DE1291925B - Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Er- Kanäle 4, 7 in dem einen Kreis gegenüber den Kazeugung von Ultraschallschwingungen, bei der ein nälen 5, 8 im anderen Kreis sowohl im Pumpenrad 2 von einem Motor angetriebenes Pumpenrad Flüssig- als auch im Turbinenrad 6 winkelmäßig gegeneinkeit ansaugt und über Beschleunigungskanäle Aus- ander versetzt.

trittsöffnungen zuführt, die sich gegenüber entspre- 5 Die Flüssigkeit wird den Strömungskanälen 4, 5 chenden Eintrittsöffnungen eines dem Pumpenrad bzw. 7, 8 zum Ausgleich von Leckverlusten über benachbarten, ebenfalls drehbar gelagerten Rades einen Zuführungskanal 11 aus einem nicht dargestellbefinden, ten Vorratsbehälter zugeleitet, der in das Lager 10 Es sind Vorrichtungen zur Erzeugung hochfre- mündet, und wird dann weiterhin durch einen Kanal quenter mechanischer Schwingungen innerhalb einer io 25, der in der Turbinenwelle 9 vorgesehen ist, in Flüssigkeit bekanntgeworden. einen Verteilerraum 12 geführt, der im Innern des Demgegenüber liegt der Erfindung die andere Auf- Pumpenrades vorgesehen ist. Von diesem Verteilergabe zugrunde, einen Ultraschallschwingungserzeuger raum 12 laufen weitere Kanäle 26, 27 zu den Ströfür die technische Anwendung insbesondere in der mungskanälen 4 bzw. 5 im Pumpenrad. Von den Bearbeitung von Werkstücken zu konstruieren, der 15 Strömungskanälen 7 bzw. 8 gehen weitere Kanäle 28, insbesondere geeignet ist, in Richtung der Motoren- 29 aus, die in einen Sammelkanal 30 innerhalb der achse Longitudinalschwingungen zu erzeugen. Turbinenwelle einmünden und von hier aus über Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- einen Austrittskanal 13 innerhalb des Lagers 10 nach löst, daß das Rad als Turbinenrad ausgebildet ist und außen münden und die Flüssigkeit zum Vorratsbemit dem Pumpenrad nach Art einer hydraulischen 20 hälter zurückleiten.

Kupplung zusammenarbeitet, wobei Turbinenrad und Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende:

Pumpenrad mit halbkreisförmig profilierten Strö- Wird der Welle 1 beispielsweise eine Umdrehungsmungskanälen versehen sind, die die Flüssigkeit im zahl von 3000 U/min erteilt, dann weisen die Lon-Kreislauf von Pumpenrad dem Turbinenrad zuführen gitudinalschwingungen der Turbinenwelle 9 eine Freund von diesem wieder zurückleiten, und daß das 25 quenz von 20 000 Hz auf.

Turbinenrad in axialer Richtung schwingfähig ge- Um die Größe des Strömungsdruckes beurteilen zu

lagert ist, wobei die Strömungskanäle in mehreren können, muß von der Formel ausgegangen werden: konzentrisch zueinander liegenden Kreisen angeord- Fliehkraft=Masse-Radius-Winkelgeschwindigkeit². net sind. Daraus erkennt man, daß der Strömungsdruck um

Die Erfindung hat den Vorteil, bei gedrungener 30 so größer ist, je größer die Masse der verwendeten und robuster Bauweise ausreichend große Schwin- Flüssigkeit, je größer das Pumpenrad ausgeführt und gungsenergien an das Werkstück abzugeben, die ins- je höher seine Antriebsdrehzahl ist. Es kann daher je besondere für die technische Anwendung in der Fer- nach dem Verwendungszweck eine Anpassung durch tigung geeignet sind. Abänderung der oben angegebenen Größen erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsmöglichkeiten der 35 Da das Turbinenrad 6 gegenüber dem Pumpen-Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. rad 2 eine geringere Drehzahl aufweist, die bis auf Ausführungsbeispiele seien an Hand der Zeich- Null gesenkt werden kann, stehen die Kanäle 4, 5 nung näher erläutert. Es zeigt am Pumpenrad nur kurzzeitig genau gegenüberlie-Fig. 1 einen Aufriß und teilweisen Axialschnitt. gend den Kanälen7 bzw. 8 des Turbinenrades. Indurch einen Schwingungserzeuger nach der Linie I-I 40 folge der Fliehkraft, die auf die Flüssigkeit einwirkt, der Fig. 2, die sich gerade innerhalb der Kanäle des Pumpen-F i g. 2 einen Grundriß auf den Schwingungser- rades befindet, werden diese Flüssigkeitsteile in Richzeuger nach abgenommenem Pumpenrad nach der tung des Pfeiles 31 strömen und einen Strömungs-Linie II-II der Fig. 1, druck auf diejenige Flüssigkeit ausüben, die sich in F i g. 3 stellt einen teilweisen Vertikalschnitt durch 45 den Kanälen 7, 8 des Turbinenrades 6 befinden, so eine andere Ausführungsform des Gerätes dar, bei daß diese Flüssigkeitsteile in Richtung des Pfeiles 32 welchem die Turbinenachse abgebremst ist, und strömen werden.

Fig. 4 einen teilweisen Aufriß und teilweisen Infolge der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen

Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform des dem Pumpenrad einerseits und dem Turbinenrad Schwingungserzeugers mit mehreren übereinander be- 50 andererseits werden die Kanäle 4, 5 bzw. 7, 8, nachfindlichen Aggregaten. dem sie sich kurzzeitig gegenüberstanden, beim Über-

Nach der Ausführungsform der F i g. 1 und 2 be- gang bis zum nächsten Zeitpunkt des Gegenübersteht der Schwingungserzeuger aus einem Pumpen- Stehens sich mehr oder weniger überdecken, so daß rad 2, das über eine lotrechte Welle 1 von einem nicht die Strömungsgeschwindigkeit in diesen Kanälen prodargestellten Motor aus angetrieben wird. An der 55 gressiv bis zum annähernden Stillstand abgebremst unteren Stirnfläche 17 des Pumpenrades ist ein Ge- wird, um ebenso progressiv wieder anzusteigen. Die häuseteil 3 befestigt, in dessen Gehäusehohlraum sich Bremsung wirkt sich hierbei auf das Turbinenrad 6 das Turbinenrad 6 befindet, das auf der Turbinen- sinusförmig axial aus und erzeugt dadurch eine welle 9 aufgekeilt ist, die durch eine Bohrung 21 im Longitudinalschwingung in der Turbinenwelle 9.
Gehäuseteil 3 hindurchgeführt, in einer Bohrung 23 60 Der Abstand zwischen dem Pumpenrad einerseits eines Lagers 10 gelagert und in ihr unter Verwendung und dem Turbinenrad andererseits kann verstellbar eines Keiles 22 gegen Verdrehen gesichert ist. gestaltet werden, was durch eine Verstelleinrichtung

Ausgehend von den einander zugekehrten Flächen erreicht werden kann, durch die die Turbinenwelle 9 17 bzw. 24 des Pumpen- bzw. Turbinenrades, sind und damit auch das Turbinenrad 6 gegenüber dem in zwei konzentrisch zueinander und jeweils spiegel- 65 Pumpenrad ein- und feststellbar ist.
bildlich gegenüberliegenden Kreisen eine größere Die Veränderbarkeit der Leistung des Gerätes kann

Anzahl Strömungskanäle 4, 5 bzw. 7, 8 mit halb- selbsttätig während des Arbeitsvorganges dadurch kreisförmigem Profil angeordnet. Hierbei sind die erreicht werden, daß beim Aufsetzen des Gerätes

auf das zu bearbeitende Werkstück über die Turbinenwelle 9 ein aufwärts gerichteter Druck auf das Turbinenrad 6 ausgeübt wird, so daß, ausgehend von der Leistung=Null, diese Leistung allmählich ansteigt, und zwar nach Maßgabe der zunehmenden Annäherung des Turbinenrades 6 an das Pumpenrad 2.

Die Anordnung des Zufuhr- und Ableitkanalsystems für die Vorratsflüssigkeit dient einmal zur Ableitung der entstehenden Wärme und zum andern der Erhaltung der Flüssigkeitsfüllung innerhalb der Kanäle, d. h. zum Ausgleich der Leckverluste. Hierbei fördert das Pumpenrad 2 die Flüssigkeit aus dem Verteilerraum 12 über die Leitungen 26 und 27 in die Kanäle 4, 5, womit selbsttätig die Flüssigkeit durch den Zuführungskanal 11 angesaugt wird. Da das Turbinenrad 6 nur geringe Umdrehungszahlen hat bzw. stillsteht, kann die Flüssigkeit infolge der fehlenden Fliehkraft über die gleichgeordneten Kanäle 28, 29 in den Austrittskanal 13 abströmen.

Zwecks Kühlung wird die aus dem Kanal 13 austretende Flüssigkeit über einen ausreichend großen Behälter oder ein längeres Röhrensystem dem Zufuhrkanal 11 wieder zugeführt, wobei die Flüssigkeit ausreichend Zeit findet, sicher abzukühlen.

Bei besonders hohen Belastungen kann es zweckmäßig sein, einen Kühlluftstrom vorzusehen, der vom Antriebsmotor unter Einschaltung eines Gebläses erzeugt wird und über ein Röhrensystem die umlaufende Flüssigkeit kühlt.

Es ist erforderlich, sowohl dem Zufuhrkanal 11 und dem Ableitkanal 13 als auch den Verbindungskanälen 25 bis 30 einen entsprechend kleinen Querschnitt im Verhältnis zum Querschnitt der Kanäle 4, 5 bzw. 7, 8 zu geben, um den durch die Strömungskanäle hervorgerufenen Leistungsverlust in den gewünschten geringen Grenzen zu halten.

Nach der Ausführungsform der Fig. 3 ist die Turbinenwelle 33 drehbar innerhalb des Lagers 34 gelagert. Um die Drehzahl dieser Turbinenwelle geringer zu halten als die Drehzahl des Pumpenrades, ist eine regulierbare Bremse 35 unterhalb des Lagers 34 vorgesehen. Um die Longitudinalschwingungen der Turbinenwelle zu begrenzen, ist an ihr ein Bund 36 unterhalb des Lagers 34 vorgesehen, der zum Anschlag an der unteren Fläche 37 des Lagers 34 kommt und damit gewährleistet, daß das erforderliche Minimalspiel zwischen den einander zugekehrten Flächen des Pumpenrades einerseits und des Turbinenrades andererseits gewährleistet ist, und mit Sicherheit verhindert wird, daß ein Schleifen des Pumpenrades auf dem Turbinenrad in nachteiliger Weise eintritt.

Gegenüber der völlig gegen Drehen gesicherten Turbinenwelle nach der ersten Ausführungsform hat die letzte Abwandlung den Vorteil, daß sowohl die Leistung als auch die Frequenz der Longitudinalschwingungen der Turbinenwelle geregelt werden kann, zumal insbesondere durch das Maß des Abbremsens die Drehzahl der Turbinenwelle vom Stillstand bis zu einer bestimmten Größe verändert werden kann, wodurch die Differenz der Drehzahlen zwischen Pumpenrad einerseits und Turbinenrad andererseits verstellbar ist, ohne daß es erforderlich ist, die Drehzahl der Antriebswelle zu ändern. Andererseits kann sowohl durch Änderung der Antriebswellendrehzahl als auch der Drehzahl des Turbinenrades durch entsprechendes Abbremsen ein weitgehender Regelbereich erreicht werden, der bei bestimmten Arbeitsvorgängen von Vorteil sein kann.

Um die Drehzahl der Turbinenwelle 33 nicht auf das Werkstück 38 zu übertragen, kann es zweckmäßig sein, an der unteren Stirnfläche 39 der Turbinenwelle 33 über ein Stirnkugellager 40 eine Ringscheibe 41 vorzusehen. Dadurch wird beim Aufsetzen des Gerätes auf das Werkstück 38 dieser Ring 41 nur die Longitudinalschwingungen auf das Werkstück übertragen, nicht jedoch die Drehbewegung der Turbinenwelle.

Um die Vorratsflüssigkeit über die Zufuhrleitung

42 in das System einleiten und über die Abflußleitung

43 ableiten zu können, sind diese Leitungen in Höhenrichtung versetzt zueinander im Lager 34 vorgesehen. Sie münden jeweils in einen Ringkanal 44 bzw. 45 an der Turbinenwelle 33 und werden über Verbindungskanäle 46, 47 mit den weiteren Zufuhrkanälen 48, 49 verbunden.

Die Ausführungsform nach der F i g. 4 zeigt einen Schwingungserzeuger mit mehreren paarweise übereinander befindlichen Aggregaten mit je einem Pumpen- und Turbinenrad. Von der Antriebswelle 50 aus wird ein zylindrisch ausgebildetes Pumpengehäuse 51 in Umlauf gesetzt, in welchem fest axial hintereinanderliegend eine Anzahl Pumpenräder 52, 53, 54 eingebaut sind, derart, daß zwischen diesen Rädern die Turbinenräder 55, 56, 57 angeordnet werden können, die auf einer Turbinenwelle 58 durch Keile 59, 60 bzw. 61 befestigt sind. Um diese Turbinenräder bequem auf der Turbinenwelle montieren zu können, ist diese Welle von Turbinenrad zu Turbinenrad stufenweise verjüngt ausgebildet. Das äußerste Ende der Turbinenwelle 58 ist als Zapfen 62 ausgebildet und ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform in einer Bohrung 63 des ersten Pumpenrades 52 gelagert.

Das Pumpengehäuse 51 ist nach unten durch einen Deckel 64 abgeschlossen, durch dessen Bohrung 65 die Turbinenwelle 58 hindurchgeführt ist, die mittels eines Keiles 66 mit dem Lager 67 verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsform sind Leitungskanäle, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, vorgesehen, die zur Zu- und Abfuhr der Vorratsflüssigkeit in das bzw. aus dem Gerät sowie zur Kühlung dienen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen, bei der ein von einem Motor angetriebenes Pumpenrad Flüssigkeit ansaugt und über Beschleunigungskanäle Austrittsöffnungen zuführt, die sich gegenüber entsprechenden Eintrittsöffnungen eines dem Pumpenrad benachbarten, ebenfalls drehbar gelagerten Rades befinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad als Turbinenrad (6) ausgebildet ist und mit dem Pumpenrad (2) nach Art einer hydraulischen Kupplung zusammenarbeitet, wobei Turbinenrad und Pumpenrad mit halbkreisförmig profilierten Strömungskanälen (4, 5 bzw. 7, 8) versehen sind, die die Flüssigkeit im Kreislauf vom Pumpenrad dem Turbinenrad zuführen und von diesem wieder zurückleiten und daß das Turbinenrad (6) in axialer Richtung schwingfähig gelagert ist, wobei die Strömungskanäle (4, 5 bzw. 7, 8) in mehreren konzentrisch zueinander liegenden Kreisen angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (4, 7) des einen Kreises gegenüber den Kanälen (5, 8) des anderen Kreises sowohl im Pumpenrad (2) als auch im Turbinenrad (6) winkelmäßig gegeneinander versetzt sind (s. F i g. 2).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Mindestabstand zwischen dem Pumpenrad (2) einerseits und dem Turbinenrad (6) andererseits durch Anordnung eines Bundes (36) einstellbar ist, der im Zusammenwirken mit dem ortsfesten Lager (34) das Minimalspiel festlegt (s. Fig. 3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei drehbar gelagertem Türbinenrad (6) die Zufuhr- (42) und die Abflußleitung (43) für die Vorratsflüssigkeit zum Ersat2 von Leckverlusten radial und in Höhenrichtung im Lager (34) versetzt zueinander verlaufen und jeweils in einen von der Außenfläche der Turbinenwelle (33) ausgehenden Ringkanal (44 bzw. 45) münden, um schließlich über radiale und von diesen abzweigende Verbindungskanäle (46, 47) in die weiteren Zufuhrkanäle (48, 49) zu münden (s. Fig. 3).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines zylindrisch ausgebildeten Pumpengehäuses (51) mehrere paarweise übereinander befindliche Aggregate mit je einem Pumpenrad (52, 53, 54) und je einem Turbinenrad (55, 56 bzw. 57) zu einer Gesamtvorrichtung vereinigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen