DE3888534T2 - Luftbetriebener niederfrequenz-schallgenerator mit positiver rückkopplung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen luftbetriebenen Niederfrequenz-Schallgenerator mit positiver Rückkopplung.
• Ein Niederfrequenz-Schallgenerator mit positiver Rückkopplung wird in EP, A, 0 006 833, beschrieben, umfassend als einen Schallemitter einen offenen Resonator für die Erzeugung von stehenden, in dem Resonator einen variierenden Schalldruck erzeugenden Schallwellen in Gas und eine Zuführungseinrichtung mit einem Rohr zum Zuführen von Druckgas zu dem Resonator und einem hin- und herbeweglichen, federnden Ventilschieber, dessen Position von dem Druckgas unbeeinflußt bleibt und der, unter Erzeugung eines modulierten Druckgasstromes zu dem Resonator, den Gasstrom aus dem Rohr reguliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber mit einer schallbetätigten Membrane im Inneren des Resonators verbunden ist. Der Ventilschieber hat die Form einer Hülse die axial verschiebbar und in der Innen- oder Außenseite des Roheres geführt ist. Das Rohr ist mit einer Druckgasquelle verbunden und der Zweck des Ventilschiebers ist es, eine Öffnung in der Rohrwand für die Versorgung des Druckgases zu regeln.
• Das Grundprinzip für die Arbeitsweise des oben beschriebenen Niederfrequenz-Schallgenerators ist: wenn der Schalldruck im Inneren des Resonators höher ist, als der umgebende Luftdruck, wird sich der Ventilschieber in die Richtung bewegen, bei der der Spalt sich vergrößert und die Luft mit größerem Druck als der Schalldruck wird in den Resonator gespeist. Dementsprechend wird, wenn der Schalldruck innerhalb des Resonators niedriger als der umgebende Luftdruck ist, der Ventilschieber gezwungen, sich in die andere Richtung zu bewegen, mit dem Ergebnis, daß die Ventilöffnung geschlossen wird.
• In einer Zuführungseinrichtung, die einen Teil des Schallgenerators bildet und der nach vorhin beschriebenem Prinzip arbeitet, ist es wesentlich, ein großes Luftvolumen durch die Öffnungen während einer sehr kurzen Zeitdauer mit minimalen Druckverlusten, wenn die Luft in den Resonator strömt, zu liefern. Entsprechend der Erfindung wird dies durch einen Niederfrequenz-Schallgenerator der oben beschriebenen Type erreicht, wenn er den Bedingungen wie sie in dem Patentanspruch in 1 festgelegt sind, erfüllt.
• Eine genauere Erklärung der Erfindung ist aus beigefügten Zeichnungen zu entnehmen, dabei beinhaltet:
• Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch die Zuführungseinrichtung, entsprechend der Erfindung, gezeigt in Ruheposition.
• Fig. 2 ist die Ansicht ähnlich wie Fig. 1, aber in Arbeitsposition.
• Fig. 3 ist die Ansicht ähnlich wie Fig. 1, aber in einer unterschiedlichen Arbeitsposition.
• Fig. 4 ist eine Vergrößerung des vertikalen Querschnittes wie in Fig. 1 gezeigt.
• Fig. 1 zeigt eine Zuführungseinrichtung 10, die an das Resonanzrohr 11 befestigt ist (nur teilweise dargestellt). Luft von einem Gebläse oder einer anderen Hochdruckquelle (Druckgasversorgung) wird in die Zuführungseinrichtung durch die Einlaßöffnung 12 in einen Zwischenbehälter 13 gebracht, der ein Rohr 14, das in der Mitte der Speiseeinrichtung angeordnet ist, umgibt. Innerhalb des Rohres 14 ist ein Kolben 15 der sich auf und abbewegen kann, wobei nur geringe Reibung aufgrund des geringen radiellen Spiels zwischen dem Kolben und dem Rohr entsteht. Auf einer der Endflächen des Kolbens ist eine Spiralfeder 16 mit ihrem Ende montiert, während das andere Ende der Spiralfeder mit einer Schraubenspindel mittels einer Federhalterung 18, verbunden ist. Die Endfläche 19 des Kolbens 15, die zum Resonanzrohr näher liegt, begrenzt den Spalt mit der Breite δ am Rand der Öffnung 20 im Rohr 14 und durch welches das Innere des Rohres 14 und daher auch das Innere des Resonanzrohres 11 mit dem Inneren des Zwischenbehälters 13 kommunizieren kann.
• Von Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Federhalterung ein äußeres Gewinde 21 hat, das in die Innenseite der Feder 16 geschraubt werden kann und dadurch die freie Länge, angegeben als L in Fig. 1, verändert werden kann. Weil die Schraubspindel in Verbindung mit der Wand 22 des Zwischenbehälters 13 mittels eines Gewindes 23 ist, das die gleiche Steigung wie das Gewinde im Federnhalter hat, kann die freie Länge der Feder durch Drehen der Schraubspindel 17 eingestellt werden, ohne dabei die Spaltbreite δ zu verändern.
• Innerhalb des Resonanzrohres 11, wird eine stehende Welle erzeugt, die ihre maximale Schalldruckamplitude an der Seite der Zuführungseinrichtung hat. Dieser Schalldruck wirkt auf die Endfläche 19 des Kolbens (Kolbenboden) als Kraft auf den Kolben; besagte Kraft ist gleich dem Schalldruck multipliziert mit der Fläche des Kolbenbodens. Diese Kraft, mit variierender Richtung und Größe, bewirkt eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 15.
• Der Kolben kann sich in Phase mit den Schwankungen des Schalldruckes nur dann bewegen, wenn die Resonanzfrequenz des schwingenden mechanischen Systems höher ist, als die Frequenz der stehenden Schallwelle im Resonanzrohr 11. Die Resonanzfrequenz ist eine Funktion der Masse des Kolbens 15 und ungefähr ein Drittel der Masse der Feder 16 und der Federkonstante der Feder zusammen mit der Federwirkung der Luft, die innerhalb des Rohres 14 und hinter dem Kolben sich befindet.
• Schallgeneratoren der hier beschriebenen Type werden unter anderen Konstruktionen zur Reinigung großer Kessel verwendet. Die offene Seite des Schallgenerators ist an eine entsprechende Öffnung in der Wand des Kessels angeschlossen. Die Luftsäule innerhalb des Resonanzrohres kann, in besonderen Fällen eine Temperatur erreichen, die bedeutend die Lufttemperatur in der Zuführungseinrichtung übersteigt. Die Schallfrequenz der stehenden Welle innerhalb des Resonanzrohres ist direkt proportional der Ausbreitungsleistung des Schalls in dem Medium und selbst wieder direkt proportional der Quadratwurzel der absoluten Temperatur im Medium. Deshalb, um optimale Wirkung zu erhalten, ist es wünschenswert, in der Lage zu sein, die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems in der Zuführungseinrichtung, verändern zu können. Diese Veränderung kann durch Längenänderung der freien Länge der Feder mittels der Anordnung die in Fig. 4 gezeigt wird, bewirkt werden.
• Fig. 2 zeigt die Kolbenstellung, wenn ein Druck über atmosphärischem Druck innerhalb des Resonanzrohres ist und Fig. 3 zeigt die Kolbenstellung bei einem Druck innerhalb des Resonanzrohres der unterhalb atmosphärischem Druck liegt.
• In der Stellung gezeigt in Fig. 3, ist die Öffnung 20 komplett durch den Kolben 15 geschlossen. Jedoch, aufgrund des kleinen radialen Spiels zwischen dem Kolben 15 und dem Rohr 14, ist eine kleine Leckage der Luft vom Zwischenbehälter 13 in das Resonanzrohr gegeben. Aufgrund der gleichen Umstände ist auch etwas Leckage von Luft in dem Raum hinter dem Kolben. Beide Lackagen sind unerwünscht und reduzieren die Wirkung der Schallerzeugung. Das Volumen der Lackage ist eine Funktion des Druckes innerhalb des Zwischenbehälters 13. Durch die Anordnung mit dem umgebenden Zwischenbehälter und aufgrund des kleinen Druckverlustes, wenn die Luft durch die Öffnung 20 strömt, muß der Druck innerhalb des Zwischenbehälters 13 nur geringfügig höher sein als die Schalldruckamplitude innerhalb des Resonators in der Nähe der Zuführungseinrichtung. Diese Umstände begrenzen die Leckage im Augenblick, wenn der Kolben die Öffnung 20 schließt. Die Lackage zurück wird klein, wenn der Kolben eine relativ große axiale Länge hat.

Claims (4)

1. Luftbetriebener Niederfrequenz-Schallgenerator mit positiver Rückkopplung, umfassend als einen Schallemitter einen offenen Resonantor (11) für die Erzeugung von stehenden, in dem Resonator einen variierenden Schalldruck erzeugenden Schallwellen in Gas, und eine Zuführungseinrichtung (10) mit einem Rohr (14) zum Zuführen von Druckgas zu dem Resonator und mit einem hin- und herbeweglichen, federnden Ventilschieber (15), dessen Position von dem Druckgas unbeeinflußt bleibt und der unter Erzeugung eines modulierten Druckgasstroms zu dem Resonator dem Gasstrom aus dem Rohr reguliert, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (14) von einem mit der Druckgasquelle verbundenen Zwischenbehälter (13) umgeben ist und der Ventilschieber als ein in dem Rohr beweglicher Kolben ausgebildet ist, wobei der Kolben dazu ausgebildet ist, eine Verbindungsöffnung (20) zwischen dem Zwischenbehälter und dem Inneren des Rohres zu regulieren, welche Öffnung an einer Endfläche (19) des Kolbens angeordnet ist, wobei die Endfläche zum Inneren des Resonators (11) hin über das eine Ende des damit kommunizierenden Rohrs freiliegt.

2. Schallgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15) in einer Ruheposition relativ zu dem Begrenzungsrand der Verbindungsöffnung (20) einen Spalt (δ) begrenzt.

3. Schallgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15) mit einem Ende einer Spiralfeder (16) verbunden ist, deren anderes Ende in einer festen Position angeordnet ist.

4. Schallgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Position des anderen Endes der Spiralfeder (16) einstellbar ist, ohne die Breite (δ) des Spalts zu ändern, wenn der Kolben in seiner Ruheposition ist.