CH251919A - Generator zur Erzeugung von elastischen Wellen in Gasen. - Google Patents

Description

  Generator zur Erzeugung von elastischen Wellen in Gasen.    Wenn sich in einem Medium, sei das ein  Gs, eine Flüssigkeit oder ein festen Körper,  eine örtliche Druckverteilung frei fortpflanzt,  so spricht man von einer elastischen Welle.  Je nach der Grösse der Frequenz wird diese  als Schallwelle oder als Ultrasühallwelle be  zeichnet. Insbesondere letztere finden in neue  rer Zeit in steigendem Masse Verwendung in  Wissenschaft und Technik. Das Fehlen eines  leistungsfähigen und billigen Generators ver  hinderte allerdings bis heute eine breitere An  wendung solcher zum Beispiel auf Gase.  



  Es ist bekannt, Ultraschallwellen in  Gasen durch elektrisch erregte Quarze oder  auch durch magnetostriktiv erregte Stäbe zu  erzeugen. Die Intensitäten der so erzeugten  Wellen sind aber wegen der grossen Differenz  der Schallhärten von festen Körpern (Quarze,  Stäbe) gegenüber Gasen nur gering. Ausser  dem sind solche Anlagen ziemlichkostspielig,  da die zugeführte Energie zuerst in elektri  sche der gewünschten Frequenz und erst diese  in Schallenergie umgewandelt werden muss.  Eine weitere Anordnung zur Erzeugung von  Schall- und Ultraschallwellen in Gasen ist  der Hartmannsche Gasstrahlgenerator. Dieser  ist im Vergleich zu den vorhin erwähnten  Anordnungen ziemlich billig, döch sind so  wohl Leistungsfähigkeit wie Wirkungsgrad  unbefriedigend.  



  Hier soll nun die vorliegende Erfindhung  einen Fortschritt bringen. Nach ihr können in  einem Gas elastische Wellen grosser Intensi  tät mit gutem Wirkungsgraderzeugt werden    mittels einer Anordnung, welche eine bis zu  einem minimalen Querschnittsioh verengende  und nachher sich erweiternde Düse und einen  nach der Düse zu offenen Hohlraum besitzt,  der von einem von der Düse geführten Gas  strahl mit Uberschallgeschwindigkeit ange  strömt wird. Zur       Erläuterung     des Erfindungsgegenstandes dient Fig. 1,       welche    die Anordnung im     Längsschnitt    dar  stellt. Mit 1 ist die Düse bezeichnet. Sie wird  von links nach rechts durchströmt, hat also  links die Eintritts- und rechts die Austritts  öffnung.

   Der nach der Düse zu offene Hohl  raum, der als Resonator dient, ist mit 2 und  die seitlichen Austrittsöffnungen, durch die  die Druckwellen austreten, mit 3 bezeichnet.  Die ganze Anordnung kann bezüglich der  Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet  sein oder auch vieleckigen, insbesondere  rechteckigen Querschnitt halben.  



  Wird nun links vom Düseneintritt ein  zeitlich konstanter Druck erzeugt, der grösser  als ein bestimmter Mindestwert ist, so durch  strömt das Gas den engsten Querschnitt der  Düse mit Schallgeschwindigkeit. Rechts da  von wird die Strömungsgeschwindigkeit  sogar grösser als diese     (Lavalgüse,    und wenn  das Gas auf kein Hindernis     trifft,    so ent  weicht es aus dem     Austrittsöffnung    mit den  bekannten     Reflexionserscheinungen        freier          Gaisstrählen.    Wenn aber, wie hier,

   dicht vor  der     Austrittsöffnung    der Düse ein     Hindernis     in     Form        des.    :offenen     Hohlraumesi    2 ange  bracht     wird,    so stellt sich ein     in*Jie    Düse      hineinragender stationärer Verdichtungsstoss  ein, der die Überschallgeschwindigkeit des  ausströmenden Gases auf Unterschallge  schwindigkeit herabsetzt. Die Form dieses       Verdichtungsstosses,    der     nichts        anderes    als  die Kopfwelle des mit Überschalgeschwin  digkeit angeströmten Hohlraumes 2 ist, hängt  weitgehend von der Form des Profils, d. h.

    des Längsschnittes des Hohlraumes, aber  auch vom Druck in demselben ab. Ex verläuft  in einem bestimmten Zeitmoment etwa nach  der Kurve 4. Ist der Druck im Resonatör  kleiner als in diesem Zeitmoment, so liegt der  Verdichtungsstoss näher an diesem Profil; ist  der     Druck    grösser, so ist er     weiter        davon    ent  fernt. Nun kann sich aber ein Druckzustand  im Resonator nur rechts der dureh den     Ver-          dichtungssstoss    dargestellten Fläche nach  aussen fortpflanzen, was um soleichter mög  lich ist, je weiter dieser vom Resonator ent  fernt ist.

   Der Verdiohtungsstoss versieht also  in der Gegend der seitlichen Öffnungen 3 die  Funktion eines Ventils, das die Entladung  des Resonators 2 steuert, während er ander  seits selbst wiederum durch den Ladezustand  des Resonators gesteuert wird. Durch diese  Selbststeuerung wird das System zu kräfti  gen Schwingungen angeregt. Die periodi  schen Entladungen des Resonators pflanzen  sich im Aussenraum als Druckwellen fort.  Die Anordnung wandelt somit zeitlich kon  stante Druckenergie in Schwing ngsenergie  um, wirkt also als Generator für elastische  Wellen.

   Mitbestimmeud für die Eigenfrequenz  der Schwingungen ist das Volumen des     Re-          sonators.    Als solches tritt aber nicht bloss das  des offenen Hohlraumes in Erscheinung, son  dern auch dass durch den Verdichtung stoss 4  und die seitlichen Öffnungen 3 eingeschlos  sene Volumen ist darin einzübeziehen. Dieses  Teilvolumen variiert aber zeitlich im Talkte  der Schwingungen. Bei gewissen Anordnun  gen hat dies zur Folge, dass dadurch die  Schwinggungsfrequenz instabil wird. Es tre  ten Erscheinungen auf, die Ähnlichkeit mit  Sohwebungenhaben.  



  In Fig. 2 ist als weiteres Ausführungs  beispiel ein Generator im Längsschnitt dar-    gestellt, der sich durch besonders stabile  Frequenz auszeichnet. Die Bedeutung der  Ziffern 1 bis 4 ist dies elbe wie in Fig. l. Ge  genüber Fig. 1 weist diese Anordnung zusätz  lich eine Stabilisierungsfläche 5 auf, die sich  im Schwing ngsraum befindet. Dabei wird  als solcher der Raum, begrenzt durch die  Wände der Düse 1 bis zum engsten Quer  schnitt, die seitlichen Austrittsöffnungen 3  und den nach der Düse zu offenen Hohlraum  2, bezeichnet. Sie hat zur Folge, dass der Ver  dichtungsstoss 4 ,am vordem Ende der Fläche  fixiert wird, so dass nur die Flanken des  selben sich im Takte der Schwingung bewe  bewe  gen können. Das Volumen des Resonators  schwankt nur sehr wenig und die Frequenz  bleibt infolgedessen stabil.

   Die Stabilisie  rungsfläche 5 kann beispielsweise die Form       eines     eines Rotationskörpers oder einer Nadel haben,  deren Achse in der Düsenachse liegt. Sie kann  aber auch ähnlich wie ein Tragflügel als Flä  che ausgebildet sein, die beispielsweise senk  recht zur Zeisshenebene steht, Im weiteren  kann diese Stabilisierungsfläohe sowohl an  der Düse als auch am     Hohlraum    befestigt  sein, und zwar mit Vorteil in Richtung der  Düsenachse verschiebbar. In diesem Fall  kann mit Leichtigkeit bei wechselndem Gas  druck vor der Düse jeweils die richtige Lage  der Stabilisierungsfläche eingestellt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Generator zur Erzeugung elastischer Wellen in Gasen, dadurch gekennzeichnet, dass er einte .bis zu einem minimalen Quer- schnitt sich verengende und nachher sich er- weiternde Düse und- einen nach der Düse zu offenen Hohlraum besitzt,

   der von einem von der Düse geführten Gasstrahl mit ÜbeTsohall- geschwindigkeit,angeströmt wird. UNTERANSPRüCHE 1.

   Generator nach Patentanspruch, da.- duTch gekennzeichnet, dass imi Schwingungs- raum, begrenzt durch die Düsenwände bis zum ensgoten Querschnitt, die seitlichen Düsenöffnungen und den offenen Hohlraum, eine Stabilisierungsfläche angebracht ist. 2.

   Generator nach Unteranspruch l, da durch gekennzeichnet, dass er eine Stabilisie rungsfläche enthält, welche als Rotationskör per ausgebildet ist und dessen Achse in der Düsenachse liegt. 3. Generator nach Unteranspruch l, da durch gekennzeichnet, daB die Stablisie- runb fläühe axial verschiebbar angeordnet ist.