FI99089C

FI99089C - ultrasound device

Info

Publication number: FI99089C
Application number: FI892226A
Authority: FI
Inventors: Martin Walter; Dieter Weber
Original assignee: Walter Martin Ultraschalltech
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1997-10-10
Also published as: EP0341505A3; DE3815925C1; EP0341505A2; FI99089B; FI892226A0; FI892226A

Description

1 990891 99089

UltraäänilaiteUltrasonic cleaning machine

Keksintö koskee laitetta ultraäänivärähtelyjen johtamiseksi nesteeseen ultraäänilähteiden avulla, jotka on 5 sovitettu nestesäiliön pohjaan ja/tai nesteen kanssa kos ketuksessa olevaan seinään ja ovat lambda/2-oskillaatto-reita kahdesta vuorovaiheessa värähtelevästä pietsosähköi-sestä levystä, joiden väliin on sovitettu elektrodi, jotka ruuvilla on yhdistetty toisaalta ääntäheijastavaan kar-10 tioon ja toisaalta vastapainoon.The invention relates to a device for introducing ultrasonic vibrations into a liquid by means of ultrasonic sources arranged at the bottom of a liquid container and / or in a wall in contact with the liquid and being lambda / 2 oscillators of two alternating oscillating piezoelectric plates interposed with an electrode. combined with a sound-reflecting cone on the one hand and a counterweight on the other.

Tämän tapaisia laitteita tarvitaan varsinkin ultraäänellä tapahtuvassa puhdistuksessa, jossa ultraäänellä aktivoitavassa nestekylvyssä esiintyvät suuret veto- ja puristusvoimat, varsinkin kavitaatiomekanismi, aikaansaa-15 vat upotettujen työkappaleiden erittäin hyvän puhdistumi sen. Ultraäänivärähtelyjen johtaminen tapahtuu tämäntapaisissa tunnetuissa laitteissa siten, että ultraäänioskil-laattorit ääntä heijastavine kartioineen liimataan tällaisen nestesäiliön seinään tai pohjaan ja panevat näin tämän 20 seinän tai pohjan värähtelemään, joka puolestaan siirtää värähtelyt edelleen nesteeseen. Tämän tapaiset puhdistus-kylvyt ovat osoittautuneet hyviksi varsinkin muodoltaan monimutkaisille työkappaleille, mutta niitä käytetään menestyksellä myös hienomekaanisissa laitteissa.Such devices are especially needed for ultrasonic cleaning, where the high tensile and compressive forces in the ultrasonically activated liquid bath, in particular the cavitation mechanism, provide a very good cleaning of the embedded workpieces. Ultrasonic vibrations are conducted in such known devices in such a way that the ultrasonic oscillators with their sound-reflecting cones are glued to the wall or bottom of such a liquid container and thus cause this wall or bottom to vibrate, which in turn transmits the vibrations to the liquid. Cleaning baths like this have proven to be good, especially for workpieces of complex shape, but they are also used successfully in precision mechanical equipment.

25 Puhdistettavat työkappaleet tai työkappaleet, joi hin ultraäänivärähtelyjen pitäisi vaikuttaa, saatetaan vain lyhyeksi aikaa alttiiksi ultraäänivärähtelyille. Ka-vitaatiovaikutus on näin säädeltävissä tämän ajanjakson avulla. Tämä ei päde kuitenkaan nestesäiliön seinämän suh-30 teen, joka on alttiina jatkuvalle kavitaatiovaikutukselle.25 Workpieces to be cleaned or workpieces that should be affected by ultrasonic vibrations are only exposed to ultrasonic vibrations for a short time. The cavitation effect is thus controllable by this period. However, this does not apply to the wall ratio of the liquid tank, which is exposed to a continuous cavitation effect.

Tätä kautta päädytään "kavitaatiosyöpymiseen", joka johtaa siihen, että jonkin ajan kuluttua säiliön seinästä tulee vuotava. Kavitaatiosyöpyminen on luonnollisesti merkittävää varsinkin siinä seinässä, johon ultraäänilähde on 35 asennettu. Tämä seinä toimii välittävänä kalvona, sen täy tyy siis välittää kaikki voimat, jotka lopulta johtavat 99089 2 myös kavitaatioon. Jos tästä kalvosta kuitenkin tulee vuotava, joutuu kosteus seinälle liimattuun ultraäänilähtee-seen, mikä aiheuttaa ultraäänioskillaattorin irtoamisen ja täten laitteen rikkimenemisen. Paksumpaa kalvoa, joka voi-5 si hidastuttaa kavitaatiosyöpymistä, ei voida käyttää, koska kalvon paksutessa saatu ääniteho tai koko laitteen toimintateho laskee selvästi.This results in "cavitation corrosion," which results in the wall of the tank becoming leaky after some time. Cavitation corrosion is, of course, significant, especially in the wall on which the ultrasonic source is mounted. This wall acts as a transmitting membrane, so it must transmit all the forces that ultimately lead to 99089 2 cavitation as well. However, if this film becomes leaking, moisture will get into the ultrasonic source glued to the wall, which will cause the ultrasonic oscillator to come off and thus break the device. A thicker film, which can slow down the cavitation corrosion, cannot be used because the sound power obtained as the film thickens or the operating power of the whole device clearly decreases.

Keksinnön tehtävänä on antaa käytettäväksi laite, joka välttää tämän kavitaatiosyöpymisen nestesäiliön sei-10 nissä eli kalvossa. Tähän päästään keksinnön mukaisella laitteella, jolle on tunnusomaista, että ultraäänilähteet pidetään paikoillaan kannatinrenkaan avulla, joka on sovitettu välittömästi lambda/2-oskillaattoreiden yhteyteen ja muodostaa yhtenäisen yksikön ääntäheijastavan kartion 15 kanssa, ja että ne ovat kannatinrenkaan välityksellä sovi tettu nestesäiliöön.The object of the invention is to provide a device which avoids this cavitation corrosion in the walls of the liquid tank, i.e. in the membrane. This is achieved by a device according to the invention, characterized in that the ultrasonic sources are held in place by a support ring which is fitted directly to the lambda / 2 oscillators and forms an integral unit with the sound-reflecting cone 15 and is arranged in the liquid container via the support ring.

Keksinnön kohteena on myös laite, jolle on tunnusomaista, että ultraäänilähteet pidetään paikoillaan kannatinrenkaan avulla, joka muodostaa vastapainoa ympäröivän 20 kotelon kanssa sulun, jolloin kannatinrengas on sovitettu välittömästi lambda/2-oskillaattoreiden yhteyteen ja muodostaa yhtenäisen yksikön sekä ääntäheijastavan kartion että kotelon kanssa, ja että ne ovat kotelon välityksellä sovitettu nestesäiliöön.The invention also relates to a device characterized in that the ultrasonic sources are held in place by a support ring which forms a seal with the surrounding housing 20, the support ring being fitted directly to the lambda / 2 oscillators and forming an integral unit with both the sound-reflecting cone and the housing, and they are fitted to the liquid tank via a housing.

‘ 25 Enää ei, kuten tähän asti, ultraäänilähteitä ääntä- heijastavine kartioineen liimata nestesäiliön seinään, kalvoon, vaan ne liitetään sillä tavoin nestesäiliöön, että ääntäheijastava kartio työntyy suoraan nesteeseen. Tällöin luonnollisesti myös esiintyvä kavitaatio ei nyt 30 välity nestesäiliön kalvoon tai seinään, vaan ääntäheijes tävään kartioon. Ääntäheijastava kartio on kuitenkin massiivista metallia, mistä syystä kavitaation aiheuttama haitta ääntäheijastavaan kartioon on käytännössä merkityksetön. Tämä ultraäänilähteen erikoinen kannatustapa on 35 mahdollinen, koska pietsosähköisissä levyissä muodostuu värähtelyn solmukohta, jossa värähtelyamplitudi on nolla; 99089 3 maksimi värähtelyamplitudi saadaan ääntäsäteilevän kartion päätypinnalla. Jos keksinnön mukainen kannatinrengas viedään ääntäheijastavan kartion kantaan, sinne missä tämä sijaitsee pietsosähköisellä levyllä, sijaitsee kannatin-5 rengas vielä solmukohdan lähellä, siis paikassa, jossa ääntäheijastava kartio värähtelee vain pienellä värähtely-amplitudilla. Tämä kannatinrengas joutuu tosin vieläkin värähtelemään, mutta kuitenkin aivan pienellä amplitudilla, niin että siellä tuskin on pelättävissä kavitaatiovai-10 kutuksia. Toivottua äänen siirtymistä nesteeseen ei käy tännössä kuitenkaan haitata, koska tämä tapahtuu nyt suoraan ääntäheijastavan kartion kautta.'25 As before, ultrasonic sources with sound-reflecting cones are no longer glued to the wall, membrane of the liquid container, but are connected to the liquid container in such a way that the sound-reflecting cone protrudes directly into the liquid. In this case, the naturally occurring cavitation is now not transmitted to the membrane or wall of the liquid tank, but to the sound-reflecting cone. However, the sound-reflecting cone is a solid metal, which is why the disadvantage of cavitation to the sound-reflecting cone is practically insignificant. This special way of supporting the ultrasonic source is possible because piezoelectric plates form an oscillation node where the oscillation amplitude is zero; 99089 3 The maximum oscillation amplitude is obtained at the end surface of the sound-emitting cone. If the support ring according to the invention is introduced into the base of the sound-reflecting cone, where it is located on the piezoelectric plate, the support-5 ring is still close to the node, i.e. where the sound-reflecting cone oscillates only with a small oscillation amplitude. Although this support ring still has to vibrate, it still has a very small amplitude, so that cavitation effects are hardly to be feared there. However, the desired transfer of sound to the liquid should not be hindered in practice, as this now takes place directly through the sound-reflecting cone.

Koska tähän ääntäheijastavaan kartioon ei vaikuta ainoastaan kavitaatio, vaan myös nesteessä mahdollisesti 15 olevat syövyttävät kemikaalit, ehdotetaan keksinnön mukaan edelleen, että ääntäheijastava kartio on korroosionkestä-vää materiaalia.Since this sound-reflecting cone is affected not only by cavitation but also by the possible corrosive chemicals in the liquid, it is further proposed according to the invention that the sound-reflecting cone is made of a corrosion-resistant material.

Ultraäänilähde voidaan kiinnittää keksinnön mukaisella tavalla siten, että ääntäheijastava kartio, kuten 20 keksinnön mukaan on kuvattu, kiinnitetään säiliön seinään lähelle pietsosähköistä levyä tai hitsataan tässä kohdassa säiliön seinään, joka tällöin toimii "kannatuslaitteena". Luonnollisesti voidaan säiliön seinään osana tätä seinää myös hitsata ääntäheijastavaan kartioon ennalta hitsattu 25 kannatinrengas. Tällöin voi kannatinrengas myös olla samaa kappaletta ääntäheijastavan kartion kanssa.The ultrasonic source can be attached according to the invention by attaching a sound-reflecting cone, as described according to the invention, to the container wall close to the piezoelectric plate or by welding at this point to the container wall, which then acts as a "support device". Of course, a pre-welded support ring 25 can also be welded to the wall of the tank as part of this wall in a sound-reflecting cone. In this case, the support ring can also be the same piece as the sound-reflecting cone.

Lisämahdollisuus, joka kuitenkin vaatii hieman enemmän tilaa, saadaan keksinnön avulla siten, että vastapainoa ympäröi kotelo, joka voidaan sulkea alapuolelta 30 pohjalla aina oskillaattorin sisääntuloaukkoon asti. Näin saadaan laite, joka voidaan ruuvata kiinni pohjanpuolelta tiivistyvällä ruuviliitoksella nestesäiliön sisäseinään, minkä ansiosta siis koko ultraäänioskillaattori sijaitsee tiiviisti nesteessä ja voi välittömästi vaikuttaa nestee-35 seen. Tällä laitteella on lisäksi vielä se etu, että ult- raäänioskillaattorin mennessä rikki käy tämän oskillaatto- 99089 4 rin vaihtaminen helposti.However, an additional possibility, which requires a little more space, is provided by the invention such that the counterweight is surrounded by a housing which can be closed from below at the bottom up to the inlet of the oscillator. This gives a device which can be screwed to the inner wall of the liquid container by a screw connection which seals from the bottom, so that the entire ultrasonic oscillator is tightly located in the liquid and can immediately act on the liquid. This device also has the advantage that by the time the ultrasonic oscillator breaks down, it is easy to replace this oscillator.

Piirustuksessa on esitetty toteutusesimerkkejä keksinnön mukaisesta laitteesta, ja siinä esittää kuvio 1 ultraäänioskillaattorin kannatinrenkaineen 5 leikkauksena ja kuvio 2 ultraäänioskillaattorin koteloineen.The drawing shows embodiments of the device according to the invention, and shows Fig. 1 as a section of the ultrasonic oscillator with the support ring 5 and Fig. 2 with the housings of the ultrasonic oscillator.

Kuvion 1 mukainen ultraäänilähde muodostuu kahdesta vuorovaiheessa värähtelevästä pietsosähköisestä levystä 1, 2, joiden väliin on liitetty elektrodi 3 jännitteensyöttöä 10 varten. Molempiin pietsosähköisiin levyihin 1, 2 liittyy toiselta puolelta vastapaino 4 ja toiselta puolelta ääntä heijastava kartio 5. Kaikki nämä osat pidetään yhdessä ruuvilla 6.The ultrasonic source according to Fig. 1 consists of two piezoelectric plates 1, 2 oscillating in phase, between which an electrode 3 for the voltage supply 10 is connected. Both piezoelectric plates 1, 2 are associated on one side with a counterweight 4 and on the other side with a sound-reflecting cone 5. All these parts are held together by a screw 6.

Lähelle ääntä heijastavan kartion 5 tukipintaa 15 pietsosähköisessä levyssä 2 on ääntäheijastavaan kartioon 5 kierretty kiinni kannatinrengas 7, joka palvelee ultraäänioskillaattorin nestesäiliöön kiinnittämisessä. Tämä kannatinrengas voidaan hitsata ultraäänisäiliöön tai kiinnittää siihen muulla tavoin niin, että äantäheijastava 20 kartio 5 yltää nesteeseen. Luonnollisesti on myös mahdol lista varustaa säiliön seinämä sellaisella aukolla, joka sallii kannatinrenkaan 7 avulla tapahtuvaa liitosta vastaavan kiinnihitsaamisen.Close to the support surface 15 of the sound-reflecting cone 5, the piezoelectric plate 2 has a support ring 7 screwed onto the sound-reflecting cone 5, which serves to attach the ultrasonic oscillator to the liquid container. This support ring can be welded to the ultrasonic tank or otherwise attached to it so that the sound-reflecting cone 5 reaches the liquid. Of course, it is also possible to provide the wall of the container with an opening which allows welding corresponding to the connection by means of the support ring 7.

Kuvio 2 esittää saman oskillaattorin koteloon 8 ‘ 25 sovitettuna. Myös tässä löytyy jälleen sama ääntä heijas tavan kartion 5 kiinnitys ympärimenevän kannatinrenkaan 17 avulla, joka tässä esityksessä on samaa kappaletta kotelon 8 kanssa. Kotelo 8 ympäröi ultraäänioskillaattorin koko loppuosaa ja on alapuolelta pohjan 9 välityksellä yhdis-30 tetty kierteitettyyn istukkaan 10. Kierteitetyn istukan 10 kautta tuodaan ultraäänioskillaattoriin ei ainoastaan syöttö johdot vaan sen avulla myös koko ultraäänioskillaattori kiinnitetään säiliön sisäseinään asettamalla väliin tiiviste. Näin ei ainoastaan herkkä oskillaattoriosa ole täy-35 sin suojattu nesteen sisääntunkeutumiselta, vaan myös os killaattorin vaihto on helposti mahdollista.Figure 2 shows the same oscillator fitted to the housing 8 '25. Here again, the same sound-reflecting cone 5 is fastened by means of a circumferential support ring 17, which in this representation is integral with the housing 8. The housing 8 surrounds the entire rest of the ultrasonic oscillator and is connected below to the threaded seat 10 via the base 9. The threaded seat 10 introduces not only the supply lines to the ultrasonic oscillator but also the entire ultrasonic oscillator to the inner wall of the container. In this way, not only is the sensitive oscillator part completely protected from liquid intrusion, but the oscillator can also be easily replaced.

Claims

99089

An apparatus for conducting ultrasonic vibrations into a liquid by means of ultrasonic sources arranged at the bottom of the liquid container and / or in a wall in contact with the liquid and being lambda / 2 oscillators from two alternating oscillating piezoelectric plates (1, 2) with an electrode ( 3), which are connected by a screw (6) to a sound-reflecting cone (5) on the one hand and to a counterweight (4) on the other hand, characterized in that the ultrasonic sources are held in place by a support ring (7) fitted immediately to the lambda / 2 oscillators (1). , 2, 3) and form an integral unit with the sound-reflecting cone (5) -15, and that they are fitted to the liquid container by means of a support ring (7).

2. Apparatus for directing ultrasonic vibrations into a liquid by means of ultrasonic sources arranged at the bottom of the liquid container and / or on the wall in contact with the liquid and consisting of lambda / 2 oscillators consisting of two alternating oscillating piezoelectric plates (1, 2) an electrode (3) is arranged between them, which is connected by a screw (6) to a sound-reflecting cone (5) on the one hand and to a counterweight (4) on the other, characterized in that the ultrasonic sources are held in place by a support ring (17) forming a housing surrounding the counterweight (4) (8), the support ring being fitted directly to the lambda / 2 oscillators (1, 2, 3) and forming an integral unit with both the sound-reflecting cone (5) and the housing (8), and that they are (8) via fitted to the liquid tank.

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the sound-reflecting cone (5) is made of a corrosion-resistant material. 99089