CH390595A

CH390595A - Vorrichtung zur Feinverteilung von Substanzen mittels Ultraschall

Info

Publication number: CH390595A
Application number: CH1319760A
Authority: CH
Inventors: Reimar Dr Pohlmann
Original assignee: Kredit Und Anlagen Ag
Priority date: 1960-11-23
Filing date: 1960-11-23
Publication date: 1965-04-15

Description

Vorrichtung zur Feinverteilung von Substanzen mittels Ultraschall
Es ist seit langem bekannt, Substanzen mit Hilfe von Ultraschall fein zu verteilen, zu dispergieren, zu emulgieren oder auch zu vernebeln. Man hat z. B.

Metalle in Flüssigkeiten fein verteilt, indem man während der Elektrolyse Ultraschallschwingungen einwirken lässt. Heterogene Flüssigkeiten kann man durch die bekannte emulgierende Wirkung des Ultraschalls fein ineinander verteilen und Flüssigkeiten lassen sich beispielsweise mit Hilfe des bekannten Ultraschallsprudels zu Aerosolen vernebeln oder dadurch, dass man sie in verhältnismässig dünner Schicht auf eine zu intensiven Ultraschallschwingungen erregte Fläche auftropft. Ebenfalls sind Ultraschallgeräte zur Erzeugung von Aerosolen bekannt geworden, die von fokussierten Ultraschallschwingungen Gebrauch machen, indem fokussierte und hierdurch besonders konzentrierte Ultraschallstrahlung von unten gegen die Flüssigkeitsoberfläche der fein zu verteilenden Substanz trifft und hierdurch eine recht wirkungsvolle Feinverteilung in dem über der Flüssigkeit befindlichen Raum erzielt.

Alle diese Anordnungen besitzen in ihrer technischen Anwendung verhältnismässig enge Grenzen und sind daher in der Praxis noch recht wenig eingesetzt worden. Sie eignen sich z. B. gut zur Feinverteilung von Flüssigkeiten oder Lösungen, versagen jedoch bereits, wenn es darauf ankommt, Schmelzen, insbesondere Metallschmelzen, zu versprühen oder zu vernebeln. Ebenfalls versagen sie bei der Feinverteilung hochviskoser Substanzen, wie Ölen usw. Es gelingt beispielsweise mit diesen Anordnungen nicht, im Zylinder eines Dieselmotors ein Schwer öl zu zerstäuben, aus Metallschmelzen, Zinn, Blei, Kadmium, Indium usw. feinste Pulver herzustellen, was für viele technische Zwecke von hohem Wert wäre, oder beispielsweise durch feinsten Metallnebel Papier zu metallisieren.

Zur Durchführung aller dieser Vorgänge eignet sich jedoch die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Feinverteilung von Substanzen mittels Ultraschall, die dadurch gekennzeichnet ist, dass am verjüngt auslaufenden Ende eines axial durchbohrten zu Longitudinalschwingungen erregbaren Geschwindigkeitstransformators eine Kammer mit einer mindestens mit einer Bohrung versehenen Wand angeordnet ist, um den Austritt der zu verteilenden Substanz unter der Einwirkung der Ultraschallschwingungen zu ermöglichen. Die genannte Kammer soll hierbei vorzugsweise aus einer mit entsprechend feinen Bohrungen versehenen Spinndüse bestehen, die leicht auswechselbar am verjüngt auslaufenden Ende des Geschwindigkeitstransformators angeordnet ist.

Unter Geschwindigkeitstransformator (Mason Horn) versteht man in der Ultraschalltechnik bekanntlich einen exponentiell, in Kettenlinie oder auch in abgestimmten Stufen sich verjüngenden guten Schalleiter, der an seinem stumpfen Ende mit einem Ultraschallschwingungserzeuger fest gekoppelt ist.

Die vom stumpfen zum verjüngt auslaufenden Ende fortschreitende Welle vergrössert ihre Amplitude bzw.

Schallschnelle entsprechend dem abnehmenden Durchmesser des Transformators. Derartige Vorrichtungen gestatten, Schwingungsamplituden zu erzeugen, die gegebenenfalls die Zerreissfestigkeit von Metallen überschreiten können.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch. Am Ende des genannten in Pfeilrichtung longitudinal schwingenden Geschwindigkeitstransformators T ist die Kammer K angeordnet, deren Boden vorzugsweise mit feinsten Löchern L versehen ist. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, hierfür eine handelsübliche Spinndüse zu verwenden, die durch Lösen der Ringschraube S leicht ausgewechselt und dem jeweiligen Verwen dungszweck angepasst werden kann. Der Geschwindigkeitstransformator besitzt eine axiale Bohrung B mit einem schräg abwärts in ihn einmündenden Zuführungskanal K.

An seinem verjüngt auslaufenden Ende ist der Geschwindigkeitstransformator von einer ihn nur lose umgebenden Heizwicklung H umschlossen, die auch als Hochfrequenzspule zur induktiven Erwärmung des unteren Endes des Gesohwindigkeits- transformators ausgebildet sein kann.

Sollen Substanzen fein verteilt werden, die bei Zimmertemperatur flüssig sind, so kann deren Zuleitung durch den Kanal K erfolgen. Die Flüssigkeit tritt durch die sehr feinen Löcher L ihrer Viskosität entsprechend nur sehr wenig aus und bildet unterhalb des Kammerbodens einen feinen Film, der durch die intensiven Schwingungen des Transformators aufs feinste vernebeln Handelt es sich um eine sehr hoch viskose Flüssigkeit, so kann sie unter zusätzlicher Anwendung eines entsprechenden Überdruckes in die Kammer K eingeführt werden, um den erwünschten Flüssigkeitsfilm zu bilden. Sollen Substanzen, die bei Zimmertemperatur fest sind, fein verteilt werden, z. B. Zinn, Kadium, Indium, Blei usw., so können diese Substanzen in Form eines Drahtes D in den Kanal eingeschoben werden.

In diesem Falle wird die Heizung H eingeschaltet, das untere Ende des Drahtes schmilzt und die Schmelze gelangt auf diese Weise in die Kammer K und wird beim Durchtritt durch die Löcher L durch die intensiven Ultraschallschwingungen in gleicher Weise vernebelt.

Handelt es sich um chemisch reaktive oder leicht oxydierbare Substanzen, so empfiehlt es sich, den genannten Vorgang in einem Schutzgas durchzuführen. In diesem Falle befindet sich das verjüngt auslaufende Ende des Geschwindigkeitstransformators in einem Gehäuse G, das durch die Rohre Rt und R2 mit dem geeigneten Schutzgas beschickt wird. Soll feinverteiltes Pulver gewonnen werden, so empfiehlt es sich, den Abstand A zwischen der Kammer K und der Auffangfläche F so gross zu wählen, dass während des Absinkens die feinen Partikel erstarrt sind. Hierbei kann es zweckmässig sein, ein Schutzgas möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Wasserstoff zu wählen.

Liegt jedoch die Aufgabe vor, kleine Substanzmengen auf eine Fläche aufzubringen, beispielsweise Papier zu metal lisieren, so legt man die zu behandelnde Fläche auf die Unterlage F auf und fährt diese so dicht an den Boden der Kammer K heran, dass die feinverteilte Substanz beim Auftreffen noch nicht erstarrt ist, sondern die feinverteilten Tröpfchen miteinander verschmelzen.

Da die Wärmekapazität jedes Tröpfchens nur sehr gering ist, erfolgt die Erstarrung ohne merkliche Verbrennungserscheinungen der zu beaufschlagenden Fläche. In diesem Falle empfiehlt es sich, die Wärmeableitung möglichst gering zu halten und eventuell im Vakuum zu arbeiten.

Claims

PATENTANSPRUCH Vorrichtung zur Feinverteilung von Substanzen mittels Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, dass am verjüngt auslaufenden Ende eines axial durchbohrten zu Longitudinalschwingungen erregbaren Geschwindigkeitstransformators eine Kammer mit einer mindestens mit einer Bohrung versehenen Wand angeordnet ist, um den Austritt der zu verteilenden Substanz unter der Einwirkung der Ultraschallschwingungen zu ermöglichen.

UNTERANSPRUCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens mit einer Bohrung versehene Wand aus einer Spinndüse besteht, durch die die zu bearbeitende Substanz austritt.

2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinndüse auswechselbar angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das verjüngt auslaufende Ende des Geschwindigkeitstransformators von einer locker anliegenden Heizwicklung umschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das verjüngt auslaufende Ende des Geschwindigkeitstransformators von einer locker anliegenden Induktionsspule für Hochfrequenzheizung umschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitstransformator einen in seine axiale Bohrung schräg abwärts einmündenden Zuführungskanal aufweist.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das verjüngte Ende des Geschwindigkeitstransformators mit der Kammer in einer Schutzgasatmosphäre angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das verjüngte Ende des Geschwindigkeitstransformators mit der Kammer in einem Vakuumgefäss angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitstransformator über einer Auffangfläche derart angeordnet ist, dass der Abstand zwischen Geschwindigkeitstransformator und Auffangfläche verändert werden kann.