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Número de publicaciónDE29825063 U1
Tipo de publicaciónConcesión
Número de solicitudDE1998225063
Fecha de publicación24 Jun 2004
Fecha de presentación12 Nov 1998
Fecha de prioridad12 Nov 1998
Número de publicación1998225063, 98225063, DE 29825063 U1, DE 29825063U1, DE-U1-29825063, DE1998225063, DE29825063 U1, DE29825063U1, DE98225063
SolicitanteDr. Hielscher Gmbh
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Monolithic ultrasonic sonotrode has half-wave segments, each with plate-shaped ring near vibration maximum; ultrasonic power is radiated on both sides via ring segment surfaces
DE 29825063 U1
Resumen
The device has half-wave segments (2), each with a plate-shaped ring (3) near the vibration maximum (7), via whose ring segment surfaces (5) the ultrasonic power is radiated on both sides. The sonotrode is of monolithic construction. The half-wave segments can be connected in series via connections near their vibration maxima.
Reclamaciones(5)  traducido del alemán
  1. Ultraschall-Sonotrode zur Übertragung hoher Leistungen bei gleichzeitig einer hohen Amplitude, dadurch gekennzeichnet , dass die Sonotrode ( Ultrasonic sonotrode marked for transmission of high performance combined with a high amplitude, characterized in that the sonotrode ( 1 1 ) aus λ/2-Segmenten ( ) Of λ / 2 segments ( 2 2 ) gebildet ist, die jeweils im Bereich des Schwingungsmaximums ( Is) formed, each in the range of oscillation maximum ( 7 7 ) einen tellerförmigen Ring ( ) A plate-shaped ring ( 3 3 ) aufweisen, über dessen Ringsegmentflächen ( ), Via the ring segment surfaces ( 5 5 ) beidseitig Ultraschall-Leistung abgestrahlt wird. ), Both faces radiated ultrasonic power.
  2. Ultraschall-Sonotrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode ( Ultrasonic sonotrode according to claim 1, characterized in that the sonotrode ( 1 1 ) monolithisch ausgebildet ist. ) Is formed monolithically.
  3. Ultraschall-Sonotrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die λ/2-Segmente ( Ultrasonic sonotrode according to claim 1, characterized in that the λ / 2 segments ( 2 2 ) im Bereich des Schwingungsmaximums ( ) In the region of the maximum oscillation ( 7 7 ) eine Verbindung ( ) Is a compound ( 4 4 ) aufweisen und über die Verbindung ( ), And via the connection ( 4 4 ) beliebig aneinanderreihbar sind. ) Are arbitrary stackable.
  4. Ultraschall-Sonotrode nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das letzte λ/2-Segment ( Ultrasonic sonotrode according to claims 1 and 3, characterized in that the last λ / 2 segment ( 2 2 ) eine Stirnfläche ( ) Has an end surface ( 6 6 ) mit einem maximal möglichen Durchmesser aufweist, über die Ultraschall-Leistung abgestrahlt wird. ) Having a maximum diameter, is emitted via the ultrasonic power.
  5. Ultraschall-Sonotrode zur Übertragung hoher Leistungen bei gleichzeitig einer hohen Amplitude, wobei eine zu Längsschwingungen ( Ultrasonic sonotrode for transmitting high performance combined with a high amplitude, one to longitudinal vibrations ( 8 8 ) angeregte monolithisch ausgebildete Sonotrode ( ) Excited monolithically formed sonotrode ( 1 1 ) aus λ/2-Segmenten ( ) Of λ / 2 segments ( 2 2 ) gebildet ist, die jeweils im Bereich des Schwingungsmaximums ( Is) formed, each in the range of oscillation maximum ( 7 7 ) einen tellerförmigen Ring ( ) A plate-shaped ring ( 3 3 ) aufweisen, über dessen Ringsegmentflächen ( ), Via the ring segment surfaces ( 5 5 ) beidseitig die Ultraschall-Leistung als Längsschwingungen in eine Flüssigkeit abgestrahlt wird. ) Is on both sides of the emitted ultrasonic power as longitudinal vibrations in a liquid.
Descripción  traducido del alemán
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Sonotrode zur Übertragung hoher Leistungen mit gleichzeitig hohen Amplituden. The invention relates to an ultrasonic sonotrode for transmitting high performance with simultaneously high amplitudes.
  • [0002] [0002]
    Um Ultraschall zu erzeugen und in ein Medium mit einer gewünschten Leistung einzubringen, werden prinzipiell ein Ultraschall-Wandler (λ/2-Schwinger), der die eingebrachte elektrische Energie in mechanische Schwingungen umwandelt, und eine Sonotrode verwendet. To generate ultrasound and introduce in a medium having a desired power, an ultrasonic transducer (λ / 2-vibrator) which converts the introduced electrical energy into mechanical vibrations, and a sonotrode in principle be used.
  • [0003] [0003]
    Die Sonotrode ist als ein Werkzeug anzusehen, über das die Ultraschall-Leistung an den Wirkungsort geleitet wird. The sonotrode is to be regarded as a tool, via which the ultrasonic power is conducted to the site of action. Dabei können bedingt durch physikalische Abhängigkeiten zwischen der Ultraschall abstrahlenden Fläche der Sonotrode und der Amplitude des eingestrahlten Ultraschalls nur begrenzte Leistungen mit hoher Amplitude in das Medium eingebracht werden, die für einige industrielle Anwendungen nicht ausreichen. In this case, can be introduced only limited benefits with high amplitude in the medium due to physical dependencies between the ultrasound radiating surface of the sonotrode and the amplitude of the radiated ultrasound that is not sufficient for some industrial applications. Die für die Übertragung einer vorgegebenen hohen Leistung mit einer vorgegebenen hohen Amplitude benötigte Abstrahlfläche kann mit vertretbarem Aufwand nicht bereitgestellt werden. The radiating required for the transmission of a predetermined high performance for a given high amplitude can not be provided at a reasonable cost.
  • [0004] [0004]
    Bei der industriellen Anwendung von Ultraschall zum Emulgieren, Suspendieren, Homogenisieren von Substanzen aller Art in Flüssigkeiten, beim Desagglomerieren werden zunehmend höhere Leistungen bei gleichzeitig hohen Amplituden als nach dem Stand der Technik mit zumutbarem Aufwand möglich sind benötigt. In industrial applications of ultrasound for emulsifying, suspending, Homogenization of all kinds of liquids, in the deagglomeration higher performance combined with high amplitudes than in the prior art, with reasonable effort possible so does the demand.
  • [0005] [0005]
    Nach dem allgemeinen Stand der Technik wird die Ultraschall-Leistung über die Stirnfläche einer Sonotrode in die Flüssigkeit eingestrahlt oder über die Strahlungsbäuche bei Stabsonotroden. According to the general prior art, the ultrasonic power is incident on the end face of a sonotrode in the liquid or on the radiation bellies at Stabsonotroden. Im letzteren Fall sind nur kleine Amplituden realisierbar, die für viele Anwendungen unzureichend wirksam sind. In the latter case, only small amplitudes can be realized that are insufficiently effective for many applications.
  • [0006] [0006]
    Bei der Abstrahlung der Ultraschall-Leistung über die Stirnfläche einer Sonotrode können nicht beliebig hohe Amplituden und gleichzeitig hohe Leistungen in ein Medium abgestrahlt werden. In the radiation of the ultrasonic power on the end face of a horn can not be emitted in a medium arbitrarily high amplitude and at the same high performance. Bei einer bestimmten Amplitude ist nur eine definierte höchste Leistung übertragbar, wenn der Durchmesser der Stirnfläche vorgegeben ist. At a certain amplitude only a defined maximum power can be transferred, if the diameter of the end face is predetermined. Der Durchmesser einer Sonotrode sollte erfahrungsgemäß für einen λ/2-Schwinger maximal in der Größe von λ/4 gewählt sein, das entspricht einem Durchmesser von 50 mm bis 70 mm. The diameter of a horn should be chosen according to experience for a λ / 2 oscillators maximum in the size of λ / 4, which corresponds to a diameter of 50 mm to 70 mm. Diese physikalisch bedingte natürliche Grenze bewirkt, daß entweder mit kleinen Amplituden unter 20 μm eine größere Stirnfläche der Sonotrode oder mit einer höheren Amplitude eine kleinere Stirnfläche gewählt. This physically induced natural boundary causes chosen either a smaller frontal area with small amplitudes below 20 microns having a greater side of the horn or with a higher amplitude. werden kann. can be.
  • [0007] [0007]
    Mit den bekannten Sonatroden ist also bei einer vorgegebenen Amplitude der maximal mögliche Leistungseintrag durch den begrenzten Sonotrodendurchmesser festgelegt. With the known Sonatroden ie the maximum possible power input is determined by the limited sonotrode at a given amplitude. Die Forderung nach hohen Amplituden von 20 μm bis 200 μm bei gleichzeitig hohem Leistungseintrag ist mit den bekannten Sonotroden nicht erfüllbar. The demand for high amplitudes of 20 microns to 200 microns with a high power input can not be fulfilled with the known horns.
  • [0008] [0008]
    Der Erfindung liegt daher. The invention is therefore. die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall-Sonotrode zu entwickeln, mit der die Mängel der bekannten Sonotroden vermieden werden und. at which the deficiencies of the known horns are avoided based on the object of developing an ultrasound sonotrode and. mit der gewährleistet ist, daß hohe Leistungen mit gleichzeitig hohen Amplituden abgestrahlt werden können. is ensured with that high performance can be irradiated simultaneously with high amplitudes.
  • [0009] [0009]
    Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. According to the invention this object is achieved by the features of claim 1. Die Sonotrode nach der Erfindung ist aus λ/2-Segmenten gebildet, die jeweils im Bereich des Schwingungsmaximum einen tellerförmigen Ring aufweisen, über dessen Ringsegmentfläche beidseitig Ultraschall-Leistung abgestrahlt wird. The horn according to the invention is formed from λ / 2 segments have a disk-shaped ring in each case in the region of maximum oscillation, on its ring segment surface on both sides ultrasonic power is radiated. Durch beliebiges Aneinanderreihen von λ/2-Segmenten können hohe Amplituden und hohe Leistungen realisiert werden, die leicht an den gewünschten Anwendungsfall angepaßt werden können. By arbitrarily juxtaposition of λ / 2 segments high amplitude and high performance can be realized, which can be easily adapted to the desired application. Es können Sonotroden mit Durchmessern bis etwa 70 mm modulförmig bis zur gewünschten Leistung aneinandergereiht mit hohen Amplituden realisiert werden. It may horns with diameters up to about 70 mm module shaped to the desired performance strung together can be realized with high amplitudes. Die Sonotroden können industriell im kW-Leistungsbereich eingesetzt werden. The horns may be used industrially in the kW power range.
  • [0010] [0010]
    Es werden mit der Sonotrode nach der Erfindung Anwendungsbereiche erschlossen, die bisher einer Beschallung mit Ultraschall wegen unzureichendem Leistungseintrag nicht oder nur mit unbefriedigend hohem Aufwand und wenig zufriedenstellendem Ergebnis zugänglich waren. It will be developed with the horn of the present invention uses, which were not or only with great effort and little unsatisfactory satisfactory results available so far an ultrasonic irradiation due to insufficient power input. Mit der variabel gestaltbaren Sonotrode nach der Erfindung können in Verbindung mit einem exakt definierten, kontrollierbaren Leistungseintrag Anwendungen mit höherer Effektivität als bisher erschlossen werden, die den Eintrag von Ultraschall in Flüssigkeiten vorsehen wie das Emulgieren, Suspendieren, Homogenisieren, Beschleunigen von Lösungsvorgängen, Aufschließen von Zellen, Filtrieren und dgl. With the variable a custom horn according to the invention can be used in conjunction with a well-defined, controllable power input applications with higher effectiveness than in the past to be developed, which provide for the use of ultrasound in liquids such as emulsifying, suspending, homogenizing, accelerating solution processes, the disruption of cells , filtration and the like.
  • [0011] [0011]
    Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • [0012] [0012]
    Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel einer Sonotrode näher erläutert werden. The invention will be described hereinafter with reference to a drawing of an exemplary embodiment of a sonotrode. Es zeigen: In the drawings:
  • [0013] [0013]
    1 1 die schematische Seitenansicht einer Sonotrode mit vier λ/2-Segmenten, the schematic side view of a sonotrode with four λ / 2 segments,
  • [0014] [0014]
    2 2 die schematische Seitenansicht eines der λ/2-Segmente und the schematic side view of one of the λ / 2 segments, and
  • [0015] [0015]
    3 3 die schematische Seitenansicht einer Sonotrode mit Verbindungsstellen zwischen den Segmenten. the schematic side view of a sonotrode with joints between the segments.
  • [0016] [0016]
    Entsprechend der Darstellung in der As shown in the 1 1 besteht eine Sonotrode there is a sonotrode 1 1 beispielsweise aus vier λ/2-Segmenten for example, four λ / 2 segments 2 2 , die jeweils einen tellerförmigen Ring Which each have a plate-shaped ring 3 3 im Bereich des Schwingungsmaximums in the area of maximum vibration 7 7 aufweisen. have.
  • [0017] [0017]
    Die Sonotrode The horn 1 1 mit den vier λ/2-Segmenten with the four λ / 2 segments 2 2 ist monolithisch ausgeführt. is designed monolithic.
  • [0018] [0018]
    Die The 3 3 zeigt die Sonotrode shows the sonotrode 1 1 in einer modularen Bauweise. in a modular design. Je nach Anwendungsfall werden n λ/2-Segmente Depending on the application, n λ / 2 segments 2 2 nach after 2 2 über eine Verbindung via a connection 4 4 , zum Beispiel eine Schraubverbindung, im Bereich des Schwingungsmaximums , For example a screw connection, in the region of maximum vibration 7 7 aneinandergefügt. bound together.
  • [0019] [0019]
    Wenn die Sonotrode If the horn 1 1 mit einem nicht dargestellten HF-Generator mit Stufenhörnern (Schallwandler) zu Längsschwingungen with an RF generator, not shown, with stepped horns (sound transducer) to longitudinal vibrations 8 8 angeregt wird, dann können diese Längsschwingungen is excited, then these longitudinal vibrations 8 8 über Ringsegmentflächen via ring segment surfaces 5 5 der tellerförmigen Ringe the plate-shaped rings 3 3 beidseitig in zum Beispiel eine Flüssigkeit abgestrahlt werden. are emitted on both sides, for example, in a liquid.
  • [0020] [0020]
    Es kann durch die Summation der Ringsegmentflächen It can be obtained by the summation of the ring segment surfaces 5 5 der tellerförmigen Ringe the plate-shaped rings 3 3 und der Stirnfläche and the front face 6 6 des letzten λ/2-Segmentes the last λ / 2-segment 2 2 eine hohe Leistung bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte in die Flüssigkeit mit einem vertretbaren Aufwand für die Übertragung der Ultraschall-Leistung eingetragen werden. high power and high power density are introduced into the liquid at a reasonable cost for the transmission of ultrasonic power.
  • [0021] [0021]
    Wenn für eine gewünschte Anwendung eine bestimmte Leistung bei einer bestimmten Amplitude eingestrahlt werden soll, dann wird die hierfür notwendige Abstrahl-Fläche bestimmt und danach die Anzahl n der benötigten λ/2-Segmente If a particular power is to be radiated at a particular amplitude for a desired application, the radiating surface required for this is determined and then the number n of the required λ / 2 segments 2 2 für die Sonotrode for the sonotrode 1 1 festgelegt. set.
  • [0022] [0022]
    Über Ultraschallprozessoren mit Leistungen im kW-Bereich und Sonotroden nach der Erfindung können große Leistungen mit hoher Schallintensität in Flüssigkeiten eingetragen und eine effiziente und kontrollierte Bearbeitung von Flüssigkeiten und eine gleichbleibende Qualität der Endprodukte erzielt werden. About ultrasonic processors with power in the kW range and horns of the invention large loads with high sound intensity can be entered in liquids and an efficient and controlled processing of liquids and consistent quality of the end products are obtained.
  • [0023] [0023]
    Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. The invention is not limited to the embodiment described herein. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der beschriebenen Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Rather, it is possible to realize by a combination of the features described modification and other embodiments without departing from the scope of the invention.
  • 1 1
    Sonotrode Sonotrode
    2 2
    λ/2-Segment λ / 2 segment
    3 3
    tellerförmiger Ring plate-shaped ring
    4 4
    Verbindung Connection
    5 5
    Ringsegmentfläche Ring segment surface
    6 6
    Stirnfläche Face
    7 7
    Schwingungsmaximum Oscillation maximum
    8 8
    Schwingungsrichtung Vibration direction
Citada por
Patente citante Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
US767351628 Dic 20069 Mar 2010Kimberly-Clark Worldwide, Inc.Ultrasonic liquid treatment system
US77036988 Sep 200627 Abr 2010Kimberly-Clark Worldwide, Inc.Ultrasonic liquid treatment chamber and continuous flow mixing system
US771235328 Dic 200611 May 2010Kimberly-Clark Worldwide, Inc.Ultrasonic liquid treatment system
US778567412 Jul 200731 Ago 2010Kimberly-Clark Worldwide, Inc.Delivery systems for delivering functional compounds to substrates and processes of using the same
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US799832212 Jul 200716 Ago 2011Kimberly-Clark Worldwide, Inc.Ultrasonic treatment chamber having electrode properties
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Clasificaciones
Clasificación internacionalB06B3/02
Clasificación cooperativaB06B3/02
Clasificación europeaB06B3/02
Eventos legales
FechaCódigoEventoDescripción
29 Jul 2004R207Utility model specification
Effective date: 20040729
2 Sep 2004R150Term of protection extended to 6 years
Effective date: 20040624
17 Dic 2004R165Request for cancellation or ruling filed
12 May 2005R151Term of protection extended to 8 years
Effective date: 20050304
8 Mar 2007R152Term of protection extended to 10 years
Effective date: 20070103
21 Feb 2008R173Request for cancellation of utility model withdrawn
1 Dic 2008R071Expiry of right