DE759870C - Einrichtung zur UEbertragung von Ultraschallenergie - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Übertragung von Ultraschallenergie Es ist bekannt, Metallschmelzen der Einwirkung von Ultraschallenergie zu unterwerfen. .
• Abb. i zeigt eine bekannte Anordnung, die diesem Zweck dient. Das ganz oder teilweise mit einem Schlitz i versehene Eisen- oder Nickelrohr 2 eines Magnetostriktionsschallgenerators ist durch eine geeignete Vorrichtung 3, die sich an einer Schwingungsknotenstelle des Magnetostriktionsrohres 2 befindet, im Innern eines von Kühlwasser 4 durchflossenen Mantels 5 aus Glas od. dgl. gehaltert. Um diesen Kühlwassermantel5 und damit um das Magnetostriktionsrohr 2 sind eine in der Abb. i nicht gezeichnete Vormagnetisierungsspule und eine Hochfrequenzspule angeordnet. Die Pfeile in Abb. i deuten die. hlußrichtung des Kühlwassers 4. an. Der die mit Ultraschallenergie zu beeinflussende Metallschmelze 6 enthaltende Metalltiegel ist mit einem metallischen Zwischenstück S auf das obere Ende 9 des Magnetostriktionsrohres 2 hart aufgelötet und befindet sich im Innern io eines elektrischen Ofens i i, der oben durch den Deckel 12 verschlossen ist.
• Diese in Abb. i dargestellte bekannte Anordnung, die fir : Nyissenschaftliche Untersuchungen-ihren' Zweck erfüllen mag, ist für laufende- Arbeiten der praktischen Technik urizweckmäßig, da es vor jedem neuen Arbeitsgang notwendig-, ist, den Schmelztiegel mit dem fest darän- sitzenden Magnetostriktionsstab aus der Anordnung zu entfernen. Sollen wechselnd verschiedene Metallschmelzen behandelt werden, so müssen überdies Tiegel und 1lagnetostriktionsstab oder_ -rohr getrennt und neuverlöteE'werdeit.
• Die im folgenden beschriebene neue Anordnung vermeidet diesen Nachteil und gestattet, auf einfache Weise unter Benutzung desselben Magnetostriktionsrohres, das außerdem in dem Ultraschallgenerator fest angeordnet sein kann, laufend neue Schmelztiegel mit verschiedenem Schmelzgut auszuwechseln. Überdies können auf diese Weise Schmelztiegel aus keramischem Werkstoff zur Verwendung gelangen.
• Gemäß der Erfindung werden zwischen dem magnetostriktiven Ultraschallerzeuger und dem Träger bzw. zwischen dem Träger und dem mit Ultraschall zu behandelnden Material solche Übertragungssubstanzen, wie Metall oder 'Metallegierungen, zwischengeschaltet, die einen niedrigen Schmelzpunkt haben und deren Schmelzpunkt und Siedepunkt weit auseinanderliegen, so daß- ultraschallrefiektierende Luftzwischenräume vermieden werden.
• Abb. 2 zeigt rein schematisch die neue Anordnung des Schmelztiegels 7 gegenüber dem Magnetostriktiansrohr 2, das wiederum mit einem Schlitz i versehen sein kann. Der Schmelztiegel ?, der aus Metall oder aus einem keramischen Werkstoff bestehen kann, wird mit einem fest an ihm sitzenden Ansatzstück 13 aus dem jeweils gleichen Material, aus dem der -Tiegel selbst besteht, geformt, wobei das freie Ende des Ansatzstückes 13 als Konus i.I ausgebildet ist. Dieses konische Ende 1.4 des Schmelztiegelansatzes 13 paßt in einen Hohlkonus 15, der am Ende des Ma gnetostriktionsrohres 2 angeordnet ist.
• Es wird ferner erfindungsgemäß zwischen Schmelztiegel und Magnetostriktionsrohr eine Schliffverbindung benutzt, wie eine solche aus Glas in der Vakuumtechnik bekannt ist, dort aber ganz anderen Zwecken dient.
• Die Schmelztiegel 7, die alle aus einem Werkstück mit Konusansatz 13, 14 vorgearbeitet oder geformt sind, können nach dem Gesagten auf einfache und schnelle Weise mit dem Ultraschallgenerator verbunden oder ausgewechselt werden. Eine etwaige zwischen den Schliffwänden 14 und 15 befindliche dünne Luftschicht 16 würde auf den vom Ende 15 des Magnetostriktionsstabes 2 abgestrahlten Ultraschall eine reflektierende Wirkung ausüben, so dati nur ein äußerst geringer Teil der erzeugten Ultraschallenergie in der im Tiegel ? befindlichen Schmelze 6 zur Xirkung gelangen würde. Es ist bekannt, für Zwecke der Ultraschallübertragung als Zwischenmedium Ü1 zu verwenden. Würde nun im vorliegenden Fall im Schliftzwischenraum 16 Ü1 verwendet werden, so würde sich dieses trotz vorhandener Kühlung infolge der hohen Tiegeltemperaturen so hoch erhitzen, daß eine Zerstörung dieses Schallübertragungsöles eintreten könnte.
• Erfindungsgemäß wird deshalb der Raum 16 zwischen den - Schliffoberlächen 14, 15 mit einem leichtschmelzenden Metall oder mit einer leichtschmelzenden Metallegierung ausgefüllt, deren Schmelz- und Siedepunkt weit auseinanderliegen. Dabei wird der Schmelzpunkt des zur Verwendung kommenden Schliffüllmetalls nach der Temperatur gewählt, die im Ofen i i zur Wirkung gelangt. Infolge der Wärmeleitung wird das konische Ende 14 des Tiegelansatzes 13 immer eine wesentlich höhere Temperatur haben als der Hohlkonus 15 am oberen Ende des gekühlten Magnetostriktionsrohres 2. Die zur Verwendung gelangenden niedrigschmelzenden Metalle, die zweckmäßig in Form von Spänen in den Hohlkonus bei 16 eingelegt werden, kommen unter Berührung mit dem Tiegelkonus 14 zum Schmelzen, füllen den Schliffzwischenraum 16 aus und stellen so eine Schallenergie übertragende Verbindung zwischen Magnetostriktionsrohr und Schmelztiegel her.
• Als solche Metalle, bei denen Schmelzpunkt und Siedepunkt sehr weit auseinanderliegen, eignen sich für den beschriebenen Anwendungszweck erfindungsgemäß besonders die Metalle Gallium und Zinn, wobei dem Gallium als Füllmetall für den Schliffzwischenraum 16 noch der besondere Vorteil zukommt, daß sein Schmelzpunkt außerordentlich tief liegt. Dadurch wird die Anwendung und die Handhabung des Galliums für den beschriebenen Schallenergieübertragungszweck eine besonders einfache.
• Ein weiterer Vorteil der Schliffverbindung für Übertragung von Ultraschallenergie besteht darin, daß infolge der Eigenart einer solchen Schliffverbindung nur geringe Mengen von Metall benötigt werden, um den Schliffzwischenraum 16 auszufüllen.
• An Stelle des Tiegelaufsatzes 7, 13, 14 in Abb. 2 können für das Magnetostriktionsrohr 2- auch andere Aufsätze in beliebiger und dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßter Form zur Anwendung gelangen, wobei deren Verbindung mit dem M:agnetostriktionsrohr 2 immer erfindungsgemäß mittels eines Schliffes 14, 15 erfolgt.
• Abb. 3 , zeigt beispielsweise einen tellerförmigen Aufsatz 17, dessen Ansatzstück 13 am Ende wiederum einen Konus 14 hat.
• Der Teller 17, der ebenso wie ein Schmelztiegel in Abb. i in das Innere io eines Ofens i i hineinragen kann, ist dabei zweckmäßig hinsichtlich seiner Masse so ausgebildet und abgepaßt, daß er gleichzeitig als an sich bekannte Kolbenmembran mit besonders guter Schallabstrahlung wirkt. Aus Symmetriegründen kann eine gleiche Kolbenmembran 17 am unteren Ende des geschlitzten Magnetostriktionsrohres 2 angeordnet sein. Entsprechend den im Ofen erzeugten Temperaturen wird das für den Aufsatz 13, 14 und die daran befindliche, beispielsweise tellerförmige Kolbenmembran 17 zur Verwendung gelangende Metall zu wählen sein. Für entsprechende Temperaturen ist beispielsweise Aluminium sehr geeignet.
• Außer aus Metallen und keramischen Werkstoffen können die beschriebenen verschiedenen Aufsätze für das Magnetostriktionsrohr auch aus geschmolzenem Quarzgut bestehen.
• Auf dieser oberen, in Abb. 3 dargestellten Kolbenmembran 17 können nun beliebige Werkstoffe angeordnet werden, die bei höherer Temperatur einer Ultraschalleinwirkung ausgesetzt werden sollen. Die Anordnung eignet sich beispielsweise besonders für eine solche Behandlung von geschmolzenen Körpern, die in dünner Schicht an der Oberfläche einer Trägerunterlage adhärieren, wie dies beispielsweise beider Formierung von Sperrschichtzellen, insbesondere von Selenzellen, der Fall ist. Die Anordnung einer' solchen, mit Ultraschall während des Formierungsprozesses zu behandelnden Sperrschichtzelle gegenüber der Kolbenmembran 17 ist bei 18 in Abb.3 schematisch angedeutet. Durch diese Ultraschalleinwirkung auf Sperrschichtzellen bei höherer Temperatur in der beschriebenen Weise kann der Halbleiterschicht, beispielsweise Selen, ein besonderes Kristallgefüge erteilt werden, oder es kann während des Formierungsprozesses gleichzeitig eine innige Durchmischung der Halbleitersubstanz mit anderen Zusätzen erzielt werden.
• Um eine zwischen der oberen Fläche der Kolbenmembran 17 und der unteren Auflagefläche des mit Ultraschall zu behandelnden Gegenstandes iS sich etwa bildende dünne Luftschicht zu verhindern, kann auch an dieser Stelle erfindungsgemäß eine dünne Zwischenschicht eines bei niedriger Temperatur schmelzenden Metalls mit sehr hohem Siedepunkt verwendet werden. Da sich Gallium bis zur Dicke einer sehr dünnen Blattmetallschicht verteilen läßt, ist dieses Metall in reinem Zustand oder legiert mit anderen Metallen erfindungsgemäß auch an dieser Stelle als Ultraschallübertrager basonders geeignet.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Übertragung von Ultraschallenergie von einem magnetostriktiven Ultraschallerzeuger auf den einer höheren Temperatur auszusetzenden Träger des mit Ultraschall zu behandelnden Werkstoffes bzw. auf den Werkstoff selbst, gekennzeichnet durch die Zwischenschaltung von solchen Übertragungssubstanzen, wie von Metallen oder Metalllegierungen, die einen niedrigen Schmelzpunkt haben und deren Schmelzpunkt und Siedepunkt sehr weit auseinanderliegen, derart, daß Ultraschall reflektierende Luftzwischenräume vermieden sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergebilde mit dem Magnetostriktionsschwinger vermittels einer Schliffanordnung leicht auswechselbar verbunden ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergebilde einen Schliffvollkonus hat, der aus demselben Werkstoff wie das Trägergebilde in einem Stück mit diesem geformt ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragerstoff für die Ultraschallenergie das Element Gallium dient. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgendeDruckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 632 Bergmann, Ludwig, Der Ultraschall, 2. Aufl., Berlin 1939, S. 16.