FI99090C - Ultraäänilaite - Google Patents

Description

99090

Ultraäänilaite

Keksinnön kohteena on laite ultraäänivärähtelyjen johtamiseksi nesteeseen ultraäänilähteiden avulla, jotka 5 on sovitettu nestesäiliön pohjaan ja/tai nesteen kanssa kosketuksessa olevaan seinään ja ovat lambda/2-oskillaat-toreita kahdesta vuorovaiheessa värähtelevästä pietsosäh-köisestä levystä, joiden väliin on sovitettu elektrodi, jotka ruuvilla on yhdistetty toisaalta ääntäheijastavaan 10 kartioon ja toisaalta vastapainoon, jolloin ultraääniläh- teet pidetään paikoillaan kannatinrenkaan avulla, joka muodostaa vastapainoa ympäröivän kotelon kanssa sulun, jolloin kannatinrengas on sovitettu välittömästi lambda/2-oskillaattoreiden yhteyteen ja muodostaa yhtenäisen yksi-15 kön sekä ääntäheijastavan kartion että kotelon kanssa, ja että ne ovat kotelon välityksellä sovitettu nestesäiliöön.

Tämän tyyppisiä laitteita tarvitaan etenkin ultra-äänipuhdistuksessa, jossa ultraääniherätetyssä nestekyl-vyssä syntyvät korkeat veto- ja puristusvoimat, etenkin 20 kavitaatiomekanismi, aikaansaavat upotettujen työkalujen erittäin hyvän puhdistumisen. Tunnetuissa tämän tyyppisissä laitteissa ultraäänivärähtelyjen johtaminen saadaan aikaan siten, että ultraäänivärähtelijät yhdessä ääntä heijastavan kartion kanssa liimataan tällaisen nestesäi-25 liön seinämään tai pohjaan, jolloin tämä seinämä tai pohja saatetaan värähtelemään seinämän tai pohjan puolestaan välittäessä nämä värähtelyt nesteeseen. Tämän tyyppiset puhdistuskylvyt ovat osoittautuneet hyviksi etenkin monimutkaisen muotoisten työkappaleiden kohdalla, tosin niistä 30 on etua myös hienomekaanisia laitteita puhdistettaessa.

Puhdistettavat työkappaleet tai ne työkappaleet, joihin ultraäänivärähtelyjen tulee vaikuttaa, altistetaan tällöin ainoastaan lyhyeksi ajaksi näille ultraääniväräh-telyille. Kavitaatiovaikutusta voidaan siis annostella 35 tämän ajanjakson avulla. Tämä ei tosin päde nestesäiliön 2 99090 seinämään, joka on jatkuvasti altistunut kavitaatiovaiku-tukselle. Seurauksena on "kavitaatiopistesyöpyminen", joka johtaa siihen, että jonkin ajan kuluttua säiliön seinämästä tulee epätiivis. Kavitaatiopistesyöpymisen vaikutuksen 5 huomaa tietysti selvimmin sillä seinämällä, johon ultraää-nisäteilin on sijoitettu. Tämä seinämä toimii ääntä siirtävänä membraanina, eli sen täytyy siirtää kaikki voimat, jotka loppujen lopuksi johtavat myös kavitaatioon. Jos tästä kalvosta kuitenkin tulee epätiivis, joutuu kosteutta 10 seinämään liimattuihin ultraäänisäteilimiin, mihin taas liittyy näiden ultraäänivärähtelijöiden irtoamisen ja siten myös laitteen tuhoutuminen. Paksumpaa kalvoa, joka hidastuttaisi tätä kavitaatiopistesyöpymistä, ei voida käyttää, koska kalvon paksuuden myötä ääniteho tai koko 15 laitteen hyötysuhde pienenee selvästi.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada laite, jonka avulla vältetään tämä kavitaatiopistesyöpyminen nestesäi-liön seinämillä tai membraanilla. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella laitteella, jolle on tunnusomaista, että 20 ultraäänilähteet on sovitettu nestesäiliöön siten, että ääntäheijastavien kartioiden päätypinnat työntyvät nesteeseen vaihteleviin, välimatkan lambda/4 päähän toisistaan ulottuviin syvyyksiin.

Enää ei siis menetellä niin kuin ennen, että ultra-* 25 äänisäteilimet yhdessä ääntä heijastavan kartion kanssa liimataan nestesäiliön seinämään, membraaniin, vaan sätei-limet upotetaan nestesäiliöön siten, että ääntä heijastava kartio ulottuu suoraan nesteeseen. Luonnollisesti myös tällöin syntyvä kavitaatio ei siis enää kuluta nestesäi-30 liön membraania eikä seinämää, vaan ääntä heijastavaa kartiota. Ääntä heijastava kartio koostuu kuitenkin täysme-tallista, joten kavitaation aiheuttama kuluminen ääntä heijastavassa kartiossa voidaan käytännössä jättää huomiotta. Tämän kaltainen ultraäänisäteilimen kannatus on 35 mahdollista siten, että pietsosähköisiin levyihin muodos- 3 99090 tuu värähtelysolmukohta, jonka värähtelyamplitudi on nolla; maksimi värähtelyamplitudi saavutetaan ääntä heijastavan kartion etupinnalla. Mikäli kannatusrengas sijoitetaan keksinnön mukaisesti ääntä heijastavan kartion kan-5 tapisteeseen eli paikkaan, jossa se koskettaa pietsosäh-köiseen levyyn, sijaitsee tämä kannatusrengas vielä lähellä solmukohtaa eli kohdassa, jossa ääntä heijastava kartio värähtelee vain pienellä värähtelyamplitudilla. Tämä tosin aktivoi kannatusrengasta vielä pieneen värähte-10 lyyn, jonka amplitudi on kuitenkin hyvin pieni, joten ka-vitaatiovaikutusta ei tässäkään tapauksessa tarvitse pelätä. Toivottu äänensiirto nesteeseen ei käytännössä kuitenkaan häiriinny, sillä se tapahtuu nyt suoraan ääntä heijastavan kartion välityksellä.

15 Koska tähän ääntä heijastavaan kartioon vaikuttavat kavitaation lisäksi myös mahdollisesti nesteessä olevat syövyttävät kemikaalit, suositellaan keksinnön mukaisesti edelleen, että ääntä heijastava kartio valmistetaan korroosiota kestävästä materiaalista.

20 Ultraäänisäteilin kiinnitetään keksinnön mukaisella tavalla siten, että ääntä heijastava kartio, kuten keksinnön mukaisesti määrätty, liitetään läheltä pietsosähköistä levyä säiliön seinämään, joka siis toimii "kannattimena" tai säteilin hitsataan kyseiseltä kohdalta säiliön seinä-25 mään. Myös jo valmiiksi ääntä heijastavaan kartioon kiin-nihitsattu kannatusrengas voidaan tietenkin hitsata säiliön seinämään, osaksi tätä seinämää. Tällöin myös kannatusrengas voi olla yksiosainen ääntä heijastavan kartion kanssa.

30 Toinen, tosin hieman enemmän tilaa vievä, mahdol- ' lisuus on keksinnön mukaisesti se, että vastapainon ympä rillä on hylsy, joka voidaan sulkea pohjan avulla alapuo-’ lelta lukuun ottamatta aukkoa syöttöjohtoja varten. Tällä tavoin aikaansaadaan laite, joka pohjan puolelta tiivistä-35 vän ruuviliitoksen avulla voidaan ruuvata nestesäiliön 4 99090 sisäseinänkään, jolloin siis ultraäänivärähtelijä sijaitsee kokonaisuudessaan tiivistettynä nesteessä ja voi välittömästi vaikuttaa nesteeseen. Tällä laitteella on vielä se etu, että ultraäänivärähtelijän vioittuessa värähtelijän 5 vaihtaminen käy vaivatta.

Koko ultraäänisäteilimen kapselointiin liittyy kuitenkin vielä toinenkin etu. Nyt on nimittäin mahdollista ulottaa nestesäiliöön asetettavat ääntä heijastavat kartiot eri syvyyksille nestesäiliöön, jolloin vältetään sei-10 sovien aaltojen muodostuminen nesteessä. Näin on etenkin silloin, kun erään toisen keksinnön tunnusmerkin mukaisesti ääntä heijastavien kartioiden etusivut kulloinkin upotetaan nesteeseen erolla lambda/4. Tällä tavoin vältetään varmuudella "kuolleiden vyöhykkeiden" syntyminen, joita 15 ultraääni ei työstä.

Piirustukset esittävät keksinnön mukaisen laitteen suoritusmuotoesimerkkejä seuraavasti: kuvio 1 on läpileikkaus ultraäänivärähtelijästä, jossa on kannatusrengas 20 kuvio 2 on ultraäänivärähtelijä, jossa on hylsy.

Kuvion 1 mukainen ultraäänisäteilin koostuu kahdesta vuorovaiheessa värähtelevästä pietsosähköisestä levystä 1, 2, joiden väliin on sijoitettu elektrodi 3 jännitteen syöttöä varten. Toinen pietsosähköisistä levyistä 1, 2 on 25 liitetty vastapainoon 4 ja toinen ääntä heijastavaan kar tioon 5. Kaikki nämä osat pysyvät kiinni toisissaan ruuvin 6 avulla.

Lähelle ääntä heijastavan kartion 5 pietsosähköistä levyä 2 vasten olevaa tukipintaa on ääntä heijastavaan 30 kartioon 5 kierretty kiinni kannatusrengas 7, jonka avulla ultraäänivärähtelijä voidaan upottaa nestesäiliöön. Tämä kannatusrengas voidaan hitsata tai muulla tavoin kiinnittää ultraäänisäteilijään siten, että ääntä heijastava kartio 5 ulottuu nesteeseen. Tietenkin on myös mahdollista 35 tehdä säiliön seinämään sellainen aukko, joka mahdollistaa e M;i44B m* · 5 99090 kannatusrenkaan 7 avulla aikaansaatua liitosta vastaavan hitsauksen.

Kuvio 2 esittää samanlaista värähtelijää hylsyyn 8 upotettuna. Myös tässä tapauksessa käytetään samaa ääntä 5 heijastavan kartion 5 kiinnitystä ympäröivän kannatusrenkaan 17 avulla, joka tässä kuvauksessa on liitetty yhdeksi kappaleeksi hylsyn 8 kanssa. Hylsy 8 ympäröi ultraäänivärähtelijän koko loppuosan ja sen sulkee alapuolelta ruuvi-liitoksilla 10 varustettu pohja 9. Sen lisäksi, että ruu-10 viliitosten 10 välityksellä johdetaan syöttöjohdot ultraääni värähtelijää varten, niiden avulla kiinnitetään koko ultraäänivärähtelijä säiliön sisäseinämään tiivisteen toimiessa välikerroksena. Tällä tavoin herkkä värähtelijä on täysin suojattu nesteen tunkeutumista vastaan, mutta näin 15 myös mahdollistetaan värähtelijän vaihtaminen vaivatta.

Claims (1)

1. 99090 6 Patenttivaatimus: Laite ultraäänivärähtelyjen johtamiseksi nesteeseen ultraäänilähteiden avulla, jotka on sovitettu nes-5 tesäiliön pohjaan ja/tai nesteen kanssa kosketuksessa olevaan seinään ja ovat lambda/2-oskillaattoreita kahdesta vuorovaiheessa värähtelevästä pietsosähköisestä levystä (1, 2), joiden väliin on sovitettu elektrodi (3), jotka ruuvilla (6) on yhdistetty toisaalta ääntäheijastavaan 10 kartioon (5) ja toisaalta vastapainoon (4), jolloin ultra-äänilähteet pidetään paikoillaan kannatinrenkaan (17) avulla, joka muodostaa vastapainoa (4) ympäröivän kotelon (8) kanssa sulun, jolloin kannatinrengas on sovitettu välittömästi lambda/2-oskillaattoreiden (1, 2, 3) yhteyteen 15 ja muodostaa yhtenäisen yksikön sekä ääntäheijastavan kartion (5) että kotelon (8) kanssa, ja että ne ovat kotelon (8) välityksellä sovitettu nestesäiliöön, tunnettu siitä, että ultraäänilähteet on sovitettu nestesäiliöön siten, että ääntäheijastavien kartioiden (5) päätypinnat 20 työntyvät nesteeseen vaihteleviin, välimatkan lambda/4 päähän toisistaan ulottuviin syvyyksiin. mx na » *4 *» 7 99090 Anordning för ledning av ultraljudssvängningar in i en vätska ined hjälp av ultraljudskällor, vilka är anordna-5 de pä bottnen av en vätskebehällare och/eller i en i kon-takt med vätskan stäende vägg och vilka utgörs av lamb-da/2-oscillatorer som bestär av tvä i mottakt vibrerande piezoelektriska skivor (1, 2), mellan vilka en elektrod (3) är anordnad och vilka är med hjälp av en skruv (6) 10 förbundna med ä ena sidan en 1judreflekterande kon (5) och ä andra sidan en motvikt (4), varvid ultraljudskällorna hälls pä plats med hjälp av en bärring (17), som tillsam-mans med ett motvikten (4) omslutande hölje (8) bildar en spärr, varvid bärringen är anordnad i omedelbar kontakt 15 med lambda/2-oscillatorerna (1, 2, 3) och utgör en enhet-lig enhet med bäde den 1 judreflekterande konen (5) och höljet (8), och att de är med hjälp av höljet (8) anordna-de i vätskebehällaren, kännetecknad av att ultraljudskällorna är anordnade i vätskebehällaren sä att 20 de 1judreflekterande konernas (5) ändytor inskjuts i vätskan tili varierande djup med ett avständ av lambda/4 frän varandra.