DE1254261B - Elektromechanische Verzoegerungsvorrichtung - Google Patents
Elektromechanische VerzoegerungsvorrichtungInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
Nummer:
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Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
H03h
Deutsche Kl.: 21g-34
T28132IXd/21g
10. März 1965
16. November 1967
10. März 1965
16. November 1967
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Verzögerungsvorrichtung, bestehend aus Wandlern
und Laufzeitkörper.
Verzögerungsvorrichtungen, auch Laufzeitleitungen genannt, werden beispielsweise in Farbfernsehempfängern
nach dem PAL-System, aber auch nach dem SECAM-System, für Radargeräte sowie Speicherzwecke
in der Computertechnik verwendet.
Es ist bereits bekannt, solche Laufzeitleitungen aus Spulen und Kondensatoren aufzubauen und die Induktivitäten
und Kapazitäten derselben so zu bemessen, daß die Signale eine möglichst geringe Dämpfung
erfahren.
Es ist weiterhin bekannt, zur Erzielung von größeren Laufzeiten die zu verzögernden elektrischen
Schwingungen in mechanische Wellen mit wesentlich geringerer Fortpflanzungsgeschwindigkeit umzuwandeln
und diese dann eine Strecke aus einem geeigneten Medium durchlaufen zu lassen, um sie sodann
wiederum in elektrische Schwingungen umzuformen.
Bei diesen elektromechanischen Verzögerungsvorrichtungen tritt immer das Problem auf, daß beim
Anbringen der elektromechanischen Wandler an das Ausbreitungsmedium in Form eines Laufzeitkörpers
eine Stoßstelle entsteht, und zwar auch dann, wenn man mit Hilfe eines Zwischenmediums, beispielsweise
mittels Kleber oder Lötmittel, eine sehr feste mechanische Verbindung zwischen den Wandlern
einerseits und dem Laufzeitkörper andererseits erzielt.
Für die Ausbreitung von Longitudinalwellen hat das Produkt aus der Dichte des Ausbreitungsmediums und seiner Schallgeschwindigkeit eine große
Bedeutung. Die Größe dieses Produkts soll sich entlang des Ausbreitungsweges möglichst nicht ändern.
Die Wandler bestehen jedoch im allgemeinen aus einem anderen Material als der Laufzeitkörper, und
zwar insbesondere dann, wenn man breitbandige Verzögerungsvorrichtungen verlangt. Will man beispielsweise
bei einer Bandmittenfrequenz von 4 MHz eine Bandbreite von +1 MHz erzielen, so hat sich
bisher nur eine Vorrichtung als technisch realisierbar herausgestellt, bei der die Wandler aus PZT-Keramik
als Scherschwinger zur Anregung von Transversalwellen ausgebildet sind, während der Laufzeitkörper
selbst aus einem temperaturkompensierten Glasstab besteht. Da die beiden Medien einen stark unterschiedlichen
Wellenwiderstand haben, hat man bei diesen breitbandigen Verzögerungsvorrichtungen
starke mechanische Dämpfungen eingebaut, die die Mehrfachreflexionen an den Wellenwiderstandssprungstellen
stark dämpfen sollen. Diese starken
Elektromechanische Verzögerungsvorrichtung
Anmelder:
Telefunken
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Wilhelm de Villiers van Keet,
Pretoria (Südafrikanische Union);
Dr. rer. nat. Manfred Börner, Ulm/Donau
mechanischen Dämpfungen bringen selbstverständlich auch einen großen Dämpfungsfaktor der Gesamtvorrichtung
mit sich.
Weiterhin sind Verzögerungsvorrichtungen bekanntgeworden, bei denen zur Erreichung einer guten
Ultraschallanpassung sowohl die Wandler als auch der Laufzeitkörper aus kristallinem oder (beim Laufzeitkörper)
aus geschmolzenem Quarz hergestellt sind. Diese Vorrichtungen weisen jedoch einen so
kleinen elektromechanischen Kopplungsfaktor und damit eine so kleine Bandbreite auf, daß auf diesem
Wege keine breitbandigen Laufzeitleitungen hergestellt werden können.
Durch die Zeitschrift »Acustica«, Vol. 4, 1954, S. 171 bis 181, ist ferner eine mechanische Verzögerungsleitung
bekanntgeworden, bei der Wandler und Laufzeitkörper aus einem einheitlichen Ferritkörper
bestehen, wodurch die Schwierigkeiten an der Übergangsstelle von Wandler und Laufzeitkörper vermieden
sind, wie sie bei zusammengesetzten Verzögerungsleitungen, beispielsweise gemäß USA.-Patentschrift
3 034 077, auftreten.
Eine derartige Konstruktion ist jedoch für einen praktischen Einsatz auf vielen Gebieten ungeeignet.
Dies liegt im wesentlichen daran, daß an den Laufzeitkörper und an die Wandler unterschiedliche Forderungen
gestellt werden müssen, die nicht gleichzeitig von einem Material erfüllt werden können. Für
die Wandler verlangt man nämlich einen hohen elektromechanischen Koppelfaktor, der im wesentlichen
temperaturunabhängig sein soll, während ein Laufzeitkörper, der für die Zwecke der Erfindung
brauchbar ist, einen geringen Temperaturkoeffizienten der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schall- und
Ultraschallstrahlen aufweisen muß. Außerdem ist bei
7G9 628/328
3 4
einer einstückigen Konstruktion von Wandler und gnetostriktionseffekt wird dann unter Wechselwirkung
Laufzeitkörper noch eine weitere Forderung zu be- des Spulenwechselfeldes und des Polarisationsgleich-
friedigen, nämlich die einer hohen Koerzitivkraft feldes eine Scherschwingung erzeugt, die in der bei-
zwecks Erhaltung der magnetischen Vorpolarisation. den Magnetfeldern zugeordneten Ebene polarisiert
Ausgehend von diesem Stande der Technik ergab 5 ist. Die Querabmessungen der Ferritscheibe betragen
sich die Aufgabe, eine breitbandige elektromecha- insbesondere bei höheren Frequenzen mehrere Schernische
Verzögerungsleitung anzugeben, die sowohl Wellenlängen. Die Fläche des Scherwellenwandlers
hinsichtlich der Eigenschaften der verwendeten strahlt dann wie eine Dipolwand mit entsprechender
Wandler als auch hinsichtlich des verwendeten Lauf- Strahlungscharakteristik. Diese Strahlungscharaktezeitkörpers
die Forderungen eines hohen Koppel- io ristik kann in Weiterbildung der Erfindung dadurch
faktors und einer geringen Dämpfung und Tempe- beeinflußt werden, daß man das Vorpolarisationsraturabhängigkeit
erfüllte und die gleichzeitig ohne magnetfeld nicht homogen macht, sondern zum Rand
besondere technische Schwierigkeiten einwandfreie der Ferritscheibe hin etwas schwächt. Dies kann man
Übergänge zwischen Wandlern und Laufzeitkörpern durch geeignete geometrische Formgebung des zur
ermöglichte. ig Vorpolarisation des Wandlers verwendeten Magneten
Erfindungsgemäß ergab sich als Lösung dieser erzielen. Aber es reicht auch häufig aus, den nor-Aufgabe
eine elektromechanische Verzögerungs- malen inhomogenen Feldverlauf eines nicht sehr ausvorrichtung,
bestehend aus Wandlern und Laufzeit- gedehnten zylinderförmigen Magneten zu verwenden,
körper, die gekennzeichnet ist durch die Kombination ohne daß eine besondere Abrundung seiner Endfolgender
an sich bekannter Merkmale: zo flächen notwendig ist.
a) Wandler und Laufzeitkörper sind getrennte, In Weiterbildung der Erfindung hat es sich als
durch eine Glas- oder Emailleanschmelzung günstig erwiesen, daß der Laufzeitkörper eine keilmechanisch
fest miteinander verbundene Bau- förmige Gestalt aufweist, wobei die beiden Wandler
teile- auf der der Keilspitze abgewandten Seite des Lauf-
b) sowohl Wandler als auch Laufzeitkörper be- a5 zeitkörpers voneinander mechanisch und elektrisch
stehen aus Ferritmaterial. abgeschirmt angebracht smd.
Weiterhin hat es sich bei einer ernndungsgemaßen
Die Kombination gemäß der Erfindung gestattet Verzögerungsvorrichtung als günstig erwiesen, Mittel
es einerseits, sowohl für die Wandler als auch für den vorzusehen, mittels derer durch Veränderung eines
Laufzeitkörper die jeweils günstigste Bemessung zu 30 Polarisationsfeldes die Laufzeit des Laufzeitkörpers
wählen, was bei einheitlichen Laufzeitgliedern nicht verändert werden kann. Diese Mittel können gleichmöglich ist. Andererseits ist es infolge der Her- zeitig zur Temperaturstabilisierung des Laufzeitstellung
sowohl der Wandler als auch des Laufzeit- körpers verwendet werden. Diese Mittel können
körpers aus Ferritmaterial möglich, zur Verbindung einerseits aus einer den Laufzeitkörper umgebenden,
der Wandler mit dem Laufzeitkörper Glas oder 35 von einem veränderbaren Strom durchflossenen Spule
Emaille zu benutzen. Es ist nämlich möglich, Glas bestehen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin,
herzustellen, das etwa den gleichen Ausdehnungs- daß ein in seinem Abstand vom Laufzeitkörper verkoeffizienten
wie Ferrit hat, und es ist andererseits änderbarer Permanentmagnet vorgesehen ist. Zur
auch möglich, die Ausdehnungskoeffizienten der Temperaturstabilisierung wird in diesen Fällen eine
beiden für Wandler und Laufzeitkörper verwendeten 40 Änderung des die Spule durchfließenden Stromes
Ferritarten trotz teilweise recht unterschiedlicher bzw. eine Abstandsänderung des Permanentmagneten
Eigenschaften, die sich nach den eingangs ausge- vom Laufzeitkörper in Abhängigkeit von der Tempesprochenen
Forderungen bemessen, praktisch gleich- raturänderung vorgenommen. In dem Fall der Temzumachen.
peraturstabilisierung durch Veränderung des die
Als Wandler in einer erfindungsgemäßen Verzöge- 45 Spule durchfließenden Stromes muß die Stromstärke
rungsvorrichtung sind vorzugsweise scheibenförmige, bei einer Zunahme der Temperatur erhöht werden,
jeweils von einer Spule umgebene Scherwellen- da im allgemeinen mit steigender Temperatur die
wandler vorgesehen, die mit dem Laufzeitkörper Laufzeit größer wird, mit steigender Magnetisierung
durch eine Glas- oder Emailleanschmelzung mecha- die Laufzeit jedoch abnimmt; dies kann man mit
nisch fest verbunden sind. 50 Hilfe eines Heißleiters temperaturabhängig steuern.
Die den Wandler umgebende Spule besteht dabei Da der halbleitende Ferritkörper selbst einen nega-
aus einem Material, das sich über eine Glas- oder tiven Temperaturkoeffizienten aufweist, ist es gün-
Emailleanschmelzung fest mit dem Ferritmaterial des stig, den Ferritkörper selbst als solchen Heißleiter
Wandlerkörpers verbinden läßt. Dabei ist darauf zu zu benutzen. Neben dieser Art der Temperaturstabili-
achten, daß das Material der Spule in seinem Tempe- 55 sierung, die darauf beruht, daß die elastischen Eigen-
raturausdehnungskoeffizienten an den des Ferrit- schäften des Laufzeitkörpers und damit die Laufzeit
materials angepaßt ist. Ein geeignetes Material ist in magnetischen Materialien, also auch in Ferriten,
beispielsweise die Legierung Vacovit511 der Firma von der magnetischen Polarisation abhängig sind, ist
Vakuumschmelze. Dabei hat es sich als zweckmäßig es selbstverständlich auch möglich, in konventioneller
erwiesen, die Wicklungen aus einem solchen Material 60 Weise eine Temperaturstabilisierung mittels einer mit
noch zu vergolden oder zu versilbern, um die elek- dem Laufzeitkörper verbundenen Widerstandsheiz-
trischen Verluste zu verringern. Es ist aber auch wicklung und einem Temperaturfühler durchzu-
möglich, die den Wandler umgebende Spule aus in führen.
das Ferritmaterial des Wandlers eingebrannten Die Erfindung soll im folgenden an Hand der in
Metallbelägen, vorzugsweise Silberbelägen, herzu- 65 den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
stellen. noch etwas näher erläutert werden.
Die Ferritscheibe des Wandlers ist senkrecht zu Wie Fig. 1 zeigt, sind die beiden elektromagne-
ihrer Oberfläche vorzumagnetisieren. Über den Ma- tischen Wandler 1 und 1' über einen Laufzeitkörper 2.
Claims (11)
1. Elektromechanische Verzögerungsvorrichtung, bestehend aus Wandlern und Laufzeitkörper,
gekennzeichnet durch die Kornbination folgender an sich bekannter Merkmale:
a) Wandler (1, 1') und Laufzeitkörper (2) sind getrennte, durch eine Glas- oder Emailleanschmelzung
(3) mechanisch fest miteinander verbundene Bauteile;
b) sowohl Wandler (1, 1') als auch Laufzeitkörper (2) bestehen aus Ferritmateria].
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wandler ein scheibenförmiger,
von einer Spule (5) umgebener Scherwellenwandler verwendet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus einem mit dem
Ferritmaterial des Wandlerkörpers mittels einer Glas- oder Emailleanschmelzung mechanisch fest
verbundenen Material besteht, das in seinem Temperaturausdehnungskoeffizienten an den des
Ferritmaterials angepaßt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus in das Ferritmaterial
des Wandlers eingebrannten Metallbelägen, vorzugsweise Silberbelägen, besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorpolarisation
des Wandlers ein Magnet mit einer solchen geometrischen Formgebung vorgesehen ist, daß eine möglichst gebündelte Strahlungscharakteristik des Wandlers erzielt wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufzeitkörper
(2) eine keilförmige Gestalt aufweist, wobei die beiden Wandler (1, Y) auf der der Keilspitze (12) abgewandten Seite des Laufzeitkörpers
(2) voneinander mechanisch und elektrisch abgeschirmt angebracht sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen
sind, mittels deren durch Veränderung eines Polarisationsfeldes die Laufzeit des Laufzeitkörpers
verändert wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur
Temperaturstabilisierung der elektromechanischen Verzögerungsvorrichtung vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch? oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einer
den Laufzeitkörper umgebenden, von einem veränderbaren Strom durchflossenen Spule bestehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem
in seinem Abstand vom Laufzeitkörper (2) veränderbaren Permanentmagneten (6) bestehen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet
(6) zur temperaturabhängigen Abstandsänderung an Bimetallstreifen (9) befestigt ist.
In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 3 034 077; »Acustica«, Vol. 4, 1954, S. 171 bis 181.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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