DE1441496A1 - Elektroakustischer Wandler fuer grosse Wasserdruecke und fuer raumsparende Anordnungin Gruppen - Google Patents

Description

EttrmoACusTic

5esellscfi.r^l r r--^-ranfchr Hoftung Kiel, den 3.'Juni 19&.4

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Dr. Expl.

Elektroakustischer Vfc-ndler für große Wnasu und für raumsparende Unordnung in. Gruppen*

Beim Arbeiten mit Echolo träten, die mittels Schallwellen im .Wasser liegende Objekte anlöten, kommt ea vor, daß diese Objekte in größeren Tiefen liegen. Das ist beispielsweise bei der Suche nach Wracks der Fall oder bei Fischschwär Kien vor einem Schleppnetz. Ein anderer *n-■endunssf&ll ist der Einsatz zu x-'orschun^zwecken. Beispielsweise ist es in jüngster Zeit in den Vorcier₀rund getreten, unter der Meeresoberfläche nach Erdöl zu bohren. Werden diese Lotungen von der Meeresoberfläche durchgeführt, so ergibt sich nur ein sehr geringes *uflösungsvermdgen der Echolotung, da bei einem bereits nur mit Aufwand zu realisierender Öffnungswinkel der Wandlerchnrakteristik von ca. 10°, z.B. in 600 m liefe eine Fläche von 100 m Durchmesser beschallt, und damit durch ein Echo wiedergegeben wird.

Z.B. erfolgt eine Verbesserung der Auflösung bei sogenannten Netzsonden, Mem am Netz, das oft in 500 - 600 m Tiefe hinter dem Schiff geschleppt wird,ein Schwinger zum Anlöten der Fischschwärme in der Nähe der Hetiöffnung bzw. zur Feststellung der Tiefe des Netzes angeordnet ist. Es ist ferner bekannt, das Auflösungsvermögen dadurch zu vergrößern, daß die Lotung von einem an einer Kurrleine nachgeschleppten, unbemannten Behälter vorgenommen wird, der Teile der Echolotanlage, wie Schreiber,. Sender, Empfänger, zumindest aber Wandler enthält. Hierdurch kann die Lotung in einem wesentlich geringeren Abstand, beispielsweise trotz

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einer Wassertiefe von 600 in. aus nur 100 m, uem abstand des LJnterv/asseruehälters vom Heeresboden, durchgeführt werden, go daß bei dem beispielhaften Öffnungswinkel von 10 bereits eine i'läche von ca. 17 m Durchmesser auflÖ^b;-.r ist. Durch die Einstellung der Tiefenlage des aen Vandler tragenden Behälters läßt sich die beschallte .Fläche und damit die Detailauflösung der Lotung in weiten Grenzen variieren, so daß man beispielsweise von Übersichtsbildern ausgehend, wobei, sich der ■ Wandler bzw. Behälter in größerer Höhe über dem Leeresboden befindet, an interessanten Stellen genauen Aufschluß durch Lotungen £.us geringerem Abstand vom Meeresboden erhalten kann.

Bei diesen verschiedenen Anwendungen tritt das Problem des hohen Druckes auf, der beispielsweise bei 500 m Tiefe bereits ^O atü beträgt. Hierdurch ergeben sich beträchtliche Schwierigkeiten bei der Konstruktion eines Wandlers, der einmal bis zu hohen hydrostatischen Drücken einwandfrei funktionieren soll und trotzdem eine Vielzahl von weiteren Bedingungen erfüllen muß, und zwar so, daß die Erfüllung der einen Bedingung durch die Erfüllung einer anderen Bediqging möglichst wenig gestört wird, Es sind dies die an einen modernen Wandler zu stellenden Anforderungen bezüglich Wirkungsgrad, Kopplungsfaktor, Frequenzband, Bündelung, Impedanz, die außer einer einwandfreien Abdichtung des 7/andlerinnenraumes und Beständigkeit gegen dauernde Erschütterungen in der Weise erfüllt werden müssen, daß auch zum Zwecke ausreichender Bündelung mehrere dieser Wandler zu einer Gruppe vereinigt werden können, ohne daß zu viel Energie in den Nebenmaxima der Charakteristik verloren geht.

Die Erfindung geht deshalb von einem elektroakustischen Wandler zum Senden und Empfangen yon Schallwellen im Wasser, für große Wasserdrücke und für raumsparende Anordnung in Gruppen mit einer von einem aktiven

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Vi'an.dlereleinent angetriebenen, kolbenartij,- cc iH.i.n^eii'en he nmr: η lug. . üie ist dr urcli gekennzeichnet, d··.i- die Kiuider eier i-iumbrtn av^ier oder mehrerer Wandler einer Gruppe einander weitgehendst genähert sind, und daß die■ Membranen hinter oder in der Hähe ixirer iiänder zusammen mit Gehäuseteilen einen oder mehrere gegen Störstrahlung der rückwärtigen Ra^r·'!flächen der Membranen scliKllabschirmende und druckfeste Säu*ne bilden.

Es ergibt sich hierdurch ein auch bei hohen hydrostatischen wie auch hydrodynamischen Drücken einwandfrei funktionierender Wandler, der auch stabil ist gegen Explosionen, wie sie bei seismographischen Messungen angewandt werden und der gleichzeitig einen großen Wirkungsgrad» einen großen Kopplungsfaktor aufweist, ein breites Frequenzband übertragen kann und sich auch so zu Gruppen zusammensetzen läßt, daii die einzelnen Viandler mit ihren Membranen bzw. ütrahlerflachen ohne störende Zwischenräume bzw. mit kleinstmöglichen Zwischenräumen aneinandergrenzen, wodurch sich eine scharfe Bündelung des Haupts tr ahlmaxiiuums bei kleinen Nebenmaxima ergibt.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich bei vielfältigen Wandlerkonstruktionen, beispielsweise sowohl bei Wandlern, bei denen die l-iembr&n vornämlich von dem eintreibenden aktiven Wandlerelement _Γ·;βtragen wird, als auch bei Wandlern, bei denen die Hembrön mittels einer oder mehrerer Verbindungen mit dem Gehäuse elastisch verbunden ist. Zweckmäßigerweise schließt an eine derartige elastische Verbindung wenigstens ein schallabschirmender, druckfester Raum an.

Wandler mit einer elastischen Verbindung zwischen kolbenförmig schwingender Membran und Wandler gehäuse sind an sich bekannt (DRP 684*213) * ..

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Sie können aber, wie die dargestellte Ausführungsform erkennen läßt, bei Gruppenbildung nicht nahe genug aneinander angeordnet werden, um bei kleinen Nebenmaxima eine scharfe Bündelung zu erreichen. Andererseits ist eine Wandlergruppe ohne eine derartige elastische Verbindung zwischen Membran und Gehäuse bekannt (US-Patent 2.961.657)» in der zwar die einzeüren Wandler mit ihren Membranen bzw» Strahlerflächen sehr nahe zusammengerückt werden können, wobei die Wandler aber bei weitem

Lcaxtsen
nicht den Wirkungsgrad^ wie er nach der Erfindung erreicht werden kann, da die überstehenden Teile der Membranoberfläche akustisch kurzgeschlossen sind, so daß sie für die Abstrahlung nicht wirksam sind« Dies ist um so schwerwiegender als dieser überstehende Rand flächenmäßig etwa gleichgroß sein kann, wie die allein effektiv wirksame Mitte, da der Flächeninhalt mit dem Quadrat des Radius¹ zunimmt. Damit sind die außen liegenden Teile der Membran für die Abstrahlung unwirksam und die allein wirksamen Mittelteile der Strahlerfläche liegen effektiv nicht so nnhe zusammen, wie es zunächst den Anschein hat, so daß hier trotz des dichten geometrischen Beieinander für die Schallabstrahlung effektiv derselbe Wachteil besteht, wie in der zuerst angeführten Wandlerkonstruktion. Außerdem ist das übertragende Frequenzband schmaler als es bei der Erfindung erzeugbar ist, da dieses durch das Verhältnis Strahlerfläche F zur mechanischen Fläche F des aktiven

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Wandlerelementes gegeben ist und durch den akustischen Kurzschluß die Ränder der an sich großen Strahlerflächen ausfallen, so daß bei dieser Konstruktion die effektive Strahlerfläche nur etwa gleich der mechanischen Fläche des aktiven Wandlerelementes anzunehmen ist F ^ F β

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Diese Nachteile treten bei der Erfindung nicht auf. Die Strahlerfläche trägt in voller Größe zur Abstrahlung bei, so daß F "5^ F ist,

s^m

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wodurch sich eine größere Bandbreite und ein größerer Wirkungsgrad ergeben. Außerdem können die Strahlerflächen effektiv sehr nahe aneinander angrenzend zu einer Gruppe zusammengesetzt werden, wodurch sich die zur Verfügung stehende Senderleistung in das verschärfte Hauptmaximum konzentrieren läßt, ohne das Nebenmaxima hiervon wesentliche Teile abziehen. Trotz dieses dichten Zusammenrückens der Strahlerflächen können die Wandungen des Wandlergehäuses mit großer Wandstärke, also mit großer Masse, ausgeführt werden, wodurch sich wiederum der Wirkungsgrad erhöht, insbesondere, da bei großer Kasse das Wandlergehäuse in Ruhe bleibt.

Ebenso ist es an sioh bekannt (DAS I.I00.35I bzw. 897-525) poröse und/ oder lufthaltige Körper als Schallabschirmung außerhalb der Strahlerfläche anzuordnen. Diese sind aber weder druckfest noch erlauben sie einen umfassenden, gegen Korrosion schützenden, druckfesten Überzug über den Wandler herzustellen.

Die Erfindung vereinigt die Vorteile dieser bekannten Konstruktionen in sich, ohne ihre Nachteile aufzuweisen·

B s gibt für die Gruppenbildung nun zwei Möglichkeiten. Einmal kann man die Einzelteile mehrerer Wandler in einem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise in Bohrungen einer dicken Platte, anordnen. Andererseits kann man die Wandler einzeln mit eigenen Gehäusen ausbilden und diese Einzelgehäuse miteinander verbinden, beispielsweise auf einer gemeinsamen Grundplatte anordnen. Diese Grundplatte kann sowohl eben sein, als auch konvex, konkav und kugelig, zylindrisch, kegelig, usw. gekrümmt sein, falls dies, beispielsweise zur Urzeugung einer speziellen Richtcharakteristik, gewünscht wird.

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In einer Weiterbildung des Einzelwandlers einer Gruppe ist die schallabstrahlende Fläche der Membran gleich groß oder fast gleich groß, wie der senkrecht auf die Kbene der Membranfläche projizierte größte Querschnitt der dahinterliegenden Wandier-Gehäuseteile und die. Membran bildet zusammen mit Gehäuseteilen hinter oder in der Nähe des äußeren Membranrandes zusammen mit Gehäuseteilen einen oder mehrere gegen^ Störstrahlung der rückwärtigen Randflächen der Membran schallabschirmende und druckfeste Häume.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungebeispielen und den Patentansprüchen.
Es zeigern

Fig. 1 Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wandler, Fig« 2 Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Wandlergruppe, Fig. 3 ein weiteres Beispiel des druckfesten, schallabschirmenden

Baumes der Fig. 1,
Fig. 4 Draufsicht auf eine Wandlergruppe aus Wandlern gemäß den

Fig. 1, 2 oder 3,
Fig. 5-12 und 14 weitere Beispiele für Ausführungendes druckfesten,

schallabschirmenden Raumes gemäß der Erfindung, Fig. 13 und 16 weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen'

Wandlers sowie die zugeordnete Gruppenbildung im Längsschnitt, Fig. 15 ein Ausführungsbeispiel zur erfindungsgemäßen Ergänzung eines

an sich bekannten Wandlers und
Fig. 17 ein Ausführungsbeispiel ohne elastische Verbindung der Membran mit einem konisch verlaufenden Gehäuse.

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In den Figuren ist 1 das aktive Wandlerelement, das Schwingungen in Richtung der Normalen auf die Membranoberfläche ausführt und diese auf die Membran überträgt. Die kolbenförmig schwingende Membran, bestehend aus den Teilen 2 und 2a, ist durch die Verbindung 3 ^an eiern

Gehäuse 4 elastisch gelagert. An der der Membran abgewandten Seite des aktiven Wandlerelementes ist eine Gegenmaase 13 angeordnet, die über eine Isolierplatte 57 fest mit dem aktiven Wandlerelement verbunden ist. Die G-egenmasse 13 ist ferner über die elastische Verbindung 14 mit dem gehäusefesten Teil 15 verbunden. Die Hohlräume 25a sind Ausnehmungen zur Aufnahme der Kittschicht»

Die (Jegenmasse 13 und die Anschlußpunkte für die elektrischen Leitungen, sind durch eine druckfeste und wasserdichte Haube 18 naoh außen abgeschlossen, die zugleich die Kabelausführung naoh außen enthält. Die Haube 18 ist durch die «iektri elastische Kittstelle 16 mit dem Gehäuse verbunden. Der gesamte Wandler ist in eine korrosionsfeste, wasserbeständige Gummi- oder Kunststoffschicht 11 nach außen lückenlos eingehüllt. Weitere Teile des Wandlers sind das Kabel 2o mit dem zugentlastenden Federring 21. Die Zuleitungen 22 sind über einen Lötstützpunkt 23 an der Gegenmasse 13 zu dem aktiven Wandler-

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element 1 geführte

Als aktive Wandlerelemente 1 kommen alle bekannten Prinzipien in Betracht, z.B. das elektrostriktive, piezoelektrische oder magnetostriktive Prinzip_e Das Wandlerelernent kann auch vielfältige, geometrische Formen aufweisen, z.B." quaderförmig, rohrförmig und/oder mehrschichtig ausgebildet sein, wobei die Schichten parallel zur Membran, wie auch senkrecht dazu verlaufen können. Das Wandlerelement 1 dient zur Umwandlung der elektrischen in akustische Energie und umgekehrt. Die akustische Energie wird von der Strahlerfläche 8 der Membran 2/2a abgestrahlt. Die Membran ist mit dem aktiven Wandlerelement über die Isolierplatte 57' gekoppelt. Bei geeigneter Ausführung (Polung) des Wandlers kann eine oder beide Isolierplatten 57 bzw. 57' entfallen.'Die Kopplung kann beispielsweise durch Kittung erfolgen. Die Ausnehmungen 25 dienen zur Aufnahme der Kittschicht. Die elastische Verbindung 3 ist so ausgebildet, daß sie einem hohen hydrostatischen Druck widerstehen kann, zugleich aber auch so, daß über diese Stelle keine nennenswerte Energie von der Membran 2/2a an das Gehäuse 4 übertragen wird»

Der erfindungsgemäße druckfeste, schallabschirmende Raum hinter der ' Membran wird in dem Ausführungsbeispiel der Pig. 1 dadurch gebildet, daß um die Membran 2/2a herum ein schmaler Ringspalt 5 angeordnet ist, der durch Gehäuse- und. Membranoberflächenteile 6 und 7 begrenzt wird. Auf diese .Weise sind die am Rande liegenden rückwärtigen Flächenteile ¹J der Membran 2/2a durch ein Luftpolster abgeschirmt, das einen akusti-

stb'rende
sehen Kurzschluß sowie eine/Schallabstrahlung naah jftokwärtcMunter-

bindet und im Gegensatz zu den eingangs erwähnten anderen Bauarten

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auch bei hohem hydrostatischen Druck zuverlässig seine Aufgabe erfüllte

Zur weiteren Vervollkommnung reicht der Hingspalt 5 einerseits bis zur elastischen Verbindung 3 und andererseits bis ί,η die abstrahlende Membranoberfläche 8. Diese Ausbildung bringt den Vorteil mit sich, daß der Wandler in einen allseitig geschlossenen korrosionsfesten Kunst-

uehCUt ,

stoffüberzug oder in einen Gummiüberzug 11 eir' werden kann und trotzdem die Membranbewegung nicht behindert wird.

In weiterer Ausbildung ist der Ringspalt 5 ^a*i seinem an der abstrahlenden Membranoberfläche ö liegenden Ende 10 mittels elastischen Materials 9 abgedeckt. Da außerdem zweckmäßigerweise der Hingspalt 5 an seinem Ende 10 sehr schmal gehalten wird, ergibt sich eine druckfeste und elastische Abdichtung des Ringspaltes, ohne daß die Bewegung der Membran 2/2a behindert würde, auch dann nicht, wenn der

.Schutz,.

Wandler mit einem überzug 11 versehen ist. Hierbei ist es nicht erforderlich, daß der Ringspalt überall so schmal ist, wie an seinem elastisch abgedeckten Ende 10, sondern es ist zweckmäßig, daß er zwischen seinen beiden Enden unterschiedliche oder wechselnde Breite aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn die elastische Abdeckung (9) winklig den äußeren Rand des Wandlers umschließt. Hierdurch ergibt sich ein raumsparender und trotzdem stabiler Verschluß des außen liegenden Endes des Ringspaltes.

In dem dargestellten Beispiel der Fig. 1 erfolgt die Bildung des Ringspaltes 5 dadurch, daß die Seitenwand des Gehäuses 4 ^is an die abstrahlende Oberfläche a der Membran 2/2a, an der elastischen Ver-

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bindung 3 vorbei, vorgezogen ist und der Membranteil 2 auf den Membran-Trägerteil 2a aufgesetzt ist, so daß sich zwischen diesen beiden vorgezogenen !'eilen der Ringspalt bildet. Dadurch kann der zweite Membranteil, der Trägerteil 2a, für die Hochdruckabdichtung zweckmäßig, mit dem Gehäuse aus einem Stück gefertigt sein und trotzdem steht ein trichterförmiger Raum zur Verfügung, um die Seitenwände 6 und 7 des Ringspaltes 5 hei entferntem Membrnnteil 2 zu bearbeiten. Nach der Montage, bzw. dem Aufkleben des IIenibran-_ teils 2 auf den Trägerteil 2a ergibt sich sodann ein sauber bearbeiteter Ringspalt, der deshalb sehr schmal gehalten werden kann. Außerdem kann auf diese Weise die Membran starr und sehr leicht ausgebildet werden; sie kann aus leichterem Material als das Gehäuse gefertigt sein. Eine weitere Gewichtsersparnis bei großer Starrheit wird dadurch erzielt, daß der Membranteil 2 mit seiner am Ringspalt 5 liegenden Seitenwand nach der Mitte zu konisch verläuft. Auch ist es hierdurch leichterdas gesamte Gehäuse 4 im Interesse eines guten Wirkungsgrades und im Vergleich zur Membran 2 möglichst schwer zu machen.

In der Fig, 2 ist ein Schnitt gezeigt,:, wie sich die zunächst als Einzelwandler in Fig. 1 gezeigte und auch allein verwendbare Aus-

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führung zu einer Gruppe zusammenfügt. Die Ränder 10a der Membranen 2/2a der beiden dargestellten Wandler sind über die elastische Verbindung 5> den Innenraum 4a und den größten Teil der Wandstärke des Gehäuses 4 hinaus einander genähert, wobei der 8challabschirmende Raum 5 zwischen dem Membrunteil 2 und dem Gehäuse 4 gebildet wird«

Weitere Merkmale der Erfindung sind darin zu sehen, daß die elastische Verbindung 5 einen Wandteil des zusätzlichen, schallabschirmenden Raumes 5 bildet. Hierdurch bleibt die Bewegungsfreiheit der elastischen Verbindung voll erhalten. Ebenfalls ist es erfindungsgemäß, den schallabschirmenden Raum 5 vom Gehäuseinneren 4^a durch die elastische Ver·+· bindung 3 zu trennen. Wie auch die nachfolgenden Beispiele zeigen werden, ergeben sich hierdurch sehr viele Möglichkeiten der Ausbildung und Anordnung des schallabschirmenden Raumes wie auch der elastischen Verbindung nach der Erfindung.

Vorteilhaft ist eine Anordnung der elastischen Verbindung 5 derart, daß sie in unmittelbarer Nähe oder direkt an der Innenoberfläche 12 des Membranteils 2a ansetzt. Es lassen sich so die Forderungen nach Druckfestigkeit und trotzdem ausreichender Nachgiebigkeit der elastischen Verbindung erfüllen. Die Druckfestigkeit wird weiter dadurch verbessert, daß die zwischen Membran und Gehäuse wirkenden Druckkräfte nicht nur von der elastischen Verbindung 5 aufgenommen werden, sondern.zusätzlich (Fig. 1) durch die elastische Verbindung I4 zwischen der Gegenmasse und dem gehäusefesten Teil I5. Die Kraftübertragung erfolgt von der Membran über das aktive Wandlerelement 1, die Gegenmasse I3 und die elastische Verbindung Η auf den gehäusefesten Teil I5. Der gehäusefeste

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Teil 15 kann beispielsweise durch Kittung mit dem äußeren Gehäuse 4 starr verbunden werden. Auf diese Weise kann die Gegenmasse I3 aus schwererem Material als das Gehäuse 4 bzw. die Membran gewählt werden, wodurch der Wandler nicht nur druckfester, sondern auch breitbandiger wird. Eine maximale Entlastung der Verbindung 3 ergibt sich, wenn anstelle der elastischen Verbindung I4 eine starre Verbindung zwischen Gegenmasse und Gehäuse vorgesehen wird. Als Folge dieser Maßnahme würde sich zwar größere Bandbreite, dafür aber ein geringerer Wirkungsgrad einstellen, so daß man wahlweise, je nach dem vorliegenden Verwendungszweck die eine oder die andere Ausführung bevorzugen wird.

Eine weitere beispielhafte Möglichkeit, den Wandler hochdruckfester zu machen und trotzdem eine möglichst weiche elastische Verbindung 3 bzw«, 3 und 14 und damit mögli'clist wenig Energieverluste an das Gehäuse 4 zu erreichen, besteht darin, die Druckfestigkeit der Verbindung 3 bzw. 3 und 14 eng toleriert für eine maximale Arbeitstauchtiefe auszulegen und Schutzeinrichtungen vorzusehen, so daß beim versehentlichen Überschreiten des zugeordneten maximal zulässigen, eng tolerierten Druckes der Wandler trotzdem nicht zerstört wird. Beispielsweise wird die Ringspaltbreite oder ihre schmälste Stelle nur so breit gewählt, daß bei einer Belastung der Membran bis zur Berührung der Ringspaltwände die elastische Verbindung zwischen Membran und Gehäuse ihre Fließgrenze noch nicht erreicht hat. Der Ringspalt muß jedoch so groß gewählt werden, daß er bei normalem Betrieb die freie Schwingungsbewegung der Membran nicht behindert» Die Ausführung kann beispielsweise auch dadurch geschehen, daß hinter dem Membranteil 2 am Gehäuse ein Anschlagring 55 angeordnet wird, dem eine entsprechende ringförmige 'Anschlagfläche 56 der Membran gegen-

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übersteht. Der Ringspalt zwischen dem Anschlayring 55 und der Anschlagfläche 56 muß so groß sein, daß im normalen Betrieb die freie Bewegung der Membran nicht behindert wirdo Andererseits muß er so klein gewühlt werden, daß bei unzulässigem Überdruck die Membran auf dem .anschlagring aufliegt, bevor die elastischen Verbindungen 3 ^un<i 14 überlastet werden_e

Diese Sicherungen gegen Zerstörung des Wandlers bei höchsten Drücken wird auch dadurch unterstützt, daß für die zusammendrückbar Dichtung ebenfalls ein die Drucknachgiebigkeit begrenzender Anschlag 17 am Wandlerguhause vorgesehen ist, ge^'en. den bei Druckhelmtung eine ringförmige Anschlagfläche 17a an dem (xehüuaedockel 18 zum Anschlag kommt. Die elastische Dichtung 16 ist zwischen dem Wandler^ehäuse 4 und dem Gehäusedeckel 18 angeordnet und wird aus dem Schutzüberzug 11 gebildet. Zusätzlich kann sie durch ein breites elastisches Band I9 gesichert werden. Beispielsweise werden die schmalen Spalte 52 und 53 gleich breit gewählt, so duß bereits bei mittleren Drücken ein Zusammenpressen der Dichtung eintritt, der Anschlag I7 wirksam wird und das Irmengehäuse 15 sich am Deckel 18 abstützt, wodurch die Kittverbindung zwischen dem Innengehäuse 15 und dem Gehäuse 4 ebenso wie die elastische Kittstelle 16 von dem zwischen Membran und Gehäusedeckel wirkenden hydrostatischen Druck entlastet «erden.

Das Auaführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 unterscheidet sich von dem der Fig» 1 nur dadurch, daß zur Bildung des druckfesten, schallabschirmenden Hingspaltes 5 die Membran 2 mit dem Gehäuse 4 aus einem Stück gefertigt und vor die elastische Verbindung 3 vogezogen 13t und das Gehäuse durch einen Ergänzungs- bzw. Füllkörper 24 ebenfalls über die elastische Ver-' bindung hinaus vorgezogen ist. Hierdurch hat man einerseits ausreichen-

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den Platz für die Bearbeitung der Seitenwände des Hingspaltes 5 und andererseits kann er trotzdem sehr schmal ausgeführt werden. Beispielsweise .ist der Füllkörper in mehrere Teile aufgebeilt, um ihn bei der Montage seitlich ansetzen zu können. Um diese Membran 2 in sich starr, trotzdem aber möglichst leicht zu gestalten, wird sie zweckmäßigeiweise aus Leichtmetall, zur Mitte konisch verlaufend ausgeführt«

In der Fig. 1 war die Membran 2, 2a zweiteilig, bestehend aus den fest untereinander verbundenen Teilen 2 und 2a ausgebildet als L'rgänzungs-

24 teil zur Bildung des Ringspaltes 5 und in der Fig. 3 der Füllkörper/als Ergänzungsteil dea Gehäuses 4 ausgebildet. Die Erfindung läßt sich aber auch durch Kombination dieser beiden Ausführungen realisieren (Fig. 15), indem sowohl die an sich bekannte Membran 2b als auch das an sich bekannte Gehäuse 4b mittels der Ergänzungsteile 49 und ^lj0 einen schallabschirmenden Raum 5 herstellen bzw. begrenzen. Ein Vorteil liegt darin, daß an sich bekannte bzw» in der Fertigung befindliche Wandler (Teile unterhalb der gestrichelten Linie 48) mit Merkmalen der Erfindung ausgestattet und bisherige Fertigungseinrichtung weitgehend unverändert übernommen werden können.

Von besonderem Vorteil ist die Ausbildung eines Wandlers, bei dem die Ränder der Membranen wenigstens annähernd mit den äußeren Oberflächen der Gehäuse bündig abschneiden. Hierdurch ist jede schallabstrahlende Fläche 8 gleichgroß oder annähernd gleich groß wie der größte Querschnitt des dahinter liegenden Wandlergehäuses bzw. der Ergänzungsteile zur Bildung des Hingspaltes« Dies ist von besonderer Bedeutung bei der Gruppenanordnung von derartigen Wandlern, bei der es darauf ankommt, daß die einzelnen Wandler der Gruppe ohne störende Zwischenräume aneinander gefügt werden können«

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Bei der Gruppenbildung von Schwingern ist weiterhin die Frage der . Halterung von Bedeutung» Auch diese muß so beschaffen sein, daß auf der Abstrahlfläche der Wandlergruppe keine toten Räume durch die Halterung entstehen. Dazu sind in einem Beispiel in der äußeren Oberfläche der Wandlergehäuseseitenwand Vertiefungen 26 (Fig. 1) vorgesehene In diese Vertiefungen werden .pausende Verbindungsmittel eingesetzt. In Fig. 4 ist ein Beispiel für diese Befestigungsart dargestellt. Den Wandlern 27 ist ein quadratischer Querschnitt gegeben, so daß sie lückenlos aneinander anschließen können. Durch die gestrichelte Linie 28 ist der Rand der abstrahlenden Membranoberflächen 8 angedeutet, die fast die volle Querschnittfläche der Wandler ausfüllen» Die Wandler 27 sind einzeln in eine Montageplatte 29 hineingesteckt, die die Form eines doppelten "H" hat. Dabei gleiten die· Wandler mit ihren Vertiefungen an den freien Schenkel 30 der Montageplatte. Danach werden die Wandler 27 durch die beiden Stege 31 in ihrer Lage fixiert, die auf die Schenkel.30 der Montageplatte 29 geschraubt werden. Auf diese Weise werden die einzelnen Wandler auf engstem Raum zu einer Gruppe fest miteinander verbunden. Die Ausführung ist natürlich nicht auf quadratische Membranflächen beschränkt, sondern auch bei rechteckigen, sechseckigen und auch bei kreisförmigen Membranflächen sinngemäß vorteilhaft anwendbar»

Die einzelnen Wandler können auch auf andere Weise raumsparend zu einer Gruppe zusammengefaßt werden. Dazu werden beispielsweise in einer Montageplatte Bohrungen in passendem Abstand für die Wandler angebracht, die Wandler in die Bohrungen von vorn hineingesteckt und an ihrer liückseite, z.B. an ihrem Deckel 18 befestigt. Die Befestigung kann beispielsweise durch Kittung oder durch Schruuben erfolgen. Eine Möglichkeit besteht auch da- die Montageplatte 29a so stark zu wählen, daß die Bohrungen 4c eine

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derartige Tiefe aufweisen, daß sie selbst Innenteile eines Wandlers aufnehmen können und das Gehäuse der ilinzelwandler ersetzen (Figo i6)_e Hierbei können die ο challabs chirmend en Räuiae benachbarter V/andler zu— sammenhängen, so daß ein schallabschirmender Raum 5a entsteht, der von rückwärtigen Handflächen 7^a> 7"b· wenigstens zweier Membranen begrenzt wird. Ein für alle Membranen gemeinsamer Überzug 11a dichtet zusammen mit den elastischen Abdeckungen 9 die schallabschirmenden Räume ab_o

Weitere beispielhafte Aus füh'rungs formen der Erfindung werden in nachfolgenden Figuren gezeigt. Wiederum sind 2 die Membran und 3 die elastische Verbindung zum Wandlergehäuse 4· 9/9^a sind elastische Abdeckungen des Ringspaltes, wobei der Kunststoff- oder Gummiüberzug nicht gezeichnet ist. Sowohl die Füllkörper zur druckfes^ben Abgrenzung des schallab— schirmenden Raumes als auch die elastische Verbindung und der abschirmende Raum selbst sind einer sehr vielseitigen Ausbildung fähige In den Fig. 5 und 11 ist ein ringförmiger Füllkörper 32 mit rechteckigem Querschnitt gezeichnet. Hr kann aus hochfeetem Material und deshalb mit dünner Wandstärke gefertigt werden und hat den Vorzug, daß er ungeteilt als Ganzes bei der Montage über die Membran 2 geschoben werden kann. In

+ der Fig. 11 wäre der Füllkörper 32 zwar oftmals entbehrlich, beseitigt aber eventuell vorhandene restliche, seitliche Sohallabstrahlungen vollständig. In der Ausführung der Fig, 6 besitzt der Füllkörper 33 einen abgeschrägten Querschnitt, so daß er an seinem oberen Rand extrem schmal ist. Auch abgestufte Querschnitte 34 (Fig« 7), ;>5 "(Fig. 8), 36 (Figc 9) sowie solche 37 (Figo 10) mit einer größten Längserstreckung in Richtung der Membranoberfläche sind erfindungsgemäß. Es können auch für mehrere zu einer Gruppe zusammengesetzte Wandler gemeinsame Füllkörper vorgesehen werden. Auch braucht ein druckfester äußerer Abschluß des schall—

BAD CRlGENAL wenn die elastische Verbindung kO mit der Membragfi bündig abschneidet,

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abschirmenden Raumes nicht aus elastischem, abdeckendem Material 9/9^a (Pig. 5 bis 7) zu bestehen, sondern kann durch eine weitere elastische Verbindung 38 (Pig» ö) bzw. 39 (^ig· 9) zwischen Membran 2 und Gehäuse- 4 bzw. Füllkörper 35, 36 hergestellt v/erden. Hierbei ist es zweckmäßig, in der Ausführung gemäß der ii'ig. 8 die elastische Verbindung 38 hei der Montage durch den Füllkörper 3!? vorzuspannen, so daß sie sich nicht bei der

auch Membranbewegung von dem Füllkörper abheben kann,* sie kann/durch Löten,

Schweißen, Kleben fest verbunden werden.

Auch die elastische Verbindung 3 zwischen Membran und Gehäuse kann vielseitig ausgebildet und angeordnet werden. In der Ausführung gemäß den Fig. 1 und 5 sowie Fig. 5 bis 10 und 13 bis 16 ist sie vornehmlich quer zu ihrer LängserStreckung durch Biegung elastisch verformbar. Auch braucht sie keineswegs geradlinig zu verlaufen, sondern'kann wenigstens eine Krümmung oder Abwinkelung (Fig. 7) aufweisen. Wie man weiter eieht, kann auch die .ansatzstelle der elastischen Verbindung 3 ^a*i der Membran verschieden angeordnet werden» Auch können elastische Verbindungen 40 (i'ig· 11) 41 (Fig· 12) so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie vornehmlich in ihrer Längserstreckung durch Dehnung elastisch verformbar Bind. Hierzu ist beispielsweise die elastische Verbindung 40 (Fig. 11) 41 (Fig. 12) zwischen Membran und Wandlergehäuse mit ihrer LängserStreckung in Richtung der Seitenwände des Wandlergehäuses angeordnet. Auch kann die elastische Verbin·- dung 41 mit dem Wandlergehäuse 4 außen oder auch innen bündig abschließen· Im letzteren Falle, der Innenbündigkeit, überragt die Membran die Verbindung seitlich. Beispielsweise kann auch die elastische Verbindung 40 (Fig. 1i) und 41 (Fig. 12) innerhalb des Raumes 42 bzw. 43 unter Beibehaltung der gezeichneten Membrangröße jede Stellung einnehmen.

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In einer besonderen Ausbildung eines Wandlers nach der Erfindung kann die elastische Verbindung 3 zwischen Membran und Gehäuse ganz weggelassen werden. In diesem Falle üoernimmt die elastische Abdeckung 9 (Fig. 1) in Verbindung mit der Kunststoff- ad.er- Gumiaihülle 11 allein die druckfeste Abdichtung des Wandlerinnern. Eine derartige Ausführung ist in der Fig. 17 im Längsschnitt veranschaulicht, wobei an der Membran 2 die linke und rechte Hälfte des Wandlers etwas unterschiedliche Formgebung des schallabschiruienden Raumes zeigen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist gleichzeitig die Außenkontur des '//andlergehäuses konisch ausgebildet, um die Anordnung der Wandler auf gekrümmten Flächen z.B. kreiszylindrischen Flächen zu ermöglichen. Auch bei dieser Anordnung können die Membranflächen benachbarter Wandler weitgehendst genähert werden. Die Bezugszeichen der Fig. 17 entsprechen den'Bezugszeichen der übrigen Figuren, insbesondere Fig. 1 und J5· Hierbei kann beispielsweise der Querschnitt dee Wandlergehäuses 4 im unteren Teil etwa im Bereich der Haltenut rund sein während z.B. die Membran 2 sowie das dahinterliegende

an der Membran
Ergänzungsteil 24a/einen sechseckigen Querschnitt haben kann. Der Er ganz un^js teil 24a unterstützt also nicht nur die Bildung des schallabschirmenden Raumes 31 sondern dient auch dem Ausgleich unterschiedlichen Querschnittes zwischen Membran 2 und Wandlergehäuse k.

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Weiferhin zeigen die Pig. 5 bis 16, daß auch der druckfeste schallabschirmende Raum nicht auf die ausführungsform der Pig. 1 bis 3 beschränkt ist. Zun'ächst kann der Ringspult 5 der Fig. 1 bis 3 im Zuge einer Kegel-, Kugel- wie auch einer Zylinderoberfläche liegen. Auch kann der Ringspalt ein oder mehrere Male abgewinkelt sein, wie auch mit unterschiedlicher Breite verlaufen. Auch braucht der schallabschirmende Raum keineswegs vom Gehäuseinneren abgetrennt zu sein (Pig. 10 bis 12). In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 steht er mit dem Gehäuseinneren 44 in Zusammenhang» Er ist aus der Seitenwand des Wandlergehäuses 4 ausgespart bzw. ausgedreht.

1O₇U.

Fig.'11 zeign, daß aucil zwei oder mehrere nicht zusammenhängende schallabschirmende Räume 5 und 42 gleichzeitig vorgesehen werden können.

In einer besonderen Ausführungsform (Pig. 14) ist es so gemacht, daß die Membran 2 bis an den äußeren Rand des Wandlers reicht. Die Membran 2 überdeckt bündig den Füllkörper 511 s° daß der Hingspalt 5 unterhalb des Membranrandes seitlich mündet. In dem in der Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel mündet der schallabschiraende Raum 45 ebenfalls in der äußeren Oberfläche des Wandlergehäuses 4· Die weitere Begrenzung erfolgt in der Gruppe durch den benachbarten Wandler und am Gruppenrand durch einen Be·- , -grenzungskörper 46· 47 ist ein· Nut-Feder-Verbindung. Die Verbindungsfeder 47 wird beispielsweise nach dem Zusammenbau seitlich eingeschoben. Die Membranen der einzelnen Wandler können tsowohl berührungsfrei als auch miteinander verbindbar ausgeführt sein, beispielsweise durch eine ähnliche Verbindung wie 47·

Di« Rpfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, viel-' mehr sind nooh mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen und Anwendungen stöglioh, insbesondere sind Wandler nach der Erfindung in gleioher Weiae für geringe statisch· Drücke also auch bei geringer Wasser«

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tiefe vorteilhaft verwendbar. Auf (irund ihrer Konstruktion sind diese Wandler mechanisch besonders widerstandsfähig und stabil^ wobei eine größtmögliche Abstahlfläche bei gegebenen räumlichen Abmessungen erzielbar istt Ebenfalls erfindungsgemäß ist eine Ausführung, bei der der Hingspalt 5 mit porösem Material gefüllt ist, das G-aseinschlüsse aufweist, bzw« weich elastisch ist.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

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   \ 1.y iillektroakustischer "Wandler zum üenden und Ümofangen von och^llv.eXlen im ..r;,:.u..-, liir ^roue Wus^^-rrlj-^cke und für Anordnung in Gruppen mit einer von einem aktiven Wandlerelement angetriebenen, kolbent.i-tig schwingen Jen uew!>rcoi_t d !'durch gekennzeichnet, d&u die Bänder der Kembran zweier oder mehrerer Sondier einer Gruppe ein* ander weitgehendst genähert sind, und dsß die Membranen hinter oder in der Lähe ihrer Händer zusammen mit Gehäuseteilen einen oder mehrere gegen Störstrahlung der rückwärtigen Handflächen der Membranen schallabschirniende und druckfeste Bäume bilden.

   2. Elektroakustischer Wandler mich Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schallabstrahlende Fläche der Membran gleich groß oder fast gleich ^:roß ist, wie der senkrecht auf die Ebene der Membranfläche projizierte größte Querschnitt der dahinterliegendeaa Wandler-Gehäuseteile und daß die Membran hinter oder in der Nähe des äußeren Membranrandes ausammem mit Gehäuseteilen einen oder mehrere gegen Störstrahlung der rückwärtigen Handflächen der Membran schallabschirmende und druckfeste Bäume bilden,

   3» Wandler nach Anspruch 1, bei dem die kolbenartig schwingende Membran mittels einer oder mehrerer Verbindungen mit dem Gehäuse elastisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schallabschirmender, druckfester Raum an eine elastische Verbindung zwischen Membran und Gehäuse anschließt.

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   U414S8

   4« Wandler nach Anspruch J_r dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung zwischen Membran und Gehäuse einen Wandteil des sehallabschirmenden Raumes bildet.

   5« Wandler nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der schallabschirmende Raum vom Gehäuseinnern durch die elastische Yevbindung zwischen Membran und Gehäuae getrennt ist,

   6. Wandler nach Anspruch J, 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch.« Verbindung zwischen der Membran und dem Gehäuse hinter der äußeren Äembranoberflache und von dieser verdeckt angeordnet ist.

   7« Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung zwischen Membran und Gehäuse in unmittelbarer Fähe oder direkt an der inneren Oberfläche (12_/Iig_e l) der Membran ansetzt.

   8«, Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als abschirmender-Raum um die Membran herum ein schmaler Rings palt (5) angeordnet ist, der durch Gehäusβίαια Membranoberflächenteils (6, 7) begrenzt wird»

   9. Wandler nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet_r daß¹ der Ringspalt (5) einerseitsbis zur elastischen Verbindung(3) zwischen Membran (2;) und Gehäuse (4) and andererseits bis an die . abstrahlende Membranoberfläche (8) reicht»

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   10,J. Wandler naoh den Ansprüchen 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, •daß der Ringspalt in der äußeren, seitlichen Oberfläche des' Gehäuses mündet«

   11. Wandler nach Anspruch 8,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hingspalt zwischen seinen beiden Enden, unterschiedliche oder wechselnde Breite aufweist und an seinem e-

   äußeren, offenen .

   -'-sce Ende (1O) am schmälsten isti

   12. Wandler nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt an seinem offenen Ende druckfest elastisch abgedeckt (9» 9^a) oder durch eine weitere elastische Terbindung (39) zwischen Membran und Gehäuse druckfest verschlossen ist.

   13· Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Abdeckung (9) winklig den äußeren Rand des Wandlers umschließt»

   14. Wandler nach Anspruch 12 oder I3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler vollständig mit schalldurchlässigem Kunststoff oder Gummi (11) außen umhüllt ist.

   15· Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil einer Seitenwand des Ringepaltes (5) von einem oder

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   mehreren Füllkörpern (24) gebildet wird, die einen zur Bearbeitung von Wandteilen des Ringspaltes nötigen größeren Raum " zur i⁽¹orm des Kingspaltes auffüllen.

   16. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis "(, dadurch gekennzeichnet, daß die elo.stische Verbindung (3) bezüglich ihx'er Druckfestigkeit eng toleriert für einen maximalen Druck ausgelegt: ist und lfophdrucks chu't ze inr ich iungeii vorgesehen sind, die beim Überschreiten des maximal zulässigen Druckes ansprechen." '

   17· Wandler nach Ansxjruch 8 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Ringspaltes (5) oder, seine schmälste 'Stelle nur so .breit .gewählt ist, daß bei einer Belastung der Membran bis zur Berührung der beiden llingspaltwände die elastische Verbindung (3) zwischen Membran (2) und (Tehäuse (4) ihre Fließgrenze noch nicht erreicht hat» ;

   18. Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung gegen eine Zerstörung einer zusammendrückbaren Dichtung' (16) des WandlergehäuseG (4) durch Höchstdruck ein Anschlag (17). .am Vandleriiehäuse vorgesehen ist.

   19* Wandler nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die

   elastische Verbindung (40,41) zwischen Membran und Wandlergehäuse mit ^hrer. Längserstreckung.,in ,fiichtung der Seiten- _: wände d.es Wandlergehäuses angeordnet ist β ,

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   144 U9Ö

   20» Wandler nach Anspruch 1, di..durch ,.jekennzeichnet j daß eine Begrenzung des schaliabschiruienden Raumes (45) in tier Gruppe durch benachbarte Wandler erl'olrt und für den Gruppen-Rand Fäll- oder Bi^renzungskörper (46) vorgesehen sind.

   IiI» y/andler nach itnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Oberfläche der ,iandlergehäuseseitenwände Vertiefungen (26) vorgesehen sind, in die Verb ^ndtin ;smi btel (29$ 4f) ein- ^reifen, so daß mehrere Wandler zu einer vVf-ndleryrupiye ohne bzw. mit kleinstmö^lichem Zwi ,ohenrauin verbindbi.tr sind.,

   22. Heratellun^GVurfahren für einen Wandler noch einem der vorhergehend tsn xinsprücae, dauurch gekennzeichnet, daß bei einem an sich bekannten Wandler durch Ürgänzungsteile (49 und 50) der an sich bekannten Membran (2b) und des an sich bekannten Gehäuses (4 t>) ein schallabschirmender Raum (5) hergestellt wird.

   25» Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

   Seitenwand deü (iehäuses (4) an der elastischen Verbindung (3) vorbei bis an die abstrahlende äußere Oberfläche (θ) der üembran vorgezogen ist» so daß ein Trichter entsteht) der durch die. Llembran (2) bis auf den ach· llabüchirmenden Raum (5) aufgefüllt wird.

   24i Wandler nach Anspruch 25j dadurch'gekennzeichnet/ daß die Membran (2) auf einen Träger (2a) gekittet ist, der Mittels der Verbindung (3)mife dem Gehäuse (4) elastisch, verbunden ist»

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   3,4

   ^25*. Wandlei*'nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dai| !die

   • '■-; - ^.uf den Träger. 2a . //". Membran (.2') in ihrer/ auf liegenden Flache (52") äu8nehniu^!ngen (25) zum Aufnehmen ."dgs Kittes aufweist*

   26» Wandler nach einem der .vorhergehenden anspi-uahe ^ dadurch gekennzeichnetj' daß aehallabs chiriaende Räume 'b'eiiachbarte'r Wandler zusamiiienhän^enj so daß ein schalläbschiriuender Raum "(5a) entsteht^ der von rüGkYrärtigen:Randflachen (7a, ?t> wenigstens zweier Mfcinbi--anen begrenzt wird_o

   27» Wandler nach Anspruch 12*, I3» 20 oder 26y dadurch ^okennzeichne t» daß für "mehrere ben.'i-ohb'irt'e Membranen Sin geniein-. öamer Überzug (i1a) vorgesehen ist* :

   28. V/andler nach Anspruch. 1 /oder 2.j dadurch gekeHnzeiehnet j daß die Gründplätte für die Aufnahme der eihzelnefi Wandler einer

   odex ^:' ': oder .

   Gruppe konvex/konkav und kügeligi zyiittd3?isph/ kegelig, ausgebildet ist* ·-:.-.-- '-"-- -"..:-■