DE2049761A1

DE2049761A1 - Ultraschallgeber

Info

Publication number: DE2049761A1
Application number: DE19702049761
Authority: DE
Inventors: Charles William Rochester NY Pierson (V St A )
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1969-10-13
Filing date: 1970-10-09
Publication date: 1971-04-22
Also published as: US3555297A; GB1331763A; FR2065391A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallgeber mit mindestens einem piezoelektrischen Kristall, der zwischen zwei Stützkörpern liegt, die durch einen zentralen Bolzen gegen den Kristall gedrückt werden.

Ultraschallgeber werden seit Jahren in der Industrie vielfach angewendet, z.B. zum Schweißen plastischer Materialien. Da die Kristalle im Dauerbetrieb sehr heiß werden, muß der Ultraschallgeber gekühlt werden. Aus der US-Patentschrift 3 328 610 ist es bereits bekannt, den Ültraschallgeber durch einen Luftstrom an seiner Außenfläche zu kühlen. Diese Kühlung arbeitet jedoch nicht immer befriedigend, da die wärme, im Inneren der Kristalle entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ultraschallgeber zu schaffen, der wesentlich besser gekühlt werden kann.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung bei Ultraschallgebern der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der zentrale Bolzen in Längsrichtung einen Durchlaß aufweist, der mit Kanälen kommuniziert, die sich zwischen den Stützkörpern einerseits und dem Kristall andererseits von dem zentralen Bolzen quer durch den Ultraschallgeber nach außen erstrecken. Diese Ausbildung ermöglicht es, ein Kühlmittel durch das ■ innere des Ultraschallgebers hindurch und über die Stirnflächen des Kristalls oder der Kristallen nach außen strömen zu lassen, wodurch eine intensive Kühlung mit geringem Aufwand erzielt werden kann.

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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 oder der Linie 3¹ - 3¹ der Fig. 1 und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 1.

Der in der Zeichnung dargestellte Ultraschallgeber T besitzt einen hinteren Stützkörper 11, einen vorderen Stützkörper 13 und zwei piezoelektrische Kristalle 23 und 25, die schichtartig zwischen den beiden Stützkörpern angeordnet sind und an der Stirnfläche 15 des hinteren Stützkörpers 11 sowie an der Stirnfläche 17 des vorderen Stützkörpers anliegen.

Das vordere Ende eines zentralen Bolzens 19, der sich durch eine zentrale Bohrung in dem hinteren Stützkörper und in den Kristallen erstreckt, ist in eine Sackbohrung 21 im vorderen Stützkörper 13 eingeschraubt. Der Kopf des Bolzens 19 drückt auf die äußere Stirnseite des hinteren Stützkörpers 11, um die Elemente fest zusammenzuhalten.

Der ringscheibenförmige, am hinteren Stützkörper anliegende piezoelektrische Kristall 23 ist von denn anderen ebenfalls scheibenförmigen piezoelektrischen Kristall_25 durch einen metallischen, ringscheibenförmigen Abstandhalter 27 getrennt, dessen beide Stirn-

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flächen mit den Stirnflächen der Kristalle in innigem Kontakt stehen. Alle drei Scheiben sind mit Abstand vom Bolzen 19 angeordnet, so daß kein elektrischer Kontakt mit diesem besteht.

Die Isolierung gegenüber dem Bolzen , dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der zentralen Bohrung, kann auch durch einen zylindrischen Isolator erfolgen, der so lose in der zwischen dem Bolzen und der Wandung der zentralen Bohrung gebildeten Ringkammer 33 eingesetzt ist, daß er einen Luftstrom durch diese zuläßt. Die Kristalle 23 und 25 können aus einem beliebigen piezoelektrischen Kristallmaterial bestehen; der bekannte PZT-Kristall (Blei, Zirkonate, Titanate) wird jedoch bevorzugt.

Zur Kühlung des Ultraschallgebers ist der Bolzen 19 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 29 ausgebildet, deren hinteres Ende mit einer Luftzufuhrleitung 31 verbunden ist und deren vorderes Ende sich gegen den Grund der Sackbohrung 2I_- hin öffnet und im Abstand von diesem liegt. An der Außenseite des Bolzen 19 ist von dessen vorderen Ende bis etwa zur Mitte hin eine Längsnut 31 vorgesehen, so daß ein Strömungsmittel von der Bohrung 29 in die Sackbohrung 21, und von dort durch die Längsnut 31 in die Ringkammer 33 gelangen kann, die den Bolzen 19 umgibt und durch die Kristalle begrenzt wird.

Die Flächen der Stützkörper 11 und 13/fees Abstandshalters 27, die mit den Kristallen 23 und 25 in Berührung stehen, weisen eine Reihe radialer Nuten 35, 37, 39 und 41 auf, die sich von der inneren Zylinderflache dieser Teile zu ihrer äußeren Zylinderfläche erstrecken, so daß Luft, die in die Ringkammer 33 gelangt ist, über alle Stirnflächen der Kristalle radial nach außen strömen kann.

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Statt die Luft über die Leitung 31 zuzuführen, kann man sie auch einem Gehäuse zuführen, das den oberen Abschnitt des Ultraschallgebers umschließt und von dem sie dann in das Innere des Ultraschallgebers und durch die Bohrung 29 und die Leitung 31 wieder nach außen gelangt. Selbstverständlich kann der Ultraschallgeber 13 im Betrieb in beliebiger Weise festgehalten werden, z.B. durch geeignete Klammern oder Stützscheiben, die seine Vibration zulassen, während sie ihn in der gewünschten Lage halten. Die radial verlaufenden Nuten können selbstverständlich auch statt in den Metallfe körpern in den Kristallelementen ausgebildet sein.

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Claims

Patentansprüche

./ültraschallgeber mit mindestens einem piezoelektrischen Kristall, der zwischen zwei Stützkörpern liegt, die durch einen zentralen Bolzen gegen den Kristall gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Bolzen (19) in Längsrichtung einen Durchlaß (29, 31) aufweist, der mit Kanälen (35, 41) kommuniziert, die sich zwischen den Stützkörpern (11, 13) einerseits und dem Kristall (23, 25) andererseits von dem zentralen Bolzen quer durch den Ultraschallgeber (T) nach außen erstrecken.
2. ültraschallgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (35, 41) durch quer verlaufende Nuten in den Kristall kontaktierenden Flächen (15, 17) der Stützkörper (11, 13) gebildet werden und daß der zentrale Bolzen (19) einen Abstand zu dem ihn umgebenden Kristall aufweist, wodurch eine Ringkammer vorhanden ist, die mit den Kanälen (35, 37, 39, 41) und mit dem Durchlaß (29, 31) kommuniziert.
3. ültraschallgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (29, 31) aus einer durch die Längsachse des Bolzens (19) führenden Bohrung (29) und aus einer an einem Ende des Bolzen (19) beginnenden und bis in die Ringkammer führenden äußeren Längsnut (31) besteht und daß dieses Ende des Bolzens (19) in eine Sackbohrung (21) des einen Stützkörpers (13) ragt und im Abstand vom Grund der Sackbohrung endet.
4. ültraschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei piezoelektrische Kristalle (23, 25) zwischen den Stützkörpern nebeneinander liegen durch eine Abstandsscheibe (27) voneinander getrennt sind,

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die auf ihren beiden Seiten Nuten (37, 39) aufweist, die sich von der Ringkammer (33) zur Außenseite des Ultraschallgebers erstrecken.
5. Ultraschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper (11, 13), die piezoelektrischen Kristalle (23, 25) und die Abstandsscheibe (27) als Ringe ausgebildet sind und daß die, Kanäle (35, 37, 39, 41) radial von innen nach außen ver-

" laufen.
6. Ultraschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (19) mit einem Anschluß für eine Kühlmittelzuleitung versehen ist.

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