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Piezoelektrischer Schwingungserzeuger zur Beschallung, insbesondere
flüssigen Gutes Piezoelektrische Schwingungserzeuger werden zur Beschallung irgendwelchen
Gutes in der Regel derart verwendet, daß zwischen dem Schwingungserzeuger und dem
zu beschallenden, z. B. flüssigen Gut eine elektrisch isolierende Kopplungsflüssigkeit
vorgesehen wird, die den Schwingungserzeuger allseitig umgibt und zu seiner elektrischen
Isolierung dient. Insbesondere sollen durch die Isolierflüssigkeit Überschläge von
Elektrode zu Elektrode vermieden werden. Gewöhnlich wird hierbei der Schwingungserzeuger
in einem ölgefüllten Gefäß angeordnet, während sich das zu behandelnde Gut in einem
zweiten Gefäß befindet, das in das Ölbad hineingesetzt wird.
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Ein erheblicher Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht dlarini,
daß sie nicht beliebig ortsbeweglich ist, denn das offene Ölgefäß muß stets stehend
verwendet werden. Auch kann das 01 leicht verschüttet werden. Es ist zwar
bereits eine Anordnung bekannt, die diesen Nachteil dadurch vermeidet, daß der piezoelektrische
Schwingungserzeuger in einem allseitig geschlossenen ölgefüllten Gehäuse angeordnet
ist, das mit einem Membranfenster zum Durchlaß der Schwingungen versehen
ist..
Diese bekannte Anordnung ist an sich schon beliebig ortsbeweglich, doch ist auch
hier nach wie vor zwischen dem Schwingungserzeuger und dem zu beschallenden Gut
immer roch eine Kopplungsflüssigkeit, nämlich das den Schwingungserzeuger umgebende
01, und, außerdem noch das Mem.branfenster als ein weiteres Kopplungsglied
vorhanden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Ausbildung eines piezoelektrischen
Schwingungserzeugers, die auch diesen Nachteil vermeidet, ohne daß auf die Ölisolation
des Schwingungserzeugers verzichtet: zu werden braucht. Die Einrichtung nach der
Erfindung besteht darin, daß der gemeinsam mit der Isolierflüssigkeit in einem Gehäuse
angeordnete Schwingungserzeuger mit dem Rand seiner Arbeitsstrirnfläche derart gegen
den Rand einer in dem Gehäuse vorgesehenen Öffnung abgedichtet anliegt, daß die
Isolierflüssigkeit den Schwingungserzeuger an der der Arbeitsstirnfläche abgewandten
Rückseite und an den Seitenflächen umschließt, die Arbeitsstirnfläche des Schwingungserzeugers
dagegen unmittelbar mit dem zu beschallenden Gut in Berührung gebracht werden kann.
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Es ist zwar bereits eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von
Ultraschallwellen in Wasser bekannt, bei der ein piezoelektrischer Schwingkristall
auf seinen beiden Stirnflächen mit je einer verhältnismäßig dicken Elektrodenplatte
versehen und derart in eine Öffnung einfies ölgefüllten Gehäuses eingepaßt ist,
daß der Rand der Gehäuseöffnung an den Seitenflächen der abstrahlenden Elektrode
angreift, während sich die andere Elektrode und der Kristall innerhalb des Gehäuses
befinden und von der Ölfüllung des Gehäuses umspült werden. Diese für Nachrichtenzwecke
entwickelte Vorrichtung ist jedoch für die der Erfindung zugrunde liegenden Zwecke,
bei denen irgendein Gut dazu beschallt wird, um in ihm irgendwelche physikalischen,
chemischen oder biologischen Vorgänge hervorzurufen oder zu beeinflussen, wenig
geeignet, denn bei diesen Anwendungszwecken. wird meist mit erheblich größeren Energien
gearbeitet, denen die'beschriebene Befestigungsart :dies Schwingungserzeugers in
der Gehäusewandung nicht gewachsen ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand zweier in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
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In Fig. i der Zeichnung ist die Einrichtung der Erfindung zunächst
wesenhaft dargestellt. Ein piezoelektrischer Schwingungserzeuger, bestehend aus
einem Kristall i und den beiden Elektrodenbelegungen 2 und 3, ist, an seiner Rückseite
in an sich bekannter Weise mit einer zur Reflexion der rückwärtigen Schwingungen
dienenden luftgefüllten Kapsel 4 versehen. Statt dieser Luftkapsel kann aber auch
ein: beliebiger anderer Reflexionskörper, beispielsweise eine Korkscheibe, vorgesehen
werden. Der Schwingungserzeuger ist samt der Kapsel 4 in einem metallischen Gehäuse
5 angeordnet, und zwar derart, daß der Rand d;es Schwingungserzeugers gegen den
Rand einer in der Gehäusewandung vorgesehenen Öffnung 6 anliegt. Zur Abdichtung
zwischen Schwingungserzeuger und Gehäusewandung ist eine elastische Zwischenlage
7 aus Gummi od.dgl, vorgesehen, doch kann der Schwingungserzeuger an der Gehäusewandung
auch in anderer Weise, beispielsweise durch Ankitten, abgedichtet sein.
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Das Gehäuse 5 ist mit 018 gefüllt, so daß das 01
nicht
nur diie Rückseite des Schwingungserzeugers, sondern auch die Seitenflächen des
Kristalls umspült. Die Isolierung zwischen den beiden Elektroden des Schwingungserzeugers
längs der Seitenfläche des Kristalls ist also durch das 01 in zuverlässiger
Weise gewährleistet.
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Das metallische Gehäuse 5 wird zweckmäßig als Stromzuführung für die
Elektrode 2 verwendet, wobei der Strom seinen Weg an der Gummizwischenlage 7 vorbei
durch die zu beschallende Flüssigkeit nimmt, sofern diese elektrisch leitend. ist.
Ist die Flüssigkeit dagegen elektrisch isolierend oder sehr schlecht leitend, so
wird die Zwischenlage gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung an. ihrer Oberfläche
mit einem elektrisch leitenden Belag oder Überzug versehen. Beispielsweise kann
die Zwischen-Jage miteiner Metallfolienumhüllung oder mit einem metallischen Spritzüberzug
versehen werden. Auch kann die elastische Zwischenlage selbst elektrisch leitend
ausgebildet werden, beispielsweise durch elektrisch leitende Einschlüsse in die
Gummimasse. Die Stromzuführungsleitung für die Elektrode 3 wird' zweckmäßig durch
den Boden des Gehäuses 5 hindurchgeführt und kann an die metallische Kapsel 4 angeschlossen
werden.
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Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte bauliche Ausbildung eines Schwingungserzeugers
nach der Erfindung. Die Teile i und 3 bis 8 sind die gleichen wie in Fig. i. Die
Elektrode 2 dagegen ist fortgelassen, so daß das zu beschallende, insbesondere flüssige
Gut unmittelbar mit der abstrahlenden Fläche, also der Arbeitsstirnfläche, dies
Schwingungserzeugers in Berührung steht und somit in an sich bekannter Weise als
Elektrode :des Schwingungserzeugers dient. Das Gehäuse 5 ist metallisch, so d'aß
es als Stromzuführung für die als Elektrode dienende zu beschallende Flüssigkeit
verwendet werden kann. Außerdem ist das Gehäuse doppelwandig ausgeführt und mit
Rohranschlüssen 9 und:, io verseben, so daß durch die hohle Gehäusewandung ein Kühlmittel,
beispielsweise Wasser,, hirndurchgeleitet werden kann. Mit dem Gehäuse werden dann
auch die Ölfüllung 8 und der Schwingungserzeuger gekühlt.
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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ist das metallische Gehäuse 5 an der
Öffnung 6 nach innen eingebogen bzw. ist das Gehäuse am Rand der Öffnung über die
Ebene der Arbeitisstirnfläche des Schwingungserzeugers hervorgewölbt. Dies hat folgenden
Vorteil: Es ist mitunter unvermeidlich, daß sich aus dem Isolieröl eines piezoelektrischen
Schwingungserzeugers während, des Betliebes Luftblasen ausscheiden:. Bei der Anordnung
nach Fig. i würden sich diese Luftblasen an der oberen Wandung des Gehäuses 5 ansammeln
und hier ein Luftpolster bilden, das sich im Laufe der Zeit an den Seitenflächen
des Kristalls i herabziehen und hierdurch Überschläge zwischen den Elektroden begünstigen
kann. Durch die
Vorwölbung des Gehäuses gemäß Fig. 2 wird: dagegen
dieser Nachteil vermieden.
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Wie ferner aus Fig.2 ersichtlich, ist der Rand des metallischen Gehäuses
5 an der Öffnung 6 zu beiden Seiten der Zwischenlage? bis in die Nähe der Arbeitsstirnfläche
des Schwingungserzeugers herangeführt. Durch eine solche Heranführung des als Stromzuführung
des Kristalls dienenden Gehäuses an die Stirnfläche des Kristalls wird, wenn die
zu beschallende Flüssigkeit elektrisch leitend ist, der Übergangswiderstand zwischen
der als Stromzuführung dienenden metallischen Gehäusewandung und der Arbeitsstirnfläche
dies Schwingungserzeugers erheblich herabgesetzt. Außerdem wird durch die gezeigte
Umfassung der Zwischenlage 7 durch den putenförmig ausgebildeten Gehäuserand die
Zwischenlage zusammengehalten, so d@aß sie beim Andrücken der Elektrode nicht ausweichen
kann. Ist die zu beschallende Flüssigkeit dagegen elektrisch schlecht leitend oder
gar isolierend, so muß nicht nur der Kristall auch an seiner Oberfläche mit einem
Elektrodenbelag versehern werden, sondern es muß auch die Zwischenlage zur Herstellung
der Stromverbindung elektrisch leitend gemacht werden, wie dies bereits bei Fi.g.
i erläutert wurde. Statt dessen ist es jedoch auch möglich, die Zwischenlage so
fest zusammenzudrücken, bis der Gehäuserand die Elektrode berührt. Die in der vorstehend
beschriebenen Weise elektrisch leitend gemachten elastischen Zwischenlagen können
auch bei beliebiger anderer Halterung eines piezoelektrischen Schwingkristalls zur
Stromzuführung mit Vorteil verwendet werden.
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Die luftgefüllte Reflexionskapsel 4 wird vorteilhaft gleichzeitig
dazu verwendet, den Schwingungserzeuger an die Gehäusewandung anzupressen. Hierzu
wird die Kapsel 4 an den Schwingungserzeuger von einer Druckfeder i i angedrückt,
die sich auf die eingewölbte Bodenfläche 12 des Gehäuses stützt. Die Kraft der Druckfeder
wird zweckmäßig so gewählt, daß sie auf den Schwingungserzeuger von vornherein die
zum Betrieb des Schwingungserzeugers günstigste Vorspannung ausübt, so daß besondere
Mittel zur nachträglichen Einregelung der Druckspannung nicht erforderlich sind.
Die auf den Schwingungserzeuger ausgeübte Druckkraft muß jedoch mindestens ebenso
groß sein wie die vom dem zu behandelnden Gut auf den Schwingungserzeuger ausgeübte
Druckkraft, damit eine zuverlässige Abdichtung zwischen Schwingungserzeuger und
Gehäuse gewährleistet ist. Eine in, dem gewölbten Boden 12 des Gehäuses vorgesehene
Schraube 13 dient zur Stromzuführung für die untere Elektrode des Schwingungserzeugers.
Die Schraube ist zweckmäßig mit einer Öffnung 14 zur Einführung eines Anschlußsteckers
versehen. Auch der Boden 12 des Gehäuses ist zweckmäßig mit einer Gummiabdichtung
15 versehen.
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Der mit einem Gehäuse umgebene Schwingungserzeuger nach der Erfindung
kann zur Beschallung beliebigen Gutes in verschiedenartiger Weise verwendet werden.
Beispielsweise kann er in der in Fig. 2 gezeigten Form verwendet werden, Die Einbuchtung
der oberen Gehäusewandung kann hierhei gleich als Gutbehälter dienen und hierfür
entsprechend tief gemacht werden. Statt dessen kann der Rand der Gehäuseeinbuchtung
aber auch nach oben hin behälterförmig verlängert werden. Zur Beschallung größerer
Flüssigkeitsmengen kann der Schwingungserzeuger jedoch samt seinem Gehäuse auch
unmittelbar in die zu beschallende Flüssigkeit hineingetaucht werden, da er allseitig
geschlossen und an keine bestimmte Lage im Raum gebunden ist. Schließlich kann er
aber auch an beliebige Beschallungsbehälter angeflanscht werden. Bei dem in. Fig.
2 gezeigten Ausführungsbeispiel würde man hierzu an dem Gehäuse noch einen geeigneten
Flansch anbringen können, wie es in der Figur gestrichelt angedeutet ist, um dann
das Gehäuse an eine entsprechende Öffnung in der Wandung des Gutbehälters anflanschen
zu können. Wird der Flansch am Gehäuse oben angebracht, so sitzt das angeflanschte
Gehäuse an der Außenseite des Gutbehälters; wird er dagegen am Boden des Gehäuses
angebracht, so ragt das Gehäuse in den Gutbehälter hinein.