DE1441495C

DE1441495C - Electroacoustic transducers for echo sounders

Info

Publication number: DE1441495C
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr.phil.habil.; Feher Karl Dr.-Ing.; 2300 Kiel Ahrens
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Publication date: 1971-01-07

Description

Die Erfindung geht aus von elektroakustischen Wandlern zum Senden und Empfangen von Schallwellen im Wasser, bei denen rückwärtige Randteile der Membran mit dem Wasser in Verbindung sind.The invention is based on electroacoustic transducers for sending and receiving sound waves in the water, in which rear edge parts of the membrane are in contact with the water.

Bekanntlich besteht bei derartigen Wandlern das Bestreben, die abstrahlende Fläche der Membran im Verhältnis zur antreibenden Fläche des aktiven Wandlerelementes möglichst groß zu machen, weil dadurch der Wirkungsgrad und die Bandbreite günstig beeinflußt werden. Hierbei ergibt sich aber das Problem, daß Ränder der Membran akustisch kurzgeschlossen sind, so daß sich die gewünschte Verbesserung nicht oder nur unvollkommen einstellt.It is known that such transducers endeavor to reduce the radiating surface of the membrane in the To make ratio to the driving surface of the active transducer element as large as possible, because thereby the efficiency and the bandwidth are favorably influenced. But here it comes out Problem that edges of the membrane are acoustically short-circuited, so that the desired improvement not or only imperfectly.

Es ist bereits mehrfach bekannt (deutsches Patent 897 525, USA.-Patent 1472 558), schallabschirmende Materialien an Wandlern dort anzuordnen, wo eine Schallabschirmung erwünscht ist. Je nach dem Anwendungsfall ist aber eine zweckmäßige Ausbildung notwendig, so daß weitere Eigenschaften des Wandlers mindestens erhalten bleiben.It is already known several times (German patent 897 525, USA patent 1472 558), sound-shielding Arrange materials on transducers where soundproofing is desired. Depending on the application but an appropriate training is necessary, so that further properties of the converter at least be preserved.

Weiterhin ist bekannt, daß bei elektroakustischen Wandlern der Membranrand über den Innenraum des Wandlergehäuses hinausreicht, so daß zwischen den rückwärtigen Randteilen der Membran und dem Gehäuse eine Einschnürung beliebigen Querschnitts entsteht.It is also known that, in electroacoustic transducers, the membrane edge extends over the interior of the transducer housing extends so that between the rear edge parts of the membrane and the Housing a constriction of any cross-section arises.

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler zum Senden und Empfangen von Schallwellen im Wasser, mit einem Gehäuse und einer Membran, wobei rückwärtige Randteile der Membran mit dem Wasser in Verbindung sind und der Membranrand über den Innenraum des Wandlergehäuses hinausreicht, so daß zwischen den rückwärtigen Randteilen der Membran und dem Gehäuse eine Einschnürung beliebigen Querschnitts entsteht und in solchen Einschnürungen Hohlkörper angeordnet sind. Der elektroakustische Wandler nach der Erfindung besitzt das Kennzeichen, daß in der Einschnürung wenigstens ein gasgefüllter, gegenüber dem statischen Druck des umgebenden Wassers druckfester Hüllkörper angeordnet ist, dessen Querschnitt teilweise oder ganz bis auf einen kleinen Zwischenraum zu den rückwärtigen Randteilen der Membran ausfüllt und dessen den rückwärtigen Randteilen der Membran zugewandten Wandungsteile flexibel sind und dessen übrigen Wandungsteile starr und ganz oder teilweise mit dem Gehäuse verbindbar sind.The invention relates to an electroacoustic transducer for sending and receiving sound waves in the water, with a housing and a membrane, with rear edge parts of the membrane are in contact with the water and the membrane edge over the interior of the converter housing extends so that between the rear edge parts of the membrane and the housing a constriction of any cross-section arises and hollow bodies are arranged in such constrictions are. The electroacoustic transducer according to the invention is characterized in that in the Constriction at least one gas-filled, compared to the static pressure of the surrounding water pressure-resistant enveloping body is arranged, the cross section of which is partially or entirely except for a small one Fills the gap to the rear edge parts of the membrane and its the rear Edge parts of the membrane facing wall parts are flexible and the remaining wall parts are rigid and wholly or partially connectable to the housing.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es bei elektroakustischen Wandlern für Echolotgeräte vorteilhaft ist, daß der Membranrand über den Innenraum des Wandlers hinausreicht, so daß zwischen den rückwärtigen Randteilen der Membran und dem Gehäuse eine Einschnürung beliebigen Querschnitts entsteht und daß in dieser Einschnürung ein oder mehrere gasgefüllte, gegenüber dem statischen Druck des umgebenden Wassers druckfeste Körper angeordnet sind, deren Querschnitte den Einschnürungsquerschnitt teilweise oder ganz ausfüllen und deren den rückwärtigen Randteilen der Membran zugewandten Wandungsteile flexibel sind und deren übrigen Wandungsteile starr und ganz oder teilweise mit dem Gehäuse verbindbar sind.The invention is based on the knowledge that electroacoustic transducers for echo sounders It is advantageous that the membrane edge extends beyond the interior of the transducer, so that between the rear edge parts of the membrane and the housing a constriction of any cross-section arises and that in this constriction one or more gas-filled, compared to the static pressure of the surrounding water pressure-resistant bodies are arranged, the cross-sections of which partially or completely fill the constriction cross-section and the rear edge parts of the membrane facing wall parts are flexible and the remaining wall parts are rigid and wholly or partially connectable to the housing.

Es ist zwar bei Wandlern, die Schallwellen mit hoher Intensität auf Flüssigkeiten zu Reinigung3-zwecken übertragen, bekannt (deutsche Auslegeschrift 1100 351), eine Schallabschirmung durch einen gasgefüllten, flexiblen Körper vorzunehmen, der um den Halsteil eines bei Reinigungsanlagen gebräuchlichen, mit einem langen Halsteil versehenen Wandlers gelegt ist. Diese Ausführung ist aber nur für stehende Flüssigkeiten brauchbar, wie sie bei Reinigungsanlagen anzutreffen sind, da eine bewegte bzw. strömende Flüssigkeit, wie sie bei Schiffen oder einer sonstigen Verwendung in natürlichen Gewässern oder in Behältern mit umwälzenden Flüssigkeiten auftreten, nicht mehr funktionsfähig ist. Beispielsweise würde der Bewegungswiderstand eines fahrenden Schiffes gegenüber dem Wasser den flexiblen Körper einseitig zusammendrücken und dort die Abschirmung unwirksam machen. Außerdem hat die dadurch hervorgerufene Unsymmetrie der effektiven Strahlungsfläche unter anderem eine Unsymmetrie der Charakteristik zur Folge, so daß sich bei einer Verwendung des Wandlers z. B. für Peilzwecke Richtungsabweichungen ergeben, deren Richtung und Beträge unkontrollierbar sind, so daß sie sich rechnerisch nicht eliminieren lassen. Aber auch andere Umstände, z. B. geringe Strömungen, führen zu Undefinierten und unkontrollierbaren Störungen der Abschirmung und störenden Zitterbewegungen des flexiblen Körpers.It is true that transducers use high-intensity sound waves on liquids for cleaning3-purposes transferred, known (German Auslegeschrift 1100 351), a sound shield through make a gas-filled, flexible body around the neck part of a commonly used in cleaning systems, is placed with a long neck portion provided transducer. But this version is only usable for standing liquids, such as those found in cleaning systems, since one is moving or flowing liquid, as it is in ships or other uses in natural waters or occur in containers with circulating liquids, is no longer functional. For example the resistance to movement of a moving ship in relation to the water would be flexible Compress the body on one side and make the shield ineffective there. In addition, the The resulting asymmetry of the effective radiation surface, among other things, an asymmetry the characteristic result, so that when using the converter z. B. for direction finding purposes Deviations in direction result, the direction and amounts of which are uncontrollable, so that they are can not be eliminated mathematically. But also other circumstances, e.g. B. low currents lead to undefined and uncontrollable disturbances of the shielding and disruptive trembling movements of the flexible body.

Weiterhin ist nicht sichergestellt, daß der flexible, abschirmende Körper die schwingende Membran nicht berührt, so daß trotz der Flexibilität die Außenwand des Körpers ebenfalls in Schwingungen gerät und sekundär Schall abstrahlt, wodurch ebenfalls die abschirmende Wirkung mehr oder weniger aufgehoben wird. Diese Reduzierung der Abschirmung ist darüber hinaus in ihrem Betrag und ihrer Richtung zufällig, so daß auch die sich daraus ergebenden Verfälschungen der Richtcharakteristik und Herabsetzungen des Wirkungsgrades unbestimmbar sind. Außerdem bedingt der bekannte flexible Körper Halteeinrichtungen auf dem langen Halsteil, die im Takte der Frequenz des antreibenden Wandlerelements bewegt werden und dadurch Störschall abstrahlen. Darüber hinaus ist ein Wandler, der zum Empfangen von relativ schwachen Echosignalen dienen soll, empfindlich gegen akustische Störungen, wie sie durch Vibration des bekannten flexiblen Körpers und durch Wirbelbildung der strömenden Flüssigkeit an dem bekannten Körper entstehen. Hierdurch verschlechtert sich das Verhältnis des Nutzsignals zum Störsignal, wodurch sich wiederum das Auflösungsvermögen und die Reichweite der Anlage verringern. Auch besteht die Gefahr einer Verletzung des hochflexiblen Körpers in dem rauhen Schiffsbetrieb sowie eines Abstreifens über den Membranrand durch eine starke Strömung, so daß der flexible Körper unter Umständen völlig verlorengehen kann, ohne daß es von der Bedienung bemerkt würde oder ohne daß er vom Schiff aus ersetzt werden könnte.Furthermore, there is no guarantee that the flexible, shielding body will support the vibrating membrane not touched, so that, despite the flexibility, the outer wall of the body also starts to vibrate and secondarily emits sound, which also more or less canceled out the shielding effect will. This reduction in shielding is also in its amount and direction random, so that the resulting distortions of the directional characteristic and the reduction in efficiency cannot be determined. In addition, the known flexible body requires holding devices on the long neck part, which are in the Clocks of the frequency of the driving transducer element are moved and thereby emit noise. In addition, a transducer is used to receive relatively weak echo signals to serve, sensitive to acoustic disturbances, such as those caused by vibration of the known flexible body and caused by the formation of eddies in the flowing liquid on the known body. Through this the ratio of the useful signal to the interference signal deteriorates, which in turn causes the Reduce the resolving power and the range of the system. There is also a risk of injury the highly flexible body in the rough operation of the ship as well as a wiping over the edge of the membrane by a strong current, so that the flexible body can be completely lost under certain circumstances, without the operator noticing it or without it being able to be replaced from the ship.

Ebenso sind andere bekannte, abschirmende Überzüge (deutsches Patent 897 525) durch Bewegungswiderstände eindrückbar, ergeben Sekundärstrahlung, sind leicht verletzlich, und es besteht die Gefahr eines Ablösens vom schwingenden Untergrund.Likewise, other known, shielding coatings (German patent 897 525) can be pressed in by movement resistances, result in secondary radiation, are easily vulnerable and there is a risk of them becoming detached from the vibrating surface.

Die oben geschilderten vielfachen Nachteile werden bei der Erfindung vermieden, so daß auch für bewegte Flüssigkeiten, vorzugsweise für Echolotgeräte, ein Wandler mit hohem Wirkungsgrad und großer Bandbreite bei geringem Aufwand zur Verfügung steht. Darüber hinaus ergibt sich eine große Betriebssicherheit bei definierten Abschirmverhältnissen durch die starre Ausbildung der der Membran nichtThe multiple disadvantages outlined above are avoided in the invention, so that even for moving Liquids, preferably for echo sounders, a transducer with high efficiency and large Bandwidth is available with little effort. In addition, there is a high level of operational reliability with defined shielding conditions not due to the rigid design of the membrane

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zugewandten Wandungsteile des schallabschirmen- sich beispielsweise · durch Kleben herstellen. Durchfacing wall parts of the sound-shielding can be produced, for example, by gluing. Through

den Hohlkörpers und seine gegenüber der Membran diese Teilung ergibt sich der Vorteil, daß der Trägerthe hollow body and its relative to the membrane this division results in the advantage that the carrier

definierte und berührungsfreie Anordnung in einem 2 a und das Gehäuse 4 aus gleichem, vorzugsweisedefined and contact-free arrangement in a 2 a and the housing 4 of the same, preferably

Schutzraum, wobei das gegenüber der schwingenden schwererem Material als die Membran ausführbar sind,Protective space, whereby the material heavier than the membrane can be executed compared to the vibrating material,

Membran ruhende Wandlergehäuse zugleich Schutz- 5 wodurch sich der Wirkungsgrad vergrößern läßt, in-Membrane resting converter housing at the same time protection 5 whereby the efficiency can be increased, in-

raumwand und stabile Halterung ist. Es wird also dem das Gehäuse 4 eine größere träge Masse gegen-room wall and stable bracket. So there is a larger inertial mass against the housing 4.

auch eine gesonderte Halteeinrichtung eingespart. über der schwingenden Membran aufweist. Außer-also saved a separate holding device. has over the vibrating membrane. Except-

Der. erfindungsgemäße Wandler hat ferner den Vor- dem ergeben sich Erleichterungen bei der MontageThe. The converter according to the invention also has the advantage of facilitating assembly

zug, daß er dank seines hohen Wirkungsgrades und des Wandlers.train that thanks to its high efficiency and the converter.

niedrigen Störpegels besonders zum Empfangen von io Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsrelativ schwachen Echosignalen geeignet ist, wobei beispielen ist der Rand 8 der Membran über den sich ein gutes Auflösungsvermögen und/oder große Innenraum 9 des Wandlers seitlich hinausgezogen, Reichweite erzielen lassen. und zugleich ist die abstrahlende Fläche 7 in Ab-low interference level especially for receiving io. Relative to the embodiments shown in the figures weak echo signals is suitable, with examples being the edge 8 of the membrane over the a good resolution and / or large interior space 9 of the transducer pulled out to the side, Let reach reach. and at the same time the radiating surface 7 is in radiation

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Strahlrichtung vorgezogen. Hierdurch ergibt sich eine flexible Wandungsteil als Membran oder membran- 15 Einschnürung 10. Sie wird einerseits begrenzt durch artig ausgebildet. Hierdurch läßt sich der beiden den rückwärtigen Randteil 11 der Membran 2/2 α einander widerstrebenden Forderungen, einerseits und andererseits durch Gehäuseteile 12. In der darnach möglichst großer Flexibilität für eine möglichst gestellten Ausführungsform, in der eine elastische große Schallabschirmung und andererseits nach Verbindung 3 zwischen Membran und Gehäuse vorFestigkeit gegenüber dem statischen Druck, noch so gesehen ist, grenzt auch diese elastische Verbindung besser genügen. an die Einschnürung 10. Es fallen aber auch WandlerIn a further development of the invention, the direction of the beam is preferred. This results in a flexible wall part as a membrane or membrane 15 constriction 10. It is limited on the one hand by well trained. This allows the two of the rear edge portion 11 of the membrane 2/2 α conflicting requirements, on the one hand and on the other hand by housing parts 12. In the afterwards The greatest possible flexibility for an embodiment that is as posed as possible, in which an elastic great soundproofing and on the other hand after connection 3 between membrane and housing against strength this elastic connection also borders on the static pressure, regardless of how it is seen better enough. to the constriction 10. However, transducers also fall

Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zu- ohne eine derartige elastische Verbindung 3 unter dieThe invention is also based on the knowledge without such an elastic connection 3 under the

gründe, daß unter Ausnutzung einer Resonanz trotz Erfindung.reasons that taking advantage of a resonance despite invention.

großer Steifigkeit gegen statischen Druck der flexible In Fig. 1 ist mit dem Gehäuseteil 12 ein Hohl-Wandungsteil bzw. die Membran gegenüber - den 35 körper 13 unmittelbar und fest verbunden. Beispiels-Schallwellen besser nachgibt, so daß der Hohlkörper weise ist die Verbindung durch Kleben oder äquivatrotz großer Druckfestigkeit im Zusammenwirken mit lente Mittel, wie Schrauben, Schnappverbindungen, dem eingeschlossenen Gasvolumen als weiche Schall- Bajonettverbindungen, Löten, Punktschweißen abschirmung wirkt. Stimmt man daher die Schwin- od. dgl., herstellbar. Der Innenraum des Hohlkörpers gungsdauer der Hohlkörpermembran durch geeignete 30 13 ist derart gefüllt, dgß er schallabschirmend wirkt, mechanische Bemessung auf die Wandlerfrequenz ab, Beispielsweise enthält er ein Gas oder kann auch so ergeben sich über die eingangs geschilderten Vor- unter Vakuum stehen. Möglich sind auch Füllungen teile hinaus optimale Schallabschirmung und Druck- mit flüssigen oder pastenartigen Füllstoffen, deren festigkeit. Außerdem wird die Schallabschirmung er- Schallwellenwiderstand wesentlich von dem des findungsgemäß frequenzabhängig. Die Folge ist eine 35 Wassers abweicht. Auch Füllstoffe mit Gaseinschlüsfrequenzabhängige, effektive, abstrahlende Membran- sen sind geeignet. Die Wandungsteile 13 d und 13 e fläche des Wandlers, so daß zusätzlich zum bekannten des Hohlkörpers 13 sind so stark und steif ausgemechanischen Resonanzverhalten des Wandlers ein bildet, daß sie gegenüber den Schallwellen starr sind, neuer unterstützender Effekt wirksam wird. Dieser Diese Starrheit kann noch durch Versteifungen, beiEffekt tritt bereits dann mehr oder weniger ein, wenn 40 spielsweise radial gerichtete Stützwände, im Innern der schwingungsfähige Hohlkörper bzw. dessen des Hohlraumes verbessert werden. Auch können die Membran mit einer Oberwelle auf die Wandlerfre- Wandungsteile aus vielerlei Material hergestellt sein, quenz abgestimmt ist. z. B. aus hochfestem Stahl, aber auch aus Kunststoffen,great rigidity against static pressure of the flexible In Fig. 1 with the housing part 12 a hollow wall part or the membrane opposite - the body 13 is directly and firmly connected. Example sound waves gives way better, so that the hollow body is wise the connection by gluing or equivatrotz great compressive strength in cooperation with lente means, such as screws, snap connections, the enclosed gas volume acts as soft sound bayonet connections, soldering, spot welding shields. If one agrees, therefore, the Schwin or the like, can be produced. The interior of the hollow body is filled with suitable 30 13 so that it has a sound-shielding effect, mechanical dimensioning depends on the transducer frequency. Fillings are also possible, as well as optimal soundproofing and pressure fillers with liquid or paste-like fillers, their strength. In addition, the sound shielding, acoustic wave resistance, is essentially frequency-dependent on that of the invention. The consequence is a 35 water deviation. Also fillers with gas inclusion frequency-dependent, effective, radiating membranes are suitable. The wall parts 13 d and 13 e surface of the transducer, so that in addition to the known hollow body 13 are so strong and stiff from the mechanical resonance behavior of the transducer that they are rigid to the sound waves, a new supporting effect is effective. This rigidity can also be achieved by stiffening, with the effect already occurring more or less when, for example, radially directed support walls are improved in the interior of the vibratory hollow body or that of the hollow space. The membrane can also be made of a variety of materials with a harmonic on the converter frequency wall parts, the frequency being matched. z. B. made of high-strength steel, but also made of plastics,

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von insbesondere glasfaserverstärkten Kunststoffen. Dem-In the following, the invention will be described using, in particular, glass fiber reinforced plastics. To the-

Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigen 45 gegenüber ist der den rückwärtigen Randteilen 11 derExemplary embodiments illustrated. It show 45 opposite is the rear edge portions 11 of the

Fi g. 1 bis 6 Teile von schematischen Längsschnit- Membran 2 zugewandte Wandungsteil 13/ membran-Fi g. 1 to 6 parts of the schematic longitudinal section membrane 2 facing wall part 13 / membrane

ten durch erfindungsgemäße Wandler und artig ausgebildet. Hierzu kann er beispielsweise austh by converter according to the invention and formed like. To this end, he can, for example, from

F i g. 7 bis 9 Aufteilung eines ringförmigen Körpers dem gleichen Material wie die starren WandungsteileF i g. 7 to 9 division of an annular body made of the same material as the rigid wall parts

in schematischer Ansicht. 13 d, 13 e, aber mit dünnerer Wandstärke gefertigtin schematic view. 13 d, 13 e, but made with a thinner wall thickness

Mit 1 ist ein aktives Wandlerelement angedeutet, 50 sein oder auch durch Formgebung gegenüber den das nach dem elektrostriktiven, piezoelektrischen Schallwellen genügende Flexibilität erhalten. Mögoder magnetostriktiven Prinzip elektrische Energie in lieh ist auch eine Ausbildung des Wandungsteils 13/ akustische umwandelt und umgekehrt. 2/2 α ist eine aus anderem, flexiblerem Material als die starren Membran, die mittels elastischer Verbindung 3 an Wandungsteile 13d, 13e. Zweckmäßigerweise ist er dem Wandlergehäuse 4 elastisch gelagert ist. Das 55 mit möglichst geringer Masse ausgeführt. Der Hohlaktive Wandlerelement 1 ist einerseits mit der Mem- körper 13 ist also einerseits mit dem Gehäuse verbran 2/2α fest verbunden, z.B. verklebt, und anderer- bunden und in sich selbst fest, reicht aber andererseits mit einer Gegenmasse 5. 6 ist ein Abschluß- seits so weit bis zu den rückwärtigen Wandteilen 11 deckel für das Gehäuse 4. Das Gehäuse 4 ist zylin- der Membran, daß er diese auch bei maximaler drisch und beispielsweise von kreisförmigem Quer- 60 Membranamplitude nicht berührt. Durch seine Formschnitt. In den Fig. 1 und 2 ist jeweils die Hälfte steifigkeit und die definierte Verbindung mit dem zweier Wandler iängsgeschnitten gezeigt, wobei in gegenüber den Membranschwingungen praktisch in der Mitte ein Streifen ausgelassen wurde. Ruhe bleibenden Gehäuse 4 bleibt der Hohlraum-An active transducer element is indicated by 1, 50 or also obtained by shaping with respect to the flexibility that is sufficient after the electrostrictive, piezoelectric sound waves. A possible magnetostrictive principle in electrical energy is also a design of the wall part 13 / acoustic converts and vice versa. 2/2 α is made of a different, more flexible material than the rigid membrane, which is attached to wall parts 13 d, 13 e by means of an elastic connection 3. It is expediently mounted elastically on the converter housing 4. The 55 designed with the lowest possible mass. The hollow active transducer element 1 is on the one hand with the membrane body 13 is therefore on the one hand to the housing verbran 2/2 α firmly connected, for example glued, and on the other connected and firmly itself, but on the other hand extends with a counterweight 5. 6 is a On the one hand, the cover for the housing 4 extends as far as the rear wall parts 11. The housing 4 is a cylindrical membrane that it does not touch it even at the maximum threshing and, for example, circular transverse membrane amplitude. Through its topiary. In FIGS. 1 and 2, half of the stiffness and the defined connection with the two transducers are shown in longitudinal section, with a strip practically omitted in the middle opposite the membrane vibrations. Housing 4, which remains at rest, remains the cavity

In den F i g. 1 und 5 ist die Membran 2/2 α par- körper 13 ebenfalls in Ruhe und ist in seiner Stellung,In the F i g. 1 and 5, the membrane 2/2 α par- body 13 is also at rest and is in its position,

allel zur abstrahlenden Fläche 7 geteilt und weist 65 insbesondere gegenüber der rückseitig schwingendenallele divided to the radiating surface 7 and has 65 in particular opposite the rear-swinging

einen Träger la auf, der mittels der elastischen Ver- Membranfläche 11 berührungSfrei fixiert. Der dena carrier la which is fixed by means of the elastic membrane surface 11 in a contact-free manner. The den

bindung 3 an dem Gehäuse 4 elastisch gelagert ist. rückwärtigen Randteilen Il der Membran 2 zuge-binding 3 is elastically mounted on the housing 4. rear edge parts II of the membrane 2 supplied

Eine Verbindung der beiden Membranteile 2/2a läßt wandte Wandungsteil 13/ ist jedoch andererseits soA connection of the two diaphragm parts 2 / 2a can be turned wall part 13 / is on the other hand so

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elastisch ausgebildet, daß der Wandungsteil 13/ Möglich ist auch eine Teilung des starren Hohlkör-formed elastically that the wall part 13 / A division of the rigid hollow body is also possible

Schallwellen frei auf das eingeschlossene Gasvolumen pers 13, wie sie die F i g. 7 bis 9 schematisch zeigen,Sound waves freely on the enclosed gas volume pers 13, as shown in FIG. 7 to 9 show schematically,

überträgt, wodurch die schallabschirmende Wirkung Der ringförmige Hohlkörper 13 ist in F i g. 7 in zweitransmits, whereby the sound-shielding effect. The ring-shaped hollow body 13 is shown in FIG. 7 in two

entsteht. gleich große Hälften 13 a und 136 aufgeteilt, die anarises. equally sized halves 13 a and 136 divided, the at

Zunächst ergibt sich die Wirkung, daß die rück- 5 ihren Endflächen 15 ebenfalls druckfest verschlossenFirst of all, there is the effect that the rear 5 their end faces 15 are also closed in a pressure-tight manner

wärtigen Randteile 11 der Membran 2/2« gegen sind, so daß Wasser in den Hohlkörper nicht ein-wärtigen edge parts 11 of the membrane 2/2 "are against, so that water does not get into the hollow body

Schallabstrahlung durch den Hohlkörper 13 abge- dringen kann. Die Verbindung der beiden RinghälftenSound radiation can penetrate through the hollow body 13. The connection between the two halves of the ring

schirmt sind. Hierdurch wird ein akustischer Kurz- kann durch Kleben oder äquivalente Mittel, wieare shielded. This creates an acoustic short- can by gluing or equivalent means, such as

Schluß des am Rand 8 anschließenden Flächenringes Schrauben, Schnappverbindung, Rasten, Nieten,End of the surface ring adjoining the edge 8 screws, snap connections, latches, rivets,

der abstrahlenden Membranoberfläche 7 unterbun- io Löten, Punktschweißen u. dgl., erfolgen, nachdem dieof the radiating membrane surface 7 including soldering, spot welding and the like

den. Diese Randzone entspricht den rückwärtigen beiden Hälften seitlich in die Einschnürung 10 bisthe. This edge zone corresponds to the two rear halves laterally in the constriction 10 to

Randteilen 11 in der Sende- und Empfangsrichtung, zur gegenseitigen Berührung der Endflächen 15 ein-Edge parts 11 in the sending and receiving direction, for mutual contact of the end surfaces 15 a

wie es durch die gestrichelte Linie 14 näherungsweise geschoben sind. Möglich ist auch eine Ausführung,as indicated by the dashed line 14 approximately. A version is also possible

angedeutet wird. Die Randzone nimmt einen wesent- bei der Körperteile durch eine oder mehrere elastischeis indicated. The edge zone takes up a substantial part of the body through one or more elastic ones

liehen Teil der gesamten abstrahlenden Fläche 7 ein, 15 Verbindungen zusammengehalten werden, so daß sieborrowed part of the total radiating surface 7, 15 connections are held together so that they

weil die Fläche proportional dem Quadrat des Radius gegeneinander und am Gehäuse 4 unter elastischerbecause the area is proportional to the square of the radius against each other and on the housing 4 under elastic

zunimmt. Bei einem akustischen Kurzschluß dieser Spannung anliegen. In der F i g. 3 dient als elastischeincreases. This voltage is present in the event of an acoustic short circuit. In FIG. 3 serves as an elastic

relativ großen Randzone kommt sie selbst, also die Verbindung ein Gummiband 20 und in der F i g. 4It comes from a relatively large edge zone itself, that is to say the connection is a rubber band 20 and in FIG. 4th

Vergrößerung der Strahlerfläche 7 durch das Hin- ein Sprengring 21. In diesem Fall braucht die Mem-Enlargement of the radiator surface 7 by a snap ring 21. In this case, the mem-

überziehen des Randes 8 über den Innenraum 9 hin- ao bran 2 für die Montage des Hohlkörpers nicht geteiltCovering the edge 8 beyond the interior 9 ao branch 2 for the assembly of the hollow body not divided

aus nicht zur Wirkung. Durch die Erfindung dagegen zu werden, wie es in den F i g. 2 bis 4 und 6 gezeich-from not to effect. To be countered by the invention, as shown in FIGS. 2 to 4 and 6 drawn

ergibt sich die volle effektive Ausnutzung der so ver- net ist. Für die dort gezeichneten schallabschirmen-the result is the full effective utilization of the net. For the soundproofing

größerten abstrahlenden Membranoberfläche 7, wo- den starren Hohlkörper gilt bezüglich ihrer Montie-larger radiating membrane surface 7, where rigid hollow bodies apply with regard to their assembly

durch wiederum letztere im Verhältnis zur mecha- rung dasselbe, wie es beim geteilten Hohlkörper 13through the latter, in relation to the mecha- nism, the same as is the case with the divided hollow body 13

nisch antreibenden Fläche, dem Querschnitt des 35 bereits ausgeführt wurde.niche driving surface, the cross-section of the 35 has already been carried out.

aktiven Wandlerelementes 1, überwiegt. Die Folgen Es sind aber auch andere Teilungen, als sie die sind eine erwünschte große Bandbreite und ein großer F i g. 7 zeigt, möglich. In der F i g. 8 ist die Teilung Wirkungsgrad. Außerdem verformen die rückseitigen so durchgeführt, daß die beiden Teile 13a⁺ und Hb⁺ Membranflächen 11 nicht die Sende- und Empfangs- ungleiche Größe haben, wobei aber der kleinere Teil charakteristik in unerwünschter Weise. Beispielsweise 30 13 b⁺ so groß sein muß, daß das Einschieben des tritt keine Verbreiterung der Richtkeule auf, und größeren Teiles 13 a⁺ in die Einschnürung noch mögebenso bleibt sie mit ihrem Maximum genau in der lieh ist. Es sind auch weitergehende Teilungen möggeometrischen Mittelsenkrechten, so daß Peilfehler lieh, wovon in der F i g. 9 als Beispiel eine Dreiteilung vermieden werden. mit gleich großen Stücken 13 c des Hohlkörpers ver-active converter element 1, predominates. The consequences But there are also other divisions than they are a desired large bandwidth and a large figure. 7 shows possible. In FIG. 8 is the division efficiency. In addition, deform the rear so performed that the two parts 13 a ⁺ and Hb ⁺ membrane surfaces 11 do not have the transmission and reception unequal size, but the smaller part characteristic in an undesirable manner. For example, 30 13 b ⁺ must be so large that the insertion of the directional lobe does not widen, and larger part 13 a ⁺ in the constriction still may be so it remains with its maximum exactly in the borrowed. There are also more extensive divisions of possible geometric center perpendiculars, so that bearing errors borrowed, of which FIG. 9 as an example, a tripartite division can be avoided. with pieces of equal size 13 c of the hollow body

Ebenfalls bleibt der Hohlkörper 13 auch bei 35 anschaulicht ist.The hollow body 13 also remains at 35 is illustrated.

strömendem Wasser formbeständig und an seinem Die Erfindung ist keineswegs auf das Ausführungs-Ort und kann nicht klappern. Weiterhin ist die an das beispiel der F i g. 1 beschränkt, sowohl nicht auf die nicht gezeichnete Wasser grenzende öffnung der Ein- dort dargestellte Wandlerkonstruktion als auch nicht schnürung 10 durch den Hohlkörper 13. praktisch auf die Form der Einschnürung und insbesondere verschlossen, so daß der Hohlkörper 13 zwischen 40 nicht auf die Form des starren Hohlkörpers 13, der der vorderen, abstrahlenden Membranoberfläche 7 Ausbildung des flexiblen Wandungsteiles und die und dem Wandlergehäuse 4 einen glatten, stetigen Verbindung der starren Wandungsteile mit dem Ge-Übergang bildet. Hierdurch wird zugleich die Bildung häuse 4. In der Ausführungsform gemäß der F i g. 2 von Wasserwirbeln bei strömendem Wasser ver- wird der Hohlkörper 16 durch ein starres Winkelmieden, die den Empfang von Echosignalen stören 45 stück 13 g als Stützkörper gebildet, das mit einer und den Empfang von schwachen Echosignalen un- elastischen Hülle 13 h unter Spannung überzogen ist. möglich machen würden, wodurch das Auflösungs- Die elastische Hülle ergibt auf der Membranseite 11 vermögen wie auch die Reichweite der Meßeinrich- einen sehr leichten, schallweichen Wandungsteil. In tung absinken würden. Der Wandler erhält ein gutes gleicher Weise wie in F i g. 1 kann auch dieser so Signal-Stör-Verhältnis. Zugleich bildet die Einschnü- 50 gebildete Hohlkörper mit dem Gehäuseteil 12 verrung 10 einen Schutzraum, in dem ein schallabschir- bunden sein. Möglich ist auch eine zusätzliche Vermender Körper gegen rauhen Betrieb, insbesondere bindung, beispielsweise durch eine zylindrische Wan-Schiffsbetrieb, gegen Beschädigung oder Verformun- dung 17, die die Einschnürung 10 glatt abdeckt. Hiergen geschützt ist. Darüber hinaus liegen auch bei bei braucht das Winkelstück 13 g nur relativ dünnwechselndem Betrieb, z.B. bei Strömungsänderung, 55 wandig zu sein, weil es sich mit beiden Schenkeln immer dieselben definierten Wandlereigenschaften abstützt. Beispielsweise ist es mit der elastischen vor, wie es von einem Wandler gefordert werden Hülle 13 A und diese mit dem Gehäuseteil 12 und der muß, der für Meßzwecke, vorzugsweise bei Echolot- zylindrischen Wandung 17 verklebt. Außerdem kann geräten, verwendbar sein soll. eine derartige, die Einschnürung abdeckende Wan-flowing water dimensionally stable and at its The invention is by no means on the execution site and can not rattle. Furthermore, the example of FIG. 1 limited, both not to the not shown water bordering opening of the transducer construction shown there as well as not constriction 10 by the hollow body 13 practically to the shape of the constriction and in particular closed so that the hollow body 13 between 40 not on the shape of the rigid hollow body 13, which forms the front, radiating membrane surface 7, the flexible wall part, and the converter housing 4, forms a smooth, continuous connection between the rigid wall parts and the Ge transition. As a result, the formation is at the same time housing 4. In the embodiment according to FIG. The hollow body is comparable 2 of whirlpools in pouring water 16 by a rigid angle Mieden that interfere with the reception of echo signals 45 tee 13 g formed as a supporting body that is coated with a and h the reception of weak echo signals un- elastic sleeve 13 under tension . would make possible, whereby the resolution The elastic shell results on the membrane side 11 as well as the range of the measuring device a very light, acoustically soft wall part. Would sink in tung. The converter receives a good same way as in FIG. 1 can also be this signal-to-noise ratio. At the same time, the constriction 50 formed hollow body forms with the housing part 12 verrung 10 a protective space in which a sound shield can be used. It is also possible to use an additional body against rough operation, in particular binding, for example by a cylindrical Wan ship operation, against damage or deformation 17, which covers the constriction 10 smoothly. Here is protected. In addition, the elbow 13 g only needs relatively thin alternating operation, for example when there is a change in flow, to be 55-walled because it always supports the same defined converter properties with both legs. For example, it is with the elastic cover 13 A, as required by a transducer, and this with the housing part 12 and that must be glued to the wall 17 for measuring purposes, preferably in the case of the echo sounder-cylindrical wall. In addition, devices can be used. such a wall covering the constriction

Durch die Erfindung ist es auch möglich, die Vor- 60 dung 17 auch dazu dienen, um mehrere erfindungsteile wahrzunehmen, die sich dadurch ergeben, daß gemäße Hohlkörper in der Einschnürung 10 sowohl der Membranrand 8 außen mit dem Gehäuse 4 wenig- untereinander als auch mit dem Gehäuse 4 zu verstens angenähert bündig abschneidet: Bei kompakter binden. Mehrere starre schallabschirmende Hohl-Bauweise ergibt sich maximale Abstrahlfläche mit körper können unterschiedliche Querschnitte aufden vorstehend geschilderten günstigen Eigenschaften. 65 weisen, so daß sie dem Querschnitt der EinschnürungThe invention also makes it possible for the projection 17 to also serve to accommodate several parts of the invention perceive, which result from the fact that according hollow body in the constriction 10 both the membrane edge 8 on the outside with the housing 4 to be mutually interconnected and also with the housing 4 cuts off approximately flush: With more compact bindings. Several rigid, sound-shielding hollow structures the result is a maximum radiation area with the body can have different cross-sections favorable properties described above. 65 point so that they correspond to the cross section of the constriction

Der starre Hohlkörper 13 kann als ein einziger 10 optimal anpaßbar sind. Sie können aber auch inThe rigid hollow body 13 can be optimally adapted as a single 10. But you can also use

geschlossener Ring ausgebildet sein. Bei seiner Mon- weiteren ebenfalls nicht gezeichneten Ausführungenbe formed as a closed ring. At his Mon- other also not drawn statements

tage wird die Membran 2 vom Träger la entfernt. gleichen Querschnitt haben, wie auch ungleichmäßigdays the membrane 2 is removed from the carrier la. have the same cross-section as well as uneven

verteilt oder in einer oder mehreren Reihen und auf Lücke angeordnet werden.distributed or arranged in one or more rows and with gaps.

Die Fig. 3 veranschaulicht, wie ein flacher Hohlkörper 18 in einem dem Querschnitt der Einschnürung angepaßten Kunststoffring 19 eingegossen oder eingebettet ist. Der Kunststoffring 19 ist sodann mit dem Gehäuse 4 verbindbar. Der Hohlkörper 18 bzw. mehrere nicht gezeichnete Hohlkörper können auch aus dem Kunststoffring 19 ausgespart sein. Bei diesen vielfältig ausbildbar ist, und zum anderen, daß die unterschiedliche Flexibilität der Wandungsteile des Hohlkörpers nicht nur durch unterschiedliches Material, unterschiedliche Wandstärken, Anordnung von elastischen Lagerungen, sondern auch durch weitere Mittel, wie beispielsweise Formgebung des Hohlkörpers und/oder Lagerung bzw. Befestigung von Wandungsteilen am Gehäuse oder durch Versteifungsmittel usw. erzielbar sind. Die Ränder 22 α desFig. 3 illustrates how a flat hollow body 18 in one of the cross-section of the constriction adapted plastic ring 19 is cast or embedded. The plastic ring 19 is then with the housing 4 can be connected. The hollow body 18 or several hollow bodies (not shown) can also be cut out of the plastic ring 19. These can be trained in a variety of ways, and on the other hand, that the different flexibility of the wall parts of the hollow body not only due to different material, different wall thicknesses, arrangement of elastic bearings, but also by other Means, such as shaping the hollow body and / or storage or fastening of Wall parts on the housing or by stiffening means, etc. can be achieved. The edges 22 α des

Ausführungen ist die Kunststoff wand 19/ schall- io flachen Hohlkörpers 22 in Fig. 5 sind durch ihre nachgiebig, während der übrige Ringteil 19 gegen- starke Krümmung und geringe Länge praktisch über dem Schall starr ist. gegenüber der ebenen, membranartig schwingungs-Versions is the plastic wall 19 / sound- io flat hollow body 22 in FIG yielding, while the rest of the ring part 19 counter-strong curvature and short length is practical above which sound is rigid. compared to the flat, membrane-like vibration

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 4 unterscheidet fähigen Längswandung 22 b als starr anzusehen, sich von dem der Fig. 1 vor allem dadurch, daß der während die ebene Gegenwandung 22c auf die Gedem rückwärtigen Randteil 11 der Membran 2 züge- 15 häusewand 12 aufgeklebt ist und dadurch stabilisiert wandte Wandungsteil als kolbenartig schwingende wird. Ähnliche Verhältnisse liegen bei dem Hohl-Membran 13 i ausgebildet ist, die mittels der ela- körper 23 der F i g. 6 vor. Die Wandstärke derartiger stischen Verbindung 3 α an den starren Wandungs- flacher Hohlkörper kann bei gleicher Druckfestigkeit teilen 13/, 13 k elastisch gelagert ist. Die Membran verringert werden, wenn man federnde Versteifungen 13/ ist einmal gegenüber statischem Druck in sich 20 24 vorsieht. Besonders starr können die flachen Hohlstarr, so daß sie einen großen Wandungsteil 11 auch körper 22, 23 ausgebildet werden, wenn die Schwin- The embodiment of FIG. 4 differs capable longitudinal wall 22 b to be regarded as rigid, from that of FIG. 1 mainly in that the wall part 12 is glued to the rear edge part 11 of the membrane 2 while pulling the flat counter wall 22c and is thereby stabilized as a wall part will swing like a piston. Similar conditions exist in the case of the hollow membrane 13 i which is formed by means of the elastic body 23 in FIG. 6 before. The wall thickness of such elastic connection 3 α on the rigid wall flat hollow body can share 13 /, 13 k is elastically mounted with the same compressive strength. The membrane can be reduced if resilient stiffeners 13 / is provided against static pressure in itself 20 24. The flat hollow rigid can be particularly rigid, so that they also have a large wall part 11 body 22, 23 when the Schwin-

bei größeren hydrostatischen Drücken überspannen kann. Andererseits ist sie dank der elastischen Verbindung 3 α gegenüber dem Schall nachgiebig genug. Darüber hinaus gibt die Erfindung die Möglichkeit, die elastische Verbindung 3 a zu verstärken und zum Ausgleich die Hohlkörpermembran 13/ auf Resonanz mit der Wandlerfrequenz abzustimmen. Abstimmmittel sind beispielsweise Membranmasse und deren Rückstellkräfte wie elastische Verbindung 3 a und der Gasdruck im Innern des Hohlkörpers 13. Ein Gasüberdruck ist zugleich vorteilhaft, auch bei sonstigen Ausführungen des Hohlkörpers, zur Kompensation des Außendruckes. Durch die Ausbildung des schallabschirmenden Körpers als schwingungsfähiges Gebilde und seine Abstimmung auf Resonanz mit der Wandlerfrequenz kann der schallabschirmende Körper gegenüber hydrostatischen Drücken fester ausgeführt werden, und trotzdem bleibt eine gute schallabschirmende Wirkung erhalten. Darüber hinaus wird die über die gestrichelte Linie 14 hinausreichende Randzone der abstrahlenden Membranoberfläche 7 im wesentlichen nur für die abgestimmte Frequenz abgeschirmt. Da diese Randzone wegen des quadratisch mit dem Radius zunehmenden Flächeninhalts gegenüber der mittleren, links von 14 liegenden Fläche der Wandlermembran von gleicher Größenordnung, eventuell sogar gleich groß sein kann, ergibt sich die Wirkung, daß der Wandler für seine Resonanzfrequenz z. B. mit der doppelten Fläche 7 abstrahlt bzw. empfängt als für weiter abliegende Frequenzen. Dadurch treten die mit der Abstimmung eines Wandlers verbundenen Vorteile, z. B. Aussiebung von Störstrahlungen, verstärkt in Erscheinung.can overstretch at higher hydrostatic pressures. On the other hand, it is thanks to the elastic connection 3 α compliant enough with respect to sound. In addition, the invention gives the possibility to reinforce the elastic connection 3 a and to compensate the hollow body membrane 13 / on resonance to be coordinated with the converter frequency. Tuning means are, for example, membrane mass and their Restoring forces such as elastic connection 3 a and the Gas pressure in the interior of the hollow body 13. A gas overpressure is advantageous at the same time, also with others Versions of the hollow body, to compensate for the external pressure. By training the sound-shielding Body as a vibratory structure and its coordination to resonance with the Converter frequency, the sound-shielding body can be made more resistant to hydrostatic pressures and still have a good sound-shielding effect. Furthermore becomes the edge zone of the radiating membrane surface that extends beyond the dashed line 14 7 shielded essentially only for the tuned frequency. Because this edge zone because of of the area increasing quadratically with the radius compared to the central one, to the left of 14 lying area of the transducer membrane of the same order of magnitude, possibly even of the same size can, there is the effect that the converter for its resonance frequency z. B. with double Area 7 emits or receives than for frequencies that are further away. As a result, those with the Tuning a converter-related advantages, e.g. B. screening of interference radiation, amplified in Appearance.

Während in den F i g. 1 bis 3 die schallabschirmenden Hohlkörper die Einschnürung 10 nur zum Teil ausfüllen, sind in den F i g. 4 bis 6 Hohlkörper gezeigt, deren Querschnitte praktisch dem der Einschnürung entsprechen. In F i g. 4 ist ein dem Hohlkörper 13 der F i g. 1 entsprechender Hohlkörper 13⁺ dargestellt. In der F i g. 5 ist der schallabschirmende Körper als flacher, druckfester Hohlkörper ausgebildet, ebenso in F i g. 6 als Hohlkörper 23 mit einem rechteckigen Querschnitt, dessen Längserstreckung radial nach außen zeigt. Diese flachen Hohlkörper veranschaulichen gegenüber den bisherigen Ausführungen einmal, daß der Querschnitt der Einschnürung gungsdauer ihrer membranartigen Wandungsteile 22 b, b der Wandlerfrequenz wenigstens nahekommt oder auf eine der Oberschwingungen abgestimmt ist.While in FIGS. 1 to 3, the sound-shielding hollow bodies only partially fill the constriction 10, are shown in FIGS. 4 to 6 hollow bodies are shown, the cross-sections of which practically correspond to that of the constriction. In Fig. 4 is a hollow body 13 of FIG. 1 corresponding hollow body 13 ⁺ shown. In FIG. 5, the sound-shielding body is designed as a flat, pressure-resistant hollow body, also in FIG. 6 as a hollow body 23 with a rectangular cross section, the longitudinal extent of which points radially outward. These flat hollow bodies illustrate compared to the previous statements once that the cross section of the constriction duration of their membrane-like wall parts 22 b, b at least comes close to the converter frequency or is matched to one of the harmonics.

Claims

Patent claims:

1. Electroacoustic transducer for sending and receiving sound waves in water, with a housing and a membrane, wherein rear edge parts of the membrane with the water are connected and the membrane edge extends beyond the interior of the converter housing, so that a constriction between the rear edge parts of the membrane and the housing Any cross-section arises and hollow bodies are arranged in such constrictions are, characterized in that in the constriction at least one gas-filled, arranged pressure-resistant enveloping body against the static pressure of the surrounding water. is, its cross-section partially or completely except for a small space to the rear Edge parts of the membrane fills and its facing the rear edge parts of the membrane Wall parts are flexible and the remaining wall parts are rigid and wholly or partially can be connected to the housing.

2. Converter according to claim 1, characterized in that the or each hollow body the opening of the constriction adjoining the water and this arranged to be terminated are.

3. Converter according to claim 1, characterized in that the membrane edge (8) is outside cuts off at least approximately flush with the housing (4).

4. Converter according to claim 1, characterized in that the membrane (2/2 α) or the or the hollow bodies (13) can be divided one or more times for assembly.

5. Converter according to claim 1, characterized in that the hollow body is different Have cross-section, so that they can be optimally adapted to the cross-section of the constriction.

6. Converter according to claim 1, characterized in that a sound-shielding hollow body as a flat, pressure-resistant hollow body (22,

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23) with a membrane-like vibratory Wall part (226, 236) is formed.

7. Converter according to claim 1, characterized in that additional stiffeners for the rigid wall parts of the hollow body are provided.

8. Converter according to claim 1 or 7, characterized in that for the flexible wall part (226) a resilient reinforcement (24) is provided. ίο

9. Converter according to claim 1, characterized in that the or each hollow body in a plastic ring (19) adapted to the cross section of the constriction is cast or embedded are or hollow bodies are recessed from the plastic ring and the plastic ring can be connected to the housing (4)

10. Converter according to claim 3, characterized in that parts (13 a, 136,13 c) of the or the hollow body held together by one or more elastic connections (20, 21) so that they rest against each other and on the housing (4) under elastic tension.

11. Converter according to claim 1, characterized in that the flexible wall part as Is formed membrane or membrane-like.

12. Converter according to claim 10, characterized in that the flexible wall part is designed as a piston-like vibrating membrane (13 i) which is connected to rigid wall parts (13 A) by means of an elastic connection (3 a).

13. Converter according to claim 11 or 12, characterized in that the hollow body membrane with their fundamental or a harmonic through suitable mechanical dimensioning is matched to the converter frequency.

14. Converter according to claim 1, characterized in that the hollow body consists of a rigid support body (13 g) is formed with an elastic sheath (13 6) under elastic Tension is overdone.

15. Converter according to one of the preceding claims, characterized in that for Compensation for the external pressure of the hollow body has a corresponding overpressure inside.

1 sheet of drawings