專利名稱：用于將超聲傳入可流動的介質(zhì)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助超聲觸頭(Sonotrode)將超聲傳入可流動的介質(zhì)的方法和裝置，其中可流動的介質(zhì)并不直接與超聲觸頭形成接觸。
在相應(yīng)地將能量傳入可流動的介質(zhì)中時，在暴露于超聲下的區(qū)域伴隨局部集中的、極高的壓力和溫度出現(xiàn)空化現(xiàn)象，這在將超聲觸頭和被處理的介質(zhì)直接接觸時導(dǎo)致從超聲觸頭材料中分離出精細(xì)的顆粒。大部分通常的超聲觸頭具有金屬表面，這樣導(dǎo)致精細(xì)顆粒和金屬離子進(jìn)入被處理的材料中，這對于很多被超聲處理的材料如食品或者藥品是極不希望的。此外，超聲觸頭材料的磨損也是不利的，因為這導(dǎo)致表面變粗糙并由此導(dǎo)致超聲觸頭中形成微裂紋，而必須在或長或短的時間間隔之后更換超聲觸頭。按照DE 102 43837 A1建議了，通過在中間設(shè)置另一種液體來將超聲傳遞到介質(zhì)，使得可流動的介質(zhì)并不直接與超聲觸頭產(chǎn)生接觸，其中液體處于過壓下并且通過一個壁與待處理的介質(zhì)分離。為此必須將傳遞液體保持在壓力容器中，超聲觸頭作用到該壓力容器的壁上。由此，使磨損顆粒不能從超聲觸頭到達(dá)待處理的介質(zhì)中。但在液體中還是發(fā)生了空化現(xiàn)象并且導(dǎo)致流動室(Durchflusszelle)的振蕩的容器壁和超聲觸頭的磨損。
通過DE 40 41 365 A1也已經(jīng)建議了，為了降低由于空化現(xiàn)象而引起的磨損，超聲觸頭的振蕩的端部設(shè)置有由多晶的金剛石構(gòu)成的保護(hù)層。但是，這樣的措施使超聲觸頭極為昂貴。
本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種開始所述類型的方法以及一種裝置，通過它們可以低成本地并極大地避免在超聲觸頭上由其自身所引起的磨損。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1和7的特征來解決。合乎目的的擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求的主題。
接著，規(guī)定以下的方法步驟—這樣地將一種薄膜安裝到超聲觸頭上，使得將薄膜壓向超聲觸頭上的壓緊力總是這樣大，以致薄膜以相應(yīng)的頻率和幅度跟隨超聲觸頭的往復(fù)運(yùn)動。
—將超聲功率通過薄膜傳入介質(zhì)中并且將磨損現(xiàn)象轉(zhuǎn)移到薄膜上。
根據(jù)本方法的一種優(yōu)選的變形方案，通過相對于背離超聲觸頭的側(cè)上的壓力，在薄膜的朝著超聲觸頭的側(cè)上產(chǎn)生低壓，或者在薄膜位于超聲觸頭外側(cè)上的彎曲的超聲觸頭的情況下，通過產(chǎn)生拉力，將至薄膜上的壓緊力施加到薄膜上。
根據(jù)本方法的一種優(yōu)選的變形方案，薄膜在朝超聲觸頭的側(cè)上用液體例如油、合成樹脂或者硅樹脂化合物來潤濕。
合乎目的地，在超聲觸頭工作期間薄膜連續(xù)或者間斷地在超聲電極上運(yùn)動。
本方法有這樣的優(yōu)點，即超聲觸頭的磨損被轉(zhuǎn)移到薄膜上。這適于應(yīng)用在食品技術(shù)、制藥工業(yè)和化學(xué)工業(yè)中，用于混合或者乳化不同種類的液體、用于處理污泥以及應(yīng)用在其它使用超聲的領(lǐng)域。在使用侵蝕性的介質(zhì)時產(chǎn)生這樣的優(yōu)點，即薄膜也防止超聲觸頭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
合乎目的的是，這樣地構(gòu)建適于實施本方法的裝置，使得在超聲觸頭與介質(zhì)之間這樣地設(shè)置有柔性薄膜，使得薄膜直接緊貼在超聲觸頭上或者間接地以直至100μm的間距位于超聲觸頭之上，在該裝置工作期間薄膜向超聲觸頭的壓緊力通過拉力來支持，并且在該裝置工作期間壓緊力總是保持這樣大，使得薄膜總是直接或者間接地緊貼在超聲電極上并且跟隨著往復(fù)運(yùn)動。液態(tài)的物質(zhì)可以以直至100μm的間距來設(shè)置。
壓緊力可簡單地以這樣的方式來實現(xiàn)，即在待超聲處理的介質(zhì)中維持相應(yīng)的靜態(tài)或動態(tài)的壓力，使得即使超聲觸頭振蕩時也始終將薄膜壓到超聲觸頭上。但是，壓緊力也可以通過另一些方法來提供，例如，其方式是將低壓施加到薄膜的朝著超聲觸頭的側(cè)上或者(在彎曲的超聲觸頭情況下)借助張緊裝置將薄膜張緊到超聲觸頭之上，即將拉力施加到薄膜上。
該裝置可以以根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的方式這樣地構(gòu)建，使得在用于保持超聲觸頭的設(shè)備與流動室之間的薄膜張緊。
該裝置也可以這樣地構(gòu)建，使得薄膜張緊到板狀超聲觸頭之上，該板狀超聲觸頭浸入具有待超聲處理的液體的敞開的容器中。
根據(jù)另一種變形方案，該裝置也可以構(gòu)建為超聲槽，在超聲槽上在外側(cè)安裝有壓電振蕩器。薄膜則位于超聲槽的內(nèi)壁上并且通過低壓被壓向振蕩的面上。
為了薄膜的繼續(xù)移動，裝置合乎目的地裝備有輸送裝置，借助該輸送裝置在存儲滾筒與接收滾筒之間連續(xù)地或者逐段地繼續(xù)輸送薄膜。
薄膜可以由金屬或者塑料構(gòu)成并且具有5至200μm之間的厚度。為了保證薄膜緊密地連接到超聲觸頭上，薄膜可以附加地在其朝著超聲觸頭的側(cè)上用液體、油、合成樹脂或者硅樹脂潤濕。
接下來，將借助一些實施例更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。在所屬的附圖描述了這些裝置，其中

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的具有塊狀超聲觸頭的裝置，圖2示意性地示出具有作為超聲觸頭的彎曲振蕩器的這種裝置，圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的具有作為超聲觸頭的板狀振蕩器的裝置，圖4示意性地示出了具有根據(jù)本發(fā)明的薄膜的超聲槽，以及圖5示意性地示出了實施為波導(dǎo)振蕩器-超聲觸頭的本發(fā)明。
在圖1示出了用于超聲處理可流動的介質(zhì)2的裝置1。在此具有被實施為塊狀超聲觸頭的超聲觸頭4的超聲變換器3與裝置1通過凸緣連接件5固定地相連并且附加地借助密封件6相對于裝置1的內(nèi)部空間密封。在其下側(cè)，裝置1與流動室7相連接，其中在裝置1與流動室7之間這樣地放置有一薄的薄膜8，優(yōu)選厚度在5μm-200μm的范圍內(nèi)，例如50μm，使得薄膜8直接緊貼在超聲觸頭4的端面上并且借助密封件9將裝置1中的空間相對于流動室7密封并且將流動室7向外密封。
通過入口和出口10、11，待超聲處理的介質(zhì)2(優(yōu)選為液體、例如水)被泵送通過流動室7。通過在流動室7中形成的壓力將薄膜8壓向超聲觸頭4的端面上。另外通過接通裝置12在裝置1中產(chǎn)生低壓，所述低壓附加地通過一個保留在超聲觸頭4與裝置1的殼體之間的、小的、例如為0.1mm的空隙13將薄膜8向超聲觸頭4的端面拉。在此，通過低壓所產(chǎn)生的力必須比在超聲觸頭4的端面上作用到薄膜8上的加速力更大，以便使薄膜8總是保持與超聲觸頭4的接觸。通過將抗扯裂的液體或者液體薄膜施加到背離介質(zhì)2的薄膜側(cè)上可有助于該過程。
在裝置1工作期間通過超聲觸頭4和薄膜8在流動室7中產(chǎn)生空化場。由于空化的影響所引起的磨損現(xiàn)象現(xiàn)在僅僅涉及到薄膜8。根據(jù)所出現(xiàn)的機(jī)械上的幅度的大小、在此例如為100μm以及薄膜8的特性，薄膜8的使用壽命達(dá)到數(shù)分鐘。用于薄膜8的輸送裝置負(fù)責(zé)保持薄膜8的暴露于超聲中的時間一直小于其使用壽命。
圖2示出了具有作為超聲觸頭4的彎曲振蕩器的裝置1的一種變形方案。
圖3示出了具有敞開的處理容器15的超聲處理設(shè)備。通過超聲變換器3使超聲觸頭4振蕩。振蕩通過超聲觸頭4的端面?zhèn)魉偷娇闪鲃拥慕橘|(zhì)2中。
為了抑制在超聲觸頭4的端面上由于空化而形成的磨損現(xiàn)象，薄的薄膜8通過輸送裝置14這樣地被引入，使得介質(zhì)2不接觸超聲觸頭4的端面。在此，薄膜8優(yōu)選具有5μm-200μm的厚度，在此例如具有50μm的厚度。在此，由輸送裝置14所施加的拉力又必須這樣大，使得將薄膜8永久地壓向超聲觸頭4的端面上。在工作期間，壓緊力在任何情況下都必須大于通過振蕩的超聲觸頭4作用到薄膜8上的加速力。
圖4示出了結(jié)合了超聲槽的本發(fā)明。超聲槽的結(jié)構(gòu)本身已公開并且被充分地描述。
該裝置由實際的槽16構(gòu)成，在該槽上從外安裝有壓電振蕩器17并且該槽如超聲觸頭那樣地工作。為了抑止由于空化而形成的磨損現(xiàn)象，將薄的薄膜18引入槽16中。在此，薄膜18優(yōu)選具有5μm-200μm的厚度，在此例如50μm的厚度。
薄膜18通過蓋19來固定，該蓋同時將薄膜18與槽16之間的空間密封封閉。經(jīng)過接通裝置20通過產(chǎn)生低壓而將薄膜18拉向槽16。
圖5示出了結(jié)合了波導(dǎo)振蕩器的本發(fā)明，波導(dǎo)振蕩器又設(shè)置在敞開的處理容器15中。構(gòu)造為波導(dǎo)振蕩器的超聲變換器21的外表面被使得振蕩。通過該外表面將振蕩傳送進(jìn)液體2中。
為了抑制在超聲變換器21的外表面上由于空化所產(chǎn)生的磨損現(xiàn)象，通過輸送裝置14這樣地引入薄的薄膜8，使得沒有液體2接觸超聲變換器21的外表面。在此，薄膜8優(yōu)選具有5μm-200μm的厚度，在此例如具有50μm的厚度。通過用于壓緊薄膜8的裝置22，這樣地圍繞超聲變換器21來設(shè)置薄膜，使得沒有液體2能接觸超聲變換器21的外表面，即使在偏轉(zhuǎn)點也不能接觸。在此，由輸送裝置14所施加的拉力必須這樣大，使得將薄膜8永久地壓向超聲變換器21的外表面上。在工作期間，壓緊力在任何情況下都必須大于通過超聲變換器21的外表面振蕩而作用到薄膜8上的加速力。
參考標(biāo)號表1 (用于容納超聲觸頭的)裝置2 可流動的介質(zhì)3 超聲變換器4 超聲觸頭5 凸緣連接件6 密封件7 流動室8 薄膜9 密封件10 (待超聲處理的介質(zhì)的)入口11 (待超聲處理的介質(zhì)的)出口12 用于產(chǎn)生低壓的接通裝置13 空隙14 輸送裝置15 處理容器16 槽17 壓電振蕩器18 薄膜19 蓋20 用于產(chǎn)生低壓的接通裝置21 超聲變換器22 (用于壓緊薄膜的)裝置
權(quán)利要求
1.一種用于通過超聲觸頭將超聲傳入可流動介質(zhì)的方法，其中所述可流動的介質(zhì)不直接與所述超聲觸頭接觸，其特征在于以下方法步驟—這樣地將一種薄膜安裝到所述超聲觸頭上，使得將所述薄膜壓到所述超聲觸頭上的壓緊力總是這樣大，以致所述薄膜以相應(yīng)的頻率和幅度跟隨著所述超聲觸頭的往復(fù)運(yùn)動?！獙⒊暪β释ㄟ^所述薄膜傳入介質(zhì)并且將磨損現(xiàn)象轉(zhuǎn)移到所述薄膜上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過在朝著所述超聲觸頭的側(cè)上產(chǎn)生低壓來實現(xiàn)所述薄膜的壓緊力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，附加地將過壓施加到所述薄膜背對超聲觸頭的側(cè)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過產(chǎn)生一個拉力到所述薄膜上來施加所述薄膜的壓緊力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的方法，其特征在于，所述薄膜在朝著所述超聲觸頭的側(cè)上用液體來潤濕。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，將薄膜連續(xù)或者間斷地在超聲觸頭上方移過。
7.一種用于通過超聲觸頭(4；16；21)將超聲傳入可流動的介質(zhì)(2)的裝置，其中所述可流動的介質(zhì)(2)不直接與所述超聲觸頭(4；16；21)接觸，其特征在于，為了防止所述超聲觸頭(4；16；21)自己產(chǎn)生磨損，在超聲觸頭(4；16；21)與介質(zhì)(2)之間這樣地設(shè)置有薄膜(8；18)，使得所述薄膜(8；18)直接緊貼在所述超聲觸頭(4；16；21)上或者以直至100μm的間距間接地位于所述超聲觸頭(4；16；21)上方，并且所述薄膜的向所述超聲觸頭(4；16；21)的壓緊力通過一個拉力來支持并且在所述裝置工作期間總是保持這樣大，使得所述薄膜(8，18)總是直接或者間接地緊貼在所述超聲觸頭(4；16；21)上并且跟隨往復(fù)運(yùn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述薄膜(8)被張緊在用于保持所述超聲觸頭(4)的設(shè)備(1)與流動室(7)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，將所述薄膜(18)壓向超聲槽(16)的內(nèi)壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述薄膜(8)圍繞所述超聲觸頭(21)并且借助張緊裝置(22)來保持。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項所述的裝置，其特征在于，在所述薄膜(8；18)的朝著所述超聲觸頭(4；16)的側(cè)后面所構(gòu)成的空間被施加一個低壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述可流動的介質(zhì)(2)處于過壓中。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置裝備有用于連續(xù)或者間斷地繼續(xù)移動所述薄膜(8)的輸送裝置(14)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述薄膜(8，18)在朝著所述超聲觸頭(4；16；21)的側(cè)上用液體潤濕。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述液體是油。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述液體是合成樹脂。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述液體是硅樹脂化合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求7至17中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述薄膜(8；18)是金屬薄膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求7至17中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述薄膜(8；18)是塑料薄膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求7至19中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述薄膜(8；18)的厚度在5和200μm之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，以直至100μm的間距來設(shè)置可流動的物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助超聲觸頭將超聲傳入可流動介質(zhì)的方法和裝置，其中可流動的介質(zhì)不直接與超聲觸頭形成接觸。所建議的方法具有以下方法步驟將一種薄膜(8)這樣地安裝到超聲觸頭(4)上，使得將薄膜(8)壓向超聲觸頭上的壓緊力總是這樣大，以致薄膜(8)以相應(yīng)的頻率和幅度跟隨著超聲觸頭(4)的往復(fù)運(yùn)動；將超聲功率通過薄膜(8)傳入介質(zhì)(2)并且將磨損現(xiàn)象轉(zhuǎn)移到薄膜(8)上。
文檔編號B01F11/02GK1956771SQ200580016524
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者哈拉爾德·希爾舍, 霍爾格·希爾舍, 托馬斯·希爾舍 申請人:希爾舍博士有限責(zé)任公司