DE1120783B

DE1120783B - Device for the transmission of mechanical vibrations

Info

Publication number: DE1120783B
Application number: DEA25130A
Authority: DE
Original assignee: Aeroprojects Inc
Current assignee: Aeroprojects Inc
Priority date: 1955-06-23
Filing date: 1956-06-19
Publication date: 1961-12-28

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fortleitung mechanischer Schwingungen, deren Schwingungserzeuger mit einem Kupplungsglied verbunden ist.The invention relates to a device for transmitting mechanical vibrations, the vibration generator is connected to a coupling member.

Solche Vorrichtungen werden zu den verschiedensten Zwecken verwendet. Die Vorrichtungen werden gewöhnlich an einem Träger befestigt.Such devices are used for a wide variety of purposes. The fixtures will usually attached to a beam.

Wenn kontinuierlich Schwingungsenergie übertragen wird, wird ein Teil dieser Energie an bestimmten Grenzflächen infolge Änderungen der Elastizität und der Dichtheit der Werkstoffe reflektiert, so daß stehende Wellen gebildet werden und Schwingungsknoten und Schwingungsbäuche auftreten. Im allgemeinen wird angestrebt, die Vorrichtung in einem Schwingungsknoten abzustützen, weil dort die geringste Bewegung der Vorrichtung auftritt, so daß auch die Energieverluste durch Absorption auf einen Mindestwert beschränkt werden.If vibrational energy is continuously transmitted, part of this energy is given to certain Boundaries as a result of changes in the elasticity and the tightness of the materials are reflected, so that standing Waves are formed and nodes and antinodes occur. Generally will sought to support the device in a vibration node, because there is the slightest movement the device occurs, so that the energy losses due to absorption to a minimum value be restricted.

Stehende Wellen treten jedoch nur dann auf, wenn die Vorrichtung unbelastet oder nur teilweise belastet ist, d. h. wenn sie nicht die gesamte erzeugte Schwingungsenergie abgibt. Gibt die Vorrichtung aber einen erheblichen Energiebetrag ab. so können im allgemeinen keine echten Knoten mehr entstehen. Wird die Belastung der Vorrichtung vollkommen angepaßt, was mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad erwünscht ist, dann können überhaupt keine stehenden Wellen mehr auftreten. Die gesamte von der Vorrichtung erzeugte Leistung wird dann an der Arbeitsfläche absorbiert, so daß keine Energie reflektiert wird, die stehende Wellen bilden könnte. Wird die Vorrichtung dabei durch unelastische oder halbelastische Stützglieder unterstützt, so ändern sich die Übertragungseigenschaften, und es wird ein Teil der Energie in den Stützpunkten absorbiert.Standing waves, however, only occur when the device is unloaded or only partially loaded is, d. H. if it does not emit all of the generated vibration energy. But does the device give one considerable amount of energy. in this way, in general, no real knots can arise. Will the Load of the device fully adapted, which is desirable with regard to the efficiency then no standing waves can occur at all. The whole of the device generated power is then absorbed on the work surface, so that no energy is reflected standing waves could form. If the device is inelastic or semi-elastic support members supported, the transmission properties change and part of the energy in the Points of support absorbed.

Auch wenn keine vollkommene Anpassung der Belastung an die Vorrichtung erzielt wird, z. B. wenn nur die Hälfte der erzeugten Schwingungsenergie abgegeben wird, so daß im Kupplungsglied stehende Wellen auftreten können, dann müssen die Schwingungsknoten trotzdem eine solche Schwingungsamplitude aufweisen, daß die halbe Leistung durchgelassen werden kann. Bei unelastischer oder halbelastischer Unterstützung wird dann die abgegebene Energie noch weiter herabgesetzt, auch wenn die Unterstützung in den Schwingungsknoten stattfindet.Even if a perfect adaptation of the load to the device is not achieved, e.g. B. if only half of the generated vibration energy is emitted, so that standing in the coupling member Waves can occur, then the nodes must be nevertheless have such a vibration amplitude that half the power is allowed to pass can be. In the case of inelastic or semi-elastic support, the energy released is then further reduced, even if the support takes place in the nodes of vibration.

Es sind Vorrichtungen zur Fortleitung mechanischer Schwingungen bekannt, deren Schwingungserzeuger mit einem Tragkörper verbunden ist. Die Länge des Tragkörpers entspricht dabei einer ungeraden Zahl von λ/4. Der Tragkörper ist aber an beiden Enden mit der Schwingungsvorrichtung gekuppelt. Bei den Vorrichtung zur Fortleitung
mechanischer SchwingungenThere are known devices for transmitting mechanical vibrations, the vibration generator of which is connected to a support body. The length of the support body corresponds to an odd number of λ / 4. The support body is, however, coupled to the vibration device at both ends. With the device for forwarding
mechanical vibrations

Anmelder:Applicant:

Aeroprojects Inc.,
West Chester, Pa. (V. St. A.)Aeroprojects Inc.,
West Chester, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Mouths, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Börsenstr. 17Representative: Dipl.-Ing. W. Mouths, patent attorney,
Frankfurt / M., Börsenstr. 17th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Juni 1955 (Nr. 517 599)Claimed priority:
V. St. v. America 23 June 1955 (No. 517 599)

bekannten Vorrichtungen treten starke Schwingungsverluste auf, die nicht auf das Arbeitsgut übertragen werden. Die Erfindung sieht daher einen weiteren Resonanzkörper vor, der nicht arbeitet und dessen Länge gleich λ/2 oder einem Vielfachen von λ/2 ist und daß ein frei schwingendes Ende verbleibt unter Bildung eines Schwingungsknotens bei λ/4 oder einem ungeraden Vielfachen von λ/4. known devices occur strong vibration losses that are not transferred to the work item. The invention therefore provides a further resonance body which does not work and whose length is equal to λ / 2 or a multiple of λ / 2 and that a freely oscillating end remains with the formation of a vibration node at λ / 4 or an odd multiple of λ / 4 .

Durch den an einem Ende frei schwingenden Resonanzkörper, in dem ein einwandfreier Schwingungsknoten zur Unterstützung der Vorrichtung auftritt, ist der wesentliche Unterschied gegenüber den bekannten Schwingungserzeugern zu sehen. Damit wird der wesentliche Fortschritt erreicht, daß Kräfte beliebiger Größe, und zwar Druck-, Zug-, Torssion- oder Schubkräfte, auf ein Ultraschallgerät ausgeübt werden können, ohne daß die Schwingungen gedämpft werden oder aussetzen. Die Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Schwingungen, deren Schwingungserzeuger mit einem Kupplungskörper verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Resonanzkörper mit einem Ende an der Vorrichtung angeordnet ist und ein frei schwingendes Ende besitzt und daß die Länge des Resonanzkörpers gleich λ/2 oder einem Vielfachen von λ/2 und die Vorrichtung in einem bei einer Länge von λ/4 oder einem ungeraden Vielfachen davon gebildeten Schwingungsknoten unterstützt ist.The main difference to the known vibration generators can be seen through the resonance body, which vibrates freely at one end and in which a perfect vibration node occurs to support the device. This achieves the essential advance that forces of any size, namely compressive, tensile, torsional or shear forces, can be exerted on an ultrasound device without the vibrations being dampened or exposed. The device for generating mechanical vibrations, the vibration generator of which is connected to a coupling body, is characterized in that a resonance body is arranged with one end on the device and has a freely oscillating end and that the length of the resonance body is equal to λ / 2 or a multiple of λ / 2 and the device is supported in a node formed at a length of λ / 4 or an odd multiple thereof.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigtSome exemplary embodiments are shown in the drawing. It shows

109 757/162109 757/162

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,Fig. 1 is a schematic side view of a device according to the invention,

Fig. 2 die schaubildliche Ansicht einer abgeänderten A usf uhr ungsf orm,FIG. 2 is a perspective view of a modified embodiment,

Fig. 3 schematisch die Ansicht einer weiteren Ausführungsform. 3 schematically shows the view of a further embodiment.

Gemäß Fig. 1 ist ein magnetostriktiver Energiewandler 1, der vorzugsweise zur Beschränkung der Wirbelstromverluste aus lameliierten Nickelblechen aufgebaut ist, mit einer Länge von λ/2 der erzeugten Schwingungen in dem betreffenden Material, so daß eine Axialresonanz auftritt und die elektrischen Verluste auf einen Mindestwert herabgesetzt werden.According to Fig. 1 is a magnetostrictive energy converter 1, which is preferably used to restrict the Eddy current losses are built up from laminated nickel sheets, with a length of λ / 2 of the generated Vibrations in the material concerned, so that an axial resonance occurs and the electrical losses be reduced to a minimum value.

Der Energiewandler 1 ist mit einer Erregerspule 2 und mit einem Polarisierungskreis 3 versehen. Der Polarisierungskreis besteht aus einer Vormagnetisierungsspule 4, die an eine Gleichstromquelle, z. B. eine Batterie 5, angeschlossen ist. An dem einen Ende des Energiewandlers 1 ist ein stabförmiger Kupplungskörper 6 befestigt, dessen Länge einer geraden Zahl von λ/4 entspricht. Da das dem Energiewandler 1 abgekehrte Ende des Kupplungskörpers 6 gewöhnlich an das Werkstück angedrückt wird oder doch wenigstens mit dem Werkstück in Berührung steht, kann das betreffende Ende nicht frei schwingen, so daß sich im Kupplungskörper keine Schwingungsknoten ausbilden können, in denen man die Vorrichtung unterstützen könnte.The energy converter 1 is provided with an excitation coil 2 and with a polarization circuit 3. Of the Polarization circuit consists of a bias coil 4 which is connected to a direct current source, e.g. B. a battery 5 is connected. At one end of the energy converter 1, a rod-shaped coupling body 6 is attached, the length of which is an even number of λ / 4. Since the end of the coupling body 6 facing away from the energy converter 1 is usually is pressed against the workpiece or at least is in contact with the workpiece, that can Do not swing the end in question freely, so that no oscillation nodes are formed in the coupling body in which one could support the device.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 wird das für die Entstehung der Schwingungsknoten erforderliche frei schwingende Ende gemäß der Erfindung dadurch gebildet, daß ein zweiter Stab 7 aus resonanzfähigem Material an dem vom Kupplungskörper 6 abgekehrten Ende des Energiewandlers 1 befestigt ist. Die Länge dieses Stabes 7 entspricht wenigstens λ/2. Es wird somit ein schwingender Resonanzkörper erhalten, der bei 8 ein frei schwingendes Ende und bei 9 in einer Entfernung von λ/4 vom Ende 8 einen Schwingungsknoten 9 aufweist, in dem die Vorrichtung mit unwesentlichen Absorptionsverlusten unterstützt werden kann.In the embodiment according to FIG. 1, that which is necessary for the development of the oscillation nodes is released vibrating end formed according to the invention in that a second rod 7 of resonant Material is attached to the end of the energy converter 1 facing away from the coupling body 6. The length this rod 7 corresponds to at least λ / 2. A vibrating resonance body is thus obtained which at 8 a freely oscillating end and at 9 at a distance of λ / 4 from the end 8 has a vibration node 9 in which the device with insignificant Absorption losses can be supported.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist der Energiewandler 20 mit der Erregerspule 2 und dem Polarisierungskreis 3 sowie mit einem Kupplungskörper 23, der die bei 24 angegebene Form aufweisen kann, um die Amplitude der Schwingungsenergie zu steigern. Der Resonanzkörper besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer Hülse 25 aus resonanzfähigem Material, deren Länge gleich λ/2 ist. Die Hülse 25 ist bei 26 vorzugsweise durch Schweißen oder Löten an dem Kupplungskörper befestigt. Das Ende 27 der Hülse kann frei schwingen, so daß bei 28, λ/4 vom Ende 27 entfernt, ein echter Schwingungsknoten auftritt, in dem die Vorrichtung unterstützt ist.In the embodiment according to FIG. 2, the energy converter 20 has the excitation coil 2 and the polarization circuit 3 and with a coupling body 23, which can have the shape indicated at 24 to to increase the amplitude of the vibration energy. In this exemplary embodiment, the resonance body consists of a sleeve 25 made of resonant material Material whose length is equal to λ / 2. The sleeve 25 is attached at 26 preferably by welding or soldering attached to the coupling body. The end 27 of the sleeve is free to swing so that at 28, λ / 4 from the end 27 removed, a real node occurs in which the device is supported.

Hierfür wird die Hülse 25 vorzugsweise an der Außenseite mit einem Flansch 29 versehen. Der Flansch 29 ist mit λ/4 vom freien Ende 27, d. h. im Schwingungsknoten, angeordnet und dient dazu, die Vorrichtung an einem Träger zu befestigen.For this purpose, the sleeve 25 is preferably provided with a flange 29 on the outside. Of the Flange 29 is at λ / 4 from the free end 27, i. H. in the vibration node, arranged and serves to the To attach the device to a carrier.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Energiewandler 40 mit einem Kupplungskörper 41 versehen. Die Erregerspule ist mit 42 und der Polarisierungskreis mit 43 bezeichnet. Der Resonanzkörper besteht bei dieser Ausführungsform aus zwei einander diametral gegenüberliegenden Metallstäben 44. Die in der Nähe der Verbindung des Energiewandlers mit dem Kupplungskörper liegenden Enden der Stäbe 44 sind mittels eines Flansches 45 an dem Kupplungskörper 41 befestigt, während die anderen Enden der Stäbe 44 frei schwingen können. Es entsteht daher bei 47, in einer Entfernung von λ/4 vom Ende 46 ein Schwingungsknoten. Die Stäbe 44 können bei 47 mit Flanschen versehen sein, die mittels Klemmen 49 die Vorrichtung unterstützen. An Stelle von nur zwei diametral einander gegenüberliegenden Stäben 44 kann auch eine größere, am Umfang des Kupplungskörpers 41 verteilte Anzahl von Stäben vorgesehen werden.In the embodiment according to FIG. 3, the energy converter is 40 is provided with a coupling body 41. The excitation coil is at 42 and the polarization circle denoted by 43. The resonance body in this embodiment consists of two diametrically opposed to each other opposing metal rods 44. The near the connection of the energy converter with the coupling body lying ends of the rods 44 are attached to the coupling body 41 by means of a flange 45 fixed while the other ends of the rods 44 can swing freely. It therefore arises at 47, in one Distance of λ / 4 from end 46 is a node. The rods 44 can be flanged at 47 be provided, which support the device by means of clamps 49. Instead of just two diametrically opposed to each other opposing rods 44 can also have a larger one distributed on the circumference of the coupling body 41 Number of rods can be provided.

Der Resonanzkörper wird im allgemeinen an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung befestigt. Auch kann seine Länge ein Vielfaches von λ/2 betragen.The sound box is generally attached at any point on the device. Also can its length is a multiple of λ / 2.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. A device for transmitting mechanical vibrations, the vibration generator is connected to a coupling body, characterized in that a resonance body (7, 25, 44) is arranged at one end on the device and has a freely oscillating end (27, 46) and that the length of the resonance body is equal to λ / 2 or a multiple of λ / 2 and the device is supported in a vibration node formed at a length of λ / 4 or an odd multiple thereof.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the vibration generator from a magnetostrictively excited energy converter (1, 20, 40) made of laminated nickel sheets is constructed.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the resonance body (44) from a number of distributed over the circumference of the coupling body (41), arranged in parallel Rods (46) consists (Fig. 3).

4. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the resonance body consists of a the coupling body (23) at a distance surrounding the sleeve (25) consists (Fig. 2).

5. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the resonance body (7) on the end of the vibration generator (2) facing away from the coupling body (6) is attached and off a rod (7) (Fig. 1).

Considered publications:
German Patent No. 883 665;
U.S. Patent Nos. 2,632,858, 2,651,148;
L. Bergmann, "The Ultrasound", 1954, p. 789.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings