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VE$FAXREN ZUR ERZEUGUNG AKUSTISCHER SCHWINGUNGEN IN FLUSS1GEN
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UND GASSuRMIGEN DURCHLAUFMEDIEN UND EINRICHTUNG ZU DESSEN DURCHFÜHRUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik leistungs-Ultra starken schalls und
genauer ein Verfahren zur Erzeugung akustischer Schwingungen in flüssigen bzw. gasförmigen
Durchlaufmedien sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens die hauptsächlich
für ein wirkungsvolles Vermischen flüssiger Stoffe zum Bilden von Emulsi onen und
Suspens ionen zum Koagulieren, intensivieren von Wärme- und Stoffaustauschprozessen
sowie für andere physikochemische Prozesse verwendbar ist, Die Notwendigkeit, auf
einen Stoff mit Hilfe leisumgs-Ultra fast starken schalls einzuwirken, besteht oft
in sämtlichen Zweigen der Industrieproduktion. Die Hauptforderung, die an die Ultra
schallschwingungen gestellt wird, ist dabei hohe Intensität, welche eine effektive
Einwirkung derartiger Schwingungen auf den betreffenden Stoff bestimmt. Darüber
hinaus müssen die Quellen der Ultra schallschwingungen eine einfache Konstruktion
haben und eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten.
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Bekajint sind zahlreiche technische Lösungen, die
Verfahren
und Einrichtungen zum Erzeugen akustischer Schwingungen in flüssigen und gasförmigen
Medien betreffen. zur Erzeugung Ultra Die gegenwärtigen Verfahren von schallschwingungen
kann man in magnetostriktive, piezoelektrische und mechanische einteilen. Die beiden
ersten, welche auf einer linderung der geometrichen Maße eines Körpers beruhen,
der der Einwirkung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes ausgesetzt wird,
können bei der Arbeit in flüssigen und besonders in gasförmigen Medien infolge der
relativ geringen Amplitude der Flächenschwingungen, die bloß einige Mikrometer beträgt,
keine wesentliche akustische Leistung abgeben, während beispielsweise zum drzeugen
<in Luft>einer Schalldruckintensität von 160dB/bei einer Frequenz von dkiiz
eine Schwingungsamplitude des Schallstrahlers von O,lmm erforderlich ist.
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Die mechanischen Erze ugungsverf uhren akustischer Schwingungen beruhen
auf einer Erregung mechanischer Schwingungen eines elastischen Körpers durch die
Einwirkung eines zirkulierenden Mediums und der Bildung akustischer Schwingungen
aus der Zusammenwirkung dieses elastischen Körpers im einen R Falle mit dem gleichen
Medium, in dem dieser Körper befestigt ist, und im zweiten Falle - mit einem anderen
Medium. Im zweiten Falle ist der elastische Körper ebenfalls befestigt und dient
als Trennungsgrenze zweier Medien, wovon eins eintechnologische@. und das andere
das Arbeitsmedium darstellt. Die Einrichtungen zur Durchfuhrung der mechanischen
Verfahren enthalten Mittel, die eine Verdichtung des zirkulierenden
Mediums
gewährleisten, wobei der elastische Körper im ersten Falle eine durch das zirkulierende
Medium umströmte Platte und im zweiten Falle eine Membran darstellt, deren eine
deren Fläche mit dem einen Medium und andere Fläche mit dem anderen Medium zusammenwirkt0
Die genannten Verfahren und Einrichtungen gewährleisten die erzeugung akustischer
Schwingungen von beschränkter Intensität.
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Eine derartige Beschrankung läßt sich im ersten Falle durch den kontakt
der Platte /d.h. durch ihre Befestigung/ mit einem Körper erklären, der eine andere
Eigenschwingfrequenz hat Im zweiten Falle kann man die Intensitätsbeschränkung der
akustischen Schwingungen durch die Obertragung der Schallenergie durch einen elastischen
Körper /eine Membran/ erklären, dessen Schallwiderstand sich vom Schallwiderstand
des Arbeitsme diums unterscheidet,in welchem die akustischen Schwingungen erzeugt
werden.
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Bekannt ist ein Erzeugungsverfahren akustischer Schwingungen in einem
flüssigen bzw. gasförmigen Durchlaufmedium, welches darin besteht, daß man neben
der Gewährleistung einer ununterbrochenen Zirkulation des flüssigen bzw. gasförmigen
Mediums periodisch lokale Verdichtungen dieses Mediums erzeugt, um tn ihm akustische
Schwingungen hervorzurufen (s.z.B. belgische Patentschrift 829110 ).
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Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens
zur Erzeugung akustischer Schwingungen in einem flüssigen bzw. gasförmigen Medium,
enthaltend ein Gehause in welchem ein Stator und Rotor koaxial angeordnet und in
einem flüssigen bzw. gasförmigen Medium untergebracht sind, welches ununterbrochen
zirkuliert durch eine in einer Stirnflache des Rotors ausgeführte oeffnung, durch
den geschlossenen Hohlraum dieses Rotors, durch mindestens eine Reihe von Oeffnungen,
die auf der Seitenfläche des Hotors ausgeführt sind, durch den Spalt zwischen den
Seitenflächen des motors und Stators und lteihen von nach der Reihenzahl der Hotoröffnungen
auf der Seitenfläche des Stators ausgeführten Öffnungen, bei deren periodischem
Zusaramenfallen mit den Rotoröffnungen in den Statoröffnungen lokale Verdichtungen
des flüssigen bzw. gasförmigen Mediums entstehen (s.z.B. belgische Patentschrift
Nr.829110 ).
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In der obengenannten Einrichtung entstehen bei einem periodischen
Zusammen- und Nichtzusammenfatlen von Rotor und Statoröffnungen in den Öffnungen
des letzteren lokale Verdichtungen und Verdünnungen des zirkulierenden Mediums,
wodurch in diesem Medium akustische Schwingungen erzeugt werden. Dennoch weisen
die in der genannten Einrichtung nach dem beschriebenen Verfahren erhaltenen akustischen
Schwingungen eine geringe Intensität auf. Das kommt davon, daß die Erregungsquelle
des
Wellenvorgangs die Öffnungen im Rotor und Stator bilden, welche
punktförmige Quellen von lokalen Verdichtungen des Mediums darstellen. Eine gewisse
Intensitätssteigerung der akustischen Schwingungen kann mit dem genannten Verfahren
durch entsprechende Vergrößerung der Strahlungsfläche beim Erzeugen der akustischen
Schwingungen in einem flüssigen Medium,d.h.
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durch eine erhöhte Anzahl von Öffnungen im Rotor und stator und folglich
durch eine starke Vergrößerung ihrer Abmessungen erreicht werden. Beim erzeugen
akustischer Schwingungen in einem gasförmigen Medium kann man eine Erhöhung ihrer
Intensität durch eine größere Verstellung der Strahlungsfläche erreichen.
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Aus dem obenbeschriebenen folgt, daß das genannte Verfahren und die
Einrichtung die Erzeugung akustischer Schwingungen gewährleisten können, die<bloß>eine
beschränkte Intensität aufweisen.
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Der vorliegenden erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erzeugungsverfahren
akustischer Schwingungen in einem flüssigen bzw. gasförmigen Durchlaufmedium zu
erarbeiten, sowie eine Einrichtung für dessen Durchführung zu entwickeln, in denen
die Verwendung<als Erzeugungsquelle von akustischen Schwineines gungen>der
Oberfläche Oszillatorsleine Erhöhung der Intensität der akustischen Schwingungen
gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Erzet verfahren akustischer
Schwingungen in einem flüssigen bzw.
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gasförmigen Durchlaufmedium, welches darin besteht, daß eine ununterbruchene
Zirkulation des flüssigen bzw. gasförmigen
Mediums gewährleistet
wird und lokale Verdichtungen dieses in diesen mediums zum Erzeugen akustischer
Schwingungen periodisch hervorgerufen werden, erfindungsgemäß die lokalen Verdichtungen
des flüssigen bzw. gasförmigen Mediums in mechanische Schwinguten verwandelt werder
und man die akustischen Schwingungen durch die Zusammenwirkung der mechanischen
Schwingungen mit dem genannten Medium erhält.
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ferner Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in eine Sinrichtung
zur Erzeugung akustischer Schwingungen in einem flüssigen bzw, gasförmigen Durchlaufmedium,
enthaltend ein Gehäuse, in welchem ein Stator und Rotor koaxial angeordnet und in
einem flüssigen bzw. ga3förmigen Medium untergebracht sind, welches ununterbrochen
zirkulier wobei durch eine in einer Stirnfläche des Rotors ausgeführte Öffnung,
durch den geschlossenen Hohlraum dieses Rotors, durch mindestens eine Reihe von
oeffnungen, die auf der Seitenfläche des Rotors ausgeführt sind, durch den Spalt
zwischen den Seitenflächen des Rotors und Stators und Reihen von nach der Reihenzahl
der Rotoröffnungen auf der Seitenfläche des Stators ausgeführten Öffnungen, bei
deren periodischem Zusammenfallen mit den ltotoröffnungen, in den Statoröffnungen
lokale Verdichtungen des flüssigen bzw. gasförmigen Mediums entstehen, erfindungsgemäß
die Zahl der Öffnungen, die in jeder Reihe auf der Seitenfläche des Rotors ausgeführt
sind, kleiner ist, als die Zahl der Öffnungen, die in jeder Reihe auf der Seitenfläche
des Stators ausgeführt sind, und daß ein Oszillator
guter aus einem
Material mit elastischer Verformung vorgesehen ist, der den Stator umfaßt und in
unmittelbarer Nähe von dessen Seitenfläche gegenüber den genannten Öffnungsreihen
des Stators angeordnet ist.
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Es ist zweckmäßig, wenn auf der Seitenfläche des Stators mindestens
zwei Reihen von Öffnungen ausgeführt sind, den Oszillator in Form eines Ringes auszuführen,
dessen Höhe der Gesamthöhe der Offnungsreihen und der Abstände zwischen den Offnungsreihen
des Stators gleich oder größer ist.
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sein Ferner kann es zweckmäßig, wenn auf der Seitenfläche des Stators
mindestens zwei Öffnungsreihen ausgeführt sind, den Oszillator in Form einzelner
Hinge entsprechend der reihenzahl der Öffnungen des Stators auszuführen, wobei jeder
dieser-Ringe gegenüber der ihm entsprechenden Öffnungsreihe des Stators angeordnet
ist und eine Höhe hat, die der Grölle dieser Öffnungen in Längsrichtung gleich oder
größer ist.
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Dieses Erzeugungsverfahren akustischer Schwingungen in einem flüssigen
bzw. gasförmigen Medium sowie die Einricntung für dessen Durchhührung bieten die
Möglichkeit, die Intensität der akustischen Schwingungen bedeutend zu erhöhen, wo
durch der Verlauf der technologischen Prozesse beschleunigt und der Rauminhalt der
bearbeiteten Medien vergrößert wird.
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Nachstehend wird die erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit
Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert;in diesen zeigen. Darstellung eines Fig.
1 schematische erfindungsgemäßen Oszillators
der Einrichtung zum
Erzeugen akustischer Schwingungen in einem flüssigen bzw. gasförmigen Durchlaufmean
dium unter der Einwirkung von ihn arigreifenden Kräfte F; Fig. 2 das gleiche wie
in Fig. 1 unter der Einwirkung n von Kräfte F1; Fig. 3 das gleiche wie in Fig. 1
unter der einwirkung der Kräfte F2; Fig. 4 das gleiche wie in Fig. 1 unter der Einwirkung
der Kräfte F1 und F2; E'ig. 5 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Erzeugen akustischer
Schwingungen in einem flüssigen bzw, gasförmigen Durchlaufmedium in teilweisem Längsschnitt
; Fig. 6 Schnitt nach VI-VI in Fig. 5; Fig. 7 Teilschnitt nach VII-VII in Fig. 5;
Fig. 8 Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung mit zwei Öffnungsreihen im Rotor und
Stator und einem Oszillator im Längsschnitt ; in Fig. 9 Teil der beitenfläche des
Stators Abwicklung einer Fig. 10 Teil erfindungsgemäßen Einrichtung mit zwei Offnungsreihen
im Rotor und Stator und zwei Oszillatoren im Längsschnitt .
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Das Erzeugungsverf@hren für akustische Schwingungen in einem flüssigen
bzw. gasförmigen Durchlaufmedium beruht auf der Zusammenwirkung der mechanischen
Schwingungen des als Ring guter aus einem Material mit elastischer Verformung ausgeführten
Oszillators
mit dem genannten Medium. Zum besseren Verständnis des Erzeugungsvorgangs der mechanischen
Schwingungen des Oszillators sind in Fig. 1, 2, 3, 4 die geometrischen Veränderungen
des Ringes 1 je nach den auf seine Innenfläche einwirkenden Kräftne symbolisch dargestellt.
Diese Kräfte sind gleich groß, radial gerichtet und am Kreisumfang des Ringes 1
gleichmäßig verteilt. Diese Kräfte sind so gewählt, daß die Grenze der elastischen
Verformung des Materials des Ringes 1 nicht überschritten wird. Die in jedem Punkt
der Innenfläche des Ringes 1 an dessen Kreisumfang angreifenden Radialkräfte F bewirken
eine Verformung R + #R, wie das durch die punktierten Linien in Fig. 1 gezeigt wird,
die sich in einer entsprechenden Langenänderung des Kreisumfangs des Ringes 1 um
den Nert # äußert. Im Felle einer momentanen Abschaltung der Dehnungskräfte wirkt
die resultierende Kraft Ft der Tangentialkräfte radial und führt den Ring 1 in den
Gleichgewichtszustand zurück.
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Ä@nliche Längenänderungen des Kreisumfangs des Ringes 1 um den inert
g entstehen, wenn auf die Innenfläche dieses Ringes 1 die Kräfte F1 einwirken, deren
Summe der Dehnungskraft F gleich ist, die jedoch in einigen Punkten gleichmäßig
am Kreisumfang verteilt sind. Unter der Einwirkung dieser Kräfte F1, wie dies in
Fig. 2 anschaulich gezeigt wird, nimmt der Ring 1 die Form eines Vielecks mit den
Scheiteln "a" des Angriff: der Krüfte F1 an, wobei die Längenänderung des Kreisumfangs
des Ringes 1 der Längenänderung des Umfangs des Vielecks entspricht. Bei einer momentanen
Abschaltung der in den Punkten
"a" angreifenden Kräfte F1 werden
die Rückstell -kräfte die Scheitel des Vielecks radial zurückverstellen, und die
Tangentialkräfte Ff werden den Ring 1 in einen Gleichgewichtszustand zurückführen.
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Greifen in den Punkten "b" die Kräfte F2 gleich den Kräften F1 an,
wie dies in Fig. 3 gezeigt wird, so wird der Ring 1 ebenfalls die Form eines Vielecks
mit den Scheiteln in den Punkten "b" annehmen, die in den Zwischenräumen der Punkte
"a" liegen.
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Die Aufeinanderfolge der Angriffspunkte "a" und "b" der Kräfte F1
und F2, die radial gerichtet und am Kreis umfang des Ringes 1 gleichmäßig verteilt
sind, wie dies in Fig. 4 anschaulich dargestellt ist, führt unter der Längenänderung
des Ringes 1 um den aert g zum Entstehen mechanischer Schwingingen, welche bedeutende
Linearverstellungen zahlreicher Punkte des Ringes 1 hervorrufen, die zwischen den
Anbriffspunkten "a" und "b" der Kräfte F1 und F2 verteilt sind. Dabei werden den
Maximalverstellungen der Oberfläche des Ringes 1 die Verstellungen der Kantenmitten
des einen Vielecks zu den Scheiteln des anderen Vielecks und umgekehrt entsprechen.
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Derartig bedeutende Verstellungen sind am effektivsten zum Erzeugen
akustischer Schwingunben in einem flüssigen bzw, gasförmigen Durchlaufmedium, deren
Leistung der Verstellungsgeschwindigkeit der Wandung des Ringes 1 proportional ist,
der als ein System schwingt, das aus Massen besteht, die an dem Kreisumfang verteilt
sind und sich in der Radialrichtung gleich phasig verstellen. Dabei wird die Angriffsfrequenz
der periodisch
aufeinanderfolgenden Hadialkräfte F1 und F2 an die
Innenfläche des Ringes 1 annähernd oder gleich der E enfrequenz des Oszillators
gewählt, wozu die Za@l der Angriffspunkte dieser Kräfte entsprechend erhöht wird.Doch
ist das Aiaß der Linearverstellungen der Wandung des Ringes 1 auch in diesem Falle
um eine Körper in - Körer in den Größenordnung höher als die Verformung der/ bekannten
harmonischen Schwingungssysteme? Eine derartig bedeutende Verstellung der sendung
des Ringes 1 bestimmt die Intensität der aktisti schen Schwingungen in einem flüssigen
£>zw. gasförmigen Medium, die von der Größe der Schwingungsverstellungen eines
harmonischen Oszillators abhängt.
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Das Formieren der Kräfte F1, F2 usw. sowie die Reihenfolge ihres
Angriffs an die Innenfläche des Ringes 1, zuerst in sämtlichen Punkten "a" dann
in sämtlichen Punkten "b" usw. mit einer Angriffsfrequenz dieser Kräfte, annähernd
gleich der EiUenfrequenz des Ringes 1 wird in einer @@ erfindungsgemäßen Einrichtung
zum Erzeugen akustischer Schwingungen in einem flüssigen bzw. gasförmigen Durchlaufmedium
verwirklicht.
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In dieser Einrichtung umfaßt der Ring 1 den Stator 2 (Fig. 5), der
einen Hohlzylinder darstellt, an dessen Seitenfläche zumindest eine Reihe von Öffnungen
ausgeführt ist, u.zw.
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in der beschriebenen Ausführungsvairane- eine Öffnungsreihe 3.
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- und dessen Höhe die Höhe dieser Öffnungen 3 übersteigt.
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Um eine Axialverstellung des Ringes 1 zu vermeiden, d.h. um seine
Anordnung gegenüber den Öffnungen 3 zu gewährleisten, sind an der Seitenfläche des
Stators 2 ringförmige Anschläge 4 befestigt, deren gegenseitiger Abstand die Höhe
des Ringes 1 übarsteigt.
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An der Seitenfläche des Stators 2 ist ein Rückstrahler 5 befestigt,
der eine Oberfläche 6 zum Reflektieren der akustischen Schwingungen hat, die die
vorgegebene Strahlungsrichtung der Schwingungen in das flüssige bzw. gasförmige
Medium bestimmt. Bei der erzeugung akustischer Schwingungen in einem flüssigen Medium
kann der Rückstrihler 5 ein Ganzes mit dem durch das flüssige medium gefüllten behälter
darstellen bzw. in dieses Medium eingetaucht sein. In beiden Füllen stellt der durch
den Sückstrahler 5 und die Seitenfläche des Stators 2 gebildete Hohlraum 7 die aktive
Fortpflanzungszone der akustischen Wellen dar.
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Der Stator 2 und der Rückstrahler 5 sind mit einem Gehäuse 8 starr
verbunden. Im Gehäuse 8 ist auf Lagerstützen 9 koaxial mit dem Stator 2 ein als
Hohlzylinder gestalteter Rotor 10 angeordnet. Auf den Rotor 10 ist eine Scheibe
11 aufgesetzt, die zum Schutz der Lagerstützen 9 gegen das flüssige medium dient.
Die Welle 12 des Rotors 10 ist durch eine Mutter 13 gegen Verstellung längs der
Achse der Lagerstützen 9 gesichert. Der untere Teil des Gehäuses 8 ist mit einem
becken 14 abgeschlossen, durch dessen Zentralöffnung die welle 12 des Rotors 10
hindurchgeht, welche mit der Welle 15 eines Antriebsmotors 16 durch eine Kupplung
17 verbunden ist. Der Motor 16 ist ebenso wie das Gehäuse 8 auf einer Grundplatte
18 starr befestigt.
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Die Stirnfläche des Rotors 10 berührt dauernd eine Dichtungshülse
19, die an den Rotor 10 durch Federn 20 angedrückt
wird und mit
Anschlägen 21 versehen ist, die ihre Verdrehung verhindern, wobei die Federn 20
und die Anschläge 21 in einem Ring 22 untergebracht sind, der im Gehäuse d starr
angeordnet ist. Die Dichtheit der Verbindung der Hülse 19 mit dem Ring 22 wird durch
einen Dichtungsring 23 gewährleistet, der eine freie vertikale Verstellung der Hülse
19 ermöglicht.
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Im Gehäuse 8 ist ein ringförmiger Hohlraum 24 ausgefuhrt, der durch
einen Kanal 25 mit der Außenluft verbunden ist.
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Die Außenfläche des Rotors 10 und die Innenfläche des Stators 2 ist
mit einer Neigung zu ihrer Drehachse ausgeführt. Das ist dadurch bedingt, daß zwischen
den genannten Flächen ein Spalt vorhanden sein muß, der die verlangten Arbeitsbedingungen
der Einrichtung gewährleistet. Die Spaltgröße wird durch eine Verstellung dcs Stators
2 gemeinsam mit dem Rückstrahler 5 in Axialrichtung durch entsprechende Dickenänderung
des zwischen dem Stator 2 und dem Gehäuse 8 eingesetzten Eines 26 bestimmt und eingestellt,
dessen Dicke der Grobe des genannten Spaltes proportional ist.
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Die innere Stirnfläche des Stators 2 ist durch einen mit ihm starr
verbundenen Flansch 27 abgeschlossen, in dem ein Kanal 28 aus6reführt ist, der mit
einer Öffnung 29 zusammenfällt, die in der oberen Stirnfläche des Rotors 10 ausgeführt
und für die Zufuhr des flüssigen Mediums in den geschlossenen Hohlraum 30 des Rotors
10 bestimmt ist. Auf derselben oberen Stirnfläche des l<oL-ors 10 sind an der
Außenseite Vorsprünge 31 ausgeführt,
die zum Aufrechterhalten der
Druckhöhe des Mediums im Spalt zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 2 bestimmt sind.
In der beschriebenen Ausführungsvariante sind aiese Vorsprünge 31 (fig. 6) tangential
zur Offnung 29 des Rotors 10 angeordnet und haben eine geradlinige Form.
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Es sind auch andere Varianten möglich, in denen diese Vorsprünge
eine gekrümmte bzw. eine andere Form haben, welche den Förderbedingungen des betreffenden
Mediums in den obengenannten Spalt genügen, wobei der Flansch 27 (Fig. 5) als ein
Ganzes mit dem stator 2 ausgeführt sein kann. Jedoch muß der Spalt zwischen den
Vorsprüngen 31 und dem Flansch 27 minimal sein, um die Förderbedingungen des Mediums
in den Spalt zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 2 zu erfüllen.
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Auf der Seitenfläche des Rotors 10 sind Öffnungsreihen entsprechend
der Reihenzahl der Öffnungen 3 im Stator 2 ausgeführt- in der beschriebenen Ausführunsvariante
ist es nur eine Offnungsreihe 32. Die Zahl der Öffnungen 32 im Rotor 10 ist geringer
als die Zahl der Öffnungen 3 im Stator 2, was für ein abwechselndes Aufeinanderfolgen
der Angriffspunkte der Kräfte F1 und F2 am Ring 1 erforderlich ist.
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Wie man aus Fig. 7 anschaulich ersehen kann, werden beim Drehen des
Rotors 10 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit # alle seine Öffnungen 32 periodisch
mit den Öffnungen 3 des an Stators 2 derart zusammenfallen, daß den Ring 1 die Kräfte
F1 angreifen, welche am Kreisumfang dieses Ringes in den Punkten "a" gleichmäßig
verteilt sind, während in den Angriffspunk ten "b" der Kräfte F2 die Öffnungen 3
durch die Abstände
zwischen den Öffnungen 32 überdeckt sind. Weiter,
bei einer Drehung les Rotors 10<werden>die Abstände zwischen seinen Öffnungen
32 sämtliche Öffnungen 3 überdecken die den Angriifspunkten "a" der Kräfte F1 entsprechen.
Dabei fallen die Öffnungen 3, die den Angriffspunkten "b" der Kräfte F2 entsprechen,
mit den Öffnungen 32 des Rotors 10 zusammen. Ein derartiges periodisches Zusammenfallen
der Öffnungen 32 des Rotors 10 mit den Öffnungen 3 des Stators 2 (Fig. 5) erfolgt
ununterbrochen und gilt als notwendige Bedingung eines aufeinan anderfolgenden Angriffs
der Kräfte F1 und F2 der Innenfläche des Ringes 1 mit einer Frequenz, die sich aus
der folgenden Beziehung ergibt: m.Zs f = . . . . . (1), wobei 60 m - die Minutendrehzahl
der Weile 12 des Rotors 10, Zs - die Zahl der Öffnungen 3 in einer Reihe des Stators
2 bezeichnet.
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Um die Angriffsfrequenz der Kräfte Fl und F2 an der Innenfläche des
ringes 1 zu erhöhen, d.h. zum Annähern au die Eigenschwingfrequenz des Ringes 1
und zum Erhalten geringer Außenmaße, wird eine zweite Ausführungsvariante, analog
der obenbeschriebenen verwendet.
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dabei Der Unterschied besteht darin, daß im Rotor 10 und im Stator
2 je eine zusätzliche offnungsrethe ausgeführt ist: die Öffnungen 33 (Fig. 8) im
Rotor 10 und die Öffnungen 34 im Stator 2, wobei die Zahl der Öffnungen 33 der Zahl
der Öffnungen
32 im Rotor 10 und die Zahl der Öffnungen 34 der
Zahl der Öffnungen 3 im Stator 2 entspricht. In dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Einrichtung hat der in unmittelbarer Nähe der Öffnungen 3 und 34 angeordnete Ring
35 eine Höhe, die die Höhensumme der Reihen 34 und 3 sowie des Abstands zwischen
ihnen übersteigt, wobei die Ansc@läge 4, ebenso wie in der ersten Ausführungsvariante
der dinrichtung, mit einem bestimmten Spalt gegenüber den Stirnflächen dieses {Ringes
35 angeordnet sind. Die Öffnungen 33 der zusätzlichen Reihe des Rotors 10 sind koaxial
mit den Öffnungen 32 untereinander angeordnet, während die Offnungen 34 der zusätzlichen
Reihe des Stators 2 mit einer Versetzung gegenüber den Öffnunbei gen 3 (Fig.9) um
den inert Ii angeordnet sind, wo L den Ab-7 stand zwischen den Achsen zweier benachbarter
Öffnungen 3 des Stators 2 bezeichnet.
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Eine derartige gegenseitige Anordnung der Öffnungen 34 und 3 auf
den Seitenflächen des Stators 2 ist dazu bestimmt, eine komplizierte elastische
Verformung des Ringes 35 (i?ig.L3) mit einer verdoppelten Angriffsfrequenz der Kräfte
F1 und F2 im Vergleich zur ersten Ausführungsvariante der Einrichtung zu erreichen.
Dementsprechend wird die Beziehung (1) folgenderweise modifiziert: f = m.Zs.n .......
(2), wobei 60 "n" die Reihenzahl der Öffnungen im Stator 2 und im Rotor 10 bezeichnet.
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Wenn im Rotor 10 zwei Öffnungsreihen ausgeführt werden, ist
es
vorteilhaft, den geschlossenen Hohlraum 30 des Rotors durch einen Ringvorsprung
36 in zwei Hohlräume 37 und 38 aufzuteilen Eine derartige Ausführung gewährleistet
das Erhalten gleichgroßer Kräfte F bei der änderung ihrer Angriffspunkte, was seinerseits
zur Schaffung stabiler mechanischer Schw/ingungen des Ringes 1 (Fig. 1,2,3,4) führt.
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Zur Amplitudenvergrößerung der mechanischen Schwingungen des Ringes
1, d.h. um die Amplitude der akustischen ochwingungen in einem flüssigen bzw. gisrörmigen
Medium zu vergrößern, dient eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Einrichtung, analog der beschriebenen zweiten Variante.
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Ihr Unterschied besteht darin, daß gegenüber jeder Öffnungsreihe
des Stators 2 ein besonderer Ring anbeordnet ist., u.zw.
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den Offnungen 3 (Fig. 10) des Stators 2 entspricht der Ring 39, der
gegenüber diesen Öffnungen 3 anbeordnet ist. ebenso ist der Ring 40 gegenüber den
Öffnungen 34 angeordnet. Beide Ringe 39 und 40 sind durch die Anschläge 4 gegen
eine Axialverstellung gesichert.
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Diese Ausführungsvariante der Einrichtung bietet die Möglichkeit,
akustische Schwingungen von jedem Ring 39,40 getrennt zu erhalten. Dabei können
die durch Umwandlung der mechanischen Schwingungen jedes der Ringe 39 und 40 erhaltenen
akustischen Schwingungen je nach der Lage der Öffnungen 34 gegen über den Öffnungen
3 des stators 2 gleichphasig, gegenphasig bzw. phasenverschoben ausstrahlen. Um
gleichphasige akustische Schwingungen zu erhalten, werden die Öffnungen 3 und 34
im stator 2 sowie die Öffnungen 32 und 33 im Rotor 10 koaxial untereinander angeordnet,
während man zum gegenphasigen Ausstrahlen
der akustischen Schwingungen
die Öffnungen 34 des 1J Stators 2 gegenüber den Öffnungen 3 um den rt ----- ' wie
in Fig. 9 gezeigt ist, verschieben muß. Durch entsprechende Änderung der genannten
Größe L wird die Phasen-2 verschiebung vorgenommen. In der beschriebenen Variante
sind zwei Öffnungsreihen 32, 33 und 3,34 im Rotor 10 bzw. im Stator 2 ausgeführt,
obwohl diese Reihenzahl auch gröber sein kann.
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Zum Erzeugen akustischer Schwingungen in einem zirkulierenden flüssigen
Medium, das in verschiedenartigen technologischen Prozessen verwendet wird, ist
es zweckniLUSig, den hohlraum 7 geschlossen auszuführen. Dabei ist der Hohlraum
7 durch eine Kammer 41 gebildet, welche auf den Stirnflächen des Stators 2 starr
befestigt ist und einen Kanal 42 zum Austritt des .blediums hat, sowie eine Fläche
43, die in einem Abstand vom Strahler angeordnet ist, der das Vielfache der halben
Wellenlänge beträgt, und welche zum Rückstrahlen der akustischen Schwingungen in
das Durchlaufmedium bestimmt ist.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung zum Erzeugen akustischer Schwingungen
in einem flüssigen bzw. gasförmigen Durchlaufmedium besteht im folgenden.
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Zum Erzeugen akustischer Schwingungen in einem flüssigen Medium wird
die Einrichtung in einem Behälter /in der Zeichnung nicht dargestellt/ so untergebracht,
daß der Stator 2 (Fig.5), der Rotor 10 und der durch die Seitenfläche des Stators
2 und den Rückstrahler 5 gebildete Hohlraum 7 in dieses medium z.B.
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Wasser, eingetaucht sind. Dann wird eine fortlaufende Zirkulation
des
Wassers dadurch erreicht, daß man dieses flüssige Medium unter einem Förderdruck
durch den Kanal 28 und die Öffnung 29 in der Stirnseite des Rotors 10, dem Hohlraum
30 dieses Rotors 10 zuführt, aus welchem das Wasser in den Hohlraum 7 über gedrückt
wird, der einen Teil des Behälters dartritt es stellt; dann durch die Öffnungen
32 des Rotors 10, den Spalt zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 2 im xalle, wenn
sämtliche Offnungen 32 und 3 nicht zusammenfallen, die Öffnungen 3 des Stators 2,
den Spalt, gebildet durch die Außenfläche des Stators 2 und die Innenfläche des
Ringes 1, sowie die Spalte zwischen den tirnflächen dieses Ringes 1 und den Anschlagen
4.
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Dabei wird der Rotor lOtin Rotationsbewegung>mit einer bestimmten
Winkelgeschwindigkeit durch den Motor 16 über die Kupplung 17 <>ver @etzt,
welche die Welle 15 des Antrieb@motors 16 mit der Welle 12 des Rotors 10 verbindet.
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Das während der Drehbewegung des Rotors 10 entstehende periodische
Zusammenfallen der Öffnungen 32 mit den Öffnungen 3 des Stators 2 (Fig. 7) erzeugt
lokale Verdichtungen des in den Öffnungen 3 des Stators 2 des zirkulierenden Mediums.
Die an Energie dieser örtlichen Verdichtungen des Mediums greift die Innenfläche
des Ringes 1 aus einem Material mit elastischer VerLormung zuerst gleichzeitig in
sämtlichen Punkten "a" und das gleichzeitig in sämtlichen Punkten "b" an ii.s.f.
Diese Kräfte verformen die Oberfläche des Ringes 1 derart, daß beim Angriff der
Kräfte Fl in den Punkten "a" die Innenfläche dieses Ringes 1 sich in den Punkten
"b" an die Außenfläche des Statora
2 zu nähern versucht. Und dementsprechend
versucht beim Angriff der Kräfte F2 in den Punkten "b" die Innenfläche des Ringes
1, sich in den Punkten "a" an die Außenfläche des an Stators 2 zu-nähern. Dennoch
kann der Ring 1 infolge der Zirkulation des Mediums die Oberfläche des Stators 2
niemals berühren.
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ebenso kann der Ring 1 auch die Stirnflächen der Anschläge 4 (Fig.
5) deshalb nicht berühren, weil den Strömen des @ediums zwischen den otirnflächen
des Ringes 1 und den Stirnflächen der Anschläge 4 die gleichen Angriffsbedingungen
der Kräfte des zirkulicrenden Mediums an die Innenfläche des Ringes 1 entsprechen,
die den Ring 1 in diesem zirkulierenden Medium im Schwebezustand halten. Den Schwebezustand
des Ringes 1 begünstigen auch die an der oberen Stirnfläche des Rotors 10 angeordneten
Vorsprünge 31 (Fig. 6) der Zentrifugalpumpe, die einen konstanten Druck des flüssigen
Mediums im Spalt zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 2 gewährleisten.
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Infolgedessen erzeugt der in das zirkulierende @edium eingetauchte
Ring 1 (Fig. 1) Radial- und Biegeschwingungen.
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Sie Angriffsfrequenz aer Kräfte F, proportional dem Produkt der Zahl
der oeffnungen 3 des Stators 2 und der Drehzahl des Rotors 10, wällt man nahe oder
gleich der Eigenfrequenz dieses Ringes 1. Darum haben die Radial- und Biegeschwingungen
des Ringes 1 eine Frequenz, gleich der Eigenfrequenz des Ringes und gewährleisten
bedeutende Verstellungen der Oberfläche diese: Ringes 1, der einen harmonischerl
Oszillator darstellt, der in
das Medium intensive akustische Schwingungen
ausstrahlt.
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Führt man auf den beitenflächen des Rotors 10 und stators 2 je zwei
Reihen Öffnungen 32 (Fig. 8), 33 und 3,34 aus, so an greifen entsprechend die Innenfläche
des Ringes 1 die Kräfte F1 gleichzeitig in sämtlichen Punkten "a" (Fig. 9) einer
Reihe von Öffnungen 3 des Stators 2 an, und gleichzeitig in sämtlichen Punkten "a"'
der zweiten Reihe der oeffnungen 34 des stators 2, ferner/greifen die Kräfte F2
in den Punkten "b" einer Reihe von an Öffnungen 3 des Stators 2, wonach diese Kräfte
F2 in den i>wikten "b"' der zweiten Reihe der Öffnungen 34 des Stators 2 u.s.f.
angreifen.
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Eine derartige Aufeinanderfolge des Angriffs der Kräfte F1 und F2
an der Innenfläche des Ringes 1 bewirkt ein kompliziertes Verformen dieses Ringes
1 mit doppelter Angriffsfrequenz dieser Kräfte F im Vergleich zu der obenbeschriebenen
Au@führungsvariante der vorliegenden Einrichtung.
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In der in Fig.lu dargestellten Ausführungsvariante der Einrichtung
erfolgt das Ausstrahlen der akustischen Schwingungen in das Medium einzeln von zwei
Oszillatoren- den Ringen 39 an und 40, wovon jeder Hadial- und Biegeschwingungen
durch die ihren Innenflächen angreifenden Kräfte F1 und F2 ausführt, deren Angriffsfolge
der obenbeschriebenen analog ist. Doch werden die durch Verwandlung der mechanischen
Schwingungen von jedem der Ringe 39 und 40 erhaltenen akustischen Schwingungen je
nach der @age der Öffnungen 34 gegenüber den Öffnungen 3 des Stators 2 gleichphasig,
wenn die Öffnungen 3 und 34 im Stator
2 sowie die Offnungen 32
und 33 im Rotor 10 koaxial angeordnet sind, oder phasenverschoben ausstrahlen. Im
letzteren Falle werden die Örfnungeii 34 des Stators 2 gegenüber den Öffnungen 3
im Bereich der Größe L/2 (Fig.9) verschoben. Der maximalen Verschiebung wird das
Ausstrahlen von akustischen Schwingungen in Gegenphase entsprechen.