Brevet FR2670690A1 — publié le 19920626

La présente invention concerne une sonotrode selon la partie intro- ductive de la revendication principale. Les sonotrodes sont utilisées dans des appareils appelés désinté- grateurs qui sont utilisés aussi bien dans le domaine médical pour la désagrégation de cellules (par exemple des cellules de karzinom), de bactéries (par exemple de bactéries E Koli) et de champignons que dans le domaine industriel pour l'homogénéisation des eaux d'évacuation, la production d'émulsions,de dispersion 3 de poudre dans des liquides ou aussi de dispersionsd'agglomérats en microbiologie De manière usuelle la sonotrode qui est réalisée sous forme de barreau est constituée par un alliage de titane et usuellement elle est immergée dans une cuve conte- nant le milieu liquide à traiter La sonotrode est excitée par un trans- formateur à ultrasons qui est relié à un générateur haute fréquence pour osciller à fréquence élevée Il s'est avéré que la cavitation en parti- culier dans le cas de sonotrodes à puissance élevée est très importante, de sorte que l'extrémité oscillante de la sonotrode présente des domma- ges dûs à cette cavitation si importants après une faible durée de fonc- tionnement même dans le cas d'un matériau très résistant à l'usure comme le titane, que la sonotrode doit être remplacée Comme la mise en place de la sonotrode doit être ajustée à chaque fois, son remplacement prend beaucoup de temps de sorte qu'il n'est pas possible de travailler de grandesquantitésdu milieu à traiter ou de faire ceci seulement à grands frais. L'objet de la présente invention est de proposer une sonotrode, en particulier pour une forte puissance, qui s'use très peu. Selon la présente invention ce problème est résolu par les caracté- ristiques remarquables de la revendication principale en liaison avec les caractéristiques de la partie introductive de ladite revendication. Du fait que la sonotrode est revêtue à son extrémité oscillante par une couche protectrice contre la cavitation en diamant polycristallin, l'usure dûeà la cavitation est sensiblement diminuée, de sorte qu'il devient possible de l'utiliser dans des désintégrateurs qui sont utili- sables avec une puissance élevée dans un procédé en continu pour le travail des différents milieux. Des développements complémentaires et des améliorations avantageux sont possibles du fait des mesures indiquées dans les sous revendica- tions. Il est particulièrement avantageux de prévoir, dans le cas d'une assiette munie de sa couche protectrice contre la cavitation, vissée dans l'extrémité de la sonotrode, un feuillard ou une couche organique ou un feuillard métallique ductileplacé entre l'extrémité de la sono- trode et l'assiette puisque de ce fait des ondes d'expansions s'étendant radialement sont amorties, celles-ci étant de grandeurs différentes car conditionnées par les matériaux différents si bien qu'il résulte un frottement entre les surfaces vissées, ce qui entraîne une usure et un découplage des oscillations entre la sonotrode et l'assiette vissée Les oscillations axiales sont transmises non réduitesà l'assiette. Pour de faiblesdiamètresil est avantageux de coller la couche de protection contre la cavitation dans un trou borgne prévu dans l'extré- mité de la sonotrode, une nervure formée dans la paroi de ce trou bor- gne, qui pénètre dans une gorge pratiquée dans le métal dur renforçant ainsi le collage par la concordance des formes de ces deux reliefs. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux com- prendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avan- tages qu'elle est susceptible de procurer: Fig 1 est une coupe partielle d'un premier exemple de réali- sation de la sonotrode selon la présente invention; Fig 2 est une coupe partielle d'un deuxième exemple de réali- sation de la sonotrode selon la présente invention; Fig 3 est une coupe partielle d'un troisième exemple de réalisation de la sonotrode selon la présente invention; Fig 4 est une représentation schématique du dispositif pour le traitement d'un liquide, par exemple pour la stabilisation d'une dis- persion par l'emploi d'un désintégrateur utilisant une sonotrode confor- me à la présente invention. La sonotrode 1 représentée partiellement en fig 1 qui est réalisée en forme de barreau est constituée de titane ou d'un alliage de titane. Un trou borgne 3 taraudé est usiné dans l'extrémité de la sonotrode 1, trou dans lequel se trouve vissé l'embout fileté 4 d'une assiette 2. Simultanément on insère entre l'extrémité de la sonotrode 1 et l'assiette 2 un feuillard en matière organique ou une couche de ma- tière organique ou un feuillard en cuivre qui sert à amortir les oscil- lations radiales Il s'est en effet avéré que l'accouplement par vissage de couple de matériauxdifférents comme par exemple du titane et de l'acier qui constituent de préférence l'assiette 2 entraîne des difficul- tés pour de grandes amplitudes et des densités de puissance importantes telles qu'elles peuvent se produire dans des désintégrateurs. L'excitation de la sonotrode 1 produit aussi bien des oscillations axiales que des ondes d'expansion s'étendant radialement qui peuvent avoir différentes valeurs du fait des différences dans les matériaux utilisés Il en résulte des frottements entre les surfaces vissées entre elles qui entraînent l'usure et le désaccouplement par oscillation de la sonotrode 1 et de l'assiette vissée 2 Du fait de la mise en place entre la sonotrode 1 et l'assiette 2 d'une couche 5 d'amortissement constituée par un feuillard ou une couche organique ou par un feuillard métallique ducti Le,les ondes radiales sont amorties alors que les oscillations axiales sont transmises à l'assiette 2 sans entrave La couche d'amortissement 5 a une épaisseur d'environ 50 dm. Sur l'assiette 2 on a rapporté au moyen d'une brasure 6 dont la température de fusion est inférieure à 750 C une couche de protection 8 contre la cavitation après mise en place d'un support 7 intermédiaire, cette couche de protection étant constituée par du diamant polycris- tallin qui est rapporté par frittage sur ledit support 7. En fig 2 la couche de protection 8 contre la cavitation en diamant polycristallin avec son support 7 en métal dur est directement braséesur l'extrémité de la sonotrode 1, le processus de brasure étant réalisé sous vide ou sous atmosphère gazeuse de protection au moyen d'une brasure 9 liée avec le titane ayant une température de fusion supérieure à 800 C et d'une brasure 10 rapportée sur le métal dur ayant une température de fusion inférieure à 750 C. La fig 3 représente un exemple de réalisation qui est particuliè- rement approprié pour des sonotrodes 1 de faible diamètre de préférence pour des diamètres compris entre 1 et 3 mm On réalise dans l'extrémité de la sonotrode 1 un trou borgne 11 et par ailleurs on prévoit un très petit trou transversal 12 ayant par exemple un diamètre compris entre 0,1 et 0,3 mm qui communique avec le trou borgne 11 On introduit dans le trou borgne 11 de la colle, de préférence une résine époxy et le sup- port 7 avec sa couche de protection 8 contre la cavitation en diamant polycristallin est enfoncée dans le trou 11 rempli de résine époxy De ce fait la colle en surabondance 13 est poussée dans le trou transversal 12 et s'écoule éventuellement Dans la paroi 14 résiduelle on fait venir une nervure qui pénètre dans une gorge de forme correspondante réalisée dans le métal dur 7 Comme le bord de la sonotrode 1 demeure sans cavi- tation du fait des conditions physiques aucun signe de rupture n'appa- raîtra sur la paroi résiduelle. La fig 4 représente la sonotrode 1 selon la présente invention comme pièce constitutive d'un désintégrateur 15, celle-ci étant alors immergée dans une cuve de circulation de liquide 16 La cuve de circula- tion 16 est mise en liaison avec un récipient de stockage 20 à travers une canalisation d'alimentation 17 et une vanne 19 commandée par un mirco-processeur 18 Une canalisation d'évacuation 21 relie la cuve de circulation 16 à un récipient collecteur 22 Par ailleurs une installation de circulation de refroidissement 23 est reliée avec la cuve de circulation 16 et sert au refroidissement de cette dernière Les vibra- tions sont engendrées dans un transformateur acoustique 25 alimenté par un générateur haute fréquence 24 et sont transmises à la sonotrode 1 par l'intermédiaire d'une enclume 26 étagée pour être appliquée au milieu liquide traversant la cuve de circulation 16. Le récipient de stockage 20 contient par exemple une émulsion qui doit être stabilisée Le micro-processeur 18 régule le débit traversant à l'aide de la vanne 19, l'émulsion entrant dans la cuve de circulation 16 par l'intermédiaire de la canalisation d'alimentation 17 Dans la zone située sous la sonotrode 1, les différentes phases de l'émulsion sont homogénéisées du fait des ondes de pression et après le traitement l'émulsion ainsi traitée arrive dans le récipient collecteur 22 par l'intermédiaire de la canalisation d'évacuation Le débit traversant peut être commandé par le micro-processeur 18 de manière continue ou discontinue, un traitement sans interruption étant cependant toujours réalisé. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domai- ne de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I ONS 1 Sonotrode ayant une forme de barreau et immergée dans un milieu liquide à traiter, qui est couplée avec un transformateur acoustique relié à un générateur à haute fréquence et qui est constituée au moins par- tiellement par un matériau renfermant du titane, caractérisée en ce que son extrémité oscillante est pourvue d'une couche protectrice ( 8) contre les effets de la cavitation en diamant polycristallin rapporté sur un support métallique ( 7). 2 Sonotrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support métallique ( 7) de la couche protectrice ( 8) contre les effets de la cavitation est relié par brasure à une assiette ( 2) en acier, l'as- siette ( 2) étant vissée dans l'extrémité. 3 Sonotrode selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, ca- ractérisée en ce qu'une couche ( 5) d'amortissement est déposée entre ladite extrémité et l'assiette ( 2). 4 Sonotrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche ( 5) d'amortissement est formée par une couche organique, un feuillard organique ou un feuillard métallique ductile. Sonotrode selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la couche ( 5) d'amortissement présente une épais- seur comprise entre 25 et 75 / m. 6 Sonotrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support métallique ( 7) de la couche protectrice contre la cavitation est relié directement par brasure sous vide ou sous protection gazeuse avec l'extrémité renfermant du titane. 7 Sonotrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que son extrémité présente un trou borgne ( 11) dans lequel la couche protectrice ( 8) contre la cavitation est collée au support métallique ( 7), une nervure étant formée dans la paroi ( 14) du trou borgne, nervure qui s'emboite dans une gorge correspondante de la couche ( 7) en métal dur. 8 Sonotrode selon la revendication 7, caractérisée en ce que le trou borgne ( 11) communique avec un trou transversal ( 12) qui sert à recevoir et à faire écouler la colle ( 13). 9 Sonotrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, ca- ractérisée en ce qu'elle est disposée dans une cuve de circulation ( 16) d'un désintégrateur ( 15) à travers lequel le milieu à traiter circule de manière continue ou par petites quantités successives.