Leistungsultraschall-Transducer
Piezokeramische Hochleistungs-Wandler - Effizient und Leistungsstark
Leistungsultraschallwandler bestehen aus mehreren Einzelelementen, wobei piezokeramische Ringe das Kernstück bilden. Zusammengesetzt erzeugt und verstärkt das System >> Ultraschallwellen und überträgt sie ins Zielmedium. Die resultierenden Druckwechsel im Flüssigkeitsmedium führen zur Kavitation. Blasenbildung und Kollaps erzeugen lokale Druck- und Temperaturimpulse sowie Mikrojets.
In der Industrie wird die erzeugte Energie beispielsweise zur Ultraschallreinigung oder beim Ultraschallschweißen von Kunststoffen genutzt. In der Medizintechnik kommen Leistungsultraschall-Transducer bei der Zahnreinigung, in chirurgischen Skalpellen oder in der in‑vitro Diagnostik zum Einsatz.
Die einzelnen Komponenten des Wandlers lassen sich gezielt modifizieren, um die technischen Spezifikationen anwendungsspezifisch zu optimieren. Hierbei stehen FEM‑Programme für eine schnelle und effiziente Entwicklung zur Verfügung.
Spezifikationen
Mit mehr als 30 Jahren Erfahrung in der Entwicklung und Produktion von Piezokeramiken bietet PI Ceramic einen umfassenden Service – von der Materialauswahl bis zur Entwicklung maßgeschneiderter, anwendungsspezifischer Bauteile.
Die Abmessungen und Spezifikationen der Leistungsschall-Wandler können innerhalb definierter Grenzen individuell festgelegt werden. Die Bewertung der Machbarkeit erfolgt auf Basis der übermittelten Anforderungen oder Abmessungen.
| Abmessungen [mm] | Limitierung durch Piezoring-Durchmesser ≤ 50 mm |
| Resonanzfrequenz f [kHz] | Abhängig vom Design, > 20 kHz |
| Resonanzimpedanz I [Ω] | Abhängig vom Design |
| Maximale Auslenkung (Spitze-Spitze) App [µm] | Abhängig von Design und Resonanzfrequenz |
| Maximale Leistungsaufnahme P [W] | ≤ 4000 (bei 20 kHz, kein Dauerbetrieb) |
| Qualitätsfaktor Qm | Abhängig von Material und Geometrie |
| Piezokeramiken | Für die Leistungsschallerzeugung werden >> piezokeramische Ringe verwendet. |
| Piezomaterial | Wir bieten verschiedene ferroelektrisch harte PTZ-Materialien an. Zur Materialübersicht gelangen Sie >> hier, zu den Datenblättern >> hier. |
| Elektronik | Die Entwicklung kundenspezifischer Lösungen ist nach Machbarkeitsprüfung möglich. |
| Möglichkeiten | Neben dem dargestellten Aufbau lassen sich individuelle Designs realisieren, wie zum Beispiel
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| Anwendungen | Piezokeramische Leistungsschallwandler eignen sich für eine Vielzahl von industriellen und medizinischen Bereiche. Beispiele für mögliche Anwendungen finden Sie >> hier. |
Vergleichende Materialdaten
Neben der Entwicklung und Fertigung von Leistungsultraschall-Transducern mit Ringen aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) bietet PI Ceramic die kundenenspezifische Entwicklung dieser Wandler mit bleifreien Piezokeramiken an.
Kalium-Natrium-Niobat-Ringe (KNN) können PZT-Ringe nicht in allen Anwendungen ersetzen. Dennoch lassen sich Transducer durch Anpassungen so spezifizieren, dass sie den Anforderungen in vielen Einsatzfeldern gerecht werden. PI Ceramic verbindet dabei seine Kompetenz in der Entwicklung bleifreier Werkstoffe mit langjähriger Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung von Leistungsultraschall-Transducern.
Vergleichende Ergebnisse von bleifreien und bleihaltigen Leistungsultraschall-Transducern für den Einsatz in der in-vitro Diagnostik:
Die Parameter des >> Werkstoffs sind entscheidend für das Erreichen der gewünschten Spezifikationen eines Leistungsultraschall-Transducers. Durch die Verwendung von bleifreien Ringen (KNN) wird die Auslenkung bei gleicher Leistung sowie gleicher Spannung reduziert. Dies kann durch eine höhere Ansteuerspannung kompensiert werden.
Zu beachten ist, dass bei bleifreien Materialien aufgrund des höheren Verlustfaktors bei gleicher Auslenkungsamplitude an der Spitze des Transducers eine höhere Wärmeentwicklung in den Ringen entsteht. Zusätzlich kommt es aufgrund einer höheren Verlustleistung zu einer höheren Eigenerwärmung.
Anwendungsbereiche von Leistungsschall-Transducern
Unterstützung medizintechnischer Anwendungen wie:
- Mischen von Flüssigkeiten
- Ultraschallskalpelle
- Gewebeaspiration
- Zahnsteinentfernung
- Phakoemulsifikation
- Membranvernebler