DE3107878A1

DE3107878A1 - Unterwasser-schallwandler

Info

Publication number: DE3107878A1
Application number: DE19813107878
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(Grad.) 2300 Kronshagen Hilmers
Original assignee: Honeywell Elac Nautik GmbH
Current assignee: Elac Sonar GmbH
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1982-09-16
Also published as: DE3107878C2

Description

Die. Erfindung betrifft einenUnterwasser-Schallwandler geinäß
Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Eigenschtften urirl mocrctechnische Anwendungen von syntaktischen Schaumstoffen sind in "Meerestechnik" 1971 Seiten 139 bis 147 beschrieben, wobei auf Seite 146 die gute Schalleitfähigkeit dieser Werkstoffe hervorgehoben ist.
Die US-PS 36 63 934 zeigt einen in der Stirnfläche eines Torpedos angeordneten Schallwandler der gattungsgemäßen Art, wobei die syntaktische Platte als akustisches Fenster für die Schallwellen und zugleich als Träger für die ronpilze dient. Der syntaktische Werkstoff ist dort in einem Hohlraum vorgesehen, der auf der dem Torpedoinnenraum zugwandten Seite durch ein die mechanischen Spannungen aufnehmendes Blecll und auf der Torpedostirnseite entweder ebenfalls durch ein Blech oder durch eine wasserdichte Metallisierung abgedeckt ist, während die Seitenwände des Hohlraums durch Teile des Torpedokopfes gebildet sind. Torpedos laufen nur in geringen Wassertiefen, so daß die statische Druckbeanspruchung des Wandlers gering ist. Um eine Ortung des Torpedos durch den Gegner - zu erschweren1 wird der Schallwandler üblicherweise nur passiv d.h. als Empfänger betrieben. Der syntaktische Schaumstoff eignet sich deshalb gut als akustisches Fenster, weil bei ihm das Produkt aus Schallgeschwindigkeit und-Dichte etwa das gleiche ist wie bei Seewasser. Günstig ist ferner sein geringes Gewicht.
Aufgabe der Erfindung ist es einen druckfesten Unterwasserschallwandler zu schaffen, dessen Richtdiagramm möglichst geringe Nebenpegel aufweist. Hierzu es ist erforderlich, daß seine Membran möglichst als nahezu starrer Kolben schwingt und innerhalb der Membran möglichst keine Dämpfung der Schallwellen durch Verformung der Membran selbst auftritt. Insbesondere sollen keine Biegewellen in der Membran entstehen.
ba die Scher- und Biegefestigkeit syntaktischer Schaumstoffe nicht allzu hoch .:,t, (-jcjflet sich die aus US-PS 36 63 934 bekannte WandlerkonsttuRtiorl fiir einen druckfesten Schallwandler, wie er beisplelsweise in Netzsonden und dergleichen eingesetzt wird1 nicht.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Sie führt zu einem einfachen,übersichtlichen und zuverlässigen Wandleraufbau und darüberhinaus zu einer besonders günstigen, d.h. nebenpegelarmen Richtcharakteristik des Wandlers. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüche. Zur Erläuterung wird nachfolgend auf ein in der Zeichnung wiedergegebenes Ausführungsbeispiel Bezug genommen.
Ein Gehäuse 1 umschließt einen zylindrischen Hohlraum 2 der auf der Innenseite durch eine am Gehäuse 1 befestigte Grundplatte 3 begrenzt ist. Sie besteht beispielsweise aus druckfesteIllKunststoff, Preßstoff oder Hartpapier. An der Grundplatte 3 stützt sich über eine Zwischenscheibe 4 aus glasfaserverstärktem Epoxydharz die Gegenmasse 5 ab, auf welche ein zylindrischer piezoelektrischer Keramikschwinger 6 aufgeklebt ist. Um die Ubertragung von Schallschwingungen von der Gegenmasse 5 auf die Grundplatte 3 und über diese auf das Gehäuse 1 möglichst weitgehend zu unterdrücken, ist der Durchmesser der Zwischenscheibe 4 wesentlich geringer als der der Gegehmasse 5. Letztere besteht heispielsweise aus Stahl. Auf den Keramikschwinqer 6 ist die Strahlermasse 7 aufgeklebt, die vorzugsweise einen quadratischen Grundriss hat und aus Aluminium besteht. Auf die Ç rl'onpilz abgewandte Stirnseite aller Strahlermassen 7 ist eine gemeinsame als Kolbenmembran wirksame Platte 8 aus syntaktischem Schaumstoff geklebt. Der Spalt 9 zwischen dieser syntaktischen Membran 8 und der Gehäusewand 1 ist durch eine Dichtung 10 verschlossen, damit die Vergußmasse 11 beim'Vergieaen des Wandlers nicht in den Innenraum 2 eindringt.
Die syntaktischeMembran 8 hat vorzugsweise einen quadratischen oder rechteckigen Grundriss. Die quadratische Gestalt der Strahlermasse 7 ermöglicht eine weitgehende und gleichmäßige Bedeckung der Membranunterseite, so daß sich die Membran großflächig an der Grundplatte 3 abstützt. Dies gewährleistet die geforderte statische Druckfestigkeit des Wandlers.Um ein einnebenpegelarmes Nicht diagramm zu erzielen entspricht bei herkömmlichen Wandlern der Mittenabstand benachbarter Tonpilze der halben Wellenlänge. Bei einem Wandler. gemäß der Erfindung hingegen wird die Kantenlänge des quadratischen Querschnitts der Strahlermasse 7 so groß wie möglich gewählt. Sie kann eine ganze Wellenlänge der ausgesandten Schallwellen im Werkstoff, z.B. in Aluminium, oder mehr betragen.
Hierdurch benötigt man für eine gleichmäßige und dichte Bedeckung der Membran wesentlich weniger Tonpilze als im Stand der Technik.
Versuche haben gezeigt, daß die syntaktische Membran 8 etwaige fertigungsbedingte oder auf andere Weise hervorgerufene Phasen-oder Amplitudenunterschiede-in den Schwingungen der einzelnen Tonpilze weitgehend homogenisiert und als kolbenförmige Membran schwingt. Dies führt zu einer wirksamen Unte-rdrückung von Nebenpegeln und damit zu einer Verbesserung des Wandlerwirkungsgrades in der Hauptstrahlrichtung. Da der Schallwellenwiderstand des syntaktischen Werkstoffes mitdem des Wassers übereinstimmt , ist eine gute Ankoppelung der Tonpilze an das umgebende Wasser sichergestellt. Der dieTonpilze aufnehmenden Hohlraum 2 hat vorzugsweise den gleichen quadratischen, rechteckformigen oder auch runden Querschnitt wie die syntaktische Membran 8. Er braucht nicht mit Schaumstoff oder anderweit ausgefüllt zu werden, .endtur kann infolge der rückseitigen Abstützung der Gegenmassen 5 dn der Grundplatte 3 leer bleiben.
Leerseite

Claims

Unterwasser-Schallwandler Patentansprüche: 0 Unterwasser-Schallwandler mit mehreren nebeneinander angeordneten, jeweils aus einem piezoelektrischen Keramikkörper, einer Strahlermasse, sowie einer Gegenmasse bestehenden Tonpilzen , wobei die dem Keramikkörper abgewandte Stirnfläche der Strahlermasse durch eine für alle Tonpilze gemeinsame Platte aus syntaktischem Schaumstoff abgedeckt ist, d a d u r c h g e k e n n -ze i c h n e t, daß sich die dem Keramikkörper (6) abgewandte Stirnseite der Gegenmasse (5) aller Tonpilze an einer gemeinsamen Grundplatte (3) abstützt und die syntaktische Platte (8) unmittelbar auf die Strahlermasse (7) allerTonpilze(5,6,7) aufgeklebt und als im wesentlichen starrer Kolben in Achsrichtung der Keramikkörper schwingfähig im Gehäuse (1) gelagert ist.
2. Schallwandler nach Anspruch 1, d a d u r c h y e -k e n n z e i c h n e t, daß zur Abstützung der Gegenmasse (5) an der Grundplatte (3) eine Zwischenscheibe (4) aus glasfaserverstärktem Epoxydharz dient, deren Stirnfläche bzw. Durchmesser klein ist im Vergleich zur Stirnfläche bzw. zum Durchmesser der Gegenmasse (5).
3. Schallwandler nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h ca e k e n n z e i c h n e t, daß die syntaktischc Platte (8) an ihrem den Tvnpilzen (5,6,7) abgewandten Rand von einer Dichtung (10) umgeben ist, welche den Spalt zwischen ihr und der Wand (1) eines die Tonpilze aufnehmenden Gehäuses abdichtet.
4. Schallwandler nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n.n z ei c h n e t, daß Gehäusewand (1), Dichtung (10) und syntaktische Platte (8) außen von Vergussmasse(11) umgeben sind.
5. Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest die an der syntaktischen Platte (8) anliegende Stirnfläche der Strahlermasse (7) quadratisch ist und ihre Kantenlänge gleich oder größer ist als die Wellenlänge der Schallwellen im Werkstoff der Strahlermasse.
6. Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadur c-h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strahlermasse (7) aus Aluminium und die Gegenmasse (5) aus Stahl besteht.