An einen festen Körper angekoppelte Sende- oder Empfangseinrichtung für mechanische Wellen, insbesondere Ultraschallwellen. Es bereitet in der Praxis grosse Schwierig keiten, mechanische Wellen, insbesondere Ultraschallwellen, in einen festen Körper ein zuleiten oder von ihm abzunehmen. Eine re- produzierbare Schall- oder Ultraschallübertra- gung gelingt eigentlich nur mit Hilfe einer Flüssigkeit, die wiederum den Nachteil mit. sich bringt, dass der Körper, in den die Schall wellen eingestrahlt oder aus dem die Schall wellen abgeleitet werden sollen, sowie die Sende- oder Empfangseinrichtung selbst, in die Flüssigkeit eingetaucht werden müssen.
Ebenfalls ist bekannt, einen Schallübergang dadurch zu erzielen, dass die Sende- oder Emp fangseinrichtung bzw. der Körper stark ein gefettet und die Einrichtungen an ihn ange drückt werden. Dieses Vorgehen ergibt. recht unreproduzierbare Übertragungswerte infolge verschieden dicker Fettschichten, Luftein schlüssen in diesen u. a. m.
Die Erfindung gestattet, diese Schwierig keiten zu beseitigen. Sie betrifft eine an einem festen Körper angekoppelte Empfangs- oder Sendeeinrichtung für mechanische Wellen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen zum Abstrahlen oder Einstrahlen der Wellen dienenden, plattenförmigen Schwing körper aufweist, der elektrische Wellen in die mechanischen Wellen umsetzt oder umgekehrt, und der durch einen distanzhaltenden Ring parallel zur gegenüberliegenden Fläche des festen Körpers gehalten wird, wobei die da durch gebildete Kammer mit einer Koppel- substanz gefüllt ist und Mittel vorgesehen sind,
um diese Koppelsubstanz nach dem An legen der Einrichtung an den Körper in die Kammer einzubringen.
Es hat sich als günstig erwiesen, die Dicke der Koppelkammer, also die Dicke der über tragenden Flüssigkeitsschicht gleich einem ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlänge in der Übertragungsflüssigkeit zu wählen, da sich an der Fläche des festen Körpers ein Be wegungsknoten, am plattenförmigen Schwing körper hingegen ein Bewegungsbauch ausbil den wird -und auf diese Weise ein optimales Übertragungsmass erzielt wird.
Wird die Koppelsubstanz in die Koppel kammer eingesaugt, so ist es empfehlenswert, die Saugluft über eine feine und regulierbare Düse zu leiten. Liegt nämlich die Koppelkam mer nicht dicht am Körper an und ist diese Undiehtigkeit grösser als die zuvor eingestellte lichte Weite der genannten Düse, so wird die Koppelsubstanz in die Koppelkammer nicht eingesaugt, und es tritt eine automatische Sperrung der Apparatur ein. Das Mass der noch zugelassenen Undichtigkeit kann an der regulierbaren. Düse zuvor eingestellt werden.
Oft ist es nicht zweckdienlich, mit einer leichtflüssigen Flüssigkeit zu arbeiten, son dern es kann sich als vorteilhaft erweisen, hochviskose Substanzen, z. B. gelartige Sub stanzen, Fette und Substanzen ähnlicher Vis kosität zu wählen. Diese sind oft sehr lufthal tig bzw. reichern sich stark mit Luft an, be- sonders wenn die Sende- und Empfangsein richtungen häufig an den Körper angesetzt bzw. wieder von ihm abgezogen werden.
Die Einrichtung arbeitet daher vorzugsweise so, dass mit jedem Anlege- und Abhebevorgang der Einrichtung ein gleichzeitiger Strömungs vorgang der Koppelsubstanz parallel zur Kör perfläche verbunden ist, derart, dass zum Bei spiel beim Ansetzen die stark lufthaltige Schicht der Koppelsubstanz am plattenförmi gen Schwingkörper entlang gedrückt oder ge sogen wird, so dass sie in einen unschädlichen Raum neben dem Schwingkörper gelangt und luftfreie Koppelsubstanz zur Übertragung dient. Beim Abheben der Koppelkammer ver läuft der Vorgang rückläufig, und die ohne hin lifthaltige Koppelsubstanz gelangt wie der nach vorn.
Wird Quecksilber als Koppelsubstanz ver wandt., so zeigen die Versuche, dass Quecksilber grösse Ultraschallintensitäten nicht zu über tragen vermag, weil die Adhäsion am platten- förmigen Schwingkörper nicht ausreicht, die Zugamplituden zu übertragen. Diesem Übel stande wird dadurch abgeholfen, dass der plat- tenförmige Schwingkörper mit einem dünnen Überzug eines Lackes, z.
B. das Markenpro- dukt Cohesan , versehen ist, der eine Adhä sion des Quecksilbers an dieser Platte bewirkt.
Ist es in einigen Fällen empfehlenswert, mit einer leichtflüssigen Koppelsubstanz zii arbeiten und trotzdem das Ausfliessen von Flüssigkeitsmengen nach Möglichkeit zu ver meiden, so kann in der Weise vorgegangen werden, da.ss die Kammer eine Substanz ent hält, welche die flüssige Koppelsubstanz auf saugt und in Verbindung mit derselben den Schall gut. leitet. Als eine solche Substanz kommen alle gut saugfähigen Materialien in Frage, deren Wellenwiderstand möglichst ähn- lieh demjenigen der umgebenden Koppelsub stanz sein soll, wie Watte, schwammartige Ge latine (z. B. das sog. Spongostan ) u. a. m.
In den meisten Fällen ist es ratsam, die Dicke der Koppelkammer möglichst gering zu halten, allein schon aus dem Grunde, um auch bei höheren Frequenzen ein möglichst geringes ungerades Vielfaches der Viertelwellenlänge in der Koppelsubstanz zu erzielen.
Da jedoch der plattenförmige Schwingkörper, insbeson dere der piezoelelztrische Quarz, eine frontsei- tige Elektrode und Halterung benötigt, die nicht beliebig dünn gemacht werden kann, wird vorgeschlagen, den plattenförmigen Schwingkörper so zu bauen, dass er einen schräg abgeschliffenen Rand hat, so dass er in Art einer Facette in seiner 1-lalterung einge setzt werden und dem Körper praktisch belie big genähert werden kann.
Die genannte Sclimrierigkeit lässt sich auch dadurch beseitigen, dass als plattenförmiger Sehwingkörper nicht. der piezoelektrische Quarz selbst dient, sondern da.ss der Schwing körper aus einer- Metallplatte und einer dar auf aufgekitteten Quarzplatte besteht., wobei die Dicke der Metallplatte zumindest ange nähert gleich einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge der Schwingungen in dem betreffenden Metall beträgt.
Ausser dem oben genannten Vorteil bietet diese Konstruk tion den Vorteil einer guten Wärmeableitung, einer robusten Verbindung des plattenförmi gen Sehwingkörpers mit seiner Halterung und den Vorteil, dass die verhältnismässig empfind liche Quarzplatte vor äussern Beschädigungen bewahrt bleibt.
Besteht der plattenförmige Schwingkörper nur aus dem piezoelektrischen Quarz selbst, so muss nach Möglichkeit eine Erregung dieser Quarzplatte in ungedämpftem Zustande, das heisst bei leerer Koppelkammer, vermieden werden, da in diesem Falle bei entsprechend hoher Betriebsspannung der Quarz infolge zu grosser Amplituden zerspringen würde. Es sind daher vorzugsweise in der Einrichtung Mittel vorgesehen, um erst nach vollzogener Füllung der Kammer mit Koppelsubstanz die zum Senden oder Empfangen notwendigei: elektrischen Verbindungen herzustellen. Diese Mittel können in beliebiger Weise ausgeführt sein, z.
B. in Form eines Schwimmerkontak tes, in Form einer Aneroid-Dose, die beim An saugen der Koppelsubstanz und dem hierdurch entstehenden Unterdruck einen Kontakt schliesst, ferner zum Beispiel durch direkte Kontaktgabe bei Verwendung von Quecksilber als Koppelsubstanz u. a. m.
Die Abbildungen zeigen Ausführungsbei spiele der Erfindung, und zwar: Bild 1 eine Sende- oder Empfangseinrich tung, insbesondere für dünnflüssige Koppel substanzen, mit piezoelektrischem Quarz, der einen schräg abgeschliffenen Rand aufweist, Bild 2 eine Sende- oder Empfangseinrich tung für viskose Koppelsubstanzen (Fette, Gele usw.), Bild 2a und 2b Schnitte hierzu, Bild 3 eine weitere Sende- oder Empfangs einrichtung für viskose Koppelsubstanzen. In Bild 1 erkennen wir den plattenförmi- gen Schwingkörper Q, der in diesem Falle vom Quarz selbst. gebildet wird, welcher einen schräg geschliffenen Rand R aufweist.
Die frontseitig aufgedampfte Elektrodenmetalli- sierung überdeckt auch den Rand R des Quar zes und ergibt. auf diese Weise elektrischen Kontakt mit der Fassung. Auf diese Art wird eine möglichst geringe Dicke der Koppelkam mer K erzielt, die von der Quarzplatte Q und dem nicht dargestellten Körper gebildet wird, an dem die Einrichtung mittels des eingelas senen Gummidichtungsringes D anliegt. Die rückwärtige Stromzuführung zum plattenför- migen Schwingkörper erfolgt über die Elek trode E, welche über ein Metallzwischenstück mit Hilfe des Isolators J an den Quarz ange drückt wird.
Die Füllung der Koppelkammer K mit Koppelsubstanz erfolgt über den Rohr stutzen Sil, während die Luft über St2 ent weichen kann. Wird die Koppelsubstanz über den Rohrstutzen St2 eingesaugt, statt von un ten eingedrückt, so empfiehlt es sich, die re gulierbare Düse Dü <I>so</I> einzuregulieren, dass bei gröberen Undichtigkeiten in der Anlage des Dichtungsringes D die Düse Dü den An saugvorgang derart drosselt., dass kein Flüssig keitsanstieg in der Koppelkammer K erfolgt und sich auf diese Weise die Apparatur von selbst ausser Betrieb setzt.
Will man ein Ausfliessen grösserer Mengen von Koppelflüssigkeit bei eventuell spontan auftretenden Undichtigkeiten vermeiden oder nur möglichst wenig Koppelflüssigkeit för- dern, so kann die Koppelkammer K mit einem locker ausgefüllten, saugfähigen Material (wie Watte, schwammartige Gelatine, z. B. das sog. Spongostan ), dessen Wellenwiderstand mög lichst ähnlich dem der benutzten Koppelflüs sigkeit sein soll, gefüllt sein. In diesem Falle brauchen nur die Flüssigkeitsmengen geför dert zu werden bzw. können beim plötzlichen Abheben der Kammer nur die Flüssigkeits mengen auslaufen, die die Saugfähigkeit des genannten Materials überschreiten.
. Bild 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sende- oder Empfangseinrichtung für Kop pelsubstanzen höherer Viskosität (Fette, gel- artige Substanzen u. a. in.). Diese<B>'</B> edien wer den durch die Öffnung Ö in den Raum R?, ein gefüllt. Setzt man die gesamte Einrichtung an den Körper und drückt auf die Umhüllung H, so tritt die Koppelsubstanz über das Kolben rohr KR durch das Strömungsrohr<I>Str</I> in den halbkreisförmigen Kolbenschieber S (siehe auch Bild 2a und 2b), von hier aus in den Raum R1, durch die Koppelkammer K am Quarz Q vorbei in den Raum R2.
Beim An druck schiebt sich gleichzeitig der halbkreis förmige Schieberkolben S nach vorn und för dert diesen Vorgang, wobei sieh die Feder Fd spannt, die hinter einer Gummimembrane 1I angeordnet ist. Entlastet man bei der Ab nahme der Einrichtung den Andruck auf die Hülle II, so treibt die Feder Fd das Kolben rohr ER in der Führung F zurück, der Schie ber S tritt nach hinten und pumpt bzw. saugt die Koppelsubstanz aus dem Raum R2, die Kammer K durchströmend, in den Raum R1 zurück.
Bei allen folgenden Koppelvorgängen wird stets nur die Koppelsubstanz durch den Schieber S aus dem Raum R1, die Kammer K durchströmend, in den Raum R2 gedrückt. Die beim Ansetzen lind Abheben der Einrichtung in der Kammer K entstehenden Luftein schlüsse werden auf diese Weise in den un schädlichen Raum R2 befördert, während die Schallübertragung durch luftfreie Koppelsub stanz erfolgt, die sich zuvor im Raum R1 be funden hat, während infolge des rückläufigen Vorganges beim Abheben der Einrichtung vom Körper wie zuvor die lufthaltige Koppel- Substanz aus .R2 wieder in die Kammer K ein geströmt ist und beliebig neue Luft aufnehmen darf.
Die im Raum B3 befindliche Koppelsub stanz dient bei allen folgenden Vorgängen nur als Reserve, indem selbsttätig aus diesem Raum durch langsames Nachsinken des Kol bens Ko in der Hülle H so viel Koppelsubstanz nachgeliefert wird, wie durch ein Anhaften der Koppelsubstanz am Körper bei jedem Koppelvorgang verlorengeht. Auch hier, wie in Bild 1, wird der Quarz Q durch eine Elek trode E angedrückt, welche über eine Metall kugel Kg, über einen Isolator J zentriert ge halten wird. Das gesamte innere Kernstück wird über zwei Wände W, die gleichzeitig die seitliche Raumbegrenzung des Schiebers S bil den (siehe auch Bild 2a), gehalten.
Durch eine dieser Wände erfolgt über ein Kabel auch die Stromzuführung zur Kugel<I>Kg</I> (Bild 2a).
Bild 3 zeigt eine ähnliche, jedoch verein fachte Ausführungsform, bei der die Hülse H, durch die Kolbenmanschette Ko abgedichtet, über den Aluminiumkörper AZ gleitet, durch dessen Bohrung R, die Koppelsubstanz, die Kammer K durchströmend, in den Raum R2 gelangt und dort den Kolben Eb zurück schiebt, wobei sich die Feder Fd spannt. Das Kernstiick A ist wiederum in gleicher Weise durch die Wandungen W gehaltert, die in die ser Anordnung den Zweck haben, die Strö mung am toten Rande zu vermindern und alle Koppelsubstanz wirklich am Quarz selbst vor beizuführen.
Bei Entlastung entspannt sich die Feder Fd gegen den Stift St2. Im Innern der Feder Fd befindet sich ein Stift St1, der auf einem Isolator J angeordnet ist. Der Stift <I>St,</I> ist über ein nicht gezeichnetes Zufüh rungskabel elektrisch mit der Sende- oder Empfangsapparatur verbunden. Bei vollzoge ner Füllung findet ein Kontakt zwischen dem mit dem Gehäuse verbundenen Kolben Kb statt, was zur Folge hat, dass die zum Senden oder Empfangen notwendigen elektrischen Verbindungen zum Beispiel mittels Relais her gestellt werden.
Sollen also nach dem Ultra schall-Impulsverfahren oder andern Verfah ren zahlreiche Stellen geprüft oder abgetastet werden, so braucht lediglich die beschriebene Vorrichtung an den gewünschten Ort aufge drückt und wieder abgezogen zu werden, um an jedem Ort eine schnelle und reproduzier- bare Schallübertragung zu erzielen, wobei gleichzeitig nach Herstellung derselben die zu gehörigen elektrischen Apparaturen automa tisch ein- bzw. ausgeschaltet werden.
Die Einrichtung gemäss Bild 3 ist zwar bil liger in der Herstellung, erfordert jedoch ein recht dichtes Ansetzen der Einrichtung an den Körper, da die Füllung der Koppelkammer K und der Durchströmvorgang der Koppelsub stanz unter Überdruek erfolgt, im Gegensatz zur Einrichtung gemäss Bild ?, bei der prak tisch kein Überdruck entsteht, da der Kolben schieber S bei seiner Bewegung nach vorn zwar über den Raum R, drückt, jedoch in glei cher Weise über den Raum R2 saugt, so dass ein reiner Umwälzvorgang praktisch ohne Druckanstieg erfolgt.
Die beschriebenen Einrichtungen eignen sich ebenfalls zur Abnahme von Hörschall als sogenannte Körperschalltaster , wie sie zur Auffindung von Klopf- und Störgeräuschen zur Verminderung von Motorenlärm benutzt werden. Auch hier ist eine sichere und repro- duzierbare akustisehe Koppelung auch an roh gegossenen Maschinenteilen ei-%vünscht. An die Stelle des Quarzes bzw. der zentral gelagerten Anordnung A würde in diesem Falle ein ent sprechendes Mikrophon treten.