DE1207679B - Elektromagnetischer Schallgenerator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 06 b

Deutsche Kl.: 42 s-1/02

Nummer: 1207 679

Aktenzeichen: B 77240IX a/42 s

Anmeldetag: 12. Juni 1964

Auslegetag: 23. Dezember 1965

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schallgenerator, dessen Frequenz veränderbar ist und der aus wenigstens einem rohrförmigen Schwingerelement aus einem Ring aus Bariumtitanat od. dgl. besteht, der derartig polarisiert ist, daß der Ring radial gerichteten Schwingungen unterworfen wird, wenn eine Wechselspannung an die Elektroden des Rohrschwingers gelegt wird.

Es ist bekannt, polykristalline keramische Schallgeneratoren für den Schall- und Überschallfrequenzbereich zu verwenden. Bei einer bevorzugten Bauart besteht der Schallgenerator aus einem Hohlzylinder oder Ring aus Bariumtitanat oder Bleizirkonattitanat mit metallisierten Elektroden, die derart dimensioniert und polarisiert bzw. vormagnetisiert sind, daß sich der Generator zyklisch in radialer Richtung ausdehnt und zusammenzieht, wenn ein Wechselspannungssignal an die Elektroden gelegt ist, und auf diese Weise Druckschwingungswellen in dem Medium erzeugt, in welches er eingetaucht ist. Zur Regelung der Strahlungseigenschaften werden üblicherweise mehrere zylindrische Generatorelemente axial fluchtend in einer Reihe angeordnet. Solche Anordnungen werden im allgemeinen als Reihengeneratoren bezeichnet. Das Hauptproblem solcher keramischen Generatoren besteht darin, daß die keramischen Elemente nach dem Brennen nicht mehr auf eine besondere Frequenz eingestellt werden können, ohne in kostspieliger Weise ihre Abmessungen anzupassen. Infolgedessen können Fertigungstoleranzen nicht ausgeglichen werden.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diesen Nachteil zu beseitigen. Es kommt hinzu, daß trotz der Möglichkeit, kleine Generatorbauteile herzustellen und Resonanzfrequenzschwankungen der einzelnen Einheiten durch Verwendung einer Reihenanordnung zu eliminieren, sehr oft die Resonanzfrequenz der ganzen Anordnung stärker schwankt, als gemäß den Grenzen für den einzelnen Schwinger vorgesehen ist. Es ist somit bisher sehr schwierig gewesen, die Frequenz einer aus einem Stapel bestehenden Schallgeneratoranordnung nach ihrer Herstellung einzustellen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch solche Ausbildung des eingangs bezeichneten elektromagnetischen Schallgenerators, daß der zentrale Hohlraum im Innern des Ringes akustisch von der strahlenden Oberfläche des Ringschwingers isoliert ist und mit einem akustische Energie übertragenden Strömungsmittel gefüllt ist und daß zwischen Innenraum und Schwinger ein akustisches Belastungsteil von rohrförmiger Gestalt angeordnet ist, Elektromagnetischer Schallgenerator

Anmelder:

The Bendix Corporation, Detroit, Mich.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. A. Brose, Patentanwalt,

Pullach (Isartal), Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:

Joseph Edwin Martin, Pacoima, Calif.;

John Alan Merrill, Sepulveda, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 28. Juni 1963 (291383)

welches zur Änderung der Arbeitsfrequenzeigenschaften der Anordnung geeignet ist.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführung der Erfindung besteht das Mittel zur kontinuierlichen Veränderung mindestens einer der physikalischen Kenngrößen des akustischen Belastungsteiles aus einem Zylinder mit Mantelöffnungen, der gegen einen ortsfesten, mit ebensolchen Öffnungen versehenen Zylinder drehbar ist, so daß die Öffnungen in der Weite einstellbar sind. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß das zweite rohrförmige starre Teil von außen her bezüglich des anderen rohrförmigen starren Teiles gedreht werden kann. Durch diese Anordnung ist also eine Einstellung ohne mechanisches Einrichten des Generatorstapels selbst oder der mechanischen Teile der Anordnung, welche die kritischen keramischen Elemente berühren, möglich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Längsansicht einer gemäß der Erfindung ausgebildeten gestapelten Schallgeneratoranordnung,

F i g. 2 einen zusammengesetzten Schnitt nach den Linien 2-2 der F i g. 1 durch den Gegenbelastungsteil des Generators nach Fig. 1 und

F i g. 3 eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Resonanzfrequenz des Ge-

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Claims (3)

1. nerators und der Orientierung des Gegenbelastungs- bezüglich des äußeren Teiles 15 ausführen kann. Auf

   teiles der Fig. 1. diese Weise kann durch Einstellen des Armes 33

   Gemäß Fig. 1 weist der nach der Erfindung aus- außerhalb der Anordnung der Grad der Deckung

   gebildete Generator als Teile des äußeren Gehäuses der länglichen Öffnungen in den zwei konzentrischen

   eine obere Endplatte 10 mit dem elektrischen Stek- 5 rohrförmigen Teilen 15 und 25 kontinuierlich über

   ker 11, eine Bodenplatte 12 und eine Gummihaut einen begrenzten Bogen eingestellt werden und in der

   oder ein akustisch durchscheinendes Fenster 13 auf, gewählten Stellung mittels einer Schraube 34 arretiert

   welches sich zwischen den beiden Endplatten er- werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist

   streckt und mit diesen zusammen die zylindrische die Fläche der Öffnungen näherungsweise gleich der

   Anordnung 14 bildet. Innerhalb der ganzen Anord- io Hälfte der den Generatorelementen 16 ausgesetzten

   nung ist als Haupttragteil ein mit Durchbrechungen Fläche.

   versehenes rohrförmiges Teil 15 vorgesehen, welches F i g. 2 ist eine zusammengesetzte Schnittdarstelsich zwischen den Endplatten 10 und 12 erstreckt. lung dreier verschiedener Einstellungen, nämlich Um das rohrförmige Teil 15 ist mit Abstand zu die- ganz offen, halb offen und vollständig geschlossene sem und in gleicher Weise mit Abstand zum akusti- 15 Deckung der Öffnungen in den Teilen 15 und 25. In sehen Fenster 13 eine Reihe von (in diesem Fall F i g. 2 sind der Betätigungsarm 33 zur Einstellung drei) rohrförmigen keramischen Generatoren 16 in der Frequenz und die Segmente der Röhren 15 und einer längsgerichteten Anordnung vorgesehen. Die 25 in ausgezogenen Linien in einer der halben Öffeinzelnen Generatorelemente haben einen mittleren nung entsprechenden Stellung gezeigt, in punktierten Durchmesser von näherungsweise dem Zweifachen 20 Linien in der offenen Stellung und in strichpunktierihrer Höhe und weisen aufgeschichtete metallische ten Linien in der geschlossenen Stellung. Aus F i g. 2 Elektrodenlagen 21 und 20 auf ihren äußeren und ist ersichtlich, daß die zwei Rohre ineinander gleiinneren Oberflächen auf, wodurch sie radiale Vibra- tend angeordnet sind, so daß sie wie eine Einheit bei toren darstellen, wenn gleichzeitig an allen kerami- ihrer Belastung der rückseitigen Fläche des Übersehen Elementen 16 ein Wechselspannungssignal an- 25 tragers wirken. Ersichtlich resultiert aus der kontigelegt ist. nuierlich einstellbaren Orientierung der zwei Rohre

   Wie oben bereits angegeben wurde, ist das Innere eine kontinuierlich sich ändernde Öffnung durch das des Gehäuses mit einem Material, z. B. Rizinusöl, Gegenbelastungsteil zum Inneren der ganzen Anordgefüllt, dessen akustischer Widerstand dem des nor- nung. Somit erhält man eine kontinuierlich vermalerweise den Generator umgebenden Mediums ent- 30 änderliche Gegenbelastung des Generators und eine spricht, d. h. beispielsweise Salzwasser. Das Rizinus- kontinuierliche Einstellung der Resonanzfrequenzöl erfüllt den Raum 22 zwischen den äußeren Ober- anordnung.

   flächen der Generatorelemente 16 und der inneren Wie in F i g. 3 dargestellt ist, ist die Resonanzfre-

   Oberfläche des sie umschließenden Fensters 13. Das quenz der Anordnung, bezogen auf die Einstellung

   öl füllt auch den Bereich zwischen dem einzelnen 35 der Belastungsrohre 15 und 25, einigermaßen linear

   Generatorelement 16 und dem rohrförmigen Teil 15 in einem Bereich, der näherungsweise lO°/o der Re-

   sowie das Innere des Teiles 15 und kann bis zu einem sonanzfrequenz ausmacht. Beim Vergleichen der

   gewissen Grade frei durch eine Anzahl länglicher F i g. 2 und 3 entspricht die ganz offene Stellung der

   Öffnungen 24 fließen. Dieses rohrförmige Teil 15 Fig. 2 der 50%igen Öffnungsstellung der graphi-

   bildet das tragende Teil der mechanischen Anord- 40 sehen Darstellung (Fig. 3), da bei der dargestellten

   nung und bewirkt gleichzeitig einen gewissen Grad Bauart eine lOOVoige Öffnung nicht zu erreichen ist.

   einer akustischen Gegenbelastung der Generator- Bei den meisten Anwendungsfällen ist dieser Grad

   elemente 16 durch sein Zusammenwirken mit der der Einstellbarkeit erheblich größer, als notwendig

   freien Bewegung des Füllmittels in Abhängigkeit von ist, um die Generatoranordnung auf eine gewünschte

   der Wirkungsweise des Generators. Das Rohr 15 45 Frequenz abzustimmen. Diese Bauart gestattet es

   kann ohne öffnungen ausgebildet sein; in diesem Fall auch, eine Anzahl gleicher Anordnungen herzustel-

   erhöht die Gegenbelastungswirkung des Rohres die len und nach der Herstellung und nach dem Einbau

   Resonanzfrequenz gegenüber derselben Anordnung eine jede auf eine verschiedene gewählte Frequenz

   ohne ein solches Rohr, in welchem Fall die Anord- einzustellen. Auf diese Weise kann man eine Reihe

   nung einfach durch Bolzen zwischen den Platten 5° solcher Generatoren herstellen, von denen jeder vom

   zusammengehalten ist. . anderen auf Frequenzbasis unterscheidbar ist.

   Bei Anwendung der Erfindung kann die Frequenz Alle dargestellten Einzelheiten sind für die Erfin-

   dieser Anordnung über einen begrenzten Bereich kon- dung von Bedeutung,
   tinuierlich verändert werden, wenn das Rohr 15 mit

   Öffnungen 24 versehen ist, wie dies in der Zeichnung 55 Patentansprüche:

   dargestellt ist, und wenn die Anordnung ein zweites 1. Elektromagnetischer Schallgenerator, dessen

   Rohr 25 aufweist, welches in ähnlicher Weise Öff- Frequenz veränderbar ist und der aus wenigstens

   nungen 26 aufweist und zum ersten Rohr konzen- einem rohrförmigen Schwingerelement aus einem

   irisch und vorzugsweise in engem Gleitkontakt mit Ring aus Bariumtitanat od. dgl. besteht, der der-

   der inneren Oberfläche des Teiles 15 vorgesehen ist. 60 artig polarisiert ist, daß der Ring radial gerich-

   Eine axiale Welle 30, die beispielsweise mittels teten Schwingungen unterworfen wird, wenn eine eines Bolzens 31 an einer Endplatte 32 an dem inne- Wechselspannung an die Elektroden des Rohrren Rohr25 der beiden konzentrischen Rohre 15 schwingers gelegt wird, dadurch gekenn- und 25 befestigt ist, ragt durch geeignete Dichtungs- zeichnet, daß der zentrale Hohlraum im ringe aus der unteren Platte 12 heraus und ist mit 65 Innern des Ringes akustisch von der strahlenden einem Arm 33 verbunden, der in solcher Weise an- Oberfläche des Ringschwingers isoliert ist und geordnet ist, daß er eine begrenzte Drehbewegung mit einem akustische Energie übertragenden Strözur Einstellung des inneren rohrförmigen Teiles 25 mungsmittel gefüllt ist und daß zwischen Innen-

   raum und Schwinger ein akustisches Belastungsteil von rohrförmiger Gestalt angeordnet ist, welches zur Änderung der Arbeitsfrequenzeigenschaften der Anordnung geeignet ist.
2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur kontinuierlichen Veränderung mindestens einer der physikalischen Kenngrößen des akustischen Belastungsteiles aus einem Zylinder mit Mantelöifnungen besteht, der gegen einen ortsfesten, mit ebensolchen Öffnungen versehenen Zylinder verdrehbar ist, so daß die Öffnungen in der Weite einstellbar sind.
3. 3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite rohrförmige starre Teil von außen her bezüglich des anderen rohrförmigen starren Teiles gedreht werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen