

Eine solche Anordnung stellt eine weitere Vereinfachung dar, da in diesem Fall die Kontaktierungen von Platine zu Verbundschwinger entfallen, da diese nun als Platinen-Layout in der Kontaktschicht integriert sind.

Durch diese Integration der Generatorplatine oder auch nur von Teilen der Generatorplatine in den Verbund­ schwinger wird eine erhebliche Platzeinsparung bei der Auslegung von Geräten, die mit Verbundschwingern arbeiten, erreicht.

Beim 2-Piezoring-Verbundschwinger wird analog zur oben genannten Möglichkeit beim 1-Piezoring-Verbundschwinger die Kontaktplatte, welche zwischen den beiden PXE-Ringen angeordnet ist und beiden anliegt, entweder auch als Generatorplatine auszulegen oder zumindest mit einer leitenden Schicht zu bedampfen. Beide metallischen, vorzugsweise kupferbedampften Oberflächen sind leitend miteinander verbunden und liegen auf positiv.

Der Massekontakt wird durch eine Kontaktscheibe herge­ stellt, welche andererseits der positiven Kontakt­ schicht dem zweiten PXE-Ring anliegt.

Auch bei dieser Anordnung entfallen die Arbeitsschritte zur Verbindung der positiven Kontaktscheibe zur Gene­ ratorplatine mittels Verschraubung, Verlötung od. dgl., da die elektrische Kontaktierung im Leiterplatten-Lay­ out bereits berücksichtigt ist. Ebenso ist eine erheb­ liche Platzeinsparung erreicht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schwingerwanne mit festgelegtem 1-Piezo­ ring-Verbundschwinger;

Fig. 2 eine Explosionszeichnung eines 1-Piezo­ ring-Verbundschwingers;

Fig. 3 eine Explosionszeichnung eines 2-Piezo­ ring-Verbundschwingers.

Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschall, insbesondere ein in Fig. 1 gezeigter Verbundschwinger R, wird in einer Bodenplatte 1 einer Wanne 2, welche aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, hergestellt ist, festgelegt. Teile des Verbundschwingers, insbesondere ein Kopplungsstück 3, vorzugsweise aus Aluminium bestehend, ist durch eine Klebeschicht 4 mit der Bodenplatte 1 der Wanne 2 fest verbunden.

In den Fig. 2 und 3 sind zwei verschiedene Aus­ führungsformen von Verbundschwingern gezeigt. In Fig. 2 ist ein 1-Piezoring-Verbundschwinger R1 dargestellt. Ein solcher 1-Piezoring-Verbundschwinger R1 besteht im wesentlichen aus einem PXE-Element (Piezoxidelement) 5, insbesondere einem PXE-Ring, welchem eine Isolier­ scheibe 6 aufliegt.

Diese Isolierscheibe 6 ist erfindungsgemäß beidseits mit einer Kupferschicht (Cu) 7 bzw. 8 als Kontaktschicht bedampft. Die Isolierscheibe 6 selbst besteht vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Epoxydharz.

Von der Schicht 7 auf der Isolierscheibe 6 führt eine Verbindung 9 zu einem positiven Anschluß, während die Schicht 8 einen Strom über eine Verbindung 10 zu einem negativen Anschluß ableitet. Die Verbindungen 9 und 10 können Kabel, Anschlußfahnen od. dgl. und mit den Kontaktschichten 7 und 8 durch Löten, Schrauben od. dgl. verbunden sein.

Zwischen einem Druckstück 11 und einer Ausgleichscheibe 12 werden der PXE-Ring 5 und die Cu-bedampfte Isolier­ scheibe 6 an der Wanne 2 bzw. am Kopplungsstück 3 unter einem bestimmten Druck mittels eines Schraubenbolzens 13 festgelegt. Damit der Schraubenbolzen 13 die einzelnen Elemente, wie Druckstück 11, Isolierscheibe 6, PXE-Ring 5 und Ausgleichscheibe 12, durchdringen kann, besitzen diese Elemente je eine Bohrung 14. Zur Isolation der Kontaktschichten 7 und 8 ist dem Schraubenbolzen 13 im Bereich der Isolierscheibe 6, des PXE-Ringes 5 und der Ausgleichscheibe 12 eine Isolierhülse 15 aufgesteckt. Der Gewindebolzen 13 greift schraubend in eine Gewindebohrung 16 im Kopplungsstück 3 ein.

Statt der Isolierscheibe 6 ist auch eine Platine denkbar, belegt mit einem entsprechenden Platinen-Layout, wodurch die Verbindungen 9 und 10 zu einer außerhalb liegenden Generatorplatine entfallen. Der Anschluß an das Netz erfolgt dann ohne Umweg über diese Generatorplatine.

Fig. 2 zeigt einen 2-Piezoring-Verbundschwinger R2. Gegenüber dem 1-Piezoring-Verbundschwinger besitzt dieser Verbundschwinger R2 zwei PXE-Ringe 5 und 5a. Zwischen die zwei PXE-Ringe 5 und 5a ist eine Isolier­ scheibe 17 eingefügt, bei der beiderseits einer Cu-bedampften Oberfläche 18 bzw. 19 vorgesehen ist, wobei beide Schichten 18, 19 durch die Bohrung 14 hindurch miteinander verbunden sind. Es genügt dann ein Anschluß an einen positiven Pol. Andererseits der Isolierscheibe 17 liegt dem PXE-Ring 5a eine Kontakt­ scheibe 20 an, welche mit einem Massenkontakt verbunden ist. Durch ein entsprechendes Platinen-Layout in den Oberflächen 18, 19 kann auch bei diesem Ausführungs­ beispiel eine außerhalb der Anordnung liegende Generatorplatine entfallen.

Zur Festlegung des 2-Piezoring-Verbundschwingers R2 an der Wanne 2 durchdringt ein Schraubenbolzen 13 durch entsprechende Bohrungen 14 ein Druckstück 11 sowie die Kontaktscheibe 20 die PXE-Ringe 5 und 5a mit der dazwischengelegten bedampften oder bedruckten Isolier­ scheibe 17 und die Ausgleichscheibe 12. Der Schraubenbolzen 13 greift in die Gewindebohrung 16 des Kopplungsstückes 3 ein. Die Festlegung erfolgt so, daß auf die beiden PXE-Ringe 5 und 5a ein ganz bestimmter Druck einwirkt. Eine Isolierscheibe 15a umgibt in einem Teilbereich den Schraubenbolzen 13.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschall, insbeson­ dere Verbund-, Flachschwinger od. dgl., mit zumindest einem PXE-Element (Piezoxide-Element), welches eine Verbindung an einen positiven Anschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem PXE-Element, insbesondere einem PXE-Ring (5), eine Isolierscheibe (6, 17) anliegt, welche zum PXE-Ring (5) hin mit einer mit einem positiven Anschluß verbundenen Kontaktschicht (7, 18, 19) belegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierscheibe (6, 17) aus Epoxydharz oder aus einem sonstigen Isoliermaterial, welches sich beidseitig metallisieren läßt, besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktschicht (7, 18, 19), vorzugs­ weise durch Metallisieren mit einem leitenden Metall, insbesondere mit Kupfer, auf die Isolierscheibe (7, 18, 19) aufgebracht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierscheibe (6, 17) mit einem Leiterplatten-Layout als Kontakt­ schicht belegt und so als Generatorplatine ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolier­ scheibe (6) andererseits mit einer mit einem negativen Anschluß verbundenen Kontaktschicht (8) belegt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (8) durch Bedampfen mit einem leitenden Metall, insbesondere mit Cu, aufgebracht ist.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolier­ scheibe (17) zwischen zwei PXE-Ringen (5 und 5a) angeordnet ist und beiderseits mit einer mit dem positiven Anschluß verbundenen Kontaktschicht (18, 19) belegt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende Verbindung zwichen beiden Kontakt­ schichten (18, 19) besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in zumindest eine Kontaktschicht (18 und/oder 19) ein Leiterplatten-Layout eingearbeitet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite PXE-Ring 5a andererseits der Kontaktschicht (18) mit einer Kontaktscheibe (20) in Verbindung steht, welche Massekontakt hat.