DE29825063U1 - 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 - Google Patents
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- B06B3/02—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency involving a change of amplitude
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Sonotrode zur Übertragung hoher Leistungen mit gleichzeitig hohen Amplituden.The invention relates to an ultrasonic sonotrode for transmission high performance with high amplitudes.
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 and in ultrasound a medium with a desired one In principle, an ultrasonic transducer (λ / 2 transducer) which the electrical energy introduced into mechanical vibrations converts, and uses a sonotrode.
Die Sonotrode ist als ein Werkzeug anzusehen, über das die Ultraschall-Leistung an den Wirkungsort geleitet wird. 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. Die für die Übertragung einer vorgegebenen hohen Leistung mit einer vorgegebenen hohen Amplitude benötigte Abstrahlfläche kann mit vertretbarem Aufwand nicht bereitgestellt werden.The sonotrode is as a tool to watch over that the ultrasound power is directed to the place of action. there can due to physical dependencies between the ultrasonic radiating surface of the sonotrode and the amplitude of the irradiated ultrasound only limited powers with high Amplitude can be introduced into the medium, for some industrial applications are not sufficient. The one for transferring a given high power with a predetermined high amplitude required radiation area not be provided with reasonable effort.
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 the industrial application of Ultrasound for emulsifying, suspending, homogenizing all substances Kind in liquids, when disagglomerating, increasingly higher performances are at the same time high amplitudes than are possible with reasonable effort according to the prior art needed.
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. Im letzteren Fall sind nur kleine Amplituden realisierbar, die für viele Anwendungen unzureichend wirksam sind.According to the general state of the art the ultrasound power over the face a sonotrode into the liquid irradiated or over the antinodes with rod sonotrodes. In the latter case there are only small amplitudes feasible for many applications are insufficiently effective.
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. Bei einer bestimmten Amplitude ist nur eine definierte höchste Leistung übertragbar, wenn der Durchmesser der Stirnfläche vorgegeben ist. 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. 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. werden kann.When emitting the ultrasonic power over the face a sonotrode can not arbitrarily high amplitudes and high performances at the same time be emitted into a medium. At a certain amplitude only a defined highest performance can be transferred, if the diameter of the face is specified. Experience has shown that the diameter of a sonotrode should be for a λ / 2 transducer maximum chosen in the size of λ / 4, this corresponds to a diameter of 50 mm to 70 mm. This physically conditional natural limit causes either with small amplitudes below 20 μm a larger face of the Sonotrode or with a higher one Amplitude a smaller face selected. can be.
Mit den bekannten Sonatroden ist also bei einer vorgegebenen Amplitude der maximal mögliche Leistungseintrag durch den begrenzten Sonotrodendurchmesser festgelegt. Die Forderung nach hohen Amplituden von 20 μm bis 200 μm bei gleichzeitig hohem Leistungseintrag ist mit den bekannten Sonotroden nicht erfüllbar.With the well-known sonatrodes that is, with a given amplitude, the maximum possible power input determined by the limited sonotrode diameter. The requirement after high amplitudes of 20 μm up to 200 μm with high power input at the same time with the well-known sonotrodes not feasible.
Der Erfindung liegt daher. die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall-Sonotrode zu entwickeln, mit der die Mängel der bekannten Sonotroden vermieden werden und. mit der gewährleistet ist, daß hohe Leistungen mit gleichzeitig hohen Amplituden abgestrahlt werden können.The invention therefore lies. the task to develop an ultrasonic sonotrode with which the defects the known sonotrodes can be avoided and. with the guaranteed is that high Performances with high amplitudes are emitted can.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. 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. Durch beliebiges Aneinanderreihen von λ/2-Segmenten können hohe Amplituden und hohe Leistungen realisiert werden, die leicht an den gewünschten Anwendungsfall angepaßt werden können. Es können Sonotroden mit Durchmessern bis etwa 70 mm modulförmig bis zur gewünschten Leistung aneinandergereiht mit hohen Amplituden realisiert werden. Die Sonotroden können industriell im kW-Leistungsbereich eingesetzt werden.According to the invention, this object is achieved by Features of claim 1 solved. The sonotrode according to the invention is formed from λ / 2 segments, each have a plate-shaped ring in the area of the vibration maximum, over its ring segment surface on both sides Ultrasound power is emitted. By stringing together λ / 2 segments can high amplitudes and high powers that are easily realized to the one you want Use case adapted can be. It can Sonotrodes with diameters up to about 70 mm in modular form to the desired one Performance strung together with high amplitudes can be realized. The sonotrodes can industrial in the kW power range be used.
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. 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.It will be followed by the sonotrode The invention opened up areas of application that were previously a sound system with ultrasound due to insufficient power input or not only with an unsatisfactory amount of effort and less than satisfactory Result accessible were. With the variably configurable sonotrode according to the invention can in Connection with a precisely defined, controllable performance input Applications with higher effectiveness than before be opened up, the entry of ultrasound in liquids provide like emulsifying, suspending, homogenizing, accelerating of solution processes, unlocking of Cells, filtering and the like
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of Invention result from the subclaims.
Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel einer Sonotrode näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is based on the following a drawing of an embodiment closer to a sonotrode explained become. Show it:
Entsprechend der Darstellung in der
Die Sonotrode
Die
Wenn die Sonotrode
Es kann durch die Summation der Ringsegmentflächen
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
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 powers in the kW range and sonotrodes according to the invention can perform well with high sound intensity in liquids registered and an efficient and controlled processing of liquids and a constant quality of the end products can be achieved.
Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der beschriebenen Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is not based on this described embodiment limited. Rather, it is possible by combining and modifying the features described variants to realize without leaving the scope of the invention.
- 11
- Sonotrodesonotrode
- 22
- λ/2-Segmentλ / 2 segment
- 33
- tellerförmiger Ringplate-shaped ring
- 44
- Verbindungconnection
- 55
- RingsegmentflächeRing segment surface
- 66
- Stirnflächeface
- 77
- Schwingungsmaximummaximum oscillation
- 88th
- Schwingungsrichtungvibration direction
Claims (5)
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