WO1997037937A1 - Ultraschallvorrichtung zum entkeimen von flüssigkeiten - Google Patents

Ultraschallvorrichtung zum entkeimen von flüssigkeiten Download PDF

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WO1997037937A1
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PCT/EP1997/001798
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Günter Pöschl
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Ppv Verwaltungs Ag
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
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    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods 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
    • B06B1/0611—Methods 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
    • B06B1/0618—Methods 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'
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    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/025—Ultrasonics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • C02F1/36—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic device of the type specified in the preamble of claim 1.
  • the amount of liquid located in the ultrasound home or in the immediate vicinity of the power converter can thus be sterilized, but not a larger amount of liquid, in particular none that is required in a liquid-free cycle in a germ-free form.
  • the cited reference also gives no indication of how the ultrasound device can be constructed so that existing liquid containers or circuits can also be retrofitted with it.
  • the object of the invention is to provide an ultrasound device of the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that it can also be used to easily disinfect a larger amount of liquid than that in its immediate vicinity or a liquid in an existing circuit.
  • the ultrasonic homo is connected at its first end to the ultrasound power converter.
  • the ultrasonic power converter is held by means of a holding device so that it comes into contact with the liquid on the side facing the ultrasonic home.
  • the ultrasound home can thus be effectively sonicated with ultrasound, so that the liquid in the ultrasound home can be sterilized.
  • the ultrasonic home In an inner wall area, the ultrasonic home has several openings for the inflow and / or outflow of liquid. Through the breakthroughs, the liquid can enter the ultrasound home, where it is sonicated with high-intensity ultrasound and thus set into vibration.
  • the openings are arranged in an inner wall area between the narrow end of the ultrasonic horn and its second, free end, the liquid particles are driven to the free end by the pressure wave generated by the ultrasonic power converter and can escape there, while liquid passes through the openings always flows.
  • the liquid in the ultrasonic home is always exchanged even in the absence of an external flow. If the free end opposes an external flow existing in the liquid is arranged, the liquid particles flow through the free second end of the ultrasound horn into the ultrasound home, are sterilized there by the ultrasound irradiation and are forced through the pressure wave to the inner wall area of the ultrasound horn, where they can flow out freely through the openings.
  • This creates an ultrasound device which can be integrated into an existing liquid circuit for sterilizing the liquid and, if the device is introduced into a container with still liquid, can itself generate a liquid circuit through the ultrasound source .
  • the ultrasound power converter will preferably emit its ultrasound power in the opposite direction to the body of large mass. This effect is exacerbated when the body of large mass is made of a material with poor sound conductivity.
  • the holding device Since very high electrical voltages can be applied to the ultrasound power converter, it is advantageous to install the holding device in a housing which is provided on the opposite side to the ultrasonic homing with a shielding housing made of electrically conductive material. In this case, there is no injury to the operating or maintenance personnel even if the ultrasound device is accidentally touched during operation.
  • the shield housing can be provided with openings for the free entry and exit of liquid, so that the side of the ultrasonic power converter opposite the ultrasonic hom or the body of large mass attached there is also wound with liquid. If this side only came into contact with air, the ul- Transducer power converter deliver too much ultrasound power in this direction instead of in the direction of the ultrasound horn, since air offers less resistance to ultrasound output than the liquid.
  • a particularly compact design of the ultrasonic device according to the invention which is advantageous for retrofitting in existing systems, is obtained when the shield housing is constructed in a dome shape.
  • a compact construction is also achieved in that the housing is fastened to a fastening device with an integrated connection leadthrough, so that separate fastening devices and connection devices are avoided.
  • the efficiency of the ultrasound device according to the invention is greatest when the ultrasound device is matched to the ultrasound frequency that is to be used to sterilize the liquid.
  • the inner wall of the ultrasonic horn is divided into several sections between the first and the second end, the inner wall of the ultrasonic horn in the different sections showing different radii of curvature or straight lines with different slopes in longitudinal section .
  • the radii of curvature or the straight lines, the number and the length of the sections and the length of the ultrasonic horn are parameters which influence the frequency tuning of the ultrasonic horn.
  • An edge can be provided as a dividing line between individual sections, in that the transition from one radius of curvature into the other or between the straight lines of different gradients occurs abruptly.
  • Such an edge acts as a diffraction edge for the pressure wave.
  • the pressure wave is characterized ltraschallhom to certain places in the U and / or of the same front half, in particular in its longitudinal axis, focusable.
  • a particularly effective flow of liquid through the ultrasound horn is achieved if the openings are arranged in such a way that their centers in the inner wall of the ultrasound horn lie on a dividing line between two sections, preferably on an edge for bending the pressure wave. because there the suction or pressure in the liquid is increased.
  • the breakthroughs run obliquely so that the liquid flow is only slightly angled from the breakthroughs to the free end of the ultrasonic horn or vice versa at the transition between the inner wall of the ultrasonic horn and the breakthroughs . Therefore, in an advantageous embodiment of the invention, the breakthroughs are such that their central axes, which intersect at an intersection with a longitudinal axis of the ultrasound horn, form an obtuse angle with a section of the longitudinal axis that extends from the intersection through the second, free end lock in.
  • a particularly simple embodiment of the invention is that the openings are circular bores.
  • the interior of the ultrasound horn advantageously has a cross-sectional area at its first end, which corresponds approximately to the cross-sectional area of the ultrasound power converter, so that the largest possible proportion of the ultrasound power output by the ultrasound power converter can be coupled into the ultrasound home.
  • the ultrasound probe progressively narrows from the first end to the constriction and expands progressively from the constriction toward the second end, so that the ultrasound probe is a kind of nozzle is formed.
  • the constriction acts as Reflection diffraction point for the pressure wave.
  • different versions of the ultrasonic horn are possible for different ultrasonic frequencies. If the constriction is immediately at the first end, the ultrasound home is shaped like a funnel instead of a nozzle.
  • a particularly compact and simple embodiment of the ultrasound device according to the invention consists in the fact that the ultrasound is rotationally symmetrical.
  • the ultrasound probe is made of a good sound-conducting material, e.g. If there is titanium, the tendency to preferentially emit the ultrasonic power in the direction of the ultrasonic horn is intensified.
  • a particularly advantageous use of the ultrasound device according to the invention is, in a preferred embodiment of the same, its use in a device for processing cooling and / or lubricating oil emulsions, in particular drilling oil emulsions or similar technical liquids. Entire bacterial cultures often arise, particularly in technical liquid circuits that come into contact with the environment, such as in particular with drilling oil emulsions. If operating personnel now come into contact with drilling oil emulsions or similar technical fluids contaminated with germs, which can also be readily distributed as aerosols in the air at the high processing speeds in modern industry, there are often considerable health problems.
  • the ultrasound device according to the invention can be made so compact that it can be integrated directly into machine tools in their coolant and / or lubricant circuit in order to prevent the aforementioned impairments.
  • the ultrasound device benugt doing ü berdies with a minimal amount of energy, so that the Nachrü ⁇ stung a work-up device of the type mentioned with egg ner ultrasonic device according to the invention so nothing stands in the way of energy consumption.
  • FIG. 2 shows the ultrasound device according to FIG. 1 in a second mode of operation.
  • an ultrasound device 2 consists of an outer housing 4 which is provided on its rear side 10 with a dome-shaped shielding housing 8 provided with openings 6.
  • a holding device 12 for an ultrasonic power converter 14 is arranged in the housing 4.
  • the holding device 12 is connected to an ultrasonic hom 18 on the front side 16 of the housing 4.
  • the holding device 12 has almost the same structure as a holding device disclosed in DE 42 20 205 Cl, to which reference is made for further details.
  • the ultrasonic power converter 14 is held in the holding device 12 in such a way that it comes into contact with a liquid 22 to be sterilized, at least on the side 20 facing the ultrasonic home 18.
  • the housing 4 is immersed in the liquid 22, which is indicated by a liquid mirror denoted by 24.
  • a body 28 with a large mass is arranged in the holding device 12 on a side 26 of the ultrasound power converter 14 opposite the ultrasound transducer 18, via which a high voltage with high frequency is applied to the ultrasound power converter 14.
  • the body 28 is made of a material with poor sound conductivity, preferably made of bronze.
  • a connection screw 30 is provided on the body 28 for connecting a high-voltage supply line, not shown.
  • the ultrasonic power converter 14 has at least two plates 31, 33 which are circular in cross section as piezoelectric elements, of which the plate 31 is in contact with the body 28 on its rear side and of which the plate 33 has a spring plate (not shown) on its rear side, which is insulated from the plate 31 and has a protruding tongue (not shown) on the outer edge which is also in contact with the body 28.
  • the other terminal of the high-voltage source is electrically connected via connecting screws 29a and 29b, which are insulated in the housing 4, to the front sides of the plates 31 and 33 via tongues (not shown). Further details, in particular about the connections and the insulation of the plates 31, 33, can be found in the above-mentioned DE 42 20 205 Cl.
  • the side 26 and an opposite side 20 of the ultrasonic power converter 14 are galvanically separated from one another, from the housing 4 and from the ultrasonic hom 18.
  • the galvanic separation between the ultrasound transducer 18 and the ultrasound power converter 14 takes place by means of an insulating ring 35 arranged between the ultrasound transducer 18 and the ultrasound power converter 14.
  • the shielding housing 8 acts as a Faraday cage in order to shield the high electrical voltage applied to the body 28 from the environment.
  • the housing 4 is fastened to a fastening device 32 with an integrated connection leadthrough 34.
  • the fastening device 32 like the entire housing 4, is electrically insulated from the holding device 12 by means of insulation 36. With the fixing device 32, the ultrasonic device 2 (not shown) in a storage tank for cooling and / or lubricating fluids to a (e b wort not shown) tool mounted in such a way that the liquid level 24 in the reservoir As shown in Fig. 1 extends approximately to the transition between the housing 4 and the fastening device 32.
  • the fastening device 32 is preferably attached to part of a lid of the storage container so that it can be easily removed and serviced with the lid.
  • the ultrasound transducer 18 is connected to the ultrasound power converter 14 with a first end 38.
  • the ultrasound horn 18 tapers continuously from the first end 38 to its constriction 40, which is spaced from the first end 38, and widens continuously from the constriction 40 to its second, free end 42.
  • the ultrasonic hom 18 is shaped like a type of nozzle, the ultrasonic power converter 14 being located at its first end 38 and the liquid 22 flowing freely through the second end 42.
  • the wall 44 of the ultrasonic horn 18 is rotationally symmetrical about a longitudinal axis L.
  • the interior 46 has a cross-sectional area at the first end 38, which corresponds approximately to the cross-sectional area of the ultrasonic power converter 14.
  • the wall 44 and in particular the inner wall 48 of the ultrasonic horn 18 have three sections A, B and C in the longitudinal direction, each with different radii of curvature.
  • the transitions between the radii of curvature are not continuous, but are held abruptly, so that a first edge 50 at the dividing line between section A and section B and a second edge 52 at the dividing line between section B and section C. is formed in the inner wall 48.
  • the dividing lines or edges 50, 52 run such that they span planes that are perpendicular to the longitudinal axis L.
  • the wall 44 has between the constriction 40 and the second end 42 four circular holes 54 as openings, the central axes M of the circular holes 54 piercing the inner wall 48 exactly on the second edge 52, so that the centers Z of the circular holes 54 in of the inner wall 48 come to lie in the plane spanned by the second edge 52.
  • the circular bores 54 fen obliquely to the longitudinal axis L, so that their central axes M, which intersect the longitudinal axis L of the ultrasonic horn in an intersection S, enclose an obtuse angle ⁇ with a section SL of the longitudinal axis L running from the intersection S through the free end 42.
  • the ultrasound power converter 14 In operation, the ultrasound power converter 14 generates a pressure wave 56 in the liquid 22, which propagates in the interior 46 of the ultrasound horn 18 from the first end 38 to the second end 42.
  • the edges 50 and 52 and the constriction 40 act as flexing edges at which the pressure wave 56 is diffracted and focused on the longitudinal axis L.
  • the fact that the central axes M enclose an obtuse angle ⁇ with the section SL of the longitudinal axis L creates transition edges 58 and 60 at the transitions between the bores 54 and the inner wall 48, which also act as bending edges for the pressure wave 56. .
  • the pressure wave 56 is focused and bundled on the longitudinal axis L.
  • the bundling of the pressure wave 56 is so strong that the ultrasonic power is also transmitted up to a distance of approximately one meter and more.
  • a prototype of the ultrasound device 2 was fastened in an acrylic glass container and put into operation. The acrylic glass container was still welded through at a distance of 1.10 meters. The ultrasound device 2 had a power consumption of only about 100 watts.
  • the special design of the ultrasonic horn 18 causes liquid particles to be driven out of the second end 42 of the ultrasonic horn in the direction R by the pressure wave 56. As indicated by arrows 62, liquid 22 is always sucked in through the bores 54. A flow of liquid thus arises in the storage container even without a pump, which causes the entire volume of the liquid 22 to be circulated in the storage container and in this way to be completely disinfected.
  • the claim of the Ul- The ultrasound device 2 in the prototype with approximately 100 watts of power consumption was approximately 1 m 3 of liquid per hour.
  • the ultrasound device 2 has been described in a mode of operation in which a storage container of a machine tool, which contains a still liquid 22, has been retrofitted with it.
  • the ultrasound device 2 can also be installed in already existing liquid circuits, e.g. in machine tools directly into the flow or return of a coolant or lubricant pump.
  • FIG. 2 Such an application example is shown in FIG. 2. 2, the liquid 22 is guided by a pump 64 through the second end 42 into the interior 46 of the ultrasonic horn 18. The pressure wave 56 is applied to the liquid in the interior 46 and, after the ultrasound irradiation, can emerge again through the holes 54. The flow of the liquid 22 is indicated in Fig. 2 by arrows R * and 62 '.
  • the ultrasound device 2 can of course be manufactured in different sizes and for different ultrasound frequencies.
  • the ultrasound transducer 18 is matched to the ultrasound frequency to be used. Alignment takes place during the manufacture of the ultrasonic horn 18 by empirically determining the most favorable dimensions of the ultrasonic horn 18 as well as the radii of curvature of the sections A, B and C and the most favorable relative position of the constriction 40 and the edges 50, 52, 58 and 60.
  • the prototype which served as a model for the representations according to FIGS. 1 and 2, could be tuned to an ultrasound frequency between 50 kHz and 400 kHz.
  • ultrasonic power converters 14
  • the preferred materials used are materials with very high sound conductivity, for example titanium, for the ultrasonic hom 18, aluminum for the housings 4 and 8 and ceramic or glass fiber reinforced plastic for the insulation 35 and 36.
  • materials with very high sound conductivity for example titanium, for the ultrasonic hom 18, aluminum for the housings 4 and 8 and ceramic or glass fiber reinforced plastic for the insulation 35 and 36.
  • ceramic or glass fiber reinforced plastic for the insulation 35 and 36.
  • a variety of other materials are also conceivable for the components mentioned.
  • a possible application of the ultrasound device 2 described would be, for example, in a device for processing drilling oil emulsions with a similar effect and / or structure to a device known from DE 37 13 122 A1.
  • the main advantage of a device for processing drilling oil emulsions in the form of the ultrasound device 2 described here would be that it would be considerably cheaper to produce than the known device.
  • the ultrasound device 2 does not have to be stationary, it can also be attached to a float and instead of floating on the surface in a reservoir of a machine tool in a lake or pond or in an outlet from sewage treatment plants or in swimming pools to escape be used.
  • the ultrasonic device 2 in swimming pools for disinfection, chlorine or redox systems can be saved.
  • the ultrasound device 2 could also be arranged in a line (not shown) through which the liquid 22 flows.
  • the clear width of the line would be larger than the largest outside diameter or the largest outside dimension of the ultrasound device 2, so that the liquid 22 could flow past the ultrasound device 2.
  • the sterilizing effect of the ultrasonic device 2 is based on generated by the ultrasonic Kravticianen in the form of gas bubbles, which collapse, in which often a strah pesstechniks ⁇ forms L, provided with high speed through the gas bubbles shoots. Pressures up to 10,000 bar and temperatures up to 10,000 ° Kelvin are formed. Furthermore, charge separations can occur which result in electrical discharges. The destruction of bacteria, fungi, viruses and other germs cannot form resistant mutations against this type of mechanical destruction, as is possible when using chemical disinfectants. The sterilization process is very inexpensive and does not pollute the environment because no chemical substances are used and therefore do not have to be broken down. When using the ultrasonic device 2 to sterilize the water in swimming pools, the addition of chlorine can thus be greatly reduced or even avoided.
  • Drinking water which is normally sterilized by the addition of ozone or chlorine, could be installed, for example, in developing countries using the ultrasonic device 2 directly on the tap or the drinking water connection of a house.
  • the use is also for cleaning blood plasma of HIV viruses or in general of viruses of high molecular origin conceivable.
  • the use of the ultrasound device 2 for sterilizing cooling lubricant emulsions additionally has the effect that the emulsions are very fine after the ultrasound sonication.

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Abstract

Beschrieben ist eine Ultraschallvorrichtung (2) zum Entkeimen von Flüssigkeiten. Sie weist einen Ultraschalleistungswandler (14) auf, an den ein Ultraschallhorn (18) zum Formen einer durch Ultraschall erzeugten Druckwelle (56) mit einem ersten Ende (38) angeschlossen ist. Das Ultraschallhorn (18) ist zwischen einer Engstelle (40) und seinem zweiten, freien Ende (42) mit Durchbrüchen (54) zum Ein- und/oder Ausströmen von Flüssigkeit (22) in das bzw. aus dem Ultraschallhorn (18) versehen. Das Ultraschallhorn (18) verengt sich zunehmend von dem ersten Ende (38) aus bis zu der Engstelle und erweitert sich von der Engstelle aus zunehmend bis zu dem zweiten Ende (42). Der schwingende Ultraschalleistungswandler (14) erzeugt eine Pumpbewegung, durch die sich die Flüssigkeit (22) durch die Durchbrüche (54) hindurch bewegt, um in und vor dem Ultraschallhorn (18) mittels Ultraschall keimfrei gemacht zu werden. Die Ultraschallvorrichtung (2) eignet sich beispielsweise gut zum Nachrüsten von Werkzeugmaschinen, um deren Kühlschmieremulsion keimfrei zu halten.

Description

ULTRASCHALLVORRICHTUNG ZUM ENTKEIMEN VON FLÜSSIGKEITEN
Beschreibung
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
STAND DER TECHNIK
Eine solche Ultraschallvorrichtung ist aus ROMPP CHEMIELEXI¬ KON, Georg Thieme Verlag Stuttgart-New York, 9. Auflage, 1992, Band 6, S. 4800-4803, Stichwort "Ultraschall", bekannt.
Aus der genannten Literaturstelle ist es bekannt, daß im Was¬ ser befindliche Zellen von Kleinlebewesen (Bakterien, Algen) durch Ultraschall großenteils zerrissen werden, daß Milch bei Ultrabeschallung keimfrei wird und daß Kleintiere bei ausreichender Intensität der Ultraschallquelle getötet werden können. Als Ultraschallquellen dienen mechanische oder elek¬ trische Ultraschalleistungswandler. Die durch die Ultraschalleistungswandler erzeugte Druckwelle kann mittels speziell geformter Ultraschallhorner den Erfordernissen ange¬ paßt werden. Dies schlägt die genannte Literaturstelle in Ver¬ bindung mit der Verwendung der Ultraschallvorrichtung zur Rei¬ nigung von Werkstücken vor, gibt aber keine näheren Hinweise, wie ein solches Ultraschallhom ausgebildet sein soll.
Mit der bekannten Ultraschallvorrichtung läßt sich somit zwar die sich im Ultraschallhom oder in unmittelbarer Nähe des Leistungswandlers befindliche Flussigkeitsmenge entkeimen, nicht aber eine größere Flussigkeitsmenge, insbesondere keine solche, die in einem Flusεigkeitskreislauf in keimfreier Form benötigt wird. Weiter gibt die genannte Literaturstelle keinerlei Hinweis darauf, wie die Ultraschallvorrichtung auf¬ gebaut sein kann, damit auch bestehende Flussigkeitsbehalter oder -kreisläufe damit nachrustbar sind.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ultraschallvorrichtung der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Art derart auszubilden, daß mit ihr mühelos auch eine größere als die sich in ihrer unmittelbaren Nähe befindliche Flüssigkeitsmenge oder eine sich in einem bestehenden Kreislauf befindliche Flüssigkeit entkeimt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Ultraschallvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der Ultraschallvorrichtung nach der Erfindung ist das Ul¬ traschallhom an seinem ersten Ende an den Ultra¬ schalleistungswandler angeschlossen. Der Ultraschalleistungs¬ wandler ist mittels einer Haltevorrichtung so gehalten, daß er auf der Seite, die dem Ultraschallhom zugewandt ist, mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt. Das Ultraschallhom ist so mit Ultraschall wirkungsvoll beschallbar, so daß die in dem Ul¬ traschallhom befindliche Flüssigkeit entkeimt werden kann. Das Ultraschallhom weist in einem Innenwandbereich mehrere Durchbrüche zum Ein- und/oder Ausströmen von Flüssigkeit auf. Durch die Durchbrüche kann die Flüssigkeit in das Ultra¬ schallhom eintreten, dort mit Ultraschall hoher Intensität beschallt und so in Schwingung versetzt werden. Dadurch, daß die Durchbrüche in einem Innenwandbereich zwischen der Eng¬ stelle des Ultraschallhorns und seinem zweiten, freien Ende angeordnet sind, werden die Flüssigkeitsteilchen durch die von dem Ultraschalleistungswandler erzeugte Druckwelle zu dem freien Ende getrieben und können dort frei austreten, während Flüssigkeit durch die Durchbruche stets nachströmt. So wird die Flüssigkeit in dem Ultraschallhom auch bei fehlender äu¬ ßerer Strömung stets ausgetauscht. Falls das freie Ende ent¬ gegen einer in der Flüssigkeit bestehenden äußeren Strömung angeordnet wird, so strömen die Flussigkeitsteilchen durch das freie zweite Ende des Ultraschallhorns in das Ultraschallhom hinein, werden dort durch die Ultraschallbeschallung keimfrei gemacht und durch die Druckwelle zum Innenwandbereich des Ultraschallhorns gedrangt, wo sie durch die Durchbruche frei ausströmen können. Damit ist eine Ultraschallvorrichtung ge¬ schaffen, die sowohl in einen existierenden Flus- sigkeitskreislauf zum Entkeimen der Flüssigkeit integriert werden kann, als auch, falls die Vorrichtung in einen Behalter mit ruhender Flüssigkeit eingebracht wird, selbst einen Flus- sigkeitskreislauf durch das Ultraschallhom hindurch erzeugen kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegen¬ stande der Unteranspruche.
Falls auf der zu dem Ultraschallhom entgegengesetzten Seite des Ultraschalleistungswandlers ein Korper großer Masse an der Haltevorrichtung befestigt ist, so wird der Ultraschallei¬ stungswandler seine Ultraschalleistung bevorzugt in der zu dem Korper großer Masse entgegengesetzten Richtung abgeben. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn der Korper großer Masse aus einem Material mit schlechter Schalleitfähigkeit besteht.
Da an dem Ultraschalleistungswandler sehr hohe elektrische Spannungen anliegen können, ist es vorteilhaft, die Haltevor¬ richtung in ein Gehäuse einzubauen, das auf der zu dem Ultra¬ schallhom entgegengesetzten Seite mit einem Abschirmgehause aus elektrisch leitfahigem Material versehen ist. In diesem Falle kommt es auch dann nicht zu Verletzungen bei dem Bedien¬ oder Wartungspersonal, wenn die Ultraschallvorrichtung unbeabsichtigt während des Betriebes angefaßt wird. Das Ab¬ schirmgehause kann mit Offnungen zum freien Ein- und Austritt von Flüssigkeit versehen sein, so daß auch die dem Ultraschallhom entgegengesetzte Seite des Ul¬ traschalleistungswandlers oder der dort befestigte Korper großer Masse mit Flüssigkeit umspult ist. Falls diese Seite nur mit Luft in Kontakt käme, wurde der Ul- traschalleistungswandler zuviel Ultraschalleistung in dieser Richtung anstatt in Richtung des Ultraschallhorns abgeben, da Luft der Ultraschallabgabe weniger Widerstand entgegensetzt als die Flüssigkeit.
Eine besonders kompakte und damit für das Nachrüsten bei bestehenden Anlagen vorteilhafte Bauweise der Ultraschallvor¬ richtung nach der Erfindung ergibt sich dann, wenn das Ab¬ schirmgehäuse kuppeiförmig aufgebaut ist. Eine kompakte Bau¬ weise wird auch dadurch erreicht, daß das Gehäuse an einer Befestigungseinrichtung mit integrierter Anschlußlei¬ tungsdurchführung befestigt wird, so daß separate Befestigungseinrichtungen und Anschlußeinrichtungen vermieden werden.
Die Effizienz der Ultraschallvorrichtung nach der Erfindung ist am größten, wenn das Ultraschallhom an die Ultraschallfrequenz, die zum Entkeimen der Flüssigkeit verwen¬ det werden soll, angepaßt ist. Dazu ist gemäß einer vorteil¬ haften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Innenwan¬ dung des Ultraschallhorns zwischen dem ersten und dem zweiten Ende in mehrere Abschnitte aufzuteilen, wobei die Innenwandung des Ultraschallhorns in den verschiedenen Abschnitten im Längsschnitt verschiedene Krümmungsradien oder Geraden unter¬ schiedlicher Steigung aufweist. Die Krümmungsradien bzw. die Geradensteigungen, die Anzahl und die Länge der Abschnitte so¬ wie die Länge des Ultraschallhorns sind Parameter, die die Frequenzabstimmung des Ultraschallhorns beeinflussen. Zwischen einzelnen Abschnitten kann als Trennungslinie eine Kante vorgesehen sein, indem der Übergang von einem Krümmungsradius in den anderen bzw. zwischen den Geraden unterschiedlicher Steigung abrupt erfolgt. Eine solche Kante wirkt als Beugungs¬ kante für die Druckwelle. Je nach Lage der Trennungslinie und/oder der Kante sind damit die Form der Druckwelle und die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsteilchen beeinflußbar, und insbesondere ist die Druckwelle dadurch auf bestimmte Stellen im Ultraschallhom und/oder vorderhalb desselben, insbesondere in dessen Längsachse, fokussierbar. Eine besonders wirkungsvolle Durchstromung des Ultraschall¬ horns mit der Flüssigkeit wird erreicht, wenn die Durchbruche so angeordnet sind, daß ihre Zentren in der Innenwandung des Ultraschallhorns auf einer Trennungslinie zwischen zwei Ab¬ schnitten, vorzugsweise auf einer Kante zum Beugen der Druck¬ welle liegen, da dort der Sog bzw. Druck in der Flüssigkeit erhöht ist.
Eine Verbesserung der Durchstromung ist auch erzielbar, wenn die Durchbruche schräg so verlaufen, daß die Flussigkeitsstro- mung von den Durchbruchen zu dem freien Ende des Ultraschall¬ horns oder umgekehrt an dem Übergang zwischen der Innenwandung des Ultraschallhorns und den Durchbrechungen nur leicht abge¬ winkelt wird. Darum verlaufen bei einer vorteilhaften Ausge¬ staltung der Erfindung die Durchbruche so, daß ihre Mittelach¬ sen, die sich in einem Schnittpunkt mit einer Längsachse des Ultraschallhorns schneiden, mit einem von dem Schnittpunkt durch das zweite, freie Ende verlaufenden Teilabschnitt der Langsachse einen stumpfen Winkel einschließen.
Eine besonders einfach herstellbare Ausgestaltung der Erfin¬ dung besteht darin, daß die Durchbruche kreisförmige Bohrungen sind.
Vorteilhafterweise weist der Innenraum des Ultraschallhorns an dessen erstem Ende eine Querschnittsflache auf, die in etwa der Querschnittsflache des Ultraschalleistungswandlers ent¬ spricht, damit ein möglichst großer Anteil der von dem Ultraschalleistungswandler abgegebenen Ultraschalleistung in das Ultraschallhom einkoppelbar ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin¬ dung ist vorgesehen, daß sich das Ultraschallhom von dem er¬ sten Ende aus bis zu der Engstelle fortschreitend verengt und sich von der Engstelle aus zu dem zweiten Ende fortschreitend erweitert, εo daß das Ultraschallhom als eine Art Düse ausge¬ bildet ist. Die Engstelle wirkt in diesem Fall als Reflexionsbeugestelle für die Druckwelle. Je nach Lage der Engstelle sind verschiedene Ausführungen des Ultraschallhorns für verschiedene Ultraschallfrequenzen möglich. Wenn sich die Engstelle unmittelbar bei dem ersten Ende befindet, hat das Ultraschallhom die Form eines Trichters statt einer Düse.
Eine besonders kompakte und einfache Ausgestaltung der erfin¬ dungsgemaßen Ultraschallvorrichtung besteht darin, daß das Ul¬ traschallhom rotationssymetrisch ist.
Wenn weiter, wie bei einer besonders vorteilhaften Ausgestal¬ tung der Erfindung vorgesehen, das Ultraschallhom aus einem gut schalleitenden Material wie z.B. Titan besteht, wird die Tendenz, die Ultraschalleistung bevorzugt in Richtung des Ul¬ traschallhorns abzugeben, noch verstärkt.
Ein besonders vorteilhafter Verwendungszweck der erfindungsge¬ maßen Ultraschallvorrichtung ist in einer bevorzugten Ausge¬ staltung derselben deren Einsatz in einer Vorrichtung zur Auf¬ arbeitung von Kühl- und/oder Schmierolemulsionen, insbesondere Bohrolemulsionen oder ahnlichen technischen Flüssigkeiten. Ge¬ rade in technischen Flussigkeitskreislaufen, die mit der Umge¬ bung in Kontakt treten, wie insbesondere bei Bohrolemulsionen, entstehen oft ganze Bakterienkulturen. Falls nun Bedienungspersonal mit Bohrolemulsionen oder ahnlichen mit Keimen belasteten technischen Flüssigkeiten in Berührung kommt, welche bei den hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten in der modernen Industrie auch ohne weiteres als Aerosole in der Luft verteilt vorliegen können, kommt es oft zu erheblichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen. Die erfindungsgemäße Ul¬ traschallvorrichtung kann so kompakt hergestellt werden, daß sie direkt in Werkzeugmaschinen in deren Kühl- und/oder Schmierstoffkreislauf integrierbar ist, um die vorgenannten Beeinträchtigungen zu verhindern. Durch die Optimierung der Ultraschallabgabe benugt sich die Ultraschallvorrichtung dabei überdies mit einer minimalen Energiemenge, so daß der Nachrü¬ stung einer Aufarbeitungsvorrichtung der genannten Art mit ei- ner Ultraschallvorrichtung nach der Erfindung also auch unter dem Gesichtspunkt des Energiebedarfs nichts im Wege steht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 eine Ultraschallvorrichtung zum Entkeimen von Flüs¬ sigkeiten in einer ersten Funktionsweise, und
Fig. 2 die Ultraschallvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer zweiten Funktionsweise.
BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht eine Ultraschallvorrichtung 2 aus einem äußeren Gehäuse 4, das auf seiner Rückseite 10 mit einem mit Öffnungen 6 versehenen kuppeiförmigen Abschirmge¬ häuse 8 versehen ist. In dem Gehäuse 4 ist eine Haltevorrich¬ tung 12 für einen Ultraschalleistungswandler 14 angeordnet. Die Haltevorrichtung 12 ist auf der Vorderseite 16 des Gehäu¬ ses 4 mit einem Ultraschallhom 18 verbunden.
Die Haltevorrichtung 12 hat nahezu denselben Aufbau wie eine in der DE 42 20 205 Cl, auf die für nähere Einzelheiten ver¬ wiesen wird, offenbarte Haltevorrichtung. In der Haltevorrich¬ tung 12 ist der Ultraschalleistungswandler 14 derart gehalten, daß er zumindest auf der dem Ultraschallhom 18 zugewandten Seite 20 mit einer zu entkeimenden Flüssigkeit 22 in Kontakt kommt. Dazu ist das Gehäuse 4 in die Flüssigkeit 22 einge¬ taucht, was durch einen mit 24 bezeichneten Flüssigkeitsspie¬ gel angedeutet ist. Auf einer zu dem Ultraschallhom 18 entge¬ gengesetzten Seite 26 des Ultraschalleistungswandlers 14 ist in der Haltevorrichtung 12 ein Körper 28 mit großer Masse an¬ geordnet, über den an den Ultraschalleistungswandler 14 eine Hochspannung mit hoher Frequenz angelegt wird. Der Körper 28 besteht aus einem Material mit schlechter Schalleitfähigkeit, bevorzugt aus Bronze. An dem Körper 28 ist zum Anschluß einer nicht gezeigten Hochspannungsversorgungsleitung eine Anschlu߬ schraube 30 vorgesehen. Der Ultraschalleistungswandler 14 weist wenigstens zwei im Querschnitt kreisförmige Platten 31, 33 als piezoelektrische Elemente auf, von denen die Platte 31 auf ihrer Rückseite mit dem Körper 28 in Kontakt ist und von denen die Platte 33 auf ihrer Rückseite ein nicht dargestell¬ tes Federblech aufweist, das gegen die Platte 31 isoliert ist und am äußeren Rand eine hervorstehende Zunge (nicht darge¬ stellt) aufweist, die auch mit dem Körper 28 in Kontakt ist. Die andere Klemme der Hochspannungsquelle ist über isoliert in dem Gehäuse 4 befestigte Anschlußschrauben 29a und 29b mit den Vorderseiten der Platten 31 bzw. 33 über nicht dargestellte Zungen elektrisch verbunden. Nähere Einzelheiten, insbesondere über die Anschlüsse und die Isolierung der Platten 31, 33, finden sich in der oben erwähnten DE 42 20 205 Cl.
Wichtig ist hier, daß die Seite 26 und eine dazu entgegenge¬ setzte Seite 20 des Ultraschalleistungswandlers 14 galvanisch voneinander, vom Gehäuse 4 und vom Ultraschallhom 18 getrennt sind. Die galvanische Trennung zwischen dem Ultraschallhom 18 und dem Ultraschalleistungswandler 14 erfolgt mittels eines zwischen dem Ultraschallhom 18 und dem Ultraschalleistungs¬ wandler 14 angeordneten Isolierrings 35.
Das Abschirmgehäuse 8 wirkt als Faradaykäfig, um die an dem Körper 28 anliegende hohe elektrische Spannung von der Umge¬ bung abzuschirmen. Das Gehäuse 4 ist an einer Befestigungseinrichtung 32 mit integrierter Anschlu߬ leitungsdurchführung 34 befestigt.
Die Befestigungseinrichtung 32 ist wie das gesamte Gehäuse 4 mittels einer Isolierung 36 von der Haltevorrichtung 12 elek¬ trisch isoliert. Mit der Befestigungseinrichtung 32 ist die Ultraschallvorrichtung 2 in einen (nicht dargestellten) Vorratsbehälter für Kühl- und/oder Schmierflüssigkeiten einer (ebenfalls nicht dargestellten) Werkzeugmaschine eingebaut und zwar so, daß der Flüssigkeitsspiegel 24 in dem Vorratsbehälter wie in Fig. 1 gezeigt in etwa bis zu dem Übergang zwischen dem Gehäuse 4 und der Befestigungseinrichtung 32 reicht. Dabei ist die Befestigungseinrichtung 32 bevorzugt an einem Teil eines Deckels des Vorratsbehälters angebracht, so daß sie mit dem Deckel leicht entfernt und gewartet werden kann.
Im folgenden wird nun der Aufbau des Ultraschallhorns 18 be¬ schrieben. Das Ultraschallhom 18 ist mit einem ersten Ende 38 an den Ultraschalleistungswandler 14 angeschlossen. Das Ultra¬ schallhom 18 verjüngt sich von dem ersten Ende 38 aus stetig bis zu seiner von dem ersten Ende 38 beabstandeten Engstelle 40 und erweitert sich stetig von der Engstelle 40 aus zu sei¬ nem zweiten, freien Ende 42 hin. Das Ultraschallhom 18 ist so wie eine Art Düse geformt, wobei sich an seinem ersten Ende 38 der Ultraschalleistungswandler 14 befindet und das zweite Ende 42 frei von der Flüssigkeit 22 durchströmbar ist. Die Wandung 44 des Ultraschallhorns 18 ist rotationssymetrisch um eine Längsachse L. Der Innenraum 46 weist an dem ersten Ende 38 eine Querschnittsfläche auf, die in etwa der Querschnittsflä¬ che des Ultraschalleistungswandlers 14 entspricht. Die Wandung 44 und insbesondere die Innenwandung 48 des Ultraschallhorns 18 weisen in Längsrichtung drei Abschnitte A, B und C mit je¬ weils verschiedenen Krümmungsradien auf. Die Übergänge zwi¬ schen den Krümmungsradien sind nicht kontinuierlich, sondern abrupt gehalten, so daß an der Trennungslinie zwischen dem Ab¬ schnitt A und dem Abschnitt B eine erste Kante 50 und an der Trennungslinie zwischen dem Abschnitt B und dem Abschnitt C eine zweite Kante 52 in der Innenwandung 48 ausgebildet ist. Die Trennungslinien oder Kanten 50, 52 verlaufen so, daß sie Ebenen aufspannen, die zu der Längsachse L rechtwinkelig sind.
Die Wandung 44 weist zwischen der Engstelle 40 und dem zweiten Ende 42 vier kreisförmige Bohrungen 54 als Durchbrüche auf, wobei die Mittelachsen M der kreisförmigen Bohrungen 54 die Innenwandung 48 genau an der zweiten Kante 52 durchstoßen, so daß die Zentren Z der kreisförmigen Bohrungen 54 in der Innenwandung 48 in der durch die zweite Kante 52 aufgespannten Ebene zu liegen kommen. Die kreisförmigen Bohrungen 54 verlau- fen schräg zu der Langsachse L, so daß ihre Mittelachsen M, die die Langsachse L des Ultraschallhorns in einem Schnitt¬ punkt S schneiden, mit einem von dem Schnittpunkt S durch das freie Ende 42 verlaufenden Teilabschnitt SL der Langsachse L einen stumpfen Winkel α einschließen.
Im Betrieb erzeugt der Ultraschalleistungswandler 14 in der Flüssigkeit 22 eine Druckwelle 56, die sich in dem Innenraum 46 des Ultraschallhorns 18 von dem ersten Ende 38 zu dem zwei¬ ten Ende 42 fortpflanzt. Die Kanten 50 und 52 sowie die Eng¬ stelle 40 wirken dabei als Beugekanten, an der die Druckwelle 56 gebeugt und auf die Langsachse L fokussiert wird. Dadurch, daß die Mittelachsen M mit dem Teilabschnitt SL der Langsachse L einen stumpfen Winkel α einschließen, entstehen an den Übergängen zwischen den Bohrungen 54 und der Innenwandung 48 Ubergangskanten 58 und 60, die ebenfalls als Beugekanten für die Druckwelle 56 wirken. .
Durch die Beugung an den Kanten 50, 52, 58 und 60 wird die Druckwelle 56 auf die Langsachse L fokussiert und gebündelt. Die Bündelung der Druckwelle 56 ist so stark, daß die Ultra¬ schalleistung auch noch bis in eine Distanz von ca. einem Me¬ ter und mehr weitergegeben wird. In einem Versuchsaufbau wurde ein Prototyp der Ultraschallvorrichtung 2 in einem Acryl- glasbehalter befestigt und in Betrieb gesetzt. Dabei ist in einer Entfernung von 1,10 Meter der Acrylglasbehalter noch durchgeschweißt worden. Die Ultraschallvorrichtung 2 hatte da¬ bei eine Leistungsaufnahme von nur ca. 100 Watt.
Die besondere Ausgestaltung des Ultraschallhorns 18 bewirkt, daß Flussigkeitsteilchen durch die Druckwelle 56 in Richtung R aus dem zweiten Ende 42 des Ultraschallhorns hinausgetrieben werden. Dabei wird, wie durch Pfeile 62 angedeutet, stets Flüssigkeit 22 durch die Bohrungen 54 nachgesaugt. In dem Vorratsbehalter entsteht so auch ohne Pumpe eine Flussigkeits- stromung, die bewirkt, daß das gesamte Volumen der Flüssigkeit 22 in dem Vorratsbehalter umgewalzt und auf diese Weise abso¬ lut entkeimt wird. Die Forderleistung der Ul- traschallvorrichtung 2 betrug bei dem Prototyp mit ca. 100 Watt Leistungsaufnahme etwa 1 m3 Flüssigkeit pro Stunde.
Anhand von Fig. l ist die Ultraschallvorrichtung 2 in einer Funktionsweise beschrieben worden, in der mit ihr ein Vorrats- behälter einer Werkzeugmaschine, der eine ruhende Flüssigkeit 22 enthält, nachgerüstet worden ist.
Die Ultraschallvorrichtung 2 kann aber auch in bereits beste¬ hende Flüssigkeitskreisläufe eingebaut werden, z.B. bei Werk¬ zeugmaschinen direkt in den Vorlauf oder Rücklauf einer Kühl¬ oder Schmiermittelpumpe. Ein solches Anwendungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt. Gemäß Fig. 2 wird die Flüssigkeit 22 mittels einer Pumpe 64 durch das zweite Ende 42 in den Innenraum 46 des Ultraschallhorns 18 geleitet. In dem Innenraum 46 wird die Flüssigkeit mit der Druckwelle 56 beaufschlagt und kann nach der Ultraschallbeschallung über die Bohrungen 54 wieder nach außen treten. Die Strömung der Flüssigkeit 22 ist in Fig. 2 durch Pfeile R* und 62' angedeutet.
Die Ultraschallvorrichtung 2 kann selbstverständlich in ver¬ schiedenen Größen und für verschiedene Ultraschallfrequenzen hergestellt werden. Dabei ist das Ultraschallhom 18 jeweils auf die zu verwendende Ultraschallfrequenz abgestimmt. Die Ab¬ stimmung erfolgt bereits bei der Herstellung des Ultraschall¬ horns 18 durch empirische Bestimmung der günstigsten Maße des Ultraschallhorns 18 sowie der Krümmungsradien der Abschnitte A, B und C und der günstigsten relativen Lage der Engstelle 40 und der Kanten 50, 52, 58 und 60. Der Prototyp, der als Vor¬ bild für die Darstellungen gemäß Fig. l und Fig. 2 diente, war auf eine Ultraschallfrequenz zwischen 50 kHz und 400 kHz ab¬ stimmbar.
Als Ultraschalleistungswandler 14 sind zwar verschiedene Lei¬ stungswandler denkbar, bevorzugt sind jedoch die kreisförmigen Platten 31, 33 piezoelektrische Elemente, wie sie auch in der oben erwähnten DE 42 20 205 Cl offenbart sind. Die bevorzugt verwendeten Materialien sind Werkstoffe mit sehr hoher Schalleitfähigkeit, z.B. Titan, für das Ultraschallhom 18, Aluminium für die Gehäuse 4 und 8 und Keramik oder glasfaserverstärkter Kunststoff für die Isolierungen 35 und 36. Natürlich sind auch vielfältige andere Materialien für die genannten Bauteile denkbar.
Ein möglicher Anwendungszweck der beschriebenen Ultraschallvorrichtung 2 wäre beispielsweise in einer Vorrich¬ tung zum Aufbereiten von Bohrolemulsionen mit ähnlicher Wir¬ kung und/oder ähnlichem Aufbau wie eine aus der DE 37 13 122 AI bekannte Vorrichtung. Der Hauptvorteil einer Vorrichtung zum Aufbereiten von Bohrolemulsionen in Form der hier be¬ schriebenen Ultraschallvorrichtung 2 bestünde gegenüber der bekannten Vorrichtung darin, daß sie erheblich kostengünstiger herstellbar wäre.
Die Ultraschallvorrichtung 2 muß aber nicht stationär ange¬ bracht sein, sie kann auch an einem Schwimmer angebracht sein und anstatt in einem Vorratsbehalter einer Werkzeugmaschine in einem See oder Teich auf der Oberfläche schwimmen oder in ei¬ nem Auslaß von Kläranlagen oder in Schwimmbädern zur Entkei¬ mung eingesetzt werden. Beim Einsatz der Ultraschallvorrich¬ tung 2 in Schwimmbädern zur Entkeimung können Chlor- oder Re- dox-Anlagen eingespart werden.
Anstatt wie in Fig. 2 im Rücklauf der Pumpe 64 könnte die Ul¬ traschallvorrichtung 2 auch in einer von der Flüssigkeit 22 durchströmten Leitung (nicht dargestellt) angeordnet sein. Die lichte Weite der Leitung wäre in diesem Fall größer als der größte Außendurchmesser oder die größte Außenabmessung der Ul¬ traschallvorrichtung 2, so daß die Flüssigkeit 22 an der Ultraschallvorrichtung 2 vorbeifließen könnte.
Die Entkeimungswirkung der Ultraschallvorrichtung 2 beruht auf durch den Ultraschall erzeugten Kravitäten in Form von Gasbläschen, die kollabieren, wobei sich oft ein Flüssigkeits¬ strahl bildet, der mit hoher Geschwindigkeit durch das Gas- bläschen schießt. Es bilden sich Drücke bis 10000 bar und Tem¬ peraturen bis 10000° Kelvin. Ferner kann es zu Ladungstrennun¬ gen kommen, die elektrische Entladungen zur Folge haben. Die Zerstörung von Bakterien, Pilzen, Viren und anderen Keimen können gegen diese Art der mechanischen Zerstörung keine resi- stenten Mutationen bilden, wie dies beim Einsatz chemischer Desinfektionsmittel möglich ist. Der Entkeimvorgang ist sehr kostengünstig und belastet die Umwelt nicht, weil keine chemi¬ schen Substanzen eingesetzt und deswegen auch nicht abgebaut werden müssen. Bei Verwendung der Ultraschallvorrichtung 2 zum Entkeimen des Wassers in Schwimmbädern kann somit die Zugabe von Chlor stark reduziert oder gar vermieden werden. Trinkwas¬ ser, das normalerweise durch Zugabe von Ozon oder Chlor ent¬ keimt wird, ließe sich beispielsweise in Entwicklungsländern unter Einsatz der Ultraschallvorrichtung 2 direkt an dem Was¬ serhahn oder dem Trinkwasseranschluß eines Hauses installie¬ ren. Auch ist der Einsatz zum Reinigen von Blutplasma von HIV- Viren oder allgemein von Viren hochmolekularen Ursprungs denk¬ bar.
Der Einsatz der Ultraschallvorrichtung 2 zum Entkeimen von Kühlschmieremulsionen hat zusätzlich noch den Effekt, daß die Emulsionen nach der Ultraschallbeschallung sehr fein vor¬ liegen.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschallvorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten, mit wenigstens einem Ultraschalleistungswandler (14) zum Beauf¬ schlagen der Flüssigkeit (22) mit Ultraschall, an den ein Ul¬ traschallhom (18) zum Formen der durch den Ultraschall erzeugten Druckwelle (56) mit einem ersten Ende (38) ange¬ schlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschalleistungswandler (14) in einer Haltevorrichtung (12) derart gehalten ist, daß er wenigstens auf der Seite (20) , die dem Ultraschallhom (18) zugewandt ist, mit der Flüssigkeit (22) in Kontakt kommt, und daß das Ultraschallhom (18) in ei¬ nem Innenwandbereich zwischen seiner Engstelle (40) und seinem zweiten, freien Ende (42) mit Durchbrüchen (54) zum Ein- und/oder Ausströmen von Flüssigkeit (22) in das bzw. aus dem Ultraschallhom (18) versehen ist.
2. Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zu dem Ultraschallhom (18) entge¬ gengesetzten Seite (26) des Ultraschalleistungswandlers (14) ein Körper großer Masse (28) an der Haltevorrichtung (12) be¬ festigt ist.
3. Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper großer Masse (28) aus einem Ma¬ terial mit schlechter Schalleitfähigkeit besteht.
4. Ultraschallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (12) in ein Gehäuse (4) eingebaut ist, das auf der zu dem Ultraschallhom (18) entgegengesetzten Seite (10) zum Abschirmen von an dem Ultraschalleistungswandler (14) anliegender Hochspannung mit einem Abschirmgehäuse (8) aus elektrisch leitfähigem Material versehen ist.
5. Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Abschirmgehäuse (8) mit Öffnungen (6) zum freien Ein- und Austritt von Flüssigkeit (22) versehen ist.
6. Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmgehäuse (8) kuppeiförmig ist.
7. Ultraschallvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) der Ultraschallvorrichtung eine Befestigungseinrichtung (32) mit integrierter Anschlußleitungsdurchführung (34) aufweist.
8. Ultraschallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (48) des Ultra¬ schallhorns zwischen dem ersten (38) und dem zweiten Ende (42) in mehrere Abschnitte (A, B, C) aufgeteilt ist, in denen sie im Längsschnitt jeweils verschiedene Krümmungsradien oder Ge¬ raden unterschiedlicher Steigung aufweist.
9. Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Trennungslinie zwi¬ schen zwei Abschnitten der Innenwandung eine Kante (50, 52) zum Beugen der Druckwelle (56) ausgebildet ist.
10. Ultraschallvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentren (Z) der Durchbrüche (54) in der Innenwandung (48) des Ultraschallhorns (18) auf einer Trennungslinie zwischen zwei Abschnitten liegen.
11. Ultraschallvorrichtung nach einem der Ansprüche l bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (54) schräg ver¬ laufen, so daß ihre Mittelachsen (M) sich in einem Schnitt¬ punkt (S) mit einer Längsachse (L) des Ultraschallhorns schneiden und mit einem von dem Schnittpunkt (S) durch das zweite, freie Ende verlaufenden Teilabschnitt (SL) der Längsachse (L) einen stumpfen Winkel (α) einschließen.
12. Ultraschallvorrichtng nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche kreisförmige Boh¬ rungen (54) sind.
13. Ultraschallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (46) des Ultraschallhorns (18) eine Querschnittsfläche aufweist, die an dem ersten Ende (38) desselben in etwa der Querschnittsfläche des Ultraschalleistungswandlers (14) entspricht.
14. Ultraschalleistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ultraschallhom (18) von dem ersten Ende (38) aus bis zu der Engstelle (40) zuneh¬ mend verengt und sich von der Engstelle (40) aus zu dem zwei¬ ten Ende (42) zunehmend erweitert.
15. Ultraschallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschallhom (18) rotationssymmetrisch ist.
16. Ultraschallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschallhom (18) aus einem gut schalleitenden Material besteht.
17. Vorrichtung zur Aufarbeitung von Kühlschmieremulsionen, insbesondere Bohrolemulsionen, oder ähnlichen technischen Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine Ultraschallvorrich¬ tung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
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