WO2013079261A2 - Transformationssonotrode, sonotrode und verfahren zur herstellung - Google Patents
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- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
Definitions
- the invention relates to transformation sonotrodes which serve as amplifiers / boosters, to sonotrodes which have an amplifier and to a method for producing transformation sonotrodes.
- transformation sonotrodes One way to increase the amplitude is represented by so-called transformation sonotrodes.
- These elements also called booster / amplifiers, are generally rod-shaped components which have decreasing cross-sectional areas towards the front. By reducing the cross-sectional area of the axially continuous wave or its amplitude is amplified.
- the ratio of the end face on the A ⁇ gang of such an amplifier to which the end face on the off ⁇ gear, in the direction of the actual sonotrode provides information about the gain factor, which corresponds to the cross-sectional change.
- the shape of the transformation sonotrodes depends on the frequency of the vibration to be amplified. The long design of the described transformation sonotrodes is much too long for many technical applications. Compact designs of such elements are not yet known.
- the invention is thus based on the object to describe a transport formationssonotrode whose design is made compact in übli ⁇ cher amplitude gain.
- the solution to this problem is done by the combination of features ⁇ nation of each independently formulated claims.
- Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
- the invention is based on the finding that a com ⁇ pact construction of a transformation electrode in the usual amplitude gain can be achieved, if this is represented by a hollow cylinder, which is swept inward on one side or turned inside out. Since the hollow cylinder has, between its first end face and its opposite second end face, a cross-sectional area which decreases for reinforcement, a protuberance on the side of the hollow cylinder which has the smaller cross-section is possible. Overall, this leads to a structure in which both the first and the second end face of the original hollow cylinder point in one direction.
- a further advantageous embodiment causes by the formation of the lateral surfaces of the hollow cylinder in a stepped form of cross-sectional decreases, the amplification of the sound waves by reflection at certain reflection surfaces, preferably formed in lateral surfaces exploit.
- An overall radially symmetrical design of the transformer sonotrode is advantageous because it can be easily adapted to the generally radially symmetrical shape of sonotrodes or of electromechanical transducers.
- sonotrodes is particularly essential when a generation of ultrasound over a electromechanical ⁇ African converter is operated.
- This ultrasound is generated by the electromechanical transducer in a special way and forwarded to a sonotrode. On the way there, an amplification of the amplitude by cross-section decrease is achieved.
- the electromechanical transducer can advantageously be designed ring ⁇ shaped, so that the first end face of the hollow cylinder is covered. Thus, the inwardly ge ⁇ clapped second tapered in cross-section end face is visible in the direction of the side of the coupling of the see electromechanical transducer.
- a piezoelectric transducer can be used in an advantageous manner.
- the sound waves generated by a piezo transducer have a stable shape, it must be increased for practical applications.
- the total transmitted power through a transformation sonotrode or through a sonotrode is frequency dependent.
- a piezoelectric transducer, which can be coupled with a hollow-derförmigen Transformationssonotrode is formed in the shape of a coin or a flat cylinder from ⁇ . The outside diameters are approximately the same. Should the piezoelectric transducer ⁇ for better handling of the overall system the view and the intervention inwardly ⁇ ben, so it is advantageous that the piezoelectric transducer is annular and, for example, the first
- the electromechanical transducer thus has less volume, it can theoretically transmit less force. Overall, however, a coupling is brought about by the first end face, so that the same effect as with a full surface of an electromechanical transducer is generated with the same outer diameter. This can be achieved via an adapted regulation.
- Figure 1 shows a transformation sonotrode
- Figure 2 shows a transformation sonotrode in which the
- Figure 3 shows a representation of a Transformationsso ⁇ notrode, viewed from below,
- FIG. 4 shows a transformation sonotrode in lateral view with electromechanical transducer 1 coupled to the underside.
- Ultrasound can be used, for example, for carrying out ultrasonic welding or, for example, also for cleaning surfaces or channels by shearing off impurities or the like.
- the term “accoustic streaming” generally refers to a flow of a liquid that is driven by the absorption of high-amplitude ultrasound. The formation of sound tubes and sound nodes on a sonotrode energy is transferred from the sonotrode to the surrounding liquid. The concentration of energy "shakes" dirt, for example on walls loose and dissolves them.
- ultrasonic sonotrodes usually formed rod-shaped, with decreasing cross-section. By reducing the cross-sectional area of the axially continuous wave is amplified.
- FIG. 1 shows such a transformation electrode 3 with the electromechanical transducer 1, which couples ultrasound via the first outer face 12 of the hollow cylinder 12 and offers amplified ultrasonic vibrations to the second inner face 17 of the hollow cylinder.
- the formation of the electromechanical transducer 1 over the entire surface in the form of a round, plate-shaped piezo element can be done.
- End face is characterized by the distance 16.
- FIG. 1 shows a construction which, in particular, transmits the deflection of an ultrasonic wave coupled in by the electromechanical transducer 1 by deflection with simultaneous amplification by continuous bending of the lateral surfaces of an original hollow cylinder.
- Sonotrode can be, for example, a rod in the middle passage 20 to install. This can be done by any connection method, the connection must be designed to be stable. In this case, a built-in rod is usually axially relative to the axis 7 up out.
- a region 4 is designated in each case, which is representative of a lower oscillation or oscillation amplitude with a relatively large mechanical force.
- the region 5 is marked, which is representative of a relatively high oscillation or oscillation amplitude with a lower mechanical force.
- Figure 2 shows an analogous representation according to Figure 1, wherein the lateral surfaces of an original hollow cylinder after the indentation on one side of the hollow cylinder extend inwardly at least partially rectilinear in section.
- ultrasound is coupled in from the electromechanical transducer 2, transmitted and amplified .
- a single or multiple reflection at the inner side of the Man ⁇ telology will take place in figure 2, so that a corresponding ultrasonic ⁇ wave on at least the reflection surface 22, the first end face 13 is approximately opposite reflected and in the direction the second end face 18 moves.
- the central central passage 21, a sonotrode, not shown, are installed, which protrudes upwards.
- the sonotrode may preferably be designed rod-shaped.
- a bore is indicated 6, is provided through which an electric cable 9 to the electro ⁇ step supply of the electromechanical transducer, which may in particular be a piezoelectric transducer.
- the distance 16 is the axial distance between the first and second end faces 12, 17; 13, 18. This axial distance the first and the second end face is adjustable depending on the construction. There is the possibility that a solar notrode be carried out with the specific work of art ⁇ into the central passage 20 is installed 21 that these ⁇ in a configuration of the electromechanical transducer as a ring 8 downwards from the Transformationssonotrode 3 ago protrudes.
- a Transformationssonotrode which is generally referred to as a horn or as a coupling horn, generally provides ei ⁇ ne connection between an electromechanical transducer 1, 2 and a sonotrode not shown in the figures, which is also referred to as Häsonotrode,.
- the adjustment of the sonotrode total results in a much shorter construction length.
- a piezoelectric element converts, for example electrical ⁇ specific energy into mechanical vibrations and couples them to the first end surface 12, 13 a at the underside of a Transformationssonotrode.
- FIG. 1 FIG the transformation sonotrode 3 deflected the sound wave, according to Figure 2, a transformation sonotrode, in which the sound wave is reflected at the upper end face, is shown.
- the piezoelectric elements can be designed as rings 8 in both variants. Through the middle passage 20, 21, it is possible to use a pass pin or a screw tapped off the vibration and forward, for example, to a sonotrode.
- the transformation sonotrode as a hollow cylinder turned inside or turned inside out, the course of the sound wave is steerable such that, while the cross-sectional taper remains constant, a large decrease of the area can be achieved despite the hollow cross-section. This results in the advantage of a compact design, to be able to achieve a significant amplification of the amplitude.
- Figures 3 and 4 show a real embodiment of a construction according to the Transformationssonotrode 3 according to Figure 1.
- Figure 3 is approximately Darge ⁇ represents a bottom view and a side view of the transform ⁇ sonotrode 3 is in Figure 4.
- Figures 3 and 4 respectively the middle passage 20, 21 indicated.
- both the first end face 12 and the second end face 17 of the transformation sonotrode 3 can be seen. Visible is also the bore 6 for an electrical supply line and the area 4 lesser vibration and high power.
- FIG. 4 shows an external view or a side view in non-cut form of a transformation sonotrode 3.
- the electromechanical transducer 1 can also be designed as a ring 8. Thus, the view from below would be given to a second end face 17.
Abstract
Transformationssonotrode (3) welche durch einen Hohlzylinder dargestellt ist, der sich von einer ersten Stirnfläche (12, 13) zu einer zweiten Stirnfläche (17, 18) verjüngt, wobei zur Aufnahme von mechanischen Schwingungen der Hohlzylinder an einer ersten Stirnfläche (12, 13) mit einem elektromechanischen Wandler (1, 2) koppelbar ist, zur Übertragung und Verstärkung der mechanischen Schwingungen im Bereich einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche (17, 18) mit einer Sonotrode koppelbar ist, wobei der Hohlzylinder am verjüngten Ende nach innen gestülpt ist, sodass beide Stirnflächen (12, 17, 13, 18) etwa in die gleiche Richtung weisen. Anwendungsfall: Geräuschlose Kühlung, Erzeugung von "accoustic Streaming".
Description
Beschreibung
Transformationssonotrode, Sonotrode und Verfahren zur Her¬ stellung
Die Erfindung betrifft Transformationssonotroden, welche als Verstärker/Booster dienen, Sonotroden, welche einen Verstärker aufweisen und ein Verfahren zur Herstellung von Transfor- mationssonotroden.
In diversen Gebieten, wie beispielsweise bei der Ultraschall- Reinigung, der Verfahrenstechnik, der Ultraschallfügung und der Erzeugung von "Accoustic Streaming", werden hochintensive Ultraschallfelder benötigt. Zur Erzeugung des Ultraschalls werden elektromechanische Wandler eingesetzt, die in der Re¬ gel Piezoelemente als elektromechanische Wandler aufweisen. Die Schwingungsamplituden der Piezoelemente sind jedoch nicht groß genug, um die benötigten Schallintensitäten zu erzeugen. Diese müssen dabei mechanisch verstärkt werden.
Eine Möglichkeit der Vergrößerung der Amplitude wird durch sogenannte Transformationssonotroden dargestellt. Diese, auch Booster/Verstärker genannten Elemente, sind in der Regel stabförmige Bauteile, welche nach vorne hin abnehmende Quer- schnittsflächen aufweisen. Durch die Verringerung der Querschnittsfläche wird die axial durchlaufende Welle bzw. deren Amplitude verstärkt. Das Verhältnis der Stirnfläche am Ein¬ gang eines solchen Verstärkers zu dem der Stirnfläche am Aus¬ gang, in Richtung auf die eigentliche Sonotrode, gibt Aus- kunft über den Verstärkungsfaktor, welcher der Querschnittsänderung entspricht. Die Form der Transformationssonotroden richtet sich nach der Frequenz der zu verstärkenden Schwingung. Die lange Bauform der beschriebenen Transformationssonotroden ist für viele technische Anwendungen wesentlich zu lang. Kompakte Bauformen solcher Elemente sind bisher nicht bekannt .
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Trans- formationssonotrode zu beschreiben, deren Bauform bei übli¬ cher Amplitudenverstärkung kompakt ausgeführt ist. Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombi¬ nation der jeweils unabhängig formulierten Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen . Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine kom¬ pakte Bauweise einer Transformationselektrode bei üblicher Amplitudenverstärkung erzielbar ist, wenn diese durch einen Hohlzylinder dargestellt ist, welcher einseitig nach innen gekehrt oder nach innen gestülpt ist. Da der Hohlzylinder zwischen seiner ersten Stirnfläche und seiner gegenüber liegenden zweiten Stirnfläche eine zur Verstärkung abnehmende Querschnittsfläche aufweist, ist eine Stülpung an der Seite des Hohlzylinders möglich, welche den kleineren Querschnitt aufweist. Dies führt insgesamt zu einem Gebilde, bei dem bei- de, die erste und die zweite Stirnfläche des ursprünglichen Hohlzylinders in eine Richtung weist.
Da die Querschnittsfläche bei einem Hohlzylinder quadratisch vom Radius abhängt, kann trotz des großen Querschnitts eine starke Abnahme der Fläche erreicht werden. Somit ergibt sich der Vorteil, dass eine kompakte Bauweise der Transformations¬ sonotrode eine deutliche Verstärkung der Amplitude mit sich bringt . Die Verstärkung der Amplitude einer Welle in der Transforma- tionssonotrode wird durch die kontinuierliche Querschnittsab¬ nahme von Mantelflächen des Hohlzylinders bewirkt, welche insgesamt keine Sprünge zwischen den ersten und zweiten
Stirnflächen aufweist. In diesem Fall werden die von der ers- ten Stirnfläche der Transformationssonotrode aufgenommenen Schall- oder Ultraschallwellen kontinuierlich umgelenkt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung bewirkt durch die Ausbildung der Mantelflächen des Hohlzylinders in gestufter Form Querschnittsabnahmen, die eine Verstärkung der Schallwellen durch Reflexion an bestimmten Reflexionsflächen, vor- zugsweise in Mantelflächen ausgebildet, ausnützen.
Eine insgesamt radial symmetrische Ausbildung der Transforma- tionssonotrode ist vorteilhaft, da diese leicht an die meist radial symmetrische Form von Sonotroden bzw. von elektrome- chanischen Wandlern angepasst werden kann.
Der Einsatz von Sonotroden ist insbesondere dann wesentlich, wenn eine Erzeugung von Ultraschall über einen elektromecha¬ nischen Wandler betrieben wird. Damit wird in besonderer Wei- se Ultraschall vom elektromechanischen Wandler erzeugt und bis zu einer Sonotrode weitergeleitet. Auf dem Weg dorthin wird eine Verstärkung der Amplitude durch Querschnittsabnahme erreicht . Der elektromechanische Wandler kann vorteilhafterweise ring¬ förmig ausgeführt werden, sodass die erste Stirnfläche des Hohlzylinders abgedeckt ist. Damit bleibt die nach innen ge¬ stülpte zweite, im Querschnitt verjüngte, Stirnfläche in Richtung auf die Seite der Ankoppelung des elektromechani- sehen Wandlers sichtbar.
Zur Erzeugung von Ultraschall kann in vorteilhafter Weise ein piezoelektrischer Wandler eingesetzt werden. Die von einem Piezowandler erzeugten Schallwellen weisen zwar einen stabi- len , Form auf, welcher jedoch für praktische Anwendungen vergrößert werden muss. Die insgesamt übertragene Leistung durch eine Transformationssonotrode oder auch durch eine Sonotrode ist frequenzabhängig. Ein piezoelektrischer Wandler, welcher mit einer hohlzylin- derförmigen Transformationssonotrode gekoppelt werden kann, ist in der Form einer Münze oder eines flachen Zylinders aus¬ gebildet. Die Außendurchmesser stimmen ungefähr überein. Soll
der piezoelektrische Wandler zur besseren Handhabung des Gesamtsystems die Sicht und den Eingriff nach innen hin freige¬ ben, so ist es vorteilhaft, dass der piezoelektrische Wandler ringförmig ausgebildet ist und beispielsweise die erste
Stirnfläche abdeckt. Da der elektromechanische Wandler damit weniger Volumen aufweist, kann er theoretisch auch weniger Kraft übertragen. Insgesamt kommt jedoch durch die erste Stirnfläche eine Einkoppelung zustande, sodass der gleiche Effekt wie mit einer vollen Fläche eines elektromechanischen Wandlers mit gleichem Außendurchmesser erzeugt wird. Dies lässt sich über eine angepasste Regelung erzielen.
Im Folgenden werden anhand der begleitenden schematischen Figuren, die die Erfindung nicht einschränken, Ausführungsbei- spiele beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Transformationssonotrode, die die
Schallwelle im Körper umlenkt, Figur 2 zeigt eine Transformationssonotrode, in der die
Schallwelle an einer, der ersten Stirnflä¬ che 13 gegenüber liegenden, Reflexionsflä¬ che 22 reflektiert wird, Figur 3 zeigt eine Darstellung einer Transformationsso¬ notrode, von unten betrachtet,
Figur 4 zeigt eine Transformationssonotrode in Seitenan¬ sicht mit an der Unterseite angekoppeltem elektromechanischem Wandler 1.
Zunächst werden die in den Figuren 1 bis 4 verwendeten Bezugszeichen erklärt: 1, 2 elektromechanischer Wandler
3 Transformationssonotrode
4 Bereich, mit geringer Schwingung und hoher mechanischer Kraft
5 Bereich, mit hoher Schwingung und geringer mechanischer Kraft
6 Bohrung
7 Achse
8 Ring, ringförmige Ausbildung des elektromechanischen
Wandlers
9 Elektrokabel
10 Umlenkung der Schallwelle
11 Reflexion
12 erste äußere Stirnfläche des Hohlzylinders bei Um¬ lenkung der Schallwelle
13 erste äußere Stirnfläche des Hohlzylinders bei Re¬ flexion der Schallwelle
16 axialer Abstand zwischen erster und zweiter Stirn- fläche
17 zweite innere Stirnfläche des Hohlzylinders bei Um¬ lenkung der Schallwelle
18 zweite innere Stirnfläche des Hohlzylinders bei Re¬ flexion der Schallwelle
19 Wandstärke
20, 21 mittlerer Durchgang
22 Reflexionsfläche
Ultraschall kann beispielsweise eingesetzt werden zur Ausfüh- rung von Ultraschallschweißungen oder beispielsweise auch zur Säuberung von Oberflächen oder von Kanälen durch die Abscherung von Verunreinigungen oder Ähnlichem. Unter dem Begriff "accoustic Streaming" versteht man allgemein ein Fließen einer Flüssigkeit, welches durch die Absorption von Ultraschall mit hoher Amplitude angetrieben wird. Durch die Ausbildung von Schallbäuchen und Schallknoten an einer Sonotrode wird Energie von der Sonotrode auf die umliegende Flüssigkeit übertragen. Die Konzentration der Energie „rüttelt" Verschmutzungen, beispielsweise an Wänden locker und löst sie ab .
Um von einem elektromechanischen Wandler, der Ultraschall erzeugt, eine Ultraschallwelle zu übertragen, muss regelmäßig
eine Verstärkung dieser Ultraschallwelle stattfinden. Das sind Ultraschallsonotroden, meist stabförmig ausgebildet, mit abnehmendem Querschnitt. Durch die Verringerung der Querschnittsfläche wird die axial durchlaufende Welle verstärkt.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen Transformationssonotroden, welche für eine kompakte Ausführung des Sonotrodensystems im Gegen¬ satz zu den üblichen Bauformen stark verkürzt sind. Figur 1 zeigt eine solche Transformationselektrode 3 mit dem elektromechanischen Wandler 1, der Ultraschall über die erste äußere Stirnfläche 12 des Hohlzylinders 12 einkoppelt und verstärkte Ultraschallschwingungen an der zweiten inneren Stirnfläche 17 des Hohlzylinders anbietet. Dabei kann die Ausbildung des elektromechanischen Wandlers 1 vollflächig in Form eines runden, plattenförmigen Piezoelementes geschehen. Vorteilhaft ist die Darstellung eines elektromechanischen Wandlers als Ring 8, welcher derart ausgelegt ist, dass er mit der ersten äußeren Stirnfläche des Hohlzylinders zur Ult- raschalleinkoppelung gekoppelt werden kann.
Die in Figur 1 dargestellte Transformationssonotrode ist der¬ art entstanden, dass, ausgehend von einer Wandstärke 19 im Bereich der ersten Stirnfläche 12 zur zweiten Stirnfläche 17 des Hohlzylinders hin eine Verjüngung der Wandstärke 19 vor¬ liegt. Zur Verkürzung der Baugröße in axialer Richtung ist das Ende des Hohlzylinders im Bereich der dünneren Wandstärke nach innen gestülpt, sodass die zweite Stirnfläche 17 in die gleiche Richtung weist wie die erste Stirnfläche 12. Die ge- genseitige Beabstandung zwischen der ersten und zweiten
Stirnfläche wird durch den Abstand 16 gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt somit eine Bauform, die insbesondere durch eine stetige Biegung der Mantelflächen eines ursprünglichen Hohl- Zylinders die Umlenkung einer vom elektromechanischen Wandler 1 eingekopppelten Ultraschallwelle durch Umlenkung bei gleichzeitiger Verstärkung zu übertragen. Zur endgültigen Übertragung von Ultraschallwellen auf eine nicht dargestellte
Sonotrode lässt sich beispielsweise ein Stab in den mittleren Durchgang 20 einbauen. Dies kann durch ein beliebiges Verbindungsverfahren bestehen, wobei die Verbindung entsprechend stabil ausgelegt sein muss. Dabei steht ein eingebauter Stab in der Regel axial relativ zur Achse 7 nach oben heraus.
In den Figuren 1 und 2 ist jeweils ein Bereich 4 bezeichnet, welcher stellvertretend ist für eine geringere Schwingung bzw. Schwingungsamplitude bei relativ großer mechanischer Kraft. Gleichzeitig ist der Bereich 5 gekennzeichnet, der stellvertretend ist für eine relativ hohe Schwingung bzw. Schwingungsamplitude bei geringerer mechanischer Kraft.
Figur 2 zeigt eine analoge Darstellung entsprechend Figur 1, wobei die Mantelflächen eines ursprünglichen Hohlzylinders nach der Einstülpung auf einer Seite des Hohlzylinders nach innen hin im Schnitt zumindest partiell geradlinig verlaufen. Ausgehend von der ersten Stirnfläche 13 der Transformations- sonotrode 3, entsprechend Figur 2, wird vom elektromechani- sehen Wandler 2 Ultraschall eingekoppelt, übertragen und ver¬ stärkt. Im Gegensatz zur Figur 1 wird jedoch in Figur 2 eine einfache oder mehrfache Reflexion an der Innenseite der Man¬ telfläche stattfinden, sodass eine entsprechende Ultraschall¬ welle spätestens an der Reflexionsfläche 22, die der ersten Stirnfläche 13 etwa gegenüberliegt, reflektiert wird und in Richtung auf die zweite Stirnfläche 18 wandert.
Auch in Figur 2 kann dem zentralen mittleren Durchgang 21 eine nicht dargestellte Sonotrode eingebaut werden, welche nach oben hervorsteht. Die Sonotrode kann vorzugsweise stabförmig ausgebildet sein. Weiterhin ist in den Figuren 1 und 2 eine Bohrung 6 angedeutet, durch die ein Elektrokabel 9 zur elekt¬ rischen Versorgung des elektromechanischen Wandlers, der insbesondere ein piezoelektrischer Wandler sein kann, vorgesehen ist.
Der Abstand 16 ist der axiale Abstand zwischen der ersten und der zweiten Stirnfläche 12, 17; 13, 18. Dieser axiale Abstand
der ersten und der zweiten Stirnfläche ist je nach Bauweise einstellbar. Dabei besteht die Möglichkeit, dass eine So- notrode, mit der bestimmte Arbeiten durchgeführt werden, der¬ art in den mittleren Durchgang 20, 21 eingebaut wird, dass diese bei einer Ausbildung des elektromechanischen Wandlers als Ring 8 nach unten aus der Transformationssonotrode 3 her¬ ausragt .
Eine Transformationssonotrode, die allgemein als Horn oder auch als Koppelhorn bezeichnet wird, stellt grundsätzlich ei¬ ne Verbindung zwischen einem elektromechanischen Wandler 1, 2 und einer in den Figuren nicht dargestellten Sonotrode, die auch als Arbeitssonotrode bezeichnet wird, dar. Die Anpassung der Sonotrode insgesamt ergibt eine wesentlich kürzere Bau- länge.
Die genaue Abstimmung eines Sonotrodensystems muss entspre¬ chende Einstellungen, beispielsweise im Frequenzabgleich vorsehen, da die Auslenkung eine Funktion der Leistung ist. Da die Bauform wesentlich kürzer im Verhältnis zu bekannten So- notrodensystemen ist, ergeben sich damit andere Leistungswerte. Diese können auch durch entsprechenden Frequenzabgleich optimiert werden. Entsprechend Figur 1 kann durch die Umlenkung 10 der Schallwelle eine ungestörte, kontinuierliche Welle umgelenkt wer¬ den. Entsprechend Figur 2 wird nach dem Spiegel- oder Refle¬ xionsprinzip eine Welle durch entsprechende Ausgestaltung der Transformationssonotrode 3 reflektiert. Die Umlenkung 10 be- ginnt im Bereich der Krümmung, wie es in Figur 1 dargestellt ist, und die Reflexion 11 beginnt in einem Bereich, indem die Schallwelle zumindest partiell gespiegelt wird und an eine Reflexionsfläche 22 reflektiert wird. Ein piezoelektrisches Element wandelt beispielsweise elektri¬ sche Energie in mechanische Schwingungen um und koppelt diese auf der ersten Stirnfläche 12, 13 an der Unterseite einer Transformationssonotrode ein. Entsprechend Figur 1 wird in
der Transformationssonotrode 3 die Schallwelle umgelenkt, entsprechend Figur 2 wird eine Transformationssonotrode, in der die Schallwelle an der oberen Stirnfläche reflektiert wird, dargestellt. Die Piezoelemente können bei beiden Vari- anten als Ringe 8 ausgeführt sein. Durch den mittleren Durchgang 20, 21 ist es möglich, mit einem Pass-Stift oder einer Verschraubung die Schwingung abzugreifen und beispielsweise an eine Sonotrode weiterzuleiten. Allgemein ist durch die Ausführung der Transformationssonotrode als in sich gekehrter oder in sich gestülpter Hohlzylinder der Verlauf der Schallwelle derart lenkbar, dass bei gleich bleibender Querschnittsverjüngung trotz des hohlen Querschnittes eine starke Abnahme der Fläche erreicht werden kann. So ergibt sich der Vorteil bei kompakter Bauweise, eine deutliche Verstärkung der Amplitude erreichen zu können.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine reale Ausführung einer Bauform entsprechend der Transformationssonotrode 3 entsprechend Figur 1. in Figur 3 ist ungefähr eine Unteransicht darge¬ stellt und in Figur 4 eine Seitenansicht der Transformations¬ sonotrode 3. In den beiden Figuren 3 und 4 ist jeweils der mittlere Durchgang 20, 21 angedeutet. Weiterhin ist in Figur 3 sowohl die erste Stirnfläche 12 als auch die zweite Stirn- fläche 17 der Transformationssonotrode 3 erkennbar. Sichtbar ist auch die Bohrung 6 für eine elektrische Zuleitung sowie der Bereich 4 geringerer Schwingung und hoher Kraft.
Figur 4 zeigt eine Außenansicht bzw. Seitenansicht in nicht geschnittener Form einer Transformationssonotrode 3. Der elektromechanische Wandler 1 kann auch als Ring 8 ausgeführt sein. Damit wäre die Sicht von unten her auf eine zweite Stirnfläche 17 gegeben.
Claims
1. Transformationssonotrode (3) welche durch einen Hohlzylin¬ der dargestellt ist, der sich von einer ersten Stirnfläche (12, 13) zu einer zweiten Stirnfläche (17, 18) verjüngt, wo¬ bei
- zur Aufnahme von mechanischen Schwingungen der Hohlzylinder an einer ersten Stirnfläche (12, 13) mit einem elektromecha- nischen Wandler (1, 2) koppelbar ist,
- zur Übertragung und Verstärkung der mechanischen Schwingungen im Bereich einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche (17, 18) mit einer Sonotrode koppelbar ist, wobei,
- der Hohlzylinder am verjüngten Ende nach innen gestülpt ist, sodass beide Stirnflächen (12, 17, 13, 18) etwa in die gleiche Richtung weisen.
2. Transformationssonotrode nach Anspruch 1, wobei innere und äußere Mantelflächen des Hohlzylinders zwischen der ersten Stirnfläche (12, 13) und der zweiten Stirnfläche (17, 18) derart gekrümmt und/oder gestuft sind, dass durchlaufende Wellen umgelenkt werden.
3. Transformationssonotrode nach Anspruch 1, wobei innere und äußere Mantelflächen des Hohlzylinders zwischen der ersten Stirnfläche (12, 13) und der zweiten Stirnfläche (17, 18) derart gekrümmt und/oder gestuft sind, dass durchlaufende Wellen reflektiert werden.
4. Transformationssonotrode nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, wobei die Transformationssonotrode radial symmet¬ risch ausgebildet ist.
5. Transformationssonotrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromechanische Wandler Ultraschall er- zeugt.
6. Transformationssonotrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromechanische Wandler (1, 2) ringför- mig ausgebildet ist, sodass zumindest die erste Stirnfläche (12, 13) des Hohlzylinders abgedeckt ist.
7. Transformationssonotrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromechanische Wandler ein piezoelekt¬ rischer Wandler ist.
8. Verwendung einer Transformationssonotrode (3) zur Kopplung zwischen einerseits einem elektromechanischen Wandler welcher Ultraschall erzeugt und andererseits einer Sonotrode, welche eine in der Transformationssonotrode weitergeleitete Ultra¬ schallschwingung in verstärkter Form aufnimmt.
9. Verwendung nach Anspruch 8, wobei die Kopplung einer So- notrode derart geschieht, dass diese im mittleren Durchgang der zweiten Stirnfläche (17, 18) angekoppelt ist und in Ge¬ genrichtung zum elektromechanischen Wandler (1, 2) aus der Transformationssonotrode (3) herausgeführt ist, wobei der elektromechanische Wandler (1, 2) als Ring (8) ausgeführt ist.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12780158 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12780158 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |