EP0552696B1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Ultraschall - Google Patents

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EP0552696B1
EP0552696B1 EP93100652A EP93100652A EP0552696B1 EP 0552696 B1 EP0552696 B1 EP 0552696B1 EP 93100652 A EP93100652 A EP 93100652A EP 93100652 A EP93100652 A EP 93100652A EP 0552696 B1 EP0552696 B1 EP 0552696B1
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layer
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layers
plate
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Rainer Jung
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BANDELIN electronic GmbH and Co KG
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0629—Square array

Definitions

  • the invention relates to a device for generating Ultrasound and to transmit this ultrasound to a liquid medium using an electroacoustic transducer a layered structure made of sound-conducting solids.
  • electroacoustic Converter Depending on the type of use of an electroacoustic Converter will also be its structure and design selected. From Ultrasonics Symposium, Volume 2, November 14, 1984, Dallas, Texas, USA, pages 809-814 is an example electroacoustic transducer for the medical field known. Here are a corresponding piezoceramic two layers of adaptation to a patient's skin put on, while on the other hand the piezoceramic of one Damping layer is occupied.
  • the invention relates to Transfer of sound energy into a liquid medium.
  • the specific sound effects are in the ultrasound range, due to the occurrence of cavitation, the largest and are made by inexpensive converter manufacture at Ultrasonic cleaning most used. Have essentially prevailed with Piezoceramics equipped and sandwiched Transducers, mostly in longitudinal vibration modes work.
  • the sound radiating side i.e. a reduced one Ultrasonic intensity
  • the sheet of the radiating side made of stainless steel, i.e., chosen from the same basic material.
  • the coupling pieces can then be welded into pre-cut material or with this through e.g. Solder can be connected directly. Disadvantages arise from an increased energy and Preparation effort, lower efficiency Converter as well as changes in tension and joining of the Base material of the radiating side.
  • the present invention is based on the object To design the converter structure so that a direct and quasi lossless introduction of sound energy into a medium it is possible, however, that expensive joining techniques omitted.
  • the electroacoustic efficiency should be and unwanted energy losses are minimized.
  • a front layer as a sound-emitting layer and a subsequent one Layer are interconnected by a metal layer and together a coupling piece for connecting to others Form elements of one or more transducers.
  • transducer elements can be one or more piezoceramics act with corresponding fasteners are connected to the layers.
  • a method according to the invention is easily created Device proposed an almost lossless Coupling or transmission of ultrasonic waves allows liquid or other media in containers in which are intended to have ultrasound-specific effects.
  • These include in particular ultrasonic cleaning baths and Tubs, immersion transducers, vibrating plates and the like, whose sheet is preferably made of rustproof and chemical resistant materials.
  • the device according to the invention thus consists in this Embodiment from an at least two-layer Vibrating plate or panel, being made up of parts of this Vibrating plate itself or a container or the like. can be molded out.
  • This is first thin layer both part of the actual converter as well at the same time sound-emitting surface.
  • To the thin one Layer joins a thicker layer on which sandwich-like additional elements of the acoustic transducer are constructed, such as corresponding Piezoceramics and pressure pieces.
  • One or both of the layers can be made of a non-metallic Material, for example from a fiber-reinforced plastic, a ceramic or the like. consist. All materials are of the inventive idea which is used as a sound-emitting layer can find.
  • the thicknesses of the layers also determine the frequency.
  • part of the converter namely the or the bodies, from the thick layer like this worked out that the much thinner layer remains unchanged. Should be multiple bodies are provided, so these are through the thinner layer connected, the thinner layer being the sound radiating Forms side. From a sound physics point of view, in In this case, both layers together form the coupling piece of the respective converter.
  • piezoceramics and pressure pieces from e.g. Completed steel can be any number can be configured by transducers on a thin layer depending on the size you want, Power and frequency. However, this is not allowed are overlooked that the scope of the invention also lies that on a thin layer a single body to build up for example, further piezoceramics and pressure pieces followed.
  • thicker layer additionally processed so that Free space or web frame undesirable bending resonances be avoided.
  • the bodies are for example arranged at a distance from one another or but there is a web frame between the bodies.
  • a major advantage of the invention is that the thin layer itself as a container, tub or a plate can be formed. There is also the Possibility of putting the thin layer in a container, a tub or to integrate a plate so that it can be directly connected to the Medium is connected.
  • a two-layer vibrating plate P is made metal composite material shown.
  • the thin layer 1 preferably consists of Stainless steel and has additional holes 3 for connecting or Screwing into a stainless steel tub or the like.
  • the thicker Layer 2 contains worked out bodies 4, which are made of an aluminum alloy. In this body 4 are Threaded holes 5 for screwing with in Figure 7 Piezoceramics and pressure pieces shown molded.
  • the bodies 4 worked out with a square plan, that a distance a stands between them Bending shaft prevented.
  • the shape of the body is cost dependent and can vary his; truncated pyramids are suitable for good load adjustment, for example, a body is also parabolic Conceivable shape.
  • FIGs 3 and 4 is a similar vibrating plate P1 as in Figures 1 and 2 shown. It serves, for example Construction of submersible transducers and also consists of one Layer 1 and 2. In contrast to Figure 1, however between layer 2 and layer 1 a circumferential Edge strips 6 of width b left, which to Welding a hood 7 is used.
  • the bodies 4a molded out of the second layer 2 in contrast to Figure 1 have a circular Floor plan on.
  • layer 2 is a Bridge frame 8 low height worked out to bending waves to prevent in layer 1.
  • the shape and height of the Web frame 8 can vary.
  • the body 4a for example, the truncated cone also has an effective shape.
  • the remaining parts Connect a sound transducer according to Figure 7.
  • Figures 5 and 6 show an extremely simple and inexpensive structure for the realization of multiple arrangements for adequate applications. Unlike the Embodiments of Figures 1 to 4 is layer 2 to not on the threaded holes 5 and an edge strip 6 or only slightly edited. Layers 1 and 2 thus form a common coupling piece of a defined one and frequency determining thickness c for a variety of Converters. Possible bending phenomena of the vibrating plate P2 towards the radiating side of layer 1 take effect avoided. Small flat depressions 9 can of Be advantage, which is dashed in Figures 5 and 6 are shown. The remaining parts of a transducer 7 can P2 on this vibrating plate being constructed.
  • vibrating plates can advantageously not exclusively as a container, tub, plate or the like. be trained.
  • FIG. 7 shows a variant of a single sound transducer S shown as a half-wave composite transducer in Longitudinal mode works. It consists of one at least two-layer composite or clad metal with layers 1 and 2, the axially polarized Piezoceramics 10 and 11, the pressure piece 12 made of steel, Connections 13a and 13b and the pressure screw 14. By means of this pressure screw 14, the piezoceramics, Thrust pieces and connections each in the threaded holes 5 the body 4 can be set.
  • layers 1 and 2 in question are used for layers 1 and 2 in question.
  • this can also be metallic non-metallic materials, for example plastics his. Fiber composites or ceramic materials can also preferred application.
  • the described embodiments are in their geometry variable and thanks to modern mechanical processing techniques easy to implement.
  • the invention Construction also allows the transmission of other vibration modes, e.g. from transverse, torsional or Radial oscillations. This is particularly the case in the exemplary embodiment Sound transducer configuration shown in Figure 7 to change accordingly. That is also conceivable Structure of transducers whose axial direction of expansion is not is only ⁇ / 2 but also a multiple of ⁇ / 2 and the may have multiple working frequencies.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ultraschall und zum Übertragen dieses Ultraschalls auf ein flüssiges Medium, mittels elektroakustischer Wandler mit einem Schichtaufbau aus schallleitenden Festkörpern.
Je nach Art der Verwendung eines elektroakustischen Wandlers wird auch sein Aufbau und seine Ausgestaltung gewählt. Aus Ultrasonics Symposium, Band 2, 14.11.1984, Dallas, Texas, USA, Seite 809 - 814 ist beispielsweise ein elektroakustischer Wandler für den medizinischen Bereich bekannt. Hierbei sind einer entsprechenden Piezokeramik zwei Anpassungsschichten an die Haut eines Patienten aufgesetzt, während anderenends die Piezokeramik von einer Dämpfungsschicht belegt ist.
Im vorliegenden Fall bezieht sich die Erfindung jedoch auf Übertragung von Schallenergie in ein flüssiges Medium. Die spezifischen Schallwirkungen sind im Ultraschallbereich, bedingt durch das Auftreten von Kavitation, am größten und werden durch kostengünstige Wandlerherstellung bei der Ultraschallreinigung am meisten genutzt. Durchgesetzt haben sich dabei im wesentlichen mit Piezokeramiken bestückte und sandwichartig aufgebaute Wandler, die zumeist in longitudinalen Schwingungsmoden arbeiten.
Vielen Vorrichtungen gemeinsam ist die unbedingt notwendige kraftschlüssige Verbindung der einzelnen Wandler mit der Fläche, die mit dem flüssigen Medium in Kontakt steht. Dazu werden die Wandler bzw. deren Kopplungsstücke mit beispielsweise Boden- und Seitenwänden von Edelstahlwannen, -schwingplatten und -blechen von Tauchschwingern verklebt, da sie aus physikalischen Gründen vorteilhaft aus Aluminiumlegierungen bestehen.
Derartige Anordnungen sind beispielsweise in der DE-OS 21 20 654 und der US-PS 3 318 578 beschrieben. Diese Anordnungen sind kostengünstig herstellbar und daher relativ weit verbreitet. Entscheidende Nachteile sind allerdings eine begrenzte Haltbarkeit und Beständigkeit der Klebungen, die keinesfalls höheren Temperaturen und erhöhten mechanischen Belastungen ausgesetzt werden dürfen. Ihre Lebensdauer ist begrenzt.
Andere mechanische Verbindungstechniken, wie beispielsweise das Reibschweißen oder eine Verbindung mittels angeschweißter Bolzen, haben sich aus Kostengründen nicht durchgesetzt.
Unter Inkaufnahme einer verminderten Schallamplitude auf der schallabstrahlenden Seite, d.h., einer verminderten Ultraschallintensität, werden auch Wandler-Kopplungsstücke und das Blech der abstrahlenden Seite aus Edelstahl, d.h., aus dem gleichen Grundmaterial gewählt. Die Kopplungsstücke können dann in vorgestanztes Material eingeschweißt oder mit diesem durch z.B. Löten direkt verbunden werden. Nachteile ergeben sich durch einen erhöhten Energie- und Vorbereitungsaufwand, einen geringeren Wirkungsgrad der Wandler sowie durch Spannungs- und Fügeveränderungen des Grundmaterials der abstrahlenden Seite.
Alle bekannten Vorrichtungen setzen die Existenz von einzelnen, häufig schon montierten elektroakustischen Wandlern voraus, die zur Schallübertragung mit einem Blech, einer Wanne oder ähnlichem verbunden werden. Die Anbringung und/oder Ankopplung separater Wandler an das die Schwingung übertragende Blech führt oft zu unerwünschten Biegeschwingungen und Materialermüdungen. Vermehrte Kavitations- und Korrosionserscheinungen sind die Folge. In der DE-OS 26 05 898 und der DE-OS 39 33 519 sind deshalb verschiedene kostenaufwendige Vorrichtungen und Maßnahmen vorgeschlagen, um diese Nachteile zu minimieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wandleraufbau so zu gestalten, daß eine direkte und quasi verlustfreie Einbringung der Schallenergie in ein Medium möglich ist, daß jedoch teure Verbindungstechniken entfallen. Der elektroakustische Wirkungsgrad soll dabei erhalten und unerwünschte Energieverluste minimiert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß eine vordere Schicht als schallabstrahlende Schicht und eine darauf folgende Schicht durch eine Metallschicht miteinander verbunden sind und zusammen ein Kopplungsstück zum Verbinden mit weiteren Elementen eines oder mehrerer Wandler bilden.
Wesentlich ist dabei, daß an den Schichten eine Vielzahl von Wandlerelementen festgelegt sind. Bei diesen Elementen von Wandlern kann es sich um eine oder mehr Piezokeramiken handeln, die über entsprechende Befestigungselemente mit den Schichten verbunden sind.
Hierdurch wird auf einfachem Wege eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgeschlagen, die eine nahezu verlustlose Ankopplung bzw. Übertragung von Ultraschallwellen an flüssige oder andere Medien in Behältnisse ermöglicht, in denen ultraschallspezifische Wirkungen beabsichtigt sind. Hierzu zählen insbesondere Ultraschall-Reinigungsbäder und -Wannen, Tauchschwinger, Schwingplatten und dgl. mehr, deren Blech vorzugsweise aus nichtrostenden und chemisch resistenten Werkstoffen hergestellt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht somit in diesem Ausführungsbeispiel aus einer mindestens zweischichtigen Schwingplatte oder -tafel, wobei aus Teilen dieser Schwingplatte auch selbst ein Behältnis od. dgl. herausgeformt sein kann. Diese erste dünne Schicht ist dabei sowohl Teil des eigentlichen Wandlers als auch gleichzeitig schallabstrahlende Oberfläche. An die dünne Schicht schließt eine dickere Schicht an, auf der sandwichartig weitere Elemente des akustischen Wandlers aufgebaut sind, wie beispielsweise entsprechende Piezokeramiken und Druckstücke.
Durch die Verwendung eines zwei- oder mehrschichtigen Verbund- oder plattierten Metallmaterials für den Aufbau von Wandlern ist die Voraussetzung für eine hohe Verbindungsfestigkeit zwischen Werkstoffen unterschiedlicher Schallkennimpedanz und Dicke gegeben. Vorteilhaft ist die Nutzung geeigneter Materialkombinationen in der Form, daß die dicke Schicht eine wesentlich niedrigere Schallkennimpedanz aufweist als die dünne Schicht. Dies ist z.B. beim Verhältnis von Aluminium für die dicke Schicht zu Edelstahl für die dünne Schicht gegeben.
Eine oder beide der Schichten können aus einem nicht-metallischen Werkstoff, beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, einer Keramik od. dgl. bestehen. Vom Erfindungsgedanken sind alle Werkstoffe umfaßt, welche als schallabstrahlende Schicht Verwendung finden können.
Die Dicken der Schichten sind im übrigen frequenzbestimmend.
Erfindungsgemäß wird ein Teil des Wandlers, nämlich der oder die Körper, aus der dicken Schicht so herausgearbeitet, daß die wesentlich dünnere Schicht unverändert stehen bleibt. Sollten mehrere Körper vorgesehen sein, so werden diese durch die dünnere Schicht verbunden, wobei die dünnere Schicht die schallabstrahlende Seite bildet. Aus schallphysikalischer Sicht bilden in diesem Fall beide Schichten zusammen das Kopplungsstück des jeweiligen Wandlers. Mit Piezokeramiken und Druckstücken aus z.B. Stahl komplettiert, kann so eine beliebige Anzahl von Wandlern auf einer dünnen Schicht konfiguriert werden und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Größe, Leistung und Frequenz. Dabei darf allerdings nicht übersehen werden, daß im Rahmen der Erfindung auch liegt, daß an eine dünne Schicht ein einziger Körper zum Aufbau beispielsweise weiterer Piezokeramiken und Druckstücke anschließt.
Dieser asymmetrische Betrieb von mit ungleichen Massen zusammengesetzen Wandlern bewirkt zudem eine Verstärkung der Intensität zur abstrahlenden Seite hin. Über die dünne Schicht, die einerseits gleichzeitig Bestandteil des Wandlers ist, andererseits direkt mit dem Medium in Kontakt steht, an das Schall- oder Ultraschallenergie abgestrahlt werden soll, wird die Schallenergie direkt und verlustlos übertragen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die dickere Schicht zusätzlich so bearbeitet, daß durch Freiräume oder Stegrahmen unerwünschte Biegeresonanzen vermieden werden. Aus diesem Grunde sind die Körper beispielsweise in einem Abstand voneinander angeordnet oder aber es befindet sich zwischen den Körpern ein Stegrahmen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die dünne Schicht selbst als ein Behältnis, eine Wanne oder eine Platte ausgebildet sein kann. Ferner besteht auch die Möglichkeit, die dünne Schicht in ein Behältnis, eine Wanne oder eine Platte so zu integrieren, daß sie direkt mit dem Medium in Verbindung steht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
  • Figur 1 eine Seitenansicht einer Schwingplatte;
  • Figur 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Schwingplatte gemäß Figur 1;
  • Figur 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Schwingplatte;
  • Figur 4 eine Draufsicht auf einen Teil der Schwingplatte gemäß Figur 3;
  • Figur 5 eine Seitenansicht einer geringfügig mechanisch bearbeiteten Schwingplatte;
  • Figur 6 eine Draufsicht auf einen Teil der Schwingplatte gemäß Figur 5;
  • Figur 7 eine schematische Seitenansicht eines mit einer Zentralschraube montierten Schallwandlers.
    • In Figur 1 ist eine zweischichtige Schwingplatte P aus metallenem Verbundmaterial gezeigt. Hier bilden zwei Schichten 1 und 2 Kopplungsstücke zum Aufbau von elektroakustischen Wandlern und weisen eine unterschiedliche Schallkennimpedanz für einen logitudinalen Schwingungsmodus auf. Die dünne Schicht 1 besteht bevorzugt aus Edelstahl und besitzt zusätzlich Bohrungen 3 zum An- oder Einschrauben in eine Edelstahlwanne od. dgl.. Die dickere Schicht 2 beinhaltet herausgearbeitete Körper 4, welche aus einer Aluminiumlegierung bestehen. In diese Körper 4 sind Gewindebohrungen 5 zum Verschrauben mit in Figur 7 gezeigten Piezokeramiken und Druckstücken eingeformt.
    Durch beispielsweise Fräsen oder Sägen sind aus der Schicht 2 die Körper 4 mit quadratischem Grundriß so herausgearbeitet, daß ein Abstand a zwischen ihnen eine stehende Biegewelle verhindert.
    Die Form der Körper ist kostenabhängig und kann verschieden sein; für eine gute Lastanpassung eignen sich Pyramidenstümpfe, beispielsweise ist auch ein Körper in paraboloider Form denkbar.
    An diese Körper 4 schließen die restlichen Teile eines Schallwandlers an, wie dies beispielsweise in Figur 7 gezeigt ist.
    In Figur 3 und 4 ist eine ähnliche Schwingplatte P1 wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Sie dient beispielsweise dem Aufbau von Tauchschwingern und besteht ebenfalls aus einer Schicht 1 und 2. Im Gegensatz zu Figur 1 ist jedoch zwischen der Schicht 2 und der Schicht 1 ein umlaufender Randstreifen 6 der Breite b freigelassen, welcher zum Aufschweißen einer Haube 7 genutzt wird.
    Die aus der zweiten Schicht 2 herausgeformten Körper 4a weisen im Gegensatz zur Figur 1 einen kreisförmigen Grundriß auf. Zusätzlich ist aber aus der Schicht 2 ein Stegrahmen 8 geringer Höhe herausgearbeitet, um Biegewellen in der Schicht 1 zu verhindern. Die Form und Höhe des Stegrahmens 8 kann variieren. Für die Körper 4a ist beispielsweise auch der Kegelstumpf eine effektive Form. An den jeweiligen Körper 4a können dann die restlichen Teile eines Schallwandlers entsprechend Figur 7 anschließen.
    Die Figuren 5 und 6 zeigen einen äußerst einfachen und kostengünstigen Aufbau zur Realisierung von Mehrfachanordnungen für adäquate Anwendungen. Im Unterschied zu den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 4 ist die Schicht 2 bis auf die Gewindebohrungen 5 und einen Randstreifen 6 nicht oder nur geringfügig bearbeitet. Die Schichten 1 und 2 bilden so ein gemeinsames Kopplungsstück einer definierten und frequenzbestimmenden Dicke c für eine Vielzahl von Wandlern. Eventuelle Biegeerscheinungen der Schwingplatte P2 hin zur abstrahlenden Seite der Schicht 1 werden wirksam vermieden. Geringe flächenförmige Vertiefungen 9 können von Vorteil sein, welche in den Figuren 5 und 6 gestrichelt dargestellt sind. Die übrigen Teile eines Schallwandlers entsprechend Figur 7 können auf dieser Schwingplatte P2 aufgebaut werden.
    Die Schicht 1 bei diesen in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Schwingplatten kann vorteilhafterweise aber nicht ausschließlich selbst als Behältnis, Wanne, Platte od.dgl. ausgebildet sein.
    In Figur 7 ist eine Variante eines einzelnen Schallwandlers S dargestellt, der als Halbwellen-Verbundschwinger im Längsschwingungsmodus arbeitet. Er besteht aus einem mindestens zweischichtigen Verbund- oder plattierten Metall mit den Schichten 1 und 2, den axial gepolten Piezokeramiken 10 und 11, dem Druckstück 12 aus Stahl, Anschlüssen 13a und 13b und der Druckschraube 14. Mittels dieser Druckschraube 14 können die Piezokeramiken, Druckstücke und Anschlüsse jeweils in den Gewindebohrungen 5 der Körper 4 festgelegt werden.
    Für die Schichten 1 und 2 kommen verschiedene Materialien in Frage. Dies können insbesondere metallische aber auch nicht-metallische Werkstoffe, beispielsweise Kunststoffe sein. Auch Faserverbundstoffe oder keramische Stoffe können bevorzugt Anwendung finden.
    Bei einem mehrschichtigen Aufbau ist eine bevorzugte Verwendung dieses Wandlers gegeben, wenn die Materialkombination des Verbundwerkstoffes Edelstahl zu Aluminium ist. Die dünne Schicht 1, d.h., die Schicht aus Edelstahl, kann dann leicht mit entsprechenden Behältnissen, Wannen, Platten od.dgl. gleichen Materials oder anderen Materials verbunden werden. Eine Verbindung beider Schichten aus gleichem Material kann z.B. durch Ringbuckelschweißen, Reibschweißen, Löten, Elektronenstrahlschweißen od. dgl. erfolgen.
    Die beschriebenen Ausführungsformen sind in ihrer Geometrie variierbar und durch moderne mechanische Bearbeitungstechniken leicht zu realisieren. Der erfindungsgemäße Aufbau gestattet auch die Uebertragung anderer Schwingungsmoden, z.B., von Transversal-, Torsions- oder Radialschwingungen. Dazu ist insbesondere die im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 gezeigte Schallwandlerkonfiguration entsprechend abzuändern. Denkbar ist auch der Aufbau von Wandlern, deren axiale Ausdehnungsrichtung nicht nur λ/2 sondern auch ein Vielfaches von λ/2 beträgt und die unter Umständen mehrere Arbeitsfrequenzen haben können.

    Claims (18)

    1. Vorrichtung zum Erzeugen von Ultraschall und zum Übertragen dieses Ultraschalls auf ein flüssiges Medium mittels elektroakustischer Wandler (5) mit einem mehrschichtigen Aufbau aus schalleitenden Festkörperwerkstoffen, wobei eine vordere Schicht (1) als schallabstrahlende Schicht und eine darauf folgende Schicht (2) durch eine Metallschicht miteinander verbunden sind und zusammen ein Kopplungsstück zum Verbinden mit weiteren Elementen (10, 11, 12) eines oder mehrerer Wandler bilden.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (1 und 2) eine unterschiedliche Schallkennimpedanz besitzen und damit frequenzbestimmende Teile eines oder mehrerer oder der Wandler (S) sind.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (1, 2) unterschiedlich dick sind.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Schicht die dünnere Schicht (1), die die schallabstrahlende Seite bildet, und die folgende Schicht die dickere Schicht (2) ist, wobei aus der dickeren Schicht (2) Körper (4) zum Konfigurieren mit weiteren Elementen zu einem oder mehreren Wandlern konfiguriert sind.
    5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (1 oder 2) aus einem nicht-metallischen Werkstoff besteht.
    6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Schicht (1) aus Edelstahl und die folgende Schicht (2) aus einer Aluminiumlegierung besteht.
    7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) als ebenflächige oder krummflächige Körper ausgebildet ist.
    8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) eine Gewindebohrung (5) zum Anschließen der weiteren Schichten (10, 11, 12) des Wandlers (S) aufweist.
    9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schicht (1, 2) zumindest eine Piezokeramik (10, 11) sowie ein Druckstück (12) anschließt.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Elemente (10, 11, 12) über eine Druckschraube (14) mit der folgenden Schicht (2) verbunden sind.
    11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schallabstrahlende Schicht (1) ein Behältnis, eine Wanne oder eine Platte ausbildet oder ein Bestandteil eines Behältnisses, einer Wanne oder einer Platte ist.
    12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Schicht (1, 2) mehrere Körper (4) herausgeformt sind.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (4) einen Abstand (a) voneinander einhalten.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Schicht (2) eine Mehrzahl von Gewindebohrungen (5) für eine Mehrzahl von weiteren Elementen (10, 11, 12) für eine Mehrzahl von Wandlern (S) aufweist.
    15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Schicht (2) eine Mehrzahl von Gewindebohrungen (5) für eine Mehrzahl von weiteren Elementen (10, 11, 12) für eine Mehrzahl von Wandlern (S) aufweist.
    16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere, schallabstrahlende Schicht (1) eines oder mehrere Wandler mit einem Behältnis, einer Wanne oder einer Platte verbunden ist.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennezichnet, daß die Verbindung zwischen der vorderen, schallabstrahlenden Schicht (1) und dem Behältnis, der Wanne oder der Platte durch Ringbuckelschweissen, Reibschweissen, Löten oder Elektronenstrahlschweissen erfolgt.
    18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis, die Wanne oder Platte aus dem gleichen Werkstoff besteht, wie die vordere, schallabstrahlende Schicht (1), vorzugsweise aus Edelstahl.
    EP93100652A 1992-01-18 1993-01-18 Vorrichtung zum Erzeugen von Ultraschall Expired - Lifetime EP0552696B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE9200559U DE9200559U1 (de) 1992-01-18 1992-01-18 Vorrichtung zum Erzeugen von Schall oder Ultraschall
    DE9200559U 1992-01-18

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP0552696A2 EP0552696A2 (de) 1993-07-28
    EP0552696A3 EP0552696A3 (de) 1994-01-05
    EP0552696B1 true EP0552696B1 (de) 2004-12-08

    Family

    ID=6875148

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP93100652A Expired - Lifetime EP0552696B1 (de) 1992-01-18 1993-01-18 Vorrichtung zum Erzeugen von Ultraschall

    Country Status (2)

    Country Link
    EP (1) EP0552696B1 (de)
    DE (2) DE9200559U1 (de)

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