DE759999C

DE759999C - Einrichtung zur Behandlung von Stoffen, insbesondere von Fluessigkeiten, mittels Ultraschallschwingungen

Info

Publication number: DE759999C
Application number: DES143519D
Authority: DE
Inventors: Eugen Dr Rer Nat Sauter
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1941-01-04
Filing date: 1941-01-04
Publication date: 1952-10-13

Description

Einrichtung zur Behandlung von Stoffen, insbesondere von Flüssigkeiten, mittels Ultraschallschwingungen Es sind bereits Einrichtungen bekannt, die die Einwirkung größerer Ultraschallenergien in einem Punkt ermöglichen. So ist z. B. schon vorgeschlagen worden, für diese Zwecke als Schwingerzeuger z. B. einen sogenannten Hohlquarz zu verwenden. Diese Art dier Schwinger macht es jedoch erforderlich, daß die von dem Hohlquarz ausgehenden Ultraschallschwingungen die; Wand eines Gehäuses durchdringen, in welchem sich die zu behandelnde Flüssigkeit befindet, so daß eine, wenn auch verhältnismäßig geringe Verminderung der Ultraschallintensität in der Behandlungs@zone eintritt. Darüber hinaus erfordert aber die Herstellung eines Hohlquarzschwingers im Vergleich zu den Quarzschwingern mit ebenen Flächen einen wesentlich höheren Kostenaufwand.
Es ist ferner bekannt, im Brennpunkt eines zylindrischen Spiegels einen Schwingerzeuger anzuordnen, um eine divergente Reflexion der Schwingungen zu erzeugen.
Man hat auch schon Einrichtungen für medizinische Zwecke, sog. Massagevibratoren, in der Weise ausgebildet, daß man die Vibratoren auf kalottenförmig ausgebildeten, Vorrichtungen befestigte oder zur Reflexion der Schwingungen ein oder mehrere Ellipsenspiege I vrwendete, die die SchwingungsetiL-rgie auf die ztt btiand_Inde kranke Stelle des hörpe.rs richten. -Die Eiin(Iitng betrifft eine neue Einrichturi# zur Behandlung von insbesondere flüssigen- Stoffen mittIs Ultraschall, "vobei es mit Hilf` der neuen Vorrichtung in besonders vorteilhafter `'eise möglich ist, vergleichsweise sehr große in einem Punkt zu konzentrieren.
Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird zur Dhandlung von Stoffen, insbesondere von Flüssigkeiten mittels U.Itraschallschwingung,en, ein Quarzschwinger mit planparallelen Flächen und- ein auf hzw. über oder neben einer oder jeder der beiden etiergieabgebenden Flächen des Schwingers angeordnetzr Behandlungsbehälter verwendet. Die Erfindung besteht darin, daß der- Behandlungsbehälter als Reflektor für die Schwingungen ausgebildet ist Lind eine im Querschnitt an sich bekannte Parabelfo.rm aufweist.
Es ist zwar bereits eine scheinwerferartig ausgebildete Vorrichtung zur Erzeugung-und Anwendung von Ultraschallschwingungen bebekanntgeworden,- die vor aIlem zu Signalzwecken dient und- bei der der Reflektor- für das Gerät die für Scheinwerfer bekannte, in Richtung der Strahlen an sich offene Parabelform aufweist. Im Innern des Reflektors ist ein Quarzschwinger bzw, ein akustischer Schwinger angeordnet. Die von dieser Einrichtung ausgehenden Schwingungen erfahren durch den Reflektor die erwünschte Orientierung und Richtung. Der Reflektor der 1>e-Icannten Anordnung dient nicht als Behandlungsraum im Sinn der vorliegenden Erfindung.
Es ist auch eine Einrichtung für interferometrische -Beobachtungen über die Beeinflussung der elektrolytischen Abscheidungspotentiale von Gasen durch Ultraschall bekannt, bei der das die elektrolytischen Einri@litürigeti enthaltende @",ersuclisgefäß trichterfö.rmig ausgebildet und an seinem unteren, in das ÖIbad eintauchenden Teil mit einem Kollodiumbodeii versehen ist, dar mit Abstand dem Quarzschwinger gegenüberliegt. Durch diese trichterförmig erweiterte Rohr- bzw. Kanalführung werden die Schallschwingungen der zu beeinflussenden Elel;trolvseeinriclitung zug @ führt.
Im Gegensatz zu dieser bekannten Einrichtung ist der Behandlungsbehälter der vorliegenden Erfindung gleichzeitig als Reflektor wirksam und weist eine im Querschnitt an sich bekannte parabelförmige Ausbildung auf. Die Beschallungsvorrichtung gemäß der Erfindung- weist- nicht nur Unterschiede in der körperlichen Ausbildung gegenüber der bekannten Anordnung atif, sondern sie besitzt auch dieser geaenütr°r den besonderen Vorteil, daß sich die vcn dein Quarzschwinger al)-gestrahlte Ultraschallenergie in einem Punkt konzentrieren läßt. Dies bedeutet aber. daß eine ganz besonders starke Ultraschalleinwirkung auf das in den Behandlungsrauen ströni-nd° und ztt behandelnde Gut ausgeübt wird.
Es ist nach der Erfindung weiterhin möglich, den Behandlungsheliälter mit Hilfe zweier Parabo.loidreflektor.en zu bilden, die auf der Seite ihrer Scheitel derart ausgebildet und aneinandergefügt sind. daß die Brennpunkte der beiden Refl°htoren in dem Behandlungsraum zusammenfallen oder sich weitgehend nähern, während auf der entgegengesetzten Seite jedes Reflektors ein Schwingquarz angeordnet ist oder diese Seite mit einem Schwingquarz verschlossen ist.
Bei den beschriebenen Anordnungen wird der Reflektor in bezug auf die Entfernung des Brennpunkts von der Scheitellinie derart ausgebildet, daß auf der durch den Brennpunkt geltendeneine stehende Welle mit einem Schwingungsbauch im Brennpunkt des Reflektors entsteht. Um auf diese U',eise im Brennpunkt eine besonders große Ultraschallenergie zu erhalten, wird man den Halbparameter des Reflektors nicht willkürlich wählen, sondern die Viertelparameterstrecknach der Bedingungsgleichung bemessen, wobei stt Null oder eine ganze positive Zahl sein kann, so daß im Brennpunkt ein Schwingungsbauch zustande kommt. Auch die Entfernung der Schwingeroberfläche vom Scheitelpunkt des Reflektors wird zum Zweck der Ausbildung starker stellender Schwingungen längs der 1-('@Iittel-)Achse nach der Gleichung bemessen, wobei ;r.., eine ganze positive Zahl ist. Ist erfüllt. so entstehen längs der 1- Ochse stehende Schwingungen.
Ist erfüllt, so ist im Brennpunkt ein Schwingungsbauch.

Der Gegenstand der Erfindung wird im nachstehenden an Hand verschiedener Aus-

fnzhi`uiigsli@sgiele' iläh,@i= @e:rläutert.` Sä zeigt

t i.e:Fig::i die neue Einrichtung- 'mit einem auf

der: @@,iäe>@i: .Seitb`eines-' Otzarzsehwingers an-

geordiie-ten`, als Potatio:nsgaräboloid aüsgebil-

de.ten B,ehandlun:gsgefäß im Aufriß, wähnend

in den Fig. 2- und 3 weitere, vorteilhafte Aus-

fiihrühgen.:-des;"Erfin.duiigs,gegens.taiids, ' und

zwar«thiit 'zwei-arteinaridergefügten Reflwlzto,ren,

deneh-°Brenhpuilkte zusammenfallen, ebenfalls

im.:Aufriß daigeställt sind:

T.n .der Fig. i is't auf; der einen' Seite des

plhnparal.l#"le -Eläche@ia` atxfwe eisenden Quarz-

schwingers r` das:- itn, Querschnitt parabel-

f.öinaig- aüsgebdldiete Behandlungsgefäß :2 an-

geordnet. Die. Halterung des Gefäßes erfolgt

durch `einen Mefallhaltering 3, Zugfedern 4,

die in. eIrh.rn, zlweoktnäß@.ig aus Keramik be-

stehendon Wi.derläber 5 . befestigt sind. Die

obere Belegung .6 des Schwingers. i wird

durch das Behandlungsgefäß 2 mit Hilfe

stempeIförmig ausgebildeter gefederter An-

gedrückt.

Auf @äe!i-- entge@ge@n'gisetzten Seite ist in der

Zeic.h;nüng-z'u,r Veeringerung der' nach dieser

Scite-- abg4ästrah.lten -US-Energie in an sich

bekannter Weise eine Luftdose 8 angeordnet.

Selbstrständlich steht nichts im Wege, einen

weiteren Beh,än'dlungsraurri- durch die Anord-

nurrg'eines zweiten Behandlungsgefäßes an

Stelle . -der.. LuftdoSs zu, .schaffern. Zur Ab-

dichtung :de's -Beh,anidlungsraumes wird eine

Dichturig g' zviiscllen' 'Schwinger i und Ge-

fäß 2 belegt. Deir Schwinger i ist, wie aus der

Fig:--i 'horv6rgeht; an -seinem Rand abgetragen,

und zar -so-. weit, daß `die Berührungsfläche

des Sch-,ving eins und; der Dichtung g mit der

Knotenebene' des Schwingers zusammenfällt.

Die Züfühi.ung der Flüssigkeit erfolgt durch

den- Stutzern i o und der Abfluß durch die

beginnt- im'Innern des Be-

haiVdlungisraums, =id zwar im oder in der

Nähe des Brennpunkts F .des gleichzeitig als

Reflektor dienenden Behälters. Die Strecke

von F bis zum Scheitelpunkt des RefflektOTs

isst in 'd@er;Mcliilun.g als Viertelparameter

eingetragen. :Ztim. Luftauslaß aufs dem Be-

handlungsraum ist noch eine besondere ab-

schließbare. Leitung g-i2 - im oberen Teil des

Reflektors. angebracht, die insbesondere kon-

äen@rzsch zum Abflüß-ii ausgeführt-sein kann.

Das Abführungsrohr i i kann auch von jeder

an deren-bel.iebigeh. Stelle dos Gefäßes 2 aus

ari:,del:,-Bren,npunktF-.des. Gehäuses heran-

geführt werdeg: - -, : .

Alle @on@ dera .: Quarzplatte ausgehenden

Ultraschallschwingungen kommen. im Brenn-

piznkt F @l-onghas zusammen, .da für alle diese

Wellen ein Weg von zurückzulegen

ist, um an dein Brennpunkt zu gelangen,. Dabei

ist a der Abstand der- Scheitellinie des Reflektors von der Schwingeroberfläche und der Viertelparameter. - Zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen großer Amplituden wird der Abstand der Quarzplatte. vom Brennpunkt des, Reflektors so. bemessen, daß er ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge" beträgt. und der Viertelparameter des Parab@o,lreflelcto,rs ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge derentstehendenSchwingungenist.

Die Fig. 2 zeigt eine Einrichtung, in der zwei Behandlungsgefäße 2 und 2' so aUsge.-bildet und miteinander verbundene sind, daß ihre. Brennpunkte in dem Punkt F zusammenfallen. Jeder der, beiden Behandlungsräume weist eine eigene Zuführungsleitung 13 und 13' für das zu behandelnde Gut auf, während zur Abführung eine gemeinsame Leitung 14 vorgesehen ist. Diese Leitung kann, wie in der Figur dargestellt, bis an den Brennpunkt F oder in dessen Nähe in das Innere des Behandlungsraumes geführt sein, es ist aber, auch möglich, mehrere Ableitungen bis zu diesem Punkt anzuordnen. Jedes der Gehäuse 2 und 2' weist noch den. Luftauslaß 15 bzw. 15' auf. Die der Berührungsfläche der Reflektoren gegenüberliegende Seite jedes Behandlungsgefäßes ist, wie in der Zeichnung dargestellt, mit einem Quarzschwinger 16 bzw. 17 verschlossen. Die Halterung bzw. Ausbildung des Schwingers sowie die Anordnung der Behälter 2 . und 2' auf diesen kann in an sich bekannter bz-w.. in der in der Fig. i dargestellten Weise erfolgen. Es ist auch möglich, die beiden Behandlungsgefäße 2 und a' jeweils mit einer Membran zu versehen, d. h. sie als Membrandosen auszubilden und die Quarzschwinger den Membranen gegenüberliegend anzuordnen. Als Schwingungserzeuger können auch Schwinger anderer Art, wie Magnetostriktionsschwinger, verwendet werden.
In der Fig. 3 ist die neue Einrichtung in bezog auf die Anordnung und Ausbildung der und anderer Teile, ähnlich wie in Fig.2, durchgeführt. Die beiden Behandlungsgefäße 2 und 2' sind jedoch. durch eine Zwischenwand 18 voneinander getrennt. Diese Zwischenwand weist eine Durchbrechung 19 auf, die im Brennpunkt F bzw. in dessen Nähe liegt. Die Zuführung des Gutes erfolgt durch dem Stutzen 2o, und zwar in, der Zeichnung in das Behandlnugsgefäß 2, strömt von dort durch die Öffnung ig in das Gefäß 2 urnd wird dabei der intensivem Einwirkung der von den Schwingern 16 bzw. 17 ausgehenden Ultraschallschwingungen ausgesetzt. Der Abfluß der behandelten Flüssigkeit aus dem Behandlungsraum des Gefäßes 2' geschieht durch den Stutzen 21.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: x. Einrichtung zur Behandlung von Stoffen, insbesondere von Flüssigkeiten, mittels Ultraschallschwingungen eines Quarzschwingers mit planparallelen Flächen und einem auf bzw. über oder neben einer oder jeder der beiden energieabgebenden Flächen des Schwingers angeordneten Behandlungsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsbehälter als Reflektor für die Schwingungen ausgebildet ist und eine im Querschnitt an sich bekannte Parabelform aufweist.
2. Einrichtung nach Anspruch i mit für das zu behandelnde Gut vorgesehenen Zuführungs-und Leitungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungs- und Leitungsmittel derart ausgebildet sind, daß das Gut auf seinem Behandlungsweg in den Brennpunkt des die Form eines Rotationsparaboloids aufweisenden Behandlungsbehälter gelangt.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsbehälter von zwei Reflektoren gebildet wird, die derart ausgebildet und aneinandergefügt sind, daß die Brennpunkte der beiden Reflektoren in dem geschlossenen Behandlungsraum zusammenfallen oder sich weitgehend nähern, während auf der entgegengesetzten Seite jedes Reflektors ein Schwingquarz angeordnet oder diese Seite- mit einem Schwingquarz verschlossen ist.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Quarzschwingers vom Scheitelpunkt des Reflektors ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge der sich ausbildenden Schwingungen beträgt.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Brennpunktes von der Scheitellinie des Reflektors, d. 1i. der Viertelparameter des Reflektors, ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertehvellenlänge der sich ausbildenden Schwingungen beträgt.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, `dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Quarze gleiche Eigenfrequenz und einen Abstand voneinander eines ganzzahligen '\Tielfaclien einer halben Wellenlänge haben.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der einen gemeinsamen Behandlungsraum bildenden beiden Reflektoren eine Zuflußleitung für das zu behandelnde Gut und beide eine gemeinsame Abführungsleitung aufweisen, die in der Nähe des Brennpunktes angeordnet ist. B. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den Behandlungsraum bildenden Reflektoren durch eine Zwischenwand getrennt sind, die eine Durchbrechung aufweist, in der der gemeinsame Brennpunkt der Reflektoren liegt, und der eine Reflektor für die Zuführung und der andere für die Abführung des Gutes je einen oder mehrere Anschlüsse aufweist. g. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Luftauslaß aus dem Behandlungsraum ein oder mehrere absperrbare Auslaßventile angeordnet sind. io. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektorartig ausgebildete Behandlungsgefäß mit einer Membran abgeschlossen ist, die gleichzeitig die eine Belegung des Quarzschwingers bildet. i i. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgefäß mittels einer Dichtung auf dem Quarzschwinger dicht aufliegt, wobei der Schwinger an der Auflagestelle derart ausgebildet ist, daß die Berührungsflächen des Dichtungsmittels und des Schwingers in dessen Knotenebene liegen. 12. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 biss 12, dadurch gekennzeichnet, da.ß die beiden als parabelförmige Reflektoren ausgebildeten Behandlungsgefäße jeweils mit einer Membran versehen, d. h. als Meanbrandosen ausgebildet, und daß die Quarzschwinger den Membranen gegenüberliegend angeordnet sind. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen -,vorden Deutsche Patentschriften Nr. 630452, 664 579 französische Patentschriften Nr. 597 7o6, 745 611; britische Patentschrift Nr. 445 775; Bergmann, Ludwig. »Der Ultraschall«, 2. Aufl., Berlin 1939, S. 53; Zeitschrift Elektrochemie, Bd. 43, Nr. 8, 1937 S.598; Zeitschrift Angewandte Chemie, 49. Jahrg., 1936, Nr. 27, S. 420.