DE4133727A1

DE4133727A1 - Ultrasonic cleaning of articles immersed in cleaning fluid - using piezoelectric transducer excited at high frequency with significant tension only during expansion or compression phase

Info

Publication number: DE4133727A1
Application number: DE19914133727
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: BANDELIN electronic GmbH and Co KG
Current assignee: BANDELIN electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 1993-04-22

Abstract

The method involves using a source of ultrasound which includes a pair of platelike piezoelectric elements (1, 2) with an electrode (3) between them, screwed (4) together to a vibratory body (5) with a counterweight. (6). The screw (4) also provides an electrical connection to the earthed electrode (7). The piezoelectric elements (1, 2) are deformed by the voltage applied to the electrodes (3, 7) from a high-frequency generator (8). Polarity and waveform are selected so that little or no tension is produced during one or other of the phases of oscillation. ADVANTAGE - Wear and destruction of the ultrasound-reflecting surfaces are reduced greatly by a simple expedient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zum Reinigen von Gegenständen nach dem Ober begriff des Hauptanspruchs und des nebengeordneten Anspruchs.The invention relates to a method and a Direction for cleaning objects upwards concept of the main claim and the subordinate Claim.

Ultraschallreinigungsanlagen sind allgemein bekannt. Bei diesen Anlagen werden die zu reinigenden Gegen stände in eine in einem Behälter aufgenommene Reini gungsflüssigkeit eingetaucht und es werden über Ul traschallgeber Schwingungen in die Reinigungsflüssig keit eingeleitet. Dabei können die piezokeramischen Ultraschallwandler an dem Gehäuse oder an separaten Platten befestigt sein, die in die Reinigungsflüssig keit eingetaucht werden. Es hat sich gezeigt, daß üblicherweise die schallabstrahlenden Flächen, d. h. das Gehäuse selbst oder die separaten Platten, einem starken Verschleiß unterliegen, wobei der Verschleiß abhängig von der Reinigungsleistung ist. Es wurde versucht, durch mechanische oder konstruktive Maßnah men der Zerstörung entgegenzuwirken, beispielsweise wurden die Oberflächen veredelt, die spezifische Lei stung reduziert und verbesserte Möglichkeiten zum schnellen Austausch einzelner Schallgeber oder Grup pen geschaffen.Ultrasonic cleaning systems are generally known. In these systems, the counter to be cleaned would be in a container held in a container immersion liquid and it is over Ul sonic vibrations in the cleaning liquid initiated. The piezoceramic Ultrasonic transducers on the housing or on separate Plates can be fixed in the cleaning liquid be immersed. It has been shown that usually the sound radiating surfaces, i. H. the housing itself or the separate plates, one subject to heavy wear and tear depends on the cleaning performance. It was tries by mechanical or constructive measures counteract the destruction, for example the surfaces were refined, the specific lei reduced and improved opportunities for quick exchange of individual sounders or groups pen created.

Der Verschleiß wird durch einen Blasenschleier sehr hoher Energiedichte, d. h. durch Bodenkavitation aus gelöst. Die Bodenkavitation bildet sich dicht über oder auf der schallabstrahlenden Fläche aus und ver hindert dadurch die Ausbreitung des Schalls in die Reinigungsflüssigkeit. Die gesamte abgestrahlte Ener gie wirkt zerstörend auf die schallabstrahlende Ober fläche des Schallgebers und trägt nicht zur Reini gungswirkung bei. Darüber hinaus wird in der Bodenka vitation mehr Leistung absorbiert als im Normalbe trieb, so daß einmal aufgetretene Bodenkavitationen stationär bleiben und nicht mehr vollständig in sich zusammenfallen.The wear and tear is very much due to a bubble curtain high energy density, d. H. through ground cavitation solved. The ground cavitation forms tightly over or on the sound radiating surface and ver this prevents the sound from spreading into the Cleaning fluid. The entire radiated ener gie has a destructive effect on the sound radiating surface surface of the sounder and does not contribute to the Reini effect. In addition, in the Bodenka vitation absorbs more power than normal drove so that ground cavitation occurred remain stationary and no longer completely in itself collapse.

Als Ultraschallgeber werden üblicherweise piezoelek trische Schallwandler verwendet, die mit einer Wech selspannung gespeist werden, deren Frequenz in der Nähe der mechanischen Längenresonanz der Piezoelemen te liegen sollte. Dadurch wird das System im Rhythmus der Wechselspannung, je nach momentaner Polarität, ausgedehnt oder zusammengezogen. Die notwendige Wech selspannung wird von einem Generator erzeugt, der aus der niederfrequenten Netzspannung die zum Betrieb der piezoelektrischen Ultraschallgeber notwendige HF- Wechselspannung erzeugt.Piezoelectric are usually used as ultrasound transmitters trical transducers used with a change be fed voltage whose frequency in the Proximity of the mechanical length resonance of the piezo elements te should be. This keeps the system in rhythm the AC voltage, depending on the current polarity, extended or contracted. The necessary change sel voltage is generated by a generator that the low frequency mains voltage which is used to operate the piezoelectric ultrasonic transducer necessary RF AC voltage generated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Gegenstän den mittels Ultraschall zu schaffen, mit denen ein Verschleiß und Zerstörung der schallabstrahlenden Flächen mit einfachen Mitteln starkt reduziert wer den.The invention has for its object a method ren and a device for cleaning objects to create the one with ultrasound with which one Wear and destruction of the sound radiating Those who are strong can reduce space with simple means the.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs und des ne bengeordneten Vorrichtungsanspruchs in Verbindung mit den jeweiligen Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This object is achieved by the kenn features of the main claim and the ne subordinate device claim in connection with the respective characteristics of the generic term solved.

Es hat sich gezeigt, daß dadurch, daß die vom Genera tor erzeugte HF-Spannung nicht wie im Stand der Tech nik sowohl in der positiven als auch in der negativen Halbwelle zugeführt wird, sondern nur während einer halben Periode, die vorzugsweise der Druckphase der Schwingungen des Ultraschallgebers entspricht, die Bodenkavitation nicht mehr oder weitgehend nicht mehr auftritt, so daß der Verschleiß und eine Zerstörung verhindert werden.It has been shown that the fact that the genera not generated RF voltage as in the prior art nik in both positive and negative Half wave is supplied, but only during one half period, which is preferably the printing phase of the Vibrations of the ultrasound generator corresponds to that Ground cavitation no longer or largely no longer occurs, causing wear and destruction be prevented.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:The method and the device according to the invention are described below with reference to the drawing nations explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen piezoelek trischen Ultraschallgeber und Fig. 1 shows a section through a piezoelectric and ultrasonic transducer

Fig. 2 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Teils des verwendeten HF-Genera tors. Fig. 2 shows the circuit design of part of the RF generator used tors.

Der piezoelektrische Ultraschallgeber nach der Fig. 1 weist zwei piezoelektrische plattenförmige Elemente 1, 2 auf, zwischen denen eine Elektrode 3 liegt. Über eine Schraubverbindung 4 sind die piezoelektrischen Elemente 1, 2 mit einem Schwingungskörper 5 und einem Gegengewicht 6 verbunden. Die Schraubverbindung 4 dient gleichzeitig als elektrische Verbindung für die zweiten Elektroden der piezoelektrischen Elemente 1, 2, wobei die zweite Elektrode 7 auf Messe liegt. Die Elektroden sind mit einem HF-Generator 8 verbunden. Die HF-Spannung wird über die Elektroden 3, 7 den piezoelektrischen Elementen 1, 2 zugeführt und sie werden entsprechend der Spannung verformt. Im vorlie genden Ausführungsbeispiel ist die Polarität und die Wellenform der Spannung derart gewählt, daß während der Ausdehnungsphase, d. h. der Druckphase der Schwin gung, eine Spannung aufgebracht wird, während der Zugphase keine oder nur eine sehr geringe Span nung anliegt. Das Zusammenziehen erfolgt durch die mechanischen Eigenschaften. Die Wellenform kann un terschiedlich gewählt werden, vorzugsweise stellt sie eine Halbwelle einer Sinusschwingung dar, sie kenn aber auch rechteck- oder dreieckförmig oder derglei chen sein.The piezoelectric ultrasonic transducer of FIG. 1 has two piezoelectric plate-shaped members 1, 2 between which an electrode 3 is located. The piezoelectric elements 1 , 2 are connected to a vibrating body 5 and a counterweight 6 via a screw connection 4 . The screw connection 4 also serves as an electrical connection for the second electrodes of the piezoelectric elements 1 , 2 , the second electrode 7 being at the fair. The electrodes are connected to an HF generator 8 . The HF voltage is supplied to the piezoelectric elements 1 , 2 via the electrodes 3 , 7 and they are deformed in accordance with the voltage. In the vorlie embodiment, the polarity and waveform of the voltage is chosen such that a voltage is applied during the expansion phase, ie the pressure phase of the vibration, during the pull phase there is no voltage or only a very low voltage. The contraction is due to the mechanical properties. The waveform can be selected differently, preferably it represents a half-wave of a sine wave, but they can also be rectangular or triangular or the like.

Fig. 2 zeigt die Schaltung zur Realisierung der er findungsgemäßen Lösung. Dabei wird ein HF-Generator 8 verwendet, der zusätzlich einen oder mehrere Schalter 9 aufweist. Wenn der Schalter 9 geschlossen ist, wird Energie an den Ultraschallgeber geliefert. Dabei wird der Schalter derart gesteuert, daß er während der halben Periode der Resonanzfrequenz des Ultraschall- Gebers schließt, die vorzugsweise der Druckphase ent spricht. Fig. 2 shows the circuit for realizing the inventive solution. An HF generator 8 is used, which additionally has one or more switches 9 . When the switch 9 is closed, energy is supplied to the ultrasound transmitter. The switch is controlled in such a way that it closes during half the period of the resonance frequency of the ultrasonic transmitter, which preferably speaks the pressure phase.

Auch der piezoelektrische Ultraschallgeber der Fig. 1 ist nur ein Ausführungsbeispiel. Die piezoelektri schen Elemente können auch durch mehrere außen auf dem Umfang verteilte Schrauben miteinander verbunden sein, außerdem kann die Spannungsversorgung auch für plattenförmige nicht eingespannte Piezoelemente ge wählt werden.The piezoelectric ultrasound transmitter of FIG. 1 is also only one embodiment. The piezoelectric elements can also be connected to one another by a plurality of screws distributed externally on the circumference, and the voltage supply can also be selected for plate-shaped non-clamped piezo elements.

Claims

1. A method for cleaning objects immersed in a cleaning liquid by means of ultrasound, in which the vibrations are generated by piezoelectric ultrasound transmitters fed with an HF voltage and the cleaning liquid is communicated, characterized in that the HF voltage is only generated during the printing or Tensile phase of the vibrations of the ultrasonic transmitter is supplied.

2. Device for cleaning objects immersed in a cleaning liquid contained in a container, with associated piezoelectric ultrasonic sensors that generate vibrations and transmit them to the cleaning liquid, the ultrasonic sensors being connected to an HF generator, characterized in that the HF generator ( 8 ) supplies the electrodes ( 3 , 7 ) of the ultrasound transmitter essentially only for half a period of power.

3. Device according to claim 2, characterized records that the printing phase of half the period of the Ultra operating at resonance frequency sound generator corresponds.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the HF generator has at least one switch ( 9 ) during which the closing time energy is transmitted to the ultrasound transmitter.