DE4344455A1

DE4344455A1 - Ultrasonic vibrations inducing appts. esp. for ultrasonic cleaning bath

Info

Publication number: DE4344455A1
Application number: DE19934344455
Authority: DE
Inventors: Juergen Kising; Pierre Devidal
Original assignee: Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
Current assignee: Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1995-06-29

Abstract

The appts. has at least one acoustic transducer (2) and a resonant rod (4) connected to it and in contact with the liquid. The transducer is mounted laterally on the exterior of the rod so as to stimulate transversal vibrations (6). Two or more acoustic transducers can be used, in which case they can be mounted on the rod diametrically opposite each other or on opposite sides of the rod but displaced w.r.t. each other in the longitudinal direction. The rod can be hollow so that the intensity of vibrations in the liquid inside the rod is increased.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abstrahlen von Ultraschallenergie in Flüssigkeiten mit mindestens einem Schallwandler und einem daran angeschlossenen Resonanzstab, der mit der Flüssigkeit in Berührung steht. Insbesondere be trifft die Vorrichtung eine derartige Vorrichtung zum Ein satz in Ultraschall-Reinigungsbädern.The invention relates to a device for blasting Ultrasonic energy in liquids with at least one Sound transducer and a connected resonance rod, that is in contact with the liquid. In particular be the device meets such a device set in ultrasonic cleaning baths.

Vorrichtungen dieser Gattung sind bespielsweise aus der EP O 044 800, EP 0 455 837 und DE 41 36 897 bekannt. Bei diesen Vorrichtungen ist der Resonanzstab an der Wand eines Flüssigkeitsbehälters so befestigt, daß sich der Resonanz stab in der Reinigungsflüssigkeit befindet. An einem Stirn ende oder auch an beiden Stirnenden des Resonanzstabes ist jeweils ein Ultraschallwandler so befestigt, daß er im Reso nanzstab Longitudinalwellen anregt. Hieraus resultierende transversale Schwingungen werden in die Flüssigkeit abge strahlt, wodurch sie eine Reinigungswirkung erzielen. Die Longitudinalwelle selbst trägt zur Reinigungswirkung prak tisch nichts bei, so daß sie als Verluststrahlung anzusehen ist.Devices of this type are, for example, from the EP 0 044 800, EP 0 455 837 and DE 41 36 897 are known. At these devices, the resonance wand is on the wall of a Liquid container attached so that the resonance rod is in the cleaning liquid. On a forehead end or at both ends of the resonance rod each attached an ultrasonic transducer so that it is in the Reso stimulates longitudinal waves. Resulting from this transverse vibrations are absorbed into the liquid radiates, whereby they achieve a cleaning effect. The Longitudinal wave itself contributes to the cleaning effect do not add anything to the table so that it can be regarded as loss radiation is.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung so weiterzubil den, daß sich die transversalen Schwingungen mit höherer Effektivität erzeugen lassen.The present invention has for its object a Device of the type specified at the beginning so to continue that the transverse vibrations with higher Let effectiveness be created.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler zum unmittelbaren Anregen von trans versalen Schwingungen seitlich am Umfang des Resonanzstabes angeordnet ist.To solve this problem, a device is the beginning specified genus according to the invention, that the transducer for the immediate excitation of trans versal vibrations laterally on the circumference of the resonance rod is arranged.

Durch die seitliche Anordnung eines oder mehrerer Schall wandler werden im Resonanzstab unmittelbar - also ohne den "Umweg" über die Longitudinalschwingungen - transversale Schwingungen angeregt, die insbesondere zu Reinigungszwecken in die Flüssigkeit abgestrahlt werden. Die Erfindung bietet eine sehr viel größere Vielfalt zum Anordnen der Ultra schallwandler relativ zum Resonanzstab, wodurch sich die transversalen Schwingungen optimieren und an den jeweiligen Verwendungszweck anpassen lassen und der Anteil der als Ver luststrahlung anzusehenden Longitudinalschwingungen redu ziert werden kann.Due to the lateral arrangement of one or more sounds transducers are immediately in the resonance bar - that is, without the "Detour" via the longitudinal vibrations - transversal Vibrations stimulated, especially for cleaning purposes be emitted into the liquid. The invention offers a much greater variety for arranging the Ultra sound transducer relative to the resonance rod, whereby the optimize transverse vibrations and at the respective Have the purpose of use adjusted and the proportion of the Ver longitudinal vibrations to be observed can be decorated.

So ist es beispielsweise möglich, zwei Schallwandler vorzu sehen, die bezüglich des Resonanzstabes gegenüberliegend an geordnet werden, wobei sie in der gleichen Radialebene oder aber axial gegeneinander versetzt angeordnet werden können. Die sich gegenüberliegenden Schallwandler können im Gegen takt (Push-Pull) oder im auch im Gleichtakt, mit gleicher Frequenz oder aber auch mit unterschiedlicher Frequenz betrieben werden.For example, it is possible to add two transducers see the opposite with respect to the resonance rod be ordered, being in the same radial plane or but can be arranged axially offset from each other. The opposite transducers can be in the opposite clock (push-pull) or in sync, with the same Frequency or with a different frequency operate.

Auch können mehr als zwei Schallwandler in einer gemeinsamen radialen Ebene ringförmig um den Resonanzstab herum angeord net werden. Hierdurch läßt sich die abgegebene Ultraschall- Leistung und damit der Reinigungseffekt gegenüber einer auf zwei Schallwandler beschränkten Anordnung vergrößern.You can also have more than two transducers in one radial plane arranged in a ring around the resonance rod be net. This allows the ultrasound Performance and thus the cleaning effect compared to one enlarge two transducers limited arrangement.

Der bzw. die Schallwandler können innerhalb oder auch außer halb der Flüssigkeit angeordnet werden. Im Gegensatz zu ei ner Vorrichtung, bei der an beiden Stirnenden des Resonanz stabes ein Schallwandler angeordnet ist, entfällt bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung die Durchführung eines Hochfrequenzkabels durch den Resonanzstab.The transducer (s) can be inside or outside half of the liquid. In contrast to egg ner device, at both ends of the resonance stabes a sound transducer is arranged, omitted in the device designed according to the invention the implementation a high frequency cable through the resonance rod.

Da bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung an den Stirnflächen des Resonanzstabes keine Schallwandler vorgese hen sind, kann der Resonanzstab als Rohr ausgebildet werden, durch das Flüssigkeit über die Stirnflächen hindurchgeleitet wird. Die Abstrahlung der transversalen Schwingungen erfolgt dann in das Innere des Resonanzstabes, was zu hohen Ultra schallintensitäten im Zentrum des Rohres führt. Ein mögli ches Einsatzgebiet dieser Ausführungsform ist die Beschal lung von Flüssigkeiten zum Aktivieren einer chemischen Reak tion oder zum Zerstören von Bakterien, Viren u.ä.Since in the device designed according to the invention No sound transducers provided on the end faces of the resonance rod hen, the resonance rod can be designed as a tube, passed through the liquid over the end faces becomes. The transverse vibrations are emitted then inside the resonance rod, resulting in high ultra leads to sound intensities in the center of the pipe. A possible The field of application of this embodiment is the scarf liquid to activate a chemical reac tion or to destroy bacteria, viruses, etc.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the invention are based the subclaims.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:Based on the drawings, embodiments of the Invention explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Stabresonators; Figure 1 is a schematic representation of a rod resonator.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform eines Stabresonators; Fig. 2 is a schematic illustration of a modified embodiment of a Stabresonators;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Stabresonators. Fig. 3 shows a further embodiment of a rod resonator.

Der in Fig. 1 gezeigte Stabresonator besteht aus einem Reso nanzstab 4 und zwei Ultraschallwandlern 2, die diametral ge genüberliegend seitlich am Umfang des Resonanzstabes 4 ange bracht sind.The rod resonator shown in Fig. 1 consists of a resonance rod 4 and two ultrasonic transducers 2 , the diametrically opposite ge side on the circumference of the resonance rod 4 are introduced.

Der Stabresonator bildet Teil einer Vorrichtung zum Abstrah len von Ultraschallenergie in ein Reinigungsbad (nicht ge zeigt). Zu diesem Zweck ist der Resonanzstab 4 an einer Wand (nicht gezeigt) des Reinigungsbades so befestigt, daß sich der Resonanzstab 4 in die Flüssigkeit erstreckt. Die Anord nung kann hierbei so getroffen werden, daß die beiden Schallwandler 2 außerhalb oder innerhalb der Flüssigkeit liegen.The rod resonator forms part of a device for emitting ultrasound energy into a cleaning bath (not shown). For this purpose, the resonance rod 4 is attached to a wall (not shown) of the cleaning bath so that the resonance rod 4 extends into the liquid. The arrangement can be made so that the two sound transducers 2 are outside or inside the liquid.

Bei Erregung der nur schematisch angedeuteten Schallwandler 2 werden im Resonanzstab 4 transversale Schwingungen ange regt, die durch die Kurve 6 in schematischer Weise darge stellt sind.Upon excitation of the only schematically indicated sound transducer 2 4 transverse vibrations are excited in the resonance rod, which are represented by the curve 6 in a schematic manner Darge.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Schall wandler 2 in einem solchen Abstand vom (in Fig. 1) linken Ende des Resonanzstabes 4 angeordnet, daß sie sich in einem Schwingungsbauch befinden. Die Lage der Schallwandler 2 in Längsrichtung des Resonanzstabes 4 kann jedoch je nach An wendungszweck auch anders gewählt werden. Die beiden Schall wandler 2 können im Gegentakt (Push-Pull) oder auch im Gleichtakt betrieben werden. Vorzugsweise werden sie ferner mit gleicher Frequenz erregt. Es ist jedoch auch möglich, sie mit unterschiedlicher Frequenz, z. B. 25 KHz und 40 KHz zu betreiben, was die Anwendungsmöglichkeiten des Stabreso nators entsprechend erhöht.In the illustrated embodiment, the two sound transducers 2 are arranged at such a distance from the (in FIG. 1) left end of the resonance rod 4 that they are located in an antinode. The position of the sound transducer 2 in the longitudinal direction of the resonance rod 4 can, however, be chosen differently depending on the intended use. The two sound transducers 2 can be operated in push-pull or in common mode. They are also preferably excited with the same frequency. However, it is also possible to use them at different frequencies, e.g. B. 25 KHz and 40 KHz to operate, which increases the applications of the rod resonator accordingly.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich zu dem in Fig. 1 gezeigten Paar von Schallwandlern 2 ein weiteres Paar von Schallwandlern 2 vorgesehen, das in Längs richtung des Resonanzstabes 4 mit Abstand zu dem erstgenann ten Paar angeordnet ist. Durch die Verwendung eines oder mehrerer zusätzlicher Paare von Schallwandlern läßt sich na turgemäß die abgestrahlte Ultraschall-Leistung erheblich vergrößern. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind beide Paare von Schallwandlern 2 jeweils in einem Schwingungsbauch der transversalen Schwingung angeordnet. Auch hier gilt jedoch, daß eine andere Anordnung der Wandlerpaare zweckmäßig sein kann.In the embodiment shown in FIG. 2, in addition to the pair of sound transducers 2 shown in FIG. 1, a further pair of sound transducers 2 is provided, which is arranged in the longitudinal direction of the resonance rod 4 at a distance from the first pair. By using one or more additional pairs of sound transducers, the emitted ultrasound power can naturally be increased considerably. As shown in FIG. 3, both pairs of sound transducers 2 are each arranged in an antinode of the transverse vibration. Here too, however, a different arrangement of the transducer pairs can be expedient.

Die Schallwandler 2 sind als piezoelektrische Wandler ausge bildet; es können jedoch auch magnetostriktive Wandler sein. Der Querschnitt des Resonanzstabes 4 ist vorzugsweise kreis förmig. Er kann jedoch auch eine von der Kreisform abwei chende Form wie z. B. rechteckig, mehreckig, elliptisch usw. haben. The sound transducers 2 are formed out as piezoelectric transducers; however, they can also be magnetostrictive transducers. The cross section of the resonance rod 4 is preferably circular. However, it can also have a shape deviating from the circular shape, such as, for. B. rectangular, polygonal, elliptical, etc.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform hat der Reso nanzstab 4 einen rechteckigen Querschnitt. Es sind zwei Schallwandler 2 vorgesehen, die auf gegenüberliegenden Sei ten des Resonanzstabes 4, jedoch in Längsrichtung des Reso nanzstabes versetzt zueinander angeordnet sind. Die seitli che Position der Schallwandler 2 richtet sich hierbei nach der gewünschten Form der Schwingung des Resonanzstabes 4. Durch gezielte Kombination von Anzahl und Anordnung der Schallwandler und Querschnittsform des Resonanzstabes läßt sich somit die im Resonanzstab angeregte Schwingung in be liebiger Weise variieren und an einen bestimmten Anwendungs zweck anpassen.In the embodiment shown in Fig. 3, the resonance rod 4 has a rectangular cross section. There are two sound transducers 2 which are arranged on opposite sides of the resonance rod 4 , but offset in the longitudinal direction of the resonance rod. The lateral position of the sound transducer 2 depends on the desired shape of the vibration of the resonance rod 4 . Through a targeted combination of the number and arrangement of the sound transducers and the cross-sectional shape of the resonance rod, the vibration excited in the resonance rod can thus be varied in any manner and adapted to a specific application.

Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Schallwandler 2 relativ zum Resonanzstab 4 so angeord net, daß ihre - strichpunktiert angedeuteten - Achsen auf der Längsachse des Resonanzstabes senkrecht stehen. Es ist jedoch auch eine schräge Anordnung der Schallwandler 2 mög lich, bei der die Achsen der Schallwandler 2 mit der Längsachse des Resonanzstabes 4 einen kleineren Winkel als 90° einschließen.In the exemplary embodiments shown in the figures, the sound transducers 2 are arranged relative to the resonance rod 4 in such a way that their - indicated by dash-dotted lines - are perpendicular to the longitudinal axis of the resonance rod. However, it is also possible, please include an oblique arrangement of the transducers 2, wherein the axes of the sound transducer 2 form with the longitudinal axis of the resonance rod 4 has a smaller angle than 90 °.

Claims

1. Device for emitting ultrasonic energy in liquids with at least one transducer and an attached resonating rod, which is in contact with the liquid, characterized in that the transducer ( 2 ) for direct excitation of transversa len vibrations ( 6 ) laterally on the circumference of the resonance rod ( 4 ) is arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that at least two sound transducers ( 2 ) are provided, which are arranged diametrically opposite lying with respect to the resonance rod ( 4 ).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that at least two sound transducers ( 2 ) are provided, which are arranged with respect to the resonance rod ( 4 ) on opposite sides and in the longitudinal direction offset from one another.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the two sound transducers ( 2 ) are operable in the counter clock or common mode.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the two sound transducers ( 2 ) can be operated with the same or different frequency.

6. The device according to claim 1, characterized in that more than two sound transducers ( 2 ) are arranged in a ring radial radial plane around the resonance rod ( 4 ).

7. Device according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that a plurality of sound transducers ( 2 ) or groups of sound transducers ( 2 ) in the longitudinal direction of the resonance rod ( 4 ) are arranged spaced apart.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the resonance rod ( 4 ) is designed as a tube through which the liquid is passed.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer or transducers ( 2 ) are formed as piezoelectric or magnetostrictive transducers.