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EP2743919A2 - Device for applying ultrasound to liquid media through a membrane and ultrasound system - Google Patents

Device for applying ultrasound to liquid media through a membrane and ultrasound system Download PDF

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EP2743919A2
EP2743919A2 EP20130189307 EP13189307A EP2743919A2 EP 2743919 A2 EP2743919 A2 EP 2743919A2 EP 20130189307 EP20130189307 EP 20130189307 EP 13189307 A EP13189307 A EP 13189307A EP 2743919 A2 EP2743919 A2 EP 2743919A2
Authority
EP
Grant status
Application
Patent type
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ultrasound
sound
element
conducting
applying
Prior art date
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Application number
EP20130189307
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German (de)
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EP2743919A3 (en )
EP2743919B1 (en )
Inventor
Rainer Jung
Roland Radandt
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BANDELIN patent & Co KG GmbH
Original Assignee
Bandelin Patent & Co KG GmbH
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    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezo-electric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezo-electric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezo-electric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING LIQUIDS OR OTHER FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • GPHYSICS
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    • GPHYSICS
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    • G10K9/12Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooter, buzzer electrically operated
    • G10K9/122Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooter, buzzer electrically operated using piezo-electric driving means
    • G10K9/125Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooter, buzzer electrically operated using piezo-electric driving means with a plurality of active elements

Abstract

The device (1) has an ultrasound generator (5) for generating ultrasound. A sound conducting element (2) conducts the generated ultrasound. The sound conducting element comprises a contact surface (15) for uncoupling the ultrasound at a flexible material i.e. membrane. The sound conducting element comprises a channel (18) with an opening (20) for applying low pressure to the channel, and another opening (17) for applying the low pressure to the flexible material. Piezoelectric elements (21, 22) are connected with a power supply for vibration stimulation of the piezoelectric elements. The sound conducting element is designed as a rotation symmetrical rod. An independent claim is also included for an ultrasound system.

Description

  • [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beaufschlagung flüssiger Medien mit Ultraschall durch eine Membran, wobei die Vorrichtung einen Ultraschallerzeuger zur Erzeugung von Ultraschall und ein Schallleitelement zum Leiten des vom Ultraschallerzeugers erzeugten Ultraschalls umfasst, und das Schallleitelement eine Anlagefläche zum Auskoppeln des Ultraschalls an ein flexibles Medium bzw. flexibles Material (die Begriffe "flexibles Medium" und "flexibles Material werden in der vorliegenden Anmeldung als Synonyme verwendet), insbesondere eine Membran, aufweist. The invention relates to a device for applying liquid media by ultrasound through a membrane, the apparatus comprising an ultrasonic generator for generating ultrasonic and a Schallleitelement for directing the ultrasound generated by the ultrasonic generator, and the Schallleitelement or an abutment face for coupling of ultrasound on a flexible medium . flexible material (the terms "flexible medium" and "flexible material in the present application as synonyms), in particular a membrane having.
  • [0002]
    Bei bisher verfügbaren Vorrichtungen ist es problematisch einen effizienten Schallübergang zwischen der Vorrichtung und einem flexiblen Material, wie beispielsweise einer Membran, herzustellen. In previously available devices, it is difficult to produce an efficient sound transmission between the device and a flexible material, such as a membrane. Über ein solches flexibles Material kann auch eine Einkopplung in eine Flüssigkeit erfolgen. a coupling in a liquid can be carried out on such a flexible material. Um den Übergang des Ultraschalls von der Vorrichtung zu einem flexiblen Material zu verbessern ist es bekannt, die Vorrichtung gegen das flexible Material zu drücken. In order to improve the transition of the ultrasound from the device to a flexible material, it is known to press the device against the flexible material. Hierbei wird das flexible Material mechanisch stark beansprucht, was zur Beschädigung des flexiblen Materials führen kann. Here, the flexible material is high mechanical stress, which can lead to damage to the flexible material.
  • [0003]
    Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die eine möglichst effiziente Ultraschalleinkopplung an ein flexibles Material ermöglicht, wobei eine mechanische Beanspruchung des flexiblen Materials möglichst gering gehalten wird. The object of the invention is to propose a device which allows the most efficient ultrasound coupling to a flexible material, whereby a mechanical stress of the flexible material is kept as low as possible.
  • [0004]
    Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Ultraschallsystem nach Anspruch 15 gelöst. This object is achieved by an apparatus according to claim 1 and an ultrasonic system according to claim 15 °. Weitere mögliche Ausgestaltungen werden in den abhängigen Ansprüchen erläutert. Further possible embodiments are described in the dependent claims.
  • [0005]
    Dadurch, dass das Schalleitelement einen Kanal mit einer ersten Öffnung zum Anschließen einer Pumpe an den Kanal und einer - beispielsweise innerhalb der Anlagefläche liegenden - zweiten Öffnung zum Anlegen eines Unterdrucks an das flexible Material umfasst, kann ein flexibles Material, in das Ultraschall eingekoppelt werden soll, mittels Unterdruck an die Anlagefläche angesaugt werden. Characterized in that the Schalleitelement a channel with a first opening for connecting a pump to the channel and a - located for example within the contact surface - comprises the second opening for applying a negative pressure to the flexible material, a flexible material is to be injected into the ultrasonic are sucked against the bearing surface by means of underpressure. Dies ermöglicht eine sehr gleichmäßige Verteilung einer Andruckkraft über die Anlagefläche. This enables a very even distribution of contact pressure on the contact surface. Eine mechanische Beanspruchung des flexiblen Materials wird somit verringert. A mechanical stress of the flexible material is thus reduced. Außerdem kann ein Unterdruck besonders gut reproduzierbar und präzise eingestellt werden. In addition, a vacuum can be adjusted particularly well reproducible and accurate.
  • [0006]
    Der Ultraschallerzeuger kann beispielsweise mindestens ein piezoelektrisches Element umfassen. The ultrasonic generator may for example comprise at least one piezoelectric element. Eine besonders präzise Steuerung der Intensität des eingestrahlten Ultraschalls wird möglich, wenn der Ultraschallerzeuger mehrere piezoelektrische Elemente umfasst, wobei mindestens ein erstes piezoelektrisches Element der Erzeugung von Ultraschall und mindestens ein zweites piezoelektrisches Element dem Nachweis von Ultraschall dient, und hierfür geeignet geschaltet ist. A particularly precise control of the intensity of the radiated ultrasound is possible, when the ultrasonic generator comprises a plurality of piezoelectric elements, wherein at least a first piezoelectric element in the generation of ultrasound and at least a second piezoelectric element is used to detect ultrasound, and is connected suitable for this purpose. Beispielsweise kann das mindestens eine erste piezoelektrische Element mit einer Spannungsversorgung zur Schwingungsanregung des ersten piezoelektrischen Elements verbunden sein. For example, this can be at least one first piezoelectric element to a voltage supply for vibration excitation of the first piezoelectric element is connected. Das zweite piezoelektrische Element kann beispielsweise mit einer Messvorrichtung zur Messung des das zweite piezoelektrische Element durchlaufenden Ultraschalls verbunden sein. The second piezoelectric element may for example be connected to a measuring device for the measurement of the second piezoelectric element passing through ultrasound. Die Messvorrichtung kann beispielsweise über die von dem mindestens einen zweiten piezoelektrischen Element erzeugte Spannung die Amplitude und/oder Leistung des das zweite piezoelektrische Element durchlaufenden Ultraschalls bestimmen. The measuring device may determine the amplitude and / or power of the second piezoelectric element passing through ultrasound, for example, via the at least one generated by the second piezoelectric element voltage. Das zweite piezoelektrische Element kann beispielsweise zwischen dem ersten piezoelektrischen Element und der Anlagefläche, insbesondere zwischen dem ersten piezoelektrischen Element und dem Schallleitelement angeordnet sein. The second piezoelectric element may for example be disposed between the first piezoelectric element and the bearing surface, in particular between the first piezoelectric element and the Schallleitelement. Stattdessen kann jedoch auch das erste piezoelektrische Element zwischen dem zweiten piezoelektrischen Element und dem Schallleitelement angeordnet sein. Instead, however, the first piezoelectric element between the second piezoelectric element and the Schallleitelement may be disposed.
  • [0007]
    Um ein möglichst zeitlich konstantes Einbringen des Unterdrucks zu gewährleisten kann im Bereich der Anlagefläche ein die Anlagefläche umlaufendes Dichtungselement angeordnet sein. a contact surface of the circumferential seal element may by a time constant as possible introduction of the negative pressure to ensure be arranged in the region of the contact surface. Wird die Anlagefläche nun in Kontakt mit einem flexiblen Material gebracht, bilden das Dichtungselement, die Anlagefläche und das flexible Material einen Druckraum, in dem das flexible Material mit einem gleichmäßigen Druck gegen die Anlagefläche gesaugt wird. If the contact surface is now brought into contact with a flexible material, the seal member, the contact surface and the flexible material forming a pressure space in which the flexible material is drawn with a uniform pressure against the contact surface. Alternativ oder zusätzlich zu einem Dichtungselement kann die Anlagefläche konkav geformt sein. Alternatively, or in addition to a sealing member, the contact surface may be concave shaped. Es ist jedoch auch eine planare Form (insbesondere wenn ein Dichtungselement verwendet wird) der Anlagefläche möglich. However, it is also a planar shape (especially if a sealing member is used) the bearing surface possible. Der äußere Bereich der Anlagefläche bildet dann eine Dichtkante, die den gleichen Effekt wie ein Dichtungselement hat. The outer region of the bearing surface then forms a sealing edge which has the same effect as a seal member. Durch die Verwendung einer Dichtung und/oder konkav geformten Anlagefläche wird ein Entweichen des Unterdrucks weitgehend vermieden. By using a seal and / or concavely shaped bearing surface leakage of the negative pressure is largely avoided. Hierdurch kann ein Unterdruck durch eine Pumpe mit geringer Förderleistung aufrecht erhalten, was den Einsatz von pulsationsfreien Pumpen ermöglicht. This makes it possible to maintain a negative pressure by a pump having a low pumping capacity, which allows the use of pulsation-free pumps.
  • [0008]
    Das Schallleitelement, das so angeordnet sein kann, dass der Ultraschall durch das Schalleitelement hindurchgeleitet wird, kann mindestens einen verjüngten Bereich aufweisen. The Schallleitelement, which may be arranged so that the ultrasound is passed through the Schalleitelement, may have at least a tapered region. Als verjüngt wird ein Bereich angesehen, wenn in diesem Bereich die Querschnittsfläche des Schallleitelements in einer zur Schallausbreitungsrichtung orthogonalen Ebene kleiner ist als de Querschnittsfläche außerhalb dieses Bereichs. When an area is tapered viewed if, in this area, the cross-sectional area of ​​the Schallleitelements is smaller in a direction orthogonal to the direction of sound propagation plane as de cross-sectional area outside this range. Insbesondere kann die Querschnittsfläche im verjüngten Bereich kleiner sein als die Anlagefläche. In particular, the cross-sectional area in the tapered region may be smaller than the contact surface. Durch einen solchen verjüngten Bereich kann die Amplitude des Ultraschalls, der zur Anlagefläche gelangt, beeinflusst werden. By such a tapered region, the amplitude of the ultrasound which passes to the bearing surface can be influenced. Insbesondere kann durch den verjüngten Bereich der Ultraschall auf einen relativ kleinen Querschnitt konzentriert werden. In particular, the ultrasound can be focused to a relatively small cross section of the tapered region. Hierdurch ist eine Steigerung der Amplitude des Ultraschalls an der Anlagefläche auf das 3 bis 5 fache der direkt am Ultraschallerzeuger vorliegenden Amplitude möglich. In this way, an increase in the amplitude of the ultrasound on the contact surface to the 3 to 5 times the present directly on the ultrasonic generator amplitude is possible. Um eine Abnutzung des zweiten Teils des Schallleitelements und des flexiblen Mediums möglichst gering zu halten kann die maximale Amplitude an der Anlagefläche beispielsweise kleiner als 30 Mikrometern sein. can to a wear of the second portion of the Schallleitelements and the flexible medium to minimize the maximum amplitude to the bearing surface, for example smaller than 30 microns to be. Insbesondere kann die maximale Amplitude zwischen 10 und 20 Mikrometern betragen. In particular, the maximum amplitude between 10 and 20 microns may be.
  • [0009]
    Das Schallleitelement kann beispielsweise rotationssymmetrisch und insbesondere als rotationssymmetrischer Stab ausgebildet sein. The Schallleitelement example, may be rotationally symmetrical and in particular formed as a rotationally symmetrical rod. Es kann jedoch auch von einer rotationssymmetrischen Form abweichend gestaltet sein. However, it may be designed differently and from a rotationally symmetrical shape. Beispielsweise kann das Schallleitelement als ein Stab mit drei- oder viereckigem Querschnitt geformt sein. For example, the Schallleitelement may be formed as a rod having three or square cross-section.
  • [0010]
    Das Schallleitelement kann einen mit dem Ultraschallerzeuger verbundenen ersten Teil und einen die Anlagefläche aufweisenden zweiten Teil aufweisen. The Schallleitelement may comprise an ultrasonic generator connected to the first part and a contact surface having the second part. Die beiden Teile sind dann miteinander verbunden, wobei die Verbindung insbesondere lösbar ausgebildet sein kann. The two parts are then joined together, wherein the compound can in particular be designed to be detachable. Beispielsweise kann die Verbindung als Schraubverbindung ausgebildet sein. For example, the compound may be formed as a screw connection. Die zweiteilige Ausbildung des Schallleitelements lässt zu, mit geringem Aufwand den die Anlagefläche aufweisenden Teil auszutauschen. The two-part design of Schallleitelements allows to share with little effort to the bearing surface part having. Dies ist von Vorteil, da die Anlagefläche am stärksten von Verschleiß betroffen ist. This is advantageous because the contact surface is most affected by wear.
  • [0011]
    Der verjüngte Bereich kann insbesondere in dem die Anlagefläche aufweisenden zweiten Teil angeordnet sein. The tapered portion can in which the abutment surface having the second part may be arranged in particular. Insbesondere können für die Vorrichtung mehrere zweite Teile vorliegen, die sich hinsichtlich des Querschnitts im verjüngten Bereich unterscheiden. In particular, for the device are present a plurality of second parts which differ in terms of the cross section in the tapered region. Entsprechend kann die Intensität des Ultraschalls, die zur Anlagefläche gelangt, durch Austausch eines leicht auszuwechselnden Teils, das ohnehin verschleißbedingt gelegentlich auszutauschen ist, geändert werden. Accordingly, the intensity of the ultrasound that passes to the bearing surface, by replacing an easily interchangeable part which due to wear in any case is occasionally exchange can be changed.
  • [0012]
    Zusätzlich kann ein Verjüngungsabschnitt, in dem der Querschnitt in Richtung der Anlagefläche abnimmt, im ersten Teil angeordnet sein. In addition, a taper portion in which the cross-section decreases towards the contact surface, be arranged in the first part. Durch diesen Verjüngungsabschnitt kann ein Ultraschallerzeuger mit großer Querschnittsfläche und geringer Amplitude verwendet werden, wobei der Ultraschall durch den Verjüngungsabschnitt auf eine kleinere Querschnittsfläche konzentriert wird. By this taper portion, an ultrasonic generator may be used with a large cross sectional area and low amplitude, wherein the ultrasound is focused by the taper portion to a smaller cross-sectional area.
  • [0013]
    Liegt sowohl ein Verjüngungsabschnitt als auch verjüngter Bereich vor, tragen beide zur Verstärkung der Amplitude an der Anlagefläche bei. Is both a tapered section and tapered region before, both contribute to the strengthening of the amplitude at the contact surface.
  • [0014]
    Der Kanal kann insbesondere sowohl den ersten als auch den zweiten Teil des Schallleitelements jeweils zumindest teilweise durchlaufen. The channel can in particular both the first and also pass through the second part of Schallleitelements each at least partially. Der zweite Teil kann beispielsweise auch vollständig vom Kanal durchlaufen werden. The second part may for example be passed through the channel also completely. Die in der Anlagefläche angeordnete zweite Öffnung ist dann Bestandteil des zweiten Teils, während die zum Anschließen einer Pumpe dienende erste Öffnung Bestandteils des ersten Teils ist. The arranged in the contact surface second opening is then a component of the second part, while the serving for connecting a pump first opening is the component of the first part. Dadurch, dass die zum Anschluss der Pumpe dienende Öffnung Bestandteil des ersten Teils ist, ist es bei (beispielsweise verschleißbedingtem) Austausch des zweiten Teils nicht notwendig, eine Verbindung zwischen der Pumpe und der Vorrichtung zu lösen. Characterized in that the serving for connecting the pump port is part of the first part, it is not necessary in (for example, due to wear) the exchange of the second part, to solve a connection between the pump and the apparatus.
  • [0015]
    Ein Durchmesser des Kanals kann sich über seine Länge ändern. A diameter of the channel may change along its length. Insbesondere kann sich der Durchmesser des Kanals innerhalb des zweiten Teils und/oder im Bereich der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ändern. In particular, the diameter of the channel may change between the first and the second part within the second part and / or in the region of the connection. Durch Austausch des zweiten Teils gegen einen ähnlich ausgebildeten zweiten Teil, der sich jedoch hinsichtlich des Durchmessers des Kanals im Bereich der Anlagefläche (dh hinsichtlich des Durchmessers der zweiten Öffnung) unterscheidet, kann eine an der Anlagefläche vorliegende Saugkraft geändert werden. By exchange of the second part against a similarly configured second portion of the different, however, with regard to the diameter of the channel in the region of the contact surface (in terms of the diameter of the second opening ie), a contact surface present on the suction power can be changed.
  • [0016]
    Zusätzlich kann die Vorrichtung ein Abschlusselement umfassen, das auf der vom Schallleitelement abgewandten Seite des Ultraschallerzeugers angeordnet ist. In addition, the device may comprise a termination element, which is arranged on the side remote from Schallleitelement side of the ultrasonic generator.
  • [0017]
    Der erste Teil, der zweite Teil und/oder das Abschlusselement können aus dem gleichen oder auch aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein. The first part, the second part and / or the closure element can be formed of the same or of different materials. Als Materialien kommen insbesondere ein Festkörpermaterial das hohe Schwing-/Dehnbeanspruchungen aushält in Frage. As materials in particular, a solid-state material are the high vibration / Dehnbeanspruchungen endures in question. Das Material bzw. die Materialien sollen dämpfungsarm sein. The material or materials should be low loss. Beispielsweise können geeignete Metalle, Legierungen, Kunststoffe oder Keramiken als Material verwendet werden. For example, suitable metals, alloys, plastics, or ceramics can be used as the material.
  • [0018]
    Das Schallleitelement kann auch einteilig ausgebildet sein. The Schallleitelement can also be designed in one piece. Auch bei einer einteiligen Ausführung können die oben erwähnten Materialien für das Schalleitelement verwendet werden. Even with a one-piece design, the above-mentioned materials for the Schalleitelement can be used.
  • [0019]
    Der Ultraschallerzeuger kann zur Erzeugung von Ultraschall mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und 100 kHz (insbesondere zwischen 30 kHz und 40 kHz) eingerichtet sein. The ultrasonic generator may be configured for generating ultrasound at a frequency between 20 kHz and 100 kHz (preferably between 30 kHz and 40 kHz). Die Länge der Vorrichtung kann insbesondere die Hälfte der Ultraschallwellenlänge betragen, so dass sich eine stehende Welle im Ultraschall-Wandler ausbilden kann. The length of the device may be in particular half of the ultrasonic wavelength so that a standing wave in the ultrasonic transducer can be formed. Die Vorrichtung kann also als λ/2-Wandler ausgebildet sein. The device can thus be designed as a λ / 2 converter.
  • [0020]
    Eine Verbindung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Schallleitelements kann insbesondere zwischen einem Sechzehntel und drei Sechzehnteln der Wellenlänge λ von der Anschlussfläche entfernt sein. A connection between the first part and the second part of the Schallleitelements may be located between one-sixteenth and three-sixteenths of the wavelength λ of the connecting surface in particular. Als "Wellenlänge λ" soll hier die Wellenlänge des Ultraschalls im Material des Schallleitelements (beispielsweise Titan) verstanden werden. As "wavelength λ" is the wavelength of the ultrasound in the material of Schallleitelements to (for example, titanium) are meant here. Diese Anordnung der Verbindung ist von Vorteil, da in diesem Bereich der Vorrichtung die Schwingungsamplitude noch gering, und die Zugspannung gegenüber der Zugspannung in der Mitte der Vorrichtung bereits deutlich abgefallen ist. This arrangement of connection is advantageous because the amplitude of vibration is still low in this region of the device, and tension is already dropped significantly compared to the tensile stress in the middle of the device. Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Schallleitelements wird somit nicht überbeansprucht, dh die mechanische Beanspruchung der Verbindung liegt im tolerablen Bereich. The connection between the first and the second part of Schallleitelements is not overstressed therefore, that the mechanical stress of the compound is in the tolerable range.
  • [0021]
    Prinzipiell ist es auch möglich, den zweiten Teil als dünnen tellerförmigen Aufsatz auszugestalten. In principle it is also possible to design the second part as a thin plate-shaped article. Die Verbindung ist dann nur geringfügig von der Anlagefläche entfernt. The connection is then only slightly away from the contact surface. Dies hat jedoch eine deutlich größere Schwingungsamplitude im Bereich der Verbindung zur Folge. However, this has a much larger amplitude of vibration at the joint result. Hierdurch kann ein Spalt zwischen dem ersten und zweiten Teil entstehen, wobei dies nicht wünschenswert ist. In this way can result in a gap between the first and second part, and this is not desirable. Außerdem wäre die Gestaltungsfreiheit hinsichtlich des Kanals und der Anlagefläche stark eingeschränkt. In addition, the design freedom would be severely limited in terms of the channel and the contact surface.
  • [0022]
    Die erste Öffnung des Kanals, die wie bereits erwähnt im ersten Teil angeordnet sein kann, kann beispielsweise ungefähr ein Viertel der Wellenlänge (insbesondere zwischen 0,2λ und 0,3λ) von der Anschlussfläche entfernt sein, dh die erste Öffnung kann insbesondere in den mittleren 20% der Länge des Ultraschallwandlers angeordnet sein. The first opening of the channel, which as already mentioned may be arranged in the first part may be removed for example, about a quarter of the wavelength (in particular between 0,2λ and 0,3λ) of the pad, ie, the first port can in particular in the middle 20% of the length of the ultrasonic transducer be located. Hiermit ist gemeint, dass die Öffnung des Kanals von einer Schwingungsnullebene der Vorrichtung (dh der Ebene, in der die Amplitude der Schwingung null ist) in Längsrichtung um weniger als ±10% der Länge der Vorrichtung entfernt sein kann. By this is meant that the opening of the channel from a zero oscillation plane of the device (ie, the plane in which the amplitude of vibration is zero) may be removed in the longitudinal direction by less than ± 10% of the length of the device. In diesem Bereich liegt nur eine geringe longitudinale Amplitude vor. In this area, only a small longitudinal amplitude is present. Somit wird eine Verbindung zu einer Pumpe nur geringfügig belastet, was das Risiko des Auftretens von Undichtigkeiten in der Verbindung zwischen dem Kanal und der Pumpe signifikant reduziert. Thus, a compound is charged only slightly to a pump, which significantly reduces the risk of the occurrence of leaks in the connection between the conduit and the pump.
  • [0023]
    Eine Leistung des Ultraschalls, der durch den Ultraschallerzeuger erzeugt wird, kann insbesondere zwischen 5W und 20W betragen. A power generated by the ultrasonic generator of the ultrasound can be in particular between 5W and 20W. Die Amplitude des Ultraschalls kann an der Anlagefläche beispielsweise zwischen 10 und 30 µm betragen. The amplitude of ultrasound may be on the contact surface, for example between 10 and 30 microns. Eine Amplitude in diesem Bereich reicht aus, um bei zu behandelnden Flüssigkeiten bei dämpfungsarmer Membran Kavitation herbeizuführen, wobei die Amplitude noch hinreichend gering ist um eine Abnutzung im Bereich der Anlagefläche gering zu halten. An amplitude in this area is sufficient to induce cavitation in fluids to be treated at low-loss membrane, wherein the amplitude is still sufficiently low to minimize a wear in the area of ​​the contact surface.
  • [0024]
    Die erste Öffnung kann insbesondere in einer zu einer Abstrahlrichtung des Ultraschallerzeugers im Wesentlichen orthogonal ausgerichteten Seitenfläche angeordnet sein. The first opening may be arranged in particular in a direction of emission of the ultrasonic generator to a substantially orthogonally oriented side face. Eine Seitenfläche wird als im Wesentlichen orthogonal angesehen, wenn ihre Flächennormale einen Winkel zwischen 60° und 120° zur Abstrahlrichtung aufweist. A side surface is considered to be substantially orthogonal when their surface normal is at an angle between 60 ° and 120 ° to the direction of radiation. Insbesondere kann der Winkel zwischen 80° und 100° liegen. In particular, the angle between 80 ° and 100 ° can lie.
  • [0025]
    Zusätzlich zu einer Vorrichtung betrifft die Erfindung auch ein Ultraschallsystem, welches eine Vorrichtung, wie vorangehend beschrieben, aufweist. In addition to a device, the invention also relates to an ultrasonic system comprising an apparatus as described above. Das Ultraschallsystem umfasst des Weiteren eine Pumpe, die zur Erzeugung eines Unterdrucks eingerichtet und mit dem Kanal über die erste Öffnung verbunden ist. The ultrasound system further comprises a pump which is adapted to generate a negative pressure and connected to the channel through the first opening. Das Ultraschallsystem kann des Weiteren eine an der Anlagefläche anliegende Membran als flexibles Material aufweisen. The ultrasound system may further comprise a voltage applied to the contact surface membrane of a flexible material. Von einer derartigen Membran können beispielsweise mit Ultraschall zu behandelnde Flüssigkeiten umgeben sein. From such a membrane may be surrounded, for example, ultrasonic liquid to be treated.
  • [0026]
    Außerdem kann das Ultraschallsystem eine Spannungsversorgung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, den Ultraschallerzeuger - der wie oben erwähnt ein piezoelektrisches Element aufweisen kann - mit einer Spannung zur Schwingungsanregung des Ultraschallerzeugers zu versorgen. In addition, the ultrasound system may include a power supply that is adapted to the ultrasonic generator - of as mentioned above, a piezoelectric element may have - to be supplied with a voltage for excitation of vibrations of the ultrasonic generator. Des Weiteren kann das Ultraschallsystem eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Amplitude und/oder Intensität des erzeugten Ultraschalls aufweisen. Furthermore, the ultrasound system may comprise a measuring device for determining the amplitude and / or intensity of the ultrasound generated. Die Messvorrichtung kann die Amplitude und/oder Intensität insbesondere über die Spannung von dem zweiten piezoelektrischen Element bestimmen. The measuring device can determine the amplitude and / or intensity in particular on the voltage of the second piezoelectric element. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Es zeigen: Show it:
  • Fign. FIGS. 1a und 1b 1a and 1b
    Schnitt durch und Aufsicht auf eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beaufschlagung flüssiger Medien mit Ultraschall durch eine Membran, Section of and top view of an embodiment of a device for applying liquid media by ultrasound through a membrane,
    Fig. 1c Fig. 1c
    Detailansicht einer Variante der Vorrichtung aus den Detail view of a variant of the device of Fign. FIGS. 1a und 1b 1a and 1b , .
    Fign. FIGS. 2a bis 2d 2a to 2d
    Schnittansicht, Aufsicht sowie zwei Detailansichten eines ersten Teils des Schallleitelements der Vorrichtung aus Sectional view, top view and two detailed views of a first part of the apparatus of Schallleitelements Fig. 1 Fig. 1 , .
    Fign. FIGS. 3a und 3b 3a and 3b
    Schnittansicht sowie Aufsicht eines zweiten Teils des Schallleitelements der Vorrichtung auf -Sectional view and plan view of a second part of the device on Schallleitelements Fig. 1 Fig. 1 , .
    Fig. 4 Fig. 4
    ein Querschnitt durch einen weiteren Teil der Vorrichtung aus a cross-section through a further part of the apparatus of Fig. 1 Fig. 1 , .
    Fig. 5 Fig. 5
    ein prinzipieller Verlauf der Spannung und der Schwingungsamplitude über die Vorrichtung aus a fundamental waveform of the voltage and the oscillation amplitude about the device from Fig. 1 Fig. 1 , .
    Fign. FIGS. 6a und 6b 6a and 6b
    Schnittansicht sowie Aufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beaufschlagung flüssiger Medien mit Ultraschall durch eine Membran und -Sectional view and plan view of another embodiment of a device for applying liquid media by ultrasound through a membrane and
    Fig. 7a bis 7d Fig. 7a to 7d
    Schnittansichten durch sowie Aufsichten auf alternativer Ausgestaltungen einer Ansaugfläche für die Vorrichtung aus Sectional views through and plan views of alternative embodiments of a suction surface for the device of Figur 1 Figure 1 . ,
  • [0027]
    In den In the Fign. FIGS. 1a und 1b 1a and 1b ist eine Vorrichtung 1 im Querschnitt sowie in Aufsicht dargestellt. a device 1 is shown in cross-section and in plan view. Die Vorrichtung 1 weist ein Schallleitelement 2, bestehend aus einem ersten Teil 3 und einem zweiten Teil 4 (auch als Ultraschall-Saugfuß bezeichnet) auf. The device 1 comprises a Schallleitelement 2, consisting of a first part 3 and a second portion 4 (also referred to as an ultrasonic suction) on. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Ultraschallerzeuger 5 und ein rückseitiges Abschlusselement 6. The apparatus further comprises an ultrasonic generator 5 and a rear end element. 6
  • [0028]
    Der Ultraschallerzeuger 5, der in diesem Ausführungsbeispiel zum Erzeugen von Ultraschall mit einer Frequenz von 30 kHz eingerichtet ist, ist zwischen dem ersten Teil 3 des Schallleitelements 2 und dem rückseitigen Abschlusselement 6 eingeklemmt. The ultrasonic generator 5, which is established in this embodiment for generating ultrasound at a frequency of 30 kHz is clamped between the first part 3 of the Schallleitelements 2 and the rear end element. 6 Hierzu ist das Abschlusselement 6 mit einer Aufnahme 7 für eine Schraube ausgestattet. For this purpose, the closing element 6 is provided with a seat 7 for a screw. Der erste Teil des Schallleitelements 2 weist wiederum eine Gewindebohrung 8 auf, in die eine Schraube 9, deren Kopf 10 im Abschlusselement 6 angeordnet ist, eingeschraubt ist. in turn, the first part of Schallleitelements 2 has a threaded hole 8, in which a screw, whose head 10 is arranged in the closing element 6 9, is screwed. Der erste Teil 2 weist des Weiteren eine vom Ultraschallerzeuger 5 weg gerichtete Einschrauböffnung 11 auf, in die der zweite Teil 4 des Schallleitelements 2 eingeschraubt ist. The first part 2 further has a directed away from the ultrasonic generator 5 screw-in 11, in which the second part 4 of the Schallleitelements is screwed. 2 Hierzu weist der zweite Teil 4des Schallleitelements 2 ein Gewinde 12 auf. 2 For this purpose, the second part 4DES Schallleitelements a thread 12th Um ein Einschrauben des zweiten Teils 4 des Schallleitelements 2 in den ersten Teil 3 zu erleichtern, weisen sowohl der erste als auch der zweite Teil 4 des Schallleitelements Schlüsselflächen 13 und 14 auf, an denen mittels eins herkömmlichen Schraubenschlüssels eine Kraft eingebracht werden kann. By screwing the second part 4 to facilitate the Schallleitelements 2 in the first part 3, have both the first and the second part 4 of the Schallleitelements key surfaces 13 and 14, in which by means of one conventional wrench, a force can be introduced. Der zweite Teil 4 des Schallleitelements 2 weist außerdem eine Anlagefläche 15 auf, die mit einem umlaufenden O-Ring 16 ausgestattet ist und zum Auskoppeln des Ultraschalls in ein flexibles Medium dient. The second part 4 of the Schallleitelements 2 also has a contact surface 15 which is provided with a circumferential O-ring 16 and serves for coupling of ultrasound in a flexible medium. In der Mitte der Anlagefläche 15 ist eine Öffnung 17 angeordnet, die mit einem Kanal 18 in Verbindung steht. In the middle of the contact surface 15 is an opening 17 which communicates with a channel eighteenth Der Kanal 18 durchquert den zweiten Teil 4 des Schallleitelements vollständig und den ersten Teil 3 zumindest teilweise. The channel 18 passes through the second part 4 of the Schallleitelements completely and the first part 3 at least partially. Das von der Öffnung 17 weg weisende Ende des Kanals 18 ist innerhalb des ersten Teils 3 des Schallleitelements angeordnet. The 17 facing away from the opening end of the channel 18 is disposed within the first portion 3 of the Schallleitelements. Dort steht der Kanal 18 mit einem Anschlussstück 19, welches eine Öffnung 20 aufweist, in Verbindung. There, the channel 18 communicates with a connector 19 having an opening 20 in connection. Über dieses Anschlussstück 19 kann ein herkömmlicher Schlauch geschoben und beispielsweise mit einer Schlauchschelle befestigt werden. This connector 19 is a conventional hose can be pushed and secured, for example using a hose clamp. Über das Anschlussstück 19 kann der Kanals 18 somit mit einer Pumpe (nicht dargestellt) verbunden werden, über die ein Unterdruck zum Ansaugen des flexiblen Mediums an die Anlagefläche 15 aufgebracht werden kann. Via the connection piece 19 of the channel 18 thus (not shown) may be connected to a pump via which a negative pressure for sucking the flexible medium can be applied to the contact surface 15 °. Der Durchmesser des Kanals 18 ändert sich innerhalb des zweiten Teils 4. Durch die Geometrie des Kanals im zweiten Teil 4 wird somit die Saugkraft an der Anlagefläche beeinflusst. The diameter of the channel 18 varies within the second part 4. Due to the geometry of the channel in the second part 4, the suction force is thus influences on the contact surface. Als Pumpe kann insbesondere eine pulsationsfreie Pumpe verwendet werden. As a pump, a pulsation pump can be used in particular.
  • [0029]
    Der bereits erwähnte Ultraschallerzeuger 5 umfasst mehrere Piezoelemente 21 bis 24. Zwei der Piezoelemente 21 und 22 sind mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden und zum Erzeugen des Ultraschalls eingerichtet. The aforementioned ultrasonic generator 5 includes a plurality of piezoelectric elements 21 to 24. Two of the piezoelectric elements 21 and 22 are connected to an unillustrated voltage source and arranged to generate the ultrasound. Die beiden Piezoelemente 23 und 24 hingegen weisen keine Stromzuführung sondern einen Signalabgriff auf, der mit einer ebenfalls nicht dargestellten Messeinrichtung in Verbindung steht. The two piezoelectric elements 23 and 24, however, have no power supply but a signal tap, which is connected to a measuring device, also not shown. Diese Messeinrichtung kann anhand einer von den Piezoelementen 23 und 24 abhängig von der vorliegenden Ultraschallamplitude erzeugten Spannung die Amplitude und/oder Intensität des Ultraschalls bestimmen. This measuring device can determine the amplitude and / or intensity of the ultrasound based on a function of the piezoelectric elements 23 and 24 produced by the present ultrasonic amplitude voltage. Wie in der Aufsicht aus As in the supervision of Fig. 1b FIG. 1b zu erkennen ist, weist die Vorrichtung 1 außerdem einen Flansch 25 auf, an dem sie befestigt werden kann. It can be seen, the device 1 also comprises a flange 25, on which it can be attached.
  • [0030]
    Die Vorrichtung 1 weist eine Länge, dh eine Gesamtausdehnung in Schallausbreitungsrichtung x auf, die der Hälfte der Wellenlänge des erzeugten Ultraschalls entspricht. The device 1 has a length, ie, a total extent in the direction of sound propagation x, which corresponds to half the wavelength of the ultrasound generated. Die Vorrichtung kann somit als λ/2-Wandler bezeichnet werden. The apparatus may thus be referred to as a λ / 2 converter. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Ultraschall mit einer Frequenz von 30 kHz eingerichtet. In the present embodiment, the device 1 is adapted to generate ultrasound having a frequency of 30 kHz. Das Schallleitelement 2 ist aus Titan und das Abschlusselement 6 aus Aluminium gefertigt. The Schallleitelement 2 is made of titanium and the closing element 6 of aluminum. Die Länge der Vorrichtung beträgt somit etwas über 17 cm. The length of the device is thus about 17 cm. Das Schallleitelement 2 kann wie dargestellt zweiteilig oder auch einteilig ausgebildet sein. The Schallleitelement 2 may be formed in two parts as shown or in one piece. Der erste Teil 3, der zweite Teil 4, das gesamte Schallleitelement 2 und/oder das Abschlusselement 6 können statt aus Titan auch aus einem anderen Metall einer Legierung, einem Kunststoff oder einer Keramik ausgebildet sein. The first part 3, the second part 4, the entire Schallleitelement 2 and / or the closing element 6 can also be formed of another metal alloy, a plastic or a ceramic instead of titanium. Dass Schallleitelement 2 kann einen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisen. That Schallleitelement 2 may have a rotationally symmetrical cross-section. Ein Querschnitt des Schallleitelements 2 kann jedoch auch von einer rotationssymmetrischen Form abweichen. However, a cross section of Schallleitelements 2 can also deviate from a rotationally symmetrical shape. Beispielsweise ist ein drei- oder viereckiger Querschnitt des Schallleitelements 2 möglich. For example, a three- or four-cornered cross-section of Schallleitelements 2 is possible.
  • [0031]
    In In Fig. 1c Fig. 1c ist die Ansaugfläche 15' als Detail einer alternativen Variante einer Vorrichtung 1 dargestellt. the sucking 'is shown as a detail of an alternative variant of a device 1 15 °. In dem dargestellten Detail ist die Anlagefläche 15' gekrümmt ausgebildet. In the illustrated detail of the contact surface is curved 15 'is formed. Durch die gekrümmte, konkav geformte Ausbildung der Anlagefläche 15' ist keine Dichtung erforderlich, da die Außenkante 26 der Anlagefläche 15' als Dichtkante dient. The curved, concave configuration of the abutment surface 15 'no seal is required, since the outer edge 26 of the abutment surface 15' serves as the sealing edge. Alternativ kann die Anlagefläche auch konvex, dh in entgegengesetzte Richtung gekrümmt ausgebildet sein. Alternatively, the contact surface can also be convex, may be formed that is curved in the opposite direction. Die Anlagefläche kann dann zum Herstellen eines zuverlässigen Kontakts gegen ein flexibles Material (insbesondere eine Membran) gedrückt und über die Öffnung 17 mittels Unterdruck mit dem flexiblen Material verbunden werden, sodass das flexible Material der Bewegung der Anlagefläche folgt. The contact surface may for producing a reliable contact against a flexible material (in particular a membrane) is pressed and connected to the opening 17 by means of negative pressure to the flexible material then, so that the flexible material of the movement of the contact surface below.
  • [0032]
    In den In the Fign. FIGS. 2a bis 2d 2a to 2d ist der erste Teil 3 des Schallleitelements 2 von der Vorrichtung 1 aus den is the first part 3 of the Schallleitelements 2 of the device 1 from the Fign. FIGS. 1a und 1b 1a and 1b im Schnitt sowie in Aufsicht dargestellt. shown in section and in plan view. In der Schnittansicht 2a sind die beiden Gewindebohrungen 8 und 11 zum Verbinden mit der Schrauben 10 bzw. dem zweiten Teil 4 besonders gut zu erkennen. In the sectional view of Figure 2a, the two threaded bores 8 and 11 for connecting with the coil 10 and the second part 4 are particularly clearly visible.
  • [0033]
    Außerdem ist zu erkennen, dass der erste Teil einen Verjüngungsbereich 32 aufweist in dem der Querschnitt (dh die Schnittfläche orthogonal zur Richtung x aus In addition, it can be seen that the first part comprises a tapered region 32 that is, the sectional area orthogonal to the direction of x in the cross-section ( Figur 1 Figure 1 ) vom Ultraschallerzeuger 5 zur Anlagefläche hin abnimmt, sowie einen Koppelungsbereich 33 in dem die Gewindebohrung 11 angeordnet ist und der somit der Ankopplung an den zweiten Teil 4 dient. ) Decreases from the ultrasonic generator 5 to the contact surface toward, as well as a coupling region 33 in which the threaded hole 11 is arranged and thus is used for coupling to the second part. 4 Der Verjüngungsbereich 32 dient einer Verstärkung der Amplitude des Ultraschalls, wobei die Verstärkung dadurch erreicht wird, dass der Ultraschall in der verringerten Querschnittfläche konzentriert wird. The taper portion 32 is a gain of the amplitude of ultrasound, wherein the amplification is achieved by the fact that the ultrasound is concentrated in the reduced cross-sectional area.
  • [0034]
    Die dem Ultraschallerzeuger 5 zugewandte Gewindebohrung 8 ist in der Detailansicht aus The ultrasonic generator 5 facing threaded bore 8 is in the detailed description of Fig. 2b Fig. 2b genauer dargestellt, während die dem zweiten Teil 4 des Schallleitelements 2 zugewandte Gewindebohrung 11 in der Detailansicht aus shown in more detail, while the second part 4 of the Schallleitelements 2 facing threaded bore 11 in the detail view of Fig. 2c Fig. 2c genauer darstellt ist. is illustrating in more detail. In der Aufsicht aus In the supervision of Fig. 2b Fig. 2b ist insbesondere der Flansch 25, der zur Befestigung der Vorrichtung 1 verwendet werden kann, zu erkennen. In particular, the flange 25 which can be used to attach the device 1 to recognize.
  • [0035]
    In den In the Fign. FIGS. 3a und 3b 3a and 3b ist der zweite Teil 4 des Schallleitelements im Detail dargestellt. the second part 4 of the Schallleitelements is shown in detail. Im Bereich der Anlagefläche 15 weist der zweite Teil des Schallleitelements eine die Anlagefläche 15 umlaufende Nut 27 auf, die zur Befestigung des O-Rings 16 (vgl. In the area of ​​contact surface 15, the second part of the Schallleitelements to the contact surface 15 of circumferential groove 27 (for mounting the O-ring 16, see FIG. Fig. 1a FIG. 1a ) dient. ) Is used. In einem geringen Abstand zur Anlagefläche 15 weist der Teil 4 des Schallleitelements einen verjüngten Bereich 28 auf, über den die Amplitude des Ultraschalls, der zur Anlagefläche 15 gelangt, weiter wird. At a small distance to the contact surface 15, the portion 4 of the Schallleitelements a tapered portion 28 over which the amplitude of the ultrasound reaches the abutment surface 15 further is. Zusammen mit dem Verjüngungsbereich 32 des ersten Teils 3 ergibt sich somit eine Verstärkung der Amplitude an der Anlagefläche 15 gegenüber der Amplitude am Ultraschallerzeuger 5 um den Faktor 3 bis 5. Der zweite Teil 4 des Schallleitelements 2 ist sehr leicht auszutauschen, um einen Betriebsausfall, wenn eine Wartung aufgrund einer Abnutzung der Anlagefläche 15 erforderlich ist, möglichst kurz zu halten. Together with the taper portion 32 of the first part 3, this results in an amplification of the amplitude at the contact surface 15 with respect to the amplitude of the ultrasonic generator 5 by a factor of 3 to 5. The second part 4 of the Schallleitelements 2 is very easy to change to an operation failure if maintenance due to wear of the bearing surface 15 is required to keep as short as possible. Der zweite Teil 4 kann auch ausgetauscht werden, um eine Intensität des zur Anlagefläche 15 gelangenden Ultraschalls zu ändern. The second part 4 may also be exchanged to change an intensity of the reaching to the abutment surface 15 ultrasound. Hierzu kann ein eingebautes zweites Teil 4 des Schallleitelements 2 gegen eine Alternative des zweiten Teils 4 ausgetauscht werden, die sich hinsichtlich des Querschnitts im Bereich des verjüngten Bereichs 28 unterscheidet. For this purpose, can be replaced with an alternative of the second part 4, a second built-in part 4 of the Schallleitelements 2, which differs with respect to the cross section in the area of ​​the tapered portion 28th
  • [0036]
    In In Fig. 4 Fig. 4 ist das Abschlusselement 6 im Schnitt dargestellt. the closing element 6 is shown in section. Wie zu erkennen ist, weist das Abschlusselement 6 die Aufnahme 7 für den Schraubenkopf sowie eine Durchgangsbohrung für den Schaft der Schraube 9 auf. As can be seen, the closing element 6 of the seat 7 for the screw head and a through bore for the shank of the screw. 9
  • [0037]
    In In Fig. 5 Fig. 5 ist der prinzipielle Verlauf 29 der Zugspannung sowie der prinzipielle Verlauf 30 der Schwingungsamplitude über die Länge des Wandlers 1 aufgetragen. the basic course 29 of the tensile stress and the basic course is plotted 30 of the vibration amplitude along the length of the transducer. 1 Die Position der Anlagefläche 15 ist auf der X-Achse markiert. The position of the bearing surface 15 is marked on the X-axis. Wie anhand des Verlaufs 30 zu erkennen ist, ist die Amplitude der Ultraschallschwingung im Bereich der Enden der Vorrichtung 1 maximal. As can be seen from the course 30, the amplitude of the ultrasonic vibration in the region of the ends of the device 1 is maximum. Sie kann dort beispielsweise zwischen 20 und 30 Mikrometern betragen. It can be between 20 and 30 microns there, for example. Die Zugspannung ist im Bereich der Enden am geringsten. The tensile stress is smallest at the ends. Im Bereich der Schwingungsnullebene der Vorrichtung 1 hingegen ist die Zugspannung deutlich größer, die Amplitude jedoch sehr gering. In the field of vibration zero level of the device 1, however, the tensile stress, however, the amplitude is considerably greater, very low. Dadurch, dass die Gewindebohrungen 8 und 11 nahe, aber nicht direkt in der Schwingungsnullebene der Vorrichtung 1 angeordnet sind, ist die Amplitude der Schwingung im Bereich der Gewindebohrung noch gering, wobei die Zugspannung gegenüber einer Zugspannung in der Mitte der Vorrichtung 1 bereits deutlich abgefallen ist. Characterized in that the threaded bores 8 and 11 near, but are not arranged directly in the zero oscillation plane of the device 1, the amplitude of oscillation in the region of the threaded bore is still low, the tensile stress is already significantly dropped to a tensile stress in the middle of the device 1 , Der Anschluss 19 ist in Längsrichtung (dh x-Richtung) des Wandlers in der Schwingungsnullebene angeordnet, da dort die Amplitude minimal ist. The connection 19 is arranged in the longitudinal direction (ie, the x-direction) of the transducer in the vibration level zero, since there the amplitude is minimal.
  • [0038]
    Es sei erwähnt, dass die dargestellten Verläufe 29 und 30 nur prinzipielle Darstellungen sind. It should be noted that the curves shown are 29 and 30 only conceptual diagrams. Die genauen Verläufe, die durch die Form der Vorrichtung 1 und insbesondere durch die Verjüngung 28 und den Verjüngungsbereich 32 beeinflusst werden, können deutlich unterschiedlich zu den dargestellten Verläufen 29, 30 sein. The exact gradients, which are affected by the shape of the device 1 and in particular by the taper 28 and the taper portion 32 may be significantly different from the illustrated curves 29, 30th
  • [0039]
    Eine geringfügig modifizierte Variante einer Vorrichtung 1 ist in den A slightly modified variant of a device 1 is shown in Fign. FIGS. 6a und 6b 6a and 6b in einer Schnittansicht und einer Aufsicht dargestellt. shown in a sectional view and a plan view. Die Ausführungsform unterscheidet sich lediglich dahingehend, dass statt einem Abschlusselement 6 und einem Ultraschallerzeuger 5 eine zusammenhängende Antriebseinheit 31 vorgesehen ist, die einen Ultraschallerzeuger enthält und die in die Gewindebohrung 8 des ersten Teils 3 des Schallleitelements 2 eingeschraubt werden kann. The embodiment differs only in that instead of a closing element 6, and an ultrasonic generator 5 a coherent drive unit 31 is provided that includes an ultrasonic generator and which can be screwed into the threaded bore 8 of the first part 3 of the Schallleitelements. 2
  • [0040]
    In den In the Figuren 7a bis 7c 7a to 7c sind drei verschiedene weitere Ausgestaltungen einer Anlagefläche 15 im Schnitt sowie in einer Aufsicht dargestellt. three further embodiments of a bearing surface 15 are shown in section and in plan view. Die in In the Figur 7a 7a dargestellte Anlagefläche weist vier über den Umfang verteilte, in 90° Winkeln zueinander angeordnete Ansaugöffnungen 34 auf, die jeweils mit dem Kanal 18 verbunden sind. Abutment surface illustrated has four circumferentially distributed, spaced 90 ° angles arranged suction ports 34 which are each connected to the channel eighteenth Hierzu ist der Kanal nicht bis zur Anlagefläche 15 als zentraler Kanal durchgeführt sondern teilt sich in vier mit jeweils einer der Öffnungen verbundene Teilkanäle 35 auf. For this purpose, the channel is not carried out as a central channel to contact surface 15 but is divided into four, each one of the apertures associated sub-channels 35. Der Kanal 18 kann in den zweiten Teil 4 von der zum ersten Teil 3 weisenden Seite des zweiten Teils durch Bohren zunächst teilweise eingebracht werden. The channel 18 may be partially inserted into the second part 4 of the side facing the first part 3 of the second part, by drilling first. Die eingebrachte Bohrung durchdringt den zweiten Teil 4 nicht vollständig und ist somit als Sackloch ausgebildet. The introduced hole does not penetrate the second part 4 is completely and is thus formed as a blind hole. Die Teilkanäle 35 können anschließend ausgehend von der Anlagefläche 15 eingebracht werden, derart, dass sie im unteren Ende des Sacklochs enden. The sub-channels 35 may then be introduced starting from the bearing surface 15, such that they end in the lower end of the blind hole.
  • [0041]
    Die Variante aus The variant of Figur 7a 7a kann auch dahingehend abgeändert werden, dass der Kanal 18 (insbesondere mit verringertem Querschnitt) bis zur Anlagefläche 15 durchgeführt wird. can also be modified such that the channel 18 is carried out (in particular of reduced cross section) to the contact surface of 15 °. Die mit den Teilkanälen 35 verbundenen Ansaugöffnungen 34 wirken dann als zusätzliche Ansaugpunkte (ergänzend zu einer zentralen Öffnung 17 wie aus The problems associated with the sub-channels 35 suction openings 34 then function as additional suction points (in addition to a central aperture 17 as shown in Figur 1 Figure 1 bekannt) und verbessern eine Gleichmäßigkeit der Andruckkraft der Membran an der Anlagefläche gegenüber der Variante aus known) and improve a uniformity of the pressing force of the diaphragm on the contact surface with respect to the variant of Figur 1 Figure 1 . ,
  • [0042]
    Die Variante aus The variant of Figur 7b Figure 7b weist einen durchgehenden zentralen Kanal 18 auf, der genauso wie in has a continuous central channel 18 as well as in Figur 1 Figure 1 ausgebildet ist. is trained. Sternförmig von der Öffnung 17 ausgehend, sind in die Anlagefläche 15 jedoch oberflächliche Kanäle 36 eingearbeitet. Star-shaped starting from the opening 17, but superficial channels 36 are incorporated into the bearing surface 15 °. Eine Höhe der Kanäle nimmt hierbei mit steigendem Abstand von der Anlagefläche 15 ab. A height of the channels decreases with increasing distance from this from the contact surface 15 °.
  • [0043]
    Die Variante aus The variant of Figur 7c Figure 7c weist ebenfalls einen durchgehenden Kanal 18 wie aus also has a continuous channel 18 as shown in Figur 1 Figure 1 bekannt auf. known on. In die Anlagefläche sind ein ringförmiger Kanal 37 sowie Verbindungskanäle 38 eingearbeitet. In the contact surface, an annular channel 37 and connecting channels 38 are incorporated. Selbstverständlich können auch mehrere ringförmige Kanäle 37 vorgesehen werden und auch die Anzahl der Verbindungskanäle 38 kann variiert werden. Of course, a plurality of annular channels 37 may be provided and the number of the connection channels 38 can be varied.
  • [0044]
    Die Variante aus The variant of Figur 7d 7d weist ebenfalls einen durchgehenden Kanal 18 auf. also has a through-channel eighteenth Von diesem Ausgehend gehen mehrere Hauptkanäle 39 ab, die sich wiederum in Nabenkanäle 40 aufzweigen. From this basis several main channels go from 39, which in turn aufzweigen in hub channels 40th Diese wiederum können sich nach dem Prinzip einer selbstähnlichen Struktur weiter verzweigen, wobei dies jedoch in der Figur nicht dargestellt ist. These in turn can branch out on the principle of self-similar structure, but this is not shown in the figure. Die Hauptkanäle 39 weisen, wie der Schnittansicht zu entnehmen ist, eine größere Höhe als die Nebenkanäle 40 auf. The main channels 39 have, as the sectional view it can be seen a greater height than the side channels 40.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zur Beaufschlagung flüssiger Medien mit Ultraschall durch eine Membran, wobei die Vorrichtung Device (1) for applying liquid media by ultrasound through a membrane, the apparatus comprising
    - einen Ultraschallerzeuger (5) zur Erzeugung von Ultraschall und - an ultrasound generator (5) for generating ultrasound and
    - ein Schallleitelement (2) zum Leiten des vom Ultraschallerzeuger erzeugten Ultraschalls umfasst, - comprises a Schallleitelement (2) for directing the ultrasound generated by the ultrasonic generator,
    und das Schallleitelement (2) eine Anlagefläche (15) zum Auskoppeln des Ultraschalls an ein flexibles Medium aufweist, and the Schallleitelement (2) has a contact surface (15) for coupling the ultrasound on a flexible medium,
    wobei das Schallleitelement (2) einen Kanal (18) mit einer ersten Öffnung (20) zum Anlegen von Unterdruck an den Kanal (18) und einer zweiten Öffnung (17) zum Anlegen des Unterdrucks an das flexible Material umfasst. wherein the Schallleitelement (2) comprises a channel (18) having a first opening (20) for applying vacuum to the channel (18) and a second opening (17) for applying the negative pressure to the flexible material.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallerzeuger (5) mindestens ein piezoelektrisches Element (21, 22, 23, 24) umfasst, wobei der Ultraschallerzeuger (5) vorzugsweise mehrere piezoelektrische Elemente (21, 22, 23, 24) umfasst, wobei Device (1) according to claim 1, characterized in that the ultrasonic generator (5) comprises at least one piezoelectric element (21, 22, 23, 24), wherein the ultrasonic generator (5), preferably a plurality of piezoelectric elements (21, 22, 23, 24 ), wherein
    - mindestens ein erstes piezoelektrisches Element (21, 22) mit einer Spannungsversorgung zur Schwingungsanregung des ersten piezoelektrischen Elements verbunden ist und - at least one first piezoelectric element (21, 22) is connected to a voltage supply for vibration excitation of the first piezoelectric element and
    - mindestens ein zweites piezoelektrisches Element (23, 24) mit einer Messvorrichtung zur Messung des das zweite piezoelektrische Element (23, 24) durchlaufenden Ultraschalls verbunden ist. - is connected to at least a second piezoelectric element (23, 24) with a measuring device for the measurement of the second piezoelectric element (23, 24) passing through ultrasound.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Öffnung (17) innerhalb der Anlagefläche (15) angeordnet ist. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the second opening (17) within the contact surface (15) is arranged.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anlagefläche (15) ein die Anlagefläche (15) umlaufendes Dichtungselement (16) angeordnet ist und/oder dass die Anlagefläche (15') zum Bilden einer umlaufenden Dichtkante konkav geformt ist. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the region of the contact surface (15) the abutment surface (15) circumferential sealing element (16) is arranged and / or that the abutment surface (15 ') for forming a peripheral sealing edge concavo is formed.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallleitelement (2) mindestens einen verjüngten Bereich (28) aufweist. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the Schallleitelement (2) has at least one tapered region (28).
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallleitelement (2) zumindest einen mit dem Ultraschallerzeuger (5) verbundenen ersten Teil (3) und einen die Anlagefläche (15) aufweisenden zweiten Teil (4) aufweist, wobei die beiden Teile (3, 4) miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt, sind. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the Schallleitelement (2) at least connected to said ultrasonic generator (5) the first part (3) and a the contact surface (15) having second part (4), wherein the the two parts (3, 4) connected to each other, for example screwed, are.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, sofern dieser auf Anspruch 5 zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der verjüngte Bereich (28) in dem die Anlagefläche (15) aufweisenden zweiten Teil (4) angeordnet ist. Device (1) according to claim 6 when appendant to claim 5, characterized in that the tapered region (28) in which the abutment surface (15) having second part (4) is arranged.
  8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (18) den ersten und den zweiten Teil (3, 4) des Schallleitelements (2) jeweils zumindest teilweise durchläuft, wobei die erste Öffnung (20) des Kanals im ersten Teil (3) und die zweite Öffnung (17) des Kanals im zweiten Teil (4) angeordnet ist. Device (1) according to claim 6 or 7, characterized in that the channel (18) each at least partially passes through the first and the second part (3, 4) of the Schallleitelements (2), wherein the first opening (20) of the channel in the the first part (3) and the second opening (17) of the channel in the second part (4) is arranged.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein Abschlusselement (6), dass das der Anlagefläche (15) gegenüberliegende Ende der Vorrichtung bildet. Device (1) according to any one of the preceding claims, comprising a closure element (6), that the contact surface (15) opposite end of the device.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (3) aus einem anderen Material als der zweite Teil (4) und/oder das Abschlusselement (6) ausgebildet ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first part (3) is formed from a different material than the second portion (4) and / or the closing element (6).
  11. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallerzeuger (5) zur Erzeugung von Ultraschall mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und 100 kHz, beispielsweise einer Frequenz zwischen 30 kHz und 40kHz eingerichtet ist. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic generator (5) for generating ultrasound at a frequency between 20 kHz and 100 kHz, for example, a frequency between 30 kHz and 40 kHz is arranged.
  12. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (20) des Kanals (18) in einer zu einer Abstrahlrichtung des Ultraschallerzeugers im Wesentlichen orthogonal ausgerichteten Seitenfläche des Schallleitelements angeordnet ist. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first opening (20) of the channel (18) is arranged in a direction of emission of the ultrasonic generator to a substantially orthogonally oriented side face of the Schallleitelements.
  13. Ultraschallsystem umfassend Ultrasound system, comprising
    - eine Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, - a device (1) according to one of the preceding claims,
    - eine Unterdruckquelle, beispielsweise eine Pumpe, die zur Erzeugung eines Unterdrucks eingerichtet und mit dem Kanal (18) verbunden ist. - a negative pressure source, for example a pump which is adapted to generate a negative pressure and with the channel (18).
  14. Ultraschallsystem nach Anspruch 13 umfassend ein an der Anlagefläche (15) anliegendes flexibles Material, insbesondere eine an der Anlagefläche anliegende Membran. Ultrasonic system according to claim 13 comprising at the abutment surface (15) fitting flexible material, in particular a voltage applied to the contact surface membrane.
  15. Ultraschallsystem nach einem der Ansprüche 13 oder 14 sofern dieser auf Anspruch 8 zurückbezogen ist, umfassend mehrere gegeneinander auswechselbare zweite Teile (4) des Schallleitelements (2), wobei sich die gegeneinander auswechselbaren zweiten Teile (4) hinsichtlich einer Querschnittsfläche im Bereich der Verjüngung (28) und/oder hinsichtlich der Anlagefläche (15) unterscheiden. Ultrasonic system 13 or 14 if it is of any of claims related back to claim 8, comprising a plurality of against each other interchangeable second parts (4) of the Schallleitelements (2), wherein the mutually interchangeable second parts (4) with respect to a cross-sectional area in the region of the taper (28 ) and / or differ in terms of the contact surface (15).
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