DE1422064B2

DE1422064B2 - Electroacoustic ultrasonic transducer

Info

Publication number: DE1422064B2
Application number: DE19601422064
Authority: DE
Inventors: Wilfred West Hartford Conn. Roth (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-10-07
Filing date: 1960-09-01
Publication date: 1974-09-05
Also published as: DE1422064A1

Description

4545

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Ultraschallwandler mit einer Membran und Mitteln zum Verhindern einer Bewegung der Randzone der Membran in senkrechter Richtung zur Membranebene. The invention relates to an electroacoustic ultrasonic transducer with a membrane and means to prevent movement of the edge zone of the membrane in a direction perpendicular to the membrane plane.

Ultraschallwandler dieser Art sind im allgemeinen dazu bestimmt, elektromagnetische Wellen in Ultraschallwellen und umgekehrt umzuwandeln. Ein solcher Umwandler kann sowohl als Sender als auch als Empfänger verwendet werden. Im ersteren Fall wird der Wandler durch elektromagnetische Schwingungen erregt und sendet Ultraschallwellen aus, während im letzteren Fall Ultraschallwellen auf den Wandler auftreffen und elektromagnetische Schwingungen erzeugen. Die eigentliche Umwandlung der elektrischen in die akustische Energie und umgekehrt erfolgt meist in magnetostriktiven oder piezoelektrischen Bauelementen. Zur Verbesserung des Wirkungsgrads der Wandler wird häufig die mechanische Resonanz ausgenutzt, insbesondere bei Wandlern mit einem schmalen Frequenzbandbereich. Solche Wandler sind jedoch meist sehr teuer und oft hinsichtlich ihres Arbeitstemperaturbereichs beschränkt. Darüber hinaus stößt der Einbau in ein Gehäuse oft auf Schwierigkeiten, da bei einem Gebilde mit Resonanzeigenschaften die Art der Montage sich auf die Arbeitsfrequenz und auch auf den Wirkungsgrad auswirken kann. Es ist daher wichtig, Vorkehrungen zu treffen, die ein weitgehend verlustloses Einspannen der Membran ermöglichen. Vorliegendenfalls sind zu diesem Zweck Mittel zum Verhindern einer Bewegung der Randzone der Membran senkrecht zur Membranebene vorgesehen.Ultrasonic transducers of this type are generally intended to convert electromagnetic waves into ultrasonic waves and vice versa. Such a converter can be used both as a transmitter and can be used as a recipient. In the former case, the transducer is driven by electromagnetic vibrations excites and emits ultrasonic waves, while in the latter case ultrasonic waves on the Strike transducers and generate electromagnetic vibrations. The actual conversion of the electrical energy into acoustic energy and vice versa mostly takes place in magnetostrictive or piezoelectric energy Components. To improve the efficiency of the converter, the mechanical Take advantage of resonance, especially in converters with a narrow frequency band range. Such converters however, they are usually very expensive and often limited in terms of their working temperature range. About that In addition, the installation in a housing often encounters difficulties, since a structure with resonance properties the type of assembly has an effect on the operating frequency and also on the efficiency can. It is therefore important to take precautions that allow for largely lossless clamping allow the membrane. In the present case, means for preventing movement are used for this purpose the edge zone of the membrane provided perpendicular to the membrane plane.

Bei einem bekannten Ultraschallwandler der eingangs beschriebenen Art (deutsche Patentschrift 664 983) bestehen die Mittel zum Verhindern einer Bewegung der Randzone darin, daß an dem eingespannten Membrankörper neben einem zentralen, als Oszillator ausgebildeten Bereich verhältnismäßig großer Wandstärke nach außen hin abwechselnd Ringe mit Querschnittsverringerungen und Querschnittserweiterungen vorgesehen sind. An den Übergangsstellen zwischen dem Oszillatorbereich sowie den dicken Ringen einerseits und den verhältnismäßig weichfedernden dünnen Ringen andererseits treten infolge des sich plötzlich verändernden elastischen Wellenwiderstands annähernd totale Reflexionen der Schwingungen auf. Diese Reflexionen verhindern, daß sich elastische Schwingungsenergie 'in beträchtlichem Maße auf die am äußeren Rand angreifende Unterstützungsstelle fortpflanzt. Bei dem bekannten Ultraschallwandler wird als nachteilig empfunden, daß die die Bewegung der Randzone der Membran ■ verhindernden Mittel einen verhältnismäßig großen Durchmesserbereich einnehmen, so daß nur ein verhältnismäßig kleiner zentraler Bereich der Membranscheibe Ultraschallenergie auszusenden oder zu empfangen vermag.In a known ultrasonic transducer of the type described at the beginning (German patent specification 664 983), the means for preventing movement of the edge zone consist in that on the clamped Membrane body in addition to a central, designed as an oscillator area relatively large wall thickness to the outside alternating rings with cross-section reductions and cross-section expansions are provided. At the transition points between the oscillator area and the thick rings on the one hand and the relatively Soft springy thin rings on the other hand occur as a result of the suddenly changing elastic Wave resistance almost total reflections of the vibrations. These reflections prevent that elastic vibration energy 'is to a considerable extent on the attacking at the outer edge Support agency reproduces. The known ultrasonic transducer is disadvantageous felt that the movement of the edge zone of the membrane ■ preventing means a relatively occupy a large diameter range, so that only a relatively small central area the membrane disk is able to send or receive ultrasonic energy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallwandler der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen am Rand einspannbare Membran über annähernd ihren vollen Durchmesser Ultraschallenergie zu emittieren und zu empfangen vermag. The invention is based on the object of providing an ultrasonic transducer of the type described at the beginning to create its membrane, which can be clamped at the edge, ultrasound energy over almost its full diameter able to emit and receive.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Mittel zum Verhindern der Bewegung der Randzone der Membran als hohlzylindrisches Teil ausgebildet sind, welches Teil mit seiner Stirnseite mit der Randzone der Membran verbunden und an dem der Stirnseite gegenüberliegenden Ende frei ist. Das hohlzylindrische Teil muß so bemessen sein, daß seine Länge einem ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge der bei der Arbeitsfrequenz des Wandlers in diesem Teil entstehenden Längsschwingung entspricht und/oder daß sich eine Resonanz für eine Ringschwingung bei doppelter Arbeitsfrequenz des Wandlers ausbildet. Ein derart ausgebildetes System führt eine gekoppelte Schwingung aus, die im Randbereich der Membran einen Schwingungsknoten aufweist. Die Membran wird auf Grund der Resonanzeigenschaften des Systems also gezwungen, im wesentlichen wie eine eingespannte Membran zu schwingen. Dadurch kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Membran und das mit ihr verbundene hohlzylindrische Teil von einem an der Randzone der Membran angreifenden Gehäuse gehalten werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß Energie auf das Gehäuse übertragen wird. Dadurch ist auch der Betrieb des Wandlers weitgehend unabhängig von der Art der Befestigung der Membran an einem Gehäuse.To solve this problem it is proposed according to the invention that the means for preventing the movement of the edge zone of the membrane are designed as a hollow cylindrical part, which part with its end face connected to the edge zone of the membrane and on the one opposite the end face The end is free. The hollow cylindrical part must be dimensioned so that its length is an odd Multiples of a quarter-wave length of that produced at the working frequency of the transducer in this part Longitudinal oscillation corresponds and / or that there is a resonance for a ring oscillation at double Working frequency of the converter trains. A system designed in this way carries a coupled oscillation from, which has a vibration node in the edge area of the membrane. The membrane will open Due to the resonance properties of the system, it is essentially like a clamped in place To vibrate diaphragm. As a result, according to an advantageous development of the invention, the membrane and the hollow cylindrical part connected to it by one engaging the edge zone of the membrane Housing are held without the risk of energy being transferred to the housing will. As a result, the operation of the converter is largely independent of the type of Attachment of the membrane to a housing.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein längliches, von einer Spule und vorzugsweise von einem Permanentmagneten umschlossenes magnetostriktives Element vorgesehen, das etwa senkrecht an der Membran angreift. Es ergibt sich dadurch eine resultierende Resonanzfrequenz, die im wesentlichen der Arbeitsfrequenz des Wandlers entspricht. Vorzugsweise ist das magnetostriktive Element als zylindrisches, zu dem hohlzylindrischen Teil im wesentlichen koaxiales Rohr ausgebildet.According to a further advantageous embodiment of the invention is an elongated, from a coil and a magnetostrictive element preferably enclosed by a permanent magnet is provided, which acts approximately perpendicular to the membrane. This results in a resulting resonance frequency, which essentially corresponds to the working frequency of the converter. Preferably that is Magnetostrictive element as a cylindrical, essentially coaxial with the hollow cylindrical part Tube formed.

In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel sowie einige der Erläuterung der Erfindung dienende Skizzen und Diagramme abgebildet. Es zeigtIn the drawing, an embodiment and some are used to explain the invention Sketches and diagrams shown. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Wandler,1 shows a longitudinal section through the transducer,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1,FIG. 2 shows a cross section along the section line 2-2 of FIG. 1,

F i g. 3 a und 3 b schematische Darstellungen, die die Schwingung der Membran und die dadurch in dem hohlzylindrischen Teil erzeugte Ringschwingung erläutern undF i g. 3 a and 3 b are schematic representations showing the vibration of the membrane and the resulting in explain the ring oscillation generated by the hollow cylindrical part and

F i g. 4 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Reaktanz von der Länge des hohlzylindrischen Teils zeigt.F i g. 4 is a diagram showing the dependence of the reactance on the length of the hollow cylindrical part shows.

Der in F i g. 1 und 2 gezeigte durch Magnetostriktion erregte akustische Energiewandler besteht aus einem zylindrischen Rohr 10 aus magnetostriktivem Material, wie z. B. Nickel oder Nickellegierungen, einer das Rohr 10 umgebenden Spule 11 und einem Permanentmagneten 12, der ein vormagnetisierendes Gleichfeld liefert. Der im Querschnitt kreisringförmige Magnet 12 umgibt ebenfalls das magnetostriktive Rohr 10.The in F i g. Acoustic energy transducers excited by magnetostriction shown in FIGS. 1 and 2 consists of a cylindrical tube 10 made of magnetostrictive material, such as. B. nickel or nickel alloys, a coil 11 surrounding the tube 10 and a permanent magnet 12, which is a pre-magnetizing DC field supplies. The magnet 12, which is circular in cross section, also surrounds the magnetostrictive one Pipe 10.

Die Richtung des Magnetfelds ist durch Pfeile 13 angedeutet. Form und Lage des Magneten 12 können von der in der Zeichnung dargestellten Art abweichen, solange nur das geeignete Magnetfeld erzeugt wird. In einigen Fällen kann auf die Verwendung eines gesonderten Magneten verzichtet werden.The direction of the magnetic field is indicated by arrows 13. The shape and position of the magnet 12 can differ from the type shown in the drawing, as long as the appropriate magnetic field is generated will. In some cases there is no need to use a separate magnet.

Die Spule 11 und der Magnet 12 sind zweckmäßigerweise auf einem Spulenkörper 14 angebracht, der in ein Gehäuse 15 eingesetzt und in diesem mittels einer Einbettungsmasse 16 beispielsweise aus Epoxyharz gehalten wird. Das rückwärtige Ende des Energiewandlers ist durch eine Platte 17 geschlossen. Der Spulenkörper kann aus Papier oder einem anderen Material und das Gehäuse 15 aus Metall, Kunststoff od. dgl. bestehen.The coil 11 and the magnet 12 are expediently mounted on a bobbin 14, the inserted into a housing 15 and in this by means of an embedding compound 16, for example made of epoxy resin is held. The rear end of the energy converter is closed by a plate 17. Of the The bobbin can be made of paper or another material and the housing 15 made of metal, plastic or the like exist.

An seiner Stirnseite ist das magnetostriktive Rohr 10 mit einem Teil 18 verbunden. Das Teil 18 besteht aus einer Membran 19 und einem hohlzylindrischen Teil 20 und ist aus einem Stück gefertigt. Falls erforderlich, können die Membran 19 und das Teil 20 auch einzeln angefertigt und dann durch eine feste Verbindung zu einer Einheit zusammengefügt werden. Das Teil 18, das normalerweise aus Metall, beispielsweise aus Stahl, Messing od. dgl. bestehen kann, ist mit dem Gehäuse 15 durch einen dünnen Kreisring 15 verbunden.The magnetostrictive tube 10 is connected to a part 18 on its end face. Part 18 consists from a membrane 19 and a hollow cylindrical part 20 and is made in one piece. If required, the membrane 19 and the part 20 can also be made individually and then fixed by a Connection to be joined together to form a unit. The part 18, which is normally made of metal, for example Can be made of steel, brass or the like, is connected to the housing 15 by a thin circular ring 15 connected.

Die Rückseite der Membran 19 weist eine Ringnut 22 auf, in die die vordere Stirnseite des Rohrs 10 eingeführt wird, worauf beide Teile durch Weich-, Hartlöten od. dgl. verbunden werden. Der äußere Umfang der Stirnseite des Teils 18 weist bei 23 eine Ringschulter auf, so daß der Kreisring 21 mit der Außenfläche der Membran bündig abschließt. Der Kreisring 21 kann durch Weich-, Hartlöten od. dgl. mit dem Teil 18 und mit dem Gehäuse 15 verbunden werden, falls dieses aus Metall besteht. Vielfach ist es vorteilhaft, das Teil 18 so zu bearbeiten, daß der Kreisring 21 als mit ihm aus einem Stück bestehender Flansch gebildet wird.The rear side of the membrane 19 has an annular groove 22 into which the front end face of the tube 10 is introduced, whereupon both parts by soft soldering, brazing or the like. Are connected. The outer one The circumference of the end face of the part 18 has an annular shoulder at 23, so that the circular ring 21 with the The outer surface of the membrane is flush. The circular ring 21 can od by soft soldering, hard soldering. be connected to the part 18 and to the housing 15, if this is made of metal. Is multiple it is advantageous to machine the part 18 so that the circular ring 21 is made of one piece with it Flange is formed.

Die Membran 19 wirkt im wesentlichen wie eine eingespannte, kreisförmige Membran, die an ihrem Umfang durch das Teil 20 eingespannt ist, wie später noch eingehender beschrieben wird.The membrane 19 acts essentially like a clamped, circular membrane on her Scope is clamped by the part 20, as will be described in more detail later.

Bei der Verwendung des Energiewandlers alsWhen using the energy converter as

ίο Ultraschallerzeuger wird die Spule 11 an eine Wechselstromquelle angeschlossen, wodurch das magnetostriktive Rohr 10 bei Vorhandensein des durch den Permanentmagneten 12 erzeugten Vormagnetisierungsfelds zu Schwingungen in axialer Richtung angeregt wird. Hierdurch wird die Membran 19 in Schwingungen versetzt und gibt Ultraschallenergie an die Luft oder ein anderes mit ihr in Berührung stehendes Medium ab. Bei Verwendung als Ultraschallempfänger erzeugt die auf die Membran 19 auftreffende Ultraschallenergie eine axiale Schwingung des Rohrs 10, durch die in der Spule 11 eine Spannung induziert wird. Die der Erzeugung geeigneter mechanischer Eigen- oder" Resonanzfrequenzen dienende richtige Dimensionierung des magneto-.ίο The ultrasonic generator connects the coil 11 to an alternating current source connected, whereby the magnetostrictive tube 10 in the presence of the through the Permanent magnets 12 generated bias field to vibrations in the axial direction is stimulated. This causes the membrane 19 to vibrate and provides ultrasonic energy the air or another medium in contact with it. When used as an ultrasonic receiver the ultrasonic energy impinging on the membrane 19 generates an axial oscillation of the tube 10, through which a voltage is induced in the coil 11. Those more suitable for production mechanical natural or "resonance frequencies serving correct dimensioning of the magneto.

striktiven Rohrs 10, der Membran 19 und des Teils' 20 ist für die Erzielung optimaler Arbeitsbedingungen von großer Wichtigkeit. Diese Resonanzfrequenzen sind Funktionen der gegebenen körperlichen Abmessungen der einzelnen Teile sowie der Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Ultraschallwellen in diesen Teilen. Da diese Teile körperlich zusammen-₁ hängen, sind sie mechanisch miteinander gekoppelt, so daß ihre einzelnen Eigen- oder Resonanzfrequenzen im Zusammenwirken die Arbeitsfrequenz des - Wandlers ergeben. Diese Zusammenhänge sollen nun näher erläutert werden.strict tube 10, membrane 19 and part '20 is of great importance for obtaining optimal working conditions. These resonance frequencies are functions of the given physical dimensions of the individual parts as well as the propagation speeds of the ultrasonic waves in these parts. Since these parts together physically ₁ hang, they are mechanically coupled to each other so that their individual natural or resonance frequencies, the operating frequency of the interacting - yield converter. These relationships will now be explained in more detail.

Die Membran 19 selbst hat eine bestimmte Eigenoder Resonanzfrequenz, die sowohl von ihrem Durchmesser und von ihrer Stärke, als auch von ihren Materialeigenschaften abhängt. Da die Membran in das Teil 20 übergeht, kann ihr wirksamer Durchmesser etwas größer als der Innendurchmesser des Teils 20 angenommen werden.The membrane 19 itself has a certain natural or resonance frequency, both of its Diameter and on their strength, as well as on their material properties depends. Since the membrane is in the part 20 passes, their effective diameter can be slightly larger than the inner diameter of the Part 20 will be accepted.

Das magnetostriktive Rohr 10 selbst hat ebenfalls eine Eigen- oder Resonanzfrequenz. Da es jedoch an seinem vorderen Ende mit der Membran 19 verbunden ist, ergibt sich durch die Kopplung dieser beiden Teile eine resultierende Resonanzfrequenz, die von den einzelnen Resonanzfrequenzen der beiden Teile verschieden ist.The magnetostrictive tube 10 itself also has a natural or resonant frequency. However, since it is its front end is connected to the membrane 19, results from the coupling of these two Divide a resulting resonance frequency by the individual resonance frequencies of the two parts is different.

Das Rohr 10 selbst würde eine solche Resonanzfrequenz aufweisen, daß seine Länge gleich der halben Wellenlänge oder allgemein gleich einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge ist. Dieses gilt für den Fall, daß beide Enden des Rohrs frei schwingen können. Die mechanische Dämpfung an jedem Ende ist dann klein. Ist die Membran 19 hochelastisch, so ist auch die Dämpfung in ihrer Mitte sehr gering. Daher wäre auch, wenn das Rohr 10 im Zentrum einer solchen Membran befestigt wäre, dessen Länge im wesentlichen gleich der halben Wellenlänge.The tube 10 itself would have a resonance frequency such that its length is equal to half that Wavelength or generally equal to an integral multiple of half the wavelength. This applies in the event that both ends of the tube can swing freely. The mechanical damping on each end is then small. If the membrane 19 is highly elastic, then the damping is also in it Middle very low. Therefore, it would also be if the tube 10 was fastened in the center of such a membrane whose length would be substantially equal to half the wavelength.

Da jedoch die Membran 19 gewöhnlich ziemlich starr ist, und das vordere Ende des Rohrs 10 an ihr irgendwo zwischen dem Zentrum und dem Umfang befestigt ist, erfährt das Rohr 10 durch die Membran eine beträchtliche Dämpfung. Folglich wird das Rohr 10 etwas kürzer sein als die halbe WellenlängeHowever, since the membrane 19 is usually quite rigid, and the forward end of the tube 10 is against it is fixed somewhere between the center and the periphery, the tube 10 passes through the membrane considerable attenuation. As a result, the tube 10 will be slightly shorter than half the wavelength

5 65 6

bei der Arbeitsfrequenz, damit eine Anpassung an ders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Dämpfung der Membran stattfindet, und es kann sind jedoch die Abmessungen des Teils 20 so geangenommen werden, daß es (mit zwei freien Enden) wählt, daß eine Ringschwingung in dem mit dem eine eigene Halbwellenresonanzfrequenz aufweist, Umfang der Membran verbundenen Bereich des die etwas über der resultierenden Resonanzfrequenz S Teils 20 entsteht. Diese Art der Schwingung wird liegt. Wegen der Kopplung mit dem Rohr 10 unter- manchmal als eine Dehnungsringschwingung bescheidet sich die resultierende Frequenz um einen zeichnet. Bei einem kreisförmigen Ring ist die Mittelgeringen Betrag auch von der Eigen- oder Resonanz- linie des Rings ein Kreis mit sich periodisch ändernfrequenz der Membran 19. Der dämpfende Einfluß dem Radius,
des Teils 20 wird später näher erläutert werden. io Die Fig. 3 b veranschaulicht diese Art derat the working frequency, so that an adaptation to ders advantageous embodiment of the invention takes place the damping of the membrane, and it can, however, the dimensions of the part 20 be assumed so that it selects (with two free ends) that a ring oscillation in the with the has its own half-wave resonance frequency, the circumference of the membrane connected area of the part 20 that arises slightly above the resulting resonance frequency S. This type of vibration will lie. Because of the coupling with the pipe 10, sometimes referred to as an expansion ring oscillation, the resulting frequency is limited to one. In the case of a circular ring, the mean low value of the natural or resonance line of the ring is a circle with a periodically changing frequency of the membrane 19. The damping influence is the radius,
of part 20 will be explained in more detail later. io Fig. 3 b illustrates this type of

Vorzugsweise wird als magnetostriktives Element Schwingung, bei der der Radius des Endes des Teils ein dünnwandiges Rohr verwendet, so daß seine 20' sich zyklisch zwischen der voll ausgezogenen und Masse und daher auch sein Q- oder Gütefaktor (defi- der gestrichelten Linie ändert. So entsteht durch die niert in Analogie zu elektrischen Schwingungskreisen Schwingung der Membran 19' in dem mit ihr verals das Verhältnis von gespeicherter zu dissipierter 15 bundenen Rand 20' des hohlzylindrischen Teils eine mechanischer Energie je Schwingung oder von Ringschwingung. Wie aus den F i g. 3 a und 3 b hermechanischer Reaktanz zu mechanischem Wider- vorgeht, entsprechen einer vollen Schwingung der stand und damit proportional zur Masse) relativ ge- Membran 19' zwei Schwingungen des Randes 20'. so ring'sind. Hierdurch wird der Einfluß der Resonanz- daß die Frequenz der Ringschwingung doppelt so frequenz des Rohrs auf die Gesamtresonanzfrequenz 20 groß ist wie die Frequenz der Schwingung der Memdes Geräts vermindert. Es kann jedoch, falls ge- bran.Preferably, the magnetostrictive element is oscillation, in which the radius of the end of the part a thin-walled tube is used so that its 20 'is cycled between the fully extended and Mass and therefore also its Q or quality factor (defined by the dashed line changes In analogy to electrical oscillation circuits, the oscillation of the membrane 19 'acts in relation to it the ratio of stored to dissipated 15 bound edge 20 'of the hollow cylindrical part mechanical energy per oscillation or from ring oscillation. As shown in FIGS. 3 a and 3 b hermechanical Reactance to mechanical adverse action correspond to a full oscillation of the stood and thus proportional to the mass) relative to the membrane 19 'two oscillations of the edge 20'. so ring's are. This doubles the influence of the resonance that the frequency of the ring oscillation is doubled frequency of the tube to the total resonance frequency 20 is large as the frequency of the oscillation of the Memdes Device. It can, however, if burned.

wünscht, auch ein voller Stab an Stelle des Rohrs Die Entstehung der Ringschwingung wird beverwendet werden. günstigt, wenn die Länge des-durch den Pfeil 31 an-wishes also a full rod in place of the tube The origin of the ring oscillation is used will. favorable if the length of the - indicated by the arrow 31 -

Zur Erläuterung sei erwähnt, daß bei einer speziel- gezeigten Weges um das Ende des rohrförmigenTo explain it should be mentioned that in a specially shown path around the end of the tubular

len Ausführung die Resonanzfrequenz der Membran 25 Teils 20' gleich der Wellenlänge bei der Frequenz derlen execution the resonance frequency of the membrane 25 part 20 'equal to the wavelength at the frequency of the

19 selbst ungefähr 36 kHz und die Halbwellenreso- Ringschwingung bzw, bei der doppelten Frequenz der19 itself about 36 kHz and the half-wave resonance ring oscillation or at twice the frequency of the

nanzfrequenz des Rohrs 10 für sich allein ungefähr Membranschwingung ist. Für einen dünnen Ring,nanz frequency of the tube 10 is in and of itself approximately membrane vibration. For a thin ring

48 kHz betrug. Nachdem das Rohr, wie in der Zeich- das heißt einen Ring, dessen radiale Dicke im Ver-Was 48 kHz. After the pipe, as in the drawing, i.e. a ring, the radial thickness of which is

nung dargestellt, an der Membran befestigt worden gleich zu seinem Radius sehr klein ist, ist dietion shown to have been attached to the membrane equal to its radius is very small, which is

war, ergab sich eine resultierende Arbeitsfrequenz 30 Periode T der Ringschwingung T = 2 κ RIc, wobei R was a resulting working frequency 30 period T of the ring oscillation T = 2 κ RIc, where R

von ungefähr 38,5 kHz. Durch Messung der ab- der Radius des Rings und c die Fortpflanzungs-of approximately 38.5 kHz. By measuring the ab- the radius of the ring and c the reproductive

gegebenen Ultraschallenergie und durch Korrektur geschwindigkeit der elastischen Welle um den Ringgiven ultrasonic energy and by correcting the speed of the elastic wave around the ring

der Länge des Rohrs 10 kann ein optimales Verhält- ist.the length of the tube 10 can be an optimal ratio.

nis erzielt werden. Das heißt, daß bei der Vorrichtung der Fig. 1 innis can be achieved. That is, in the apparatus of FIG. 1 in

Zur Erläuterung des Einflusses des Teils 20 wird 35 dem mit der Membran verbundenen Bereich naheTo explain the influence of the part 20, 35 is close to the area connected to the membrane

auf die Fig. 3 a und 3 b Bezug genommen. Diese dem Ende des Teils 20 durch geeignete Wahl des3 a and 3 b referred to. This the end of the part 20 by suitable choice of

zeigen die Teile der F i g. 1 in vereinfachter schema- Durchmessers und der Wandstärke eine Ringschwin-show the parts of FIG. 1 in a simplified diagram of the diameter and the wall thickness of a ring

tischer Darstellung, weshalb zur Bezeichnung dieser gung mit der doppelten Resonanzfrequenz dertable representation, which is why to designate this movement with twice the resonance frequency of the

Teile apostrophierte Bezugszahlen verwendet wur- Membran und des mit ihr verbundenen GebildesParts of apostrophized reference numbers were used membrane and the structure connected with it

den. 40 erzeugt werden kann.the. 40 can be generated.

F i g. 3 a zeigt die Art der Schwingung der ein- Wie F i g. 1 zeigt, ist die Wandstärke des Teils 20F i g. 3 a shows the type of oscillation of the individual As F i g. 1 shows is the wall thickness of part 20

gespannten kreisförmigen dünnen Membran 19'. Da- im Vergleich zu dessen Radius beträchtlich. Infolge-strained circular thin membrane 19 '. Considerable compared to its radius. As a result-

bei wurde angenommen, daß sich der Rand der dessen besteht eine gewisse Unsicherheit, welcherat was believed to be the edge of which there is some uncertainty as to which

Membran nicht in der durch Doppelpfeile 25 ange- Wert R für obige Gleichung angenommen werden Membrane cannot be assumed in the value R indicated by double arrows 25 for the above equation

gebenen Richtung bewegen kann. Wenn die Mem- 45 soll. Darüber hinaus ist die Ausbreitungsgeschwin-given direction can move. If the mem- 45 is supposed to. In addition, the propagation speed

bran 19' Ultraschallenergie empfängt oder abgibt, digkeit elastischer Wellen über den Umfang desbran 19 'receives or emits ultrasonic energy, elastic waves over the circumference of the

schwingt sie zwischen den beiden gekrümmten Stel- Rings eine Funktion sowohl von seiner Wandstärkeit oscillates between the two curved stel-rings a function of both its wall thickness

lungen 26 und 26' hin und her. Da senkrecht zur als -auch von seinen Materialeigenschaften. Infolge-lungs 26 and 26 'back and forth. As perpendicular to as -also from its material properties. As a result-

Membranebene gerichtete Kräfte, wie sie durch den dessen sind, obwohl Berechnungen den EntwurfForces directed in the membrane plane, as they are by that of, although calculations support the design

Doppelpfeil 27 angegeben sind, erforderlich sind, um 50 eines ersten Modells erleichtern, im allgemeinen zurDouble arrows 27 are indicated, are necessary to facilitate 50 of a first model, in general for

die Membran auszulenken, treten ähnliche Kräfte 25 Erzielung optimaler Ergebnisse gewisse Abweichun-to deflect the membrane, similar forces occur 25 achieving optimal results certain deviations

am Rande der Membran auf. gen von der durch Rechnung ermittelten Dimensio-at the edge of the membrane. from the dimension determined by the calculation

Bewegt sich die Membran in die Lage 26 nach nierung notwendig. Diese Zusammenhänge werdenIf the membrane moves into position 26 after renation is necessary. These relationships will

außen, dann hat ihr Durchmesser das Bestreben, im Anschluß an die Beschreibung des Einflusses deroutside, then its diameter has the endeavor, following the description of the influence of the

kleiner zu werden und ruft so am Rande zum Zen- 55 Länge des Teils 20 beschrieben,to get smaller and so calls to the edge to the zen- 55 length of the part 20 described,

trum gerichtete, durch Pfeile 28 dargestellte Kräfte Aus Fi g. 1 ist ersichtlich, daß sich trotz der festenstrand-directed forces shown by arrows 28 from Fi g. 1 it can be seen that despite the solid

hervor. Die Membran ist mit dem Ende des Teils 20' Verbindung des vorderen Endes des Teils 20 mit dememerged. The membrane is with the end of the part 20 'connection of the front end of the part 20 with the

verbunden, so daß die Kräfte 28 dieses Ende an Rand der Membran 19 sein hinteres Ende frei be-connected so that the forces 28 of this end at the edge of the membrane 19 freely move its rear end

seinem ganzen Umfang radial nach innen zusammen- wegen kann. Hat das Teil 20 eine Länge, die einembecause of its entire circumference radially inwardly. Has the part 20 a length that one

zuziehen suchen, wie es durch die gestrichelten Linien 60 Vielfachen.der Wellenlänge entspricht, so wirkt esseek to draw in, as indicated by the dashed lines 60 multiples of the wavelength, so it works

29 in Fig. 3b dargestellt ist. Bewegt sich die Mem- als ein mechanischer Resonator. Die Kennlinien eines29 is shown in Fig. 3b. The meme moves as a mechanical resonator. The characteristics of a

bran in die Lage 26', so ist ihr Durchmesser wieder- solchen Resonators sind in F i g. 4 dargestellt. Hierbran in position 26 ', its diameter is again - such resonators are shown in FIG. 4 shown. here

um bestrebt, abzunehmen und dadurch das Ende 20' ist die mechanische Reaktanz in Abhängigkeit vonin order to strive to decrease and thereby the end 20 'the mechanical reactance is a function of

in gleicher Weise radial nach innen zu ziehen. der Länge in Bruchteilen einer Wellenlänge aufge-to pull radially inwards in the same way. the length in fractions of a wavelength

Wegen der kreisförmigen Ausbildung und seiner 65 tragen. Ist das Teil 20, dessen rückwärtiges EndeBecause of the circular training and its 65 wear. Is the part 20, its rear end

Stärke kann angenommen werden, daß der Rand des sich frei bewegen kann, eine viertel Wellenlänge lang,Strength can be assumed to be that the edge of the can move freely, a quarter wavelength long,

Teils 20 der in F i g. 3 b gezeigten Deformation einen so ist die Reaktanz an ihrem stirnseitigen EndePart 20 of the in F i g. 3 b shown deformation is a reactance at its front end

großen Widerstand entgegensetzt. Bei einer bcson- außerordentlich groß. Theoretisch ist sie unendlich,opposed great resistance. At a bcson- extraordinarily large. In theory it is infinite

aber praktisch begrenzen einige Verluste die resultierende Dämpfung. Folglich wird der Ümfangsbereich der Membran 19 daran gehindert, sich in der Längsrichtung des Teils 20 zu bewegen, wenn die Länge dieses Teils 20 eine viertel Wellenlänge bei der Arbeitsfrequenz des Energiewandlers ist. Gleiche Ergebnisse würden erhalten werden bei Längen des Teils 20 von % Wellenlängen, ⁵Aj Wellenlängen usw., oder allgemein gesprochen, von einem ungeraden Vielfachen einer viertel Wellenlänge.but in practice some losses limit the resulting attenuation. As a result, the circumferential area of the membrane 19 is prevented from moving in the longitudinal direction of the part 20 when the length of this part 20 is a quarter of a wavelength at the operating frequency of the energy converter. Similar results would be obtained with lengths of the portion 20 of ½ wavelengths, ⁵ Aj wavelengths, etc., or generally speaking, an odd multiple of a quarter wavelength.

Gewöhnlich wird die ein-viertel-Wellenlängenbeziehung ausgenutzt, um Material zu sparen und den Energiewandler so kurz wie möglich zu halten. Das Teil 20 wirkt also auf die in einem Schwingungsknoten der Longitudinalschwingung mit ihr verbundenen Membran so, als ob diese allseitig starr mechanisch eingespannt sei. Daher wird das Teil 20 auch als dynamische Einspannvorrichtung bezeichnet, auch wenn die Membran nicht mit mechanischen Mitteln in ihm eingespannt ist, sondern mit ihm aus einem Stück besteht.Usually the one-quarter wavelength relationship becomes exploited to save material and to keep the energy converter as short as possible. The part 20 thus acts on the longitudinal vibration in a vibration node with her connected membrane as if it were mechanically clamped rigidly on all sides. Therefore the part becomes 20 Also known as a dynamic jig, even if the diaphragm is not mechanical Funds is clamped in it, but consists of one piece with it.

Tatsächlich ist es in der Praxis nicht erforderlich, daß die Dämpfung am stirnseitigen Ende des Teils 20 gegen Unendlich geht, solange sie nur genügend groß ist, um ein einwandfreies Einspannen zu gewährleisten. Wenn also eine Dämpfung, wie z. B. durch die Linien 35 und 35' gezeigt, für die Einspannung ausreichend ist, so können Wellenlängen entsprechend den Punkten 36 oder 37 verwendet werden. Durch Wahl eines Zwischenwerts in diesem Bereich wird eine gewisse Toleranz bei der Fertigung möglich. Da sich die Wellenlänge umgekehrt proportional zur Frequenz ändert, sollten die übrigen Abmessungen des Energiewandlers genügend gut eingehalten werden, so daß die Arbeitsfrequenz nicht außerhalb des Bereichs einer einwandfreien Einspannung fällt.In fact, it is not necessary in practice that the damping at the front end of the part 20 goes towards infinity, as long as it is just big enough to ensure proper clamping. So if a damping such. Shown by lines 35 and 35 'for the restraint is sufficient, wavelengths corresponding to points 36 or 37 can be used. By choosing an intermediate value in this range, there is a certain tolerance in production possible. Since the wavelength changes inversely proportional to the frequency, the remaining dimensions should of the energy converter are sufficiently adhered to, so that the working frequency does not falls outside the range of proper restraint.

Für die Einspannung kann auch, wenn gewünscht, ein Betrieb mit einer Longitudinalschwingung allein, also ohne Ringschwingung, verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß in der Praxis besonders gute Wirkungen mit der Kombination von Longitudinal- und Ringschwingungen erhalten werden.For the restraint, it is also possible, if desired, to operate with a longitudinal oscillation alone, i.e. without ring oscillation. However, it has been shown that in practice particularly good effects can be obtained with the combination of longitudinal and ring vibrations.

Der effektive Durchmesser und infolgedessen die Resonanzfrequenz der Membran 19 ändern sich mit dem Innendurchmesser des Teils 20. Außerdem ist die Resonanzfrequenz einer eingespannten Membran im allgemeinen proportional zu ihrer Dicke. Es wurde nun gefunden, daß ohne die Ausbildung einer Ringschwingung die Dicke der Membran und der Innendurchmesser des Teils 20 sehr kritisch sind und für eine optimale Arbeitsweise in sehr engen Toleranzgrenzen gehalten werden müssen, insbesondere wenn die Gesamtarbeitsresonanzfrequenz bei der Fertigung erhalten werden soll. Die Länge des Rohrs 10 spielt auch eine Rolle.The effective diameter and consequently the resonance frequency of the diaphragm 19 change with it the inner diameter of the part 20. It is also the resonance frequency of a clamped diaphragm generally proportional to their thickness. It has now been found that without the formation of a Ring vibration and the thickness of the diaphragm and the inside diameter of the part 20 are very critical must be kept within very narrow tolerance limits for optimal operation, in particular when the overall working resonance frequency is to be preserved in manufacture. The length of the pipe 10 also plays a role.

Dagegen hat sich gezeigt, daß diese Toleranzen infolge der Wechselwirkung zwischen der Ringschwingung und der Membranschwingung erheblich gelockert werden, wenn der effektive Durchmesser des Teils 20 so gewählt wird, daß die Ausbildung der Ringschwingung gefördert wird. Durch die durch den Durchmesser, die Wandstärke und das Material des rohrförmigen Teils 20 bestimmte Frequenz der Ringschwingung wird die Frequenz der Membranschwingung zu ihrem richtigen Wert hin geändert.In contrast, it has been shown that these tolerances are due to the interaction between the ring oscillation and the diaphragm vibration can be significantly relaxed when the effective diameter of the part 20 is chosen so that the formation of the ring oscillation is promoted. Through the through the diameter, the wall thickness and the material of the tubular part 20 determined frequency of the Ring oscillation changes the frequency of the membrane oscillation to its correct value.

Wenn z.B. die Membran dazu neigen sollte, mit einer Frequenz von etwas weniger als der halben Ringschwingungsfrequenz zu schwingen, dann würde die Auswärtsschwingung der Membran hinter der radialen Zusammenziehung des Rings zurückbleiben. Da aber der Umfang der Membran mit dem Teil 20 verbunden ist, kann eine solche Verzögerung nicht auftreten und die Auswärtsbewegung der Membran wird daher durch Kräfte beschleunigt, die ihr von dem sich zusammenziehenden Ring erteilt werden. Bewegt die Membran sich zurück zu ihrer Mittellage,If, for example, the diaphragm should tend to operate at a frequency slightly less than half the ring oscillation frequency To vibrate, the outward vibration of the diaphragm would lag behind the radial contraction of the ring. There but the periphery of the diaphragm is connected to the part 20, such a delay cannot occur and the outward movement of the diaphragm is therefore accelerated by forces exerted by it contracting ring. If the membrane moves back to its central position,

ίο so beschleunigt der sich ausdehnende Ring die Rückkehr. Auf diese Art und Weise wird die Frequenz der Membran vergrößert. Sollte andererseits die Membran dazu neigen, mit einer Frequenz zu schwingen, die etwas größer als die halbe Ringschwingungsfrequenz ist, so würden die Membranausschwingungen dem Ausschwingen der Ringschwingung voraneilen. Die Ringschwingung übt dann jedoch verzögernde Kräfte auf die Membran aus, so daß deren Frequenz abnimmt. Auf diese Weise wird in beiden Fällen die Membranfrequenz zur halben Ringschwingungsfrequenz hingezogen.ίο so the expanding ring accelerates the return. In this way the frequency of the membrane is increased. On the other hand, the membrane should tend to vibrate at a frequency slightly greater than half the ring vibration frequency is, the membrane oscillations would precede the ring oscillation. The ring oscillation then exerts retarding forces on the membrane, so that its frequency decreases. In this way, the membrane frequency becomes half the ring oscillation frequency in both cases attracted.

Diese frequenzsteuernde Wirkung wird erhöht, wenn das Teil 20 so ausgelegt wird, daß es einen großen Q- oder Gütefaktor für die Ringschwingung hat.This frequency-controlling effect is increased if the part 20 is designed so that there is one has a large Q or figure of merit for the ring oscillation.

Auf Grund der Poissonschen Beziehung regt die Ringschwingung an dem einen Ende des Teils 20 Longitudinalwellen in ihm mit der doppelten Arbeitsfrequenz an. Wenn also die Länge des Teils 20 gleich oder etwa- gleich einer viertel Wellenlänge bei der Arbeitsfrequenz ist, so ist sie auch gleich oder etwa gleich einer halben Wellenlänge für die Longitudinalwellen bei der doppelten Frequenz der Ringschwingung. Sie liegt daher bei oder nahe bei der longitudinalen Resonanz bei dieser doppelten Frequenz. Infolgedessen unterstützen die longitudinalen Schwingungen mit der doppelten Frequenz die Ringschwingungen und verbessern darüber hinaus die von dem Teil 20 ausgeübte Frequenzsteuerung.Due to the Poisson's relationship, the ring oscillation excites at one end of the part 20 Longitudinal waves in it with twice the working frequency. So if the length of the part 20 is the same or approximately equal to a quarter wavelength at the working frequency, it is also equal to or approximately equal to half a wavelength for the longitudinal waves at twice the frequency of the ring oscillation. It is therefore at or close to the longitudinal resonance at this double frequency. As a result, the longitudinal vibrations with twice the frequency support the ring vibrations and also improve the frequency control exerted by the part 20.

Es hat sich gezeigt, daß es bei Steuerung der Arbeitsfrequenz des Energiewandlers durch die Ringschwingung möglich ist, die Länge des Teils 20 etwas kleiner als eine viertel Wellenlänge zu machen und trotzdem noch einen genügenden Spielraum für Fertigungsschwankungen zu- behalten. So waren bei einer speziellen Ausführungsform Längen der Größenordnung von 0,20 Wellenlängen befriedigend, und in einigen Fällen können sogar noch etwas kleinere Längen verwendet werden.It has been shown that when the working frequency of the energy converter is controlled by the ring oscillation it is possible to make the length of the part 20 slightly less than a quarter wavelength and nevertheless to retain sufficient leeway for manufacturing fluctuations. Were like that in a special embodiment, lengths of the order of magnitude of 0.20 wavelengths are satisfactory, and in some cases even slightly shorter lengths can be used.

Beim Entwurf des Wandlers kann eine genügend große Dämpfung für die Einspannwirkung des Teils 20 dadurch sichergestellt werden, daß die Ausgangsleistung des Wandlers für verschiedene Arten der Befestigung gemessen wird, oder daß ein Schwingungsabnehmer am Rand der Membran angebracht und die Länge entsprechend gewählt wird. Die Frequenz der Ringresonanz am stirnseitigen Ende des Teils 20 kann durch Änderung entweder des Außenoder des Innendurchmessers dieses Teils geändert werden. Eine Änderung seiner Wandstärke verursacht eine Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit in ihm, eine Änderung des mittleren Durchmessers führt zu einer Änderung der effektiven Weglänge um das Teil. Eine Änderung des Innendurchmessers bedeutet gleichzeitig eine Änderung des effektiven Durchmessers der Membran und führt infolgedessen zu einer etwas größeren Änderung der Arbeitsfrequenz als eine entsprechende Änderung desWhen designing the transducer, allow a sufficient amount of damping for the gripping effect of the part 20 can be ensured that the output power of the converter for different types of Attachment is measured, or that a vibration pick-up is attached to the edge of the membrane and the length is chosen accordingly. The frequency of the ring resonance at the front end of the Part 20 can be modified by changing either the outside or inside diameter of that part will. A change in its wall thickness causes a change in the speed of propagation in it, a change in the mean diameter leads to a change in the effective path length to the part. A change in the inside diameter also means a change in the effective diameter of the membrane and consequently leads to a slightly larger change in the Working frequency as a corresponding change in the

inn co/ /τr>/ inn co / / τ r> /

Außendurchmessers. Alle diese Dimensionen können angepaßt werden, bis optimale Ergebnisse erhalten werden.Outside diameter. All of these dimensions can be adjusted until optimal results are obtained will.

Infolge der dynamischen Einspannung durch das Teil 20 kann das gesamte Teil 18 in dem Gehäuse befestigt werden, ohne daß ein wesentlicher Energieübergang in das Gehäuse stattfindet. Vorzugsweise wird die Befestigung im wesentlichen in der Membranebene vorgenommen. Bei der Vorrichtung der F i g. 1 schließt der Befestigungsring 21 bündig mit der vorderen Fläche der Membran 19 ab, so daß die Vorderfront eben ist. InSpezialfällen kann eine etwas weiter zurückgesetzte Lage als die gezeigte, beispielsweise in der neutralen Ebene der Membran (in der Mitte der Dicke der Membran) bevorzugt werden. Vorteilhafterweise wird der Befestigungsring 21 dünn gemacht, so daß zwischen ihm und dem Teil 20 eine Dämpfungsfalschanpassung besteht, und dadurch der Übergang restlicher, möglicherweise noch vorhandener Energie an das Gehäuse 15 möglichst ao klein.gehalten wird.As a result of the dynamic clamping by the part 20, the entire part 18 can be in the housing be attached without a significant transfer of energy takes place in the housing. Preferably the attachment is made essentially in the membrane plane. In the device of the F i g. 1 closes the fastening ring 21 flush with the front surface of the membrane 19 so that the Front is flat. In special cases one can do something Position further set back than the one shown, for example in the neutral plane of the membrane (in the middle of the thickness of the membrane) are preferred. Advantageously, the fastening ring 21 made thin so that there is attenuation mismatch between it and part 20, and thereby the transfer of remaining, possibly still existing energy to the housing 15, if possible ao is kept small.

Wie die Figuren zeigen, weist die spezielle Ausführungsform des Wandlers gemäß der Erfindung vier gekoppelte Resonanzfrequenzen auf, nämlich die des Rohrs 10, die der Membran 19, die der Ringschwingung im Teil 20 und die der Longitudinalschwingung im Teil 20. Bei geeigneter Dimensionierung der einzelnen Elemente, wie beschrieben, können die einzelnen Resonanzfrequenzen zu einer sehr scharfen Gesamtsende- oder Empfangscharakteristik führen. Durch Änderung der relativen Abmessungen der einzelnen Elemente können jedoch, wie dem Fachmann geläufig, die einzelnen Resonanzfrequenzen so geändert werden, daß die Gesamtcharakteristik breiter wird. Außerdem können zur Verbreiterung des Gesamtansprechbereichs — wenn auch auf Kosten eines gewissen Verlustes im Wirkungsgrad — an geeigneten Punkten Dämpfungsteile angebracht werden.As the figures show, the particular embodiment of the converter according to the invention four coupled resonance frequencies, namely that of the tube 10, that of the membrane 19, that of the ring oscillation in part 20 and that of the longitudinal oscillation in part 20. With suitable dimensioning of the individual elements, as described, the individual resonance frequencies can become a very lead to sharp overall transmission or reception characteristics. By changing the relative dimensions of the individual elements, however, as is familiar to the person skilled in the art, the individual resonance frequencies can be changed so that the overall characteristic becomes wider. You can also use it to widen of the overall response range - albeit at the expense of a certain loss in efficiency - damping parts are attached at suitable points.

Wie die Figuren zeigen, ist der erfindungsgemäße Wandler relativ einfach und handfest aufgebaut und daher leicht zu fertigen. Dadurch, daß das Gehäuse 15 an den wirksamen Elementen des Wandlers in einem Knotenbereich angebracht ist, kann der Wandler weitgehend beliebig montiert werden, ohne daß seine Betriebsweise merklich beeinflußt wird.As the figures show, the transducer according to the invention is of relatively simple and hand-tight construction and therefore easy to manufacture. The fact that the housing 15 to the effective elements of the transducer in is attached to a node area, the converter can largely be mounted as desired without its mode of operation is noticeably affected.

Obgleich die magnetostriktive Anregung bevorzugt wird, können auch, insbesondere für große Arbeitsfrequenzen, andere Mechanismen, wie z. B. piezoelektrische Elemente od. dgl. zur Erzeugung der Membranbewegung verwendet werden.Although magnetostrictive excitation is preferred, other mechanisms, such as e.g. B. piezoelectric Elements or the like can be used to generate the membrane movement.

Obgleich die Longitudinalschwingung im Teil 20 ohne die Ringschwingung angewendet werden kann, werden, wie bereits ausgeführt, beide Schwingungen zusammen zur Erzielung außerordentlich guter Ergebnisse bevorzugt. Wenn es erwünscht ist, zur Frequenzsteuerung die- Ringschwingung allein ohne die von der Longitudinalschwingung verursachte axiale Einspannung zu verwenden, dann muß das Teil 20 entsprechend kürzer gemacht werden.Although the longitudinal vibration in part 20 can be used without the ring vibration, As already stated, both vibrations are used together to achieve extremely good results preferred. If it is desired, the ring oscillation alone without frequency control To use the axial restraint caused by the longitudinal oscillation, then it must Part 20 can be made shorter accordingly.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electroacoustic ultrasonic transducer with a membrane and means for preventing a movement of the edge zone of the membrane in a direction perpendicular to the membrane plane, characterized in that the means designed as a hollow cylindrical part (20) to prevent movement of the edge zone of the membrane are, which is connected with its end face to the edge zone of the membrane (19) and at the end opposite the end face is free, and that the length of the hollow cylindrical Partly an odd multiple of a quarter “wavelength of that at the operating frequency of the Converter corresponds to longitudinal vibration occurring in the hollow cylindrical part and / or • whose diameter and wall thickness are dimensioned so that there is a resonance for a ring oscillation at twice the working frequency of the converter.

2. Converter according to claim 1, characterized in that the membrane (19) and with their connected hollow cylindrical part (20) are held by a housing (15) which is attached to a circular ring formed as part of the edge zone of the membrane or connected to it (21) attacks.

3. Converter according to claim 1 or 2, characterized in that approximately perpendicular to the membrane (19) an elongated, from a coil (11) and preferably a permanent magnet (12) engages enclosed magnetostrictive element (10).

4. Converter according to claim 3, characterized in that the magnetostrictive element (10) designed as a cylindrical tube which is essentially coaxial with the hollow cylindrical part (20) is.