Ultraschall-Vorrichtung

Abstract

 Zum Einleiten von Ultraschallschwingungen in eine in einem Behälter untergebrachte Flüssigkeit werden Ultraschallschwinger auf die als Membrane dienende Wandung außen angeklebt. Durch Kavitationslochfraß wird diese Wandung undicht, was zur Zerstörung der gesamten Einrichtung führt.
Um dem vorzubeugen wird vorgeschlagen, nahe des Schwingungs-Knotenpunktes am Ultraschallschwinger (1, 2) einen Haltering (7) anzubringen, der das Einfügen in den Behälter erlaubt, so daß der Ultraschallschwinger (1, 2) mit seinem schallabstrahlenden Kegel (5) unmittelbar auf die Flüssigkeit einwirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten von Ultraschallschwingungen in eine Flüssigkeit mit­tels Ultraschallschwingern, die am Boden (der Wan­dung) eines Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind und als lambda/2-Schwinger aus zwei im Gegentakt schwin­genden piezoelektrischen Platten bestehen, die einer­ seits mit einem schallabstrahlenden Kegel und anderer­seits mit einem Gegengewicht verbunden sind.

[0002] Derartige Vorrichtungen werden insbesondere bei der Ultraschallreinigung benötigt, wobei die in einem ultraschallerregten Flüssigkeitsbad auftretenden ho­hen Zug- und Druckkräfte, insbesondere der Mechanis­mus der Kavitation, eine sehr gute Reinigung der ein­getauchten Werkstücke bewirken. Das Einleiten der Ultraschallschwingungen wird bei bekannten Vorrichtun­gen dieser Art dadurch bewirkt, daß die Ultraschall­schwinger mit ihrem schallabstrahlenden Kegel auf eine Wandung beziehungsweise den Boden eines solchen Flüssigkeitsbehälters aufgeklebt werden und dadurch diese Wandung beziehungsweise den Boden in Schwingun­gen versetzen, die (der) wiederum diese Schwingungen an die Flüssigkeit weitergibt. Derartige Reinigungs­bäder haben sich insbesondere für kompliziert ge­formte Werkstücke bewährt, werden jedoch auch mit Vorteil bei feinmechanischen Aggregaten angewendet.

[0003] Die zu reinigenden Werkstücke beziehungsweise die Werkstücke, auf die die Ultraschallschwingungen ein­wirken sollen, werden hierbei nur eine kurze Zeit­dauer diesen Ultraschallschwingungen ausgesetzt. Die Kavitationswirkung ist daher durch diese Zeitdauer dosierbar. Dies trifft jedoch nicht für die Wandung des Flüssigkeitsbehälters zu, die steter Kavitations­wirkung ausgesetzt ist. Hierdurch kommt es zu einem "Kavitationslochfraß", der dazu führt, daß nach eini­ger Zeit die Behälterwandung undicht wird. Der Kavita­tionslochfraß macht sich selbstverständlich insbeson­dere an der Wandung bemerkbar, an der der Ultraschall­geber aufgesetzt ist. Diese Wandung wirkt als schall­übertragende Membrane, muß also die gesamten Kräfte, die letztendlich auch zu der Kavitation führen, über­tragen. Wird diese Membrane jedoch undicht, gelangt Feuchtigkeit zu den auf die Wandung aufgeklebten Ultraschallgebern, womit ein Lösen dieser Ultraschall­schwinger und damit eine Zerstörung der Anlage verbun­den ist. Eine dickere Membrane, die diesen Kavita­tionslochfraß hinauszögern würde, ist nicht einsetz­bar, da mit der Dicke der Membrane die abgegebene Schalleistung beziehungsweise der Wirkungsgrad der gesamten Einrichtung deutlich zurückgeht.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzuge­ben, die diesen Kaviationslochfraß an den Flüssig­keitsbehälter-Wandungen beziehungsweise der Membrane vermeidet. Erreicht wird dies in erfindungsgemäßer Weise dadurch, daß die Ultraschallschwinger mittels eines Halterings gehalten sind, der nahe der piezo­elektrischen Platte mit dem schallabstrahlenden Kegel verbunden ist und daß sie mittels dieses Halterings direkt oder über eine das Gegengewicht umgebenden Büchse in den Flüssigkeitsbehälter eingefügt sind.

[0005] Nicht mehr also wie bisher werden die Ultraschall­geber mit ihrem schallabstrahlenden Kegel auf eine Wandung, die Membrane, des Flüssigkeitsbehälters auf­geklebt, sondern sie werden so in den Flüssigkeits­behälter eingefügt, daß der schallabstrahlende Kegel direkt in die Flüssigkeit hineinragt. Die sich dann selbstverständlich auch einstellende Kavitation wird nunmehr nicht die Membrane beziehungsweise die Wan­dung des Flüssigkeitsbehälters abtragen, sondern den schallabstrahlenden Kegel. Der schallabstrahlende Kegel besteht jedoch aus massivem Metall, so daß der durch die Kavitation bewirkte Abtrag am schallabstrah­lenden Kegel in der Praxis vernachlässigbar ist. Mög­lich ist diese besondere Halterung des Ultraschall­gebers dadurch, daß sich bei den piezoelektrischen Platten ein Schwingungs-Knotenpunkt bildet mit der Schwingungsamplitude null; die maximale Schwingungs­amplitude ergibt sich an der Stirnfläche des schallab­strahlenden Kegels. Wird der Haltering, wie nach der Erfindung angegeben, am Fußpunkt des schallabstrahlen­den Kegels, dort wo er an der piezoelektrischen Platte anliegt, angebracht, so liegt dieser Haltering noch in der Nähe des Knotenpunktes, also an einer Stelle, wo der schallabstrahlende Kegel nur mit ge­ ringer Schwingungsamplitude schwingt. Dieser Halte­ring wird dadurch zwar auch noch zum Schwingen ange­regt, jedoch mit einer ganz geringfügigen Amplitude, so daß dort auch kaum Kaviationseinwirkungen zu be­fürchten sind. Die erwünschte Schallübertragung an die Flüssigkeit jedoch wird praktisch nicht beein­trächtigt, da diese nun direkt über den schallab­strahlenden Kegel erfolgt.

[0006] Da auf diesen schallabstrahlenden Kegel nicht nur die Kavitation einwirkt, sondern auch die möglicherweise in der Flüssigkeit vorhandenen korrodierenden Chemika­lien, wird nach der Erfindung weiterhin vorgeschla­gen, daB der schallabstrahlende Kegel aus korrosions­festem Material ist.

[0007] Eingefügt werden kann der Ultraschallgeber in erfin­dungsgemäßer Weise dadurch, daß der schallabstrah­lende Kegel, wi nach der Erfindung vorgeschrieben, nahe der piezoelektrischen Platte in die Behälterwan­dung, die dann als "Halterung" dient, eingefügt be­ziehungsweise an dieser Stelle mit der Behälterwan­dung verschwei wird. Selbstverständlich kann auch ein bereits mit dem schallabstrahlenden Kegel ver­schweißter Halt ring in die Behälterwandung, als Teil dieser Wandung, eingeschweißt werden. Hierbei kann auch der Haltering einstückig mit dem schallabstrah­lenden Kegel sein.

[0008] Die weitere Möglichkeit, die allerdings etwas raum­aufwendiger ist, ist durch die Erfindung dadurch gege­ben, daß das Gegengewicht von einer Büchse umgeben ist, die durch einen Boden unterseitig bis auf eine Öffnung für die Schwingerzuleitungen verschlossen werden kann. Dadurch ist eine Vorrichtung gegeben, die durch eine bodenseitig abdichtende Schraubverbin­dung auf die Innenwandung des Flüsigkeitsbehälters aufgeschraubt werden kann, wodurch also der gesamte Ultraschallschwinger sich abgedichtet in der Flüssig­keit befindet und unmittelbar auf die Flüssigkeit ein­wirken kann. Diese Vorrichtung hat zudem noch den Vorteil, daß bei Ausfall eines Ultraschallschwingers ein Austausch dieses Schwingers unschwer möglich ist.

[0009] Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der er­findungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Ultraschallschwinger mit Haltering im Schnitt und

Fig. 2 einen Ultraschallschwinger mit Büchse.

[0010] Der Ultraschallgeber nach Fig. 1 besteht aus den bei­den im Gegentakt schwingenden piezoelektrischen Plat­ten (1, 2), zwi chen denen eine Elektrode (3) als Spannungszuführung eingefügt ist. An die beiden piezo­elektrischen Platten (1, 2) schließen sich einerseits ein Gegengewicht (4) und andererseits ein schallab­strahlender Kegel (5) an. Mittels einer Schraube (6) sind alle diese Teile zusammengehalten.

[0011] Nahe der Auflagefläche des schallabstrahlenden Kegels (5) an die piezoelektrische Platte (2) ist an den schallabstrahlenden Kegel (5) ein Haltering (7) angedreht, der zum Einfügen des Ultraschallschwingers in einen Flüssigkeitsbehälter dient. Dieser Haltering kann in den Ultraschallbehälter eingeschweißt oder sonstwie an ihn angebracht werden so, daß der schall­abstrahlende Kegel (5) in die Flüssigkeit hineinragt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Behälter­wandung mit ein r solchen Öffnung zu versehen, die ein Einschweißen entsprechend der Verbindung durch den Haltering (7) erlaubt.

[0012] Fig. 2 zeigt den gleichen Schwinger, eingefügt in eine Büchse (8). Auch hier findet sich wieder die gleiche Befestigung des schallabstrahlenden Kegels (5) mittels eines umfassenden Halteringes (17), der bei dieser Darstellung einstückig mit der Büchse (8) verbunden ist. Die Büchse (8) umschließt den gesamten restlichen Teil des Ultraschallschwingers und ist unterseitig durch einen Boden (9) mit Schraubstut­zen (10) abgeschlossen. Durch den Schraubstutzen (10) werden nicht nur die Zuleitungen zu dem Ultraschall­ schwinger hindurchgeführt, sondern es wird damit auch der gesamte Ultraschallschwinger an einer Behälter­innenwandung unter Zwischenlage einer Dichtung be­festigt. Dadurch ist nicht nur der empfindliche Schwingerteil vollkommen gegen Eindringen von Flüssig­keit geschützt, sondern auch ein Auswechseln des Schwingers unschwer möglich.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Einleiten von Ultraschallschwin­gungen in eine Flüssigkeit mittels Ultraschallgebern, die am Boden (de Wandung) eines Flüssigkeitsbehäl­ters angeordnet sind und als lambda/2-Schwinger aus zwei im Gegentakt schwingenden piezoelektrischen Platten bestehen, die einerseits mit einem schallab­strahlenden Kegel und andererseits mit einem Gegen­gewicht verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ultraschallgeber mittels eines Halteringes (7) gehalten sind, der nahe der piezoelektrischen Platte (2) mit dem schallabstrahlenden Kegel (5) ver­bunden ist und daß sie mittels dieses Halterings (7) direkt oder über eine das Gegegewicht (4) umgebenden Büchse (8) in den Flüssigkeitsbehälter eingefügt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der schallabstrahlenden Kegel (5) aus korrosions­festem Material ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Haltering (7) die Flüssigkeitsbehälter-­Wandung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Haltering (7) einstückig mit dem schallab­strahlenden Kegel (5) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Büchse (8) einstückig mit dem Haltering (7) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Büchse (8) durch einen Boden (9) unterseitig bis auf eine Öffnung für die Zuleitungen verschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Büchse (8) bodenseitig abdichtende Schraub­verbindungen (10) angebracht sind.

Zeichnung