DE1622880A1 - Sound transmission line - Google Patents

Sound transmission line

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DE1622880A1
DE1622880A1 DE19681622880 DE1622880A DE1622880A1 DE 1622880 A1 DE1622880 A1 DE 1622880A1 DE 19681622880 DE19681622880 DE 19681622880 DE 1622880 A DE1622880 A DE 1622880A DE 1622880 A1 DE1622880 A1 DE 1622880A1
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transmission line
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energy
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resonance
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DE19681622880
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Libby Charles Cory
Graff Karl Frederick
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Ohio State University
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    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/24Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound for conducting sound through solid bodies, e.g. wires

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Description

In der Antwort bitte angeben -Unser ZeichenPlease state in the answer -Our reference

O/p 6074O / p 6074

THE OHIO STATE UNIVERSITY, North High Street, Columbus;, Ohio, USATHE OHIO STATE UNIVERSITY, North High Street, Columbus ;, Ohio, USA

SchallübertragungsleitungSound transmission line

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Wandler mit einem hohen Q-Wert und einer verbesserten baulichen AusbildungV die extrem hohe leistungsabgaben erzielen läßt. Vorliegende Anmeldung stellt eine Weiterentwicklung des Gegenstandes nach der Patentanmeldung 0 12'619 lXa/42B (uneere Akte 5075) dar. Theoretische Daten sind mit tatsächlichen Daten für unterschiedliehe Lastbedingungen bei der Übertragung von TJItraschallenergie über" lange Übertragungeleitungen verschiedener Wellenlängen in Beziehung gesetzt. ;The invention relates to electromechanical converters a high Q-value and an improved structural training V. which can achieve extremely high output. Present Registration represents a further development of the subject of patent application 0 12'619 lXa / 42B (uneere file 5075). Theoretical data are different from actual data Load conditions in the transmission of TJItrasonic energy related via "long transmission lines of different wavelengths.;

Ein elektrotnechaniacher 'vfendler, z„B. eine piezoelektrisch· Einrichtung* kann elektrische Impulse hoher Frequenz in mechani sch· Impulse hoher Frequenz oder umgekehrt umwandeln. Wird den piezoelektrischen Elementen ein· Eingangsspannung mit Wechsel-An electrotnechaniacher 'vfendler, e.g. a piezoelectric · * means may include electrical pulses of high frequency mechanical sch · pulses of high frequency or convert vice versa. If the piezoelectric elements are supplied with an input voltage with alternating

. 009852/0635 :. 009852/0635:

23.1.1968 W/He Ο/ρ 6074January 23, 1968 W / He Ο / ρ 6074

-■ ; ι ■ ■- ■; ι ■ ■

Polarität aufgegeben, erz eugt,. üb erträgt und vers tärk t der Wandler eine Serie von mechanischen Druckwellen im piezoelektrischen Material und in der metallischen Trägeranordnung. Betrachtet man den Wandler allein, so erzeugt eine Folge von identischen Verdichtungs- und Verdünnungswellen, die in einem Wandler von geeigneter Länge übertragen werden, eine stehende Welle.Polarity abandoned, created. The transducer transmits and amplifies a series of mechanical pressure waves in the piezoelectric Material and in the metallic carrier assembly. Looking at the converter alone, a sequence of identical compression and attenuation waves transmitted in a transducer of suitable length, a standing wave.

Bei einem geradlinigen Stab entsprechen' die Maxima«, und Minima« stellen der stehenden Welle Stellen maximaler und minimaler Geschwindigkeit, minimaler und maximaler Beanspruchung und maxima- und minimalerIn the case of a straight rod, 'the maxima' and minima 'correspond represent the standing wave positions of maximum and minimum speed, minimum and maximum stress and maximum and minimum

ler/Verschiebung am Wandlerkörper. Diese Stellen legen optimale Stellen für TJnterstützungspunkte "Abstufungen" oder Änderungen im Durchmesser, Werkzeuge oder mechanische Kupplungen usw. fest. Die Knotenpunktstellen auf dem Wandler entsprechen Stellen minimaler axialer Verschiebung und Geschwindigkeit, die Bauchstellen entsprechen Stellen maximaler axialer Verschiebung und Geschwindigkeit oder -Bewegung. Der auf dem Wandler zwischen benachbarten Schwingungsbäuchen gemessene Abstand ist gleich einer halben Wellenlänge bei der Grundresonanzfrequenz, wobei die Länge von der Form abhängt und mit dieser veränderbar ist»ler / displacement on the transducer body. These places lay optimal Make "gradations" or changes for support points fixed in diameter, tools or mechanical couplings, etc. The nodal points on the transducer correspond to points of minimal axial displacement and speed, the abdominal areas correspond to points of maximum axial displacement and speed or movement. The one on the transducer between neighboring The distance measured in antinodes is equal to half a distance Wavelength at the fundamental resonance frequency, where the length of depends on the shape and can be changed with it »

In der Patentanmeldung O 12 622 IXa/42s (unsere Akte 5072) ist ein Schailwandler beschrieben und dargestellt, der das Antriebselement (piezoelektrisches Element) mit dem mechanischen VerschiebungsverBtärker (Horn) in neuartiger Weise kombiniert. Dabei handelt es sich im wesentlichen um eine Resonanzanordnung, die in ihrem Inneren nahe dem Sohwingungeknoten erregt wird. Die Erregung steht im Gegensatz zu der äußeren Erregung, die üblich' ist, wenn Hörner in einem Schallwandlereystem verwendet werden.In the patent application O 12 622 IXa / 42s (our file 5072) is a Schail converter described and shown, which the drive element (piezoelectric element) with the mechanical displacement amplifier (Horn) combined in a new way. This is essentially a resonance arrangement that is excited in its interior near the vibration node. the Arousal is in contrast to the external excitement which is usual ' is when horns are used in a transducer system.

- .--:■-.:_;: ./'_■'■ =.■"■■ ■■"·■-■ BAD- .--: ■ -.:_ ;: ./'_■'■ =. ■ "■■ ■■" · ■ - ■ BAD

009862/0835009862/0835

23.1.1968 W/He θ/ρ 6074January 23, 1968 W / He θ / ρ 6074

Der Wandler besitzt einen hohen Q-Wert, eine hohe Leistung, ist außergewöhnlich robust, kompakt und kann kontinuierliche Arbeitebelastungen aufnehmen. .The converter has a high Q value, which is high performance exceptionally robust, compact and can withstand continuous work loads. .

Im Falle der Patentanmeldung 0 12 619 IXa/42s (unsere Akte .5075) ist ein Motorgenerator beschrieben und dargestellt, der nicht auf die Ausnutzung der erzeugten Kraft als Werkstückbelastung gerichtet ist. Dieser Generator ist auf die Übertragung von Hochleistungsenergie von einer Stelle zu einer anderen mit einem hohen Leistungsfaktor gerichtet. In dieser Anmeldung weist der Motorgene rator zwei Wandler auf, die mit den Spitzen ihrer Hörner' gekoppelt sind. In verhältnismäßig kurzen Gesamtlängen müssen die beiden Wandler und die sie verbindende Übertragungsleitung ein Vielfaches einer halben Wellenlänge für maximale Energieübertragung sein. Bei der einfachsten Ausführungsform wird eine Resonänzübertragungsleitung halber Wellenlänge zwischen zwei Wandler eingefügt. Dadurch wird ein Knotenpunkt mit einer longitudinal en Verschiebung vom Werte ITuIl in der Mitte zwischen den Wandlern erzeugt. In the case of patent application 0 12 619 IXa / 42s (our file .5075) a motor generator is described and illustrated that is not based on the utilization of the force generated is directed as workpiece loading is. This generator is based on the transmission of high performance energy directed from one place to another with a high power factor. In this application, the engine genes rator two transducers that are coupled to the tips of their horns' are. In a relatively short overall length, the two transducers and the transmission line connecting them must be a multiple half a wavelength for maximum energy transfer be. In the simplest embodiment, a resonance transmission line is used half wavelength inserted between two transducers. This creates a node with a longitudinal displacement generated by the ITuIl value in the middle between the converters.

Bei "einer weiteren Anmeldung 0 12 943 IX/42s der Anmelderin (unsere Akte 6073) ist eine Vorrichtung für Schallwandler aur wirksamen Kopplung des vorerwähnten elektromeehanisehen Wandlers hohen Q-Wertes und hoher Leistung zum wirksamen Antrieb eines Werkzeuges angegeben, d.h. um das Werkzeug in einer Werkstückumgebung anzutreiben. Die Wandler-Horn-Übertragungsleitung ist direkt mit der Werkstückoberfläche gekoppelt*With "another application 0 12 943 IX / 42s of the applicant (our file 6073) is a device for transducers aur effective coupling of the aforementioned electro-mechanical converter high Q-value and high power to effectively drive a tool, i.e. to drive the tool in a workpiece environment. The transducer horn transmission line is coupled directly to the workpiece surface *

Wesentliches Ziel vorliegender Erfindung ist es, einen elektromechanischen Wandler und eine Übertragungsleitung für die Abgabe hoher Leistung an eine We rksttiekgrehz fläche mit nur minimal er-The main aim of the present invention is to provide an electromechanical Converter and a transmission line for delivering high power to a workshop speed with only minimal

009852/063S009852 / 063S

23.1.1968 W/He O/p 6074 -.,-.._ —-~January 23, 1968 W / He O / p 6074 -., -.._ --- ~

Frequenzänderung im Wandlersystem zu schaffen.To create frequency change in the converter system.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine Übertragungsleitung vorgegebener Länge zu schaffen, die die leistungsabgabe an eine Werkstückgrenzflache eines Wandlers mit hohem Q-Wert bei einer Konstantfrequenzleistungseinspeisung auf ein Maximum bringt.Another object of the invention is to provide a transmission line more predetermined Length to create the power output to a workpiece boundary surface a converter with a high Q value with a constant frequency power feed brings it to the maximum.

Ziel der Erfindung ist es auch, eine Übertragungsleitung mit gegebener Länge zu schaffen und ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kopplung der Übertragungsleitung mit, einer Werkstückgrenzfläche anzugeben, um akustische Hochleistungsenergie mit nur einem Minimum an Resonanzfrequenzänderung im Wandlersystem anzugeben. The aim of the invention is also to provide a transmission line with To create a given length and also a method and a Device for coupling the transmission line to a workpiece interface to indicate high power acoustic energy with only a minimum of resonance frequency change in the transducer system.

Vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Einrichtung zur Abgabe von Schallenergie hoher Leistung an eine Werkstückoberfläche. Es werden starre Übertragungsleitungen stehender Welle mit sich ändernden Längen verwendet. Insbesondere ist ein Wandler hoher Leistung und hohen Q-Wertes mit einer verlängerten Übertragung in einem Winkel direkt mit der Werkstückfläche gekoppelt. Die Resonanzen längerer Übertragungsleitungen werden weniger ( Δ F) durch Zuwachs änderungen in der Leitungslänge ( Δ L) als kürzere Übertragungsleitungen beeinflußt. Die Resonanzfrequenz des Wandlers (plus Übertragungsleitung) stellt die gewünschte Frequaiz der Energieeinspeisung für maximale Leistungsübertragung dar. Der Q-Wert des Wandlers (plus Übertragungsleitung) steigt jedoch an, wenn die Leitung länger wird. Ein höherer Q-Wert ergibt eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Änderungen in der Resonanzfrequenz für eine maximale Leistungeübertragung. DieThe present invention relates to a device for delivering high power acoustic energy to a workpiece surface. There are rigid transmission lines of standing wave with them changing lengths used. In particular, it is a high performance, high Q converter with a prolonged transmission coupled directly to the workpiece surface at an angle. the Resonances from longer transmission lines are reduced (Δ F) by increasing changes in the line length (Δ L) than shorter ones Transmission lines affected. The resonance frequency of the transducer (plus transmission line) sets the desired frequency the energy supply for maximum power transfer The Q value of the transducer (plus transmission line) increases but on when the line becomes longer. A higher Q value results increased sensitivity to changes in the resonant frequency for maximum power transmission. the

009862/063S009862 / 063S

23.1.1968 W/He O/p 6Q74January 23, 1968 W / He O / p 6Q74

Beziehung zwischen Δ Ρ/ Δ L-Empfindliehkeitsabnahme und Q-Wert« Empfindliehkeitszunahme für längere leitungen gibt an, daß die nicht belasteten Ubertragungsleitungen eine Nutζverstärkung bei verringerter Prequenzempfinäliohkeit bis zu 3 oder 5 1/2 Wellen« längen ergeben.Relationship between Δ Ρ / Δ L decrease in sensitivity and Q value « Increase in sensitivity for longer lines indicates that the A slot reinforcement for transmission lines that are not loaded reduced frequency sensitivity up to 3 or 5 1/2 waves « lengths result.

Vorliegende Erfindung schlägt eine Einrichtung vor, die eine verlängerte Übertragungsleitung für einen elektromechanischen Wandler aufweist, der in einem Winkel zur Lastverbindung gekop« pelt ist. Ein Wandler hoher Leistung kann mit einer Werkstück« oberfläche bei nur einem Minimum der. Resonanzfrequenzänderung (im Vergleich zu einer Übertragungsleitung halber Wellenlänge) gekoppelt sein. Die maximale akustische Leistung kann auch abgegeben werden, indem eine Konstantfrequenzeinspeisung verwendet wird, wobei ein Wandler mit hohem Q-Wert als Schallantriebsvorrichtung verwendet wird, wenn eine lange Übertragungsleitung vorgesehen wird.The present invention proposes a device that has a extended transmission line for an electromechanical Has converter that is coupled at an angle to the load connection. pelt is. A high-performance converter can be used with a workpiece « surface with only a minimum of. Resonance frequency change (as compared to a half wavelength transmission line). The maximum acoustic power can also be emitted are used by using a constant frequency feed using a high Q transducer as a sound driving device used when a long transmission line is provided.

ferner sind Daten angegeben, um Verbesserungen in der Übertragungsleitung an sich unabhängig von der Verbindungsvorrichtung mit der Werkstückoberfläche zu erzielen. D.h., daß Verbesserungen in der Prequenzempfindllchkeit gegenüber Laständerungen erzielt worden sind, z.B. gegenüber Änderungen in der Lastkopplung an der Laetgrenzflache und in den Änderungen der Lastcharakteristik; dadurch wird ein· Verbesserung der !Fähigkeit des Sohallwandlers zur Abgabe hoher Energie an eine Werkstüokgrenzfläohe mit nur einer minimalen Wandltrfrequenzänderung erzielt. Auslegungen in der Übertragungsleitung an sich erhöhen den Prozentsatz der theoretischen Leistungefihigkeit eines Wandlers hohen Q-Wertes, die auf eine Flächeneinheit mit einer Konstantfrequenzleistunge-data are also given to indicate improvements in the transmission line to achieve independently of the connection device with the workpiece surface. That is, improvements achieved in the frequency sensitivity to load changes have been, e.g. against changes in the load coupling the Laet Grenzflache and in the changes of the load characteristics; this will improve the ability of the sound transducer for delivering high energy to a workpiece boundary surface with only achieved a minimal change in converter frequency. Interpretations in the transmission line in itself increase the percentage of theoretical performance of a converter with a high Q value, on a unit area with a constant frequency power

ÖÖ-8BS2/O63&.ÖÖ-8BS2 / O63 &.

25.1.1968 W/He O/p 60741/25/1968 W / He O / p 6074

einspeisung, dji. mit erhöhter Wirksamkeit übertragen werden soll, auf ein Maximum.feed, dji. should be transmitted with increased effectiveness, to a maximum.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand vonAusführungsbeispielen erläutert. Sie Figuren zeigen:The invention is described below in conjunction with the drawing explained on the basis of exemplary embodiments. They show figures:

Pig. 1 eine einfache schematische Darstellung des Schallwandlers zusammen mit einer Übertragungsleitung,Pig. 1 is a simple schematic representation of the sound transducer together with a transmission line,

Pig. 2 eine sohematische Darstellung der Schallübertragungsleitung mit einer aufgegebenen Kraft,Pig. 2 a thematic representation of the sound transmission line with a given up strength,

Pig. 3 eine weitere schematische Darstellung der Übertragungsleitung, die mit der niedrigsten Schwingung vibriert, Pig. 3 is another schematic representation of the transmission line vibrating with the lowest vibration,

Pig. 4 eine graphische Darstellung, die die Resonanzfrequenzen in Abhängigkeit von der absoluten Länge der Übertragungsleitung zeigt, Pig. 4 is a graph showing the resonance frequencies as a function of the absolute length of the transmission line,

Pig. 5 eine sohematische Darstellung einer Übertragungsleitung mit einem angelegten Druck,Pig. 5 is a schematic representation of a transmission line with an applied pressure,

Pig. 6 in Form einer Tabelle eine schematische Darstellung der Grenzbedingungen entsprechend den verschiedenen einfachen Belastungen,Pig. 6 in the form of a table is a schematic representation of FIG Boundary conditions according to the various simple Charges,

Pig. 7 eine graphische Darstellung der Wurzeln der Gleichung Heat A > ali/α ,Pig. 7 is a graphical representation of the roots of the equation Heat A> ali / α,

BADBATH

0000527 06350000 527 0635

23.1.1968 W/He o/pJanuary 23, 1968 W / He o / p

8 eine weitere graphische Darstellung der Wurzeln von Tan JI + (id Sl) /M+0,8 another graphical representation of the roots of Tan JI + (id Sl ) / M + 0,

Fig. 9 eine andere graphische Darstellung verschiedner Werte von9 is another graphical representation of various values of

fig.10 eine schem&tische Darstellung einer praktischenAusfüh~ rungsform, wie sie zur Erzielung der Daten verwendet;' wurde. -■-"-■■ ν -.;.-- Fig.10 is a schematic representation of a practical embodiment as it is used to obtain the data; became. - ■ - "- ■■ ν -.; .--

Die Ausbildung der Anordnungfaus Wandler« und Übertragungslei-· tung ist in Fig. 1 gezeigt. Die kombinierten Vibrationen der dargestellten Anordnung werden dadurch erzielt* daß die Vibrationen des Wandlers und der Leitung zum Entkoppeln tendieren, so daß der Wandler als Energie-quelle wirkt, die an einem Ende der Leitung befestigt ist. In der Praxis wird dies realisiert, wenn das System bei oder in der Nahe der Resonanzfrequenz der freien Übertragungsleitung arbeitet.The configuration of the arrangement f made up of a converter and a transmission line is shown in FIG. The combined vibrations of the arrangement shown are achieved * that the vibrations of the transducer and the line tend to decouple so that the transducer acts as an energy source attached to one end of the line. In practice this is realized when the system operates at or near the resonance frequency of the free transmission line.

Die Übertragungsleitungen sind massive Stahlstäbe sich ändernder Länge. Da diese Leitungen durch ein sehr hohes Verhältnis von L/d charakterisiert sind, wirken sie akustisch als dünne Stäbe. Die Untersuchung des Einflusses zunehmender Länge der Übertragungsleitung , soweit es die Vibrations-»Resonanzfrequenz des Systems betrifft, ist nicht auf die Leistungsübertragungseigenschaften bei diesen Frequenzen bezogen. Sie ist nur auf die Resonanzfrequenzen bezogen, die von einem freien und nicht eingespannten dünnen Stab zu erwarten sind* änderungen in der Resonanzfrequenz, die in den Übertragungsleitungen mit sich ändernder Länge auftreten, welche durch gleiche ZuwachsanteileThe transmission lines are massive steel rods changing Length. Since these lines have a very high ratio of L / d are characterized acoustically as thin rods. Investigation of the influence of increasing length of the transmission line as far as it is the vibration »resonance frequency of the System concerns is not related to the power transfer properties related to these frequencies. She's only on that Related to resonance frequencies that are to be expected from a free and unclamped thin rod * changes in the Resonance frequency that occur in the transmission lines with changing lengths, which are due to the same incremental components

009852/0635 bad009852/0635 bathroom

25.1.1968 W/He . θ/ρ 6074 ..· . .January 25, 1968 W / He. θ / ρ 6074 .. ·. .

der längenänderung verursacht werden, sind ein Maß für die Re*- sonanzempfindliehkeit. Die Eesonanzeropfindiiehkeit wird auf die leistungsübertragungseigenschaften eines Schallenergiesysteras aufgrund der "besonderen Qualitäten des vorerwähnten Wandlers hohen Q~Wertes bezogen. Die lange übertragungsleitung wird durch Zuwachs änderung en in der länge weniger "beeinflußt als kürzere leitungen.the change in length are a measure of the sensitivity to resonance. The resonance resistance is related to the power transmission properties of a sound energy system due to the "special qualities of the above-mentioned high Q value converter. The long transmission line is less influenced by increases in changes in length" than shorter lines.

Die Analyse der longituäinalen Vibrationseigenschaften eines einfachen Stabes, wie er in Pig. 2 gezeigt ist, ist folgende» Bs ist die Grund übertragungsleitung mit der länge 1 und einer ange« legten Kraft ρ (t). an der Stelle X=O gezeigt.The analysis of the longitudinal vibration properties of a simple rod, like in Pig. 2 is the following »Bs is the basic transmission line with a length of 1 and an " put force ρ (t). shown at the point X = O.

Die Gleichung, die den einfachen longitudinal en Vibrationen des Stabes zugrunde liegt, ist folgende:The equation corresponding to the simple longitudinal vibrations of the Is based on the following:

2 u 1 2 -α . /ίλ 2 u 1 2 -α . / ίλ

2 2 ο .2 \x) 2 2 ο .2 \ x )

χ « Koordinate des Stabquerschnittes u m Verschiebung des Stababschnittes, t = Zeit,χ "coordinate of the rod cross-section u m displacement of the rod portion, t = time

c »■ Vi;/p - Geschwindigkeit der longituäinalen Sehallwellen, E = YoungJ-scher Elastizitätsmodul,c »■ Vi; / p - speed of the longitudinal acoustic waves, E = YoungJ modulus of elasticity,

p β die Mass end ichte/Volumen*p β the mass final density / volume *

In Pig. 3 ist ein Stab dargestellt, der mit der niedrigsten Sehwingungsform vibriert. Der Pfeil stellt die Bewegungsrichtung dar, die Amplitude ist durch u gegeben, 1 ist die Stablänge.In Pig. 3 shows a rod vibrating with the lowest visual waveform. The arrow represents the direction of movement, the amplitude is given by u , 1 is the rod length.

009862/0636009862/0636

23.1.1968 W/He O/p 6074January 23, 1968 W / He O / p 6074

Die Resonanzfrequenzen einer freisctiwingenden Übertragungsleitung wird durch Auflösung der Gleichung (1) bestimmt, die entsprechenden Grenzbedingungen unterworfen ist. In vorliegendem Falle sind die BedingungenThe resonance frequencies of a free-swinging transmission line is determined by solving equation (1), which is subject to corresponding boundary conditions. In the present Trap are the conditions

* ο, χ «o, 1 (2.) * ο, χ «o, 1 (2.)

Nimmt man eine Lösung der FormOne takes a solution of the form

u β χ sin wt. (3)u β χ sin wt. (3)

an und setzt man sie in (1) ein, so ergibt sich die gewöhnliche Differentialgleichungand if you put it in (1), the result is the usual one Differential equation

X« + -^X = ο (4)X «+ - ^ X = ο (4)

die die Lösung ."·.'-..which is the solution. "· .'- ..

X « A sin - χ + B cos - χ (5)X «A sin - χ + B cos - χ (5)

C C · 'V-.C C · 'V-.

hat. Führt man die Grenzbedingungen ein, so ergibt die GleichungHas. If one introduces the boundary conditions, the equation results

(2) B » ο und ergibt die Grundgleichung für die Resonanzfrequenzen der Übertragungsleitung zu(2) B »ο and gives the basic equation for the resonance frequencies of the transmission line

wobei f die Resonanzfrequenz in Perioden pro Sekunde ist«where f is the resonance frequency in periods per second «

Wie sich aus der Gleichung (6) ergibt, besitzt ein Stab gegebener phyeikaliecher Eigenschaften (fester Werte von E und ρ sowie Längt 1)eine unbegrenzte Anzahl von Resonanzfrequenzen, die niedrigste ist durch η ■ 1 gegeben, und sie steigen mit ganzzahligen Vielfachen dieses Wertes. Die Verschiebung einesAs can be seen from equation (6), a rod has a given physical properties (fixed values of E and ρ as well as Lengths 1) an unlimited number of resonance frequencies that lowest is given by η ■ 1, and they increase with integral multiples of this value. The shift of a

8 52/06358 52/0635

-bad-bath

23.1.I960W/He θ/ρ 607423.1. I960W / He θ / ρ 6074

beliebigen Punktes im Stab wird durchany point in the member is indicated by

u=A sin (wnx/c) sin wnt) ( 7)u = A sin (w n x / c) sin w n t) (7)

bestimmt, wobei w » 2 3Tf -. - ' determined, where w »2 3Tf -. - '

η ηη η

Für den Pail η = 1 schwingt der Stab in der in Fig. 3 gezeigten Form. Diese Form ist die "Halbwellenlängen^Darstellung. Für η =* 2, 3, 4 .·.. werden zusätzliche halbe Wellenlängen hinzuaddiert. For the Pail η = 1, the rod oscillates in the one shown in FIG. 3 Shape. This shape is the "half-wave length" representation. For η = * 2, 3, 4. · .. additional half wavelengths are added.

Für Stahl gilt Ε/ρ β 51,8 χ 10,■·* cm/sec, so daß fn « 10,2χ 1O3 4 Hz beträgt.For steel, Ε / ρ β 51.8 χ 10, ■ · * cm / sec, so that f n is «10.2χ 1O 3 4 Hz.

Wenn beispielsweise 1 = 12,5 cm beträgt, ist die niedrigste Vibrationsfrequenz dieser länge f 1 ■ 20,4 kHz und in diesem Falle ist f2 = 40,8 kHz. Fällst= 50 cm ist, Γχ = 5tl kHz und fg * 10,2 kHz usw. Hieraus läßt sich leicht eine Tabelle angeben (Tabelle I des Anhanges), die eine Anzahl von Resonanzfrequenzen für Lei-" tungen verschiedener Längen zeigt. In Tabelle I bezieht Jt sich auf die Länge der Leitung,^, bezieht sich auf eine Wellenlänge bei 20,4 kHz (z.B. 25 cm) und dient als Bezugalänge für die anderen Längen, z.B. 50 cm, 87,5 cm usw*For example, if 1 = 12.5 cm, the lowest vibration frequency of this length is f 1 · 20.4 kHz and in this case f 2 = 40.8 kHz. Fällst = 50 cm, Γ χ = 5 t 1 kHz and f g * 10.2 kHz etc. From this a table can easily be given (Table I of the Appendix) which shows a number of resonance frequencies for lines of different lengths In Table I, Jt refers to the length of the line, ^, refers to a wavelength at 20.4 kHz (e.g. 25 cm) and serves as a reference length for the other lengths, e.g. 50 cm, 87.5 cm etc. *

Um die theoretischen Ableitungen mit experimentellen Ergebnis^ sen in Übereinstimmung zu bringen, wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, bei denen die Übertragungsleitungen 12,5 cm (l/2Xbei 20,4 kHz), 25 ob, 37,5 cm, 50 cn, 75 cm, 87,5 cm und 100 om durch einen Wandler, z.B. den in der -vorerwähnten Patentanmeldung beschriebenen, in Vibrationen versetzt wurden. In jedem Fall wurde der Frequenzbereich von 9 kHz bis 40 kHz über- .. strichen und die Resonanzfrequenzen des Systems wurden durohIn order to bring the theoretical deductions into agreement with experimental results , a series of tests was carried out in which the transmission lines were 12.5 cm (1 / 2X at 20.4 kHz), 25 ob, 37.5 cm, 50 cn, 75 cm, 87.5 cm and 100 om by a transducer, such as those described in the patent application -vorerwähnten were vibrated. In each case the frequency range from 9 kHz to 40 kHz was swept over- .. and the resonance frequencies of the system became duroh

009852/0635009852/0635

23.1.1968 W/He O/p 6074January 23, 1968 W / He O / p 6074

Messung der Wandlerleistungspegel bestimmt· In Jig. 4 sind die ResxLÜate in graphischer lOrm zusammengefaßt. Die '-theoretischen Werte, die in der Tabelle 1 tabellarisch aufgeführt sind, sind auch im Vergleich mit den Ergebnissen aus den Versuchsreihen in Pig. 4 gezeigt. Die Übereinstimmung zwischen den experimentellen und den theoretischen, Werten war verhältnismäßig gut. Jedoch war eine Reihe von Werten im Bereich von 20-25 kHz durch die Theorie nicht zu erklären. 'Measurement of the converter power level determined · In Jig. 4 are the ResxLÜate summarized in a graphic lOrm. The '-theoretical Values that are tabulated in Table 1 are also in comparison with the results from the test series in Pig. 4 shown. The agreement between the experimental and the theoretical, values were relatively good. However, a range of values in the range of 20-25 kHz was by theory not to explain. '

Ein zusätzlicher Versuch wurde ah dem Wandler allein äurchgeführt^ um seine getrennten Resonanzfrequenzen zu bestimmen« Biese lagen hei 23, 24, 25 24, 8 .und 25,8 kHz. Diese Ergehnisse zeigten, daß die Reihe von nicht zu erklärenden Resonanzfrequenzen tatsächlich durch'den Wandler seihst und nicht durch die leitung hervorgerufen wurden. An additional experiment was carried out on the converter alone to determine its separate resonance frequencies. The piping was at 23, 24, 25, 24, 8 and 25.8 kHz. These results showed that the series of inexplicable resonance frequencies actually through the converter and not caused by the line.

In Zusammenhang mit der Tabelle II des Anhanges ist gezeigt, daß der Wert Q des Wandlers plus Übertragungsleitung wächst, wenn die Leitung langer wird. Da die Resonanzfrequenz des Wandlers die gewünschte Frequenz der ieistungseinspeisung für die Enegieübertragung darstellt, ergibt ein höherer Q-Wert eine erhöhte Empfind» liehkeit der Resonanzfrequenz. Die Ahnahme derZVf /£±!-Empfindlichkeit und die Erhöhung der^-Empfindlichkeit zeigt, daß die langen nicht belasteten Übertragungsleitungen eine nutzbare Verstärkung bis zum 3 oder 3 1/2 fachen der Wellenlänge ergeben. In connection with Table II of the appendix it is shown that the value Q of the transducer plus transmission line increases as the line becomes longer. Since the resonance frequency of the transducer represents the desired frequency of the power supply for the energy transmission, a higher Q value results in an increased sensitivity of the resonance frequency. The assumption of the ZVf / £ ± ! Sensitivity and the increase in the ^ sensitivity shows that the long, unloaded transmission lines result in a usable gain of up to 3 or 3 1/2 times the wavelength.

In Verbindung mit der !Tabelle III des Anhanges ist der Punkt gezeigt, bei dem ein Vergleich mit einer leitung halberWellenlänge die größte Verbesserung zeigt. Die Tabelle gibt angenäherte Daten (gemittelt aus Verstehen),, die die GesamtfreqtienzempfindrIn connection with! Table III of the appendix the point is shown, in which a comparison with a half-wavelength line shows the greatest improvement. The table gives approximate data (averaged from understanding) showing the total frequency sensitivity

00StS2/063S . bad00StS2 / 063S. bath

23.1*1968 w/He Op 601423.1 * 1968 w / He Op 601 4

lichkeit von Übertragungsleitungen einer halben Wellenlänge auf Leitungen mit der mehrfachen Wellenlänge "beziehen.transmission lines of half a wavelength Refer to cables with multiple wavelengths ".

Es wurden eine Reihe von Versuchen mit Überti^gungsleitungen durch«· geführt, bei denen die Resonanzfrequenzänderung, die.durch geringe Anderungenin der Ieitungslänge verursacht war, gemessen wurde. Die Ergebnisse dieser Versuche mit verschiedenen unterschiedlichen libertragungsleitungen sind in Fig. 5 dargestellt.A series of experiments with transmission lines were carried out by «· at which the change in resonance frequency caused by small changes in the line length was measured became. The results of these experiments with various different Transmission lines are shown in FIG.

Wenn eine Übertragungsleitung, die ursprünglich eine länge von 101,875 cm aufwies, durch Zuwachsänteile von 0,5 cm auf eine Länge von 98,4375 cm verkürzt wird, läßt sich erkennen, daß die Resonanzfrequenz' etwas ansteigt. Die kürzere Leitung, die ursprünglich 13,4375 cm betrug und auf 10,9375 cm gekürzt wurde, zeigt einen deutlicheren Freq,uenzanstieg. Die Änderung in der Frequenz, die durch diese identischen Änderungen in der Länge verursacht wird, ist ein Maß für die Resonanzempfindlichkeit der Leitung.If a transmission line originally had a length of 101.875 cm, by increments of 0.5 cm to one Length of 98.4375 cm is shortened, it can be seen that the Resonance frequency 'increases somewhat. The shorter line that originally Was 13.4375 cm and was shortened to 10.9375 cm shows a more pronounced increase in frequency. The change in the Frequency caused by these identical changes in length is a measure of the line's sensitivity to resonance.

Der Bereich, der durch die experimentellen Daten umfaßt wird, ist grob gesagt der Bereich, der durch die schmalen Streifen nach Fig. 4 eingeschlossen ist. Es ergibt sich deshalb,daß die experimentellen Versuche mit den theoretischen Aussagen im wesentlichen übereinstimmt. The area covered by the experimental data is roughly the area enclosed by the narrow strips of FIG. It therefore follows that the experimental tests essentially agree with the theoretical statements.

Die Gleichung für die erwartete Frequenzverschiebung für eine gegebene Änderung in der Leitungslänge kann abgeleitet werden. So ergibt sich aus Gleichung (6)The equation for the expected frequency shift for a given change in the line length can be derived. From equation (6) we get

009852/0635009852/0635

23.1.1968 W/He θ/ρ 6074January 23, 1968 W / He θ / ρ 6074

fn-l = -|j— . yE/p~ wobei >£· S=^1 f n -l = - | j—. yE / p ~ where> £ S = ^ 1

fn2 " ' · \/E/P '■ wobei/C-w f n 2 "'· \ / E / P' ■ where / Cw

(n/2) ΥΪ6 (9)(n / 2) ΥΪ6 (9)

■■-■■.- 12■■ - ■■ .- 12

Ein entsprechender Ausdruck für die Gleichung (9) ergibt sich, wenn 1. *- 1_ » Δ.1 gemacht wird und wenn berücksichtigt wird,A corresponding expression for equation (9) results, if 1. * - 1_ »Δ.1 is made and if it is taken into account,

1 < 2 1 <2

daß für kleines Δ1 1-, » 1« wird, so daß I1 . I2 * 1 . Dannthat for small Δ1 1-, "1" becomes, so that I 1 . I 2 * 1. then

Aus der Gleichung/ergibt sich, daßFrom the equation / it follows that

(1) die Änderung der Frequenz Δί für große Werte von ^
0-ängere Leitungen) bei einer beliebigen Frequenz kleiner wird,
(1) the change in frequency Δί for large values of ^
0-longer lines) becomes smaller at any frequency,

(2) die Frequenzänderung Δ f bei höheren Schwingungsformen (höheren Harmonischen) (d.h. großes n) bei beliebiger Lei« tungslänge größer wird.(2) the frequency change Δ f for higher waveforms (higher harmonics) (i.e. capital n) for any Lei " length increases.

Beide Beobachtungen können aus den experimentellen Ergebnissen nach Fig. 5 entnommen werden, obgleich der zweite Einfluß gering bleibt. Die Übereinstimmung zwischen theoretischen und experimentellen Ergebnissen ist verhältnismäßig gut für die längeren Leitungen, wie die Berechnungen in der !Tabelle II (Anhang) ergib en.Both observations can be made from the experimental results 5, although the second influence is slight remain. The agreement between theoretical and experimental results is relatively good for the longer ones Lines, as shown in the calculations in Table II (Appendix) en.

009852/0638009852/0638

23.1.1968 W/He Ο/ρ 6074 , .January 23, 1968 W / He Ο / ρ 6074,.

Die Tabelle II (Anhang) zeigt, daß der Q-Wert des Wandlers plus Übertragungsleitung ansteigt, wenn die Leitung länger wird.Table II (Appendix) shows that the Q value of the transducer is plus Transmission line increases as the line becomes longer.

Ba die Resonanzfrequenz des Wandlers die gewünschte Frequenz der Energieeinspeisung für die Energieübertragung darstellt, gibt ein höherer Q-Wert eine erhöhte Empfindlichkeit der Resonanzfrequenz an. Die A f/Δ L-Empfindlichkeitsabnahme und die Q-Empfindlichkeitszunähme zeigt an, daß die langen, unbelasteten Übertragungsleitungen eine nutzbare Verstärkung bis zum 3 oder 3 1/2 fachen der Wellenlänge ergeben.Ba the resonance frequency of the transducer the desired frequency of the Represents energy feed for energy transmission, there a higher Q value an increased sensitivity of the resonance frequency at. The A f / Δ L sensitivity decrease and the Q sensitivity increase indicates that the long, unloaded transmission lines have a useful gain up to 3 or 3 1/2 times the wavelength.

In Tabelle III ist der Punkt angegeben, bei welchem ein Vergleich mit einer Leitung mit halber Wellenlänge die größte Verbesserung aufweist. Die Tabelle gibt angenäherte Daten (ermittelt aus Versuchen) an, die sich auf die Gesamtfrequenzempfindlieh— keit von Übertragungsleitungen mit halber Wellenlänge bis zu Üben tragungsleitungen mit mehrfacher Wellenlänge beziehen.In Table III the point is given at which a comparison has the greatest improvement with a half-wavelength line. The table gives approximate data (determined from experiments) which relate to the overall frequency sensitivity ability of half-wavelength transmission lines up to practicing Obtain transmission lines with multiple wavelengths.

Ferner wurde in Fortsetzung der obigen Versuche die Empfindlichkeit von unbelasteten Übertragungsleitungen gegenüber Längenänderungen untersucht. Die Resonanzempfindlichkeit von Ultraschall-Übertragungsleitungen gegenüber verschiedenen Arten von Belastun« gen ist ein wesentlicher Bktor, der ihre Wirksamkeit beeinflußt.Furthermore, in continuation of the above experiments, the sensitivity of unloaded transmission lines to changes in length was investigated examined. The resonance sensitivity of ultrasonic transmission lines there is an essential factor influencing their effectiveness against various types of stress.

Eine der Hauptüberlegungen bei der wirksamen Übertragung von Ultraeohallenergie aus einem Wandler über eine Übertragungsleitung und In eine Belastung ist der Grad, mit welchem die Übertragungeleitung durch die Belastung "verstimmt" wird. Dieser . ' Effekt tritt auf, wenn eine Verschiebung in der Resonanzfrequenz der übertragungsleitung auftritt, und zwar aufgrund der Art derOne of the main considerations in effectively transferring Ultra-echo energy from a transducer over a transmission line and In a load is the degree to which the transmission line is "out of tune" by the load. This . ' Effect occurs when there is a shift in the resonance frequency the transmission line occurs due to the nature of the

009862/0635009862/0635

^ 162288G^ 162288G

23,1.1968;W/He · 0/p:6O74January 23, 1968; W / He · 0 / p: 6O74

Belastung und/oder aufgrund der Vorrichtung* durch die die lei-.tung und die Belastung gekoppelt sind. Nachstehend werden ver— schiedene Arten von Belastungen bestehend aus Kombinationen von Feder,.Masse und viskosem Dämpfungssystem betrachtet.Load and / or due to the device * through which the line and the load are coupled. The following are different types of loads consisting of combinations of Spring, mass and viscous damping system considered.

In Pig. 5 ist eine Übertragungsleitung mit der Länge L, auf die ein Druck ρ (t) bei χ = O ausgeübt wird und die mit einer Belastung bei x=L gekoppelt ist, gezeigt» Die Gesetzmäßigkeiten für dieses Problem sind bereits in Gleichung (1) gegeben. Nimmt man eine Lösung in jorm von \In Pig. 5 is a transmission line of length L to which a pressure ρ (t) is exerted at χ = O and with a load when x = L is coupled, it is shown »The regularities for this problem are already given in equation (1). Takes to find a solution in jorm of \

U = X (X| I;(t) ' (11)U = X (X | I; (t) '(11)

an, so läßt sich zeigen, daß -on, it can be shown that -

iwt u = (C sin wx/c.+ D cos wx/c) e (12)iwt u = (C sin wx / c. + D cos wx / c) e (12)

der Grunddifferentialgleichung genügt. . ν * .the basic differential equation is sufficient. . ν *.

Um die Konstanten in die obige Lösung einzuführen, werden die erforderlichen Grenzbedingungen aufgeführt. Für das Ende, auf das„ der Druck ρ (t) ausgeübt wird, ist die BedingungTo introduce the constants into the above solution, the required boundary conditions are listed. For the end, on that “the pressure ρ (t) is exerted is the condition

χ = o, E du//d x = poeiWt (15)χ = o, E du // d x = poe iWt (15)

wobei der Fall einer 'einfachen harmischen Belastung betrachtet worden iöt. Dann \;iri 'rXotohimg; (2) geändert inthe case of a 'simple harmonic burden' has been considered. Then \; iri 'rXotohimg; (2) changed to

PQc itP Q c it

u * ( —- sin wx/c + D cos wx/c) e W (14)u * (—- sin wx / c + D cos wx / c) e W (14)

8AD ORKSlMM,8AD ORKSlMM,

. 23.1.1968 ¥/He θ/ρ 6074. January 23, 1968 ¥ / He θ / ρ 6074

Die Art der Belastung wird durch die Grenztoedingung hei χ * 1 bestimmt. Die verschiedenen Endzustände, die durch einfache Kom-> Mnationen einer Feder, einer Masse* und eines Puffers, sind in Pig. 6 der Zeichnung gezeigt, ferner auch der entsprechende mathematische Ausdruck des Zustandes. -The type of load is determined by the limit condition he χ * 1. The various final states, which are created by simple combinations of a spring, a mass and a buffer, are in Pig. 6 of the drawing, as well as the corresponding mathematical expression of the state. -

Beispiel. 7 in Pig. 6, das ein kombiniertes Peder-Massen-Puffersyjstem darstellt, kann zur Erzielung der Beispiele 1-6 verwendet werden, indem k, m, η entsprechende Grenzwerte annehmen, z.B. JIuIl oder unendlich. TIm das Beispiel 1 zu verwirklichen, wird msxn=k=o im Pail 7,währ end das Beispiel 2 dadurch erreicht wird, daß im Beispiel 7 m=n=o und k-*»gemacht wird.Example. 7 in Pig. 6, which is a combined peder mass buffer system can be used to achieve Examples 1-6 by taking k, m, η corresponding limit values, e.g. JIuIl or infinite. To realize example 1, will msxn = k = o in Pail 7, while example 2 is achieved by that in example 7 m = n = o and k - * »is made.

TJm eine allgemeine lösungzu erhalten, wird die Grenzhedingung, die dem Beispiel 7 entspricht, in die Gleichung (14) eingesetzt und die Konstante D "bestimmt. Der sieh ergehende Ausdruck lautetTo obtain a general solution, the limit condition which corresponds to Example 7 is inserted into the equation (14) and the constant D "is determined. The resulting expression is

u s —- (sin wx/c + E1A2 cos wx/c)e τ (15)us - (sin wx / c + E 1 A 2 cos wx / c) e τ (15)

wolaei A die Quersehnittsflache und D und DqD2 in folgender Weise definiert ist: ·where A is the cross-sectional area and D and DqD 2 are defined in the following way:

D1 - -== cos wL/e - (raw - &Α - in) sin wL/cD 1 - - == cos wL / e - (raw - & Α - in) sin wL / c

D0 * -— sin wl/e + (mw - Vw "· in) cos w (17)D 0 * -— sin wl / e + ( mw - Vw "· in ) cos w (17)

Diese lösung stellt das Ansprechen der tihertragungsleitung auf einen angelegten Druck dar, wenn die leitung mit verschiedenen einfachen Belastungen gekoppelt ist.This solution establishes the response of the transmission line an applied pressure when the line with different is coupled to simple loads.

009852/063S009852 / 063S

23.1.1968 W/He . O:p 6074January 23, 1968 W / He. O: p 6074

Der Fall einer Übertragungsleitung, die im Resonanzbetrieb arbeitet, wird erhalten, wenn in Gleichung (15) der Ausdruck D2 * 0 wird* Bei der Betrachtung der Einflüsse der verschiedenen Belastungen auf die Leitungsresonanz reicht es somit aus, die verschiedenen Wurzeln der Gleichung (17) zu bestimmen. Es kann auf einfache Weise gezeigt werden, daß Dp »0 die Frequenzgleiehung ist, die die Eigenvibrationsfrequenzen: ddr verschiedenen belasteten Über/tragungsleitungen ist.The case of a transmission line operating in resonance mode is obtained when the expression D 2 * 0 in equation (15) ) to be determined. It can be shown in a simple way that D p »0 is the frequency equation which is the natural vibration frequencies: ddr different loaded transmission lines.

Obgleich es möglich ist, die Wurzeln der Frequenzgleiohung (17) für verschiedene Werte der Parameter k, m, η zu bestimmen, würde eine Auslegung der Ergebnisse aufgrund ,der Vielfalt der das Ergebnis bewirkenden Parameter schwierig sein. Es wird ein besserer Einblick in das grundlegende Prinzip dadurch erhalten, daß verschiedene spezielle Fälle betrachtet werden, nämlich:Although it is possible to trace the roots of the frequency derivation (17) for different values of the parameters k, m, η would be determined It can be difficult to interpret the results due to the variety of parameters causing the result. It'll be a better one Get insight into the basic principle by having different special cases are considered, namely:

(1) Freies Ende j es wird gewählt ms«k»n»o in Gleichung (17)» wodurch sich ergibt >(1) Free end j it is chosen ms «k» n »o in equation (17)» whereby results>

sin w L/c st ο, wn "« η'* (o/L), (η = 1, 2, 31.....) (18)sin w L / c st ο, wn "« η '* (o / L), (η = 1, 2, 31 .....) (18)

(2) Eingespanntee Ende? es wird gesetzt m^neo, k-* 0^ in Gleichung (17), wodurch sieh ergibt(2) End of hitched tea? we put m ^ neo, k- * 0 ^ in equation (17), which gives see

cms W L/ö «o, Wn * (n1f /2)o/lif(n * 1, 3, 5.......) (19)cms WL / ö «o, W n * (n1f / 2) o / li f (n * 1, 3, 5 .......) (19)

Diese beiden Lösungen stellen die bekannten Lösungen für dit Eigen/frequenzen von Stäben mit zwei freien Enden und Stäben mit einem freien und einem etarren Eride dar. Der erste Fall, in dem die BelastungseinflÜsse betraohtet werden, ist der einer einfachen Feder. *These two solutions represent the known solutions for dit Eigen / frequencies of rods with two free ends and rods with a free and a solid Eride. The first case in which the stress influences are taken into account, is that of a simple one Feather. *

, BAD, BATH

00d8S2/063S00d8S2 / 063S

23.1.1968 W/He G/p 6074 -January 23, 1968 W / He G / p 6074 -

(3) Pederiaelastung; es wird m=n==o in der Gleichung (17) gesetzt, . wobei sich ergibt ·(3) pederia load; it is set m = n == o in the equation (17),. where results

Tan w L/c - kc/EA (20)Tan w L / c - kc / EA (20)

Definiert man Q und a alsDefining Q and a as

G = wL/c, K = aAE (21)G = wL / c, K = aAE (21)

so läßt sich die Gleichung (20) wie folgt ausdrücken:so equation (20) can be expressed as follows:

Tanß = al/tf (22)Tanß = al / tf (22)

Das allgemeine Verhalten der Wurzeln in bezug auf diese Gleichung für.verschiedene Werte von al ist in Fig. 7 dargestellt. Aus dieser Figur ergeben sich folgende Auslegungen:The general behavior of the roots in relation to this equation for different values of a1 is shown in FIG. From this Figure results in the following interpretations:

(1) Ist al klein (z.B. 1/2, 1), so sind die Wurzeln der Gleichung etwa η if (n«l, 2, e, ......). Dies entspricht dem Fall(1) If al is small (e.g. 1/2, 1), then the roots of the equation are for example η if (n «1, 2, e, ......). This corresponds to the case

einer Schiene mit einem freien Ende, was etwa der Fall ist für eine schwache Feder*a rail with a free end, which is roughly the case for a weak pen *

Der Fall der niedrigsten Wurzel, der eich durch den Schnitt mit dem ersten Zweig tan Q.ergibt, entspricht der Eigenfrequenz,des Stabes und der Feder als eines "FedeaHUasse^-Systems.The case of the lowest root, which results from the intersection with the first branch tan Q. , corresponds to the natural frequency of the rod and the spring as a "FedeaHUasse" system.

(ii) Vergrößert man al (z.B. 5» 6, 7)» so tendieren die Wurzeln gegen die Werte nif/2 (n«l, 3» 5, ....·)» w&s dem Stab mit starrem Elite entspricht. Somit bewirkt eine Erhöhung der Stel* figkeit der Feder,, daß die Last mehr und mehr wie ein starrer Träger wirkt.(ii) If one enlarges al (eg 5 »6, 7)» then the roots tend towards the values nif / 2 (n «1, 3» 5, .... ·) » w & s corresponds to the stick with rigid elite . Thus, an increase in the stiffness of the spring causes the load to act more and more like a rigid beam.

009052/0635009052/0635

23.1.1968 W/He &/p 6074January 23, 1968 W / He & / p 6074

(iii) Die Tendenz der Wurzeln, die in (ii) erwähnt ist, verläuft jedoch, sehr langsam wegen der asymptotischen Annäherung von . aL/ß gegen ITuIl für große Werte von ■&■* Somit tendieren für für großes & entsprechend den Schnittstellen, die mit den Zweigen tan £2 in einigem Äfcstand vom Ursprung auftreten, die Wurzeln dazu, daß sie sieh dehnen von (i) (d.h. a/lien) anstatt (ii) nähern. Dies ist in vorliegendesmPalle von wesentlicher Bedeutung, da eine TJltraschallübertragungsleitung, die in einem JPrequeiiEbereich von 10-25 MIz arbeitet, . mit höherer Vibration "betrieben würde.(iii) However, the tendency of the roots mentioned in (ii) is very slow because of the asymptotic approach of. aL / ß against ITuIl for large values of ■ & ■ * S omit for large & according to the intersections that occur with the branches tan £ 2 in some distance from the origin, the roots tend to see stretching from (i) (ie a / lien) instead of (ii) approach. This is of essential importance in the present invention, since a ultrasonic transmission line operating in a frequency range of 10-25 MIz. with higher vibration "would be operated.

Infolgedessen kann daraus geschlossen werden, daß sogar für steife läederbelastungen die Resonanz der Übertragungsleitung durch die Fed erst elf igkeit nur in geringem Maße "beeinflußt würde.As a result, it can be concluded that even for stiff load loads, the transmission line's resonance only to a small extent would be "influenced by the Fed until eleven.

(4) Massenbelastung man setzt k=u=o in der Gleichung (17)* woraus sieh ergiht:(4) Mass load one sets k = u = o in equation (17) * from which see results:

Tan MfJj/c = -mwc/EA (23)Tan MfJj / c = -mwc / EA (23)

Definiert man £ wie vorher und setzt man M=pAl, was der Gesamtmasse der übertragungsleitung entspricht, so wird diese GleichungIf you define £ as before and set M = pAl, which corresponds to the total mass of the transmission line, this equation becomes

Tan δ + (τη/Μ} Ω = ο (24)Tan δ + (τη / Μ} Ω = ο (24)

Das "Verhalten der Wurzeln dieser Gleichung für verschiedene Werte des Parameters td/M ist in Flg. 8 gezeigt. Es ergehen sieh hieraus die folgenden Bemerkungen:The "behavior of the roots of this equation for different values of the parameter td / M is in Flg. 8 shown. See what happens from this the following remarks:

(i) Eür eine zugeordnete Mass entlastung, die im "Vergleich zu der leitungsmasse groß ist.. (z»B- m/M/=■ 3 oder 4) sind die Wurzeln(i) Eür an assigned dimension relief, which is large in comparison to the line earth .. (z »B- m / M / = ■ 3 or 4) are the roots

00B8S2/OS3S00B8S2 / OS3S

25.1.1968 W/He' , .- Ο/ρ 6074January 25, 1968 W / He ', .- Ο / ρ 6074

SoSo

der Gleichung (24.) etwa nf/2 (n, .«= 1, 3, ....-),. entsprechend dem Pail eines Stabes, der bei χ = L eingespannt ist. Somit bewirkt. eine große Massenbelastung, daß das System sich wie ein System mit eingespanntem Ende benimmt.of equation (24.) about nf / 2 (n,. «= 1, 3, ....-) ,. according to the Pail of a rod that is restrained at χ = L. Thus effected. a large mass load that the system behaves like a restrained end system.

(ii) Pur. sehr kleine Massenbelastung (z.B. m/M = 1/8) sind die(ii) Pure. very small mass loads (e.g. m / M = 1/8) are the

Wurzeln etwa η if (n = 1, 2, ). entsprechend dem Stab mit freierRoots about η if (n = 1, 2,). corresponding to the staff with free

Ende. Berücksichtigt man jedoch die lineare Zunahme von m ^/M, so ergibt sich, daß die Schnittstellung dieser geraden Linien mit den höheren Zweigen der Tan ^c -Kurve etwa bei n^/2 (n = 1, 3».·.]-wie oben in (i) angegeben, liegt. Dies ergibt> daß die Resonanz einer Übertragungsleitung ziemlich stark abhängig von der Massenbelastung ist, insbesondere bei höhere Schwingungsformen. Wenn eine Leitung somit eine solche. Länge· aufweist, daß sie bei IQkHz in ihrer" vierzehnten und fünfzehnten Schwingungsform vibriert und eine kleine Massenbelastung hinzugefügt ist, kann die Resonanzfrequenz ziemlich stark abfallen.End. However, if one takes into account the linear increase in m ^ / M, it follows that the intersection of these straight lines with the higher branches of the Tan ^ c curve is approximately at n ^ / 2 (n = 1, 3 ». ·.] - as indicated in (i) above. This means that the resonance of a transmission line is quite heavily dependent on the mass load, especially at higher waveforms and the fifteenth mode vibrates and a small mass load is added, the resonance frequency may drop quite sharply.

(iii) Eine zusätzliche Bemerkung zu den Ergebnissen der Gleichung (24) erscheint zweckmäßig, da eine kurze Betrachtung einen augenscheinlichen Gegensatz zu den Angaben im Anhang, Tabelle I in bezug auf die Frequenzeigenschaften der ubertragungsleitungen ergibt. Beispielsweise scheint aus der Figur 8 hervorzugehen, daß eine Erhöhung der Leitun'gslänge (damit eine Vergrößerung von M des Verhältnisses m/M) die Frequenz zu erhöhen beabsichtigt, ein 'Ergebnis, das entgegengesetzt zu den im Anhang, Tabelle I vermuMen Ergebnis steht. Es läßt sich jedoch auf oinfaehe Weir>e zeigen,daß dies-nicht der Fall ist:(iii) An additional note on the results of the equation (24) seems appropriate, since a brief consideration is obvious In contrast to the information in the Appendix, Table I with regard to the frequency properties of the transmission lines. For example, it appears from FIG. 8 that an increase in the line length (thus an increase of M of the ratio m / M) intends to increase the frequency, a result which is opposite to the result presumed in the Appendix, Table I. However, it can be explained in more detail show that this is not the case:

O O 9 8 B 2 / O 6 3 BO O 9 8 B 2 / O 6 3 B

23,1.1968 W/He θ/ρ 607401/23/1968 W / He θ / ρ 6074

(a) Für feste Leitungslängen.-Ii 1st der Wert M der Gleichung (24) konstant. Die Ergebnisse der Jig. 8 zeigen für abnehmende Massenbelastung τη, daß die Frequenz w, die im Frequenzparameter(a) For fixed line lengths - Ii is the value M of the equation (24) constant. The results of the Jig. 8 show for decreasing Mass loading τη that the frequency w that is in the frequency parameter

Q enthalten ist, sich zu vergrößern versucht. Q is included trying to enlarge.

(b) Nunmehr wird m als fester Wert'betrachtet und·.die Iieitungslänge vergrößert. Damit nimmt das Verhältnis m/M ab, wodurch der Wert der Wurzel i? vergrößert wird. Dies hat jedoch die Frequenz w des Systems nicht vergrößert, da nach 52 ausgedrückt w =52 c/L. Somit wird dem erhöhten Wert von Q durch den erhöhten Wert von L entgegengewirkt, wodurch eine nutzbare Verringerung in der Frequenz des Systems erhalten wird. In Wirklichkeit war dieser . scheinbare Widerspruch das Ergebnis der Wahl von Frequenz- und Massenverhältnisparametern, die beide den gemeinsamen Parameter L enthalten.(b) Now m is regarded as a fixed value and the line length is increased. Thus the ratio m / M decreases, whereby the value of the root i? is enlarged. However, this has not increased the frequency w of the system since, expressed according to 52, w = 52 c / L. Thus, the increased value of Q is counteracted by the increased value of L, thereby obtaining a useful reduction in the frequency of the system. In reality this was it. apparent contradiction the result of the choice of frequency and mass ratio parameters, both of which contain the common parameter L.

(5) Viskose Belastung; dieser Fall tritt auf, wenn k=m=o in(5) viscous load; this case occurs when k = m = o in

der Grleichung (15) wobei dann gilt:of the equation (15) where the following then applies:

- (25)- (25)

PcPc

ο , . / ..": (EA/c) cos wL/c + insin wL/c , Λ iwt u = ^- (sm wx/c + ■— ., ι , — cos wx/ojeο,. / .. ": (EA / c) cos wL / c + insin wL / c, Λ iwt u = ^ - (sm wx / c + ■ -., Ι, - cos wx / oje

w (EA/c) sinwl/c - i cos wL/cw (EA / c) sinwl / c - i cos wL / c

Das Vorhandensein einer viskosen Dämpfung, wie sie in den obigen Ausdrücken enthalten iat, verhindert das unbegrenzte Ansprechen, dae zur Charakterisierung eines Resonanzzustandes in den vorausgehenden Fällen verwendet wurde. Durch eine geringfügige Manipulation kann jedoch die Gleichung (25) in die folgende Form gebracht werden ■The presence of a viscous damping as iat contained in the above expressions, prevents the unlimited response, dae to the characterization of a resonance state in the preceding cases, was used. However, with a slight manipulation, equation (25) can be converted into the following form

u ~ —ρ (sin wx/c + De ^COS wx/c)e (26)u ~ —ρ (sin wx / c + De ^ COS wx / c) e (26)

BAD ORiGlNM.BAD ORiGlNM.

0Od852/O$3S0Od852 / O $ 3S

23.1.1968W/He · Ο/ρ 607401/23/1968W / He · Ο / ρ 6074

wobei gilt: ' ■where: '■

t-,,2^2,.2 2,2 2 ' / - . 2 *',"" Λ2 2 2 , 211/2 _ L(A E /c -n ) cos wL/c sm wL/c .+ A η E./c J x t - ,, 2 ^ 2, .2 2.2 2 '/ -. 2 * ', "" Λ 2 2 2, 211/2 _ L (AE / c -n) cos wL / c sm wL / c. + A η E./c J x

2 2 2*2 2 2 (A E /c ) sin wL/c +■ η cos wL/c2 2 2 * 2 2 2 (A E / c) sin wL / c + ■ η cos wL / c

m - AnE/c ".."'" /r,rt\m - AnE / c ".." '"/ r, rt \

Tan o-fe ■— 2> (28)Tan o-fe ■ - 2> (28)

(A E /c -n. ) cos wl/c ■(A E / c -n.) Cos wl / c ■

Bei der Bestimmung des maximalen Systemansprechens entsprechend der Resonanz des gedämpften Systems reicht es aus, die Änderung des Koeffizienten D zu bestimmen, wie er durch die Gleichung (27) gegeben ist. Definiert, man Q wie vorher und setzt manIn determining the maximum system response corresponding to the resonance of the damped system, it is sufficient to determine the change in the coefficient D as given by equation (27). Define, Q as before and place

ή = en/AE (29)ή = e n / AE (29)

so wird Gleichung (27)so equation (27) becomes

f —2 2 2 2 —2 "\ 1/2 f -2 2 2 2 -2 "\ 1/2

L(I-HL ) cos Q sin 5?- -t- η J ' - ,._ . L (I-HL) cos Q sin 5? - -t- η J ' - , ._.

sin S2 + η . cossin S2 + η. cos

Die allgemeine Form dieser Kurve für verschiedene Werte von η ist in Pig. 9 gezeigt. Obgleich eine vollständige Betrachtung des Systemansprechens unter viskoser Belastung auch .die Phasenverschiebung ergeben soll, die durch die Gleichung (24) gegeben ist, kann aus der Gleichung (28) der allgemeine Schluß gezogen werden, daß der Einfluß einer viskosen Belastung zur Verminderung des Wertes Q des Systems führt, wie durch die verkleinerten Werte von D für verschiedene Werte von n^o angezeigt ist» Diese Wirkung sollte natürlich vor der Zeit erwartet werden, es ist jedoch interessant, festzustellen, wie die übertragungsleitung mit hohem Q-Wert dazu tendiert, daß sie durch das Hinzufügen einer isolierten, viskosen Dämpfungsvorrichtung beeinflußt wird. .^ _ ^ ' ' ."' " '"■■' '■. ■ - BAD The general shape of this curve for various values of η is in Pig. 9 shown. Although a complete consideration of the system response under viscous loading should also result in the phase shift given by equation (24), the general conclusion can be drawn from equation (28) that the influence of viscous loading on the reduction of the value Q of the system, as indicated by the decreased values of D for different values of n ^ o. This effect should of course be expected ahead of time, but it is interesting to note how the high Q transmission line tends to it is affected by the addition of an isolated, viscous damping device. . ^ _ ^ ''. "'"'"■■'' ■. ■ - BATHROOM

0098S27 063 50098S27 063 5

23*1.1968 W/He ■ " G/v 607423 * 1.1968 W / He ■ " G / v 6074

In Verbindung mit Fig. 10 ist der Motorgenerator gezeigt, der in der Patentanmeldung O 12 619 lXa/42s (unsere Akte 5075) beschrieben und dargestellt ist. In Fig. 10a ist dort die Wandler-übertragungsleitung mit der Werkstüekumgebung gekoppelt, wie z.B. in der Patentanmeldung 0 12 943 IXa/42s- {unsere Akte 6073) "beschrieben und dargestellt ist, und zwar zusammen mit der "langen" Übertragungsleitung der Fig. "XOb vorliegenden TorSchlages.In conjunction with FIG. 10, there is shown the motor generator which is shown in FIG the patent application 0 12 619 lXa / 42s (our file 5075) and is shown. In Fig. 10a there is the transducer transmission line coupled with the workpiece environment, as described, for example, in patent application 0 12 943 IXa / 42s- {our file 6073) " and is shown, together with the "long" Transmission line of Fig. "XOb present goal blow.

In der älteren Patentanmeldung 0 12 622 IXa/4-2 s (uns ere AkteIn the earlier patent application 0 12 622 IXa / 4-2 s (our file

5072) war zum Ausdruck gebracht, daß "bei vernältnismäßig kurzen Gesamtlängen die beiden Wandler plus die sie verbindende Übertragungsleitung ein Vielfaches einer halben Wellenlänge für maximale Energieübertragung sein. imjssei.ln der einfachsten Ausführungsform wird eine Resonanzüberti^ungsleitung mit halber Wellenlänge 5072) was expressed that "at reasonably short Total length of the two transducers plus the transmission line connecting them multiples of half a wavelength for maximum Be energy transfer. In the simplest embodiment, a resonance transmission line is used with half the wavelength

zwischen zwei Wandlern eingesetzt. Dies ergibt eine Knotenpunkt— stelle oder eine Stelle longitudinaler Verschiebung, vom Wert 0 in der Mitte zwischen den Wandlern. In TJbertragungsleiturigen, die länger als zwei bis drei Wellenlängen sind, wird Energie mit geringerer FrequenzeTOpfindlichkeit gegenüber Änderungen in der Belastungscharakteristik als in kürzeren Leitungen übertragen. used between two converters. This results in a junction— place or a place of longitudinal displacement, of the value 0 in the middle between the transducers. In transmission lines that longer than two to three wavelengths, energy will be lesser Frequency sensitivity to changes in the load characteristics than transmitted in shorter lines.

Aus obiger Analyse und *» vorstehenden Daten läßt sich erkennen, daß vorliegende Verbesserung eine Fortsetzung der ursprünglichen Ergebnisse dieser Anmeldung- sind. Es ist ferner zu beachten, daß in der obigen Anmeldung nur ein Motor-Generatorsatz, wie in Fig. 10 gezeigt, verwendet wird. Dieser Satz stellt eine akustisch angepaßte Vorrichtung 11 und 13 dar, die an einem der beiden Enden mit einer Übertragungsleitung 16 befestigt ist. Femer stellt der Motor-Generatorsatz ein spezielles Gehäuse dar, inFrom the above analysis and * »the above data it can be seen that present improvements are a continuation of the original results of this application. It should also be noted that in the above application only one motor-generator set as shown in Fig. 10 is used. This sentence represents an acoustic adapted device 11 and 13, which is attached to a transmission line 16 at one of the two ends. Furthermore the motor-generator set represents a special housing in

0 09852/0 63S0 09852/0 63S

25.1.1968 W/He O/p 60741/25/1968 W / He O / p 6074

welchem ein Resonanzsystem, das aus zwei identischen Wandlern und der Übertragungsleitung besteht, mit einer elektrischen Belastung (auf dem Generator) ohne Stirung des akustischen Systems belastet werden kann.which is a resonance system consisting of two identical transducers and the transmission line is loaded with an electrical load (on the generator) without disturbing the acoustic system can be.

Dies stejit im Gegensatz zu unbelasteten Leitungen und Leitungen mit verschiedenen nicht angepaßtem Belastungen, die oben beschrie·This is in contrast to unloaded lines and lines with various unmatched loads that are described above

steht
ben wurden ,und/ferner auch im Gegensatz zu der üblichen Methode einer zweckmäßigen Belastung, bei der die akustischen Eigenschaften der Belastung vollständig verschieden von dem antreibenden Wandler sind. Beispielsweise stellt in dem bevorzugten Ausführung« beispiel die Belastung 15, die am einen Ende der Übertragungsleitung 12 nach Pig. 10a verbunden ist, eine Hülle oder Platte dar,
stands
and / and also in contrast to the usual method of expedient loading, in which the acoustic properties of the loading are completely different from the driving transducer. For example, in the preferred embodiment, the load 15 applied to one end of the transmission line 12 to Pig. 10a is connected, represents a shell or plate,

WiderstandB-ResistanceB-

die in oder auf einer M oder viskosen Werkstückoberfläche oder einem entsprechenden Medium gleitet oder sich verschiebt. In diesem Falle sind wirksame Änderungen in der Kopplung mit der Werkstückoberfläche vorhanden, und es gibt wirksame Anderungen in den akustischen Trenn-, Trägheita- und Federungseigenschaften der Belastung, vom Wandler aus gesehen. Diese Änderungen treten willkürlich, kontinuierlich und über einen weiten Bereich im normalen Verlauf der Ereignisse auf. which slides or shifts in or on an M or viscous workpiece surface or a corresponding medium. In this case, effective changes are present in the coupling with the workpiece surface, and there are effective And e conclusions in the acoustic separation, Trägheita- and suspension characteristics of the load as seen from the transducer. These changes occur randomly, continuously, and over a wide range in the normal course of events.

Ferner ist vorstehend beschrieben, welchen Einfluß Trägheitsund Federwiäerstandsänderungen in der Belastung auf die Übertragungsleitung und auf die Frequenz— und Leistungsartbrderungen des antreibenden Wandlers haben können. Eine Erhöhung der Masse in der Belastung vermindert die Frequenzanforderungen erheblich; eint Vergrößerung des Federwiderstandes beeinflußt die Frequenz sehr stark. Weder die Masse noch der Federungswiderstand stellen in sich selbst eine Schalltrennbelastung (Widerstandsbelastung) dar,Furthermore, the influence of inertia and Spring resistance changes in the load on the transmission line and on the frequency and type of services driving converter can have. An increase in the mass in the load significantly reduces the frequency requirements; unite Increasing the spring resistance greatly affects the frequency strong. Neither the mass nor the suspension resistance put in itself represents a sound separation load (resistance load),

BAD 009852/0635 , BAD 009852/0635,

Ί6228&0Ί6228 & 0

23.1.196a W/He · Ο/ρ 607423.1.196a W / He · Ο / ρ 6074

d.h. eine Belastung, die Arbeitlelsten kann. Die Änderung in dermay th ie a burden that work LELs. The change in the

Damprungs-Jumping

tatsächlichen Arbeitsbelastung (•5*e«»belastung) ist in IOrm der Änderung des Wertes Q gezeigt.actual workload (• 5 * e «» load) is in IOrm der Change of value Q shown.

In einer Sesamtanalyse der Überteagungsleitungen der bevorzugten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung wird im Falle der Verwendung in einer - Arbeitsumgebung.(z.B. in der -in der Patentanmeldung 0 12 943 IXa/4-23-(unsere Akte 6073}r d.h. einen Winkelkontakt zu einer Hülle oder Platte) eine theoretische Basis geschaffen, die durch experimentelle Erkenntnisse erhärtet wird.In a complete analysis of the transmission lines of the preferred embodiment according to the present invention, in the case of use in a - work environment (e.g. in the -in patent application 0 12 943 IXa / 4-23- (our file 6073} r ie an angular contact with a shell or plate) created a theoretical basis that is corroborated by experimental knowledge.

Die vergrößerte Leitungslänge vermindert den Bedarf an ^f (oder die Änderung in der Resonanzfrequenz der Antriebsvorrichtung) innerhalb der Änderungen in der Belastung und/oder Lastkopplung. Dieser Effekt wird verstärkt und vertieft, wenn akustische Trennbelastungen (Widerstanäsbelastungen) vorliegen, d.h. solche, bei denen eine nützliche Arbeit erzielt wird. Unter diesen Bedingungen sind Übertragungsleitungen mit einer Länge von v drei bis vier Wellenlängen das Optimum.The increased line length reduces the need for ^ f (or the change in the resonant frequency of the drive device) within the changes in the load and / or load coupling. This effect is intensified and deepened when there are acoustic separating loads (resistance loads), ie those where useful work is achieved. Under these conditions, the transmission lines having a length of v three to four wavelengths optimum.

In bezug auf die Änderungen der Federeigenschaften (Federwiderstand) der Belastung (oder des Werkzeuges),die mit dem Ende der Übertragungsleitung verbunden ist, ist der Federwiderstand bei der Änderung des Resonanzfrequenzbedarfes in Systemen mit nietigem Federwiderstand weniger wirksain als in Systemen mit hohem FeäerungswitertiHgstand. Diese Charakteristik unterstützt die praktische Anwendung, wie in Fig. 10a gezeigt, daß eine federnde dünne Platte oder Hülle in einem steilen Winkel mit geringer Änderung der Resonanzfrequenz im Vergleich zu einem rechtwinkelig erfolgenden Antrieb angetrieben werden kann. Die größere Änderung wird als Änderung im Federungswiderstand betrachtet, d.h. geringerer Federungswideratand; · in der Verbindung mit steilem Winkel. With regard to the changes in the spring properties (spring resistance) of the load (or of the tool) that occur with the end of the Transmission line is connected, the spring resistance is at the change in the resonance frequency requirement in systems with nietigem Spring resistance less effective than in systems with high Moisture resistance. This characteristic supports the practical application, as shown in Fig. 10a, that a resilient thin plate or shell at a steep angle with less Change in the resonance frequency compared to a right angle taking place drive can be driven. The bigger change is considered as a change in suspension resistance, i.e. lower suspension resistance; · In connection with a steep angle.

009·8ί2/0635 BAD original009 8ί2 / 0635 BAD original

23.U968 W/He θ/ρ 607423.U968 W / He θ / ρ 6074

Die Änderung in der effektiven Länge Δ L der Leitung, wie sie durch Belastungsänderungen bewirkt werden kann, ist auf die Frequenzanforderungen ^f bezogen worden, und daß das Verhältnis Δί/ A L durch Vergrößerung der Leitungslänge verbessert worden ist, wobei längere Leitungen das Verhältnis unbegrenzt verbessern, wurde festgestellt. Das ausnutzbare Resultat der kombinierten Leitungen und Winkelkontakt-Lastverbindung soll die Abgabe hoher akustischer Energie an eine Werkstückzwischenfläche mit einem Minimum an für die Leistungseinspeisung erforderlicher Resonanzfrequenzänderung einfach gestalten. Damit kann maximale Leistung bei konstanter frequenz abgegeben werden, wenn ein Wandler mit hohem Q-Wert als Schallantriebsvorrichtung verwendet wird.The change in the effective length Δ L of the pipe as they can be caused by load changes has been related to the frequency requirements ^ f, and that the ratio Δί / A L has been improved by increasing the line length is, with longer lines improving the ratio indefinitely, it was found. The exploitable result of the combined lines and angular contact load connection should be the delivery high acoustic energy at a workpiece interface with a minimum of that required for power injection Easily make the resonance frequency change. This allows maximum power to be output at a constant frequency when a high Q transducer is used as the sound drive device.

Die übertragungsleitung selbst kann unabhängig von der Art der Verbindung mit der Werkstückoberfläche so ausgelegt sein, daß die Frequenzempfindlichkeit gegenüber Laständerungen (akustischen Änderungen) verbessert wird, und daß die Fähigkeit eines Wandlers eur Abgabe größerer Mengen an Energie an eine Werkstückoberfläche mit einer minimalen Anforderung an frequenzänderung erzielt wird. Dies kann die Leistungeabgabe eines Wandlers mit hohem Q-Wert bei Snergieeinspeisung mit konstanter Frequenz auf ein Maximum bringen.The transmission line itself can be independent of the type of Connection with the workpiece surface be designed so that the frequency sensitivity to load changes (acoustic Changes) is improved, and that the ability of a converter Eur delivery of larger amounts of energy to a workpiece surface with a minimum requirement for frequency change is achieved. This can be the power output of a high Q converter with energy supply with constant frequency to a maximum bring.

003852/0635003852/0635

O 1O 1

33 f-33 f-

Tabelle ITable I.

Einige der Resonanzfrequenzen typispher Übertragungsleitungen aus StahlSome of the resonance frequencies are typical of steel transmission lines

Übertragungsleitung
Länge
Transmission line
length
Wellen
länge bei
20 kHz fx
waves
length at
20 kHz f x
20.420.4 t2 t 2 Rearananefrequenzen (nRear anemia frequencies (n HH ff 51.051.0 ff 6 '; : 6 '; : mm 1,1, 77th 2,2, 88th ig i g .).in kHz.). in kHz • ■• ■ ' j;·'j; ·
OO Absolute
länge(in
cm) ■.■:.·.
absolute
length (in
cm) ■. ■:. ·.
1/21/2 10.210.2 40.840.8 61.261.2 81.681.6 34.034.0 ff ff f f f f
10 '11 12 - '
ffff
10 '11 12 - '
,#■:, # ■:
O
co
OO
O
co
OO
■; \.■ 12 i 5: ■■■■■■■.■; \. ■ 12 i 5: ■■■■■■■. 1 .1 . 6.86.8 20.420.4 30.630.6 40.840.8 25.525.5 6161 ♦ 2♦ 2
er»
to
he"
to
2525th 1-1/2 .1-1 / 2. 5.15.1 13.613.6 20.420.4 27.227.2 20.420.4 4040 ,8,8th
OO 37,537.5 ■' 2■ '2 4.084.08 10.210.2 15.315.3 20.420.4 17.017.0 .30.30 .6.6 5050 2-1/22-1 / 2 3.43.4 8.168.16 12,2412.24 16.3216.32 14.514.5 2424 .5.5 .56.56 .64.64 36i72:36i72: cncn 62,5·62.5 2.912.91 6*86 * 8 10.210.2 13.613.6 12:, 75'12 :, 75 ' 2020th .4.4 2828 .8.8th 5252 .2.2 30.630.6 ■ 75■ 75 3-1/23-1 / 2 2.552.55 5.825.82 8.738.73 11.611.6 1717th H ■H ■ 2323 .4.4 ■27■ 27 .28.28 26.1926.19 33.233.2 ■ 87,5■ 87.5 44th 5.15.1 7.657.65 10., 210., 2 1515th ,30 ., 30. 2020th .85.85 2323 aa 22 * 9522 * 95 29a .; ■·;29a .; ■ ·; DD.
>>
100100 1717th 2020th 25.50 28.1 30*6625.50 28.1 30 * 66

62288G62288G

Tabelle IITable II

Änderung in der Resonanzempfindlichkeit (Zusammenhang zwischen Theorie und Versuchsergebnissen)Change in resonance sensitivity (Relationship between theory and test results)

= 40,e I2 « 39, Δ f■» 65.4n (n = 1, 2,= 40, e I 2 «39, Δ f ■» 65.4n (n = 1, 2,

η · . Δί (Theorie) Af(Experiment)η ·. Δί (theory) Af (experiment)

300 Hz 300 400 425 400300 Hz 300 400 425 400

600600

44th 262 Hz262 Hz 55 327327 66th 392392 77th 458458 88th 523523 99 589589 1010 654654

009852/0635009852/0635

Tabelle IIITable III

L in Vergleich mit Hz/2,5 cm 1/2 λ-leitungL compared to Hz / 2.5 cm 1/2 λ line

ί? mitί? with

ΔΙ> =2,5 cm Vergleich mit
1/2 λ-Leitung
ΔΙ> = 2.5 cm compared with
1/2 λ line

Produkt yon VergleichenCompare product

1/21/2 >-Leitung> -Line 22502250 —~.- ~. 450450 33 V- LeitungV-line 400400 560#VerStärkung560 # reinforcement 450450 44th λ-Leitungλ line 500500 4 5 Ö%Verstärkung4 5 Ö% gain 12001200 66th Λ-LeitungΛ line 300300 75O#Verstärkung75O # reinforcement 16801680

Keine Änderung
450/1200 Verlust
450/1680 Verlust
No change
450/1200 loss
450/1680 loss

560% Verstärkung 200$ Verstärkung Verstärkung560% reinforcement $ 200 reinforcement Reinforcement

Claims (9)

23.1.1968 W/He O/p 6074 so Patentansprüche; .01/23/1968 W / He O / p 6074 so claims; . 1. ,Vorrichtung zur Übertragung elektromechanischer Energie auf ein1., device for transmitting electromechanical energy to a Werkstück, gekennzeichnet durch eine Quelle elektromechanischer Energie (11, 13) und eine starre Übertragungsleitung (16) stehender Welle, die mit dem Ausgang der mechanischen Energie der elektromechanischen Energiequelle gekoppelt und bei Resonanz von ihr angetrieben wird, und die eine Gesamtlänge aufweist, die ein Vielfaches der halben Wellenlänge bei der Frequenz der übertragenen Energie ist.Workpiece characterized by a source of electromechanical energy (11, 13) and a rigid standing wave transmission line (16) which is coupled to the mechanical energy output of the electromechanical energy source and driven at resonance by it and which has an overall length equal to Multiples of half the wavelength at the frequency of the transmitted energy. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (11, 13) elektromechanischer Energie ein Vielfaches einer halben Wellenlänge bei der übertragenen Frequenz ist, und daß die Resonanzen der übertragungsleitung weniger durch Zuwachsänderungen in der Länge als in der übertragungsleitung halber Wellenlänge beeinflußt werden.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the Source (11, 13) of electromechanical energy is a multiple of half a wavelength at the transmitted frequency, and that the resonance of the transmission line is less due to changes in increments are influenced in length than in the transmission line half the wavelength. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Quelle (11, 13) und die gekoppelte (belastete) übertragungsleitung (16) einen Q-Wert aufweist, der mit zunehmender Länge der Übertragungsleitung wächst.3. Device according to claim 2, characterized in that the electromechanical u rce (11, 13) and the coupled (loaded) transmission line (16) having a Q value, which increases with increasing length of the transmission line. 4. Vorrichtung nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daa eine Frequenzänderung mit der Änderung in der Länge abnimmt und die Q-EmpfindlichkeitsBunahme der Übertragungsleitungen (16) für eine lange, nicht belastete Übertragungsleitung eine nutzbare Verstärkung bis zur 3-3 1/2 fachen Wellenlänge bei der Frequenz der übertragenen Energie ergibt.4. Apparatus according to claim 31, characterized in that a Frequency change with the change in length decreases and the Q-sensitivity increase of the transmission lines (16) for a long, unloaded transmission line a usable one Gain up to 3-3 1/2 times the wavelength at the frequency of the transmitted energy results. badbath 09-8 52/06 3 509-8 52/06 3 5 23.1.1968 W/He O/p 6074January 23, 1968 W / He O / p 6074 5« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung (16) mit einer Dämpfungsbelastung abgeschlc sen ist.5 «device according to claim 1, characterized in that the Transmission line (16) terminated with a damping load sen is. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsbelastung den Q-faktor der Leitung verringert, damit eine nutzbare PrequenzverStärkung mit der Abnahme in der Längen änderung mit der der Q-Empfindlichkeit bis zum Bereich von vier Wellenlängen erzielt wird.6. Apparatus according to claim 5 »characterized in that the damping load reduces the Q factor of the line, so a usable frequency gain with the decrease in length Change with which the Q-sensitivity is achieved up to the range of four wavelengths. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung eine nachgiebige Belastung (oder ein Werkze* ist,, die (bzw. das) mit dem Ende der Übertragungsleitung verbun* den ist, und daß die Nachgiebigkeit der übertragungsleitung für die Änderung des Resonanzfrequenzbedarfes bei geringem Federung^ widerstand weniger wirksamdst.7. Apparatus according to claim 5 »characterized in that the Transmission line is a resilient load (or tool * attached to the end of the transmission line) den is, and that the flexibility of the transmission line for the change in the resonance frequency requirement with little suspension ^ resistance less effective 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung (12) mit der Belastung (15) in eines Winkel gekoppelt ist, der wesentlich größer als 90 ist, wodurch eine Abgabe von Hochleistungsenergie an eine Werkstückfläche mit einem minimalen Bedarf an Frequenzänderung möglich ist.8. Apparatus according to claim 5, characterized in that the Transmission line (12) is coupled to the load (15) at an angle which is substantially greater than 90, creating a Delivery of high-performance energy to a workpiece surface with a minimal need for frequency change is possible. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung (16) in der Größenordnung von drei bis vier Wellenlängen bei der Frequenz der übertragenen Energie ist.9. Apparatus according to claim 5, characterized in that the transmission line (16) is on the order of three to four Wavelengths at the frequency of the energy being transmitted. EAD ORIGINALEAD ORIGINAL 009852/0635^^009852/0635 ^^ ι Jl · * Lee rs ei teι Jl · * Lee rside
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