Tragbare Schallquelle Die Erfindung betrifft eine tragbare Schallquelle, bestehend aus einem Halteorgan und einem damit fe dernd verbundenen, Resonanzeigenschaften aufweisen den, eine periodisch bewegbare Masse einschliessenden Gehäuse.
Wie sich gezeigt hat, ist Ultraschallenergie in Form von Ultraschallwellen von Nutzen für die Reinigung der Oberflächen von festen Gegenständen von Fett oder an deren Verunreinigungen, die sich auf solchen Flächen in Form eines dünnen Films und sogar als Struktur von Molekülen absetzen. Es wurde ermittelt, dass zum Reinigen von Oberflächen Frequenzen innerhalb eines Bereiches von ungefähr 23 bis 40 kHz erwünscht sind. Bei der Reinigung einer Fläche von einem Schmutzfilm erfolgt eine rasche Bildung und ein heftiger Zusammen fall von mikroskopisch kleinen Blasen innerhalb des reinigenden Lösungsmittels der Flüssigkeit zusammen mit einem als Implosion bekannten Effekt.
Die Implo sion ist ein Effekt, der durch die Kombination von eigener Reflexion und der Kavitation erzeugt wird, wel che Vorgänge bei Ultraschallwellen auftreten. Die auf der Fläche auf diese Weise erzeugte Reflexionsenergie, die in das feste Material nur wenig eindringt, wird un terstützt durch winzig kleine Kavitationsblasen des Lö sungsmittels, wobei eine Implosion verursacht wird, die die Moleküle des Schmutzfilms von den festen Flächen abstreift.
Diese Art von Reinigung war aus mehreren Gründen auf die Verwendung von Ultraschallenergie beschränkt. Zum Beispiel ist die Länge von Ultraschallwellen we sentlich kürzer als bei den Wellen im unteren Tonbe reich, und deren Bestreben, die Wellenenergie von fe sten Flächen aus zu reflektieren, gleicht den Mikrowel len, so dass die Ultraschallwellen bei der Reinigung von Oberflächen ein wichtiges Element darstellen. Da die Ultraschallwellen kürzer sind als Tonwellen, so dringen sie in Feststoffe wesentlich weniger tief ein und erzeu gen im flüssigen Medium eine geringere Kavitation als Tonenergie mit dem gleichen Energiepegel.
Ferner weisen Ultraschallwellen im allgemeinen kleine Amplituden auf, weshalb die resultierende Kavita- tion in der Flüssigkeit klein, für die Ultraschallreinigung jedoch erwünscht ist.
Es wurde ferner festgestellt, dass Ultraschallenergie mit hohen Amplituden erzeugt werden kann, jedoch nur bei einem ausserordentlich hohen Leistungsverbrauch, wobei unerwünschte Effekte erzeugt wurden, wie eine Beschädigung des zu reinigenden Materials in Form von aufgerauhten Flächen, und ferner müssen umfangreiche Abschirmungen vorgesehen werden, um eine Störung bei Radio- und Fernsehgeräten sowie bei anderen draht losen Fernmeldegeräten zu vermeiden.
Es wurde ferner ermittelt, dass Ultraschallwellen mit Frequenzen, die nur etwas unterhalb von 20 kHz liegen, welcher Wert als die obere Grenze der hörbaren Ton wellen bezeichnet wird, einen hörbaren Ton erzeugen, der für den Menschen ungesund ist und oftmals zu einem Riss des Trommelfells führt, so dass Ohrstopfen benutzt werden müssen. Ultraschallreinigungsgeräte wur den daher so eingerichtet, dass sie mit Sicherheit ober halb des unteren Grenzwertes von 20 kHz arbeiten, und der untere Betriebswert wurde im Gewerbe mit 23 kHz festgesetzt.
Ausserdem bestanden fast alle derartigen Reinigungs geräte aus verhältnismässig massigen und ortsfesten Ein richtungen, die viele Vorsichtsmassnahmen erforderten.
Die Ultraschallwellen sind von sich aus stark gerich tet, und deren Verwendung für Reinigungszwecke erfor dert eine Anzahl von Energiequellen pro Flüssigkeits behälter, damit die zu reinigenden Flächen der festen Materialien ausreichend bestrahlt werden. Ferner wer den Ultraschallwellen von dem flüssigen Medium und von den zu reinigenden festen Materialien leicht absor biert. Die Wirksamkeit solcher Einrichtung wird daher als sehr gering angesehen.
Auf Grund dieser und an derer Faktoren wird im allgemeinen für Reinigungsbe hälter mit einer Kapazität von 50-60 Litern eine Lei stung von 1 Kilowatt benötigt, wobei in jedem Falle die Energiequellen entfernt angeordnet und sorgfältig ab geschirmt werden, um Störungen bei drahtlosen Fern- meldeeinrichtungen zu vermeiden. Ausser der Gefahr einer Beschädigung des Ohres übt der Ultraschall noch andere bekannte nachteilige Wirkungen auf den mensch lichen Körper aus.
Seit längerer Zeit wurden Vibratoren für verschie dene andere Zwecke benutzt, z. B. als mechanische Schütteleinrichtungen für Vorratstanks und für Förder einrichtungen, als Rüttelwerk zum Austreiben von Luft und Wasser aus Zement während des Abbindens, als Handvibratoren für Massagezwecke, zum Durchschütteln z.
B. von Korn, das durch Rohrleitungen von der einen zur anderen Stelle befördert wird, zum Verdichten von Materialien in einer Form, als Impuls- und Schleuder einrichtungen in Waschmaschinen usw., wobei festzustel len ist, dass in diesen Fällen eine verhältnismässig kleine Vibrationsmasse benutzt wird, um grosse Massen mit einer Frequenz von 60 Hz oder weniger zu behandeln. Bei den verhältnismässig schweren grossen Massen besteht die Wirkung aus einem Schütteln, Vibrieren, aus einer Impulsgebung, aus einer Pulsation, einem Schleudern, aus einem Bewegen, einer Versetzung, einem Stossen <B>USW.</B>
Die Unterschiede bei der Erzeugung und der über tragung der Energie sind bei den letzten beiden an geführten Beispielen sehr verschieden voneinander, wo bei die Verwendungsfähigkeit davon abhängt, in welcher Weise die Energie erzeugt und übertragen wird.
Schallwellen im unteren Schallbereich weisen längere Wellen auf als Ultraschallwellen und dringen daher in die in die Flüssigkeit eingetauchten Materialien in viel höherem Grade ein, und ferner werden höhere Ampli tuden bei geringer Leistungsaufnahme erzeugt. Die fort gesetzten Umkehrungen der Wellen mit einer hohen Amplitude bewirken ein Eindringen und eine Kavitation in der Flüssigkeit in einem aussergewöhnlich hohen Grade sowie bei den eingetauchten Materialien.
Die fort gesetzten Umkehrungen der hohen Energieamplituden mit der gewünschten Frequenz in der Flüssigkeit und bei den eingetauchten Materialien bewirken abwechselnd die Erzeugung und den Zusammenfall von Millionen von Blasen in der Flüssigkeit und bei den eingetauchten Materialien, wodurch ein Implosionseffekt erzeugt wird, der von den eingetauchten Materialien jeden Schmutz und alle Verunreinigungen abstreift.
Die Implosionsblasen werden bei einer Herabsetzung der Frequenz grösser und sind daher eine Funktion der Wellenlänge. Beispielsweise beträgt bei einer Frequenz von 20 kHz die Grösse der Blasen 40 Mikron und bei einer Frequenz von 10 kHz 100 Mikron, so dass die Blasen kaum sichtbar sind.
Im unteren Schallbereich bei einer Frequenz von 150 Hz beträgt die Grösse der Implosionsblasen ungefähr 158 Mikron, so dass diese Blasen deutlich zu erkennen sind. Hieraus geht hervor, dass der Implosionseffekt und die resultierende Kavita- tion in der Flüssigkeit und bei den eingetauchten Ma terialien bei im unteren Schallbereich liegenden Frequen zen eine höhere Intensität aufweisen.
Es ist ferner bekannt, dass hochfrequente oder Ultra schallenergiewellen hochreflektierend sind und an sich nicht imstande sind, in eingetauchte Materialien tief ein zudringen, wie Ultraschallreinigungsgeräte und Mikro- wellenlotungseinrichtungen bewiesen haben. Der Grad des Eindringens ist daher eine Funktion der Wellen länge.
Da Schallwellen sich im Wasser mit einer Geschwin digkeit von ungefähr 1400 m/see fortpflanzen, so be trägt die Wellenlänge von Ultraschallwellen bei einer Frequenz von 24 000 Hz ungefähr 6 cm im Vergleich zu einer Wellenlänge von 12 m bei Schallwellen mit einer Frequenz von 120 Hz. Die im unteren Frequenz bereich liegenden Schallwellen weisen daher ein weit grösseres Eindringungsvermögen auf als die zum Ver gleich herangezogenen Wellen.
Demgegenüber ist die tragbare Schallquelle der ein gangs bezeichneten Art erfindungsgemäss dadurch ge kennzeichnet, dass die Längsachse der Masse koaxial zur Achse des Halteorgans liegt und dass die Masse auf ihrem einen Ende mit dem Halteorgan und an ihrem freien, anderen Ende über einen Haltebügel mit einem Sockel des Gehäuses an einer Stelle verbunden ist, wel che auf einer durch den Mittelpunkt des Gehäuses ge henden, senkrecht zur Längsachse der Masse liegenden und mit der Bewegungsrichtung der Masse zusammen fallenden Ebene liegt.
Die Schallquelle nach der Erfindung kann als trab bares Haushaltgerät zum Waschen und Spülen von Haushaltskleidung innerhalb von Minuten verwendet werden, die zur Zeit mit der Hand gewaschen oder chemisch gereinigt werden, um Beschädigungen zu ver meiden, die beim Waschen mit Waschmaschinen häufig auftreten. Ferner können mit der tragbaren Schallquelle nach der Erfindung viele Materialien gewaschen werden, die sonst chemisch gereinigt werden oder besondere Waschmittel und bestimmte Waschtemperaturen erfor dern.
Sie kann ferner auch für gewerbliche Zwecke zum Mischen und Vermischen von einem oder mehreren Chemikalien in flüssiger Form in Fässern und Becken verwendet werden und ist auch für therapeutische Be handlungen von Nutzen, wenn in Bädern eine Tief therapiebehandlung mit einem gewünschten Intensitäts grad durchgeführt werden soll.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Er findungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeich nung näher beschrieben. Darin sind Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1, Fig. 3 ein Querschnitt nach der Linie 3-3 in der Fig. 1, Fig. 4 ein Ausschnitt aus einer Schnittzeichnung, die die exzentrische Lagerung des aussen gelegenen En des des Antriebsmotors zeigt,
Fig. 5 ein Querschnitt nach der Linie 5-5 in der Fig. 1 und die Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Regel widerstandes.
Das Radiatorgehäuse mit einem Durchmesser von ungefähr 10 cm weist eine unendlich kleine Masse auf im Vergleich zu der rotierenden Masse im Innern des Gehäuses, da dessen Wandung eine Dicke von nur 0,8 mm oder 1,6 mm aufweist, während das Gewicht ungefähr 35 oder 70 Gramm beträgt. Wegen der klei nen Masse des Radiatorgehäuses im Vergleich zu der unendlich grossen Masse des die Antriebskraft erzeugen den Körpers im Gehäuse besteht nur eine kleine Ge schwindigkeitsverminderung zwischen dem grossen Dreh körper und dem tragenden Körper.
Auf Grund dieser Faktoren bewegt sich die An triebskraftmassenanordnung mit einer grossen Energie geschwindigkeit, die einen ausserordentlich wirksamen Energieausgang erzeugt, mit dem Schallwellen in dem gewünschten unteren Schallbereich von 50 bis 150 Hz bei aussergewöhnlich hohen Energieamplituden erzeugt und übertragen werden können. Da die Masse des Ra diatorgehäuses klein ist im Vergleich zu der sich dre henden Antriebskraftmasse, so weisen die von der Au ssenseite des Radiatorgehäuses abgestrahlten Schallwel len eine ausserordentlich hohe Intensität auf, wenn das Radiatorgehäuse mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Diese Fakto ren führen in der geeigneten parametrischen Beziehung zueinander zu einer höchst wirksamen Schallenergie quelle im Vergleich zu anderen bekannten Schalleinrich tungen, wobei in dem wässerigen Medium eine ausser ordentlich gute Kavitation und ein Durchdringen der Materialien erfolgt.
Die Antriebskraft, die ein Vibrieren des Radiator- gehäuses mit einer gewünschten Frequenz von vorzugs weise 50 bis 100 Hertz bewirkt, wird von dem Lager an dem einen Ende des Motors erzeugt, an dem ein sich drehender Exzenter angebracht ist. Der Umstand, dass die Drehachse nicht mit der Mitte der Masse des Exzenters zusammenfällt, erzeugt eine Kraft in dersel ben Weise wie ein nicht ausgewuchtetes Autorad, deren Frequenz der Geschwindigkeit proportional ist.
Der Auf bau des Radiatorgehäuses wird periodisch mit einer Ge schwindigkeit beaufschlagt, die der Geschwindigkeit der rotierenden Masse in Umdrehungen pro Sekunde aus gedrückt entspricht und die eine Folge der exzentri schen Versetzung der Symmetrieachse des Rotors in Be zug auf die Endlagerung ist. Die miteinander abwech selnden sinusförmigen Schallwellen der Kompression und der Spannung werden von der Oberfläche des Radiator gehäuses abgestrahlt, das mit der Flüssigkeit akustisch verkoppelt ist.
Es besteht eine parametrische Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit, der sich drehenden Masse, der Versetzung des Exzenters und der Schall energieantriebskraft, die in das wässerige Medium hin ein übertragen wird, wobei ausgedehnte Versuche inner halb eines begrenzten Frequenzbereiches von 50 bis 150 Hz ergeben haben, dass die Menge der in das flüs sige Medium hinein übertragenen Schallenergie propor tional der Winkelgeschwindigkeit der Rotormasse ist so wie dem Produkt aus der Masse des Exzenters und der Versetzung dessen Massenmittelpunktes gegen die Dreh achse.
Die den Wirkungsgrad und das Gewicht betreffen den Aufgaben liegen in der Hauptsache bei dem Auf bau der Schallenergiequelle vor. Um einen sehr hohen Wirkungsgrad und bei der Wellenenergie eine grosse Amplitude zu erzielen, wurde eine getriebelose rotie rende Masse mit einem genügend hohen Gewicht und die gewünschte Drehgeschwindigkeit gewählt, da die auf diese Weise erzeugte Antriebskraft hierzu in direkter Beziehung steht.
Um diese Beziehung der Antriebskraft voll auszunutzen, wurde die rotierende Masse im kugel förmigen dünnen Radiatorgehäuse so angeordnet, dass die resultierende Kraft mit dem Radiatorgehäuse durch einen einzelnen Sockel und an einer Stelle verkoppelt wird, dass der Schleuderradius sich in der Mitte des kugelförmigen Radiatorgehäuses befindet.
Die andere Hauptaufgabe bestand darin, die Auf hängungsmittel für die rotierende Masse zu verfeinern, damit die volle Wirkung der Antriebskraft der sich mit voller Geschwindigkeit drehenden Masse sich bei dem Radiatorgehäuse an einer einzigen Stelle auswirkt. Dies wurde in der Weise erreicht, dass das eine Ende der sich drehenden Masse mit Hilfe einer zylindrischen Schraubenfeder verankert wurde, die die erforderliche Steife und Biegsamkeit aufweist, um die rotierende Masse abstützen zu können. Das aussen gelegene Ende der Feder ist abgestützt und vom Gehäuse isoliert, so dass die Energie der Antriebskraft auf den tragenden Ra diatormantel an einer einzigen Stelle übertragen werden kann.
Obwohl für diesen Zweck auch andere Mittel vor gesehen werden können, so wurde doch die Anordnung mit der Feder gewählt, da diese ein ausgezeichnetes wirtschaftliches Mittel zum Herabsetzen und Isolieren der Energieverluste darstellt, die sonst den den Hand griff tragenden Aufbau erreichen könnten, während fer ner der gesamte Aufbau mit der rotierenden Masse nach jeder Richtung verschwenkt werden kann, ohne Dreh momente zu verursachen, die die Winkelorientierung der Rotorachse in bezug auf den tragenden Aufbau beein flussen.
Ebenso wichtig ist es, dass die Verkopplung des Sockels der Antriebskraft mit dem Radiatorgehäuse sich in diesem und an einer einzigen Stelle befindet, die direkt unter der horizontalen Achse der Antriebskraft gelegen ist und senkrecht unter der Mitte des Radius der Kreiselbewegung der rotierenden Masse.
Die besondere Stelle wurde deswegen gewählt, um auf das Gehäuse einen Höchstwert von Energie über tragen zu können und um jeden Kreiseffekt zu ver meiden, der zu einem Verlust der auf das Gehäuse übertragenen Energie führen könnte und der einem Träger des Schallstabes lästig werden könnte.
Es ist ferner wichtig, dass das kugelförmige Radia- torgehäuse aus einer weitgehend kleineren und nicht steifen Masse und aus einem dünnwandigen steifen Ma terial wie Faserglas besteht, das eine ausgezeichnete Fe stigkeit und Isolierungsfähigkeit aufweist.
Da das kugel förmige Gehäuse nicht steif ist und periodisch nur an einer Stelle beaufschlagt wird, so kann es sinusförmig bei grösster periodischer Geschwindigkeitsamplitude und in einer Weise beaufschlagt werden, bei der eine Grund frequenz übertragen wird, die der Grundfrequenz ent spricht, die von der Geschwindigkeit der rotierenden Masse synchron erzeugt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass andere bekannte Schallenergieeinrichtungen dem Wesen nach steif sind, wobei die tragenden Mittel für die Antriebskraft sich an mehreren Stellen im Radiatorgehäuse befinden, wo durch in der Folge die Durchbiegungskapazität des Ra diatorgehäuses begrenzt wird, während anderseits Schall wellen an mehr als einer Stelle im Radiatorgehäuse er zeugt werden, welcher Umstand einer Welleninterferenz höchst förderlich ist, die zu einem erheblichen Verlust der übertragenen Energie und bei der Wirksamkeit führt.
Wie in den beiden vorstehenden Absätzen erläutert, ist es wichtig, dass die Schallenergiequelle einen ausser ordentlich einfachen Aufbau aufweist. Der einfache Auf bau ermöglicht die volle Ausnutzung der Antriebskraft der einheitlichen Masse zum Erzeugen einer Wellen energie mit ungewöhnlich hohen Amplituden bei gerin ger Leistung, wobei mit Vorteil ein Mindestwert an Ge wicht ausgenutzt wird.
Da die rotierende Masse weit grösser ist als die des tragenden Radiatorgehäuses, und da die Aufhängungsmittel vom Gehäuse entfernt gelegen und isoliert sind, so wird im wesentlichen die gesamte Antriebskraftenergie auf das Radiatorgehäuse übertra gen, das nicht steif ist und nur an einer einzigen Stelle beaufschlagt wird, so dass eine Abstrahlung nach einem einzigen Grundwellenmuster ohne Störung aus anderen Quellen möglich wird, während die Einrichtung ander seits frei von Kreisel- oder Schleudereffekten ist, die die wirksame übertragung von verwertbarer Schallwellen energie vermindern würden.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Schallenergiequelle innerhalb ihres Arbeitsbereiches mit einer stabilen Frequenz arbeitet. Der bereits beschrie bene Aufbau führt von sich aus zu einer stabilisierten Frequenzquelle, da eine grosse innere rotierende Masse die sehr viel kleinere Masse des tragenden Radiatorge- häuses antreibt, deren Eigenresonanzfrequenz sehr viel höher ist als die der rotierenden Kraftgeschwindigkeit.
Ein wichtiges Merkmal besteht ferner darin, dass diese Frequenzstabilität die Kontrollierbarkeit der Schallener giequelle durch Fernsteuermittel erhöht.
Es ist ausserdem wichtig, dass die Schallwellen von der Schallenergiequelle nach allen Richtungen abgestrahlt werden, damit die oben gestellten Aufgaben erfüllt wer den können. Es wurde dargelegt, dass ein nicht steifes, dünnes und kugelförmiges Radiatorgehäuse, wenn es in der beschriebenen Weise innerlich und periodisch be- aufschlagt wird, an der mit einer Flüssigkeit in direktem Kontakt stehenden Aussenseite sinusförmige Schallwellen in Form von sphärischen Wellen abstrahlt.
Das Radia- torgehäuse bildet einen Teil der Schallenergiequelle und umgibt diese. Die Schallenergiequelle nach der Erfin dung weist eine gewisse Ähnlichkeit mit einem herkömm lichen Radiolautsprecher auf, bei dem die Oszillatoran- triebskraftspule mit einer verhältnismässig grossen Masse an einem steifen Rahmen angebracht ist, dessen Para meter eine sehr dünnwandige Abstrahlungsmembran umgibt.
Der Anker der von der Antriebskraft erregten Spule ist mittels eines einzigen Sockels in der Mitte der Mem bran so befestigt, dass die die kleinere Masse aufwei sende Membran synchron mit der Oszillatorspule be- aufschlagt und durchgebogen wird, wobei die Schall wellen abgestrahlt werden, die nur in bezug auf die Membran gerichtet und in der Luft hörbar sind.
Bei der vorliegenden Einrichtung wird gleichfalls Schallwellenenergie in Sinusform erzeugt; jedoch ist die gesamte Antriebskraftmasse in einem kugelförmigen Ra diatorgehäuse angeordnet, um eine Schallwellenampli- tude mit grösster Intensität zu erzeugen und um die Schallwellenenergie nach allen Richtungen abzustrahlen.
Die Wahl eines kugelförmigen Radiatorgehäuses war ferner für die Lösung anderer Aufgaben förderlich. Da eine Kugel in bezug auf das Volumen die grösste Ober fläche aufweist, so bietet ein kugelförmiger Körper die Möglichkeit für einen Betrieb mit niedriger Leistung, wobei ein dünnwandiges Gehäuse mit grösstem Volumen zum Umschliessen der physikalischen Masse der An triebskraft benutzt werden kann, während anderseits der grösste Oberflächenbezirk zum übertragen der Schall energiewellen hoher Intensität ausgenutzt werden kann.
Da das kugelförmige Gehäuse der Wirksamkeit we gen im Innern frei von Konstruktionsgliedern sein muss, so kann es mit einem Mindestwert von Oberflächen- beanspruchung frei durchgebogen werden, da die ge samte Oberfläche sich frei bewegen kann, wenn sie periodisch beaufschlagt wird.
Es wurde ferner dargelegt, dass die Schallstabvorrichtung mit einem kugelförmigen Gehäuse, das einen Durchmesser von ungefähr 10 cm aufweist, genügend Auftrieb besitzt, um die Einrichtung fast untergetaucht in einer Flüssigkeit schwimmend zu erhalten, während die Vorrichtung bei Benutzung mit der Hand im wesentlichen gewichtslos ist.
Mit der vorliegenden Schallquelle wird die Beseiti gung der Kreiselbewegung oder der niederfrequenten Vibrationen innerhalb des gewünschten Betriebsfrequenz bereiches, die bei einer ungeeigneten Schallquelle auf treten können, erzielt. Es hat sich gezeigt, dass ein kugel förmiges Gehäuse für die Lösung dieser Aufgabe ausser ordentlich gut geeignet ist, da die Mitte des Radius der Kreiselbewegung der antreibenden rotierenden Masse ge nau in die Mitte des tragenden kugelförmigen Gehäuses verlegt werden kann, wobei unter diesen Bedingungen die Effekte der Kreiselbedingungen nur dann bemerkt werden, wenn die rotierende Masse fast abgebremst ist.
Im Betrieb sucht das dynamisch ausgewuchtete System einen Kreiseleffekt zu erzeugen, der erwünscht ist und anzeigt, dass das System stabil ist.
Ein weiterer Vorteil bezieht sich auf die Sicherheit. Es hat sich gezeigt, dass verstärktes Faserglas als Ma terial für das Radiatorgehäuse die besten physikalischen Eigenschaften aufweist und bekanntermassen auch die höchsten Werte der dielektrischen Festigkeit. Soll die Einrichtung durch elektrische Mittel betrieben werden, so könnte der gesamte Schallstab aus dem gleichen Ma terial hergestellt werden und würde von sich aus einen ausgezeichneten Isolator darstellen. Ausserdem ist der Schallquellenteil der Einrichtung unabhängig konstruiert, isoliert und abgedichtet.
Aus Sicherheitsgründen ist der Handgriff des Schallstabes in der gleichen Weise kon struiert.
Ein weiterer Vorteil wird erzielt durch die Isolie rung des Durchlaufs der Schallwellenenergie vom Hand- griff des Schallstabes aus, wobei die Schallwellenenergie im Radiatorgehäuse der Schallquelle eingeschlossen blei ben muss, um den höchsten Wirkungsgrad zu erzielen und um ferner eine unerwünschte übertragung auf einen Benutzer des Gerätes zu vermeiden, der den Schallstab in der Hand hält.
Dies wurde in der Weise erreicht, dass der Handgriff gegen die Schallenergiequelle mit einem Material abgedichtet wird, das neben einer aus gezeichneten Abdichtungsfestigkeit und einer dielektri- schen Festigkeit noch die erwünschte Eigenschaft auf weist, die Schallwellenenergie im Betriebsfrequenzbe reich isolieren und absorbieren zu können.
Als weitere Vorsichtsmassnahme wurde das Material des Handgriffes an der Isolierungsstelle mit einer scharf spitz zulaufenden Kante versehen, um den Durchgang der Schallwellenenergie zu begrenzen.
Ferner wurde als Vorsichtsmassnahme eine Vielzahl von zusammengepressten Waffeln aus dem gleichen Schallwellenmaterial in ungleichen Abständen voneinan der eingeschlossen, um jedes weitere Vordringen von Schallwellen zum Handgriff zu verhindern. Die die Schallwellen absorbierenden Waffeln sind in ungleichen Abständen voneinander angeordnet, damit sie das Schall wellenlängenmuster auslöschen, das bestehen könnte.
Es hat sich gezeigt, dass das Vordringen der Schall wellen bis zum Handgriff wirksam vermieden wird, wenn die Schallquelle flüssigkeitsbelastet wird, und dass bei einem Betrieb in Luft nur ein geringfügiges Vordringen bemerkbar ist.
Mit der Erfindung wird die schwierige Aufgabe ge löst, eine eine geringe Leistung erfordernde, leichte, von Hand bedienbare und gegen Schallwellen isolierte Schall wellenenergiequelle mit einem sehr hohen Wirkungsgrad zu schaffen, die insbesondere nach allen Seiten gerich tete Schallwellen in sphärischer Form mit hoher Am plitude und mit ausgezeichneter Frequenzstabilität von einem dünnwandigen, nicht steifen und flüssigkeitsbela steten Schallradiator abstrahlt,
der eine ungewöhnlich kleine Oberfläche aufweist und der die Antriebskraft von einer einfachen und billigen, jedoch verhältnismässig grossen einheitlichen Antriebskraftmasse empfängt.
Die in den Figuren dargestellte Schallenergiequelle weist ein Radiatorgehäuse 10 auf, das aus einem Basis abschnitt 11 und einem Deckabschnitt 12 besteht. Das Gehäuse weist die Form einer Kugel auf, wobei die Trennlinie 13 schräg verläuft, wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, wobei ein ringförmiger Teil 14, der ge sondert sein oder einen Teil des Basisabschnittes 11 oder des Deckabschnittes 12 bilden kann, zum Befesti gen der Abschnitte aneinander dient.
Für das Radiator gehäuse 10 hat sich ein Material aus verstärkten Glas fasern als gut geeignet erwiesen, das eine ausgezeich nete dielektrische Festigkeit aufweist. Es ist wichtig, dass das Material kräftig und steif ist und eine ausgezeich nete Biegefestigkeit und dielektrische Festigkeit aufweist, so dass die Dicke des Gehäuses so klein wie möglich bemessen werden kann, um die Energie wirksam über tragen und die Masse so gering wie möglich halten zu können.
Im Basisabschnitt ist ein Sockel 15 vorgesehen, der vorzugsweise mit dem Basisabschnitt zusammen einstük- kig hergestellt wird. Es ist wichtig, dass der Sockel sich in der Mitte zwischen den rechts und links gelegenen entgegengesetzten Enden des kugelförmigen Teiles 62 des Gehäuses nach der Fig. 1 befindet.
Es ist ferner wichtig, dass nach der Fig. 1 der Sok- kel 15 sich direkt senkrecht unterhalb der Stelle 61 befindet, die zugleich die Mitte des Radius der Kreisel bewegung der Rotationsmasse 30 ist, die aus einem Motor bestehen kann, wie dargestellt.
Ein Haltebügel 16 weist eine Montagebasis 17 auf, die am Sockel 15 des Gehäuses mit Hilfe eines Epoxyd- harzes und der Schrauben 18 verankert ist. Über die Länge der Basis hinweg erstreckt sich eine Verstärkungs rippe 19. Nach der Darstellung ist die Basis gekrümmt und weist im wesentlichen den gleichen Krümmungsra- dius auf wie die Innenseite des Radiatorhohlraumes 62, so dass die Antriebskraftbasis sich so eng wie möglich an die Innenwandung anschmiegen kann, um für die andere Ausstattung der Einrichtung so viel Raum wie möglich übrig zu lassen.
An dem von der Montagebasis 17 entfernten Ende des Haltebügels 16 befindet sich ein Lagergehäuse 21 mit einem Rollenlager 22, das mit einer zylindrischen Bohrung 23 versehen ist. In die zy lindrische Bohrung ist auf der Mittellinie die Stummel welle 25 eines kurbelförmigen Gliedes 24 frei eingesetzt. Es ist wichtig, dass die Aussenseite der Stummelwelle die geeignete symmetrische Krümmung aufweist, um in das Rollenlager 22 eingesetzt werden zu können, so dass die Stummelwelle 25 im Rahmen der für diese Vorrichtung vorgesehenen Möglichkeiten unter jedem Winkel frei bewegbar ist.
Das kurbelförmige Glied 24 ist mit einer Bohrung 26 versehen, die in bezug auf die Mittellinie der Stummelwelle 25 exzentrisch angeord net ist, welche Bohrung 26 ein Mittel bildet, mit dem eine Motorwelle 28 am kurbelförmigen Glied 24 befe stigt werden kann. Bei dieser Anordnung fällt die Dreh achse der rotierenden Antriebskraftmasse oder des Mo tors 30 nicht mit der Mittellinie der zylindrischen Boh rung des tragenden Rollenlagers 22 zusammen. Bei einer verhältnismässig kleinen Einrichtung mit einem Radiator gehäuse, dessen Durchmesser ungefähr 10 cm beträgt, kann die Exzentrizität zwischen 4,7 bis 5,5 mm liegen.
An dem zum Lagergehäuse 21 entgegengesetzten Ende des Gehäuses des Motors 30 endet die Motorwelle im eigenen Motorlager, und im Innern des Motorgehäu- ses 31 ist eine Motoraufhängung in Form einer Schrau benfeder 32 befestigt.
Der Basisabschnitt 11 weist ein mit diesem einstük- kig hergestelltes Joch 35 auf, das mit einer Bohrung 36 versehen ist, die sich nach aussen hin aufweist und nach innen zu zylindrisch ausgebildet ist. Ein zylindrischer, innerhalb der Feder 32 gelegener Teil 38 ist mit einem Flansch 39 versehen, der unter der am weitesten innen gelegenen Windung der Feder liegt. Ein in eine Keil nut 41 eingesetzter Keil 40 ist gegen die Montagefeder 32 gepresst und verankert diese an der Gebrauchsstelle in der Bohrung 36 mit Hilfe einer Feststellschraube 42. Nach dem Einsetzen der Feder wird die Schraubenhal terung durch einen Stopfen 43 abgedichtet.
An dem zur Feder entgegengesetzten Ende ist im Joch 35 ein Durchlass 44 vorgesehen. Ungefähr im Be zirk des Durchlasses weist das Joch einen Teil 45 mit einem kleineren Durchmesser auf. Die Innenwandung 47 eines aus einem Material wie Faserglas bestehenden rohr- förmigen Handgriffes 46 weist einen wesentlich grösseren Durchmesser auf als die Aussenseite des Teiles 45, wo durch ein Zwischenraum gebildet wird, der mit einem Abdichtungsmittel 47' ausgefüllt ist,
das für die vor geschlagenen Betriebsfrequenzen im unteren Schallbe reich ausgezeichnete Schallwellenisolierungs- und Ab- sorbierungseigenschaften aufweist. Das Abdichtungsma terial, das hochtemperaturfest und dielektrisch fest ist, dient zum Isolieren des rohrförmigen Handgriffes 46 gegen das Joch 35, wobei zusätzlich eine Trennschulter und ein Dichtungsmittel verwendet werden, das den Ab stand 48 des Joches 35 von einer verstärkten Kante 49 des Handgriffes 46 ausfüllt.
Um zu verhindern, dass Schallwellen über diese Stelle hinaus und durch den Handgriff nach aussen vordringen, sind die niederfre quente Schallwellen absorbierenden Waffeln 50, 51 und 52 vorgesehen, die sich im Innern des Handgriffes zu sammengepresst und abgedichtet mit verschiedenem Ab stand voneinander angeordnet befinden. Die Waffeln sind in vorherbestimmten Abständen voneinander an geordnet, wobei darauf zu achten ist, dass die Entfer nung zwischen zwei Waffeln sich von der Entfernung zwischen zwei anderen Waffeln unterscheidet, ungeach tet, wie viele Waffeln verwendet werden, und dass die Entfernungen nicht gerade Vielfache oder Brüche der grössten Entfernung sind. Der Handgriff ist am Aussen ende durch eine Kappe 54 aus einem Material wie Faserglas abgeschlossen.
Von einer Klemmenplatte, die im Motorgehäuse 31 in der Mitte und ziemlich nahe an der Befestigungs stelle der Aufhängefeder 32 angebracht ist, gehen die elektrischen Leiter 55 und 56 ab. Die Leiter verlaufen daher von der Klemmenplatte aus durch das Motor gehäuse 31 und durch die Feder 32 hindurch sowie durch einen Jochabschnitt 35' nach aussen, der mit zwei kleinen Bohrungen für die Drahtleiter versehen ist und der mit Isoliermaterial abgedichtet ist.
Die Leiter ver laufen dann durch den Durchlass 44 nach aussen, in welchem Durchlass die Leiter in einem Füllmaterial 44' eingekapselt und abgedichtet ruhen, das eine sehr gute dielektrische Festigkeit aufweist und gegen die Schall wellen isoliert. Vom Durchlass 44 aus verlaufen die Lei ter durch zwei Bohrungen an einem Abdichtungsstopfen 45' aus einem Material wie Faserglas, wo auch die Boh rungen für die Leiter mit Isoliermaterial abgedichtet sind, während der Abdichtungsstopfen 45' im Jochteil 45 sitzt und den Durchlass 44 verschliesst.
Die Leiter verlaufen dann weiter nach aussen durch die die Waf- feln 50, 51 und 52 tragende Isolation nach aussen und können an eine Stromquelle angeschlossen werden.
Es kann gelegentlich erforderlich sein, die Drehzahl der rotierenden Masse bzw. die Drehzahl des Motors 30 zu ändern, zu welchem Zweck ein Regelwiderstand 60 verwendet werden kann, der mit den Leitern 55 und 56 verbunden ist. Wird die Drehzahl des Motors ver ändert, so wird auch die Frequenz der Schallenergie wellen verändert, welche Massnahme erwünscht sein kann, wenn die Schallenergiewellen für medizinische Zwecke benutzt werden.
Die rotierende Antriebskraftmasse 30 kann aus einem getriebelosen Reihenmotor bestehen, der eine Lei stung von 40 bis 70 Watt verbraucht und der mit Gleichstrom oder Wechselstrom betrieben werden kann und eine Drehzahl zwischen 3000 und 9000 U./min auf weist. Das eine Ende der Motormasse ist an einer zy lindrischen Schraubenfeder 32 gelagert, deren Tragfä higkeit und Biegsamkeit so bemessen ist, dass eine freie Bewegung der rotierenden Motormasse und die resul tierende Bewegung, die durch die Versetzung des Ex zenters 24 in bezug auf das Traglager 22 bewirkt wird, möglich ist.
Es ist ferner wichtig, dass nach der Fig. 1 der Ort des Radius der Kreiselbewegung 61 der sich drehenden Masse des Motors 30 sich an einer Stelle be findet, die in der Mitte des volumetrischen Raumes in nerhalb des kugelförmigen Gehäuses 62 gelegen ist und die ferner auf der Schnittlinie II-II liegt.
Obwohl die Kugelform des Gehäuses als die gün stigste Lösung beschrieben worden ist, so kann jedoch hiervon abgewichen werden, wobei die Rundung in nur einer Ebene vorhanden ist. Als wirksame Schallquellen können Gehäuse in verschiedenen Formen verwendet werden, wenn die Energiequelle am Gehäuse an einer einzigen Stelle befestigt wird.
Obwohl bei den Amplituden oder bei der Exzentri zität ein ziemlich grosser Bereich bestehen kann, in dem die erzeugten Schallwellen wirksam sind, so liegt doch der günstigste Bereich bei einer tragbaren Einrichtung für einen wirksamen Betrieb bei mässigem Leistungs verbrauch zwischen ungefähr 4 und 11 mm für ein Gehäuse mit einem Durchmesser von ungefähr 10 cm, wobei ein Motor mit einem Leistungsverbrauch von 40 bis 70 Watt verwendet wird.
Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfin dung wurde als die periodische Massenantriebskraft eine exzentrisch gelagerte Motormasse angeführt. Es können für diesen Zweck jedoch auch andere Mittel verwendet werden, z. B. ein Gewicht an nur einer Seite der Dreh achse und der unausgewuchtete Anker eines Motors.
Portable sound source The invention relates to a portable sound source, consisting of a holding member and a resiliently connected resonance properties having the housing including a periodically movable mass.
It has been shown that ultrasonic energy in the form of ultrasonic waves is useful for cleaning the surfaces of solid objects of grease or other contaminants which are deposited on such surfaces in the form of a thin film and even a structure of molecules. It has been found that frequencies within a range of about 23 to 40 kHz are desirable for cleaning surfaces. When a surface is cleaned from a film of dirt, there is a rapid formation and violent collapse of microscopic bubbles within the cleaning solvent of the liquid, along with an effect known as implosion.
Implosion is an effect that is created by the combination of its own reflection and cavitation, which processes occur with ultrasonic waves. The reflection energy generated on the surface in this way, which only slightly penetrates the solid material, is supported by tiny cavitation bubbles of the solvent, causing an implosion that strips the molecules of the dirt film from the solid surfaces.
This type of cleaning has been limited to the use of ultrasonic energy for several reasons. For example, the length of ultrasonic waves is much shorter than that of the waves in the lower tonal range, and their effort to reflect the wave energy from solid surfaces equals microwaves, making ultrasonic waves an important element in cleaning surfaces represent. Since the ultrasonic waves are shorter than sound waves, they penetrate the solids much less deeply and generate less cavitation in the liquid medium than sound energy with the same energy level.
Furthermore, ultrasonic waves generally have small amplitudes, which is why the resulting cavitation in the liquid is small, but is desirable for ultrasonic cleaning.
It was also found that ultrasonic energy can be generated with high amplitudes, but only with an extremely high power consumption, with undesirable effects being generated, such as damage to the material to be cleaned in the form of roughened surfaces, and extensive shielding must be provided in order to Avoid interference with radio, television and other wireless telecommunications equipment.
It has also been found that ultrasonic waves with frequencies only slightly below 20 kHz, which value is referred to as the upper limit of the audible sound waves, produce an audible sound that is unhealthy for humans and often causes a tear in the eardrum leads, so ear plugs must be used. Ultrasonic cleaning devices were therefore set up in such a way that they work safely above the lower limit of 20 kHz, and the lower operating value was set at 23 kHz in the commercial sector.
In addition, almost all such cleaning devices consisted of relatively massive and fixed facilities that required many precautionary measures.
The ultrasonic waves are inherently strong directed, and their use for cleaning purposes requires a number of energy sources per liquid container so that the surfaces to be cleaned of the solid materials are sufficiently irradiated. Furthermore, who biert the ultrasonic waves from the liquid medium and from the solid materials to be cleaned easily sub. The effectiveness of such a device is therefore considered to be very poor.
Because of these and other factors, a power of 1 kilowatt is generally required for cleaning containers with a capacity of 50-60 liters, with the energy sources being located remotely and carefully shielded to avoid interference with wireless telecommunications equipment to avoid. In addition to the risk of damage to the ear, ultrasound also has other known adverse effects on the human body.
For a long time, vibrators have been used for various other purposes such. B. as mechanical shaking devices for storage tanks and for conveying devices, as a vibrator to expel air and water from cement during the setting, as hand vibrators for massage purposes, for shaking z.
B. of grain that is conveyed through pipelines from one place to another, for compressing materials in a form, as pulse and centrifugal devices in washing machines, etc., whereby it is to be determined that in these cases a relatively small vibration mass is used is used to handle large masses at a frequency of 60 Hz or less. In the case of relatively heavy large masses, the effect consists of shaking, vibrating, generating impulses, pulsing, hurling, moving, moving, pushing <B> ETC. </B>
The differences in the generation and transmission of energy are very different from each other in the last two examples given, where the usability depends on the way in which the energy is generated and transmitted.
Sound waves in the lower sound range have longer waves than ultrasonic waves and therefore penetrate the materials immersed in the liquid to a much higher degree, and furthermore higher amplitudes are generated with low power consumption. The continued reversals of the waves with a high amplitude cause penetration and cavitation in the liquid to an exceptionally high degree as well as in the immersed materials.
The continued reversals of the high energy amplitudes at the desired frequency in the liquid and in the immersed materials alternately cause the creation and collapse of millions of bubbles in the liquid and in the immersed materials, creating an implosion effect on the immersed materials strips away all dirt and impurities.
The implosion bubbles become larger when the frequency is reduced and are therefore a function of the wavelength. For example, the size of the bubbles is 40 microns at a frequency of 20 kHz and 100 microns at a frequency of 10 kHz, so that the bubbles are hardly visible.
In the lower sound range at a frequency of 150 Hz, the size of the implosion bubbles is approximately 158 microns, so that these bubbles can be clearly seen. This shows that the implosion effect and the resulting cavitation in the liquid and in the immersed materials have a higher intensity at frequencies in the lower sound range.
It is also known that high-frequency or ultrasonic energy waves are highly reflective and are inherently incapable of penetrating deeply into immersed materials, as ultrasonic cleaning devices and microwave plumbing devices have proven. The degree of penetration is therefore a function of the shaft length.
Since sound waves travel in water at a speed of about 1400 m / see, the wavelength of ultrasonic waves at a frequency of 24,000 Hz is about 6 cm compared to a wavelength of 12 m for sound waves with a frequency of 120 Hz The sound waves in the lower frequency range therefore have a far greater penetration capacity than the waves used for comparison.
In contrast, the portable sound source of the type described in the beginning is characterized according to the invention in that the longitudinal axis of the mass is coaxial to the axis of the holding member and that the mass is on one end with the holding member and on its free, other end via a bracket with a base of the housing is connected at a point wel che on a ge through the center of the housing, lying perpendicular to the longitudinal axis of the mass and coinciding with the direction of movement of the mass plane.
The sound source according to the invention can be used as a trot ble household appliance for washing and rinsing household clothes within minutes, which are currently hand washed or dry cleaned to avoid damage that often occurs when washing with washing machines. Furthermore, many materials can be washed with the portable sound source according to the invention that are otherwise chemically cleaned or special detergents and certain washing temperatures require.
It can also be used for commercial purposes for mixing and mixing one or more chemicals in liquid form in barrels and basins and is also useful for therapeutic treatments when a deep therapy treatment with a desired degree of intensity is to be carried out in baths.
An exemplary embodiment of the subject invention is described in more detail with reference to the accompanying drawing. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of the invention, FIG. 2 shows a cross section along line 2-2 in FIG. 1, FIG. 3 shows a cross section along line 3-3 in FIGS. 1, 4 a section of a sectional drawing showing the eccentric mounting of the outer end of the drive motor,
Fig. 5 is a cross section along the line 5-5 in Fig. 1 and Fig. 6 is a schematic representation of a rule resistance.
The radiator housing with a diameter of approximately 10 cm has an infinitely small mass compared to the rotating mass inside the housing, since its wall has a thickness of only 0.8 mm or 1.6 mm, while the weight is approximately 35 or 70 grams. Because of the klei NEN mass of the radiator housing compared to the infinitely large mass of the drive force generating the body in the housing, there is only a small Ge speed reduction between the large rotating body and the supporting body.
Due to these factors, the drive force mass arrangement moves with a high energy speed, which generates an extremely effective energy output, with which sound waves can be generated and transmitted in the desired lower sound range of 50 to 150 Hz at exceptionally high energy amplitudes. Since the mass of the radiator housing is small compared to the rotating drive force mass, the sound waves emitted from the outside of the radiator housing have an extraordinarily high intensity when the radiator housing is filled with liquid.
In the appropriate parametric relationship, these factors lead to a highly effective sound energy source compared to other known sound devices, with exceptionally good cavitation and penetration of the materials taking place in the aqueous medium.
The driving force, which causes the radiator housing to vibrate at a desired frequency of preferably 50 to 100 Hertz, is generated by the bearing at one end of the motor to which a rotating eccentric is attached. The fact that the axis of rotation does not coincide with the center of the mass of the eccentric generates a force in the same way as an unbalanced car wheel, the frequency of which is proportional to the speed.
The construction of the radiator housing is periodically acted upon with a Ge speed that corresponds to the speed of the rotating mass in revolutions per second and is a consequence of the eccentric displacement of the axis of symmetry of the rotor in relation to the final storage. The alternating sinusoidal sound waves of compression and tension are radiated from the surface of the radiator housing, which is acoustically coupled to the liquid.
There is a parametric relationship between the speed of rotation, the rotating mass, the displacement of the eccentric and the sound energy driving force that is transmitted into the aqueous medium, with extensive tests within a limited frequency range of 50 to 150 Hz have shown that the amount of sound energy transferred into the liquid medium is proportional to the angular speed of the rotor mass, as is the product of the mass of the eccentric and the displacement of its center of mass relative to the axis of rotation.
The tasks affecting the efficiency and weight are mainly in the construction of the sound energy source. In order to achieve a very high level of efficiency and a large amplitude for the wave energy, a gearless rotating mass with a sufficiently high weight and the desired rotational speed was selected, since the drive force generated in this way is directly related to this.
In order to take full advantage of this relationship of driving force, the rotating mass in the spherical thin radiator housing was arranged in such a way that the resulting force is coupled to the radiator housing through a single socket and at a point such that the centrifugal radius is in the center of the spherical radiator housing.
The other main task was to refine the suspension means for the rotating mass so that the full effect of the driving force of the mass rotating at full speed is applied to the radiator housing in a single location. This was achieved in such a way that one end of the rotating mass was anchored with the aid of a cylindrical coil spring, which has the necessary rigidity and flexibility to be able to support the rotating mass. The outer end of the spring is supported and insulated from the housing, so that the energy of the driving force can be transmitted to the supporting radiator jacket at a single point.
Although other means can be seen for this purpose, the arrangement with the spring was chosen because it is an excellent economical means of reducing and isolating the energy losses that could otherwise reach the handle-carrying structure while fer ner the entire structure with the rotating mass can be pivoted in any direction without causing torsional moments that influence the angular orientation of the rotor axis with respect to the supporting structure.
It is equally important that the coupling of the base of the driving force to the radiator housing is in this and at a single point, which is located directly below the horizontal axis of the driving force and perpendicularly below the center of the radius of the gyration of the rotating mass.
The particular location was chosen so that a maximum value of energy can be transmitted to the housing and to avoid any circular effect that could lead to a loss of the energy transmitted to the housing and which could be a nuisance to a wearer of the sound rod.
It is also important that the spherical radiator housing consists of a largely smaller and non-rigid mass and of a thin-walled, rigid material such as fiberglass, which has excellent strength and insulation properties.
Since the spherical housing is not rigid and is only acted upon periodically at one point, it can be applied sinusoidally at the greatest periodic speed amplitude and in a manner in which a basic frequency is transmitted that corresponds to the basic frequency that corresponds to the speed the rotating mass is generated synchronously.
It should be noted that other known sound energy devices are inherently stiff, the supporting means for the driving force are located at several points in the radiator housing, where the deflection capacity of the radiator housing is limited by the consequence, while on the other hand sound waves at more than a point in the radiator housing he testifies, which circumstance is highly conducive to wave interference, which leads to a significant loss of the transmitted energy and effectiveness.
As explained in the previous two paragraphs, it is important that the sound energy source has an extremely simple structure. The simple construction enables the full use of the driving force of the uniform mass to generate a wave energy with unusually high amplitudes at low power, with a minimum value of Ge weight being used to advantage.
Since the rotating mass is far greater than that of the supporting radiator housing, and since the suspension means are located away from the housing and isolated, essentially all of the driving force energy is transmitted to the radiator housing, which is not rigid and is only applied at a single point , so that radiation based on a single fundamental wave pattern is possible without interference from other sources, while on the other hand the device is free from gyroscopic or centrifugal effects that would reduce the effective transmission of usable sound wave energy.
Another advantage is that the sound energy source works with a stable frequency within its working range. The structure already described leads by itself to a stabilized frequency source, as a large internal rotating mass drives the much smaller mass of the supporting radiator housing, the natural resonance frequency of which is much higher than that of the rotating force speed.
Another important feature is that this frequency stability increases the controllability of the sound energy source by remote control means.
It is also important that the sound waves are radiated from the sound energy source in all directions so that the tasks set out above can be fulfilled. It was shown that a non-rigid, thin and spherical radiator housing, if it is internally and periodically exposed in the manner described, emits sinusoidal sound waves in the form of spherical waves on the outside in direct contact with a liquid.
The radiator housing forms part of the sound energy source and surrounds it. The sound energy source according to the invention has a certain similarity to a conventional radio loudspeaker in which the oscillator drive force coil is attached to a stiff frame with a relatively large mass, the parameters of which are surrounded by a very thin-walled radiation membrane.
The armature of the coil excited by the driving force is fastened by means of a single base in the middle of the membrane in such a way that the membrane with the smaller mass is applied and bent synchronously with the oscillator coil, with the sound waves emitted which only directed with respect to the membrane and audible in the air.
The present device also generates sinusoidal sound wave energy; however, the entire drive force mass is arranged in a spherical radiator housing in order to generate a sound wave amplitude with the greatest intensity and to radiate the sound wave energy in all directions.
The choice of a spherical radiator housing was also conducive to solving other problems. Since a sphere has the largest surface area in terms of volume, a spherical body offers the possibility of operation with low power, whereby a thin-walled housing with the largest volume can be used to enclose the physical mass of the driving force, while on the other hand the Largest surface area for the transmission of high intensity sound energy waves can be used.
Since the spherical housing must be free of structural elements in order to be effective, it can be bent freely with a minimum of surface stress, since the entire surface can move freely when it is periodically loaded.
It has also been shown that the sound rod device with a spherical housing having a diameter of about 10 cm has sufficient buoyancy to keep the device floating almost submerged in a liquid, while the device is essentially weightless when used by hand .
With the present sound source, the elimination of the gyroscopic motion or the low-frequency vibrations within the desired operating frequency range, which can occur with an unsuitable sound source, is achieved. It has been shown that a spherical housing for the solution of this task is exceptionally well suited, since the center of the radius of the gyroscopic motion of the driving rotating mass can be relocated exactly in the center of the supporting spherical housing, under these conditions the Effects of the gyro conditions are only noticed when the rotating mass is almost braked.
In operation, the dynamically balanced system seeks to produce a gyroscopic effect which is desirable and which indicates that the system is stable.
Another benefit relates to security. It has been shown that reinforced fiber glass as a material for the radiator housing has the best physical properties and, as is known, also the highest values of dielectric strength. If the device is to be operated by electrical means, the entire sound rod could be made of the same material and would in itself constitute an excellent insulator. In addition, the sound source portion of the facility is independently constructed, isolated and sealed.
For safety reasons, the handle of the sound rod is constructed in the same way.
Another advantage is achieved by isolating the passage of the sound wave energy from the handle of the sound rod, whereby the sound wave energy must remain enclosed in the radiator housing of the sound source in order to achieve the highest level of efficiency and also to prevent undesired transmission to a user of the device to avoid holding the sound rod in his hand.
This was achieved in such a way that the handle is sealed against the sound energy source with a material which, in addition to excellent sealing strength and dielectric strength, also has the desired property of being able to isolate and absorb the sound wave energy in the operating frequency range.
As a further precautionary measure, the material of the handle was provided with a sharply pointed edge at the isolation point in order to limit the passage of the sound wave energy.
Furthermore, as a precautionary measure, a large number of compressed wafers made of the same sound wave material were enclosed at unequal distances from one another in order to prevent any further penetration of sound waves to the handle. The wafers absorbing the sound waves are spaced unevenly from each other so that they cancels out the sound wavelength pattern that might exist.
It has been shown that the penetration of the sound waves is effectively avoided up to the handle when the sound source is exposed to liquid, and that only a slight advance is noticeable when operating in air.
With the invention, the difficult task ge solves, a low power requirement, light, hand-operated and insulated against sound waves sound wave energy source to create with a very high efficiency, in particular in all directions directed sound waves in spherical form with high Am plitude and emits with excellent frequency stability from a thin-walled, non-rigid and fluid-loaded sound radiator,
which has an unusually small surface area and which receives the driving force from a simple and cheap, but relatively large, unitary driving force mass.
The sound energy source shown in the figures has a radiator housing 10, which consists of a base section 11 and a cover section 12. The housing has the shape of a sphere, the dividing line 13 running obliquely, as can be seen from FIGS. 1 and 2, wherein an annular part 14 which separates GE or can form part of the base portion 11 or the cover portion 12 , used to fasten the sections together.
For the radiator housing 10, a material made of reinforced glass fibers has proven to be well suited, which has an excellent dielectric strength. It is important that the material is strong and stiff and has excellent flexural strength and dielectric strength so that the thickness of the housing can be made as small as possible in order to efficiently transmit the energy and keep the mass as low as possible can.
A base 15 is provided in the base section, which is preferably manufactured in one piece with the base section. It is important that the base be midway between the right and left opposite ends of the spherical portion 62 of the housing of FIG.
It is also important that, according to FIG. 1, the base 15 is located directly vertically below the point 61, which is also the center of the radius of the gyroscopic movement of the rotational mass 30, which can consist of a motor, as shown.
A retaining bracket 16 has a mounting base 17 which is anchored to the base 15 of the housing with the aid of an epoxy resin and the screws 18. A reinforcing rib 19 extends the length of the base. As shown, the base is curved and has substantially the same radius of curvature as the inside of the radiator cavity 62 so that the drive base conforms to the inner wall as closely as possible in order to leave as much space as possible for the other equipment of the facility.
At the end of the retaining bracket 16 remote from the mounting base 17 is a bearing housing 21 with a roller bearing 22 which is provided with a cylindrical bore 23. In the zy-cylindrical bore, the stub shaft 25 of a crank-shaped member 24 is freely inserted on the center line. It is important that the outside of the stub shaft has the appropriate symmetrical curvature to be able to be inserted into the roller bearing 22, so that the stub shaft 25 is freely movable at any angle within the scope of the possibilities provided for this device.
The crank-shaped member 24 is provided with a bore 26 which is eccentrically angeord net with respect to the center line of the stub shaft 25, which bore 26 forms a means with which a motor shaft 28 can be attached to the crank-shaped member 24 BEFE. In this arrangement, the axis of rotation of the rotating drive force mass or the Mo sector 30 does not coincide with the center line of the cylindrical Boh tion of the bearing roller bearing 22. In a relatively small device with a radiator housing whose diameter is approximately 10 cm, the eccentricity can be between 4.7 and 5.5 mm.
At the end of the housing of the motor 30 opposite the bearing housing 21, the motor shaft ends in its own motor bearing, and inside the motor housing 31 a motor suspension in the form of a helical spring 32 is attached.
The base section 11 has a yoke 35 which is manufactured in one piece with it and which is provided with a bore 36 which extends outward and is designed to be cylindrical inward. A cylindrical portion 38 located within the spring 32 is provided with a flange 39 which is below the innermost turn of the spring. A wedge 40 inserted into a wedge groove 41 is pressed against the assembly spring 32 and anchors it at the point of use in the bore 36 with the aid of a locking screw 42. After the spring has been inserted, the screw holder is sealed by a plug 43.
A passage 44 is provided in the yoke 35 at the end opposite the spring. Approximately in the area of the passage Be, the yoke has a part 45 with a smaller diameter. The inner wall 47 of a tubular handle 46 made of a material such as fiber glass has a significantly larger diameter than the outer side of the part 45, where an intermediate space is formed which is filled with a sealing agent 47 ',
which has excellent sound wave insulation and absorption properties for the proposed operating frequencies in the lower sound range. The sealing material, which is resistant to high temperatures and dielectric strength, is used to isolate the tubular handle 46 from the yoke 35, with a separating shoulder and a sealant being used, which stands from 48 of the yoke 35 from a reinforced edge 49 of the handle 46 fills .
In order to prevent sound waves from penetrating beyond this point and through the handle to the outside, the low frequency sound waves absorbing wafers 50, 51 and 52 are provided, which are located inside the handle to be compressed and sealed with different distance from each other. The waffles are arranged at predetermined distances from one another, whereby it must be ensured that the distance between two waffles differs from the distance between two other waffles, regardless of how many waffles are used, and that the distances are not exactly multiples or Are fractions of the greatest distance. The handle is closed at the outer end by a cap 54 made of a material such as fiberglass.
From a terminal plate which is mounted in the motor housing 31 in the middle and fairly close to the attachment point of the suspension spring 32, the electrical conductors 55 and 56 go off. The conductors therefore run from the terminal plate through the motor housing 31 and through the spring 32 and through a yoke portion 35 'to the outside, which is provided with two small holes for the wire conductors and which is sealed with insulating material.
The conductors then run through the passage 44 to the outside, in which passage the conductors rest encapsulated and sealed in a filler material 44 'which has very good dielectric strength and insulates against sound waves. From the passage 44, the Lei ter run through two holes in a sealing plug 45 'made of a material such as fiberglass, where the bores for the conductors are sealed with insulating material, while the sealing plug 45' sits in the yoke part 45 and closes the passage 44.
The conductors then continue to the outside through the insulation supporting the wafers 50, 51 and 52 and can be connected to a power source.
It may occasionally be necessary to change the speed of the rotating mass or the speed of the motor 30, for which purpose a variable resistor 60 connected to the conductors 55 and 56 can be used. If the speed of the motor changes, the frequency of the sound energy waves is also changed, which measure may be desirable if the sound energy waves are used for medical purposes.
The rotating drive force mass 30 can consist of a gearless in-line motor which consumes a power of 40 to 70 watts and which can be operated with direct current or alternating current and has a speed between 3000 and 9000 U./min. One end of the motor mass is mounted on a cylindrical helical spring 32, the load capacity and flexibility of which is dimensioned so that free movement of the rotating motor mass and the resulting movement caused by the displacement of the eccentric 24 with respect to the support bearing 22 caused is possible.
It is also important that, according to FIG. 1, the location of the radius of the circular movement 61 of the rotating mass of the motor 30 is located at a point which is located in the middle of the volumetric space inside the spherical housing 62 and which is also lies on the section line II-II.
Although the spherical shape of the housing has been described as the most favorable solution, it can, however, be deviated from, the rounding being present in only one plane. Housings in various forms can be used as effective sound sources if the energy source is attached to the housing in a single location.
Although the amplitudes or eccentricities can have a fairly large range in which the sound waves generated are effective, the most favorable range for a portable device for effective operation with moderate power consumption is between approximately 4 and 11 mm for a Housing approximately 10 cm in diameter, using a motor with a power consumption of 40 to 70 watts.
In the described embodiment of the inven tion, an eccentrically mounted motor mass was cited as the periodic mass drive force. However, other means can be used for this purpose, e.g. B. a weight on only one side of the axis of rotation and the unbalanced armature of a motor.