DE1811384A1

DE1811384A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Justierung der Unterstuetzungspunkte fuer aufgespulte Ultraschallverzoegerungsdrahtleitungen

Info

Publication number: DE1811384A1
Application number: DE19681811384
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kuwabara; Yuzo Matsuda; Kunio Sawada
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1967-12-03
Filing date: 1968-11-28
Publication date: 1970-01-22
Also published as: US3588755A

Description

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Anrnolderin

Nippon Electric Company Limited 7-15, Shiba Gochome, Minato-ku Tokio / Japan

Stuttgart, den 27.N0v.i968 P 2172 88/78

Vortreter Patentanwalt Dipl.-Ing. Max Bunke 7 Stuttgart 1 Schloßstr. 73 B

Verfahren und Vorrichtung zur Justierung der Unterstützungspunkte für aufgespulte Ultrascha11verζögerungsdrahtleitungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Justierung der Unterstützungspunkte für aufgespulte Ultraschallverzögerungsdrahtleitungen.

UltrascLiallverzögerungsleitungen aus Draht werden bei verschiedenen elektronischen .Einrichtungen als Speicher verwendet. i''ig. 1 zeigt eine vollständige derartige Verzögerungsleitung aus Draht. Nachfolgend werden ihre Teile aufgezählt. Ein der Umfor-

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mung eines elektrischen Eingangssignals in Ultraschal'l energie dienender elektroakustischer Eingangswandler 1 ist mit einem Ende einer Übertragungs-Drahtleitung 2 verbunden. Diese dient als das Mittel zur Ausbreitung der Ultraschallenergie. Um Platz zu sparen ι ist die Übertragungsleitung 2 in der Form einer mehrlagigen Spirale oder Schnecke aufgewunden. Sie .durchläuft . die Schlitze 6 in den Unterstützungsblöcken 3» die aus einem elastischen Material wie Gummi, Polyäthylen oder Teflon bestehen und auf der Grundplatte 5 des Gehäuses angebracht sind. Ein mit dem anderen Ende der Übertragungsleitung 2 verbundener elektroakustischer Ausgangswandler 1' dient der Rückwandlung der Ultraschallenergie in elektrische Ausgangssignale. (Der Wandler am Eingang kann sowohl Eingangs- als auch Ausgangswandler sein. In einem solchen Falle wird das entgegengesetzte Ende der Übertragungsleitung als reflektierendes Ende benutzt, so daß der sanst an diesem Ende befindliche Wandler entfallen kann.) Um die Verzögerungszeit langer zu machen, muß die Gesamtlänge der Übertragungsleitung 2 entsprechend größer gewählt, .werden. Dies führt zu einem Anwachsen der Anzahl der Unterstützungspunkte und dem Ausmaß der Absorption von Ultraschallenergie durch die Unterstützungsblöcke an den Unterstutzungspunkten. Dies bringt wiederum eine Erhöhung der Ausbreitungsverluste■und eine Abnahme der Ausgangsspannung am Ausgang des Wandlers. Damit werden eine Abnahme des Verhältnisses zwischen Signal und Geräusch am Ausgang infolge des Auftretens von unverzögerten Induktionsgeräuschen vom Eingang her wie auch andere unerwünschte Einflüsse unvermeidbar.

Nun soll an Hand der Fig. 2 (a) und Cb) eine ins Einzelne gehende Untersuchung dieser Erscheinungen vorgenommen werden. Diese Figuren veranschaulichen in Querschnittsdarstellung zwei verschiedene Wicklungsarten, die im allgemeinen für die Aufspulung der Übertragungsleitung angewendet werden. Aus Fig. 2 (a) ersieht man, daß der Leitungsdraht, wie die Pfeile zeigen, in Gestalt einer viellagigen'iSpirale durch die Schlitze geführt ist, während dies bei Fig. 2 (b) in Gestalt einer mehrlagigen Schnecke der Fall ist. Bei Anwendung dieser Wickelmethoden kann, wenn die Drahtlänge (die der Verzögerungszeit, proportional ist) an-

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wächst, die Zahl der Unterstützungsabschnitte dadurch beliebig erhöht werden, daß, wie bei Fig. 2 (a) mit Hilfe von Führungsstiften k senkrecht aufeinandergesteckt wird oder, wie bei Fig. 2 (b) waagerecht aneinandergereiht wird.

Der natürliche Krümmungsradius der Drahtleitung, der auf dem Ziehverfahren, der Art einer Wärmebehandlung und ähnlichen Umständen beruht, sei mit Rn bezeichnet, und der durch die Bemessung der Verzögerungsleitung bestimmte Wicklungskrümmungsradius mit R. In der Regel ist Rn von R verschieden. Wenn die Unterstützungspuiucte nicht richtig justiert sind, so wird der Draht für Rn > R in den Schlitzen die in der Fig. 3 (a) dargestellte Lage einnehmen und für RnK R die in der Fig. 3 (b) dargestellte Lage.

In beiden Fällen übt die übertragungsleitung auf die äußeren oder inneren Seitenwände der Schlitze einen durch das Verhältnis zwischen Rn und R bestimmten Druck aus, der zu einem Anwachsen der Absorption der Ultraschallenergie an den Unterstützungspunkten, einem Anwachsen der Ausbreitungsverluste und einer Abnahme der Ausgangsspannung führt. Die Abnahme der Ausgangsspannung verstärkt sich mit einem'Anwachsen der Anzahl der Unterstützungspunlcte und daher mit einem Anwachsen der Verzögerungszeit» Um dieser Schwierigkeit abzuhelfen, müssen die Leitungslagen in den Schlitzen der Unterstützungsblöcke so weit wie möglich an die in der"Fig. k dargestellten günstigsten Lagen angenähert werden, in denen die Leitung die Schlitze in der Mitte der unteren_ Wandung durchsetzt und dort vermöge ihres eigenen Gewichtes ruht, so daß die Kontaktfläche verkleinert ist.

Bei den bekannten Ultraschallverzögerungsdrahtleitungen ist die Justierung zur Erzielung günstigster Lagen außerordentlich schwierig, weil sie für alle Unterstützungspunkte mit dem Auge und von Hand dadurch vorgenommen wurde, daß die Drahtleitung , in Längsrichtung geschoben oder gezogen wurde· Bei dieser Bearbeitung von Hand muß nicht nur jeder Unterstützungspunkt geprüft werden, sondern es muß, während ein Punkt justiert wird,

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erneut geprüft werden, ob dadurch die bereits vorgenommene Justierung anderer Punkte wieder verloren geht. Aufgrund des nach- · folgenden Zahlenbeispiels kann man sich leicht vorstellen, wie umständlich, mühsam und zeitraubend diese Justierung ist.

Selbst bei einer Torsionsschwingungs-Verzögerungsleitung wird . für eine Verzögerungszeit von 20 Millisekunden eine Leitung von Go m Länge benötigt. Bei einem Windungsdurchmesser von I30 mm hat die Spule ungefähr 75 Windungen. Sind 8 Unterstützungsblöcke vorgesehen, so ergeben sich 6OO zu prüfende Unterstützungspunkte.

Es ist also nicht erstaunlich, daß sich die relativen Lagen des Drahtes in den Schlitzen bei Anwendung der üblichen Wicklungsmethode so unregelmäßig ergeben, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Eine Lösung für diese Schwierigkeit war dringend erwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur leichten und schnellen Justierung der , Unterstützungspunkte für,aufgespulte Ultraschallverzögerungsdrahtleitungen zu finden, die die geschilderte umständliche und zeitraubende Justierungsarbeit überflüssig macht*

Weiterhin soll das neue Verfahren und die neue Vorrichtung die Produktionskosten senken und gleichzeitig die Qualität erhöhen.

Das Verfahren zur Justierung der Unterstützungspunkte von aufgespulten Ultraschallverzögerungsdrahtieitungen nach der Erfindung

ist dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem die Leitung durch die Schlitze von Unterstützungsblöcken gezogen und aufgespult ist und in den Blöcken ruht, einige oder alle Blöcke solange in Schritten erforderlicher Größe und in gewünschter Reihenfolge radial auswärts oder einwärts verschoben werden, bis die für die Ultraschallausbreitung günstigsten Unterstützungsbedingungen erreicht sind. " ·

Dabei kann die Größe der Verschiebungen aufgrund der Differenz zwischen dem durch ihre Herstellung gegebenen, natürlichen

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Krümmungsradius der Drahtleitung und dem Krümmungsradiu« der Wicklung gewählt werden.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens is.t dadurch gekennzeichnet, daß die kreisf örtnig angeordneten Unrcrstützungsblöcke, durch deren Schlitze die eine mehrlagige Spirale oder Schnecke bildende Leitung geführt ist, auf einer Grundplatte radial verschiebbar und feststellbar angebracht sind.

Ob nur einige der Blöcke verschoben werden müssen oder alle, hängt von den Anforderungen an die Qualität der Produkte ab. Die Verschiebung der Blöcke erfolgt nacheinander und in wähl- , barer Reihenfolge.

Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung und der zur Justierung der Unterstutzungspunkte gemäß diesem Verfahren ausgebildeten Ultraschallverzögerungsdrahtleitung erweisen sich aus der nachfolgenden, an Hand der Zeichnungen gegebenen Beschreibung.

Die Fig. 1 bis 5 wurden bereits zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung herangezogen.

Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung einer Ultraschallverzögerungsdrahtleitung, * " ." _m

die Fig. 2(a) und (b) zeigen radial zum Wicklungsumfang der aufgespulten Leitung liegende Schnitte durch die Unterstützungsblöcke,-- um die Führung der Windungen der mehrlagigen Spirale bzw. Schnecke deutlich zu machen,

die Fig. 3(a) und (b) zeigen schematisch zwei verschiedene Lagen der Drahtleitung in den Schlitzen der Unterstützungsblöcke, wenn die Unterstützungspunkte nicht justiert sind; (a) bezieht sich auf den Fall, daß der natürliche KrUm-" mungsradius d,er Drahtleitung größer ist als der Krümmungsradius der Wicklung, (b) auf den umgekehrten Fall,

Fig. 4 zeigt schematisch die für eine Verzögerungsleitung günstigste Lage der Drahtleitung,

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Fig. 5 zeigt schematisch einen Lagezustand für eine übliche Ultraschalldrahtleitung bei unvollkommener Justierung,

Fig. 6 zeigt, wlo die aufgespulte Drahtleitung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung in die günstigste Lage gebracht werden kann» ■

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Unters tu tzungs-

blocks und einiger in ihm gelagerten Windungen der Drahtleitung einer zur Justierung der Unterstützungspunkte ge-' "^; maß dem Verfahren nach der Erfindung ausgebildeten Ultraschallverzögerungsdrahtleitung. .

In den einzelnen Figuren sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Buchstaben A und A' dienen dazu, die Außen- und die Innenseite der Verzögerungsleitung - bezogen auf ihre Spiral- oder Schneckenform -. anzugeben. .

Aus Fig. 1 ersieht, man, daß die in Sektoren angeordneten Unterstützungsblöcke 3 zur Durchführung des Verfahrens, .nach der Erfindung auf Radien der aufgespulten Übertragungsleitung in beiden Richtungen verschiebbar sind, wenn" sie' vorteilhafteneise so auf einer Grundplatte angebracht sind i, wie dies aus den Fig. 6

und 7 hervorgeht. Der Draht ist entweder in der Eorm einer mehr- ° Schnecke

lagigen Spirale (vgl. Fig. 2 (a))oder einer mehrlagigen/(vgl. Fig. 2 (b)) gewickelt. .

Da die aufgespulte Drahtleitung 2 mit einer mechanischen Kraft, die durch den natürlichen Krümmungsradius Rn und den Wicklungs-Krümmungsradius R·bestimmt ist',' gleichmäßig ge-gert die äußerte oder innere Seitenwandung der Schlitze gepreßt wird, wiedies aus den Fig. 3 (a) bzw. (b) hervorgeht, kann die Justierung ein¹-· fach dadurch vorgenommen werden, daß einige oder alle Blödke radial nach auswärts (in der Richtung A für Rn ) R) oder einwärts (in der Richtung A¹ für Rn\ R) um einen Schritt von etwa V/ - d verschoben werden, wobei W die Schlitzbreite Undd dei·· Drahtdurchmesser ist. So kann die Justierung zu-r Erziehung des.' in der Fig. 4 dargestellten günstigsten Zustandes leicht'"uhtJ"- ^: schnell erreicht werden, ohne daß es dazu besonderer Fertigkeiten

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bedürfte. Ferner werden dadurch Unterschiede in den Eigenschaften der Erzeugnisse auf ein Minimum herabgesetzt und die Ausgangsspannung wird groß.

Als Beispiel sei eine als Torsionsschwinger arbeitende UltraschäLL-verzögerungsdrahtleitung einer Verzögerungszeit von 20 Millisekunden herangezogen. Torsionsschwingungen sind frei von Streuungen. Sie werden gewöhnlich als Schwingungsarten für Verzögerungszeiten in der Größe von Millisekunden benutzt. Das auf den Krümmungsradius einer aufgespulten Übertragungsleitung zurückgehende Ausmaß der. Streuung ist bekanntlich umgekehrt proportional zu dem Produkt aus Rn und R. Um die Streuung kleinzuhalten, muß Rn jj daher so groß wie möglich gemacht werde.n. Bei dem in der Fig. 2 (a) gezeigten Zustand wird die sich längs der Leitung ausbreitende Ultraschallernergie daher durch die Unterstützungsblöckejvöllig absorbiert und die Ausgangsspannung des elektroakustischen Ausgangswandlers wird zu Null.

Es sei nun davon ausgegangen, daß jeder Unterstützungsblock so, wie es die Ausführungsform nach Fig. 7 zeigt, in radialer Richtung einstellbar ist.

Der in Fig. 7 dargestellte, einzelne Unterstützungsblock ist fest auf einer geschlitzten Platte 7 angebracht, die ihrerseits so auf der Grundplatte 5 eines Gehäuses befestigt ist, daß sie U sowohl in Richtung A als auch in Richtung A¹ verschiebbar ist und iiith der Justierung festgeklemmt werden kann. Durch Verschiebung einiger oder· aller Unterstützungsblöcke nach a'ußen (Richtung A) oder innen (Richtung A¹) in gewünschter Reihenfolge und um die erforderlichen Betrage können die bei 75 Windungen der Leitung ungefähr 600 Unterstützungspunkte leicht und schnell in die günstigste, aus Fig. 4 hervorgehende Lage gebracht werden.

Sine praktische Prüfung hat gezeigt, daß die gesamte Herstellungszeit fur- eine Verzögerungsdrahtleitung von 20 Milliskunden Verzögerungszeit, die gemäß der Erfindung gebraucht wurde, auf ein Drittel der Zeit verkürzt werden, konnte, die bei den bisher üblichen Herstellungsverfahren benötigt wurde. Ferner konnte die

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Ausgangsspannung auf das Doppelte gesteigert werden, und Schwankungen in den Eigenschaften der Erzeugnisse wurden erheblich vermindert.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist klar, daß die Vorteile der Erfindung bei verschiedenen Arten von Ultraschallverzögerungs-. drahtleitungen zum. Tragen kommen, besonders bei Torsionsschwingungs-Ultraschallverzög.erungsdrahtleitungen, die große: Verzögerungszeiten aufweisen. Die Erfindung führt zu einer beträchtlichen Senkung der Herstellungskosten und gleichzeitig zu einem Anwachsen der Ausgangs spannung. : ■

Die Erfindung wurde an Hand einer bei' einer bestimmten Leitungsuiiterstützungsanordnung ängewendeten Aus fuhrungs form besehrieben» Sie erstreckt sieh aber auch auf äquivalente Verfahren und Vorrichtungen, die IeL anderen Unt erstützungsanordnungen anwendbar¹ sind, die'für Ultraschallverzögerungsdrahtleitungen geeignet sind. Hierzu gehören alle Vorrichtungen und Werkzeuge, gleich, ob sie fest in die Verzögerungsleitung eingebaut oder nach der Justierung entfernbar sind, wenn sie dazu dienen, die bisher■-.-.■ übliche mühevolle, Justierungsarbeit von Hand zu vermindern oder zu erleichtern. . , ".,..; '.

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Claims

* » Patentansprüche

'1. Verfahren zur Justierung der Unterstützungspunkte von aufgespulten Ultraschallverzögerungsdrahtleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem die Leitung durch Schlitze von Unterstützungsblöcken gezogen und aufgespult ist und in den Blöcken . ruht, einige oder alle Blöcke solange in Schritten erforderlicher Größe und in gewünschter Reihenfolge radial auswärts oder einwärts verschoben werden, bis die für die Ultraschallausbreitung günstigsten Unterstützungsbedingungen erreicht sind»
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Verschiebungen aufgrund der Differenz zwischen dem

durch ihre Herstellung gegebenen, natürlichen Krümmungsradius der Drahtleitung und dem Krümmungsradius der Wicklung gewählt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,nach Anspruch

1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmig angeordneten Unterstützungsblöcke (3), durch deren Schlitze (6) die eine mehrlagige Spirale oder Schnecke bildende Leitung (2) geführt ist, auf einer Grundplatte (5) radial verschiebbar und feststellbar angebracht sind*. .
4. Vorrichtung ....... ^% .. . nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungsblöcke (3) fest auf einer geschlitzten Platte (7) angebracht sind und samt dieser vermöge der Schlitze zwischen zwei in einem Abstand, der das gewünschte Spiel beläßt, in die Grundplatte (5) eingedrehten Kleonsehrauben verschiebbar sind.

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