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.
Device in which a liquid is set in sonic or ultrasonic vibrations. Sound generation in air and other Ga sen by means of whistles is known. As is well known, the way such sound generators are based on the formation of standing longitudinal waves by stimulating a column of air to vibrate through periodic movements. Depending on the type of stimulation, a distinction is made between tongue and lip whistles.
In the former, the sound is excited by the vibration of an elastic plate, the tongue; the lip whistles are based on the periodic separation of flow vortices at a cutting edge or lip. It is a question of generating sound on a purely acoustic basis, in contrast to electrical or electromechanical methods (vibrating membranes, magnetostriction rods and the like).
The subject of the present invention is a device in which a liquid is set in sonic or ultrasonic vibrations in that at least one organ designed as a vibration generator is immersed in the liquid to be sonicated and influences a liquid flow that flows into the liquid.
In the simplest embodiment of the invention, the vibration generator consists of a cutting edge and a nozzle arranged opposite it, through which the liquid is pressed. As a result of the fluid vortex that periodically separates from the nozzle opening when it exits, the fluid flow periodically hits the two sides of the cutting edge, so that periodic pressure fluctuations occur on both cutting edge sides. The frequency of these vibrations is essentially determined by the distance between the cutting edge and the nozzle, so it can be changed in the simplest way by regulating this position.
In this way, sound vibrations in the audible range as well as ultrasound can be generated.
The vibration generator can also be designed as an open or covered pipe. The ring whistle is a particularly useful form. The liquid column of the pipe gets into standing vibrations due to the flow, the wavelength of which, as is known, is twice or more. is four times the pipe length, depending on whether it is an open or covered pipe.
These vibration generators have a wide range of applications. They can serve as transmitters in underwater sound technology or are used in the treatment of liquids with sound, especially ultrasound. Examples include the generation of signal tones, sterilization of milk and other liquids, and degassing of molten metal. The vibration generator can be arranged directly in the liquid to be vibrated liq (z. B. sea water or aas to be treated medium) or be located in a special liquid container, the from the medium to be sonicated through a sound-permeable, z.
B. membrane-like wall is separated. The medium to be treated can be any gaseous, liquid or solid material; Solid substances can also be present in the liquid or in the gas (emulsion, aerosol).
With the interposition of a pump, a closed circuit can be provided for the liquid used for the inflow, so that there is no ongoing consumption of liquid for the operation of the visual vibration generator. For the purpose of increasing the performance and bundling the sound rays, the container or the Seliwingungs- generator receiving container as a sound collector (sound mirror, reflector, funnel or the like) be designed, respectively in the focal point. the sound generator (s) sit at the mouth of the funnel.
The vibration generators can be provided with modulation devices, e.g. B. in such a way that mechanical vibrations of the desired modulation frequency are transmitted to the cutting edge; or in that close in front of the vibration generator in a space through which the inflow liquid flows, pressure fluctuations are caused by the desired modulation frequency, and in any other way.
In the following, embodiments of the subject invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
In Fig. 1 in the liquid 1 is a pipe, the essential components of which are the tube 2 with the cutting edge or lip 3 and the gap or the nozzle 4.
The cross section of the tube 2 is rectangular or square. The nozzle 4 is connected to the pipeline 6 by means of the flange connection 5, through which the operating fluid is supplied. The end of the tube 2 facing away from the gap 4 can be open (open pipe) or closed (closed pipe). In general, the covered pipes behave better than the open pipes for generating sound in liquids.
In the present example, the pipe is covered with a stamp 7. which also defines the pipe length L, which determines the pitch. The stamp can be displaced in the tube 2 so that the pitch of the sound it produces can be regulated in a convenient manner.
In the ring whistle shown in Fig. 2, the cross section of the tube 11 is circular, accordingly it also has an annular cutting edge 12. The nozzle 13 is formed by a hollow cylinder-shaped body GE; in the interior of which passage openings 14 are provided for the operating fluid. The end of the nozzle opposite the cutting edge has the shape of an annular gap 15. The liquid is fed in via the line 16 which is connected to the nozzle body 13.
In many cases, e.g. For example, in underwater sound signaling technology, modulation of the water-borne sound waves generated is desirable. Such a modulation can be carried out in a very simple manner in the described vibration generators by transmitting mechanical vibrations of the desired modulation frequency to the cutting edge.
In the arrangement according to FIG. 1, a magnetostriction rod 9 with an excitation coil 10 is provided for this purpose, which is mechanically connected by the rod 8 to the cutting edge of the pipe. The coil 10 is traversed by alternating current of the desired modulation frequency, so that the cutting edge vibrates in the same cycle and modulates the sound vibrations generated by the liquid flow accordingly. In the arrangement according to FIG. 2, a vessel 17, the longitudinal walls of which are partly formed by membranes 18, is interposed in the supply line 16.
The electromagnet 19 surrounding the membranes is excited with the modulation frequency so that the vibrations of the whistle are modulated with the same frequency. Instead of the diaphragm, a piston can also be used, which is moved periodically and thereby generates pressure oscillations in the rhythm of the desired modulation.
In order to obtain a cycle of the liquid flow causing the liquid oscillations, the arrangement according to FIG. 3 can be made. Here, the liquid required to operate the pipe 20 is collected in a container 21 and promotes ge by means of the pump 22, the suction line 23 and the pressure line 24 in the circuit. The container 21 is expediently designed as a pressure equalization causing wind boiler. Such a closed circulation arrangement is advantageous when a valuable liquid is used to operate the vibration generator.
The container 25 receiving the vibration generator 20 has in the arrangement of FIG. 3 the shape of a parabolic mirror, BEZW in the focal point. The focal line or the vibration generator are seated. This achieves a bundling of the sound beams so that they emerge from the sound mirror parallel to the axis (sound spotlight). The container 25 can also be designed as a funnel. In this case, the vibration generator would have to be attached to the mouth of the funnel.
The free liquid 27 can be directly related to the liquid 26 filling the sound mirror, or a special closure 28 of the sound mirror can be provided, which of course has to be as sound-permeable as possible. A partition 28 will always be required when the liquids 26 and 27 are different from one another or must not come into contact with one another.
For example, it is often advisable to use the ultrasonic waves to increase the performance of the arrangement in a low-cavitation. To generate liquid, while the exploitation of the sound waves generated in a predetermined liquid speed, z. B. milk, sea water, glass melt flow or the like, has to be done. An increase in the performance of the sound generation can also be achieved by operating the vibration generators with liquid at increased overpressure, because in this case the risk of cavitation is reduced.
The vibration generator described can be used in underwater sound technology as well as for any type of industrial application of liquid-borne sound, in particular ultrasonic. For example, the sterilization of milk, degassing of a glass melt, etc.
Compared to the known arrangements for generating sound or ultrasound in liquids, the essential difference between the described vibration generators is that the sound is generated purely mechanically; No conversion between mechanical and electrical or magnetic energy is required, as is the case with the known electrodynamic, electro-magnetic, magnetostrictive or piezoelectric oscillators.
This guarantees a high level of efficiency for the vibration generator from the outset. Another fundamental difference is the lack of radiating surfaces; because the liquid lamellas vibrate themselves. The above-mentioned, not purely mechanical, water-shell senders have radiating surfaces that carry out vibrations, on which cavitation phenomena occur in the event of larger energy emissions. The consequence of this is the liquid tearing off the vibrating surface, hissing, hissing and annoying superimposed noises.
If the power is increased very much, the vibrating liquid can, however, cavitate itself. This fact can be countered by using low-cavitation fluids for flow or operation with high pressure. For this purpose, a liquid heated to 100 or more is preferably used, since the formation of cavitation decreases with increasing temperature.
The risk of cavitation in the radiation is also largely reduced by the fact that the points of high energy density - in the vicinity of the cutting edge - be found within the low cavitation liquid, while the passage into the more easily cavitating liquid, z. B. Sea water. takes place on a large surface (z. B. 28, in Fig. 3) with a correspondingly low energy density, in contrast to the usual sound generators radiating with a vibrating surface, in which the greatest energy density prevails at the sound generator liquid interface, which leads to This is where cavitation occurs most easily.
Another advantage of this vibration generator over the known vibration generators is that when several vibration generators are operated in parallel, the synchronism is easily guaranteed, while in the known Einrichtun conditions the synchronism of several vibration generators with the power-supplying machine always causes difficulties.
The slight change in frequency in the vibration generators described has already been pointed out above. They are equally well suited for generating sound in the audible area as well as for ultrasound. In the same way, as the exemplary embodiments have shown, the generated sound vibrations can be modulated in the most convenient way.
It is known to carry out the gas enrichment of liquids in such a way that the gas is pressed through a pipe or through fine-pored sieves into the liquid and is moved in the liquid by agitators. This can be achieved particularly effectively by means of the embodiments of the device according to the invention described below. will. For this purpose, the liquid to be enriched with the gas flows from a nozzle against the cutting edge while the gas is mixed by means of the nozzle. This will be explained in more detail using the exemplary embodiments shown in FIGS. 4 to 12.
In Fig. 4, the arrangement consists of the nozzle 11, the cutting edge 12 and the gas line 13. An end view of the nozzle 11, which is ruled out on a liquid supply pipe 14. is shown in Fig. 5; it shows that the nozzle has a slit-shaped outlet opening. The cutting edge 12 is wedge-shaped so that its edge lies parallel to the slot-shaped nozzle opening.
The gas line 13 opens in the immediate vicinity of the nozzle outlet opening. If the liquid to be enriched is driven through the nozzle, if there is sufficient liquid pressure shortly behind the nozzle outlet opening - seen in the direction of flow - an oscillation zone is created, as the flow of liquid emerging from the gap oscillates due to the periodically shedding vortices Split tones). Immediately in this zone, the liquid mixes with the gas passed through the gas line, z. B.
Air, and is with this by the sound respectively. Ultrasonic vibrations of the vibration zone are mixed in a dispersed manner. Then the liquid-gas mixture reaches the cutting edge 12, where sound or ultrasound vibrations (cutting tones) are formed by the separation of flow vortices, which resonate with the former when the distance nozzle-cutting edge is set appropriately and the dispersion is still considerable amplify.
The frequency of the vibrations generated at the nozzle can be changed by changing the fluid pressure, and the frequency of the vibrations generated at the cutting edge by changing the distance between the cutting edge and the nozzle mouth and the respective operating conditions can be adapted. For this purpose, the cutting edge is expediently provided adjustable. The effect of the arrangement shown is greatest when suitable operating conditions cause cavitation to form in the vibration zones.
In the arrangement described, the gas to be mixed with the liquid is not torn and subdivided solely by the movement of the liquid, but rather to a particularly high degree by the action of the sound and / or. Ultrasonic vibrations that have a particularly beneficial influence on the finest division, especially when gavitation occurs.
The particularly advantageous effect of the arrangement is further based on the fact that all liquid and gas particles to be mixed with one another in a dispersed manner, as a result of the special type of arrangement, inevitably get into the oscillation zone.
Fig. 6 shows a similar Ausfüh approximately example, the parts 11 to 13 are the same as in FIG. What is different, however, is that here the gas line feeds the gas to the liquid flow before it enters the nozzle, specifically already in the liquid feed pipe 14.
Here, therefore, there is a coarse premixing of the gas with the liquid before the liquid-gas mixture enters the two vibration zones at the nozzle outlet opening and / or. the cutting edge instead.
The liquid supply pipe 14 is narrowed in FIG. 6 at the junction of the gas line 13 in order to use the hydrodynamic suction a = and thus to achieve better premixing of the liquid with the gas, but this narrowing can also absence.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 7, the nozzle and the cutting edge form parts of a covered pipe 15. The nozzle of the pipe is designated with 11 'and the straight lip of the pipe with 12'. The gas pipe 13 is divided - here into two individual pipes, which flow into the nozzle just before the outlet opening of the nozzle - seen in the direction of flow of the liquid -. The mode of action is. here, too, similarly to the exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 6.
The length of the covered pipe can be changed by moving the pipe piston 16, whereby a frequency change of the generated vibration is also possible.
Instead of a flat pipe according to FIG. 7, a round pipe can also be provided for generating the vibrations. A special design of such a round pipe is shown in FIG. B. The nozzle is again designated by 11, it has a round cross-section and has a round core so that its outlet opening is annular. Around this nozzle there is a second nozzle 11 ', which is used to supply gas.
Opposite the nozzle outlet opening is the ring-shaped cutting edge of a round pipe pipe 15, which is provided with an adjustable piston 16 in a manner similar to that in FIG. The mode of operation is similar to that of FIG. 7. A frequency change is also possible in a simple manner in a round whistle by changing the distance between the nozzle mouth and the lip edge.
In the embodiment shown in. Fig. 9, sound respectively. Ultrasonic vibrations generated directly by the process of mixing the gas with the liquid. As ersicht Lich from the drawing, the gas line 13 opens here shortly before the outlet opening of the nozzle 11 - viewed in the direction of flow of the liquid, perpendicular to the flow of liquid; where vibrations arise in the liquid-gas mixture.
The generation of the vibrations is apparently due to the fact that the liquid lamella emerging from the nozzle is made to vibrate by the gas flowing through it. Here, too, it is advisable to subdivide the gas line similarly to FIG. 7, and to supply the gas simultaneously above and below the gap-shaped outlet opening of the nozzle shown in the front view in FIG. 10.
It has been shown to be particularly expedient to arrange the gas lines at an acute angle to the longitudinal direction of the slit-shaped nozzle opening, as shown in FIG. 10, so that the gas flow is cut into a particularly wide area by the liquid flow.
While in the embodiments described so far, the sound BEZW. Ultrasonic vibrations are generated by the flow of the liquid itself, they can be fed to the liquid-gas mixture instead or additionally from the outside. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 11. The nozzle 11 with the liquid feed pipe 14 and the gas feed line 13 have the shape shown in FIG. 6, for example.
To the side of the jet of the liquid-gas mixture emerging from the nozzle, a piezoelectric crystal oscillator 17 of such a curved shape is arranged that the vibrations emanate from it close to the nozzle outlet opening in the area indicated by point 18 Space converge.
The nozzle jet is therefore subjected to a strong vibration treatment acting on it from the outside immediately after exiting the nozzle. Instead of the lateral arrangement of the crystal oscillator, any other arrangement for the liquid jet can also be selected in this exemplary embodiment, for example the arrangement indicated by 17 'in dashed lines.
Instead of a piezoelectric vibration generator, any other vibration generator, for example a magnetostriction vibrator, can also be provided. The embodiment is also not tied to the known curved shape of the vibration generator; a vibration generator with a flat vibration surface can therefore also be used.
Another possibility, the sound respectively. Applying ultrasonic vibrations to the liquid-gas mixture from outside consists in that the nozzle or its supply line itself is excited to vibrate.
This can either be achieved in that a vibration generator of any type is firmly attached to the nozzle or. is attached to the supply pipe, or better by the fact that the nozzle or its supply line are themselves designed as a magnetostrictive oscillator. FIG. 12 shows an example for the latter embodiment.
The nozzle 11 with, for example, a gap-shaped outlet opening is provided with a feed pipe 14 made of magnetostrictively effective material, for example made of nickel. A tube 19 made of magnetostrictively ineffective material, preferably made of insulating material, is pushed over the pipe 14 at a distance. The pipe 13 is used for the gas supply, similar to that in FIG. 6.
The pipe 14 is fastened in the pipe 19 by means of a flange 110 in such a way that a vibration node of the vibrating body formed by the pipe 14 and the nozzle 11 is located in the flange plane. The tube 19 also serves as a carrier for the cylindrical excitation winding 111, which is intended for magnetically strict excitation of the tube 14. is.
The excitation winding 111 is surrounded by a cylindrical body 112, which consists of a magnetically good conductive material, for example iron, is drawn inward at its front ends in a flange-like manner and serves as a magnetic return path for the tube 14 to be magnetostrictively excited. If the excitation winding 111 is connected to voltage, the parts 14 and 11 are excited to vibrate in their longitudinal direction.
The mass and shape of these two parts are dimensioned in such a way that there is at least a vibration lump at the nozzle outlet opening, but possibly also at the end of the tube 14 facing away from the nozzle. The liquid-gas mixture is therefore exposed to strong vibrations in the nozzle 11. A second oscillation zone is located at the end of the tube 14 facing away from the nozzle. So that the oscillating movement of this tube is not dampened too much, the tube end can be designed in the shape of a cutting edge, as indicated in the drawing.
The arrangement is placed in operation immediacy cash in a container in which there is already a part of the liquid to be enriched, namely below the liquid level. Ilm not only enrich the liquid quantities that are introduced into the container through the nozzle, but also those that are already in the container prior to commissioning, it is advantageous to use means such. B. a circulation with a pump, through which the liquid BEZW. the liquid-gas mixture generated by means of the nozzle can be repeatedly driven through the nozzle in the circuit.
At the same time, this offers the advantage of further reinforcement and dispersion, so that a particularly fine and permanent gas distribution in the liquid is achieved.
The shape of the nozzles and cutting respectively. Any other whistle can be selected in the exemplary embodiments shown and described in the drawing. For example, in the arrangement shown in FIG. 8, designed as a round pipe, the outer nozzle 11 'can be omitted and instead a special gas pipe can be provided close to the nozzle outlet opening for gas supply as shown in FIG. 4.
Furthermore, the inclined arrangement of the gas line shown in FIG. 10 can also be used in part with all other exemplary embodiments, since it enables the gas to be mixed with the liquid particularly well. In the embodiment shown in Fig. 11 Darge can be used to He aiming a convergent radiation of the vibration generator instead of a special shape of the vibration generator in itself any reflectors of a suitable type.
It is known that the float preparation of ores and the like can be improved by the action of ultrasonic vibrations on the float to be supplied to the float. It has also been proposed to expose the floating cloud itself to the action of ultrasonic vibrations. In both cases, acoustic vibrations can also be used instead of the ultrasonic vibrations. To generate the ultrasonic vibrations too.
Piezoelectric vibration generators have hitherto been proposed for the purposes mentioned, but magnetostrictive vibration generators can also be used to generate sound and ultrasonic vibrations.
Both vibration generators are actually reliable devices, but with both methods the vibration energy generated is only small in relation to the electrical energy used. A further disadvantage of piezoelectric vibration generators is their short service life, which makes perfect continuous operation difficult.
In the case of piezo oscillators, the presence of an electrical high voltage of, for example, 15 to 20 kV at the swimming cell must also be accepted.
With the below-described embodiments of the device according to the invention for the preparation of ores and the like by means of sonic or ultrasonic vibrations, an improvement can be achieved, since these devices are characterized by both high efficiency and long service life and complete elimination of any identify parts carrying electrical voltage.
Here, too, a cutting edge is provided as a vibration generator, the speed from a nozzle with a liquid, for. B. water, is flowed against. The nozzle preferably has a slot-shaped outlet opening. A whistle, for example a whistle with an annular inlet nozzle, is particularly advantageous as a vibration generator. The pipe can be open or covered. It is particularly advantageous to mount the vibration generator directly inside the swimming cell in the floating cloud,
however, it can also be arranged in an agitation vessel upstream of the swimming cell or in a vessel containing the floating means alone. For example, the liquid surrounding the vibration generator, e.g. B. the floating cloud itself respectively. part of the same, can be used, in particular in such a way that the floating cloud passes through the vibration generator when it enters the swimming cell.
It is advisable to use the necessary floating means and gases for the flow of the vibration generator at the same time as the floating cloud. In the latter case, there is the particular advantage that the admixtures added to the floating cloud and used together with it to excite the vibration generator are at the same time distributed particularly finely in the floating cloud and are therefore particularly effective. For this purpose, the embodiments according to FIGS. 2 and 8 are advantageously used ver.
When using a whistle according to FIG. 8, in which two nozzles 11 and 11 'are arranged concentrically to one another, it is possible to use separate means for exciting the whistle at the same time, preferably a gaseous and a liquid agent. The two agents mix directly at the outlet opening of the nozzle. This version of the whistle is to be used with advantage when the whistle is excited to vibrate by the gaseous and liquid admixtures required to carry out the swimming process, in particular air on the one hand and a liquid mixed with chemicals on the other hand.
By adjusting the piston 16 in the pipe 15 (Pig. 8), the level of the generated oscillation frequency can be changed and the respective operating requirements, in particular the type of ores to be processed respectively. Minerals, customized. Another possibility for changing the frequency, which can be used instead or at the same time, is that means are provided by which the distance between the lip edge of the pipe and the nozzle outlet opening can be changed.
13 and 14 show two Ausfüh approximately examples for the installation of the vibration generator in a swimming cell. In FIG. 13, three vibration generators 27, 28 and 29 are provided in the swimming cell 26 containing the floating turbidity. The vibration generators 27 and 29 are jointly connected to an air line 210 through which compressed air is supplied. The compressed air serves both to excite the two vibration generators 27 and 29 and to carry out the swimming process.
The vibration generator 28, on the other hand, is connected by means of a liquid line 211 via an expansion tank 212 to a pump 213, which presses a liquid to the vibration generator 28 from the loading container 214. This liquid is, for example, a liquid mixed with chemicals and also serves both to excite the Schwingungserzeu gers 28 and to carry out the swimming process.
The expansion tank 212 is designed as an air chamber, so that it keeps the vibrations of the vibration generator away from the pump 213. If necessary, however, the expansion tank can also be omitted.
In the embodiment according to FIG. 14, the parts 26 and 210 to 212 are the same as in FIG. 13. The compressed air line 210 and the liquid line 211 combine in this case to form a single tube 215, which contains the gaseous and the liquid agent leads together to a single vibration generator 216. This vibration generator has, for example, the form shown in more detail in FIG.
An advantageous feature of the arrangement according to FIG. 14 is that part of the floating cell wall, namely the bottom of the cell, is designed like a concave mirror, specifically in the form of a parabolic mirror, in which focal point the vibration generator 216 is arranged. As a result, a directed sound field is generated in the floating cloud. Instead of a concave mirror-like configuration of the cell wall, however, a funnel-shaped configuration can also be seen, in which case the vibration generator is expediently arranged on the funnel mouth.
In principle, however, the vibration generator according to the invention can also be mounted in the swimming cell in any other way and in particular at any height.
An essential advantage for the swimming pool treatment is that the described device, besides a particularly economical generation of vibrations, guarantees a particularly fast and especially even distribution of the water-soluble and an immediate emulsification and thus the finest distribution of the water-insoluble floating agents in the floating cloud. This advantage is a particularly significant step forward, as the usual sc.h.wimmittel- additive in known swimming pool treatment systems by means of reagents, for example.
B. disc oiler, usually only allows an imperfect distribution of the wasserunlös union floating agent. Another advantage is that the vibrations generated affect the air bubbles required to carry out the swimming process and also affect the ore or. Mountains have a direct effect.
The introduction of the air or other gases required for the swimming process via the vibration generator represents a considerable advance over the known swimming treatment systems. In the known systems, the air is supplied either through a fine-pored air supply or respectively. by free jet devices or with the agitator cells with the help of an agitator by sucking in the air through the hollow shaft of the Rührwer kes BEZW. by special pipe sockets, where the agitator beats the air into the sludge.
In both cases, however, the air distribution is not particularly satisfactory. When generating the sound respectively. Ultrasonic vibrations by means of the device described, on the other hand, the entire neces sary air or at least part of the same is promoted directly by the vibration generator itself in the turbidity.
This achieves a very fine distribution of the air. In addition, the effect of the sound respectively. Ultrasonic vibrations on the air bubbles achieve a powerful mechanical combing of the swimming turbidity, especially if the frequency of the vibration generator is in the resonance-capable range of the bubble size by suitable coordination. If necessary, the amplitude of the vibrations can also be controlled by changing the frequency to improve the swimming process.
The vibration generator can also be net angeord in a special vibrating container, which is inserted into the floating turbidity either directly within the swimming cell or in an agitation vessel upstream of the swimming cell or attached to the floating cell. the agitation vessel is attached from the outside. For example, the device shown in FIG. 3 can be used for this.
The shape of the vibration generator to be used can also be changed as desired. For example, the diameter of a ring whistle can be adapted to the size of the vessel to be sonicated, e.g. B. such that the outlet opening of the nozzle runs along the bottom circumference of a cylindrical Ge barrel. For example, instead of the Schwingungserzeu shown in Fig. 2 also a whistle with a flat lip BEZW. a cutting edge with a flat edge and a flat slotted nozzle can be used.
Whether only a single vibration generator or several vibration generators are used at the same time depends on the size and strength of the vibration generator and the size of the visual cells to be exposed to sound. For example, a larger number of individual vibration generators can be strung together with axes parallel to one another in such a way that they cover a larger area like a mosaic, e.g. B. a circular, ring, rectangular or strip-shaped area fill out.
If several vibration generators are used at the same time, they can either all be operated with the same or different number of vibrations, depending on requirements. The individual vibration generators can also be excited q # o so that they have their maximum excitation at different points in time, for example in such a way that an area filled in a mosaic-like manner with vibration generators performs a wave-shaped vibration movement.
The simultaneous use of several vibration generators can also advantageously be carried out in such a way that an individual or part of the vibration generators is operated with a liquid jet and is preferably used to initiate the swimming process immediately through the chemicals contained in the liquid, while one or more others Vibration generators are operated with a gas jet and preferably to continue the swimming process by acting on the ore particles.
Chemicals and the liiftl) produced by them serve, especially since a low sound power is usually sufficient for the mechanical combing of the floating turbidity by means of the resonant air bubbles.
It has already been mentioned that the described string producers are also very advantageous for the sterilization of milk and other liquids. It is known that liquids of various types can be sterilized with sonic or ultrasonic vibrations.
However, the practical application of this idea, which is in itself quite suitable for the sterilization of sweet must or milk, has so far primarily failed because the known sound and ultrasound generators,. For example, magnetostrictive or piezoelectric vibration generators are unsuitable for handling larger amounts of liquid. The vibration energy of the known vibration generator is also quite low in relation to the mostly electrical energy used.
The purely mechanical vibration generators described offer not only the advantage of sterilizing large amounts of liquid in a very short time, but also the advantage of a much longer service life. In addition, the absence of any electrical voltage is a great advantage here too. As practical tests have shown, the oscillating movement is so great, especially when cavitation forms, that even liquids that are strongly sound-absorbing are sterilized.
If the device is designed for the production of emulsions, a liquid of the substances to be emulsified with one another is flowed from a nozzle against the cutting edge, this cutting edge being in one or the other. the other emulsion components containing the vessel is located.
Since this process not only uses the fine distribution and enlarged surface of the one emulsion component caused by the outflow for emulsion formation, but also the violent cavitation that occurs with intense sound excitation, which is much more essential for emulsion formation, can be In this way, in a very short time, produce a much better and more durable emulsion with a higher degree of emulsification than with any known emulsification device. If substances are to be emulsified with one another,
which are difficult to emulsify with one another, the substances to be emulsified can advantageously be repeatedly pressed together in circulation through the nozzle or another pipe suitable for generating sound in liquids. Even with emulsification, it is advantageous to use the vibration generator consisting of nozzle and cutting edge in the focal point of a curved, z.
B. to arrange a concave mirror-like vessel; This causes the sound waves standing in the emulsification vessel, which greatly support the formation of the emulsion.