DE852615C - Magnetostriktive Anordnung zur Behandlung von Fluessigkeiten - Google Patents

Magnetostriktive Anordnung zur Behandlung von Fluessigkeiten

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DE852615C
DE852615C DES5943D DES0005943D DE852615C DE 852615 C DE852615 C DE 852615C DE S5943 D DES5943 D DE S5943D DE S0005943 D DES0005943 D DE S0005943D DE 852615 C DE852615 C DE 852615C
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DE
Germany
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Application number
DES5943D
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English (en)
Inventor
Eugen Dr Rer Nat Sauter
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/08Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction
    • B06B1/085Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction using multiple elements, e.g. arrays

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Magnetostriktive Anordnung zur Behandlung von Flüssigkeiten Es ist bekannt, zur Beeinflussung von Flüssigkeiten mit Schall- oder Ultraschallschwingungen, beispielsweise zum Zwecke der Entkeimung oder Emulgierung, magnetostriktive Schwingkörper zu verwenden, welche mitmindestenseinemihrerbeiden Enden in die zu behandelnde Flüssigkeit hineinragen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, einen magnetostriktiven Schwingkörper rohrförmig auszubilden und durch dieses Rohr die Flüssigkeit hindurchzuleiten. Die Energieausnutzung ist jedoch bei diesen Anordnungen verhältnismäßig gering.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine zur Behandlung von Flüssigkeiten bestimmte magnetostriktive Anordnung, welche eine erheblich größere Energieausnutzung ermöglicht. Ihr wesentliches erfinderisches Merkmal besteht darin, daß der Schwingkörper mit zwei oder mehreren Durchflußkanälen, vorzugsweise mit zahlreichen engen Durchflußkanälen für die zu behandelnde Flüssigkeit versehen ist. Besonders vorteilhaft ist es, den Schwingkörper aus mehreren Schwingelementen zusammenzusetzen, welche beispielsweise bündelförmig parallel zueinander angeordnet uni durch Haltemittel fest aneinandergedrückt werden.
  • Die Vorteile der Erfindung sowie weitere Einzelheiten derselben werden an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsibeispiele erläutert. In Fig. i ist ein magnetostriktiver Schwingkörper i, .beispielsweise aus Nickel, im Querschnitt dargestellt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Stab der Länge nach mehrfach durchbohrt. Wird die zu behandelnde Flüssigkeit durch diese Durchbohrungen des Schwingkörpers hindurchgeleitet, so wird die Energie des Schwingkörpers wesentlich besser ausgenutzt, als wenn der Schwingkörper beispielsweise nur rohrförmig wäre oder einen. geschlossenen, in die Flüssigkeit eingetauchten Körper bilden würde.
  • Die Zuführung der Flüssigkeit zum Schwingkörper erfolgt zweckmäßig im Schwingungsknoten des Schwingkörpers, wie es in. Fig. 2 in. einem Beispiel gezeigt ist. Der Schwingkörper i hat hier die gleiche Ausbildung wie bei Fig. r, jedüch mit dem Unterschied, daß die Durchflußkanäle des Schwingkörpers in der Mitte der Längsachse von der Seite her angebohrt sind. Diese Anbohrungen sind von einer Flüssigkeitszuführungskammer 2 umgeben. Die Seitenwandungen der Flüssigkeitskammer bestehen beispielsweise aus Gummi und schmiegen sich dicht an die Oberfläche des Schwingkörpers an. Die Flüssigkeit verteilt sich beim Eintritt in den Schwingkörper nach beiden Seiten und tritt an beiden Enden. des Schwingkörpers wieder aus.
  • Statt der in Fig. i gezeigten runden Querschnittsform der Durchbohrungen des Schwingkörpers können auch beliebige andere Querschnitts.formen gewählt werden. So zeigt beispielsweise Fig. 3 einen Schwingkörper, dessen kreisförmig angeordnete Durchbohrungen etwa sektorförmigen Querschnitt haben.
  • Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Schwingkörper aus einem Bündel einzelner Schwingelemente zusammengesetzt ist. Das Bündel der Einzelschwingelemente wird von einem dünnwandigen Umhüllungszylinder 3 zusammengehalten, so daß die einzelnen Schwingelemente fest aneinandergedrückt werden. Der Umhüllungszylinder besteht ebenfalls aus magnetostriktivem Stoff. Die Schwingelemente haben runden. Querschnitt, so daß zwischen ihnen feine Durchflußkanäle für die Flüssigkeit frei bleiben. Statt eines runden Querschnittes kann auch ein beliebiger anderer Querschnitt der SchwingeleTnente vorgesehen werden. So ist beispielsweise in Fig. 5 gezeigt, daß die Schwingelemente rechteckigen Querschnitt haben und an ihren Kanten derart abgestumpft sind, daß je vier von ihnen mit ihren einander zugewandten abgestumpften Kanten einen Durchflußkanal bilden. Unter Umständen kann auf die besondere Ausbildung der Durchflußkanäle sogar verzichtet werden, indem beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. 5 die Kanten der Schwingelemente nicht abgestumpft, sondern scharf rechteckig gelassen werden. Die zu behandelnde Flüssigkeit muß sich dann. zwischen den Grenzflächen der einzelnen Schwingelemente hindurchzwängen und ist hierbei naturgemäß besonders stark den mechanischen Einwirkungen des Schwingkörpers unterworfen.
  • Die Querschnittsgröße der Durchflußkanäle richtet sich je nach der Art und den Eigenschaften der zu behandelnden Flüssigkeit. Sind!größere Querschnitte der Durchflußkanäle erwünscht, so kann beispielsweise eine Anordnung nach Fig.6 vorgesehen werden. Der Schwingkörper besteht hier aus einer :Reihe Einzel,schwingelemente i', welche kreisförmig in Abständen innerhalb eines Ringraumes angeordnet sind, weicher von den beiden. Zylindern 3 und 4 gebildet wird. Der von den Schwingelementen i' frei gelassene Teil des Ringraumes bildet hierbei einen im Querschnitt vielfach verzweigten Durchflußkanal.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausbildung des Schwingkörpers nach der Erfindung ist noch in Fig. 7 gezeigt. Der Schwingkörper besteht hier aus einer Anzahl sektorförmiger Schwingelemente i'; welche in dem Ringraum zwischen den zwei Zylindern3 und 4 kreisförmig angeordnet sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, liegen die einzelnen Schwingelemente eng aneinander, doch haben sie in ihrer Radialausdehnung abwechselnd verschiedene Abmessungen. Während die längeren Schwingelemente beide Zylinder berühren, berühren die kürzeren Schwingelemente nur den äußeren Zylinder 3, so daß zwischen ihnen und denn inneren Zylinder 4 jeweils Durchflußkanäle entstehen.
  • Die Dämpfung, die ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schwingkörper durch die Flüssigkeit erfährt, ist erheblich größer als hei den bekannten Flüssigkeitsschwinganordnungen. Es ist daher unter Umständen von Vorteil, die Flüssigkeit nur durch einen Teil des Schwingkörpers hindurchzuleiten, beispielsweise also nur durch die eine Hälfte des Schwingkörpers. Da sich dann die andere Schwingkörperhälfte jedoch sehr stark erwärmen würde, so wird die Anordnung vorteilhaft so getroffen, daß der von der Flüssigkeit nicht durchflossene Schwingkörperteil von der zu- oder abfließenden Flüssigkeit, vorzugsweise von der zufließenden, kühlend umspült wird. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 8 gezeigt. Der Schwingkörper besteht hier aus einem z. B. massiven Teil io, an dessen einer Stirnseite ein Schwingelementebündel io' angeschweißt oder in ähnlicher Weise fest angebracht ist. Die Teile io und io' bilden also gemeinsam den Schwingkörper. Der Teil io wird vorteilhaft als geschlossener Hohlkörper ausgebildet. Der Schwingkörper io-iö ist in einem Durchflußgehäuse i i angeordnet und in diesean mittels einer ringförmigen Platte 12, beispieleweise aus Gummi, befestigt. Die Platte 12 scheidet gleichzeitig den Behälter i i in zwei Teile. Der Schwingbehälter i i ist am oberen Ende mit einem Zuflußrohr 13 und am unteren Ende mit einem Abflußrohr 14 versehen. Das Abflußrohr 14 ist als Überlaufknie ausgebildet. Die Ausbildung des Schwingkörperteiles io' kann an sich beliebig sein, es muß nur dafür Sorge getragen werden; daß die den Schwingkörperteil io' in der Längsrichtung durchziehenden Durchflußkarnäle an, ihrem oberen, dem Schwingkörperteil io zugewandten Ende von der Seite her für die Flüssigkeit zugängig sind. Beispielsweise kann, wie es in Fig. 8 angenommen ist, der Schwingkörperteil io' aus einem Bündel Schwingelemente von rundem Querschnitt zusammengesetzt sein, wobei das obere Endre der einzelnen Schwingelemente kegelstumpfförmig zugespitzt sein kann. Die Erregerwicklung des Schwingkörpers io-io' ist in der Zeichnung der Einfachheit halber fortgelassen.
  • Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Die Flüssigkeit tritt durch das Zuflußrohr 13 ein, umspült kühlend den Schwingkörperteil io, tritt dicht über der Scheibe 12 in der Mitte und somit im Knotenpunkt des Schwingkörpers in dien unteren Schwingkörperteil -io' ein, durchläuft dessen Durchflußkanäle und sammelt sich in dem knieförmigen Abflußrohr i4 bis zum Überlauf. Der Überlauf des Abflußrohres liegt so hoch, daß der Schwingkörper in die sich im Abflußrolir ansammelnde Flüssigkeit eintaucht. Dies hat den Vorteil, daß vor der unteren Stirnseite des Schwingkörpers nochmals eine intensive Einwirkung der Schall- bzw. Ultraschallschwingungen des Schwingkörpers auf die Flüssigkeit stattfindet. Es ist von besonderem Vorteil, die Bogenstücke des Abflußrohres 14 möglichst groß gegenüber der Wellenlänge zu wählen. In diesem Fall durchlaufen die Schwingungen in der zu behandelnden Flüssigkeit die Bogen, so daß eine zusätzliche Schwingungsbehandlung der Flüssigkeit, allerdings mit immer kleiner werdender Energie, auftritt. Der Querschnitt des Abflußrohres entspricht zweckmäßig dem Querschnitt des Schwingers.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. MagnetostriktiveAnordnung zur Behandlung von Flüssigkeiten zum Zwecke der Entkeimung, Emulgierung u. dgl., gekennzeichnet durch einen magnetostriktiven Schwingkörper, welcher mit zwei oder mehreren Durchflußkanälen für die zu behandelnde Flüssigkeit verseben ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper aus mehreren Schwingelementen zusammengesetzt ist, zwischen denen die Flüssigkeit hindurchgeleitet wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingelemente parallel zueinander bündelförmig zusammengesetzt sind.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingelemente durch Haltemittel, beispielsweise dünnwandige Rohre, fest aneinandergedrückt werden.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch Abstandhalter, welche zwischen den Schwingelementen Zwischenräume zum Durchlaß der Flüssigkeit frei 'halten.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Querschnittsform der Schwingelemente, beispielsweise eine runde Ouerschnittsform, daß zwischen den Sehwingelementen Durchflußkanäle frei bleiben.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dlie Schwingelemente eckige, z. B. rechteckige Querschnittsform und abgestumpfte Kanten haben (Fig. 5). B.
  8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schwingelemente verschiedene Querschnittsform und bzw. oder Querschnittsgröße haben (Fig. 7). g.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingelemente im Querschnitt die Form eines Sektors haben, dessen Spitze bei den einzelnen Elementen verschieden stark abgestumpft ist und derart ringförmig um einen vorzugsweise dünnwandigen Zylinder herum angeordnet sind, daß jedes zweite Schwingelement den Zylinder berührt, während die übrigen je einen Durchflußkanal frei lassen (Fig. 7). io.
  10. Anordnung nach Anspruch i bis g, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Schwingkörperlänge des Schwingkörpers, beispielsweise nur eine Hälfte dies, Schwingkörpers, mit Durchflußkanälen versehen ist (Fig. 8). i i.
  11. Anordnung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht mit Durchflußkanälen versehene Teil des Schwingkörpers von der zu- oder abfließenden Flüssigkeit, vorzugsweise von der zufließenden, kühlend bespült wird (Fi.g.8).
  12. 12. Anordnung nach den Ansprüchen i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper senkrecht in einem Gehäuse angeordnet ist, welches derart mit einem Überlaufabfluß, beispielsweise einem Knieabfluß, versehen ist, daß das untere Ende des Schwingkörpers in die durch die Flüssigkeitskanäle hindurchgeleitete und sich im Gehäuse ansammelnde Flüssigkeit hineinragt.
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlaufabfluß am unteren Ende des Gehäuses gegenüber dem unteren Schwingkörperende vorgesehen ist und vorzugsweise aus einem Rohr besteht, dessen Querschnitt gleich .dem des Schwingkörpers oder größer .ist.
  14. 14. Anordnung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Abflußrohr bogenförmig ausgebildet ist und die Bogen des Abflußrohres gegenüber der Wellenlänge in der zu behandelnden Flüssigkeit groß sind.
  15. 15. Anordnung nach Anspruch 1 bis 1 i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit dem Schwingkörper im Schwingungsknoten zugeführt wird (Fig. 2 und 8).
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