DE4203729A1

DE4203729A1 - Mechanical amplitude-amplifier for high amplification of ultrasonic vibrations - has graded conical vibrator shape with reflection surface area larger than cross-section in the middle region

Info

Publication number: DE4203729A1
Application number: DE19924203729
Authority: DE
Inventors: Harald Dr Ing Hielscher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-06
Filing date: 1992-02-06
Publication date: 1993-08-12

Abstract

The mechanical amplitude-amplifier of ultrasonic vibrations has a lambda/2 graded cylindrical vibrator. In its conical region, the cross-section (1) is smaller by lambda/4 than the size of the reflection area (2). The cross-section of the lower part (6) decreases in the middle portion of the vibrator. A hole (4) is made so that the cross-section (1) decreases within the graded region of the amplitude-amplifier. The length of the hole should be more than half the lower part (6) of the vibrator. USE/ADVANTAGE - Smaller mass and less material used in the ultrasonic vibrator.

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Ampli tudenverstärker zur sehr hohen Verstärkung von Ultraschall-Schwingungen.The invention relates to a mechanical amplifier Student amplifier for very high amplification of Ultrasonic vibrations.

Diese macht sich erforderlich, weil die zur Um wandlung von elektrischer HF-Energie in mechani sche HP-Schwingungen verwendeten Piezoelemente nur begrenzte Amplituden erzeugen können und zu große Amplituden zur Verringerung des Wirkungs grades und zur Erhöhung der Eigenerwärmung der Piezoelemente führen.This is necessary because the order conversion of electrical HF energy into mechani HP vibrations used piezo elements can only produce limited amplitudes large amplitudes to reduce the effect degrees and to increase the self-heating of the Lead piezo elements.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Amplitu denverstärker, wie sie bevorzugt in Ultraschall desintegratoren Verwendung finden, bestehen aus hochelastischem Material, meist aus Titanlegie rungen. Sie sind derart ausgebildet, daß die An regungsfläche F_e des Amplitudenverstärkers, auf welche die mechanischen Schwingungen durch den Ultraschallwandler übertragen werden, um ein Mehrfaches größer ist als die Abstrahlungsfläche F_a desselben, wobei der Amplitudenverstärker ähnlich einem abgestuften Zylinder als Lamb da/2-Schwinger ausgebildet ist. Dabei ist das Verhältnis von Abstrahlungsamplitude A_a und An regungsamplitude A_e bei einem als Stufenhorn ausgebildeten Amplitudenverstärker annäherndThe amplifiers known from the prior art, as they are preferably used in ultrasound disintegrators, consist of highly elastic material, mostly of titanium alloys. They are designed in such a way that the excitation surface F _{e of} the amplitude amplifier, to which the mechanical vibrations are transmitted by the ultrasonic transducer, is several times larger than the radiation surface F _{a of the} same, the amplitude amplifier being similar to a stepped cylinder as Lamb da / 2- Schwinger is trained. The ratio of radiation amplitude A _a and excitation amplitude A _{e is} approximately the same for an amplitude amplifier designed as a step horn

Um eine hohe Amplitudenverstärkung zu erreichen, ist es bisher üblich, daß die Anregungsfläche F_e des meist zylindrischen Oberteiles sehr groß aus gebildet ist oder sogar mehrere Amplitudenver stärker hintereinander angebracht werden müs sen.In order to achieve a high amplitude amplification, it has hitherto been customary for the excitation surface F _{e of} the mostly cylindrical upper part to be formed very large, or even for a plurality of amplitudes to be attached more successively.

Als nachteilig daran erweist sich der große Auf wand an hochwertigem Material, das hohe Gewicht und die damit verbundene Unhandlichkeit des Des integrators sowie die durch die große Masse ver ursachten höheren Anforderungen an die kompli zierte elektronische Schaltung des HF-Genera tors.The big up turns out to be disadvantageous wrangled on high quality material, the high weight and the associated unwieldiness of the Des integrators as well as the ver cause higher demands on the compli graced electronic circuit of the HF-Genera tors.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Materialeinsatz bei einer vorgegebenen Am plitudenverstärkung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik deutlich zu verringern.It is therefore an object of the present invention the use of materials at a given Am increase in confidence compared to the previous one To significantly reduce the state of the art.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing part of claim 1 Features solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.Advantageous configurations result from the characteristics of the subclaims.

Der Amplitudenverstärker als Lambda/2-Schwinger ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Abstufung desselben, also bei ei ner Länge von etwa Lambda/4 der Querschnitt F_m deutlich kleiner als der Querschnitt der Ab strahlungsfläche F_a ausgebildet wird. Dadurch läßt sich eine Amplitudenverstärkung erreichen, die annähernd dem VerhältnisThe amplitude amplifier as a lambda / 2 oscillator is characterized in that the cross section F _{m is formed} significantly smaller than the cross section of the radiation area F _a in the range of the same, that is to say with a length of approximately lambda / 4, the cross section F _m . This enables an amplification of the amplitude to be achieved which is approximately the ratio

entspricht.corresponds.

Durch den zum Ende des Amplitudenverstärkers hin größer werdenden Querschnitt wird darüberhinaus bei gleicher Frequenz eine insgesamt kürzere Ausführung erreicht.By the end of the amplitude amplifier the cross-section becomes larger a shorter overall at the same frequency Execution reached.

Erfindungsgemäß kann das mit der in Fig. 1 dar gestellten Anordnung erreicht werden.According to the invention can be achieved with the arrangement shown in Fig. 1.

Dabei zeigt Fig. 1, daß sich die Querschnitts fläche des Unterteiles 6 in Richtung, Mitte des Amplitudenverstärkers bis zum Querschnitt 1 ver jüngt.Here, FIG. 1 shows that the cross-sectional area to the lower part 6 in the direction of the amplitude of the amplifier to the cross-section tapers center 1 ver.

Durch die konische Ausführung wird erreicht, daß beim Eintauchen in Flüssigkeiten die Abstrahlung der Schalleistung wie gewünscht über die Ab strahlungsfläche 2 erfolgt und parasitäre Schall abstrahlungen in andere Richtungen vermieden werden. The conical design ensures that, when immersed in liquids, the sound power is emitted as desired via the radiation surface 2 and parasitic sound emissions in other directions are avoided.

In Fig. 2 wird die erfindungsgemäße Lösung da durch erreicht, daß im Bereich der Abstufung des Amplitudenverstärkers durch eine vom Oberteil 5 her eingebrachte Bohrung 4 die gewünschte Quer schnittsverringerung erreicht wird. Die Bohrung muß dabei mindestens zu 50% in die Länge des Un terteiles 6 hineinragen. Die Bohrung kann auch von dem Unterteil 6 ausgehend bis zur Abstufung des Amplitudenverstärkers eingebracht sein.In Fig. 2, the solution according to the invention is achieved by the fact that the desired cross-sectional reduction is achieved in the area of the gradation of the amplitude amplifier through a bore 4 introduced from the upper part 5 . The bore must protrude at least 50% into the length of the lower part 6 Un. The bore can also be made starting from the lower part 6 up to the gradation of the amplitude amplifier.

Claims

1. Mechanical amplitude amplifier for the amplification of ultrasound amplitudes, which is designed similarly to a stepped cylinder as a lambda / 2-oscillator, characterized in that in the area of the gradation of the same, with a length of approximately lambda / 4, the cross section ( 1 ) clearly is smaller than the cross section of the radiation surface ( 2 ).

2. Mechanical amplitude amplifier according to claim 1, characterized in that the cross section of the lower part ( 6 ) of the same decreases conically to the center of the amplitude amplifier.

3. Mechanical amplitude amplifier according to claim 1, characterized in that a drilling tion ( 4 ) is designed such that it reduces the cross-section ( 1 ) in the area of the gradation of the amplitude amplifier.