DE883665C

DE883665C - Vorrichtung zur Erzeugung von Druckwellen

Info

Publication number: DE883665C
Application number: DEA2521D
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Grandjot
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1939-09-26
Filing date: 1939-09-26
Publication date: 1953-07-20

Description

Vorrichtung zur Erzeugung von Druckwellen Zur Behandlung von Stoffen durch Druckwellen, insbesondere Ultraschallwellen, ist schon vorgeschlagen worden, gekoppelte Schwingungssysteme zu verwenden, um zu vermeiden, daß der magnetisch oder elektrisch erregte Schwinger mit dem zu behandelnden Stoff unmittelbar in Berührung gebracht werden muß. Die Kopplung hat man dabei bisher in der Weise vorgenommen, daß ein auf den Stoff unmittelbar einwirkender Stabschwinger über eine Koppelflüssigkeit von dem elektrisch oder magnetisch erregten Schwinger in Resonanz angeregt wird.
Hierdurch läßt sich jedoch eine Übertragung von größeren Schwingungskräften nicht erzielen.
Zum Senden und Empfangen von Schallwellen für Signalzwecke sowohl als auch zur Behandlung von Stoffen mit Schallwellen ist zwar auch schon bekannt, die beiden stabförmigen Schwingungsgebilde z. B. durch Verketten oder durch Verschraubung unmittelbar an der Koppelstelle, d. h. im Schwingungsbauch, miteinander zu verbinden.
Hierbei nehmen jedoch die Verbindungsmittel selbst an der Schwingung teil und können zu Störungen der Schwingungen des Systems, insbesondere zu Schwingungsverlusten Anlaß geben. Zur Ubertragung größerer Schwingungskräfte sind alle diese Anordnungen ungeeignet.
Erfindungsgemäß lassen sich diese Mängel dadurch vermeiden, daß zur Kopplung eine in Schwingungsknoten der beiden Schwinger angreifende Verspannung vorgesehen ist. Hierdurch wird einerseits eine sehr feste Verbindung und damit zuverlässige Kopplung gewährleistet und andererseits eine Störung der Schwingungen durch die Spannmittel vermieden. Insbesondere ist auch eine zuverlässige Kopplung über größere Flächen der zu koppelnden Schwinger möglich.
In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. I eine stabförmige Schwingeranordnung in Vorderansicht, Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. I, Fig. 3 und 4 eine rohrförmige Schwingeranordnung in Stirnansicht in zwei verschiedenen Ausführungsformen, Fig. 5 einen Axialschnitt zu Fig. 4.
Die in Fig. I und 2 dargestellte Schwingeranordnung besteht im wesentlichen aus einem stabförmigen Magnetostriktionsschwinger I, der mit seinem unteren Ende durch eine Klammer 2 fest gegen das wannenförmig ausgebildete Ende eines Porzellanstabes 3 gedrückt wird. Der Magnetostriktionsschwinger besteht aus einzelnen rechteckigen Blechschnitten, die zu einem Paket aufeinandergeschichtet und durch Um ränder fest zusammengehalten sind. Die Blechschnitte sind mit einer Längsnut 4 zur Aufnahme einer Wicklung 5 versehen. Der Wicklung 5 wird z. B. von einem Röhrengenerator ein hochfrequenter Wechselstrom von der Eigenfrequenz des Magnetostriktionsschwingers, z. B. 20 kHz, zugeführt. Die Eigenfrequenz des Stabes 3 stimmt mit der Eigenfrequenz des Schwingers I überein, so daß beide in Resonanz erregt werden. Bei Erregung in der Grundschwingung befindet sich an den miteinander gekoppelten Enden ,der beiden Stäbe I und 3 ein Bewegungsbauch und entsprechend ein Druckminimum. Es ist daher nur eine verhältnismäßig geringe Spannkraft durch die Klammer 2 auszuüben, um eine feste Kopplung der beiden Stäbe sicherzustellen bzw. ein Klirren und eine Verlustdämpfung an der Verbindungsstelle zu vermeiden. Die Klammer 2 greift im Bereich der Bewegungsknoten an den beiden Stäben I und 3 an. Für den Angriff der Klammer sind an dem Magnetostriktionsschwinger I seitliche, mitausgestanzte Vorsprünge 6 angebracht, die in Nuten der Klammer eingreifen. Um einen Kurzschluß der Lamellen des Magnetostriktionsschwingers durch die Klammer zu vermeiden, sind die Vorsprünge 6, an denen die Klammer angreift, von einer Isolation umgeben. Der Porzellanstab 3 ist umgekehrt mit Nuten 7 versehen, in die Vorsprünge 8 der Klammer 2 eingreifen.
Die Schwingeranordnung kant zur Schallbehandlung z. B. von Metallschmelzen, wie in der Zeichnung dargestellt, in eine Durchflußrinne g für die Metallschmelze oder den sonstigen zu behandelnden Stoff eingetaucht werden, derart, daß das Metall unmittelbar unter der schallstrahlenden Fläche 10 des Porzellanschwingers 3 hindurchfließt. Die Klammer und der Magnetostriktionsschwinger werden gegen die Wärmestrahlung der Metallschmelze zweckmäßig durch einen Asbestschirm 2I od. dgl. geschützt. Ferner kann noch eine besondere Kühlung vorgesehen sein.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der sowohl der Magnetostriktions- als auch der Porzellanschwinger nicht wie in Fig. I und 2 Längsschwingungen ausführen, sondern als Ringschwinger ausgebildet sind, ,die zu radialen Schwingungen erregt werden. Dabei ist der Magnetostriktionsschwinger II auf die Mantelfläche des Porzellanschwingers aufgeschrumpft. Sowohl der Magnetostriktionsschwinger II als auch der Porzellanschwinger 12 sind in einzelne Segmente unterteilt, die lediglich an ihrem inneren Ende durch einen geschlossenen Ring miteinander verbunden und mit Windungen der Erregerwicklung I6 versehen sind. Beide Schwinger werden wieder in Resonanz erregt, wobei die radiale Stärke I3 bzw. 14 der Schwingersegmente für die Eigenresonanz bestimmend ist.
Der Hohlraum 15 des Porzellanschwingers I2 dient als Durchflußkanal für die zu behandelnden Stoffe, z. B. die Metallschmelze.
Der Magnetostriktionsschwinger kann auch, wie in Fig. 4und 5 dargestellt, als reiner Ringschwinger I7 ausgebildet sein, für dessen Resonanz der mittlere Umfang maßgebend ist. Dabei ist die ErregerwicklungI8 so angeordnet, daß sie ein ringförmiges Wechselfeld erzeugt. Ebenso wie der Magnetostriktionsschwinger kann auch der Porzellanschwinger 19 Ringschwingungen ausführen. Damit jedoch der Porzellanschwinger trotz seines kleineren mittleren Umfanges und seiner anderen Stoffdichte dieselbe Eigenschwingungszahl erhält wie der Magnetostriktionsschwinger, ist er an seinem Umfang mit zahnförmigen Massenbelastungen 20 zum Herabdrücken der Eigenfrequenz der Ringschwingungen versehen. Der Porzellanschwinger kann mit seinen Enden in feuerfesten Wänden 22 gelagert sein. Diese können gegebenenfalls mehrere Schwinger der beschriebenen Art aufnehmen, und es kann der zwischen ihnen liegende Raum 23 zum Durchfluß eines Kühlmittels benutzt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die ,dargestellten Beispiele beschränkt, vielmehr sind im Rahmen der Patentansprüche noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich. Insbesondere lassen sich auch andere Schwingerformen sinngemäß verwenden. Zum Beispiel könnte auch ein längs schwingender Stab als Rohr ausgebildet und mit nach innen ragenden radialen Vorsprüngen versehen sein, die auf im Innern des rohrförmigen Stabes befindliche zu behandelnde Stoffe einwirken.
Ferner kann der unmittelbar auf die zu behandelnden Stoffe einwirkende Schwinger statt aus Hartporzellan auch aus einem anderen hochelastischen harten Stoff von geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen. Hartporzellan hat den großen Vorteil, daß es neben einer hohen Temperaturbeständigkeit auch eine große Korrosionsfestigkeit aufweist und eine chemische Verunreinigung des zu behandelnden Stoffes ausschließt. Je nach der Art des zu behandelnden Stoffes können aber auch Schwinger anderer Zusammensetzung, z. B. aus schwer schmelzbarem Glas, Verwendung finden. Auch kann eine Vielzahl von Schwingern, z. B. von rohrförmigen Schwingern, zu einem Aggregat zusammengefaßt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Erzeugung von Druckwellen durch zwei miteinander gekoppelte Schwinger, deren einer durch einen Körper aus hochelastischem, hartem Stoff von geringer Wärmeleitfähigkeit, z. B. Hartporzellan, gebildet ist, der durch den elektrisch oder magnetisch erregten anderen Schwinger in Resonanz erregt wird und mit diesem durch Gegeneinanderdrücken im Schwingungsbauch gekoppelt ist, insbesondere zur Behandlung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen durch Ultraschall bei hoher Temperatur, z. B. von Metall- und Glasschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kopplung eine in Schwingungsknoten der beiden Schwinger (I und 3) angreifende Verspannung vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, bei der der in Resonanz angetriebene Schwinger als Stabschwinger ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dessen einem Ende das antreibende Schwingungssystem unmittelbar gekoppelt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch I, bei welcher der angetriebene Schwinger als Rohr ausgebildet ist, dessen Hohlraum zur Aufnahme, vorzugsweise als Durchlauf des zu beschallenden Stoffes dient, dadurch gekennzeichnet, daß der in Resonanz angetriebene Schwinger als Ringschwinger ausgebildet ist, auf dessen Mantelfläche das Antriebssystem fest aufgezogen oder aufgeschrumpft ist.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 591 948, 620 872.

632249, 64I 027.