DE2127879A1 - Vorrichtung zur Erzeugung hoher Ultra schall Energiedichten - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung hoher Ultra schall Energiedichten

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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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Description

Prof. Dr. R. Pohlman
51 Aachen
Im Johannistal 33
Vorrichtung zur Erzeugung hoher Ultraschall-Energiedichten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung hoher Ultraschall-Energiedichten in Räumen, die mit Substanzen gefüllt sind, welche sich bei hoher Temperatur unter hohem Druck befinden.
Prinzipiell wären hierfür magnetostriktive oder piezoelektrische Ringschwinger verwendbar, die in mannigfachen Ausführungen bekannt sind. Derartige Ringschwinger bestehen beispielsweise aus zahlreichen ringförmigen aufeinandergelegten magnetostriktiven. Blechen, die in axialer Richtung Bohrungen tragen oder Nuten besitzen, um die Erregerwicklung aufzunehmen. Ebenfalls existieren piezoelektrische Ringschwinger, welche beispielsweise aus Piezokeramik bestehen und derart mit Elektroden versehen sind, daß eine möglichst wirkungsvolle Radialschwingung zustande kommt.
Alle diese Schwinger sind gut geeignet, z.B. in der Unterwasser-Nachrichtentechnik ein nach außen hin rotationssymmetrisches Ultraschallfeld abzustrahlen oder auch nach innen hin durch Eigenfokussierung im Innenraum des Schwingers hohe Energiedichten des Ultraschallfeldes zu erzeugen.
Die genannten Ringschwinger eignen sich jedoch nicht dazu, hohe Ultraschall-Energiedichten in Räumen zu erzielen, die »it unter hohem Druck und/oder hoher Temperatur stehenden Substanzen gefüllt sind und in diesen beispielsweise bei 300 bis 400 atü und 300 bis 400 0C zu arbeiten. Die aus
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magnetostriktiven Blechen zusammengesetzten Ringschwinger würden nahezu unüberwindliche Dichtungsschwierigkeiten hervorrufen. Ein Verkleben der Einzelbleche würde bei den genannten hohen Temperaturen und Drucken nicht durchführbar sein oder zumindest eine unzulässige Dämpfung der Schwingeigenschaften zur Folge haben. Keramische Ringe würden bei dem hohen Druck zerbersten usw.
Die .neue Vorrichtung, für die Schutz begehrt wird, besteht gemäß Fig. 1 aus einem dickwandigen Rohr 1, auf welches radial plattenförmige magnetostriktive Schwingerpakete 2 aufgebracht sind. Diese Schwingerpakete 2 arbeiten in ihrer Längsresonanz, in der sie durch die mit gleicher Frequenz beschickte Erregerwicklung 3, die durch die Fenster der aus magnetostriktiven Blechen bestehenden Pakete hindurchgezogen ist, angeregt werden. Um nun das Rohr 1 exakt auf die Eigenfrequenz der Schwingerpakete 2 abzustimmen, ist dieses mit Längsschlitzen 4 versehen, die zwischen den Paketen 2 in einer derartigen Tiefe und Breite angeordnet sind, daß die Eigenfrequenz nullter Ordnung des Rohres 1 mit der Eigenfrequenz der anregenden Schwingerpakete 2 übereinstimmt. Diese Vorrichtung vermag bei den genannten hohen Drucken und Temperaturen betriebs-
P sicher zu arbeiten und im Innenraum des Rohres hohe Ultraschall-Energiedichten zu erzielen.
Eine ähnliche Anordnung zeigt Fig. 2, in welcher die magnetostriktiven Pakete durch piezoelektrische Platten 2' ersetzt sind. Diese Platten 2' werden konphas durch aufgebrachte Elektroden 3' senkrecht zum elektrischen PeId in Querresonanz erregt, derart, daß auch ihre radial zur Rohrachse schwingende Eigenfrequenz eich in Resonanz mit der Eigenfrequenz nullter Ordnung des Rohres 1 befindet. Eine derartige Anordnung ist in ihrer Herstellung zwar sehr
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billig, gestattet jedoch nur geringere Energiedichten im Innenraum des Rohres zu erzielen, weil die Schwingleistung durch die geringere Festigkeit der Keramik und der Kittstellen begrenzt ist.
Einer derartigen Begrenzung unterliegt indessen die Anordnung gemäß Fig. 3 nicht. Hier bezeichnet wieder 1 das mit Schlitzen 4 versehene Rohr, auf welches keilförmige Ultraschallübertrager 5 aufgebracht sind, auf welche in bekannter Weise Keramikscheiben 6 mit einem Gegenkoppelstück 7 aufgeschraubt sind. Die Zuleitung 8 führt in bekannter Weise zur heißen Elektrode zwischen den jeweils beiden Keramikplatten 6 und erregt alle rings um das Rohr angeordnete Schwingereinheiten konphas. Mit dieser Anordnung lassen sich wiederum sehr hohe Leistungen im Inneren des Rohres 1 erzielen, da durch die Ultraschallübertrager 5 zum Rohr hin eine Amplitudenverstärkung erfolgt, die metallische Verbindung zwischen Rohr 1 und Ultraschallübertrager 5 mit hoher Festigkeit ausgeführt werden kann und auch das Kühlproblem keine Sorge bereitet, da sich die piezokeramischen Scheiben 6 nicht in unmittelbarer Nähe des hochtemperierten Rohres 1 befinden.
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Claims (4)

  1. Ansprüche
    f'l... Vorrichtung zur Erzeugung hoher Ültraschall-Energiedichten in Räumen, die mit unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Substanzen gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingereinheiten radial auf einem dickwandigen Rohr angeordnet sind, das zur Frequenzangleichung Längsschlitze besitzt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die radial angeordneten Schwingereinheiten aus in Längsresonanz arbeitenden, plattenförmigen, magnetostrikt iven Paketen bestehen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die radial angeordneten Schwingereinheiten aus in Querresonanz arbeitenden Piezoplatten bestehen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die radial angeordneten Schwingereinheiten aus keilförmigen ültraschallübertragern mit aufgesetzten piezoelektrischen Schwingern bestehen.
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