DE102015105430A1 - Converter device, converter device, sonar and watercraft - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wandlereinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, welche einen Wandlerträger und einen akustischen Absorber aufweist, wobei an dem Wandlerträger ein akustisches Wandlerelement angeordnet ist und in einer Schalldruckrichtung hintereinander zuerst der Wandlerträger und dahinter der akustische Absorber angeordnet sind, wobei der Wandlerträger elastisch ausgestaltet ist, sodass der elastische Wandlerträger mechanisch schwingfähig ist und vom akustischen Absorber im Wesentlichen entkoppelt ist, sodass der akustische Absorber bei einem Auftreffen einer Schockschalldruckwelle auf die Wandlereinrichtung intakt bleibt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wandlervorrichtung aus zwei oder mehr Wandlereinrichtungen, ein Sonar und ein Wasserfahrzeug.The invention relates to a transducer device for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals, which has a transducer carrier and an acoustic absorber, wherein on the transducer carrier an acoustic transducer element is arranged and in a sound pressure direction behind each other first the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged the transducer carrier is designed to be elastic, so that the elastic transducer carrier is mechanically oscillatable and is substantially decoupled from the acoustic absorber, so that the acoustic absorber remains intact when a shock-sound pressure wave impinges on the transducer device. Furthermore, the invention relates to a converter device comprising two or more converter devices, a sonar and a watercraft.

Figure DE102015105430A1_0001
Figure DE102015105430A1_0001

Description

Die Erfindung betrifft eine Wandlereinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, welche einen Wandlerträger und einen akustischen Absorber aufweist, wobei an dem Wandlerträger ein akustisches Wandlerelement angeordnet ist und in einer Schalldruckrichtung hintereinander zuerst der Wandlerträger und dahinter der akustische Absorber angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wandlervorrichtung, ein Sonar sowie ein Wasserfahrzeug.The invention relates to a transducer device for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals, which has a transducer carrier and an acoustic absorber, wherein on the transducer carrier an acoustic transducer element is arranged and in a sound pressure direction behind each other first the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged. Furthermore, the invention relates to a converter device, a sonar and a watercraft.

Nach dem Stand der Technik werden Wandler zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen steif, insbesondere biege- und/oder torsionssteif, ausgelegt. Hierzu wird zum Beispiel in Schalldruckrichtung vor und hinter dem Wandlerelement eine verbundene Stahlplatte angeordnet und/oder das Wandlerelement fest eingebaut.According to the prior art converters for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals are stiff, in particular flexurally and / or torsionally stiff, designed. For this purpose, in front of and behind the transducer element, for example, a connected steel plate is arranged in the direction of the sound pressure and / or the transducer element is permanently installed.

Dies hat den Nachteil, dass beim Auftreffen einer Schalldruckwelle der Wandler aufgrund seiner Steifigkeit den Druck direkt auf den dahintergelegenen akustischen Absorber überträgt.This has the disadvantage that upon impact of a sound pressure wave, the transducer, due to its rigidity, transmits the pressure directly to the acoustic absorber located behind it.

Das akustische Absorbermaterial ist üblicherweise stark (über)druckempfindlich, da es ja gerade die Aufgabe des Absorbers ist, den Schall zu „schlucken“. Da am Absorbermaterial keine oder nur sehr geringe Rückreflexion auftritt, wird es bei starkem Druck, wie zum Beispiel bei einer Schockschalldruckwelle aufgrund einer naheliegenden Explosion, zerstört.The acoustic absorber material is usually strong (over) pressure sensitive, since it is precisely the task of the absorber to "swallow" the sound. Since no or very little back reflection occurs at the absorber material, it is destroyed under heavy pressure, such as a shockwave due to an obvious explosion.

Zum Ersatz des zerstörten Absorbers entstehen hohe Material- und Wartungskosten.To replace the destroyed absorber high material and maintenance costs.

Zudem müssen Unterwasserfahrzeuge zunächst erst geborgen und dann in eine Werft gebracht werden, um die notwendigen Reparaturen durchführen zu können.In addition, underwater vehicles must first be salvaged and then brought to a shipyard to carry out the necessary repairs.

Da der akustische Absorber hinter der Wandlereinrichtung angeordnet ist, muss erst aufwendig die Wandlereinrichtung demontiert und anschließend der akustische Absorber ausgetauscht werden.Since the acoustic absorber is arranged behind the transducer device, the transducer device must first be disassembled and then the acoustic absorber exchanged.

Insbesondere nachteilig ist es bei einer Wandlereinrichtung nach dem Stand der Technik, dass bei Schädigung durch eine Schockschalldruckwelle sämtliche Sonare an Bord ausfallen können oder in ihrer Funktionsweise eingeschränkt sind. Dadurch kann die Navigation eingeschränkt sein, sodass eine Gefährdung insbesondere bei bemannten Unterwasserfahrzeugen auftreten kann. Dies kann zum Verlust des gesamten Unterwasserfahrzeuges führen.In particular, it is disadvantageous in a converter device according to the prior art that, if damaged by a shock-sound pressure wave, all sonars on board can fail or are restricted in their mode of operation. As a result, the navigation can be restricted, so that a danger can occur especially in manned underwater vehicles. This can lead to the loss of the entire underwater vehicle.

Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the prior art.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Wandlereinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, welche einen Wandlerträger und einen akustischen Absorber aufweist, wobei an dem Wandlerträger ein akustisches Wandlerelement angeordnet ist und in einer Schalldruckrichtung hintereinander zuerst der Wandlerträger und dahinter der akustische Absorber angeordnet sind, wobei der Wandlerträger elastisch ausgestaltet ist, sodass der elastische Wandlerträger mechanisch schwingfähig ist und vom akustischen Absorber im Wesentlichen entkoppelt ist, sodass der akustische Absorber bei einem Auftreffen einer Schockschalldruckwelle auf die Wandlereinrichtung intakt bleibt.The object is achieved by a transducer device for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals, which has a transducer carrier and an acoustic absorber, wherein on the transducer carrier an acoustic transducer element is arranged and in a sound pressure direction behind each other first the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged wherein the transducer carrier is configured to be resilient such that the transducer transducer is mechanically oscillatable and substantially decoupled from the acoustic absorber so that the acoustic absorber remains intact upon impact of a shock wave pressure wave on the transducer means.

Das Intaktbleiben des akustischen Absorbers hat den Vorteil, dass dieser eine viel längere Nutzungsdauer gegenüber dem Stand der Technik hat. Zudem kann so beispielsweise ein Bugsonar bereitgestellt werden, welches einen „Blick“ vor dem Schiff ermöglicht und auch bei beispielsweise einer nahegelegenen Minenexplosion einsatzfähig bleibt.The keeping intact of the acoustic absorber has the advantage that it has a much longer service life compared to the prior art. In addition, for example, a Bugsonar can be provided, which allows a "view" in front of the ship and also remains operational in, for example, a nearby mine explosion.

Insbesondere wird dadurch verhindert, dass der akustische Absorber unvorhergesehen und plötzlich durch eine Schockschalldruckwelle zerstört oder funktionseingeschränkt wird und das Senden und Empfangen von akustischen Unterwassersignalen des Unterwasserfahrzeugs mittels der Wandlereinrichtung nicht mehr möglich ist.In particular, this prevents the acoustic absorber from being unexpectedly and suddenly destroyed or functionally restricted by a shock-sound pressure wave and the transmission and reception of underwater vehicle acoustic signals by means of the converter device no longer being possible.

Des Weiteren wird verhindert, dass die Navigation des Unterwasserfahrzeuges und das Erkennen von Gefahren für das Unterwasserfahrzeug beeinträchtigt sind.Furthermore, it prevents the navigation of the underwater vehicle and the detection of dangers for the underwater vehicle are impaired.

Zudem sind durch die längere Nutzungsdauer des akustischen Absorbers gegenüber dem Stand der Technik die Material-, Wartungs- und Montagekosten geringer.In addition, the material, maintenance and installation costs are lower due to the longer service life of the acoustic absorber over the prior art.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass entgegen dem Stand der Technik das akustische Wandlerelement nicht steif ausgelegt wird, sondern dass das akustische Wandlerelement an einem elastischen Wandlerträger angeordnet ist, welcher mechanisch schwingfähig ist. Durch die mechanische Schwingfähigkeit des Wandlerträgers und die Entkopplung zum dahinterliegenden akustischen Absorber wird verhindert, dass der akustische Absorber beim Auftreffen einer Schockschalldruckwelle zerstört wird.An essential idea of the invention is based on that contrary to the prior art, the acoustic transducer element is not designed stiff, but that the acoustic transducer element is disposed on an elastic transducer carrier, which is mechanically oscillatable. Due to the mechanical vibration capability of the transducer carrier and the decoupling to the underlying acoustic absorber prevents the acoustic absorber is destroyed when hitting a shock pressure wave.

Grundsätzlich wird das Verringern der Schockschalldruckwelle dadurch realisiert, dass ein Teil des Schockschalldrucks in eine mechanische Schwingung des Wandlerträgers oder weiterer mechanischer Bauteile überführt wird.Basically, the reduction of the shock-sound pressure wave is realized in that a part of the shock sound pressure in a mechanical Oscillation of the transducer carrier or other mechanical components is transferred.

Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Eine „Wandlereinrichtung“ ist insbesondere eine Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, wie sie beim Verwenden von aktiven und passiven Sonaren verwendet wird. Die Wandlereinrichtung empfängt Unterwasserschallsignale und wandelt diese in ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung um und/oder wandelt ein elektrisches Signal in ein akustisches Signal um, welches ausgesandt wird.
The following concept is explained:
A "transducer device" is in particular a device for transmitting and / or receiving underwater acoustic signals, as used in the use of active and passive sonars. The transducer device receives underwater sound signals and converts them into an electrical signal for further processing and / or converts an electrical signal into an acoustic signal which is transmitted.

Ein „akustisches Wandlerelement“ ist insbesondere ein Schallwandler oder ein Hydrofon, der oder das akustische Signale als Schallwechseldrücke in elektrische Spannungen umwandelt oder umgekehrt elektrische Signale in akustische Signale umwandelt. Beispielsweise werden Hydrofone Unterwasser eingesetzt, um dort Wasserschallgeräusche aufzunehmen. Hierbei wandelt ein Hydrofon den Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechende elektrische Größe. Insbesondere im Ultraschallbereich unter Wasser werden heutzutage als akustisches Wandlerelement Piezo-Wandler eingesetzt. Das Piezoelement erzeugt bei Einwirken eines mechanischen Drucks eine elektrische Spannung oder führt bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung aus. Bei industriell hergestellten Piezoelementen handelt es sich häufig um piezoelektrische Keramiken. Es sind jedoch auch Piezoelemente aus Kunststoff bekannt, insbesondere wird Polyvinylidenfluorid (PVDF) in Hydrofonen eingesetzt.An "acoustic transducer element" is in particular a sound transducer or a hydrophone, which converts the acoustic signals as acoustic pressure into electrical voltages or conversely converts electrical signals into acoustic signals. For example, hydrophones are used underwater to absorb waterborne noise. Here, a hydrophone converts the water sound into an electrical variable corresponding to the sound pressure. Especially in the ultrasonic range under water nowadays piezoelectric transducers are used as the acoustic transducer element. The piezoelectric element generates an electrical voltage upon the action of a mechanical pressure or performs a mechanical movement upon application of an electrical voltage. Industrially produced piezoelectric elements are often piezoelectric ceramics. However, piezoelectric elements made of plastic are also known, in particular polyvinylidene fluoride (PVDF) is used in hydrophones.

Bei Auftreffen des Schalldrucks wird die piezoelektrische Keramik elastisch verformt, wobei eine Änderung der elektrischen Polarisation und somit ein Auftreten einer elektrischen Spannung am keramischen Festkörper erfolgt. Umgekehrt verformt sich das keramische Piezoelement bei Anlegen einer elektrischen Spannung und gibt einen mechanischen Druck ab.Upon impact of the sound pressure, the piezoelectric ceramic is elastically deformed, wherein a change in the electrical polarization and thus an occurrence of an electrical voltage on the ceramic solid takes place. Conversely, the ceramic piezoelectric element deforms upon application of an electrical voltage and gives off a mechanical pressure.

Ein „Wandlerträger“ steht insbesondere in Verbindung zu dem akustischen Wandlerelement und trägt und/oder umschließt zumindest teilweise das akustische Wandlerelement. Der Wandlerträger ist in Schalldruckrichtung hinter und/oder neben dem akustischen Wandlerelement angeordnet. Der Wandlerträger ist insbesondere elastisch ausgestaltet.A "transducer carrier" is in particular connected to the acoustic transducer element and at least partially surrounds and / or surrounds the acoustic transducer element. The transducer carrier is arranged behind the sound pressure direction and / or next to the acoustic transducer element. The transducer carrier is designed in particular elastically.

„Elastisch“ in diesem Sinne bedeutet insbesondere, dass der Wandlerträger sich bei einwirkendem Druck biegt, sodass dieser eine andere Form als vor der Druckeinwirkung einnimmt. Diese Verformung ist im Wesentlichen reversibel und nach Ende der einwirkenden Kraft nimmt der Wandlerträger wieder seine ursprüngliche Form ein. Mithin wird Schalldruck in eine mechanische Verformung überführt."Elastic" in this sense means in particular that the transducer carrier bends under pressure, so that it takes a different shape than before the pressure. This deformation is essentially reversible and after the end of the applied force, the transducer carrier returns to its original shape. Consequently, sound pressure is converted into a mechanical deformation.

Als „Schalldruck“ werden die Druckschwankungen eines kompressiblen Schallübertragungsmediums (wie Luft oder Wasser) bezeichnet, die bei der Ausbreitung von Schall auftreten. Der Schalldruck ist insbesondere der Wechseldruck, der den statischen Druck des umgebenden Mediums überlagert ist."Sound pressure" refers to the pressure fluctuations of a compressible sound transmission medium (such as air or water) that occur when sound propagates. The sound pressure is in particular the alternating pressure, which is superimposed on the static pressure of the surrounding medium.

Unter „Schalldruckrichtung“ wird vorliegend die Richtung verstanden, aus der der Schalldruck mit der höchsten Intensität auf die Wandlereinrichtung auftrifft.In the present case, the term "sound pressure direction" is understood to mean the direction from which the sound pressure with the highest intensity impinges on the transducer device.

Eine „Schockschalldruckwelle“ ist insbesondere eine Schalldruckwelle, die sehr plötzlich (sprunghaft) und/oder mit sehr hoher Amplitude auftritt. Eine Schockschalldruckwelle liegt insbesondere vor, wenn der Schalldruck größer ist als der Umgebungsdruck. Eine Schockschalldruckwelle kann jedoch auch vorliegen, wenn eine Schalldruckwelle mit niedriger Intensität in unmittelbarer Entfernung zu einer Wandlereinrichtung auftritt. Beispielsweise kann eine derartige Schockschalldruckwelle durch eine Explosion einer Unterwassermine in einer Entfernung von 100m vom Wandlerträger initiiert werden.A "shock-sound pressure wave" is in particular a sound pressure wave that occurs very suddenly (erratic) and / or with a very high amplitude. A shock-sound pressure wave is present in particular when the sound pressure is greater than the ambient pressure. However, a shock wave pressure wave may also be present when a low intensity sound pressure wave occurs in close proximity to a transducer device. For example, such a blast sound pressure wave may be initiated by an underwater mine explosion at a distance of 100 m from the transducer carrier.

Ein „akustischer Absorber“ vermindert die Schallenergie insbesondere durch Umwandlung in thermische Energie. Neben der Umwandlung in Wärme können aber auch andere Arten der Aufnahme der Schallenergie auftreten. Wird der einfallende Schall komplett absorbiert, so findet keine Reflexion mehr statt. Bei Absorbern kann es sich um poröse Schallschluckstoffe handeln, welche in den Poren den kinetischen Anteil der Schallenergie durch Reibung in Wärmeenergie umwandelt und somit die Schallenergie verringert. Zum Beispiel ist der Einsatz von mineralischen Fasern in Absorbern bekannt. Für die Absorption von Ultraschall wird insbesondere ein Absorber auf Polyurethanbasis eingesetzt.An "acoustic absorber" reduces the sound energy, in particular by converting it into thermal energy. In addition to the conversion into heat but also other ways of recording the sound energy can occur. If the incident sound is completely absorbed, no reflection takes place. Absorbers may be porous sound-absorbing substances which convert the kinetic component of the sound energy into heat energy in the pores by friction and thus reduce the sound energy. For example, the use of mineral fibers in absorbers is known. For the absorption of ultrasound, in particular a polyurethane-based absorber is used.

Unter „Entkoppeln“ wird insbesondere verstanden, dass keine oder nur sehr geringe durch den Schalldruck verursachte Wechselwirkung zwischen dem Wandlerträger und dem akustischen Absorber auftreten. Auch kann eine Entkopplung räumlich und/oder durch Lagerung und/oder Verbindung so ausgeführt werden, dass die Schwingungen des Wandlerträgers nicht oder nur im geringen Maße auf dem akustischen Absorber übertragen werden.By "decoupling" is meant, in particular, that no or only very small caused by the sound pressure interaction between the transducer carrier and the acoustic absorber occur. Also, a decoupling spatially and / or by storage and / or connection can be carried out so that the vibrations of the transducer carrier are not transmitted or only to a small extent on the acoustic absorber.

In einer weiteren Ausführungsform der Wandlereinrichtung sind an dem Wandlerträger mehrere akustische Wandlerelemente angeordnet.In a further embodiment of the converter device a plurality of acoustic transducer elements are arranged on the transducer carrier.

Durch die Anordnung von mehreren akustischen Wandlerelementen an dem Wandlerträger kann die Wandlereinrichtung platzsparend ausgeführt werden. Des Weiteren wird Material gespart, in dem nicht jedes einzelne Wandlerelement von einem einzelnen Wandlerträger getragen wird.By arranging a plurality of acoustic transducer elements on the transducer carrier, the transducer device can save space be executed. Furthermore, material is saved in which not every single transducer element is supported by a single transducer carrier.

Insbesondere kann durch die Verwendung von mehreren Wandlerelementen eine höhere Ortsauflösung erreicht und dadurch die Navigation verbessert werden.In particular, a higher spatial resolution can be achieved by the use of a plurality of transducer elements and thus the navigation can be improved.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Wandlerträger ein Wandlerträgerlager oder mehrere Wandlerträgerlager auf, sodass der Wandlerträger mechanisch schwingfähig durch dieses oder diese gelagert ist.In a further embodiment, the transducer carrier has a transducer carrier bearing or a plurality of transducer carrier bearings, so that the transducer carrier is supported by this or this mechanically oscillatable.

Unter einem „Wandlerträgerlager“ wird insbesondere ein Bauteil verstanden, dass die Last des Wandlerträgers aufnimmt und gegebenenfalls weiter überträgt. Hierbei kann es sich um ein allseits festes und damit nicht verschiebbares Lager handeln oder um ein bewegliches Lager. Zum Beispiel kann es sich bei dem Wandlerträgerlager in einfacher Weise um eine Stütze handeln, welche als vertikales Bauteil die Last hauptsächlich in Richtung seiner Längsachse aufnimmt und weiterleitet. Das Wandlerträgerlager kann auch so ausgeführt sein, dass es sowohl mit dem Wandlerträger als auch mit dem akustischen Absorber in Verbindung steht.A "transducer carrier" is in particular a component understood that receives the load of the transducer carrier and optionally further transmits. This can be a solid and therefore non-displaceable bearing on all sides or a movable bearing. For example, the transducer carrier bearing may simply be a support which as a vertical component receives and transmits the load primarily in the direction of its longitudinal axis. The transducer carrier bearing may also be configured to communicate with both the transducer carrier and the acoustic absorber.

Durch die Lagerung mit einem oder mehreren Wandlerträgerlager kann der elastische Wandlerträger bei Einwirken eines Drucks, insbesondere Schockdrucks, sich nicht nur verbiegen sondern auch schwingen.By storing with one or more transducer carrier bearing, the elastic transducer carrier can not only bend but also swing when exposed to a pressure, in particular shock pressure.

Durch das Schwingen wird insbesondere der Schockschalldruck gedämpft oder in mechanische Schwingung umgewandelt und nur teilweise vom Wandlerträgerlager weitergeleitet. Grundsätzlich wird die am akustischen Absorber anliegende Schallintensität verringert.Due to the vibration, in particular the shock sound pressure is attenuated or converted into mechanical vibration and only partially forwarded from the transducer carrier bearing. Basically, the sound intensity applied to the acoustic absorber is reduced.

Damit der Wandlerträger bei im Wesentlichen mittiger Lagerung an den äußeren Rändern oder auf der der gelagerten Seite entgegengesetzten Seite mechanisch schwingfähig ist, kann die Wandlereinrichtung so ausgeführt sein, dass eines der Wandlerträgerlager im Wesentlichen mittig oder an einer Position bis an den äußeren Rand des Wandlerträgerlagers angeordnet ist.In order for the transducer carrier to be able to vibrate mechanically when the bearing is substantially centrally located on the outer edges or on the side opposite the mounted side, the transducer device can be designed such that one of the transducer carrier bearings is arranged substantially centrally or at a position up to the outer edge of the transducer carrier bearing is.

Durch die Positionierung eines Wandlerträgerlagers kann die Schwingung gezielt ermöglicht werden, zum Beispiel an den äußeren Rändern oder in der Mitte des Wandlerträgers.By positioning a transducer carrier bearing, the vibration can be specifically made possible, for example, at the outer edges or in the middle of the transducer carrier.

Somit kann je nach konstruktiver Ausführung der Wandlereinrichtung die höchste Schwingungsamplitude dort vorgesehen werden, wo am meisten Platz für die Schwingungsauslenkung besteht.Thus, depending on the structural design of the transducer device, the highest vibration amplitude can be provided where most of the space for the vibration deflection exists.

In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Wandlerträgerlager im Wesentlichen mittig oder jeweils an den entgegengesetzten äußeren Rändern des Wandlerträgerlagers angeordnet, sodass der Wandlerträger an den äußeren Rändern oder in der Mitte mechanisch schwingfähig ist.In a further embodiment, two transducer carrier bearings are arranged substantially centrally or respectively at the opposite outer edges of the transducer carrier bearing so that the transducer carrier is mechanically oscillatable at the outer edges or in the middle.

Indem zwei Wandlerträgerlager im Wesentlichen mittig angeordnet werden, wird die Lastaufnahme in der Mitte verstärkt und der Wandlerträger ist an den beiden entgegengesetzten äußeren Rändern stärker mechanisch schwingfähig.By placing two transducer carrier bearings substantially centrally, the load bearing in the middle is reinforced and the transducer carrier is more mechanically vibratable at the two opposite outer edges.

Dadurch, dass jeweils ein Wandlerträgerlager an den entgegengesetzten beiden äußeren Rändern des Wandlerträgers angeordnet ist, ist die Mitte des Wandlerträgers schwingfähig. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die höchste Schalldruckintensität auf die Mitte der Wandlereinrichtung auftrifft, wie dies zum Beispiel bei einem Bugsonar zu erwarten ist.Characterized in that a respective transducer carrier bearing is arranged at the opposite two outer edges of the transducer carrier, the center of the transducer carrier is oscillatable. This is particularly advantageous when the highest sound pressure intensity impinges on the center of the transducer device, as is to be expected for example in a Bugsonar.

Um Informations- oder sonstige Signale zu den Wandlerelementen zu leiten, können die Wandlerträgerlager durch einen Führungsspalt zueinander beabstandet sein.To direct information or other signals to the transducer elements, the transducer carrier bearings may be spaced apart by a guide gap.

Dies hat den Vorteil, dass zum einen durch den Führungsspalt ein Kabel oder mehrere Kabel zur Stromversorgung der Wandlerelemente angeordnet werden können. Zum anderen verbessert dies insbesondere die Schwingfähigkeit der Wandlerträgerlager selbst, da dadurch beispielsweise eine Doppellagerung realisierbar ist.This has the advantage that, on the one hand, a cable or a plurality of cables for supplying power to the transducer elements can be arranged through the guide gap. On the other hand, this improves in particular the ability to vibrate the transducer carrier bearing itself, since this example, a double bearing is feasible.

Unter einem „Führungsspalt“ wird insbesondere ein Raum zwischen zwei Wandlerträgerlagern verstanden, welcher nicht mit Wandlerträgermaterial ausgefüllt ist und durch welchen beispielsweise Kabel frei geführt werden können.A "guide gap" is understood in particular to mean a space between two transducer carrier bearings, which is not filled with transducer carrier material and through which, for example, cables can be guided freely.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Wandlerträger über das Wandlerträgerlager oder die Wandlerträgerlager mit einem Schwingträger mechanisch verbunden, sodass insbesondere die Wandlereinrichtung mindestens doppelt mechanisch schwingfähig ausgeführt ist.In a further embodiment, the transducer carrier is mechanically connected via the transducer carrier bearing or the transducer carrier bearing with a vibrating carrier, so that in particular the transducer device is at least twice performed mechanically vibratory.

Ein „Schwingträger“ ist insbesondere ein Träger der mechanische Schwingungen aufnehmen, selbst mechanisch schwingen kann und dadurch die Intensität des Schockschalldrucks weiter reduziert.A "vibrating carrier" is in particular a carrier that absorbs mechanical vibrations, can itself vibrate mechanically and thereby further reduces the intensity of the shock-sound pressure.

Die doppelt mechanisch schwingfähige Ausführung der Wandlereinrichtung gibt insbesondere den Vorteil, dass der nachgelagerte Absorber besser vom Wandlerträger entkoppelt ist.The double mechanical oscillating design of the transducer device gives the particular advantage that the downstream absorber is better decoupled from the transducer carrier.

Zudem wird durch die bessere mechanische Schwingfähigkeit im Vergleich zur einfachen schwingfähigen Ausführung mehr Schallenergie gedämpft.In addition, the better mechanical vibration capability compared to the simple vibratory design more sound energy attenuated.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wandlerträger nicht nur elastisch sondern bereits selbst schwingfähig ist, insbesondere wenn der Wandlerträger auch quer zur Schalldruckrichtung schwingen kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, da der Schalldruck sich nicht nur in Schalldruckrichtung sondern auch quer zur Schalldruckrichtung ausbreitet.It is particularly advantageous if the transducer carrier is not only resilient but is itself capable of vibrating itself, in particular if the transducer carrier can also oscillate transversely to the direction of the sound pressure. This is particularly advantageous since the sound pressure propagates not only in the sound pressure direction but also transversely to the sound pressure direction.

Somit ist es vorteilhaft, wenn sowohl der Wandlerträger als auch das Wandlerträgerlager und der Schwingträger elastisch schwingfähig sind, sodass ein mindestens doppelt oder sogar dreifach schwingfähiges System besteht.Thus, it is advantageous if both the transducer carrier and the transducer carrier bearing and the vibrating carrier are elastically oscillatable, so that there is a system capable of oscillating at least twice or even three times.

Vorteilhaft kann die Wandlereinrichtung so ausgeführt sein, dass in der Schalldruckrichtung der Schwingträger schwingfähig vor dem akustischen Absorber gelagert ist und/oder auf einer schwingfähigen Platte befestigt ist.Advantageously, the transducer device can be designed so that in the sound pressure direction of the vibrating carrier is mounted vibrationally in front of the acoustic absorber and / or mounted on a vibratory plate.

Durch die schwingfähige Lagerung des Schwingträgers erfolgt insbesondere eine weitere Dämpfung des Schalldrucks, sodass der akustische Absorber nachfolgend intakt bleibt.Due to the oscillatory mounting of the oscillating carrier, in particular a further damping of the sound pressure takes place, so that the acoustic absorber remains intact subsequently.

Insbesondere ist es von Vorteil, wenn dadurch der akustische Absorber im Wesentlichen nicht komprimiert wird. Unter einem „nicht komprimieren“ wird insbesondere eine Volumenänderung kleiner 3%, besonders bevorzugt kleiner 1,5% oder kleiner 1%, eines Normalvolumens des akustischen Absorbers verstanden.In particular, it is advantageous if, as a result, the acoustic absorber is essentially not compressed. A "non-compressing" is understood in particular to mean a volume change of less than 3%, particularly preferably less than 1.5% or less than 1%, of a normal volume of the acoustic absorber.

Um die Schalldämpfung zu verbessern, kann der Schwingträger auf einer schwingfähigen Platte befestigt sein. Insbesondere wenn der Schwingträger so auf der Platte befestigt ist, dass er zwischen Schlitzen in der Platte befestigt und nachfolgend ein Luftpolster angeordnet ist, wird nach dem Federmasseprinzip dadurch eine gute schalldämpfende Wirkung erreicht.In order to improve the sound attenuation, the vibrating carrier can be mounted on a swingable plate. In particular, when the vibrating support is mounted on the plate so that it is mounted between slots in the plate and subsequently an air cushion is arranged, a good sound-damping effect is achieved by the spring mass principle.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Wandlereinrichtung so ausgeführt, dass die Wandlereinrichtung weitere Wandlerträger und/oder weitere Wandlerträgerlager und/oder weitere Schwingträger aufweist.In a further embodiment, the converter device is designed such that the converter device has further converter carriers and / or further converter carrier bearings and / or further oscillating carriers.

Dadurch kann die Schwingfähigkeit der Wandlereinrichtung der Druckempfindlichkeit des akustischen Absorbers angepasst werden.As a result, the oscillation capability of the converter device can be adapted to the pressure sensitivity of the acoustic absorber.

Zudem kann die Wandlereinrichtung so ausgeführt werden, dass sie zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen optimal genutzt werden kann.In addition, the converter device can be designed so that it can be used optimally for transmitting and / or receiving acoustic underwater signals.

Um die Stabilität der Wandlereinrichtung zu erhöhen, können in Schalldruckrichtung nach dem Wandlerträger eine erste Verfüllmasse und/oder ein weiterer akustischer Absorber vorgesehen sein, welche zumindest teilweise zwischen dem Wandlerträger und dem Schwingträger angeordnet sind.In order to increase the stability of the converter device, a first filling compound and / or a further acoustic absorber can be provided in the direction of the sound pressure downstream of the converter carrier, which are arranged at least partially between the converter carrier and the oscillating carrier.

Unter einer „Verfüllmasse“ wird insbesondere eine Masse zum Verfüllen des Raumes nach dem Wandlerträger verstanden. Hierbei kann es sich um eine Kunststoffmasse und/oder Kork und/oder einem anderen Verfüllmaterial handeln. Als Kunststoff kann insbesondere weiches [An den Erfinder: Was genau charakterisiert „weich“?] Polyurethan und Polyoxymethylen eingesetzt werden.A "filling compound" is understood in particular to mean a mass for filling the space downstream of the transducer carrier. This may be a plastic compound and / or cork and / or another backfill material. In particular soft [to the inventor: what exactly characterizes "soft"?) Polyurethane and polyoxymethylene can be used as plastic.

Die Verwendung einer Verfüllmasse ist vorteilhaft, da diese zum einen die Bauteile verkleben kann, wodurch diese Stabilität bietet. Zum anderen kann die Verfüllmasse elastisch und dadurch dämpfend wirken. Zudem verhindert die Verfüllmasse, dass Meerwasser in die Wandlereinrichtung eindringt und insbesondere korrosive Schäden verursacht.The use of a filling compound is advantageous because it can on the one hand adhere the components, which provides stability. On the other hand, the filling compound can be elastic and thus dampening. In addition, the filling mass prevents seawater from penetrating into the transducer device and in particular causing corrosive damage.

Für den Fall, dass der ersten Verfüllmasse ein weiterer akustischer Absorber folgt, kann insbesondere die Verfüllmasse den Wandlerträger mit dem akustischen Absorber „verkleben“.In the event that the first filling compound is followed by another acoustic absorber, in particular the filling compound can "glue" the transducer carrier to the acoustic absorber.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Verfüllmasse weicher oder entsprechend komprimierbarer ist als das Material des Absorbers.It is particularly advantageous if the filling compound is softer or correspondingly more compressible than the material of the absorber.

Die Anordnung eines weiteren akustischen Absorbers zwischen den Wandlerträger und dem Schwingträger hat den Vorteil, dass hier zusätzlich Schall durch den weiteren akustischen Absorber geschluckt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Schalldruck auch quer zur Schalldruckrichtung auf den Wandlerträger auftrifft und der Wandlerträger auch in Querrichtung schwingfähig ist.The arrangement of a further acoustic absorber between the transducer carrier and the oscillating carrier has the advantage that in this case additional sound is swallowed by the further acoustic absorber. This is particularly advantageous if the sound pressure impinges transversely to the direction of sound pressure on the transducer carrier and the transducer carrier is also oscillatable in the transverse direction.

Um ein besonders geeignetes Material für den Wandlerträger bereitzustellen, können der Wandlerträger und/oder das Wandlerträgerlager und/oder der Schwingträger einen Faserverbundwerkstoff aufweisen.To provide a particularly suitable material for the transducer carrier, the transducer carrier and / or the transducer carrier bearing and / or the vibrating carrier may comprise a fiber composite material.

Ein „Faserverbundwerkstoff“ ist insbesondere ein aus üblicherweise zwei Hauptkomponenten bestehender Mehrphasen- und/oder Mischwerkstoff, wobei die eine Komponente eine Matrix sowie die andere verstärkende Fasern sind.In particular, a "fiber composite material" is a multiphase and / or mixed material consisting of usually two main components, one component being a matrix and the other reinforcing fibers.

Eine „Faser“ ist insbesondere ein im Verhältnis zu seiner Länge dünnes und flexibles Gebilde, welches aus einem Faserstoff besteht. Vorliegend ist das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens 3 zu 1 oder bevorzugt mindestens 10 zu 1. Insbesondere haben Fasern ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 1000 zu 1. Durch das Längen-Durchmesser-Verhältnis verleihen die Fasern dem Werkstoff die nötige (reversible) Flexibilität.A "fiber" is in particular a thin and flexible structure which is made of a fibrous material in relation to its length. In the present case, the ratio of length to diameter is at least 3 to 1 or preferably at least 10 to 1. In particular, fibers have a length to diameter ratio of 1000 to 1. Due to the length to diameter ratio, the fibers give the material the necessary (reversible) flexibility.

Besonders vorteilhaft ist, dass durch Einstellung der Anzahl der Fasern im Faserverbundwerkstoff die Elastizitäten des Wandlerträgers und/oder Wandlerträgerlagers und/oder des Schwingträgers eingestellt werden können.It is particularly advantageous that the elasticities of the transducer carrier and / or transducer carrier bearing and / or the vibrating carrier can be adjusted by adjusting the number of fibers in the fiber composite material.

Insbesondere ist es vorteilhaft, als Faserverbundwerkstoff glasfaserverstärkten Kunststoff zu verwenden. Bei diesem werden Glasfasern und duroplastischer Kunststoff wie zum Beispiel Polyesterharz oder Epoxidharz und/oder thermoplastische Kunststoffe wie zum Beispiel Polyamid zusammen eingesetzt. Zudem hat glasfaserverstärkter Kunststoff im Vergleich zu anderen Faserverbundwerkstoffen eine relativ leichte elastische Verformbarkeit.In particular, it is advantageous to use fiber-reinforced plastic as the fiber composite material. In this glass fibers and thermosetting plastic such as polyester resin or epoxy resin and / or thermoplastics such as polyamide are used together. In addition, glass fiber reinforced plastic has a relatively low elastic deformability compared to other fiber composites.

Der Vorteil der Glasfaser im Verbund mit der Kunststoffmatrix ist deren hohe Bruchdehnung und die elastische Energieaufnahme. Zusätzlich ist das Korrosionsverhalten von glasfaserverstärktem Kunststoff in Meerwasser vorteilhaft.The advantage of the glass fiber in combination with the plastic matrix is its high elongation at break and the elastic energy absorption. In addition, the corrosion behavior of glass fiber reinforced plastic in seawater is advantageous.

In einer weiteren Ausführungsform weist in der Schalldruckrichtung der Wandlerträger hinter dem akustischen Wandlerelement eine Materialdicke von 1/4 bis 1/12 einer Gesamtmaterialdicke des Wandlerträgers auf.In a further embodiment, in the sound pressure direction of the transducer carrier behind the acoustic transducer element has a material thickness of 1/4 to 1/12 of a total material thickness of the transducer carrier.

Eine dünnere Materialdicke des Wandlerträgers hinter dem akustischen Wandlerelement in Schalldruckrichtung ist vorteilhaft im Vergleich zur Gesamtmaterialdicke des Wandlerträgers, weil dadurch der Wandlerträger in der Mitte hinter dem akustischen Wandlerelement besser elastisch verformbar ist. Dadurch können die Ränder mit einer höheren Materialdicke besser schwingen oder als (Zug)Lager wirken. Dadurch kann der Wandlerträger besser quer, insbesondere orthogonal, zur Schalldruckrichtung mechanisch schwingen.A thinner material thickness of the transducer carrier behind the acoustic transducer element in the sound pressure direction is advantageous in comparison to the total material thickness of the transducer carrier, because thereby the transducer carrier in the middle behind the acoustic transducer element is better elastically deformable. This allows the edges to vibrate better with a higher material thickness or act as a (train) bearing. As a result, the transducer carrier can vibrate better transversely, in particular orthogonally, mechanically to the sound pressure direction.

Um eine zusätzliche Schalldämpfung zu erzielen, kann der Wandlerträger neben dem akustischen Wandlerelement parallel zur Schalldruckrichtung eine Absorberschicht oder mehrere Absorberschichten aufweisen.In order to achieve additional sound attenuation, the transducer carrier can have, in addition to the acoustic transducer element, an absorber layer or several absorber layers parallel to the sound pressure direction.

Durch die zusätzlichen Absorberschichten im Wandlerträger neben dem akustischen Wandlerelement wird auch der Schalldruck quer, insbesondere orthogonal, zur Schalldruckrichtung gedämpft.Due to the additional absorber layers in the transducer carrier in addition to the acoustic transducer element and the sound pressure is transverse, in particular orthogonal, attenuated to the sound pressure direction.

Zudem wird durch die Absorberschichten der hinter dem Wandlerträger angeordnete Absorber entlastet.In addition, the absorber layers relieve the absorber arranged behind the transducer carrier.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine weitere Verfüllmasse um ein Wandlerelement und/oder zwischen zwei Wandlerelementen angeordnet.In a further embodiment, a further filling compound is arranged around a transducer element and / or between two transducer elements.

Die weitere Verfüllmasse ist in ihren Eigenschaften ähnlich zur oben definierten ersten Verfüllmasse, nur dass diese hier ein Wandlerelement oder mehrere Wandlerelemente betrifft.The further filling compound is similar in properties to the above-defined first filling compound, except that it relates here to a transducer element or a plurality of transducer elements.

Die Verfüllmasse hat insbesondere die Aufgabe ein Wandlerelement mit dem Wandlerträger elastisch (klebend) zu verbinden und/oder in Schalldruckrichtung vor und hinter dem Wandlerelement Druckplatten und/oder Impedanzblöcke und/oder weitere Schichten, insbesondere elastische Schichten, (klebend) zu verbinden. Zudem hat diese die Aufgabe zu verhindern, dass Meerwasser an das Wandlerelement gelangt. Auch kann sie zur Verklebung von leitenden Schichten vor und hinter dem Wandlerelement in Schalldruckrichtung genutzt werden.In particular, the filling compound has the task of elastically bonding an transducer element to the transducer carrier and / or of connecting printing plates and / or impedance blocks and / or further layers, in particular elastic layers, (adhesive) in front of and behind the transducer element. In addition, this has the task of preventing seawater from reaching the transducer element. It can also be used for bonding conductive layers in front of and behind the transducer element in the sound pressure direction.

Zwischen zwei Wandlerelementen ist die Anordnung der weiteren Verfüllmasse vorteilhaft, um elastisch die Schwingungen der Wandlerelemente zu dämpfen und diese zu verkleben.Between two transducer elements, the arrangement of the further filling compound is advantageous in order to elastically damp the vibrations of the transducer elements and to bond them.

In einer weiteren Ausführungsform sind ein Wandlerelement oder mehrere Wandlerelemente auf der Seite des auftreffenden Schalldrucks mit einer leitenden Schicht, insbesondere einem leitenden Gitter aus Kupfer, überzogen.In a further embodiment, one or more transducer elements on the side of the incident sound pressure are coated with a conductive layer, in particular a conductive grid made of copper.

Eine leitende Schicht ist insbesondere zur Zu- oder Abführung der Spannung bei einem piezoelektrischen Element notwendig.A conductive layer is necessary in particular for supplying or removing the voltage in a piezoelectric element.

Vorteilhaft ist, wenn die leitende Schicht direkt auf das piezoelektrische Element aufgedampft ist.It is advantageous if the conductive layer is vapor-deposited directly on the piezoelectric element.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein leitendes Gitter insbesondere ein Kupfergitter auf der Seite des auftreffenden Schalldrucks über die Wandlerelemente gezogen ist, da dadurch die Wandlerelemente auf dieser Seite schwingen können jedoch weiterhin die Spannungsversorgung gesichert ist.It is particularly advantageous if a conductive grid, in particular a copper grid, has been pulled over the transducer elements on the side of the impinging sound pressure, since this allows the transducer elements to oscillate on this side, however, the voltage supply is still secured.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Wandlervorrichtung mit zwei Wandlereinrichtungen oder mehr Wandlereinrichtungen wie zuvor beschrieben, wobei die Wandlereinrichtungen parallel und/oder in Reihe angeordnet sind.In a further aspect, the object is achieved by a converter device with two converter devices or more converter devices as described above, wherein the converter devices are arranged parallel and / or in series.

Dadurch kann eine Wandlervorrichtung nach den Bedürfnissen des Benutzers ausgeführt werden. Insbesondere kann eine Wandlereinrichtung zum Senden und eine andere Wandlereinrichtung zum Empfangen von Unterwassersignalen verwendet werden.Thereby, a conversion device can be executed according to the needs of the user. In particular, a transducer means for transmitting and another transducer means for receiving underwater signals may be used.

Zudem können durch die Parallel- und/oder Reihenschaltung von Wandlereinrichtungen die Schwingfähigkeit der Wandlervorrichtung optimiert werden, indem beispielsweise mehrere Wandlereinrichtungen auf einer geschlitzten Platte angeordnet werden. In addition, the oscillation capability of the converter device can be optimized by the parallel and / or series connection of converter devices, for example, by arranging a plurality of converter devices on a slotted plate.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Sonar, insbesondere Bugsonar, wobei das Sonar eine Wandlervorrichtung oder mehrere Wandlervorrichtungen wie vorher beschrieben oder eine Wandlereinrichtung oder mehrere Wandlereinrichtungen wie vorher beschrieben aufweist.In a further aspect, the object is achieved by a sonar, in particular Bugsonar, wherein the sonar has a transducer device or several transducer devices as described above or a transducer device or a plurality of transducer devices as previously described.

Unter „Sonar“ wird ein System zur Ortung von Gegenständen im Raum und unter Wasser mittels ausgesandter Schallimpulse verstanden. Dabei kann es sich um ein aktives Sonar handeln, welches selbst ein Signal ausstrahlt, oder um ein passives Sonar, welches nur ausgestrahlte Schallimpulse empfängt. Ebenso kann es sich hierbei um ein bi- oder multistatisches Sonar handeln, welches gleichzeitig auf verschiedenen Plattformen Senden und Empfangen kann."Sonar" means a system for locating objects in space and under water by means of emitted sound pulses. This can be an active sonar, which itself emits a signal, or a passive sonar, which receives only emitted sound pulses. It can also be a bi- or multistatic sonar, which can simultaneously send and receive on different platforms.

Diese Wandlereinrichtung und/oder -vorrichtung ist insbesondere für ein Bugsonar vorteilhaft, da eine Schockschalldruckwelle üblicherweise direkt auf ein Bugsonar am Schiffsrumpf trifft. Bei einem Bugsonar ist es insbesondere wichtig, dass der Absorber intakt bleibt.This transducer device and / or device is particularly advantageous for a Bugsonar, since a shock-sound pressure wave usually hits directly on a Bugsonar on the hull. With a Bugsonar it is particularly important that the absorber remains intact.

In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein U-Boot, welches ein Sonar wie zuvor beschrieben aufweist.In an additional aspect of the invention, the object is achieved by a watercraft, in particular a submarine, which has a sonar as described above.

Insbesondere für ein U-Boot ist es notwendig, dass die akustischen Absorber der Wandlereinrichtungen und Sonare nicht durch Schalldruckwellen zerstört werden, da ansonsten die Navigation und Ortung durch das U-Boot gestört und das U-Boot gefährdet wird.In particular, for a submarine, it is necessary that the acoustic absorber of the converter devices and sonars are not destroyed by sound pressure waves, otherwise disturbed navigation and positioning by the submarine and the submarine is at risk.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenFurthermore, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments. Show it

1 eine stark schematische Schnittdarstellung eines Hydrofons mit einer piezoelektrischen Keramik und einem PU-Hochfrequenz-Absorber und 1 a highly schematic sectional view of a hydrophone with a piezoelectric ceramic and a PU high-frequency absorber and

2 ein schematischer Schnitt durch ein Bugsonar mit mehreren piezoelektrischen Keramiken. 2 a schematic section through a Bugsonar with multiple piezoelectric ceramics.

Ein Hydrofon 101 weist eine piezoelektrische Keramik 105 auf, welche auf einem GFK-Träger 103 angeordnet ist. In Schalldruckrichtung 102 folgt vor der piezoelektrischen Keramik 105 zuerst eine Aluminiumplatte 107, eine GFK-Platte 108 und eine vordere Kupferschicht 109. Diese Kupferschicht 109 ist auf die piezoelektrische Keramik 105 aufgedampft. In Schalldruckrichtung 102 hinter der piezoelektrischen Keramik 105 folgt eine hintere Kupferschicht 110, welche ebenfalls auf die piezoelektrische Keramik 105 aufgedampft ist. Anschließend folgen eine PU-Platte 111, eine GFK-Platte 112, ein Messingblock 113 und eine Gummischicht 114. Alle genannten Materialien sind von einer PU-Masse 115 umgeben.A hydrophone 101 has a piezoelectric ceramic 105 on which on a fiberglass carrier 103 is arranged. In sound pressure direction 102 follows in front of the piezoelectric ceramic 105 first an aluminum plate 107 , a GRP plate 108 and a front copper layer 109 , This copper layer 109 is on the piezoelectric ceramic 105 evaporated. In sound pressure direction 102 behind the piezoelectric ceramic 105 follows a rear copper layer 110 , which also on the piezoelectric ceramic 105 evaporated. Then follow a PU plate 111 , a GRP plate 112 , a brass block 113 and a rubber layer 114 , All materials mentioned are of a PU mass 115 surround.

Die Materialdicke 117 des GFK-Trägers 103 in Schallrichtung hinter der piezoelektrischen Keramik 105 beträgt 1/9 der Gesamtmaterialdicke 118 des GFK-Trägers 103.The material thickness 117 of the GRP carrier 103 in the sound direction behind the piezoelectric ceramic 105 is 1/9 of the total material thickness 118 of the GRP carrier 103 ,

Der GFK-Träger 103 weist neben der piezoelektrischen Keramik 105 eine Stahlabdeckung 121 auf, hinter der in Schalldruckrichtung 102 eine Gummischicht 122 folgt.The fiberglass carrier 103 points next to the piezoelectric ceramic 105 a steel cover 121 on, behind in sound pressure direction 102 a rubber layer 122 follows.

In der Mitte des GFK-Trägers 103 neben der piezoelektrischen Keramik 105 ist auf beiden Seiten jeweils eine Absorberschicht 116 eingezogen.In the middle of the fiberglass carrier 103 next to the piezoelectric ceramic 105 is an absorber layer on both sides 116 moved in.

In Schalldruckrichtung 102 hinter dem GFK-Träger 103 folgt eine PU-Masse 119 und ein PU-Hochfrequenzabsorber 104.In sound pressure direction 102 behind the fiberglass carrier 103 follows a PU mass 119 and a high frequency PU absorber 104 ,

Der GFK-Träger 103 und der PU-Hochfrequenzabsorber 104 sind beide mit einer PU-Masse 119 in einem GFK-Halter 120 verklebt.The fiberglass carrier 103 and the PU high frequency absorber 104 are both with a PU mass 119 in a fiberglass holder 120 bonded.

Das Hydrofon 101 ist an einem U-Boot angebracht. In unmittelbarer Nähe zum U-Boot finden unter Wasser Minenräumungen statt. Dabei kommt es zur Explosion einer Mine, sodass eine Schockschalldruckwelle mit der Schalldruckrichtung 102 auf das Hydrofon 101 auftrifft.The hydrophone 101 is attached to a submarine. In the immediate vicinity of the submarine under mine water demolition takes place. This leads to the explosion of a mine, so that a shock sound pressure wave with the sound pressure direction 102 on the hydrophone 101 incident.

In Schalldruckrichtung 102 trifft die Schalldruckwelle zunächst auf die Aluminiumplatte 107, welche einen Teil der Schalldruckwelle reflektiert. Durch die Verklebung mit der PU-Masse 115 ist die Aluminiumplatte 107 elastisch mit der dahinterliegenden GFK-Platte 108 verbunden, welche als Druckplatte ausgelegt ist. Durch den auftreffenden Druck wird die piezoelektrische Keramik 105 elastisch zusammengedrückt und eine elektrische Spannung tritt am Festkörper auf. Über die vordere leitende Kupferschicht 109 und die hintere leitende Kupferschicht 110 wird die Spannung abgeleitet. Elektrisch ist die piezoelektrische Keramik 105 über Kabel, welche durch die PU-Masse 115 und die Gummischicht 122 geführt werden, verbunden (nicht in 1 gezeigt).In sound pressure direction 102 First, the sound pressure wave hits the aluminum plate 107 , which reflects a part of the sound pressure wave. By bonding with the PU compound 115 is the aluminum plate 107 elastic with the underlying GRP plate 108 connected, which is designed as a printing plate. The impinging pressure causes the piezoelectric ceramic 105 elastically compressed and an electrical voltage occurs on the solid. Over the front conductive copper layer 109 and the rear conductive copper layer 110 the voltage is dissipated. Electric is the piezoelectric ceramic 105 via cable, which through the PU mass 115 and the rubber layer 122 be led, connected (not in 1 shown).

In Schalldruckrichtung 102 hinter der piezoelektrischen Keramik 105 folgt eine weitere PU-Platte 111 als Druckplatte. Der nachfolgende Messingblock 113 ist als Impedanzblock ausgelegt, um weiteren Schalldruck zu vermindern. Als Dämpfung und Isolation folgt die Gummischicht 114.In sound pressure direction 102 behind the piezoelectric ceramic 105 follows another PU plate 111 as a printing plate. The following brass block 113 is designed as an impedance block to reduce further sound pressure. As damping and insulation, the rubber layer follows 114 ,

Die beiden Absorber 116 im GFK-Träger neben der piezoelektrischen Keramik 105 haben die Aufgabe Querwellen der Schockschalldruckwelle zu absorbieren.The two absorbers 116 in the fiberglass carrier next to the piezoelectric ceramic 105 have the task to absorb transverse waves of the shock-sound pressure wave.

Dadurch, dass der GFK-Träger 103 unter der piezoelektrischen Keramik 105 eine geringere Materialdicke 117 aufweist, ist der gesamte GFK-Träger 103 elastisch und schwingfähig. Der GFK-Träger 103 kann in der Mitte unter der piezoelektrischen Keramik 105 sowohl in Schalldruckrichtung 102 (in 1 auch mit der Y-Richtung bezeichnet) als auch an den Rändern quer (in X-Richtung) schwingen. Durch diese Schwingungen wird der Schalldruck weiter gedämpft.Because of that, the fiberglass carrier 103 under the piezoelectric ceramic 105 a smaller material thickness 117 has, is the entire GRP carrier 103 elastic and capable of oscillating. The fiberglass carrier 103 Can be in the middle under the piezoelectric ceramic 105 both in sound pressure direction 102 (in 1 also with the Y-direction) as well as at the edges transversely (in X direction) swing. These vibrations further dampen the sound pressure.

Da in Schalldruckrichtung 102 hinter dem GFK-Träger 103 die PU-Masse 119 angeordnet ist, kann der GFK-Träger 103 schwingen und es besteht nur eine elastische Verbindung zum nachgeschalteten PU-Hochfrequenzabsorber 104. Durch diese Ausführung des Hydrofons 101 bleibt der Absorber 104 auch bei Auftreffen der Schockschalldruckwelle intakt.Because in sound pressure direction 102 behind the fiberglass carrier 103 the PU mass 119 is arranged, the GRP carrier can 103 swing and there is only one elastic connection to the downstream PU high frequency absorber 104 , Through this version of the hydrophone 101 remains the absorber 104 also intact when the shockwave pressure wave hits.

In einer Alternative weist ein Bugsonar 201 einen GFK-Träger 203 mit elf piezoelektrischen Keramiken 205 auf, welche konkav entgegen der Schalldruckrichtung 202 in einem Halbkreis angeordnet sind. Zwischen den piezoelektrischen Keramiken 205 ist eine PU-Masse 215 mit einer Schichtdicke von 0,5mm angeordnet.In one alternative, a Bugsonar 201 a fiberglass carrier 203 with eleven piezoelectric ceramics 205 on which concave against the sound pressure direction 202 arranged in a semicircle. Between the piezoelectric ceramics 205 is a PU mass 215 arranged with a layer thickness of 0.5mm.

In Schalldruckrichtung 202 hinter den piezoelektrischen Keramiken 205 befinden sich Messingblöcke 213, welche auf einem GFK-Träger 203 sitzen. Auf der Seite der auftreffenden Schalldruckwelle sind die piezoelektrischen Keramiken 205 schwingfähig und mit einem leitenden Kupfergitter 209 überzogen. Der GFK-Träger 203 ist mit zwei Mittelträgern 207 verbunden. Die beiden Mittelträger 207 sind mittig zueinander beabstandet, sodass ein Führungspalt 208 besteht, durch welchen Kabel geführt werden. Dementsprechend weist der GFK-Träger 203 in der Mitte eine Kabeldurchführung 210 auf. Die Kabel sind zugentlastet zwischen den piezoelektrischen Keramiken geführt (in 2 nicht gezeigt). Die beiden Mittelträger 207 sind mit einem Schwingträger 206 verbunden. Der Schwingträger 206 ist mit einer PU-Masse 211 verbunden und in Schalldruckrichtung 202 folgt dahinter der PU-Hochfrequenzabsorber 204. Der Schwingträger 206 und der PU-Hochfrequenzabsorber 204 sind mit der PU-Masse 211 mit einem Halter 216 verklebt.In sound pressure direction 202 behind the piezoelectric ceramics 205 there are brass blocks 213 , which on a GRP carrier 203 to sit. On the side of the impinging sound pressure wave are the piezoelectric ceramics 205 vibratory and with a conductive copper grid 209 overdrawn. The fiberglass carrier 203 is with two medium carriers 207 connected. The two center carriers 207 are centrally spaced from each other, so that a guide gap 208 exists through which cable are routed. Accordingly, the GRP carrier 203 in the middle a cable gland 210 on. The cables are strain-relieved between the piezoelectric ceramics (in 2 Not shown). The two center carriers 207 are with a vibrating carrier 206 connected. The vibrating carrier 206 is with a PU mass 211 connected and in sound pressure direction 202 follows behind the PU high frequency absorber 204 , The vibrating carrier 206 and the PU high frequency absorber 204 are with the PU mass 211 with a holder 216 bonded.

Der GFK-Träger 203 hat einen Durchmesser von 2m. In Schalldruckrichtung 102 hinter den GFK-Träger 203 ist eine Polyoxymethylenschicht 212 angeordnet. Nach der Polyoxymethylenschicht 212 folgt ein weiterer PU-Absorber 214, welcher um die Mittelträger 207 herum bis runter auf den Schwingträger 206 ausgeführt ist.The fiberglass carrier 203 has a diameter of 2m. In sound pressure direction 102 behind the fiberglass carrier 203 is a polyoxymethylene layer 212 arranged. After the polyoxymethylene layer 212 followed by another PU absorber 214 which is around the center carrier 207 around down to the swinging beam 206 is executed.

Der Bugsonar 201 befindet sich am Bug eines Schiffes. In der Nähe des Schiffes findet eine Unterwassersprengung statt. Eine Schockschalldruckwelle mit der Schalldruckrichtung 202 trifft auf das Bugsonar 201, welches durch den GFK-Träger 203 und den Schwingträger 206 doppelt schwingfähig ausgeführt ist. Aufgrund des auftreffenden Schalldrucks schwingt das Bugsonar 201 in Schalldruckrichtung über den Schwingträger 206 (in 2 in Y-Richtung).The Bugsonar 201 is located at the bow of a ship. An underwater blast takes place near the ship. A shock-sound pressure wave with the sound pressure direction 202 meets the Bugsonar 201 which passes through the GRP carrier 203 and the vibrating carrier 206 is designed to vibrate twice. Due to the impact of sound pressure, the Bugsonar vibrates 201 in sound pressure direction over the vibration carrier 206 (in 2 in the Y direction).

Aufgrund der auftretenden Querwellen schwingt der GFK-Träger 203 aber auch quer (in X-Richtung). Diese querlaufenden Druckwellen werden durch die Polyoxymethylenschicht 212 und den vorgelagerten Absorber 214 gedämpft. Durch diese Ausführung des Bugsonars 201 bleibt der PU-Hochfrequenzabsorber 204 auch bei Auftreffen der Schockschalldruckwelle intakt.Due to the occurring transverse waves vibrates the GRP carrier 203 but also across (in the X direction). These transverse pressure waves are through the polyoxymethylene layer 212 and the upstream absorber 214 attenuated. By this execution of the Bugsonars 201 remains the PU high frequency absorber 204 also intact when the shockwave pressure wave hits.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101
Hydrophon hydrophone
102102
Schalldruckrichtung SPL direction
103103
GFK-Träger GRP carrier
104104
PU-Hochfrequenz-Absorber PU RF absorber
105105
Piezoelektrische Keramik Piezoelectric ceramic
107107
Aluminium-Platte Aluminum plate
108108
GFK-Platte GRP panel
109109
vordere Kupferschicht front copper layer
110110
hintere Kupferschicht rear copper layer
111111
PU-Platte PU board
112112
GFK-Platte GRP panel
113113
Messing-Block Brass block
114114
Gummischicht rubber layer
115115
PU-Masse PU composition
116116
Absorberschicht absorber layer
117117
Materialdicke des GFK-Trägers hinter der piezoelektrische Keramik Material thickness of the GRP carrier behind the piezoelectric ceramic
118118
Gesamtmaterialdicke des GFK-Trägers Total material thickness of the GRP carrier
119119
PU-Masse PU composition
120120
GFK-Halter GFK-holder
121121
Stahlabdeckung steel cover
122122
Gummischicht rubber layer
201201
Bugsonar Bugsonar
202202
Schalldruckrichtung SPL direction
203203
GFK-Träger GRP carrier
204204
PU-Hochfrequenz-Absorber PU RF absorber
205205
Piezoelektrische Keramik Piezoelectric ceramic
206206
Schwingträger rocking beam
207207
Mittelträger center support
208208
Führungsspalt guide gap
209209
Kupfergitter copper grid
210210
Kabeldurchführung Grommet
211211
PU-Masse PU composition
212212
Polyoxymethylenschicht Polyoxymethylenschicht
213213
Messing-Block Brass block
214214
PU-Absorber PU absorber
215215
PU-Masse PU composition
216216
Halter holder

Claims (18)

Wandlereinrichtung (101) zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, welche einen Wandlerträger (103, 203) und einen akustischen Absorber (104, 204, 214) aufweist, wobei an dem Wandlerträger ein akustisches Wandlerelement (105, 205) angeordnet ist und in einer Schalldruckrichtung (102, 202) hintereinander zuerst der Wandlerträger und dahinter der akustische Absorber angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerträger elastisch ausgestaltet ist, sodass der elastische Wandlerträger mechanisch schwingfähig ist und vom akustischen Absorber im Wesentlichen entkoppelt ist, sodass der akustische Absorber bei einem Auftreffen einer Schockschalldruckwelle auf die Wandlereinrichtung intakt bleibt.Converter device ( 101 ) for transmitting and / or receiving underwater acoustic signals which comprise a transducer carrier ( 103 . 203 ) and an acoustic absorber ( 104 . 204 . 214 ), wherein on the transducer carrier an acoustic transducer element ( 105 . 205 ) is arranged and in a sound pressure direction ( 102 . 202 ) the transducer carrier and behind the acoustic absorber are arranged behind each other, characterized in that the transducer carrier is designed elastically, so that the elastic transducer carrier is mechanically oscillatable and is substantially decoupled from the acoustic absorber, so that the acoustic absorber upon impact of a shock wave pressure wave on the Converter device remains intact. Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wandlerträger mehrere akustische Wandlerelemente angeordnet sind.Converter device according to claim 1, characterized in that a plurality of acoustic transducer elements are arranged on the transducer carrier. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerträger ein Wandlerträgerlager (120, 207) oder mehrere Wandlerträgerlager aufweist, sodass der Wandlerträger mechanisch schwingfähig gelagert ist.Transducer device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer carrier is a transducer carrier bearing ( 120 . 207 ) or more transducer carrier bearing, so that the transducer carrier is mounted mechanically vibratory. Wandlereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Wandlerträgerlager im Wesentlichen mittig oder an einer Position bis an den äußeren Rand des Wandlerträgers angeordnet ist, sodass der Wandlerträger bei im wesentlichen mittiger Lagerung an den äußeren Rändern oder auf der der gelagerten Seite entgegengesetzten Seite mechanisch schwingfähig ist. Transducer device according to claim 3, characterized in that one of the transducer carrier bearing is arranged substantially centrally or at a position up to the outer edge of the transducer carrier, so that the transducer carrier at substantially central storage at the outer edges or on the side opposite the mounted side mechanically is capable of oscillating. Wandlereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wandlerträgerlager im wesentlich mittig oder jeweils an den entgegengesetzten äußeren Rändern des Wandlerträgers angeordnet sind, sodass der Wandlerträger an den äußeren Rändern oder in der Mitte mechanisch schwingfähig ist.Transducer device according to claim 3, characterized in that two transducer carrier bearings are arranged substantially centrally or respectively at the opposite outer edges of the transducer carrier, so that the transducer carrier is mechanically oscillatable at the outer edges or in the middle. Wandlereinrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerträgerlager durch einen Führungsspalt (208) zueinander beabstandet sind.Transducer device according to claim 3 or 5, characterized in that the transducer carrier bearing by a guide gap ( 208 ) are spaced from each other. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerträger über das Wandlerträgerlager oder die Wandlerträgerlager mit einem Schwingträger (206) mechanisch verbunden ist, sodass die Wandlereinrichtung mindestens doppelt mechanisch schwingfähig ausgeführt ist.Transducer device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer carrier via the transducer carrier bearing or the transducer carrier bearing with a vibrating carrier ( 206 ) Is mechanically connected, so that the transducer device is designed to be at least twice mechanically oscillatory. Wandlereinrichtung, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schalldruckrichtung der Schwingträger schwingfähig vor dem akustischen Absorber (204) gelagert ist und/oder auf einer schwingfähigen Platte befestigt ist.Converter device according to claim 7, characterized in that in the sound pressure direction of the vibrating carrier vibratable in front of the acoustic absorber ( 204 ) is mounted and / or mounted on a swingable plate. Wandlereinrichtung, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung weitere Wandlerträger und/oder weitere Wandlerträgerlager und/oder weitere Schwingträger aufweist.Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer device further converter carrier and / or further transducer carrier bearing and / or further oscillating carrier has. Wandlereinrichtung, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schalldruckrichtung nach dem Wandlerträger eine erste Verfüllmasse (212) und/oder ein weiterer akustischer Absorber (214) folgt, welche zumindest teilweise zwischen dem Wandlerträger (203) und dem Schwingträger (206) angeordnet sind. Transducer means according to any one of the preceding claims, characterized in that in the sound pressure direction (a first filler material to the transducer carrier 212 ) and / or another acoustic absorber ( 214 ), which at least partially between the Wandlerträger ( 203 ) and the vibrating carrier ( 206 ) are arranged. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerträger und/oder das Wandlerträgerlager und/oder der Schwingträger einen Faserverbundwerkstoff aufweisen.Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer carrier and / or the transducer carrier bearing and / or the oscillating carrier have a fiber composite material. Wandlereinrichtung, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schalldruckrichtung der Wandlerträger hinter dem akustischen Wandlerelement eine Materialdicke (117) von 1/4 bis 1/12 einer Gesamtmaterialdicke (118) des Wandlerträgers (103) aufweist.Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that in the sound pressure direction of the transducer carrier behind the acoustic transducer element, a material thickness ( 117 ) from 1/4 to 1/12 of a total material thickness ( 118 ) of the transducer carrier ( 103 ) having. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Wandlerträger (103) neben dem akustischen Wandlerelement (105) parallel zur Schalldruckrichtung eine Absorberschicht (116) oder mehrere Absorberschichten aufweist.An apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer carrier ( 103 ) next to the acoustic transducer element ( 105 ) parallel to the sound pressure direction, an absorber layer ( 116 ) or more absorber layers. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Verfüllmasse (115, 215) um ein Wandlerelement und/oder zwischen zwei Wandlerelementen angeordnet ist.Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that a further filling compound ( 115 . 215 ) is arranged around a transducer element and / or between two transducer elements. Wandlereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wandlerelemente auf der Seite des auftreffenden Schalldrucks mit einer leitenden Schicht (209), insbesondere einem leitenden Gitter, überzogen sind.Transducer device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more transducer elements on the side of the incident sound pressure with a conductive layer ( 209 ), in particular a conductive grid, are coated. Wandlervorrichtung mit zwei Wandlereinrichtungen oder mehr Wandlereinrichtungen nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wandlereinrichtungen parallel und/oder in Reihe angeordnet sind.Converter device with two converter devices or more converter devices after one of the preceding claims, wherein the transducer means are arranged parallel and / or in series. Sonar, insbesondere Bugsonar (201), dadurch gekennzeichnet, dass das Sonar eine Wandlervorrichtung oder mehrere Wandlervorrichtungen nach Anspruch 16 oder eine Wandlereinrichtung oder mehrere Wandlereinrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.Sonar, especially Bugsonar ( 201 ), characterized in that the sonar comprises one or more transducer devices according to claim 16 or one or more transducer devices according to any one of claims 1 to 15. Wasserfahrzeug, insbesondere ein U-Boot, welches ein Sonar nach Anspruch 17 aufweist.Watercraft, in particular a submarine, which has a sonar according to claim 17.
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