DE4129927C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung von Ablagerungen und/oder zur Vermeidung von Ablagerungen in einem Rohrleitungssystem, insbesondere Wasserrohrleitungssystem, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der DE 38 43 110 C1 bekannt. Das Gehäuse dieser bekannten Vorrichtung steht dabei über ein Rohrleitungseinsatzstück mit dem Rohrleitungssystem in Verbindung. Dementsprechend liegt die Vorrichtung, insbesondere deren Resonator, außerhalb des üblichen Strömungsquerschnitts des Rohrleitungssystems. Der Resonator ist darüber hinaus nur zur Hälfte in Wasserkontakt. Die Abstrahlung der Ultraschallenergie vom Resonator erfolgt schräg zur Längsrichtung des Rohrleitungssystems. Diese bekannte Ausgestaltung hat den Nachteil, daß bereits nach kurzer Betriebsdauer eine Überhitzung der Vorrichtung eintritt, die in der Praxis aufwendige Kühlmaßnahmen erforderlich macht oder aber einen Betrieb bei relativ niedriger Leistung ermöglicht. Ferner kann eine beidseitige Abstrahlung im Rohrleitungssystem durch diese Ausgestaltung nicht erfolgen.

Aus der US-PS 34 31 939 ist eine Vorrichtung zur Reinigung eines Rohrs unter Zuhilfenahme von Ultraschallenergie beschrieben, bei dem ein mit einem Elektro-Akustik-Wandler verbundenes Horn gleichsam wie eine Bürste durch ein vertikal stehendes und mit Wasser gefülltes Rohr hindurchgezogen wird. Durch die spezielle Formgebung sowie Ausgestaltung der Frontseite des Horns in Verbindung mit einem darin vorgesehenen Luftpolster wird eine Schallabstrahlung erzeugt, die zum größten Teil in radialer Richtung wirkt.

US-PS 34 09 031 betrifft eine Ultraschallreinigungsvorrichtung für ein mit Wasser gefülltes Rohr, wobei die Reinigungsvorrichtung über ein Zugkabel durch das Rohr hindurch gezogen wird und Versorgungskabel zur elektrischen Versorgung des Piezo-Schwingers an der dem Zugkabel gegenüberliegenden Seite des Reinigungsgegenstandes nachgezogen werden. Die Abstrahlung der Ultraschallenergie erfolgt auch hierbei vorzugsweise radial, d. h. senkrecht zur Längsrichtung des Rohrs.

Aus der DE-OS 30 46 061 A1 ist schließlich eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Reinigung einer Kolonneneinheit in einem Flüssigkeitsbehälter mittels Ultraschall bekannt. Die Kolonneneinheit besteht aus mehreren auf einem in axialer Richtung starren Stab aufgebrachten scheibenförmigen Segmenten, die über einen Schallkonverter in Schwingungen versetzt werden und Longitudinalwellen in Längsrichtung des Rohrs einer Kolonneneinheit abgeben. Die Ultraschallquelle, d. h. der Schallkonverter befindet sich hierbei außerhalb der Flüssigkeit.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Vorrichtung nach Anspruch 1 derart weiterzubilden, daß während des Betriebs eine verbesserte Kühlung gewährleistet ist bzw. die Vorrichtung über längere Zeit mit höherer Intensität betrieben werden kann.

Die vorliegende Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung. Die Erfindung bewirkt - da sie vom Wasser des Rohrleitungssystems umschlossen ist und das Gehäuse in Längsrichtung zum Rohrleitungssystem in letzteres integriert ist - einen hervorragenden Wärmeaustausch mit dem Wasser des Rohrleitungssystems und daher eine gute Kühlung der Schallquelle. Daneben ermöglicht die Erfindung einen verbesserten Wirkungsgrad, da die Ultraschallenergie aufgrund der besonderen Anordnung des Gehäuses innerhalb des Rohrleitungssystems in Längsrichtung zu letzterem abgegeben werden kann, wobei die Möglichkeit besteht, die Ultraschallenergie zu beiden Seiten des Rohrleitungssystems abzugeben.

Zweckmäßigerweise befindet sich die Ultraschallquelle in einem Resonator, welcher die von der Ultraschallquelle erzeugten Schwingungen abstrahlt, wobei der Resonator in Wasserkontakt steht und von einem zweiteiligen Gehäuse umgeben ist, welches mit dem Rohrleitungssystem verbindbar ist.

Um eine wirksame Übertragung der Ultraschallschwingungen zu gewährleisten, besteht der Resonator aus Vollmaterial, wobei die Ultraschallquelle in einer Ausnehmung des Resonators angeordnet und die Ausnehmung von einem Deckel verschlossen ist. Die Hauptschwingungsrichtung der Ultraschallquelle läßt sich durch Form (z. B. Platten- oder Scheibenform) und Anordnung der Ultraschallquelle innerhalb des Resonators beeinflussen. Wird eine scheibenförmige Ultraschallquelle senkrecht zur Längsachse des Rohrleitungssystems angeordnet, so werden die Ultraschallschwingungen ebenfalls in Längsrichtung des Rohrleitungssystems abgegeben.

Um einen möglichst vollständigen Kontakt des Resonators und damit eine optimale Kühlung zu gewährleisten, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Resonator mit Auflagevorsprüngen versehen, die an der Innenseite des Gehäuses angreifen und zwischen Gehäuse und Resonator ansonsten ein umlaufender Spalt besteht, der gewährleistet, daß der Resonator bis auf die Fläche der Auflagevorsprünge vollständig mit Wasser umgeben ist. Der Resonator steht damit lediglich über seine Auflagevorsprünge mit dem Gehäuse in Verbindung.

Die Auflagevorsprünge bestehen vorzugsweise aus flexiblem Material (z. B. aus flexiblem Kunststoff oder Gummi), um zu vermeiden, daß insbesondere bei Verwendung einer niederfrequenten Grundschwingung unangenehme Schwingungsgeräusche im Rohrleitungssystem hervorgerufen werden.

Zur Erhöhung der Reinigungsintensität der Vorrichtung ist dieses mit mindestens einer weiteren Ultraschallquelle ausgestaltet, welche Schwingungen schräg oder senkrecht zur Längsachse des Gehäuses abgibt. In Ausgestaltung dessen kann das Gehäuse eine ringförmige Ausnehmung aufweisen, in welcher eine ring- oder halbringförmig ausgebildete Ultraschallquelle angeordnet ist, die den Resonator zumindest zum Teil umschließt.

Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Abstrahlung der Schwingungsenergie der Ultraschallquelle einseitig in Wasserflußrichtung oder beidseitig.

Zur Vermeidung von Überhitzungen und/oder bei besonders großem Anfall von Ablagerungen im Zuge des Reinigungsverfahrens, aber auch zur Vermeidung von Neuablagerungen in einem neu installierten oder bereits bestehenden Rohrleitungssystem erfolgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die jeweilige Abgabe von Ultraschallschwingungen in das Rohrleitungssystem in bestimmten Zeitabschnitten, d. h. intermittierend. Beispielsweise kann dies in Minuten- oder sogar Stundenabständen erfolgen.

Für den Fall, daß man besondere Ablagerungen eines Rohrleitungssystems zu bekämpfen versucht, jedoch nicht weiß, um welche Ablagerungen es sich handelt, kann zweckmäßigerweise die Abgabe von Ultraschallschwingungen mit alternierenden Schwingungsfrequenzen erfolgen mit dem Ziel, die Ablagerungen einer (von mehreren möglichen) Schwingungsfrequenzen auszusetzen, die besonders wirksam ist.

Eine besonders gute Wirkung des Verfahrens hat sich dann gezeigt, wenn die jeweilige Abgabe von Ultraschallschwingungen in das Rohrleitungssystem mit mehreren überlagerten Schwingungsfrequenzen erfolgt. Man geht beispielsweise von einer Grundschwingung im Bereich von 25 Hz aus und überlagert diese Grundschwingung mit einer Oberschwingung im Ultraschallbereich, z. B. 45 kHz.

Nachstehend wird eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnungsfigur näher erläutert. Der Einfachheit halber sind gleiche Merkmale lediglich einmal mit einem Bezugszeichen versehen.

Bezugsziffer 1 steht für die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung, welche in ein Wasserleitungsrohr 2 eines Rohrleitungssystems installiert ist.

Die Vorrichtung umfaßt ein aus zwei Halbschalen bestehendes Gehäuse 3 mit einer mittig angeordneten Längsausnehmung 8 sowie einer konzentrisch darum angeordneten ringförmigen Ausnehmung 15.

Die beiden Halbschalen des Gehäuses 3 sind unter Verwendung einer Schraubverbindung 26 und umlaufender Dichtungen 18 sowie 28 miteinander verbunden.

Das jeweilige Wasserleitungsrohr 2 mündet in eine Einlaßöffnung 4 bzw. Auslaßöffnung 5, wobei die Verbindung von Wasserleitungsrohr 2 mit Einlaß- bzw. Auslaßöffnung über einen zeichnerisch lediglich angedeuteten üblichen Schraubverschluß 6 bzw. 7 erfolgt.

Im Inneren der Längsausrichtung 8 befindet sich ein Resonator 9, welcher die Ultraschallquelle beinhaltet.

Der Resonator 9 umfaßt einen Resonatorkörper 10, welcher aus Vollmaterial z. B. Aluminium, Messing, Kupfer oder Edelstahl besteht und an der stromabwärts befindlichen Stirnseite eine Ausnehmung 24 aufweist, in der eine Ultraschallquelle in Form einer piezoelektrischen Schei­ be 14 angeordnet ist.

Die Ausnehmung 24 ist durch den Resonatordeckel 11 ver­ schlossen.

Der Resonator 9 besitzt an seinen Stirnseiten aus flexiblem Material bestehende Auflagevorsprünge 22, wel­ che in entsprechende Ausnehmungen 25 an der jeweiligen Stirnseite der Längsausnehmung 8 eingreifen. Im übrigen ist zwischen der Innenseite der Längsausnehmung 8 und dem Resonator 9 ein umlaufender Spalt 23 vorgesehen, welcher im Bereich des Einschnitts 12 (stromaufwärts) bzw. des stromabwärts befindlichen Einschnitts 13 ver­ größert ist.

Im Bereich des Spalts 23 sowie der beiden Einschnitte 12 und 13 befindet sich Wasser des Rohrleitungssystems.

Die piezoelektrische Scheibe 14 ist innerhalb der Vor­ richtung 1 derart angeordnet, daß ihre Normale parallel zur Flußrichtung des Wassers im Rohrleitungssystem ver­ läuft, so daß die Hauptrichtung der Ultraschall­ schwingung der piezoelektrischen Scheibe 14 in Längs­ richtung des Rohrleitungssystems erfolgt. Die Ultra­ schallwellen werden demnach von der piezoelektrischen Scheibe 14 über den Resonator 9 auf das in den Ein­ schnitten 12 bzw. 13 vorliegende Wasser in das Rohr­ leitungssystem abgegeben. An den Hauptflächen der piezo­ elektrischen Scheibe 14 ist jeweils eine Kontaktplatte 30, 31 mit Verbindungsleitungen vorgesehen.

Innerhalb der ringförmigen Ausnehmung 15 ist eine wei­ tere Ultraschallquelle in Form eines piezoelektrischen Halbrings bzw. Halbmantels vorgesehen, welcher seine Schwingungsenergie bevorzugt senkrecht zur Längsachse des Rohrleitungssystems abgibt.

Zur Überwachung der durch den Betrieb der Ultraschall­ quelle erzeugten Temperatur ist ein Temperatursensor 19 beispielsweise in Form eines Thermoelements unmittelbar an der piezoelektrischen Scheibe 14 in der Ausnehmung 24 am Resonator 9 vorgesehen. Der Temperatursensor 19 steht mit einer nicht dargestellten Steuerung in Verbindung und bewirkt bei Überschreiten einer Grenztemperatur (z. B. 35°C) eine automatische Abschaltung des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Um die in der Figur angedeuteten Verbindungsleitungen von Temperatursensor 19 sowie piezoelektrischer Scheibe 14 nach außen führen zu können, ist im Resonator 9 eine Durchführung 21 vor­ gesehen, welche unter Zwischenschaltung einer Dichtung 27 im Bereich des Spalts 23 in eine Gehäusedurchführung in Form einer Bohrung 20 übergeht. An der Außenseite ist ein geeigneter Anschluß 29 vorgesehen, um die Verbin­ dungsleitungen mit den betreffenden Bauelementen verbin­ den zu können.

Des weiteren ist eine nicht dargestellte Steuerung vor­ gesehen, welche die Einstellung der Schwingungsfrequenz und/oder Schwingungsenergie der jeweiligen Ultraschall­ quellen gewährleistet.

Die auf das Rohrleitungssystem aufzubringende Ultra­ schallschwingung umfaßt eine Grundschwingung von bei­ spielsweise 25 Hz mit einer Oberschwingung von bei­ spielsweise 45 kHz. Diese Ultraschallschwingung kann je nach den Anforderungen intermittierend, d. h. in bestimm­ ten Zeitabständen auf das Rohrleitungssystem aufgebracht werden. Ferner kann Ultraschallschwingungsenergie mit alternierender Schwingungsfrequenz und/oder Schwingungs­ energie auf das Rohrleitungssystem einwirken. Dies läßt sich durch elektronische Mittel in einfacher Weise ge­ währleisten.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Beseitigung von Ablagerungen, vorzugsweise Metalloxyd (z. B. Rost) oder Kalkablagerungen in einem Rohrleitungssystem, insbesondere Wasserrohrleitungssystem, und/oder zur Vermeidung von entsprechenden Ablagerungen mit mindestens einer in einem Gehäuse untergebrachten Ultraschallquelle, wobei das Gehäuse der Vorrichtung in das Rohrleitungssystem integrierbar und damit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) in Längsrichtung zum Rohrleitungssystem in letzteres integriert ist, die Ultraschallquelle vom Wasser des Rohrleitungssystems umschlossen ist und die Ultraschallquelle innerhalb des Gehäuses (3) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß sie ihre Schwingungsenergie auf das Wasser in Längsrichtung zum Rohrleitungssystem abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallquelle sich in einem Resonator (9) befindet, welcher die von der Ultraschallquelle erzeugten Schwingungen abstrahlt, wobei der Resonator (9) in Wasserkontakt steht und von einem zweiteiligen Gehäuse (3) umgeben ist, welches mit dem Rohrleitungssystem verbindbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (9) einen Resonatorkörper (10) aus Vollmaterial mit Deckel (11) aufweist und die Ultraschallquelle in einer Ausnehmung (24) des Resonatorkörpers (10) derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, daß die Ultraschallschwingungen in Längsrichtung des Resonators (9) abgegeben werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus zwei miteinander abdichtend verbindbaren Gehäuseschalen bestehendes Gehäuse (3) vorgesehen ist, welches eine Längsausnehmung (8) zur Aufnahme des Resonators (9) aufweist, das Gehäuse (3) mit an seiner jeweiligen Stirnseite vorgesehenen Ein- und Auslaßöffnungen (4 bzw. 5) an ein Rohrleitungssystem anschließbar ist, wobei der Resonator (9) mit mindestens einer seiner Stirnflächen in Kontakt zu Wasser steht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (9) mit Auflagevorsprüngen (22) versehen ist, die an der Innenseite des Gehäuses (3) angreifen und zwischen Gehäuse (3) und Resonator (9) ansonsten ein umlaufender Spalt (23) besteht, der gewährleistet, daß der Resonator (9) bis auf die Fläche der Auflagenvorsprünge (22) vollständig mit Wasser umgeben ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagensprünge aus flexiblem Material bestehen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Ultraschallquelle vorgesehen ist, welche Schwingungen schräg oder senkrecht zur Längsachse des Gehäuses (3) abgibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) eine ringförmige Ausnehmung (15) aufweist, in welcher eine ring- oder halbringförmig ausgebildete Ultraschallquelle angeordnet ist, die den Resonator (9) zumindest zum Teil umschließt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Resonators (9) angeordnete und in Längsrichtung des Gehäuses (3) abstrahlende Ultraschallquelle eine scheibenförmige Gestalt besitzt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung zur Regelung und/oder Veränderung der Schwingungsamplitude und/oder Schwingungsfrequenz vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (19) im Resonator (9) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlung der Schwingungsenergie einseitig in Wasserflußrichtung erfolgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlung der Schwingungsenergie beidseitig in Längsrichtung des Rohrleitungssystems erfolgt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Abgabe von Ultraschallschwingungen in das Rohrleitungssystem in bestimmten Zeitabschnitten, d. h. intermittierend erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Abgabe von Ultraschallschwingungen in das Rohrleitungssystem mit alternierenden Schwingungsfrequenzen erfolgt.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Abgabe von Ultraschallschwingungen in das Rohrleitungssystem mit mehreren überlagerten Schwingungsfrequenzen erfolgt.