Generator zur Erzeugung von elastischen Wellen in Gasen. Wenn sich in einem Medium, sei das ein Gs, eine Flüssigkeit oder ein festen Körper, eine örtliche Druckverteilung frei fortpflanzt, so spricht man von einer elastischen Welle. Je nach der Grösse der Frequenz wird diese als Schallwelle oder als Ultrasühallwelle be zeichnet. Insbesondere letztere finden in neue rer Zeit in steigendem Masse Verwendung in Wissenschaft und Technik. Das Fehlen eines leistungsfähigen und billigen Generators ver hinderte allerdings bis heute eine breitere An wendung solcher zum Beispiel auf Gase.
Es ist bekannt, Ultraschallwellen in Gasen durch elektrisch erregte Quarze oder auch durch magnetostriktiv erregte Stäbe zu erzeugen. Die Intensitäten der so erzeugten Wellen sind aber wegen der grossen Differenz der Schallhärten von festen Körpern (Quarze, Stäbe) gegenüber Gasen nur gering. Ausser dem sind solche Anlagen ziemlichkostspielig, da die zugeführte Energie zuerst in elektri sche der gewünschten Frequenz und erst diese in Schallenergie umgewandelt werden muss. Eine weitere Anordnung zur Erzeugung von Schall- und Ultraschallwellen in Gasen ist der Hartmannsche Gasstrahlgenerator. Dieser ist im Vergleich zu den vorhin erwähnten Anordnungen ziemlich billig, döch sind so wohl Leistungsfähigkeit wie Wirkungsgrad unbefriedigend.
Hier soll nun die vorliegende Erfindhung einen Fortschritt bringen. Nach ihr können in einem Gas elastische Wellen grosser Intensi tät mit gutem Wirkungsgraderzeugt werden mittels einer Anordnung, welche eine bis zu einem minimalen Querschnittsioh verengende und nachher sich erweiternde Düse und einen nach der Düse zu offenen Hohlraum besitzt, der von einem von der Düse geführten Gas strahl mit Uberschallgeschwindigkeit ange strömt wird. Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes dient Fig. 1, welche die Anordnung im Längsschnitt dar stellt. Mit 1 ist die Düse bezeichnet. Sie wird von links nach rechts durchströmt, hat also links die Eintritts- und rechts die Austritts öffnung.
Der nach der Düse zu offene Hohl raum, der als Resonator dient, ist mit 2 und die seitlichen Austrittsöffnungen, durch die die Druckwellen austreten, mit 3 bezeichnet. Die ganze Anordnung kann bezüglich der Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet sein oder auch vieleckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt halben.
Wird nun links vom Düseneintritt ein zeitlich konstanter Druck erzeugt, der grösser als ein bestimmter Mindestwert ist, so durch strömt das Gas den engsten Querschnitt der Düse mit Schallgeschwindigkeit. Rechts da von wird die Strömungsgeschwindigkeit sogar grösser als diese (Lavalgüse, und wenn das Gas auf kein Hindernis trifft, so ent weicht es aus dem Austrittsöffnung mit den bekannten Reflexionserscheinungen freier Gaisstrählen. Wenn aber, wie hier,
dicht vor der Austrittsöffnung der Düse ein Hindernis in Form des. :offenen Hohlraumesi 2 ange bracht wird, so stellt sich ein in*Jie Düse hineinragender stationärer Verdichtungsstoss ein, der die Überschallgeschwindigkeit des ausströmenden Gases auf Unterschallge schwindigkeit herabsetzt. Die Form dieses Verdichtungsstosses, der nichts anderes als die Kopfwelle des mit Überschalgeschwin digkeit angeströmten Hohlraumes 2 ist, hängt weitgehend von der Form des Profils, d. h.
des Längsschnittes des Hohlraumes, aber auch vom Druck in demselben ab. Ex verläuft in einem bestimmten Zeitmoment etwa nach der Kurve 4. Ist der Druck im Resonatör kleiner als in diesem Zeitmoment, so liegt der Verdichtungsstoss näher an diesem Profil; ist der Druck grösser, so ist er weiter davon ent fernt. Nun kann sich aber ein Druckzustand im Resonator nur rechts der dureh den Ver- dichtungssstoss dargestellten Fläche nach aussen fortpflanzen, was um soleichter mög lich ist, je weiter dieser vom Resonator ent fernt ist.
Der Verdiohtungsstoss versieht also in der Gegend der seitlichen Öffnungen 3 die Funktion eines Ventils, das die Entladung des Resonators 2 steuert, während er ander seits selbst wiederum durch den Ladezustand des Resonators gesteuert wird. Durch diese Selbststeuerung wird das System zu kräfti gen Schwingungen angeregt. Die periodi schen Entladungen des Resonators pflanzen sich im Aussenraum als Druckwellen fort. Die Anordnung wandelt somit zeitlich kon stante Druckenergie in Schwing ngsenergie um, wirkt also als Generator für elastische Wellen.
Mitbestimmeud für die Eigenfrequenz der Schwingungen ist das Volumen des Re- sonators. Als solches tritt aber nicht bloss das des offenen Hohlraumes in Erscheinung, son dern auch dass durch den Verdichtung stoss 4 und die seitlichen Öffnungen 3 eingeschlos sene Volumen ist darin einzübeziehen. Dieses Teilvolumen variiert aber zeitlich im Talkte der Schwingungen. Bei gewissen Anordnun gen hat dies zur Folge, dass dadurch die Schwinggungsfrequenz instabil wird. Es tre ten Erscheinungen auf, die Ähnlichkeit mit Sohwebungenhaben.
In Fig. 2 ist als weiteres Ausführungs beispiel ein Generator im Längsschnitt dar- gestellt, der sich durch besonders stabile Frequenz auszeichnet. Die Bedeutung der Ziffern 1 bis 4 ist dies elbe wie in Fig. l. Ge genüber Fig. 1 weist diese Anordnung zusätz lich eine Stabilisierungsfläche 5 auf, die sich im Schwing ngsraum befindet. Dabei wird als solcher der Raum, begrenzt durch die Wände der Düse 1 bis zum engsten Quer schnitt, die seitlichen Austrittsöffnungen 3 und den nach der Düse zu offenen Hohlraum 2, bezeichnet. Sie hat zur Folge, dass der Ver dichtungsstoss 4 ,am vordem Ende der Fläche fixiert wird, so dass nur die Flanken des selben sich im Takte der Schwingung bewe bewe gen können. Das Volumen des Resonators schwankt nur sehr wenig und die Frequenz bleibt infolgedessen stabil.
Die Stabilisie rungsfläche 5 kann beispielsweise die Form eines eines Rotationskörpers oder einer Nadel haben, deren Achse in der Düsenachse liegt. Sie kann aber auch ähnlich wie ein Tragflügel als Flä che ausgebildet sein, die beispielsweise senk recht zur Zeisshenebene steht, Im weiteren kann diese Stabilisierungsfläohe sowohl an der Düse als auch am Hohlraum befestigt sein, und zwar mit Vorteil in Richtung der Düsenachse verschiebbar. In diesem Fall kann mit Leichtigkeit bei wechselndem Gas druck vor der Düse jeweils die richtige Lage der Stabilisierungsfläche eingestellt werden.