DE3523389A1 - Method and device for optimising the atomising/spraying behaviour of a piezoelectric ultrasonic coupling generator - Google Patents
Method and device for optimising the atomising/spraying behaviour of a piezoelectric ultrasonic coupling generatorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung des Zerstäubungsverhaltens eines piezo elektrischen Ultraschall-Koppelschwingers zur Flüssig keitszerstäubung, der aus einem durch Piezoscheiben an regbaren Schwingergrundkörper und einem mit dem Schwinger grundkörper verbundenen Zerstäuberteller besteht.The invention relates to a method and a device to optimize the atomization behavior of a piezo electric ultrasonic coupling transducer for liquid atomization that comes from a through piezo disks adjustable body and one with the transducer atomizer plate connected to the body.
Bei den bekannten Ultraschall-Koppelschwingern nach Lierke und Pohlmann wird die Betriebsresonanzfrequenz des Wandlers durch das Zusammenwirken zweier Grundfre quenzen des schwingungsfähigen Systems gebildet. Die Lamda/2-Longitudinal-Resonanzfrequenz des Schwingergrund körpers ohne Zerstäubungsteller wirkt über die anregenden Piezoscheiben als Erregerfrequenz und der Teller mit sei ner Lamda/4-Biegeresonanzfrequenz wird in einer erzwungenen Schwingung betrieben (siehe Erläuterungsskizze). Diese zwei Frequenzen sind beim fertigen Koppelschwinger nicht einzeln meßbar, sie sind zu einer einzigen, zwischen diesen Frequenzen liegenden Gesamtresonanzfrequenz ver schmolzen, welche als Betriebsresonanzfrequenz des Wand lers vorhanden ist. Eine optimale Tellerschwingungsampli tude, welche zur Zerstäubung notwendig ist, scheint bei oberflächlicher Betrachtung dann erreicht zu sein, wenn die Grundlongitudinalresonanz mit der Tellerresonanz über einstimmt. Dies führt aber nachweislich zu einem totalen Verschwinden der gewünschten Wandlerresonanz. Der Grund hierfür ist, daß eine beliebige Näherung der Grundlongi tudinalfrequenz an die Tellerresonanz nicht möglich ist, weil der Teller wegen des Zerstäubungsverhaltens und der Schnelleverteilung auf dem Teller in der Nähe der Lamda/ 4-Biegeresonanz betrieben werden muß. Physikalisch be deutet dies, daß die Lamda/2-Grundlongitudinalfrequenz des Schwingergrundkörpers ein Schnellemaximum am Schwinger ende bedingt, also an der Stelle, an der der Teller an gebracht ist, während der Teller in Lamda/4-Resonanz ein Schnelleminimum in der Tellermitte, also an der gleichen Stelle, erfordern würde. Diese beiden Forderungen wider sprechen sich grundsätzlich, insbesondere auch deshalb, weil zwischen diesen beiden schwingungsfähigen Systemen eine feste Kopplung besteht. Die Tellerbiegeresonanz be dämpft die Grundlongitudinalresonanz so, daß im Extrem fall einer kritischen Abstimmung des Wandlers die er wünschte Wandlerresonanz, gebildet aus den beiden oben genannten Grundresonanzen, total verschwindet bzw. sich sprunghaft verschiebt.In the known ultrasonic coupling transducers Lierke and Pohlmann becomes the operational resonance frequency of the converter through the interaction of two basic fre sequences of the vibratory system. The Lamda / 2 longitudinal resonance frequency of the Schwingergrund body without atomizing plate acts on the stimulating Piezo disks as excitation frequency and the plate with A Lamda / 4 bending resonance frequency is enforced in a Vibration operated (see explanatory sketch). These there are no two frequencies in the finished coupling transducer individually measurable, they are a single, between total frequencies lying at these frequencies ver melted, which is the operating resonance frequency of the wall is present. An optimal plate vibration ampli tude, which is necessary for atomization, appears in superficial consideration if the basic longitudinal resonance with the plate resonance over agrees. But this demonstrably leads to a total The desired transducer resonance disappears. The reason for this is that any approximation of the basic longi tudinal frequency to the plate resonance is not possible because the plate because of the atomization behavior and the Rapid distribution on the plate near the Lamda / 4-bending resonance must be operated. Physically be this indicates that the Lamda / 2 fundamental longitudinal frequency of the basic body of the transducer is a rapid maximum at the transducer conditionally, i.e. at the point where the plate is attached is brought, while the plate in Lamda / 4 resonance Fast minimum in the middle of the plate, i.e. at the same Body that would require. These two demands are reflected speak basically, especially because because between these two vibratory systems there is a fixed coupling. The plate bending resonance be dampens the basic longitudinal resonance so that in the extreme in the event of critical tuning of the converter wanted transducer resonance, formed from the two above mentioned basic resonances, totally disappears or leaps and bounds.
Andererseits ist aber insbesondere für die Zerstäubung von hochviskosen Flüssigkeiten, oder für die Zerstäubung von Flüssigkeiten über weite Temperaturbereiche insbeson dere bei sehr tiefen Temperaturen, eine große Amplitude des Zerstäubungstellers nötig. Da der Teller in einer er zwungenen Schwingung betrieben wird, ist bei größerem Unterschied zwischen Erregerfrequenz (Wandlerresonanz frequenz) und Resonatorfrequenz (Tellerresonanzfrequenz) zur Erzeugung einer genügend großen Telleramplitude eine große Erregeramplitude, d.h. bei diesem Schwingertypus eine große Schnelletransformation durch große Querschnitts änderungen des Wandlers bzw. ein großer Leistungsaufwand zur Erzeugung der großen Schnelleamplituden nötig. Es ist bisher nur schlecht gelungen, auf diese Art ein Optimum an Zerstäubungsverhalten zu erzeugen.On the other hand is especially for atomization of highly viscous liquids, or for atomization of liquids over a wide temperature range in particular at very low temperatures, a large amplitude of the atomizer. Since the plate in one he forced vibration is greater Difference between excitation frequency (transducer resonance frequency) and resonator frequency (plate resonance frequency) to generate a sufficiently large plate amplitude large excitation amplitude, i.e. with this type of transducer a large rapid transformation through a large cross-section Changes to the converter or a large effort necessary for the generation of the large rapid amps. It is so far poorly done, an optimum in this way to generate atomization behavior.
Möglichst große Telleramplituden sind andererseits auch über eine definierte Annäherung der Wandlerresonanz an die Tellerresonanz möglich. Da die beiden an der Wandler resonanz beteiligten "Grundresonanzfrequenzen" von ver schiedenen Faktoren der Schwingergeometrie sowie von der Massenverteilung im Schwinger und selbstverständlich auch von den Schallgeschwindigkeiten der verwendeten Materialien abhängen, dazuhin für die Schnelleamplituden die Ladungs konstante der Piezoscheiben zusätzlich verantwortlich ist, ist eine sorgfältige Dimensionierung des Wandlers nötig, um nicht, wie oben beschrieben, durch überkritische Ab stimmung den Wandler unbrauchbar zu machen.On the other hand, the largest possible plate amplitudes are also via a defined approximation of the transducer resonance the plate resonance possible. Since the two at the converter resonance involved "basic resonance frequencies" of ver various factors of the transducer geometry and of the Mass distribution in the transducer and of course also on the speed of sound of the materials used depend, in addition for the Schnelleamplituden the cargo constant of the piezo disks is additionally responsible, careful dimensioning of the converter is necessary, in order not to, as described above, by supercritical Ab mood to make the converter unusable.
Von den mechanischen Abmessungen her oder von den Material konstanten der verwendeten Metalle gibt es keine Schwierig keiten, die Toleranzen sind sehr eng. Aus produktions technischen Gründen sind aber die verwendeten Piezoschei ben bezüglich einiger wesentlicher Parameter, vor allen Dingen der Schallgeschwindigkeit und der piezoelektrischen Ladungskonstanten, relativ großen Toleranzen unterworfen, zudem ändern sich diese Parameter mit der Zeit. Da aber gerade die Schallgeschwindigkeit der Scheiben im Verhält nis der Dicke der Scheiben zur Gesamtlänge des Wandlers in die Grundlongitudinalresonanzfrequenz und damit in die Wandlerresonanz eingeht und sich dadurch auf die Teller amplituden auswirkt, ist eine Abstimmung des Wandlers notwendig, wenn man obigen Effekt der Erhöhung der Teller amplituden durch gezielte Annäherung der Wandlerresonanz an die Tellerresonanz, ohne ein Versagen des Wandlers zu provozieren, ausnutzen will. Die Tellerresonanzfrequenz läßt sich nach der Herstellung nur noch durch spanabhe bende Bearbeitung in einer Richtung ändern, eine solche "Abstimmung" scheidet, da sie irreversibel und einseitig ist, von vorneherein aus.From the mechanical dimensions or from the material constant of the metals used there is no difficulty tolerances are very tight. From production technical reasons are the used Piezoschei regarding some essential parameters, above all Things the speed of sound and the piezoelectric Charge constants, subject to relatively large tolerances, in addition, these parameters change over time. Here but just the speed of sound of the disks in the ratio nis the thickness of the washers to the total length of the transducer in the basic longitudinal resonance frequency and thus in the Transducer resonance is received and thereby on the plate affects amplitude is a tuning of the converter necessary if you have the above effect of increasing the plate amplitudes through targeted approximation of the transducer resonance to the plate resonance without a failure of the transducer to provoke, to exploit. The plate resonance frequency can only be machined after production change editing in one direction, such "Vote" separates because it is irreversible and one-sided is from the start.
Eine Selektion der Piezoscheiben nach Schallgeschwindig keit und Ladungskonstante und eine Anpassung der geometri schen Abmessungen (Drehmaße) der Wandler bei der Fertigung an diese Scheiben ist aus Kostengründen für große Stück zahlen undenkbar, weil sie eine ständige Umstellung der Drehmaschine erforderlich machen würde.A selection of the piezo disks according to the speed of sound speed and charge constant and an adjustment of the geometri dimensions (turning dimensions) of the converter during production This disc is for large pieces for cost reasons pay unthinkable because they are constantly changing the Would require lathe.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Funktion des Ultraschall-Koppelschwingers der eingangs erwähnten Art zu verbessern und vor allem zu verhindern, daß aufgrund einer überkritischen Abstimmung, die insbe sondere durch die unvermeidlichen Toleranzen der Piezo scheiben bezüglich Schallgeschwindigkeit und Ladungs konstante eintreten kann, die gewünschte Eigenfrequenz des Wandlers ganz verschwindet.The invention is therefore based on the object Function of the ultrasonic coupling transducer at the beginning to improve and above all to prevent the kind mentioned that due to a supercritical vote, the esp especially due to the inevitable tolerances of the piezo disks in terms of speed of sound and charge constant can occur, the desired natural frequency of the converter completely disappears.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ge mäß den Unteransprüchen gelöst. Durch die reversiblen Ver änderungen der Länge, der Masse oder der Masseverteilung des Schwingergrundkörpers wird auch die Grundlongitudinal frequenz des Schwingergrundkörpers und damit verbunden auch die Schwingamplitude des Zerstäubertellers verändert. Auf diese Weise erhält man einen abstimmbaren Wandler, mit dem der nachteilige Einfluß der unvermeidbaren To leranzen der Piezoscheiben, insbesondere hinsichtlich der Schallgeschwindigkeit und der Ladungskonstante, auf die Zerstäubungseigenschaften ausgeglichen werden kann. Insbe sondere bei der Zerstäubung hochviskoser Flüssigkeiten oder bei tiefen Betriebstemperaturen wird mit der erfin dungsgemäßen Abstimmung des Schwingergrundkörpers eine Optimierung des Zerstäubungsverhaltens des Wandlers erzielt.This object is achieved by the method according to claim 1 and the device for performing the method solved according to the subclaims. Due to the reversible Ver changes in length, mass or mass distribution of the basic body of the transducer also becomes the basic longitudinal frequency of the body of the transducer and associated with it the vibration amplitude of the atomizing plate also changed. This way you get a tunable converter, with which the adverse influence of the inevitable To tolerances of the piezo disks, in particular with regard to the Speed of sound and the charge constant to which Atomizing properties can be compensated. In particular especially when atomizing highly viscous liquids or at low operating temperatures, the invent In accordance with the tuning of the basic body of a transducer Optimization of the atomization behavior of the converter achieved.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, die mehrere Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigenThe invention is in the following description and the Drawing, which shows several exemplary embodiments, explained in more detail. Show it
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des piezo elektrischen Ultraschall-Koppelschwingers mit einer Zwischenscheibe zur Längenände rung, Fig. 1 is a schematic side view of the piezoelectric ultrasonic transducer coupling tion with a washer to Längenände,
Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Ultra schall-Koppelschwingers nach Fig. 1, Fig. 2 shows another embodiment of the ultrasound transducer coupling shown in FIG. 1,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer wei teren Ausführungsform des Ultraschall-Kop pelschwingers mit einer verschiebbaren Mas se zur Änderung der Masseverteilung, Fig. 3 is a schematic side view of an embodiment of the ultrasonic wei direct-Kop pelschwingers with a displaceable Mas se for changing the mass distribution,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Ultra schall-Koppelschwingers nach Fig. 3 und Fig. 4 shows another embodiment of the ultrasonic coupling transducer according to Fig. 3 and
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Ultra schall-Koppelschwingers nach Fig. 3 Fig. 5 shows another embodiment of the ultrasound transducer coupling shown in FIG. 3
Die schematische Zeichnung zeigt in vereinfachter Dar stellung den prinzipiellen Aufbau eines Ultraschall-Kop pelschwingers, der aus einem Schwingergrundkörper 1 und einem Zerstäuberteller 2 besteht. Der Zerstäuberteller 2 ist an der Stirnseite eines Schafts 3 angeordnet, der mit dem Schwingergrundkörper 1 verbunden ist. Im Schwin gergrundkörper 1 sind zwei Piezoscheiben 4 angeordnet, die den Schwingergrundkörper 1 und den Zerstäuberteller 2 bei Zuführung elektrischer Energie in Schwingungen ver setzen, wobei die Schwingungen des Zerstäubertellers 2 vom Schwingergrundkörper 1 angeregt werden. Durch einen Kanal 5 im Schaft 3 wird dem Zerstäuberteller 2 die zu zerstäubende Flüssigkeit zugeführt.The schematic drawing shows in simplified Dar position the basic structure of an ultrasonic Kop pelschwingers, which consists of a base body 1 and an atomizer plate 2 . The atomizer plate 2 is arranged on the end face of a shaft 3 which is connected to the base body 1 of the oscillator. In Schwin gergrundkörper 1 , two piezo disks 4 are arranged, which set the oscillator base 1 and the atomizing plate 2 into vibrations when supplying electrical energy, the vibrations of the atomizing plate 2 being excited by the oscillator base 1 . The liquid to be atomized is supplied to the atomizing plate 2 through a channel 5 in the shaft 3 .
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist im Schwingergrund körper 1 zusätzlich zu den Piezoscheiben 4 eine weitere Zwischenscheibe 6 angeordnet, durch die die Länge des Schwingergrundkörpers 1 und damit seine Grundlongitudinal frequenz veränderbar ist. Diese Veränderung der Grundlongi tudinalfrequenz ist erforderlich, um das durch unterschied liche Schallgeschwindigkeiten oder Ladungskonstanten der Piezoscheiben 4 geänderte Schwingungsverhalten, das sich auf die Funktion des Zerstäubertellers 2 nachteilig aus wirken kann, wieder auszugleichen. Die mit unterschied lichen elektromechanischen Eigenschaften anfallenden Pie zoscheiben 4 werden bezüglich der Schallgeschwindigkeit und der Ladungskonstanten selektiert und in Gruppen mit gleicher oder geringfügig abweichender Qualität zusammen gefaßt. Um eine bestimmte, optimale Schwingungsamplitude des Zerstäubertellers 2 zu erhalten, werden die Zwischen scheiben 6 in ihrer Dicke passend zu den selektierten Piezoscheiben 4 ausgewählt und in den Schwingergrundkör per 1 eingebaut. Es können auch mehrere Zwischenscheiben 6 gleicher oder unterschiedlicher Dicke für den Einbau ver wendet werden. In gleicher Weise kann auch die zwischen den Piezoscheiben 4 liegende Zwischenelektrode 7 mit un terschiedlicher Dicke für den Einbau vorgesehen werden.In the embodiment according to FIG. 1, a further intermediate disk 6 is arranged in the vibrating base body 1 in addition to the piezo disks 4 , through which the length of the vibrating base body 1 and thus its basic longitudinal frequency can be changed. This change in the fundamental longi tudinal frequency is required to compensate for the changes in vibration behavior due to different speeds of sound or charge constants of the piezo disks 4 , which can adversely affect the function of the atomizing plate 2 . The resulting with different electromechanical properties Pie zoscheiben 4 are selected with respect to the speed of sound and the charge constant and summarized in groups with the same or slightly different quality. In order to obtain a specific, optimal vibration amplitude of the atomizing plate 2 , the intermediate disks 6 are selected in their thickness to match the selected piezo disks 4 and are installed in the oscillating body 1 . It can also be used several washers 6 of the same or different thickness for installation ver. In the same way, the intermediate electrode 7 lying between the piezo disks 4 and having a different thickness can also be provided for the installation.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der den Zerstäu berteller 2 tragende Schaft 3 in einer Gewindebohrung 8 des Schwingergrundkörpers 1 angeordnet. Da sich die Ge windebohrung 8 in der Längsrichtung des Schwingergrund körpers 1 erstreckt, kann dessen Länge und damit seine Grundlongitudinalfrequenz durch Ein- und Ausschrauben des Schaftes 3 verändert werden. Mit Hilfe einer Kontermutter 9 ist der Schaft 3 in der gewünschten Position fixierbar.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the shank 3 carrying the atomizing plate 2 is arranged in a threaded bore 8 of the basic body 1 of the oscillator. Since the Ge threaded bore 8 extends in the longitudinal direction of the base body 1 , its length and thus its basic longitudinal frequency can be changed by screwing the shaft 3 in and out. With the help of a lock nut 9 , the shaft 3 can be fixed in the desired position.
Die Fig. 3 zeigt den Ultraschall-Koppelschwinger mit einer Masse 10, die auf dem Schaft 3 in Längsrichtung des Schwin gergrundkörpers 1 verschiebbar ist. Mit einer Klemmschrau be 11 kann die Masse 10 in der gewünschten Position fixiert werden. Durch die Verschiebung der Masse 10 wird eine Änderung der Masseverteilung und damit auch eine Änderung der Grundlongitudinalfrequenz des Schwinger grundkörpers 1 erreicht. Es können mehrere Massen 10 unter schiedlicher Größe zur Auswahl für den Einbau vorgesehen werden. Fig. 3 shows the ultrasonic coupling transducer with a mass 10 , the gergrundkörpers 1 on the shaft 3 in the longitudinal direction of the Schwin. With a clamping screw be 11 , the mass 10 can be fixed in the desired position. By shifting the mass 10 , a change in the mass distribution and thus also a change in the basic longitudinal frequency of the vibrating body 1 is achieved. Several masses 10 of different sizes can be provided for selection for installation.
Eine ähnliche Ausführung ist in Fig. 4 dargestellt. Am Schwingergrundkörper 1 ist ein sich in Längsrichtung er streckender Gewindebolzen 12 mit aufgeschraubter Masse 10 und Klemmschraube 11 befestigt. Durch Ein- und Ausschrau ben der Masse 10 kann die Masseverteilung des Schwinger grundkörpers 1 verändert werden.A similar embodiment is shown in FIG. 4. On the vibrating body 1 , a longitudinally extending threaded bolt 12 with screwed-on mass 10 and clamping screw 11 is attached. By screwing and unscrewing the mass 10 , the mass distribution of the vibrating body 1 can be changed.
Die Fig. 5 zeigt den Ultraschall-Koppelschwinger mit einer Abstimmschraube 13, die in einer Gewindebohrung 14 des Schwingergrundkörpers 1 angeordnet ist. Durch Ein- und Aus schrauben der Abstimmschraube 13 wird eine Feinabstimmung des Schwingungsverhaltens erreicht. FIG. 5 shows the ultrasonic coupling transducer with a tuning screw 13 , which is arranged in a threaded bore 14 in the base body 1 of the transducer. By screwing the tuning screw 13 in and out , fine tuning of the vibration behavior is achieved.
Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung des Zerstäubungs verhaltens besteht darin, daß die Piezoscheiben 4 relativ zur Wandlerlänge möglichst dünn gewählt werden, damit die Toleranzen der Piezoscheiben bezüglich der Schallge schwindigkeit möglichst wenig Einfluß auf die Wandler resonanz und damit auf die Telleramplitude haben.Another way to optimize the atomization behavior is that the piezo disks 4 are chosen to be as thin as possible relative to the transducer length so that the tolerances of the piezo disks with respect to the speed of sound have as little influence on the transducer resonance and thus on the plate amplitude.
Die Wirkungsweise des Ultraschall-Koppelschwingers ge mäß der Erfindung ist wie folgt.The mode of operation of the ultrasonic coupling transducer according to the invention is as follows.
Der Ultraschall-Koppelschwinger zur Flüssigkeitszerstäu bung ist ein schwingungsfähiges Gebilde mit einer mecha nischen Eigenfrequenz. Diese Eigenfrequenz oder Resonanz frequenz setzt sich aus zwei Grundfrequenzen zusammen, der Grundlongitudinalfrequenz des Schwingergrundkörpers 1 ohne Zerstäuberteller 2 (Länge des Körpers ungefähr gleich halber Wellenlänge) und der Biegeresonanzfrequenz des Zer stäubertellers 2 (Tellerradius ungefähr gleich ein Vier tel der Wellenlänge). Zur Zerstäubung benötigt man eine ausreichende Schwingamplitude des Zerstäubertellers. Die Amplitude des Zerstäubertellers hängt von der Amplitude der Grundlongitudinalschwingung (hier als Erregerfrequenz wirkend), dem Abstand der Tellerresonanzfrequenz zur Eigenfrequenz des Wandlers (Resonanzerscheinung), der Schnelletransformation im Wandler und sonstigen mechani schen Eigenschaften des Zerstäubertellers 2 ab. Eine zu starke Näherung der Zerstäuber-Eigenfrequenz an die Tel lerresonanz ist aus physikalischen Gründen nicht mög lich, weil die Grundlongitudinalschwingung am Schwinger ende ein Schnellemaximum, der Teller aber an der gleichen Stelle ein Schnelleminimum hat. Eine zu starke Näherung der beiden Frequenzen läßt die Eigenfrequenz des Wandlers verschwinden.The ultrasonic coupling oscillator for liquid atomization is an oscillatory structure with a mechanical natural frequency. This natural frequency or resonance frequency is composed of two basic frequencies, the basic longitudinal frequency of the oscillator base body 1 without atomizer plate 2 (length of the body approximately equal to half the wavelength) and the bending resonance frequency of the atomizer plate 2 (plate radius approximately equal to a fourth of the wavelength). A sufficient vibration amplitude of the atomizing plate is required for atomization. The amplitude of the atomizing plate depends on the amplitude of the basic longitudinal vibration (here acting as excitation frequency), the distance of the plate resonance frequency from the natural frequency of the transducer (resonance phenomenon), the rapid transformation in the transducer and other mechanical properties of the atomizing plate 2 . A too close approximation of the atomiser natural frequency to the tel resonance is not possible for physical reasons, because the basic longitudinal vibration at the end of the transducer has a fast maximum, but the plate has a fast minimum at the same point. If the two frequencies come too close, the natural frequency of the transducer disappears.
Die unvermeidlichen Toleranzen der die Schwingung an regenden Piezoscheiben 4 bezüglich der Schallgeschwindig keit und der piezoelektrischen Ladungskonstanten wirken sich auf die Eigenfrequenz des Wandlers direkt aus. Es treten damit bei der Fertigung der Wandler je nach Streu ung der Piezoscheiben 4 starke Unterschiede in der Zer stäubungsqualität der Wandler auf, unter Umständen sind die Wandler sogar unbrauchbar. Abhilfe kann nur durch ge zielte Kompensation der Scheibentoleranzen über einen ab stimmbaren Wandler erfolgen.The inevitable tolerances of the vibration of the exciting piezo disks 4 with respect to the speed of sound and the piezoelectric charge constants have a direct effect on the natural frequency of the transducer. There are 4 major differences in the atomization quality of the transducers in the manufacture of the transducers, depending on the scattering of the piezo disks, and the transducers may even be unusable. This can only be remedied by targeted compensation of the disc tolerances using a tunable converter.
Nach der mechanischen, spanabhebenden Fertigung des Schwingergrundkörpers 1 ist die Resonanz des Zerstäuber tellers 2 bereits festgelegt, kann also nicht mehr be einflußt werden (außer durch weitere spanabhebende Be arbeitung). Die Grundlongitudinalfrequenz des Schwinger grundkörpers 1 kann aber mit Hilfe einer Längenänderung oder einer Änderung der Massenverteilung beeinflußt werden. Wenn man nun die Eigenfrequenz des Wandlers gezielt der Tellerresonanz nähern kann, können die Einflüsse der Piezoscheiben 4 kompensiert werden und es kann dadurch die gewünschte Telleramplitude eingestellt werden.After the mechanical, machining production of the vibrating body 1 , the resonance of the atomizer plate 2 has already been determined, so it can no longer be influenced (except by further machining machining). The basic longitudinal frequency of the vibrating body 1 can, however, be influenced with the aid of a change in length or a change in the mass distribution. If one can now approach the natural resonance of the transducer in a targeted manner to the plate resonance, the influences of the piezo disks 4 can be compensated and the desired plate amplitude can thereby be set.
Die vom Hersteller gelieferten Piezoscheiben 4 müssen, da sie sich in ihrer Schallgeschwindigkeit und ihren La dungskonstanten unterscheiden, entweder vermessen wer den oder vom Hersteller hinsichtlich dieser Parameter spezifiziert sein. Nach diesen gemessenen oder angegebe nen Größen von Schallgeschwindigkeit und Ladungskonstante werden die am Schwinger vorzunehmenden Änderungen festge legt. Danach kann die Endfertigung der Schwinger beginnen.The piezo disks 4 supplied by the manufacturer, because they differ in their speed of sound and their charge constants, must either be measured or specified by the manufacturer with regard to these parameters. The changes to be made to the transducer are determined on the basis of these measured or specified values of the speed of sound and the charge constant. Then the finishing of the transducers can begin.
Selbstverständlich ist mit den Abstimmethoden nach Fig. 2, 3, 4 und 5 auch eine Abstimmung nach endgültiger Fertig stellung des Schwingers möglich.Of course, with the tuning methods according to FIGS. 2, 3, 4 and 5, a tuning after final completion of the transducer is also possible.
Eine vorherige Festlegung der Änderungen wird aber ratio neller sein, da die Piezoscheiben aus einer Hersteller charge nur sehr wenig streuen, d.h., die Änderungen am Schwinger für eine Anzahl von Scheiben aus einer Her stellercharge immer die gleichen sind, solange bestimmte mechanische Toleranzen des Schwingers eingehalten werden. Mit diesen Abstimmethoden lassen sich selbstverständlich auch Schwinger für sehr spezielle Aufgaben herstellen.A previous definition of the changes is however ratio be brighter because the piezo disks from one manufacturer Scatter the batch very little, i.e. the changes to the Transducer for a number of disks from one source stellercharge are always the same as long as certain mechanical tolerances of the transducer are observed. With these voting methods you can of course also manufacture transducers for very special tasks.
Claims (11)
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