Einrichtung, bei welcher eine Flüssigkeit in Schall- oder Ultraschallschwingungen versetzt wird. Schallerzeugung in Luft und andern Ga sen mittels Pfeifen ist bekannt. Die Wir kungsweise derartiger Schallerzeuger beruht bekanntlich auf der Bildung stehender Längswellen, indem eine Luftsäule durch periodische Bewegungen zu Schwingungen angeregt wird. Je nach der Anregungsart unterscheidet man bekanntlich Zungen- und Lippenpfeifen.
Bei ersteren wird der Ton durch Schwingung eines elastischen Plätt chens, der Zunge erregt; die Lippenpfeifen beruhen auf der periodischen Ablösung von Strömungswirbeln an einer Schneide oder Lippe. Es handelt sich hierbei um eine Schallerzeugung auf rein akustischer Grund lage im Gegensatz zu den elektrischen oder elektromechanischen Methoden (schwingende Membranen, Magnetostriktionsstäbe und der gleichen).
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Einrichtung, bei welcher eine Flüssig- keit dadurch in Schall- oder Ultraschall schwingungen versetzt wird, dass mindestens ein als Scbwi bgungserzeuger ausgebildetes Organ in die zu beschallende Flüssigkeit ein getaucht ist und eine Flüssigkeitsströmung beeinflusst, die in die Flüssigkeit einströmt.
In der einfachsten Ausführungsform der Erfindung besteht der Schwingungserzeuger aus einer Schneide und einer ihr gegenüber angeordneten Düse, durch welche die Flüs sigkeit gepresst wird. Durch die beim Aus tritt aus der Düsenöffnung sich periodisch ablösenden Flüssigkeitswirbel schlägt der Flüssigkeitsstrom periodisch gegen die beiden Seiten der Schneide, so dass auf beiden Schneidenseiten periodische Druckschwan kungen entstehen. Die Frequenz dieser Schwingungen ist im wesentlichen bestimmt durch den Abstand zwischen Schneide und Düse, kann also durch Regelung dieses Ab standes in einfachster Weise geändert wer- den.
Auf diese Weise lassen sich Schall schwingungen des hörbaren Bereiches wie auch Ultraschall erzeugen.
Der Schwingungserzeuger kann auch als offene oder gedeckte Pfeife ausgebildet sein. Eine besonders zweckmässige Form ist die Ringpfeife. Die Flüssigkeith-säule der Pfeife gerät durch Anströmen in stehende Schwin- gungen, deren Wellenlänge, wie bekannt, das Zweifache bezw. das Vierfache der Pfeifen länge ist, je nachdem, ob es sich um eine offene oder gedeckte Pfeife handelt.
Diese Schwingungserzeuger haben ein vielseitiges Anwendungsgebiet. Sie können als Sender in der Unterwasserschalltechnik dienen oder bei der Behandlung von Flüssig keiten mit Schall, insbesondere Ultraschall, Anwendung finden. Es seien zum Beispiel genannt das Erzeugen von Signaltönen, Ste rilisierung von Milch und andern Flüssig keiten, Entgasung von Metallschmelzen. Der Schwingungserzeuger kann unmittelbar in der in Schwingungen zu versetzenden Flüs sigkeit (z. B. Seewasser oder aas zu behan delnde Medium) angeordnet sein oder sich in einem besonderen Flüssigkeitsbehälter befin den, der von dem zu beschallenden Medium durch eine schalldurchlässige, z.
B. membran- artige Wand getrennt ist. Das zu behan delnde Medium kann ein beliebiges gasför miges, flüssiges oder festes Gut sein; auch feste Stoffe können in der Flüssigkeit oder in dem Gas vorhanden sein (Emulsion, Aero sol).
Es kann unter Zwischenschaltung einer Pumpe ein geschlossener Kreislauf für die zum Anströmen verwendete Flüssigkeit vor gesehen sein, so dass für den Betrieb des Seh-,vingungserzeugers kein laufender Ver brauch an Flüssigkeit eintritt. Zwecks Lei stungssteigerung und Bündelung der Schall strahlen kann der den oder die Seliwingungs- erzeuger aufnehmende Behälter als Schall sammler (Schallspiegel, Reflektor, Trichter oder dergleichen) ausgebildet sein, in dessen Brennpunkt bezw. an dessen Trichtermund der oder die Schallerzeuger sitzen.
Die Schwingungserzeuger können mit Modula- tionseinrichtungen versehen sein, z. B. in der Weise, dass auf die Schneide mechanische Schwingungen von der gewünschten Modula- tionsfrequenz übertragen werden; oder indem dicht vor dem Schwingungserzeuger in einem Raum, der von der Anströmflüssigkeit durch strömt wird, Druckschwankungen von der gewünschten Modulationsfrequenz hervorge rufen werden, und auf jegliche andere Art und Weise.
Im folgenden sind an Hand der beilie genden Zeichnungen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.
In Fig. 1 ist in der Flüssigkeit 1 eine Pfeife, deren wesentliche Bestandteile die Röhre 2 mit der Schneide oder Lippe 3 und der Spalt oder die Düse 4 sind.
Der Quer schnitt der Röhre 2 ist rechteckig oder qua- dratisch. Die Düse 4 ist mittels der Flanscb- verbindung 5 an die Rohrleitung 6 ange schlossen, durch die die Betriebsflüssigkeit zugeführt wird. Das dem Spalt 4 abge wandte Ende der Röhre 2 kann offen (offene Pfeife) oder geschlossen (geschlossene Pfeife) sein. Im allgemeinen verhalten sich die ge deckten Pfeifen für die Schallerzeugung in Flüssigkeiten besser als die offenen Pfeifen.
Im vorliegenden Beispiel ist die Pfeife mit einem Stempel 7 abgedeckt. durch den auch die die Tonhöhe bestimmende Pfeifenlänge L festgelegt ist. Der Stempel ist in der Röhre 2 verschiebbar, so dass die Tonhöhe des er zeugten Schalles in bequemer Weise geregelt werden kann.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ringpfeife ist der Querschnitt der Röhre 11 kreisring förmig, dementsprechend besitzt sie auch eine ringförmige Schneide 12. Die Düse 13 wird durch einen hohlzvlinderförmigen Körper ge bildet; in dessen Innern Durchlassöffnungen 14 für die Betriebsflüssigkeit vorgesehen sind. Das der Schneide gegenüberstehende Ende der Düse hat die Form eines ringför migen Spaltes 15. Die Zuleitung der Flüs- sigkeit erfolgt über die Leitung 16, die an den Düsenkörper 13 angeschlossen ist.
In vielen Fällen, z. B. in der Unterwasser- schallsignaltechnik, ist eine Modulation der er- zeugten Wasserschallwellen erwünscht. Eine solche Modulation kann"bei den beschriebenen Schwingungserzeugern auf sehr einfache Weise vorgenommen werden, indem auf die Schneide mechanische Schwingungen von der gewünschten 14lodulationsfrequenz übertragen werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist zu diesem Zwecke ein Magnetostriktionsstab 9 mit einer Erregerspule 10 vorgesehen, der durch den Stab 8 mechanisch mit der Schneide der Pfeife verbunden ist. Die Spule 10 wird von Wechselstrom der ge wünschten Modulationsfrequenz durchflossen, so dass die Schneide im gleichen Takte schwingt und die durch den Flüssigkeits strom erzeugten Schallschwingungen ent sprechend moduliert. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist in der Zuführungsleitung 16 ein Gefäss 17, dessen Längswandungen teil weise durch Membranen 18 gebildet werden, zwischengeschaltet.
Der die Membranen um gebende Elektromagnet 19 wird mit der Mo dulationsfrequenz erregt, so dass die Schwin gungen der Pfeife mit der gleichen Fre quenz moduliert sind. Statt der Membranen kann auch ein Kolben benutzt werden, der periodisch bewegt wird und dadurch Druck- Schwingungen im Rhythmus der gewünschten Modulation erzeugt.
Um einen Kreislauf des die Flüssigkeits- schwingungen hervorrufenden Flüssigkeits stromes zu erhalten, kann die Anordnung ge mäss Fig. 3 getroffen werden. Hierbei wird die zum Betrieb der Pfeife 20 benötigte Flüs sigkeit in einem Behälter 21 gesammelt und mittels der Pumpe 22, der Saugleitung 23 und der Druckleitung 24 im Kreislauf ge fördert. Der Behälter 21 wird zweckmässig als einen Druckausgleich bewirkender Wind kessel ausgebildet. Eine solche geschlossene Umlaufanordnung ist dann vorteilhaft, wenn zum Betrieb des Schwingungserzeugers eine wertvolle Flüssigkeit benutzt wird.
Der den Schwingungserzeuger 20 aufneh mende Behälter 25 hat bei der Anordnung nach Fig. 3 die Form eines Parabolspiegels, in dessen Brennpunkt bezw. Brennlinie der oder die Schwingungserzeuger sitzen. Da- durch wird eine Bündelung der Schallstrah len erreicht, so da.ss diese parallel zur Achse aus dem Schallspiegel heraustreten (Schall scheinwerfer). Der Behälter 25 kann auch als Trichter ausgebildet sein. In diesem Falle würde der Schwingungserzeuger am Trichtermund anzubringen sein.
Die freie Flüssigkeit 27 kann unmittelbar mit der den Schallspiegel ausfüllenden Flüssigkeit 26 zu sammenhängen, oder aber es kann ein beson- dererAbschluss 28 des Schallspiegelsvorgesehen sein, der natürlich möglichst schalldurchlässig sein muss. Eine Trennwand 28 wird immer dann erforderlich sein, wenn die Flüssig keiten 26 und 2 7 voneinander verschieden sind oder nicht miteinander in Berührung kommen dürfen.
Zum Beispiel ist es oft emp fehlenswert, die Ultraschallwellen zwecks Leistungssteigerung der Anordnung in einer kavitationsarmen. Füssigkeit zu erzeugen, während die Ausnutzung der erzeugten Schallwellen in einer vorgegebenen Flüssig keit, z. B. Milch, Seewasser, Glasschmelzfluss oder dergleichen, zu erfolgen hat. Eine Lei stungssteigerung der Schallerzeugung kann ferner dadurch erzielt werden, dass die Schwingungserzeuger mit Flüssigkeit erhöh ten Überdruckes betrieben werden, weil in diesem Falle die Kavitationsgefahr vermin dert wird.
Die beschriebenen Schwingungserzeuger können in der Unterwasserschalltechnik wie auch für jede Art industrieller Anwendung von Flüssigkeitsschall, insbesondere Ultra schall, benutzt werden. Es seien zum Beispiel genannt, Sterilisierung von Milch, Entgasen einer Glasschmelze usw.
Gegenüber den bekannten Anordnungen zur Erzeugung von Schall oder Ultraschall in Flüssigkeiten besteht der wesentliche Un terschied der beschriebenen Schwingungs- erzeuger darin, dass die Schallerzeugung rein mechanisch erfölgt; es ist keine Umformung zwischen mechanischer und elektrischer oder magnetischer Energie erforderlich, wie es bei den bekannten elektrodynamischen, elektro magnetischen, magnetostriktiven oder piezo- elektrischen Schwingern der Fall ist.
Da- durch ist von vornherein ein hoher Wirkungs grad der Schwingungserzeuger gewährleistet. Ein weiterer grundlegender L7nterschied ist das Fehlen von abstrahlenden Flächen; denn die Flüssigkeitslamellen schwingen ja selber. Die oben genannten, nicht rein mechanischen Wasserschalkender besitzen abstrahlende, Schwingungen ausführende Flächen, an denen bei grösseren Energieabstrahlungen Ka- vitationserscheinungen auftreten. Die Folge davon ist das Abreissen der Flüssigkeit von der schwingenden Fläche, Zischen, Rauschen, störende Überlagerungsgeräusche.
Wird die Leistung sehr gesteigert, dann kann die schwingende Flüssigkeit jedoch selbst kavitieren. Diesem Umstand kann be gegnet erden durch die Verwendung kavi- tationsarmer Flüssigkeiten zum Anströmen oder Betrieb mit hohem Druck. Vorzugsweise wird hierzu eine auf 100 oder mehr erhitzte Flüssigkeit verwendet, da mit steigender Temperatur die Kavitationsbildung abnimmt.
Die Gefahr einer Kavitation bei der Ab strahlung ist ferner dadurch weitgehend ver mindert, dass sich die Stellen hoher Energie dichte - in der Nähe der Schneide - inner halb der kavitationsarmen Flüssigkeit be finden, während der Übertritt in die leichter kavitierende Flüssigkeit, z. B. Seewasser. an einer grossen Fläche (z. B. 28, in Fig. 3) mit entsprechend geringer Energiedichte statt findet, im Gegensatz zu den üblichen mit einer schwingenden Fläche abstrahlenden Schallerzeugern, bei denen die grösste Ener giedichte an der Grenzfläche Schallerzeuger Flüssigkeit herrscht, wodurch an dieser Stelle am leichtesten Kavitation eintritt.
Ein weiterer Vorteil dieser Schwingungs erzeuger gegenüber den bekannten Schwin gungserzeugern liegt darin, dass bei Parallel betrieb mehrerer Schwingungserzeuger der Synchronismus ohne weiteres gewährleistet ist, während bei den bekannten Einrichtun gen der Synchronismus mehrerer Schwin gungserzeuger mit der Energie liefernden Maschine stets Schwierigkeiten bereitet.
Auf die leichte Frequenzänderung bei den beschriebenen Schwingungserzeugern wurde bereits oben hingewiesen. Sie sind gleich gut geeignet für die Erzeugung von Schall im Hörbereiche wie auch für Ultraschall. In glei cher Weise lässt sich, wie die Ausführungs- beispiele gezeigt haben, eine Modulation der erzeugten Schallschwingungen in bequemster Weise durchführen.
Es ist bekannt, die Gasanreicherung von Flüssigkeiten derart durchzuführen, dass das Gas durch eine Rohrleitung oder durch fein porige Siebe in die Flüssigkeit hineingedrückt und in der Flüssigkeit durch Rührwerke be wegt wird. Mittels den nachstehend beschrie benen Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung kann dies besonders wirksam erreicht. werden. Zu diesem Zwecke wird die mit dem Gas anzureichernde Flüs sigkeit aus einer Düse gegen die Schneide angeströmt, während das Gas mittels der Düse vermengt wird. An Hand der in Fig. 4 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiele soll dies näher erläutert werden.
In Fig. 4 besteht die Anordnung aus der Düse 11, der Schneide 12 und der Gasleitung 13. Eine Stirnansicht der Düse 11, die an ein Flüssigkeits-Zuführungsrohr 14 angeschlos sen ist. ist in Fig. 5 wiedergegeben; sie zeigt, dass die Düse eine spaltförmige Auslassöff- nung hat. Die Schneide 12 ist keilförmig, so dass ihre Kante parallel zu der spaltförmigen Düsenöffnung liegt.
Die Gasleitung 13 mün det in unmittelbarer Nähe der Düsen-Auslass- öffnung. Wird die anzureichernde Flüssig keit durch die Düse hindurchgetrieben, so entsteht bei genügendem Flüssigkeitsdruck kurz hinter der Düsen-Auslassöffnung -- in der Strömungsrichtung gesehen - eine Schwingungszone, da infolge der sich perio disch ablösenden Wirbel eine Pendelung des aus dem Spalt austretenden Flüssigkeits stromes entsteht (Spalttöne). Unmittelbar in dieser Zone vermischt sich die Flüssigkeit mit dem durch die Gasleitung hindurchgetrie benen Gas, z. B.
Luft, und wird mit diesem durch die Schall- bezw. Ultraschallschwin gungen der Schwingungszone dispers ver mengt. Alsdann gelangt das Flüssigkeits- Gas-Gemisch an die Schneide 12, wo sich durch Ablösung von Strömungswirbeln eben falls Schall- oder Ultraschallschwingungen (Schneidentöne) bilden, die bei geeigneter Einstellung der Entfernung Düse-Schneide in Resonanz mit den ersteren treten und die Dispersion noch erheblich verstärken.
Die Frequenz der an der Düse erzeugten Schwin gungen kann durch Ändern des Flüssigkeits druckes, und die Frequenz der an der Schneide erzeugten Schwingungen durch Ändern des Abstandes der Schneide vom Düsenmund ge ändert und den jeweiligen Betriebsverhältnis sen angepasst werden. Zweckmässig wird hierzu die Schneide verstellbar vorgesehen. Die Wir kung der dargestellten Anordnung ist am grössten, wenn durch geeignete Betriebsbedin- gungen eine Kavitationsbildung in den Schwingungszonen hervorgerufen wird.
Bei der beschriebenen Anordnung wird das mit der Flüssigkeit dispers zu vermen gende Gas also nicht allein durch die Flüs sigkeitsbewegung zerrissen und unterteilt, sondern in. besonders hohem Masse durch die Einwirkung der Schall- bezw. Ultraschall schwingungen, die auf die Feinstzerteiiung, insbesondere beim Auftreten von gavitation, einen besonders günstigen Einfluss ausüben.
Die besonders vorteilhafte Wirkung der Anordnung beruht ferner darin, dass alle mit einander dispers zu vermengenden Flüssig- keits- und Gasteilchen infolge der besonderen Art der Anordnung unvermeidlich in die Schwingungszone hineingelangen.
Die Fig. 6 zeigt ein ähnliches Ausfüh rungsbeispiel, wobei die Teile 11 bis 13 die gleichen wie in Fig. 4 sind. Unterschiedlich ist jedoch, dass hier die Gasleitung das Gas dem Flüssigkeitsstrom bereits vor dem Ein tritt in die Düse zuführt, und zwar bereits in dem Flüssigkeits-Zuführungsrohr 14.
Hier findet also eine grobe Vormengung des Gases mit der Flüssigkeit bereits vor dem Eintritt des Flüssigkeits-Gas-Gemisches in die beiden Schwingungszonen an der Düsen-Auslassöff- nung bezw. der Schneide statt.
Das Flüssigkeits-Zuführungsrohr 14 ist in der Fig. 6 an der Einmündungsstelle der Gasleitung 13 verengt ausgeführt, um hier- durch den hydrodynamiseben Sog a=unut- zen und damit eine bessere Vorvermengung der Flüssigkeit mit dem Gas zu erzielen, doch kann diese Verengung auch fehlen.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel bilden die Düse und die Schneide Teile einer gedeckten Pfeife 15. Die Düse der Pfeife ist mit 11' und die gerad linige Lippe der Pfeife mit 12' bezeichnet. Das Gasrohr 13 teilt sich-hier in zwei Einzel rohre, die in die Düse kurz vor der Aus lassöffnung der Düse, - in der Strömungs richtung der Flüssigkeit gesehen - einmün den. Die Wirkungsweise ist. auch hier ähn lich wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 und 6.
Die Länge der gedeckten Pfeife kann durch Verschieben des Pfeifenkolbens 16 geändert werden, wodurch ebenfalls eine Frequenzänderung der erzeugten Schwingung möglich ist.
Statt einer Flachpfeife nach Fig. 7 kann auch eine Rundpfeife zur Erzeugung der Schwingungen vorgesehen sein. Eine beson dere Ausbildung einer solchen Rundpfeife zeigt Fig. B. Die Düse ist wiederum mit 11 bezeichnet, sie hat einen runden Querschnitt und besitzt einen runden Kern, so dass ihre Auslassöffnung ringförmig ist. Um diese Düse herum ist eine zweite Düse 11' angeord net, die zur Gaszuführung dient.
Der Düsen- Auslassöffnung steht die ringförmige Schneide eines runden Pfeifenrohres 15 gegenüber, das ähnlich wie in Fig. 7 mit einem verstellbaren Kolben 16 versehen ist. Die Wirkungsweise ist ähnlich wie bei Fig. 7. Eine Frequenz änderung ist bei einer Rundpfeife auch durch Ändern des Abstandes zwischen Düsenmund und Lippenkante in einfacher Weise möglich.
Bei dem in. Fig. 9 gezeigten Ausführungs beispiel werden Schall- bezw. Ultraschall- schwingungen unmittelbar durch den Ver- mengungsvorgang des Gases mit der Flüssig keit erzeugt. Wie aus der Zeichnung ersicht lich, mündet hier die Gasleitung 13 kurz vor der Auslassöffnung der Düse 11 - in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen senkrecht zum Flüssigkeitsstrom ein; wo durch in dem Flüssigkeits-Gas-Gemisch Schwingungen entstehen.
Die Erzeugung der Schwingungen ist hierbei offenbar darauf zu rückzuführen, dass die aus der Düse austre tende Flüssigkeitslamelle von dem sie an strömenden Gas zum Schwingen gebracht wird. Auch hier empfiehlt es sich, die Gas leitung ähnlich wie in Fig. 7 zu unterteilen, und das Gas gleichzeitig oberhalb und unter halb der spaltförmigen, in Fig. 10 in Stirn ansicht gezeigten Auslassöffnung der Düse zuzuführen.
Als besonders zweckmässig hat es sich gezeigt, die Gasleitungen unter einem spitzen Winkel zur Längsrichtung der spalt- förmigen Düsenöffnung anzuordnen, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, so dass der Gasstrom vom Flüssigkeitsstrom in einer besonders breiten Fläche angeschnitten wird.
Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen die Schall- bezw. Ultraschallschwingungen durch die Strömung der Flüssigkeit selbst erzeugt werden, können sie dem Flüssigkeits-Gas-Gemisch statt dessen oder zusätzlich auch von aussen her zugeführt werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 11. Die Düse 11 mit dem Flüssig- keits-Zuführungsrohr 14 und der Gas-Zufüh- rungsleitung 13 haben beispielsweise die in Fig. 6 gezeigte Form.
Seitlich von dem aus der Düse heraustretenden Strahl des Flüssig- keits-Gas-Gemisches ist ein piezoelektrischer Kristallschwinger 17 von derart gewölbter Form angeordnet, dass die von ihm ausgehen den Schwingungen dicht vor der Düsen-Aus- lassöffnung in dem durch den Punkt 18 an gedeuteten Raum zusammenlaufen.
Der Dü senstrahl wird also unmittelbar nach dem Heraustreten aus der Düse einer starken, auf ihn von aussen her einwirkenden Schwing behandlung unterworfen. Statt der seitlichen Anordnung des Kristallschwingers kann bei diesem Ausführungsbeispiel auch eine belie bige andere Anordnung zum Flüssigkeits strahl gewählt werden, beispielsweise die mit 17' gestrichelt angedeutete Anordnung.
Statt eines piezoelektrischen Schwingungserzeugers kann auch ein beliebiger anderer Schwin gungserzeuger, beispielsweise ein Magneto- striktionsschwinger, vorgesehen werden. Auch ist das Ausführungsbeispiel nicht an die an sich bekannte gekrümmte Form des Schwingungserzeugers gebunden; es kann also auch ein Schwingungserzeuger mit ebener Schwingfläche verwendet werden.
Eine andere Möglichkeit, die Schall- bezw. Ultraschallschwingungen dem Flüssig- keits-Gas-Gemisch von aussen her zuzuführen, besteht darin, da.ss die Düse oder ihre Zulei tung selbst zu Schwingungen erregt wird.
Dies kann entweder dadurch erreicht werden, dass ein Schwingungserzeuger beliebiger Art fest an der Düse bezw. dem Zuleitungsrohr befestigt wird, oder besser dadurch, dass die Düse oder ihre Zuleitung unmittelbar selbst als magnetostriktiver Schwinger ausgebildet sind. Für die letztgenannte Ausführungsmög lichkeit zeigt Fig. 12 ein Beispiel.
Die Düse 11 mit beispielsweise spaltförmiger Auslass öffnung ist mit einem Zuführungsrohr 14 aus magnetostriktiv wirksamem Stoff, bei spielsweise aus Nickel, versehen. Über das Rohr 14 ist ein Rohr<B>19</B> aus magnetostriktiv unwirksamem Stoff, vorzugsweise aus Isolier stoff, mit Abstand darübergeschoben. Zur Gaszuführung dient ähnlich wie in Fig. 6 das Rohr 13.
Das Rohr 14 ist mittels eines Flansches 110 in dem Rohr 19 befestigt, und zwar derart, dass sich in der Flanschebene ein Schwingungsknotenpunkt des von dem Rohr 14 und der Düse 11 gebildeten Schwingkör pers befindet. Das Rohr 19 dient gleichzeitig als Träger der zylindrischen Erregerwicklung 111, die zur magnetistriktiven Erregung des Rohres 14 bestimmt. ist.
Die Erregerwicklung 111 ist von einem zylindrischen Körper 112 umgeben, der aus einem magnetisch gut leit fähigen Stoff, beispielsweise Eisen, besteht, an seinen Stirnenden flanschartig nach innen gezogen ist und als magnetischer Rückschluss für das magnetostriktiv zu erregende Rohr 14 dient. Wird die Erregerwicklung 111 an Spannung gelegt, so werden die Teile 14 und 11 zu Schwingungen in ihrer Längsrichtung erregt.
Die Masse und Form dieser beiden Teile sind so bemessen, dass sich zum minde sten an der Düsen-Auslassöffnung, gegebenen falls aber auch an dem der Düse abgewand- ten Ende des Rohres 14, ein Schwingungs- bauch befindet. Das Flüssigkeits-Gas-Gemisch wird also in der Düse 11 kräftigen Schwin gungen ausgesetzt. Eine zweite Schwingungs zone befindet sich an dem der Düse abge wandten Ende des Rohres 14. Damit die Schwingbewegung dieses Rohres nicht zu stark gedämpft wird, kann das Rohrende schneidenförmig ausgebildet werden, wie es in der Zeichnung angedeutet ist.
Die Anordnung wird im Betrieb unmittel bar in einem Behälter angebracht, in dem sich bereits ein Teil der anzureichernden Flüs sigkeit befindet, und zwar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Ilm nicht nur diejeni gen Flüssgkeitsmengen anzureichern, die in den Behälter durch die Düse eingeführt wer den, sondern auch diejenigen, die sich schon vor der Inbetriebnahme in dem Behälter be finden, ist es vorteilhaft, Mittel, z. B. einen Umlauf mit Pumpe, vorzusehen, durch die die Flüssigkeit bezw. das mittels der Düse erzeugte Flüssigkeits-Gas-Gemisch im Kreis lauf wiederholt durch die Düse hindurch getrieben werden kann.
Dies bietet gleich zeitig den Vorteil einer weiteren Verstärkung und Dispergierung, so dass eine besonders feine und dauerhafte Gasverteilung in der Flüssigkeit erzielt wird.
Die Form der Düsen und Schneiden bezw. Pfeifen kann bei den in der Zeichnung dar gestellten und beschriebenen Ausführungs- beispielen beliebig anders gewählt werden. So kann beispielsweise bei der in Fig. 8 gezeig ten, als Rundpfeife ausgebildeten Anordnung die äussere Düse 11' fortgelassen und statt dessen zur Gaszuführung ein besonderes Gas rohr in der in Fig. 4 gezeigten Weise dicht an der Düsen - Auslassöffnung vorgesehen werden.
Ferner kann die in Fig. 10 gczeigte schräge Anordnung der Gasleitung auch bei allen andern Ausführungsbeispielen mit Vor teil verwendet werden, da sie eine besonders gute Vermengung des Gases mit der Flüssig keit ermöglicht. Bei dem in Fig. 11 darge stellten Ausführungsbeispiel können zur Er zielung einer konvergenten Strahlung des Schwingungserzeugers statt einer besonderen Formgebung des Schwingungserzeugers auch an sich beliebige Reflektoren geeigneter Art verwendet werden.
Es ist bekannt, dass die Schwimmauf bereitung von Erzen und dergleichen durch die Einwirkung von Ultraschallschwingungen auf die der Schwimmtrübe zuzuführenden Schwimmittel verbessert werden kann. Ferner ist vorgeschlagen worden, die Schwimmtrübe selbst der Einwirkung von Ultraschallschwin gungen auszusetzen. In beiden Fällen können statt der Ultraschallschwingungen auch Schallsehwingungen verwendet werden. Zur Erzeugung der Ultraschallschwingungen zu .
den genannten Zwecken hat man bisher piezo- elektrische Schwingungserzeuger vorgeschla gen, doch können zur Erzeugung von Schall und Ultraschallschwingungen auch magneto- striktive Schwingungserzeuger verwendet werden.
Beide Schwingungserzeuger sind an sich durchaus betriebssichere Geräte, doch ist bei beiden Verfahren die erzeugte Schwingungs energie im Verhältnis zur aufgewandten elek trischen Energie nur gering. Bei den piezo- elektrischen Schwingungserzeugern kommt als weiterer Nachteil ihre geringe Lebens dauer hinzu, die einen einwandfreien Dauer betrieb erschwert.
Auch muss bei Piezo- schwingern das Vorhandensein einer elektri schen Hochspannung von beispielsweise 15 bis 20 kV an der Schwimmzelle in Kauf ge nommen werden.
Mit den nachstehend be schriebenen Ausführungsformen der Einrich- tung nach der Erfindung zur Schwimmauf bereitung von Erzen und dergleichen mittels Schall- oder Ultraschallschwingungen kann eine Verbesserung erzielt werden, da sich diese Einrichtungen sowohl durch einen hohen Wirkungsgrad als auch durch hohe Lebensdauer und völligen Fortfall irgend welcher eine elektrische Spannung führender Teile auszeichnen.
Auch hier wird als Schwingungserzeuger eine Schneide vorge sehen, die aus einer Düse mit einer Flüssig keit, z. B. Wasser, angeströmt wird. Die Düse erhält vorzugsweise eine spaltförmige Auslassöffnung. Besonders vorteilhaft ist als Schwingungserzeuger eine Pfeife, beispiels weise eine Pfeife mit ringförmiger Anström- düse. Die Pfeife kann sowohl offen als auch gedeckt sein. Besonders vorteilhaft ist es, den Schwingungserzeuger unmittelbar innerhalb der Schwimmzelle in der Schwimmtrübe an zubringen,
doch kann er auch in einem der Schwimmzelle vorgeschalteten Agitations- gefäss oder auch in einem die Schwimmittel allein enthaltenden Gefäss angeordnet werden. Zum Anströmen des Schwingungserzeugers kann beispielsweise unmittelbar die den Schwingungserzeuger umgebende Flüssigkeit, z. B. die Schwimmtrübe selbst bezw. ein Teil derselben, verwendet werden, und zwar ins besondere derart, dass die Schwimmtrübe beim Einlaufen in die Schwimmzelle den Schwin gungserzeuger durchläuft.
Zweckmässig wer den hierbei zum Anströmen des Schwingungs erzeugers zugleich mit der Schwimmtrübe auch die erforderlichen Schwimmittel und Gase verwendet. Im letzteren Fall bietet sich der besondere Vorteil, dass die der Schwimmtrübe beigefügten und zusammen mit dieser zum Erregen des Schwingungs erzeugers verwendeten Beimengungen gleich zeitig besonders fein in der Schwimmtrübe verteilt und dadurch besonders gut wirksam werden. Hierfür werden vorteilhaft die Aus führungsformen gemäss Fig. 2 und 8 ver wendet.
Bei Verwendung einer Pfeife gemäss Fig. 8, bei der zwei Düsen 11 und 11' kon zentrisch zueinander angeordnet sind, ist es möglich, zur Erregung der Pfeife gleich zeitig getrennte Mittel zu verwenden, vor zugsweise ein gasförmiges und ein flüssiges Mittel. Die beiden Mittel vermengen sich un mittelbar an der Auslassöffnung der Düse. Diese Ausführung der Pfeife ist dann mit Vorteil zu verwenden, wenn die Pfeife durch die zur Durchführung des Schwimmvorgan ges erforderlichen gasförmigen und flüssigen Beimengungen, insbesondere Luft einerseits und eine mit Chemikalien versetzte Flüssig keit anderseits, zum Schwingen erregt wer den soll.
Durch die Verstellung des Kolbens 16 in dem Pfeifenrohr 15 (Pig. 8) kann die Höhe der erzeugten Schwingfrequenz geändert und den jeweiligen Betriebserfordernissen, insbe sondere der Art der jeweils zu verarbeiten- den Erze bezw. Mineralien, angepasst wer den. Eine weitere Frequenz-Änderungsmüg- lichkeit, die statt dessen oder gleichzeitig an gewendet werden kann, besteht darin, dass Mittel vorgesehen werden, durch die der Ab stand des Lippenrandes der Pfeife von der Düsen-Auslassöffnung geändert werden kann.
Die Fig. 13 und 14 zeigen zwei Ausfüh rungsbeispiele für den Einbau des Schwin gungserzeugers in eine Schwimmzelle. In Fig. 13 sind in der die Schwimmtrübe ent haltenden Schwimmzelle 26 drei Schwin- gungserzeuger 27, 28 und 29 vorgesehen. Die Schwingungserzeuger 27 und 29 sind gemein sam an eine Luftleitung 210 angeschlossen, durch die Pressluft zugeführt wird. Die Press luft dient gleichzeitig sowohl zur Erregung der beiden Schwingungserzeuger 27 und 29 als auch zur Durchführung des Schwimm vorganges.
Der Schwingungserzeuger 28 da gegen ist mittels einer Flüssigkeitsleitung 211 über einen Ausgleichbehälter 212 an eine Pumpe 213 angeschlossen, die aus dem Be hälter 214 eine Flüssigkeit zum Schwingungs erzeuger 28 drückt. Diese Flüssigkeit ist bei spielsweise eine mit Chemikalien versetzte Flüssigkeit und dient ebenfalls gleichzeitig sowohl zur Erregung des Schwingungserzeu gers 28 als auch zur Durchführung des Schwimmvorganges.
Der Ausgleichbehälter 212 ist als Windkessel ausgeführt, so da.ss er die Schwingungen des Schwingungserzeugers von der Pumpe 213 fernhält. Gegebenenfalls kann der Ausgleichsbehälter jedoch auch fortgelassen werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 sind die Teile 26 und 210 bis 212 die gleichen wie in Fig. 13. Die Pressluftleitung 210 und die Flüssigkeitsleitung 211 vereinigen sich jedoch in diesem Falle zu einem einzigen Rohr 215, das das gasförmige und das flüs sige Mittel gemeinsam zu einem einzigen Schwingungserzeuger 216 führt. Dieser Schwingungserzeuger hat beispielsweise die in Fig. ss genauer dargestellte Form.
Ein vorteilhaftes Merkmal der Anordnung nach Fig. 14 besteht noch darin, dass ein Teil der Schwimmzellenwandung, nämlich der Boden der Zelle, hohlspiegelartig, und zwar in Form eines Parabolspiegels, ausgebildet ist, in diessen Brennpunkt der Schwingungs erzeuger 216 angeordnet ist. Hierdurch wird in der Schwimmtrübe ein gerichtetes Schall feld erzeugt. Statt einer hohlspiegelartigen Ausbildung der Zellenwandung kann jedoch auch eine trichterförmige Ausbildung vor gesehen werden, wobei dann der Schwin gungserzeuger zweckmässig am Trichtermund angeordnet wird.
An sich kann jedoch der Schwingungserzeuger nach der Erfindung in der Schwimmzelle auch in beliebig anderer Weise und insbesondere in beliebiger Höhe angebracht werden.
Ein wesentlicher Vorteil für die Schwimm aufbereitung ist es, dass die beschriebene Ein richtung ausser einer besonders wirtschaft lichen Schwingungserzeugung eine besonders schnelle und besonders gleichmässige Vertei lung der wasserlöslichen und eine sofortige Emulgierunb und damit allerfeinste Vertei lung der wasserunlöslichen Schwimmittel in der Schwimmtrübe gewährleistet. Dieser Vor teil ist insofern ein besonders wesentlicher Fortschritt, als der bei bekannten Schwimm aufbereitungsanlagen übliche Sc.h.wimmittel- zusatz durch Reagenzien AufgabevorricUtun- gen, z.
B. Scheibenöler, in der Regel nur eine unvollkommene Verteilung der wasserunlös lichen Schwimmittel ermöglicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erzeugten Schwingungen auf die zur Durchführung des Schwimmvorganges erforderlichen Luftbläs chen und ausserdem auf die Erz- bezw. Berge teilchen unmittelbar einwirken.
Auch die Einführung der für den Schwimmvorgang erforderlichen Luft oder sonstiger Gase über den Schwingungserzeuger stellt einen erheblichen Fortschritt gegenüber den bekannten Schwimmaufbereitungsanlagen dar. Bei den bekannten Anlagen erfolgt die Zuführung der Luft entweder durch eine feinporige Luftzuführung bezw. durch Frei strahlgeräte oder bei den Rührwerkszellen mit Hilfe eines Rührwerkes durch Ansaugen der Luft durch die Hohlwelle des Rührwer kes bezw. durch besondere Rohrstutzen, wo bei, das Rührwerk die Luft in die Trübe ein schlägt.
In beiden Fällen ist jedoch die Luft- verteilung nicht besonders zufriedenstellend. Bei der Erzeugung der Schall- bezw. Ultra schallschwingungen mittels der beschriebenen Einrichtung dagegen wird die gesamte erfor derliche Luft oder zum mindesten ein Teil derselben unmittelbar durch den Schwin gungserzeuger selbst in die Trübe gefördert.
Hierdurch wird eine Feinstverteilung der Luft erreicht. Ausserdem wird durch die Ein wirkung der Schall- bezw. Ultraschallschwin gungen auf die Luftbläschen eine kräftige mechanische Durchkämmung der Schwimm trübe erzielt, und zwar besonders dann, wenn die Frequenz des Schwingungserzeugers durch geeignete Abstimmung im resonanz fähigen Bereich der Bläschengrösse liegt. Ge gebenenfalls kann auch die Amplitude der Schwingungen zur Verbesserung des Schwimm vorganges durch Frequenzänderung gesteuert werden.
Der Schwingungserzeuger kann auch in einem besonderen Schwingbehälter angeord net werden, der entweder unmittelbar inner halb der Schwimmzelle oder eines der Schwimmzelle vorgeschalteten Agitationsge- fässes in die Schwimmtrübe eingesetzt wird oder an die Schwimmzelle bezw. das Agita- tionsgefäss von aussen angebaut wird. Hier für kann beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung verwendet werden.
Auch die Form des zu verwendenden Schwingungserzeugers kann beliebig abge wandelt werden. So kann beispielsweise der Durchmesser einer Ringpfeife der Grösse des zu beschallenden Gefässes angepasst werden, z. B. derart, dass die Auslassöffnung der Düse am Bodenumfang eines zylindrischen Ge fässes entlangläuft. Beispielsweise kann statt des in Fig. 2 gezeigten Schwingungserzeu gers auch eine Pfeife mit flacher Lippe bezw. eine Schneide mit flacher Kante und einer flachen Spaltdüse verwendet werden.
Ob nur ein einzelner oder gleichzeitig mehrere Schwingungserzeuger verwendet wer den, richtet sich nach der Grösse und Stärke der Schwingungserzeuger und der Grösse der zu beschallenden Sehwimmzellen. Beispiels weise kann eine grössere Anzahl einzelner Schwingungserzeuger derart mit zueinander parallelen Achsen aneinandergereiht werden, dass sie mosaikartig eine grössere Fläche, z. B. eine kreis-, ring-, rechteck- oder streifenför- mige Fläche, ausfüllen.
Bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer Schwingungserzeuger können diese je nach Bedarf entweder alle mit gleicher oder verschiedener Schwingungs zahl betrieben werden. Die einzelnen Schwin gungserzeuger können auch q#o erregt werden, dass sie zu verschiedenen Zeitpunkten ihre Maximalerregung haben, zum Beispiel derart, dass eine mosaikartig mit Schwingungserzeu gern ausgefüllte Fläche eine %vellenförmige Schwingbewegung ausführt.
Die gleichzeitige Verwendung mehrerer Schwingungserzeuger kann ferner mit Vorteil derart durchgeführt werden, dass ein einzelner oder ein Teil der Schwingungserzeuger mit einem Flüssigkeits- strahl betrieben und vorzugsweise zur sofor tigen Einleitung des Schwimmvorganges durch die in der Flüssigkeit enthaltenen Che mikalien dient, während ein oder mehrere andere Schwingungserzeuger mit einem Gas strahl betrieben werden und vorzugsweise zur Weiterführung des Schwimmvorganges durch die Einwirkung auf die Erzteilchen.
Chemi kalien und die von ihnen erzeugten Liiftl)liis- chen dienen, zumal für die mechanische Durchkämmung der Schwimmtrübe mittels der resonanzfähigen Luftblasen gewöhnlich eine geringe Schalleistung ausreichend ist.
Es wurde bereits erwähnt, dass die be schriebenen Schn-ingungserzeuger auch zur Sterilisation von Milch und andern Flüssig keiten sehr vorteilhaft sind. Es ist bekannt, dass mit Schall- oder Ultraschallschwingun gen Flüssigkeiten verschiedener Art entkeimt werden können.
Die praktische Anwendung dieses Gedankens, der beispielsweise zur Ent- keimung von Süssmost oder Milch an sich recht geeignet ist, ist jedoch bisher vornehm lich daran gescheitert, dass die bekannten Schall- und Ultraschallerzeuger, . beispiels weise magnetostriktive oder piezoelektrische Schwingungserzeuger, zum Behandeln grö sserer Flüssigkeitsmengen ungeeignet sind. Auch ist die Schwingungsenergie der bekann ten Schwingungserzeuger im Verhältnis zur aufgewandten, meist elektrischen Energie ziemlich gering.
Die beschriebenen, rein me chanischen Schwingungserzeuger bieten nicht nur den Vorteil, grosse Flüssigkeitsmengen in kürzester Zeit zu entkeimen, sondern auch den Vorteil einer viel grösseren Lebensdauer. Ausserdem ist auch hier das Fehlen jeglicher elektrischer Spannungen ein grosser Vorteil. Die Schwingbewegung ist, wie praktische Versuche gezeigt haben, namentlich bei Kavi- tationsbildung so gross, dass selbst stark schallabsorbierende Flüssigkeiten entkeimt werden.
Wird die Einrichtung zur Herstellung von Emulsionen ausgebildet, so wird ein flüs siger der miteinander zu emulgierenden Stoffe aus einer Düse gegen die Schneide ange strömt, wobei sich diese Schneide in einem die andere bezw. die andern Emulsionskom- ponenten enthaltenden Gefäss befindet.
Da durch diesen Vorgang nicht nur die infolge der Ausströmung verursachte feine Vertei lung und vergrösserte Oberfläche der einen Emulsionskomponente zur Emulsionsbildung benutzt wird, sondern ausserdem die bei inten siver Schallerregung auftretende heftige Ka.- vitation, die für die Emulsionsbildung viel wesentlicher ist, so lässt sich auf diesem Wege in sehr kurzer Zeit eine viel bessere und haltbarere Emulsion von höherem Emul- gierungsgrad herstellen als mit irgendeiner bekannten Emulgierungseinrichtung. Sollen Stoffe miteinander emulgiert werden,
die an sich schwer miteinander emulgierbar sind, so können die zu emulgierenden Stoffe vorteil haft wiederholt gemeinsam im Umlauf durch die Düse oder eine andere zur Schallerzeu- gung in Flüssigkeiten geeignete Pfeife ge presst werden. Auch bei der Emulgierung ist es vorteilhaft, den aus Düse und Schneide bestehenden Schwingungserzeuger im Brenn punkt eines gekrümmten, z.
B. hohlspiegel- artigen Gefässes anzuordnen; hierdurch wer- r, den in dem Emulgierungsgefäss stehende Schallwellen, die die Emulsionsbildung sehr unterstützen, hervorgerufen.