EP3573771B1 - Ultraschallgerät mit einem kaltumformmaterial - Google Patents

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EP3573771B1
EP3573771B1 EP18706383.9A EP18706383A EP3573771B1 EP 3573771 B1 EP3573771 B1 EP 3573771B1 EP 18706383 A EP18706383 A EP 18706383A EP 3573771 B1 EP3573771 B1 EP 3573771B1
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EP
European Patent Office
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forming material
cold forming
tub
cold
ultrasonic
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EP18706383.9A
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English (en)
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EP3573771A1 (de
Inventor
Raphael Eckstein
Andreas HERTZ-EICHENRODE
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Elma Schmidbauer GmbH
Original Assignee
Elma Schmidbauer GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic device for cleaning items to be cleaned with a cold forming material according to the preamble of claim 1.
  • Ultrasound in particular power ultrasound, which is coupled into liquid via ultrasound-emitting surfaces, can be used, inter alia, to apply ultrasound and ultrasound-induced transient cavitation to items to be cleaned in this liquid.
  • its surfaces can be processed, for example for cleaning, deburring, roughening or for targeted damage or disintegration.
  • Ultrasonic devices known from the prior art usually include a tub element which defines a filling space that can be filled with a cleaning fluid. The items to be cleaned can be placed in the cleaning liquid.
  • ultrasonic devices have at least one ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducers convert high-frequency electrical or magnetic alternating fields into mechanical vibrations, which are coupled into the liquid and emitted as an ultrasonic-emitting surface via the functional elements, i.e. the surface areas mentioned and special partial surfaces or emission sections of the tub element.
  • U.S. 4,527,901 A discloses an ultrasonic device for cleaning items to be cleaned, comprising a tub element with a tub inner surface and at least one ultrasonic transducer.
  • the tub element is deep-drawn and therefore comprises a cold forming material.
  • the mechanical vibrations of the ultrasonic transducers are transformed by means of a horn to larger oscillation amplitudes of the functional element with (compared to the ultrasonic transducer) smaller ultrasound radiating surface and radiated from the smaller end face of the horn into the liquid.
  • the mostly exchangeable end piece of the horn with the functional element of the ultrasound radiating end face is called the sonotrode.
  • the ultrasonic vibrations are coupled into the liquid through the emission sections and emitted.
  • transient cavitation is understood to mean the formation and chaotic implosion of bubble-like transient cavities in liquids.
  • the transient bubbles also contain liquid vapor and gases dissolved in the surrounding liquid.
  • the bubbles generated by means of ultrasound above certain ultrasound intensities (threshold values of the ultrasound intensity for transient ultrasound-induced cavitation) collapse chaotically - implosions occur.
  • the resulting local shock waves and / or liquid microjets lead to damage in the vicinity, i.e. H. surfaces of objects located a few bubble radii away from the imploding bubble. So far, ultrasound-induced cavitation erosion of surfaces that are in contact with the ultrasound-exposed liquid has therefore occurred.
  • the object of the invention is therefore to provide an ultrasound device of the type mentioned at the beginning, which has an inner surface of the tub which, in contrast to the prior art, has a higher cavitation erosion resistance in order to reduce the number of finest particles caused by cavitation erosion in the cleaning liquid.
  • an ultrasonic device for cleaning items to be cleaned comprising a tub element with a tub inner surface facing a filling space that can be filled with liquid.
  • the ultrasound device also includes at least one ultrasound transducer, which has an associated emission section of the tub element couples ultrasonic waves into the tub element.
  • the tub element comprises, at least in the area of the emission section, a cold forming material which has a defined amount of residual compressive stress introduced via the tub inner surface, the cold forming material being a hammered and / or shot peened cold forming material.
  • the "emission section” is to be understood as that section of the tub inner surface which, based on the surface normal, is above the coupling section of the horn and, if no horn is used, above the transducer.
  • a hammered and / or shot-peened cold forming material can be formed. These methods can be used in a simple manner, for example, after a deep-drawing process of the tub element. If a surface treatment of the tub element or the tub element material is carried out by means of shot peening, a plastic deformation of the surface of the treated material takes place as a result of the impact of the balls. As a result, compressive stress is generated in the material.
  • the compressive stress is a factor that determines the strength of the material to be treated, in particular the flexural strength, torsional strength, flexural fatigue strength, torsional fatigue strength and wear resistance (abrasion resistance).
  • One of the purposes of shot peening is therefore to locally compress the surface and reshape it accordingly cold. This also corresponds to a cold forming process by rolling. Different sizes / materials of balls with different speeds can be used.
  • the cold forming of the surface results in a plastic deformation of metals below the recrystallization temperature.
  • the resulting strain hardening increases the material strength continuously. Every ball that hits the workpiece acts like a tiny forging hammer, which leaves a flat spherical cap on the surface, which induces residual compressive stresses in the impact edge zone.
  • the level of residual compressive stress depends on the tensile strength of the base material and corresponds to approx. 80% of the Component tensile strength. This eliminates production-related internal stresses and increases the service life.
  • tensile stresses are the cause of cracks and long-term damage. Tensile stresses try to pull a material surface apart, which leads to the formation of cracks in the surface. Tests have shown that cracks never arise in a layer of residual compressive stress. The compressive stresses compress the grain boundaries on the surface and thereby considerably delay the development of fatigue cracks. The cold-forming process enables the service life, the maintenance intervals and, above all, the safety of the components used with this material to be increased significantly.
  • the methods mentioned allow the introduction of internal compressive stresses into the material in order to advantageously achieve a higher resistance to ultrasound-induced cavitation erosion. It is thus provided that the material which has been treated with one or both of the methods described above has internal compressive stresses which lead to a higher resistance to ultrasound-induced cavitation erosion.
  • the compression of the material surface by means of hammering and / or shot peening leads to a reduction in the damage to the trough element, but in particular in the emission section and also in the overlapping section.
  • the resulting higher internal compressive stresses in the edge zone of spherical caps lead to a higher hardness of the ultrasound-emitting and / or receiving surfaces and offer more resistance to the microjets and shock waves caused by cavitation.
  • the trough element additionally comprises a cold forming material in the area of an overlapping section on which superimposed ultrasonic waves from adjacent ultrasonic transducers impinge, which has a defined amount of residual compressive stress introduced via the inner trough surface.
  • a cold forming material in the area of an overlapping section on which superimposed ultrasonic waves from adjacent ultrasonic transducers impinge, which has a defined amount of residual compressive stress introduced via the inner trough surface.
  • weld seams of the tub element can also be improved in that they are designed as cold-formed weld seams which have an introduced, defined amount of residual compressive stress.
  • the weld seams can therefore be processed with a suitable cold forming process in order to further enhance the advantages according to the invention.
  • the durability and service life of welds are increased as a side effect.
  • These weld seams can be weld seams facing the filling space.
  • the shot-peened cold-forming material is a cold-forming material shot-peened with stainless steel, glass and / or ceramic balls.
  • the use of a material processed in this way for a tub element advantageously increases the effects associated with the invention.
  • the bullets have a Having grain sizes of 90 ⁇ m to 1 mm can also result in an advantageous adaptation to the requirements of use of the tub element.
  • the cold forming material is a cold-rolled, brushed and / or ball-polished cold forming material. These methods also serve to introduce compressive stresses.
  • Fig. 1 shows an ultrasonic device for cleaning items to be cleaned.
  • the ultrasound device includes a generator 4, which forwards electrical energy drawn from an electrical source, such as a socket, to two ultrasound transducers 6.
  • the ultrasonic transducers 6 are arranged on a bottom side of a tub element 8 made of stainless steel.
  • the ultrasonic transducers 6 can, however, also be arranged on a side wall area of the tub element 8. In any case, however, the ultrasound emitting surface should be covered with cleaning liquid for a sufficient cleaning effect.
  • the tub element 8 has a material thickness of 0.5 mm to 3.0 mm, preferably 0.8 mm to 2.0 mm, and defines a filling space 18, which is partially filled with a liquid 20.
  • a scalpel 2 is shown, which represents a medical product and serves as cleaning items.
  • Each ultrasonic transducer 6 connected to the generator 4 via a cable 5 comprises a horn 10, above each of which an emission section 12 of an inner surface 14 of the tub is formed.
  • the tub inner surface 14 also has superimposed sections 16 on which superimposed ultrasonic waves from the two adjacent ultrasonic transducers 6 meet.
  • the emission sections 12 and / or the superimposition section 16 are each cold-formed by means of shot peening, so that a defined amount of residual compressive stress is introduced into the tub element 8.
  • the emission sections 12 and the overlay section 16 are each formed from stainless steel and each have a material thickness of 0.5 mm to 3.0 mm, preferably 0.8 mm to 2.0 mm. Although the emission sections 12 and the overlay section 16 in Fig. 1 are shown as delimitable regions of the tub inner surface 14, these sections 12, 16 can also overlap one another and / or represent regions of a completely hammered and / or shot-peened tub inner surface 14.
  • the generator 4 is activated, which causes the two ultrasonic transducers to convert electrical into mechanical vibrations.
  • the two ultrasonic transducers 6 couple ultrasonic waves into the tub element 8 via their respective assigned emission section 12, which in turn transmits the waves to the liquid 20 for cleaning the scalpel 2 created what a high Has cavitation erosion resistance, in addition, finest particles caused by cavitation erosion in the liquid 20 are considerably reduced.
  • Fig. 2a shows a photograph of a brushed inner tub surface 14 as it is known.
  • tub elements 8 are deep-drawn into their final shape or bent from rolled sheet metal and welded.
  • Figure 2b shows a photograph of a shot peened cold forming material.
  • the starting material in Fig. 2a The brushed material shown is used or a previously unbrushed and cold-rolled material.

Landscapes

  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät zum Reinigen von Reinigungsgut mit einem Kaltumformmaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ultraschall, insbesondere Leistungsultraschall, welcher über ultraschallabstrahlende Oberflächen in Flüssigkeit eingekoppelt wird, kann unter anderem dazu verwendet werden ein in dieser Flüssigkeit befindliches Reinigungsgut mit Ultraschall und ultraschallinduzierter transienter Kavitation zu beaufschlagen. Dadurch können dessen Oberflächen bearbeiten werden, wie zum Beispiel zum Reinigen, Entgraten, Aufrauen oder auch zur gezielten Schädigung beziehungsweise Desintegration.
  • Aus dem Stand der Technik bekannte Ultraschallgeräte umfassen üblicherweise ein Wannenelement, welches einen Füllraum definiert, der mit einer Reinigungsflüssigkeit füllbar ist. In die Reinigungsflüssigkeit ist das zu bearbeitende Reinigungsgut einlegbar. Zudem weisen solche Ultraschallgeräte zumindest einen Ultraschallwandler auf. Die Ultraschallwandler wandeln hochfrequente elektrische oder magnetische Wechselfelder in mechanische Schwingungen um, die über die Funktionselemente, also die genannten Flächenbereiche und besonderen Teilflächen bzw. Emissionsabschnitte des Wannenelements, als ultraschallabstrahlenden Oberfläche in die Flüssigkeit eingekoppelt und abgestrahlt werden.
  • Insbesondere die US 4 527 901 A offenbart ein Ultraschallgerät zum Reinigen von Reinigungsgut, umfassend ein Wannenelement mit einer Wanneninnenfläche und zumindest einem Ultraschallwandler. Das Wannenelement ist tiefgezogen und umfasst daher ein Kaltumformmaterial.
  • Im Falle von Systemen mit sehr hoher einzukoppelnder Ultraschallintensität über kleine ultraschallabstrahlende Flächen, z. B. zur Desintegration von Objekten in der Flüssigkeit, werden die mechanischen Schwingungen der Ultraschallwandler vor ihrer Abstrahlung mittels eines Horns zu größeren Schwingungsamplituden des Funktionselements mit (gegenüber dem Ultraschallwandler) kleinerer ultraschallabstrahlender Oberfläche transformiert und von der kleineren Stirnfläche des Horns in die Flüssigkeit abgestrahlt. Das meist auswechselbare Endstück des Horns mit dem Funktionselement der ultraschallabstrahlenden Stirnfläche wird als Sonotrode bezeichnet. In allen drei Fällen (Bereich oder Teilfläche eines Wannenelements, Tauchschwinger und Sonotrode) werden die Ultraschallschwingungen durch die Emissionsabschnitte in die Flüssigkeit eingekoppelt und abgestrahlt.
  • Unter dem Begriff transiente Kavitation ist eine Bildung und eine chaotische Implosion von blasenartigen transienten Hohlräumen in Flüssigkeiten zu verstehen. Die transienten Blasen enthalten auch Flüssigkeitsdampf und in der umgebenden Flüssigkeit gelöste Gase. Die mittels Ultraschall oberhalb bestimmter Ultraschallintensitäten (Schwellenwerte der Ultraschallintensität für transiente ultraschallinduzierte Kavitation) erzeugten Blasen kollabieren chaotisch - es kommt zu Implosionen. Die dabei entstehenden lokalen Stoßwellen und/oder Flüssigkeits-Mikrojets führen zur Beschädigung im Nahbereich, d. h. wenige Blasenradien von dem implodierenden Bläschen entfernt, befindlicher Oberflächen von Objekten. Es kommt daher bisher zu einer ultraschallinduzierten Kavitationserosion von Oberflächen, die mit der ultraschallbeaufschlagten Flüssigkeit in Berührung stehen.
  • Gerade an den Ultraschall in die Flüssigkeit abstrahlenden Flächen bzw. Emissionsabschnitten selbst entsteht eine ultraschallinduzierten Kavitationserosion. Eine solche Kavitationserosion tritt jedoch auch vermehrt in Bereichen des Wannenelements auf, an welchen sich überlagernde Ultraschallwellen benachbarter Ultraschallwandler auftreffen, bzw. an Biegewellen ausgesetzten Stellen des Wannenelements. Diese Kavitationserosion bewirkt dort einen starken Verschleiß der Wanneninnenfläche. Es handelt sich dabei meist um einen mit fortdauerndem Ultraschallbetrieb oberhalb der Intensitätsschwelle sich beschleunigenden Materialabtrag. Durch Kavitationserosion abgelöste Partikel stellen Verunreinigungen in der Reinigungsflüssigkeit dar. Gerade angesichts der immer höher werdenden Qualitätsansprüche, wie zum Beispiel in den Bereichen der Waferfertigung, der Präzisionsoptik aber auch bei Feinstreinigung von medizinischen Produkten (Stents, Implantaten, Chirurgiebesteck, etc.), sind derartige Verunreinigungen ungewünscht. Das führt dazu, dass zumindest das Wannenelement bereits nach einer kurzen Anwendungsdauer ausgetauscht werden muss.
  • Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Ultraschallgerät der eingangs genannten Art bereitzustellen,
    welches eine Wanneninnenfläche aufweist, die eine im Gegensatz zum Stand der Technik höhere Kavitationserosionsfestigkeit aufweist, um die Anzahl von kavitationserosionsbedingten Feinstpartikeln in der Reinigungsflüssigkeit zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe ist durch das Ultraschallgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird ein Ultraschallgerät zum Reinigen von Reinigungsgut vorgeschlagen, umfassend ein Wannenelement mit einer einem mit Flüssigkeit füllbaren Füllraum zugewandten Wanneninnenfläche. Das Ultraschallgerät umfasst zudem zumindest einen Ultraschallwandler, welcher über einen zugeordneten Emissionsabschnitt des Wannenelements Ultraschallwellen in das Wannenelement einkoppelt. Das Wannenelement umfasst zumindest im Bereich des Emissionsabschnitts ein Kaltumformmaterial, welches eine über die Wanneninnenfläche eingebrachte definierte Menge Druckeigenspannung auweist, wobei das Kaltumformmaterial ein gehämmertes und/oder kugelgestrahltes Kaltumformmaterial ist.
  • Die Ausbildung zumindest des stark beanspruchten Emissionsabschnitts aus einem Kaltumformmaterial, bzw. einem Material, welches mittels eines Kaltformverfahrens behandelt wurde, führt aufgrund der induzierten Druckeigenspannung in vorteilhafter Weise zu einer stark verbesserten Kavitationserosionsfestigkeit. Daraus ergibt sich zudem eine signifikante Reduktion an abgelösten Partikeln.
  • Diese Vorteile sind unerwartet und überraschend zugleich. Die bisher vorherrschende Meinung zur Reduzierung von eingangs genannten Problemen geht nämlich dahin, dass Beschichtungen und Materialien vorgeschlagen werden, deren Oberfläche, bzw. Wanneninnenfläche möglichst glatt ist und/oder eine glatte Beschichtung umfasst. Verfahren zur Kaltverformung können jedoch dazu führen, dass die bearbeitete Oberfläche aufgeraut wird. Daher stand zu erwarten, dass eine aufgeraute Oberfläche zu einer stärkeren Verschmutzung der Flüssigkeit führt als eine glatte Oberfläche. Es stelle sich jedoch heraus, dass genau das Gegenteil der Fall ist. Die Kaltumformung steigert die Härte des Materials. Es ist beispielsweise denkbar, dass ein bereits geformtes Wannenelement nachträglich mit einem Kaltumformmaterial versehen wird. Dabei steht die nachträgliche Kaltumformoberflächenbearbeitung eines einteiligen Wannenelementabschnitts einem Einbringen eines kaltumformten separaten Teils in das Wannenelement gleich.
  • Unter dem "Emissionsabschnitt" ist in diesem Kontext derjenige Abschnitt der Wanneninnenfläche zu verstehen, welcher bezogen auf die Flächennormale oberhalb des Einkopplungsabschnitts des Horns und im Fall, dass kein Horn verwendet wird, oberhalb des Wandlers liegt.
  • Als besonders geeignete Kaltformverfahren haben sich Hämmern und Kugelstrahlen herausgestellt. Dadurch kann erfindungsgemäß ein gehämmertes und/oder kugelgestrahltes Kaltumformmaterial ausgebildet werden. Diese Verfahren können beispielsweise nach einem Tiefziehvorgang des Wannenelements in einfacher Weise angewendet werden. Wenn eine Oberflächenbehandlung des Wannenelements oder der Wannenelementwerkstoffs mittels Kugelstrahlen durchgeführt wird, erfolgt eine plastische Verformung der Oberfläche des behandelten Werkstoffs durch das Auftreffen der Kugeln. In Folge dessen wird eine Druckspannung in dem Material erzeugt. Die Druckspannung ist ein Faktor, der die Festigkeit des zu behandelnden Materials bestimmt, insbesondere die Biegefestigkeit, Torsionsfestigkeit, Biegewechselfestigkeit, Torsionswechselfestigkeit und die Verschleißfestigkeit (Abriebfestigkeit). Ein Zweck des Kugelstrahlens ist es somit, die Oberfläche lokal zu verdichten und entsprechend kalt umzuformen. Dies entspricht auch einem Kaltumformprozess durch Walzen. Dabei können unterschiedliche Größen/Materialien von Kugeln mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten verwendet werden. Durch die Kaltformung der Oberfläche findet eine plastische Verformung von Metallen unterhalb der Rekristallisationstemperatur statt. Durch die daraus resultierende Kaltverfestigung steigt die Werkstofffestigkeit kontinuierlich an. Jede Kugel, die das Werkstück trifft, wirkt dabei wie ein winziger Schmiedehammer, der eine flache Kalotte auf der Oberfläche hinterlässt wodurch Druckeigenspannungen in der Einschlagrandzone induziert werden. Die Höhe der Druckeigenspannungen ist abhängig von der Zugfestigkeit des Grundmaterials und entspricht ca. 80% der Bauteilzugfestigkeit. Hierdurch werden fertigungsbedingte Eigenspannungen eliminiert und die Lebensdauer erhöht.
  • In vielen Fällen sind Zugspannungen die Ursache für entstehende Risse und Langzeitschäden. Zugspannungen versuchen nämlich eine Materialoberfläche auseinanderzuziehen, was zur Bildung von Rissen in der Oberfläche führt. Es ist durch Versuche nachgewiesen, dass Risse nie in einer Schicht von Druckeigenspannung entstehen. Die Druckspannungen drücken nämlich die Korngrenzen an der Oberfläche zusammen und verzögern dadurch erheblich die Entstehung von Ermüdungsrissen. Das Kaltformverfahren ermöglicht, die Lebensdauer, die Wartungsintervalle und vor allem die Sicherheit der mit diesem Material eingesetzten Komponenten wesentlich zu erhöhen. Die genannten Verfahren ermöglichen ein Einbringen von Druckeigenspannungen in das Material, um in vorteilhafter Weise eine höhere Beständigkeit gegen ultraschallinduzierte Kavitationserosion zu erzielen. Es ist damit vorgesehen, dass das Material, welches mit einem oder beiden oben beschriebenen Verfahren behandelt worden ist, Druckeigenspannungen aufweist, die zu einer höheren Beständigkeit gegen ultraschallinduzierte Kavitationserosion führen.
  • Die Verdichtung der Materialoberfläche mittels Hämmern und/oder Kugelstrahlen führt zu einer Verringerung der Schäden an dem Wannenelement, insbesondere aber in dem Emissionsabschnitt und auch in dem Überlagerungsabschnitt. Die dadurch höheren Druckeigenspannungen in der Randzone von durch Kugeln eingebrachten Kalotten führen zu einer höheren Härte der ultraschallabstrahlenden und/oder -empfangenden Oberflächen und bieten den durch Kavitation entstehenden Mikrojets und Stoßwellen mehr Widerstand.
  • Es ist denkbar, dass das Wannenelement zusätzlich im Bereich eines Überlagerungsabschnitts, auf welchen sich überlagernde Ultraschallwellen benachbarter Ultraschallwandler auftreffen, ein Kaltumformmaterial umfasst, welches eine über die Wanneninnenfläche eingebrachte definierte Menge Druckeigenspannung aufweist. Bei der Verwendung von mindestens zwei Ultraschallwandlern kommt es zwangsläufig zu sich überlagernden oder aufeinandertreffende Ultraschallwellen bzw. ultraschallinduzierten Biegewellen. Die Bereiche der Wandinnenfläche, welche aufeinandertreffenden Wellen ausgesetzt sind, sind in besonderer Weise von ultraschallinduzierter Kavitationserosion betroffen. Zur Verbesserung der Langlebigkeit des Wannenelements und zur weiteren Reduzierung von ablösbaren Partikeln führt eine Ausbildung dieser Bereiche ebenfalls aus Kaltumformmaterial.
  • Es hat sich in vorteilhafter Weise gezeigt, dass auch Schweißnähte des Wannenelements dadurch verbessert werden können, dass sie als kaltumformte Schweißnähte ausgebildet sind, welche eine eingebrachte definierte Menge Druckeigenspannung aufweisen. Die Schweißnähte können also mit einem geeigneten Kaltumformverfahren bearbeitet werden, um die erfindungsgemäßen Vorteile weiter zu verstärken. Zudem werden bei Schweißnähten als Nebeneffekt die Betriebsfestigkeit und Lebensdauer gesteigert. Diese Schweißnähte können dem Füllraum zugewandten Schweißnähte sein.
  • Es ist zudem denkbar, dass das kugelgestrahlte Kaltumformmaterial ein mit Edelstahl-, Glas- und/oder Keramikkugeln kugelgestrahltes Kaltumformmaterial ist. Die Nutzung eines derart bearbeiteten Materials für ein Wannenelement steigert in vorteilhafter Weise die erfindungsverbundenen Effekte. Für den Fall, dass die Kugeln eine Korngröße von 90 µm bis 1 mm haben, kann sich zudem eine vorteilhafte Anpassung an Verwendungsanforderungen des Wannenelements ergeben.
  • Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform denkbar, dass das Kaltumformmaterial ein kaltgewalztes, gebürstetes und/oder kugelpoliertes Kaltumformmaterial ist. Auch diese Verfahren dienen einer Einbringung von Druckspannungen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in
    • Fig. 1
    ein Ultraschallgerät mit einer perspektivischen Schnittansicht durch ein Wannenelement;
    Fig. 2a
    eine Fotografie eines gebürsteten Materials; und
    Fig. 2b
    eine Fotografie eines kugelgestrahlten Kaltumformmaterials.
  • In Fig. 1 ist ein Ultraschallgerät zum Reinigen von Reinigungsgut gezeigt. Das Ultraschallgerät umfasst einen Generator 4, welcher eine von einer elektrischen Quelle, wie beispielsweise einer Steckdose bezogene elektrische Energie an zwei Ultraschallwandler 6 weiterleitet. Die Ultraschallwandler 6 sind in an einer Bodenseite eines Wannenelements 8 aus Edelstahl angeordnet. Die Ultraschallwandler 6 können jedoch auch an einem Seitenwandbereich des Wannenelements 8 angeordnet sein. In jedem Fall sollte für eine ausreichende Reinigungswirkung jedoch die die Ultraschallabstrahlende Fläche mit Reinigungsflüssigkeit bedeckt sein. Das Wannenelement 8 weist eine Materialstärke von 0,5 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise von 0,8 mm bis 2,0 mm auf und definiert einen Füllraum 18, welcher teilweise mit einer Flüssigkeit 20 gefüllt ist. In dem Wannenelement 8 ist ein Skalpell 2 abgebildet, welches ein medizinisches Produkt darstellt und als Reinigungsgut dient.
  • Jeder über ein Kabel 5 mit dem Generator 4 verbundene Ultraschallwandler 6 umfasst ein Horn 10, oberhalb dessen jeweils ein Emissionsabschnitt 12 einer Wanneninnenfläche 14 ausgebildet ist. Die Wanneninnenfläche 14 weist zudem Überlagerungsabschnitte 16 auf, auf welchen sich überlagernde Ultraschallwellen der beiden benachbarten Ultraschallwandler 6 treffen. Die Emissionsabschnitte 12 und/oder der Überlagerungsabschnitt 16 sind jeweils mittels Kugelstrahlen kaltverformt, sodass eine definierte Menge Druckeigenspannung in das Wannenelement 8 eingebracht ist. Die Emissionsabschnitte 12 und der Überlagerungsabschnitt 16 sind jeweils aus Edelstahl gebildet und weisen jeweils eine Materialstärke von 0,5 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise von 0,8 mm bis 2,0 mm auf. Obgleich die Emissionsabschnitte 12 und der Überlagerungsabschnitt 16 in Fig. 1 als abgrenzbare Bereiche der Wanneninnenfläche 14 dargestellt sind, können sich diese Abschnitte 12, 16 gegenseitig auch überlappen und/oder Bereiche einer vollständig gehämmerten und/oder kugelgestrahlten Wanneninnenfläche 14 darstellen.
  • Zur Reinigung des Skalpells 2 wird der Generator 4 aktiviert, welcher die beiden Ultraschallwandler zum Wandeln von elektrischen in mechanische Schwingungen veranlasst. Die beiden Ultraschallwandler 6 koppeln über ihren jeweiligen zugeordneten Emissionsabschnitt 12 Ultraschallwellen in das Wannenelement 8 ein, welches wiederum die Wellen an die Flüssigkeit 20 überträgt zur Reinigung des Skalpells 2. Aufgrund der Kaltumformung der Emissionsabschnitte 12 und des Überlagerungsabschnitts 16 ist ein Ultraschallgerät mit einem Wannenelement 8 geschaffen, welches eine hohe Kavitationserosionsfestigkeit aufweist, wobei zudem kavitationserosionsbedingte Feinstpartikel in der Flüssigkeit 20 erheblich reduziert sind. Es ist jedoch auch denkbar, die ganze Wanneninnenfläche 14 mittels Kaltumformung zu bearbeiten oder lediglich spezielle Abschnitte davon.
  • Fig. 2a zeigt eine Fotografie einer gebürsteten Wanneninnenfläche 14, wie sie bekannt ist. Üblicherweise werden Wannenelemente 8 in ihre endgültige Form tiefgezogen oder aus gewalztem Blech abgekantet und verschweißt.
  • Fig. 2b zeigt eine Fotografie eines kugelgestrahlten Kaltumformmaterials. Dabei kann als Ausgangsmaterial beispielsweise das in Fig. 2a gezeigte gebürstete Material dienen oder aber ein zuvor ungebürstetes und kaltgewalztes Material.

Claims (7)

  1. Ultraschallgerät zum Reinigen von Reinigungsgut, umfassend ein Wannenelement (8) mit einer einem mit Flüssigkeit (20) füllbaren Füllraum (18) zugewandten Wanneninnenfläche (14) und zumindest ein Ultraschallwandler (6), welcher über einen zugeordneten Emissionsabschnitt (12) des Wannenelements (8) Ultraschallwellen in das Wannenelement (8) einkoppelt, wobei das Wannenelement (8) zumindest im Bereich des Emissionsabschnitts (12) ein Kaltumformmaterial umfasst, welches eine über die Wanneninnenfläche (14) eingebrachte definierte Menge Druckeigenspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltumformmaterial ein gehämmertes und/oder kugelgestrahltes Kaltumformmaterial ist.
  2. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, wobei das Wannenelement (8) zusätzlich im Bereich eines Überlagerungsabschnitts (16), auf welchen sich überlagernde Ultraschallwellen benachbarter Ultraschallwandler (6) auftreffen, ein Kaltumformmaterial umfasst, weiches eine über die Wanneninnenfläche (14) eingebrachte definierte Menge Druckeigenspannung aufweist.
  3. Ultraschallgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schweißnähte des Wannenelements (8) kaltumgeformte Schweißnähte sind, welche eine eingebrachte definierte Menge Druckeigenspannung aufweisen.
  4. Ultraschallgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das kugelgestrahlte Kaltumformmaterial ein mit einer Korngröße von 90 µm bis 150 µm kugelgestrahltes Kaltumformmaterial ist.
  5. Ultraschallgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kaltumformmaterial ein kaltgewalztes, gebürstetes und/oder kugelpoliertes Kaltumformmaterial ist.
  6. Ultraschallgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Material des Wannenelements (8) und/oder das Kaltumformmaterial Edelstahl ist.
  7. Ultraschallgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Material des Wannenelements (8) und/oder das Kaltumformmaterial eine Materialstärke von 0,5 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise von 0,8 mm bis 2,0 mm aufweist.
EP18706383.9A 2017-01-27 2018-01-18 Ultraschallgerät mit einem kaltumformmaterial Active EP3573771B1 (de)

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DE102017101603 2017-01-27
PCT/EP2018/051211 WO2018137994A1 (de) 2017-01-27 2018-01-18 Ultraschallgerät mit einem kaltumformmaterial

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EP3573771A1 EP3573771A1 (de) 2019-12-04
EP3573771B1 true EP3573771B1 (de) 2021-11-10

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WO (1) WO2018137994A1 (de)

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EP3573771A1 (de) 2019-12-04
WO2018137994A1 (de) 2018-08-02

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