DE1597010A1

DE1597010A1 - Koppelstueck fuer einen Ultraschallschwinger

Info

Publication number: DE1597010A1
Application number: DE19671597010
Authority: DE
Inventors: Wolf Moehl
Original assignee: Schoeller and Co Elektrotecnische Fabrik GmbH and Co
Current assignee: Schoeller and Co Elektrotecnische Fabrik GmbH and Co
Priority date: 1967-05-16
Filing date: 1967-05-16
Publication date: 1970-04-02

Description

SCHOELLER & CO 6 FRANKFURT A. M. 70 12. Mai 1967

Pat/Scha.-Le "f./^ 12/70

. · KOPPELSTÜCK FÜR EINEN ULTRASCHALLSCHWINGER

Ein sogenannter Koppelschwinger besteht aus einem elektroakustischen Wandler und einem Koppelstück. Der elektroakustisehe Wandler setzt elektrische Energie in mechanische Energie um. Das Koppelstück dient der Energie-übertragung von dem elektroakustischen Wandler auf den zu behandelnden Gegenstand.

Damit die Energie-Übertragung störungsfrei erfolgt, was nur dann der Fall ist, wenn reine Longitudinal schwingungen in dem Koppelstück auftreten, muss das Koppelstück verschiedene Forderungen erfüllen.

Die mechanischen Eigenverluste sollen so niedrig sein, dass sie vernachlässigt werden können.

Das Koppelstück muss in seiner Länge auf die Betriebsfrequenz des elektroakustischen Wandlers abgestimmt werden. Die Länge muss folgende Bedingung erfüllen:

Dabei ist 1 = Länge des Koppelstücks, η = eine ganze Zahl, k = Faktor für die Konizität des Koppelstücks, ν = Schallgeschwindigkeit in dem Koppelstück und f = Betriebsfrequenz des Wandlers.

Gemäss der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, die Abmessungen des Koppelstücks quer zur Richtung der Energie-Übertragung kleiner als λ./ 2 zu machen. Dadurch bilden sich in dem Koppelstück in vorteilhafter Weise echte ■ Longitudinalschwingungen aus. Über die gesamte Abstrahlfläche ergeben sich dann gleichmässige Schwingungsamplituden, was insbesondere bei Ultraschallschweissen von besonderem Vorteil ist.

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SCHOELLER & CO ELEKTROTECHNISCHE FAIItIK

«FRANKFURT A. M.70 _{12>
Mai 1967}

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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich, das Koppelstück aus mehreren Stäben zusammenzusetzen, die in Abstand voneinander auf dem Ultraschallschwinger aufgesetzt sind und deren Querschnittsabmessungen kleiner als Λ /2 sind. Die Stäbe können quadratischen, rechteckigen, kreuzförmigen oder runden Querschnitt aufweisen. Weiterhin können die Stäbe an ihren energieabgebenden Enden durch eine Platte zu einer schwingenden Fläche zusammengefasst werden, wobei die Dicke der Platte kleiner als A /B ist. Die Platten können sich auch an beiden Enden der Stäbe befinden, wobei die Dicke beider Platten kleiner ^al^ß HJf$/9l·/ Il/6 bemessen wird. Das Koppelstück kann mit Schlitzen versehen sein und die Cuerschnittsabmessungen der verbleibenden Stäbe kleiner alsft/2 gemacht werden. Die Schlitze können dabei die Fortsetzung der Wickelschlitze bilden.

In den Fig. 1-11 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für das erfindungsgemässe Koppelstück dargestellt. Mit 1 ist der elektroakustische Wandler, z.B. ein magnetostriktiver Wandler, mit 5 die Stäbe des Koppelstücks und mit 6 die Schlitze zwischen den einzelnen Stäben bezeichnet.

Die Stäbe 5 haben in Fig. 1 quadratischen Querschnitt, und ihre Abmessungen quer zur Schwingungsrichtung sind kleiner als A/2.

Wie Fig. 2 zeigt, kann die Anzahl der Stäbe beliebig gewählt werden. Auch können die Stäbe einen runden Cue rschnitt aufweisen.

Die Stäbe können nach Fig. 3 an dem die Energie abgebenden Ende durch eine Platte 7 zu einer schwingenden Fläche zusammengefasst werden. Es besteht die Bedingung, dass die Platte höchstens Λ /6 dick sein darf. Sie können aber auch nach Fig. 4 an dem wandlerseitigen Ende durch eine Platte 8 zusamm engefasst werden. Für die Dicke der Platte gilt ebenfalls, dass sie kleiner als Λ,/6 gewählt wird. Schliesslich können die Stäbe nach Fig. 5 sowohl an dem wandlerseitigen

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Ende als auch an dem die Energie abgebenden Ende durch eine Platte 7 und 8 zusammengefasst werden. In diesem Fall darf die Dicke beider Platten höchstens J/6 sein.

Der aus einem elektroakustischen Wandler und dem Koppelstück bestehende Schwinger wird, wie Fig. 6 zeigt, in der Knotenebene des Koppelstücks durch einen Ring 9 gehaltert. Der Ring ist durch die Schweissnähte 10 mit dem Koppelstück verbunden. Diese Form ist dann zweckmässig, wenn der Wandler und das Koppelstück durch Luft gekühlt werden.

Die Halterung des Schwingers in Fig. 7 erfolgt wiederum durch eine Platte 9 in der Knotenebene des Koppelstucks. Die Stäbe 5 sind jedoch dicht in die Platte 9 eingesetzt, so dass der Wandler 1 in einem anderen Medium mit anderen Betriebsbedingungen betrieben werden kann. Durch Einbau in ein Gehäuse kann der Schwinger mit Flüssigkeit gekühlt werden,oder aber die Platte 9 ist in eine Gefässwandung eingesetzt, .und der Schwinger gibt seine Energie an das in diesem Gefäss befindliche Medium ab.

Die Fig. 1-7 zeigen überwiegend Formen, die in beiden Koordinaten quer zur Schwingungsrichtung symmetrisch sind, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Die Abmessungen können auch, wie in Fig. 8 dargestellt, unsymmetrisch sein, so dass eine lange, schmale Fläche 7 entsteht, von der die Energie auf das zu behandelnde Gut übertragen wird. Aus Fig. 8 ist ebenfalls zu ersehen, dass die Schlitze 6 so anzubringen sind, dass sie bei einem magneto st riktiven Wandler eine Fortsetzung der Wicklungsschlitze 11 bilden.

Mehrere Schwinger nach Fig. 8 lassen sich auch nebeneinander anordnen, wobei der Abstand 12 zwischen zwei Schwingern etwaft/l2 beträgt, wie dies Fig. 9 zeigt. Damit ist es möglich, der Platte 7 grosse Abmessungen zu geben. Durch den Einbau einer Halte rung in der Knotenebene nach Fig. 6 und Fig. 7 ergeben sich die dort beschriebenen Variationsmöglichkeiten.

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6 FRANKFURT A. M. 70 12. Mai 1967 Pat/Scha-Le 2/70

Die Ausführung nach Fig. 10 ist ebenfalls mit elektrostriktiven Wandlern 2 möglich, die durch zusätzliche Massen 3 auf die Betriebsfrequenz abgestimmt werden.

Die Stäbe 5 lassen sich sogar konisch gestalten, um eine Amplitudentransformation zu erreichen, wie dies aus Fig. 11 hervorgeht.

Es versteht sich, dass die Erfindung keineswegs auf die in der Zeichnung dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr gibt es mannigfaltige Abwandlungsmöglichkeiten im Aufbau des Koppelschwingers und in der Anordnung seiner Einzelteile, ohne dass dabei der durch die Erfindung abgesteckte Rahmen verlassen wird.

BAD ORIGINAL

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Koppelstück für einen Ultraschallschwinger, dadurch gekennzei chn e t , dass die Abmessungen des Koppelst'ückes quer zur Richtung der Energieübertragung kleiner als Λ./2 sind.

2. Koppelstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelstück aus mehreren Stäben ( 5) besteht, die in Abstand voneinander auf dem Ultraschall schwinger ( 1 ) aufgesetzt sind und deren Querschnittsabmessungen kleinex A/2 sind.

3. Koppelstück nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe ( 5 ) quadratischen, rechteckigen, kreuzförmigen oder runden Querschnitt aufweisen.

4. Koppelstück nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Stäbe ( 5 ) an ihrem energieabgebenden Ende durch eine Platte ( 7 ) zu einer schwingenden Fläche zusammengefasst sind, wobei die Dicke der ' Platte kleine Λ. /6 ist.

5. Koppelstück nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet,

dass die Stäbe ( 5 ) an beiden Enden durch je eine Platte ( 7 und 8 ) zusammengefasst sind, wobei die Dicke beider Platten kleiner als Λ./6 ist.

6. Koppelstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Koppelstück mit Schlitzen ( 6) versehen ist und die Querschnittsabmessung der verbleibenden Stege kleiner als Λ</2 ist.

1. Koppelstück nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze ( 6) die Fortsetzung der Wickelschlitze (11) bilden.

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