WO1990006816A1 - Ultraschallgenerator - Google Patents

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WO1990006816A1
WO1990006816A1 PCT/EP1989/001568 EP8901568W WO9006816A1 WO 1990006816 A1 WO1990006816 A1 WO 1990006816A1 EP 8901568 W EP8901568 W EP 8901568W WO 9006816 A1 WO9006816 A1 WO 9006816A1
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ultrasonic generator
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generator
head
piezoceramic
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PCT/EP1989/001568
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English (en)
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Inventor
Dieter Krzossa
Original Assignee
Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B06B3/00Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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 piezoelectric 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 piezoelectric 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 piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • B06B1/0618Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile of piezo- and non-piezoelectric elements, e.g. 'Tonpilz'

Definitions

  • the invention relates to an ultrasound generator with a first and a second piezoceramic plate adjacent to this.
  • a piezoelectric transducer for mounting a magnetic head on a rotating part of a guide drum in an image recording device in which two oppositely polarized elongated piezoelectric elements between an inner electrode connected to a first voltage and two with one second voltage connected external electrodes are attached.
  • two oppositely polarized elongated piezoelectric elements between an inner electrode connected to a first voltage and two with one second voltage connected external electrodes are attached.
  • a detector for acoustic emissions is known from DE-A-27 47 309. This has a piezoelectric element with pairs of electrodes arranged on opposite sides. The piezoelectric element is arranged within a holder which has an acoustic window on one side of the piezoelectric element. The piezoelectric element is held firmly in position between two electrically insulating disks. In order to absorb undesired acoustic reflections and to serve as a reaction mass, a damping block member is provided which acts on the piezoelectric element with the aid of a spring and a cap via the electrical insulation opposite the window.
  • the object of the invention is to provide an ultrasound generator of the type described at the outset, which is capable of emitting a high level of ultrasound energy and can be used as such as a hand-held device. So that the device can be used universally, according to a further development of the invention, the generator head should be exchangeable for adaptation to the application purpose.
  • the object is achieved by the ultrasound generator characterized in claim 1.
  • FIG. 1 shows a section through the ultrasound generator with a first generator head.
  • Fig. 3 shows a third associated generator head.
  • the ultrasound generator 1 has a first piezoceramic plate 2 and a second piezoceramic plate 3 which is adjacent to it and oppositely directed.
  • a conductive plate preferably a bronze plate 4 which extends over the entire surface of the plates and serves as the first electrode.
  • a second electrode 5 in the form of such a bronze plate is arranged on the surface of the first piezoceramic plate opposite the first bronze plate.
  • the two plates are connected to lead wires connected to a corresponding power supply.
  • the two ceramic plates are designed as round plates.
  • a metal body designed as a generator head base body 8 which is preferably made of the same metal as the body 6 and which is also cylindrical to match the cross-sectional shape of the ceramic disks, directly adjoins the second ceramic plate.
  • the generator head base body has an axial bore 9 on its side facing the body 6.
  • the ceramic discs and the two bronze plates also have corresponding axial bores.
  • a cap screw 10 is screwed through the body 6, the bronze plates and the ceramic plates into the generator head base body 8 in such a way that the body 6 and the generator head base body 8 be pressed under tension against the ceramic plates.
  • the holes through the two ceramic plates and the bronze plate 4 are chosen so large that they are at a distance from the shaft of the screw 10 and an insulating sleeve 10 'is provided between them and the screw.
  • the bore of the bronze plate 5 and the body 5, however, can be smaller. In any case, an electrical contact is made via the body 6 and the screw 10 resting thereon, which electrically connects the body 5 and the generator head base body 8 to one another and thus to the second electrode 5.
  • the generator has a generator housing 11 which encloses the body 6, the ceramic plates, the bronze plates and the wires connected to them. So that as little vibration as possible is transmitted to the generator housing 11, this is connected by means of screws 12 via the second bronze plate 5 projecting outward beyond the body ⁇ .
  • the connection between the vibrating part of the generator and the housing has thus been made at the point at which the amplitude of the vibrations in the actual generator block is the smallest. In this way it is achieved that the housing is essentially without vibration.
  • the housing has a corresponding opening 13 on its bottom side for inserting the voltage supply lines.
  • the generator head base body 8 has, on its end facing away from the ceramic plates, a cylindrical extension 14 projecting outwards from it with an external thread.
  • the universal hand-held device includes a plurality of generator heads 15, 16, 17. These have on their base side opposite the actual excitation surface 18, 19 each have a cylindrical recess 21, 22 with an internal thread corresponding to the cylindrical extension 14, with the help of which they can be firmly screwed onto the generator head base body 8 in the manner shown in FIG. 1.
  • the different generator heads each have one
  • the generator head 15 shown in FIG. 1 is designed such that it forms a cylinder with the generator head base body 8 without an air gap therebetween, so that all of the energy is transmitted completely.
  • This embodiment is particularly suitable for introducing ultrasound energy into a liquid.
  • the generator head shown in FIG. 2 has an undercut recess 23 following the thread inside, which serves to form an air gap between the front surface of the base body 8 and the generator head.
  • this generator head is particularly suitable for spraying liquid applied to the excitation surface 19, such as, for. B. Color suitable.
  • the generator head 17 shown in FIG. 3 also has a recess 23 for forming an air gap.
  • the generator head has a channel-shaped bore 24 which extends to the axis of symmetry of the head and extends along this, which is connected on the base side to a transverse bore 25, which in turn can be connected to a liquid supply line via an internal thread 26.
  • the generator head tapers towards the excitation surface 20. This generator head is particularly suitable for spraying and atomizing liquids.
  • the housing 11 has an external thread 27 at its end facing the generator head base body, the dimensioning of which is selected such that it fits into a Fig. 1 schematically indicated water pipe, for example after unscrewing the tap from such, can be screwed into an existing thread.
  • the device can be used to clean a water pipe or at least a section thereof by the introduction of ultrasound energy.
  • the device can also be immersed in other liquid containers with the generator head 15 and in this way enter ultrasonic energy into such a container filled with liquid. In this way, the device can be used, for example, to clean tools or household items and the like.
  • the generator head shown in Fig. 1 is also for
  • Material removal can be used in particular from metallic and plastic objects.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

Es wird ein Universalhandwerksgerät mit einem Ultraschallgenerator (1) geschaffen. Damit es möglich wird, eine hohe Ultraschallenergie zu erzeugen, weist dieser zwei Piezokeramikplatten (2, 3) mit dazwischen angeordneten Elektroden (4, 5) und entsprechenden Spannungszuführungen auf. Die beiden Piezokeramikplatten (3) mit den Elektroden (4, 5) sind zwischen zwei metallischen Schwingungskörpern (6, 8) fest eingespannt. Der den Generatorkopfgrundkörper (8) bildende Schwingungskörper (6, 8) ist so ausgebildet, daß er eine Mehrzahl verschiedener Generatorköpfe (15, 16, 17) aufnehmen kann, die in ihrer Form jeweils an verschiedene Anwendungszwecke angepaßt sind.

Description

Ultraschallgenerator
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallgenerator mit einer ersten und einer dieser benachbarten zweiten Piezokeramikplatte.
Es ist bekannt, Ultraschallgeneratoren in Reinigungsgeräten oder als Geräte zum Entfernen von Zahnstein oder auch als Zertrümmerungsgeräte bei Operationen zu verwenden.
Aus der DE-A-28 56 508 ist ein piezoelektrischer Wandler als Befestigung eines Magnetkopfes auf einem sich drehenden Teil einer Führungstrommel in einem Bildbandaufzeichnungsgerät bekannt, bei dem zwei entgegengesetzt gepolte längliche piezoelektrische Elemente zwischen einer mit einer ersten Spannung verbundenen inneren Elektrode und zwei mit einer zweiten Spannung verbundenen äußeren Elektroden befestigt sind. Durch Anlegen einer Spannung zwischen der Innenelektrode und den Außenelektroden des jeweiligen Elementes erfolgen unterschiedlich starke Ausdehnungen bzw. Zusammenziehungen in Längsrichtung der beiden Elemente, so daß ein Ausbiegeeffekt erzeugt wird.
Aus der DE-A-27 47 309 ist ein Detektor für akustische Emissionen bekannt. Dieser weist ein piezoelektrisches Element mit jeweils auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Elektrodenpaaren auf. Das piezoelektrische Element ist innerhalb eines Halters angeordnet, das ein akustisches Fenster an einer Seite des piezoelektrischen Elementes aufweist. Das piezoelektrische Element wird zwischen zwei elektrisch isolierenden Scheiben fest in Stellung gehalten. Um ungewünschte akustische Reflektionen zu absorbieren und um als eine Reaktionsmasse zu dienen, ist ein Dämpfungsblockglied vorgesehen, das mit Hilfe einer Feder und einer Kappe über die dem Fenster gegenüberliegende elektrische Isolierung auf das piezoelektrische Element einwirkt. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ultraschallgenerator der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der in der Lage ist, eine hohe Ultraschallenergie abzugeben und als solcher als Handwerksgerät einsetzbar ist. Damit das Gerät universell einsetzbar ist, soll gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Generatorkopf zur Anpassung an den Anwendüngszweck austauschbar sein.
Die Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Ultraschallgenerator gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den UnteranSprüchen beschrieben.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch den Ultraschallgenerator mit einem ersten Generatorkopf;
Fig. 2 einen zweiten zugehörigen Generatorkopf; und
Fig. 3 einen dritten zugehörigen Generatorkopf.
Der Ultraschallgenerator 1 weist eine erste Piezokeramikplatte 2 und eine dieser benachbarte und entgegengesetzt gerichtete zweite Piezokeramikplatte 3 auf. Zwischen den beiden Keramikplatten ist eine sich über die gesamte Fläche der Platten erstreckende und als erste Elektrode dienende leitende Platte, vorzugsweise eine Bronzeplatte 4 vorgesehen. Eine zweite Elektrode 5 in Form einer solchen 3ronzeplatte ist auf der der ersten Bronzeplatte gegenüberliegenden Oberfläche der ersten Piezokeramikplatte angeordnet. Die beiden Platten sind mit mit einer entsprechenden Spannungsversorgung verbundenen Zuleitungsdrähten verbunden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Keramikplatten als runde Platten ausgebildet.
Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist auf der der
Keramikplatte 2 abgewandten Seite der zweiten Bronzeplatte 5 ein vorzugsweise aus V2A-Stahl oder Aluminium gebildeter Körper 6, dessen Querschnitt angepaßt an die Keramikscheiben ebenfalls kreisförmig ist, vorgesehen. Dieser weist eine koaxiale Bohrung 7 auf.
Auf der entgegengesetzten Seite des Keramikplattenpaares grenzt unmittelbar an die zweite Keramikplatte ein als Generatorkopfgrundkörper 8 ausgebildeter Metallkörper, der vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie der Körper 6 gebildet ist und der ebenfalls angepaßt an die Querschnittsform der Keramikscheiben zylinderförmig ausgebildet ist, an. Der Generatorkopfgrundkörper weist auf seiner dem Körper 6 zugewandten Seite eine axiale Bohrung 9 auf. Auch die Keramikscheiben und die beiden Bronzeplatten weisen entsprechende axiale Bohrungen auf. Von der den Keramikplatten abgewandten Seite des Körpers 6 ist eine Kopfschraube 10 durch den Körper 6, die Bronzeplatten und die Keramikplatten hindurch in den Generatorkopfgrundkörper 8 derart: eingeschraubt, daß Körper 6 und Generatorkopfgrundkörper 8 unter Spannung gegen die Keramikplatten gepreßt werden. Die Bohrungen durch die beiden Keramikplatten und die Bronzeplatte 4 sind so groß gewählt, daß sie einen Abstand von dem Schaft der Schraube 10 aufweisen und eine Isolierhülse 10' zwischen diesen und der Schraube vorgesehen ist. Die Bohrung der Bronzeplatte 5 und des Körpers 5 können hingegen kleiner sein. Auf jeden Fall ist über den Körper 6 und die an diesem anliegende Schraube 10 ein elektrischer Kontakt hergestellt, der den Körper 5 und den Generatorkopfgrundkörper 8 elektrisch miteinander und damit mit der zweiten Elektrode 5 verbindet.
Der Generator weist ein Generatorgehäuse 11 auf, welches den Körper 6, die Keramikplatten, die Bronzeplatten und die mit diesen verbundenen Drähte einschließt. Damit möglichst wenig Schwingung auf das Generatorgehäuse 11 übertragen wird, ist dieses über die über den Körper δ nach außen hervorstehende zweitre Bronzeplatte 5 mittels Schrauben 12 verbunden. Die
Verbindung zwischen dem schwingenden Teil des Generators und dem Gehäuse ist auf diese Weise an der Stelle erfolgt, an der die Amplitude der Schwingungen im eigentlichen Generatorblock am kleinsten ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Gehäuse im wesentlichen ohne Schwingung ist. Das Gehäuse weist auf seiner Bodenseite eine entsprechende Durchbrechung 13 zum Einführen der Spannungszuleitungen auf.
Der Generatorkopfgrundkörper 8 weist auf seiner den Keramikplatten abgewandten Stirnseite einen von dieser nach außen hervorstehenden zylinderförmigen Ansatz 14 mit einem Außengewinde auf. Zu dem Universalhandwerksgerät gehören eine Mehrzahl von Generatorköpfen 15, 16, 17. Diese weisen auf ihrer der eigentlichen Erregerfläche 18, 19 gegenüberliegenden Basisseite jeweils eine dem zylinderförmigen Ansatz 14 entsprechende zylinderförmige Ausnehmung 21, 22 mit einem Innengewinde auf, mit dessen Hilfe sie in der in Fig. 1 ersichtlichen Weise auf den Generatorkopfgrundkörper 8 fest aufschraubbar sind.
Die verschiedenen Generatorköpfe haben eine jeweils dem
Anwendungszweck angepaßte Form.
Der in Fig. 1 gezeigte Generatorkopf 15 ist so ausgebildet, daß er mit dem Generatorkopfgrundkörper 8 einen Zylinder ohne Luftspalt dazwischen bildet, so daß die gesamte Energie vollständig übertragen wird. Diese Ausführungsform ist insbesondere dafür geeignet, Ultraschallenergie in eine Flüssigkeit einzutragen.
Der in Fig. 2 gezeigte Generatorkopf weist anschließend an das Gewinde im Inneren eine hinterschnittene Ausnehmung 23 auf, die dazu dient, zwischen der stirnseitigen Oberfläche des Grundkörpers 8 und dem Generatorkopf einen Luftspalt zu bilden. Dadurch ist dieser Generatorkopf insbesondere zum Versprühen von auf der Erregerflache 19 aufgebrachter Flüssigkeit wie z. B. Farbe geeignet.
Der in Fig. 3 gezeigte Generatorkopf 17 weist ebenfalls eine Ausnehmung 23 zum Bilden eines Luftspaltes auf. Der Generatorkopf weist eine zur Symmetrieachse des Kopfes und sich entlang dieser erstreckende kanalförmige Bohrung 24 auf, die grundseitig mit einer Querbohrung 25 verbunden ist, welche wiederum über ein Innengewinde 26 mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung verbindbar ist. Der Generatorkopf verjüngt sich zur Erregerflache 20 hin. Dieser Generatorkopf ist besonders zum Versprühen und Vernebeln von Flüssigkeiten geeignet.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 11 an seinem dem Generatorkopfgrundkörper zugewandten Ende ein Außengewinde 27 auf, dessen Bemessung so gewählt ist, daß es in eine in Fig. 1 schematisch angedeutete Wasserrohrleitung, beispielsweise nach Abschrauben des Wasserhahnes von einer solchen, in ein bei dieser vorhandenes Gewinde einschraubbar ist. Auf diese Weise kann das Gerät dazu verwendet werden, eine Wasserleitung bzw. wenigstens einen Abschnitt derselben durch Eintragen von Ultraschallenergie zu reinigen. Das Gerät kann aber auch in sonstige Flüssigkeit aufweisende Behälter mit dem Generaterkopf 15 eingetaucht werden und auf diese Weise Ultraschallenergie in einen solchen mit Flüssigkeit gefüllten 3ehälter eintragen. Das Gerät kann auf diese Weise beispielsweise zum Reinigen von Werkzeugen oder Haushaltsgegenständen und ähnlichem eingesetzt werden. Der in Fig. 1 gezeigte Generatorkopf ist auch zum
Materialabtrag insbesondere von metallischen und Kunststoffgegenständen einsetzbar.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschallgenerator (1) mit einer ersten und einer dieser benachbarten zweiten Piezokeramikplatte (2, 3),
einer zwischen diesen angebrachten ersten Elektrode (4) und einer a der der ersten Elektrode (4) abgewandten Seite der ersten Piezokeramikplatte (2) angebrachten zweiten Elektrode (5), wobei die Piezokeramikplatten (2, 3) so ausgerichtet sind, daß bei Anlegen einer Spannung an die Elektroden (4, 5) die Dehnung bzw. Kürzung in Richtung der Plattendicke erfolgt,
einem an die zweite Elektrode angrenzenden ersten Schwingungskörper (6),
einem an die der ersten. Elektrode (4) abgewandten Seite der zweiten Piezokeramikplatte (3) angrenzenden und mit dem ersten elektrisch leitend verbundenen zweiten Schwingungskörper (8) und den ersten und den zweiten Schwingungskörper (6, 8) jeweils unter Spannung gegen die Piezokeramikplatten (2, 3) drückenden Einrichtung (10).
2. Ultraschallgenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verschieden geformte Generatorköpfe (15, 16, 17) vorgesehen sind und der zweite Schwingungskörper (8) auf seiner den Piezokeramikplatten (2, 3) abgewandten Stirnseite mit jeweils einem in seiner Form an den Anwendungszweck angepaßten Generatorkopf verbindbar ist.
3. Ultraschallgenerator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwingungskörper (8) und der Generatorkopf (15, 16, 17) über ein Schraubgewinde miteinander verbindbar sind.
4. Ultraschallgenerator nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerfläche (19, 20) abgerundet ausgebildet ist.
5. Ultraschallgenerator nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorkopf einen auf der Erregerfläche mündenden und eingangsseitig mit der Zufuhrleitung für ein Flüssigkeitsmedium verbindbaren Kanal (24) aufweist.
6. Ultraschallgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwingungskörper (8) und der damit zu verbindende Generatorkopf (16, 17) so ausgebildet sind, daß zwischen der dem Generatorkopf (16, 17) zugewandten stirnseitigen Oberfläche des zweiten Schwingungskörpers (8) und dem Generatorkopf (16, 17) ein Luftspalt gebildet ist.
7. Ultraschallgenerator nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorkopf (16, 17) eine den
Luftspalt bildende Ausnehmung (23) aufweist.
8. Ultraschallgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Generatorkopf abgewandten Seite ein den Körper, die Piezokeramikplatten und die Elektroden mit Zuführungen umgebendes Gehäuse (11) vorgesehen ist.
9. Ultraschallgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zum Einschrauben in eine
Wasserleitung (28) ausgebildet ist.
10. Ultraschallgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezokeramikplatten (2, 3) und der erste und der zweite Schwingungskörper (6, 8) zylinderförmig ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind.
11. Ultraschallgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Piezokeramikplatten (2, 3) und die Schwingungskörper (6, 8) eine koaxiale Bohrung (7) zum Verbinden der genannten Elemente mittels einer Schraube (10) aufweisen.
12. Ultraschallgenerator nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen erstem (6) und zweitem Schwingungskörper (8) durch die Schraube (10) erfolgt.
PCT/EP1989/001568 1988-12-21 1989-12-19 Ultraschallgenerator WO1990006816A1 (de)

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CS (1) CS729689A2 (de)
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EP0401349A1 (de) 1990-12-12
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