DE3743822A1 - Elektromagnetische stosswellenquelle - Google Patents
Elektromagnetische stosswellenquelleInfo
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stoßwellen
quelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die elektromagnetische Stoßwellenerzeugung (EMSE) wird
unter anderem bei der extrakorporalen Steinzerkleinerung
eingesetzt (DE 33 28 066 A) und ist auch für andere thera
peutische Verfahren geeignet, bei denen Stoßwellen ver
wendet werden.
In der Zeitschrift "Akustische Beihefte", 1962, Heft 1,
Seiten 158 bis 202, ist der Aufbau eines sogenannten Stoß
wellenrohres beschrieben. Vor einer Flachspule, durch eine
Isolierfolie getrennt, befindet sich eine Kupfermembran. An
dieser Kupfermembran schließt ein mit Wasser gefülltes Rohr
an. Durch Anlegen einer Spannung im Bereich von 2-20 kV
an die Flachspule wird in der Kupfermembran ein Magnetfeld
induziert, welches Abstoßkräfte bewirkt, die die Membran
von der Spule wegdrücken. Hierdurch entsteht ein ebener
Druckpuls, der im wassergefüllten Rohr zu einer steilen
Stoßwelle wird und am Rohrende für Experimente zur Ver
fügung steht. Eingesetzt wird ein solches Stoßwellenrohr
zum Beispiel zu Stoffuntersuchungen in der Chemie.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Stoßwellenquelle
dahingehend zu verbessern, daß Wirkungsgrad und Lebensdauer
erhöht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Stoß
wellenquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ausführungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteran
sprüchen.
Die Erfindung hat folgende Vorteile:
- - Wirkungsgradverluste durch eine geerdete Kupfermembran werden vermieden. Die Erwärmung des Gesamtsystems wird wegen des verbesserten Wirkungsgrades verringert.
- - Der Skineffekt wirkt sich nicht mehr begrenzend auf die gesamte Dicke der gut leitfähigen Membran aus, wie an hand von Fig. 2 gezeigt ist. Dennoch können nun mehrere Membranen hintereinander gesetzt werden, deren Gesamt dicke größer ist als die einer einzelnen Membran.
- - Die Potentialaufteilung zwischen Spule und der geerdeten abschließenden Metallmembran wird günstiger, da die zwischenliegenden Membranen gegen die abschließende Metallmembran isoliert sind und deshalb beim Anlegen einer hohen Spannung ein bestimmtes, niedrigeres Potential annehmen. Dies erhöht die Lebensdauer, denn die Lebensdauer des Systems ist bestimmt durch die Durchschlagfestigkeit der Isolationsschicht zwischen Drahtspule und Membran. Aufgrund der günstigeren Poten tialaufteilung wird die Isolationsschicht elektrisch weniger stark beansprucht, das heißt die Lebensdauer erhöht sich.
- - Die gut leitfähigen Membrane können direkt auf die Spule aufgelegt werden, sofern die Isolationsschicht zwischen ihren und der abschließenden Membran entsprechend aus gelegt ist. Hieraus folgt eine weitere Verbesserung der Ankopplung der Membran an die Drahtspule, da das Streu feld minimiert wird.
- - Verringerung der Wirbelstromverluste.
Als bevorzugte Metalle werden für die hochfeste Membran
Edelstahl und für die gut leitfähigen Membranen Kupfer
oder Silber verwendet.
Bevorzugte Dimensionen sind:
Edelstahlmembran:|0,1-0,2 mm | |
Kupfermembran: | 0,05-0,2 mm |
Isolationsfolie: | 0,025-0,125 mm |
In der Anzahl und Dicke der Isolationsfolien oder der
Metallmembranen sind beliebige Kombinationen möglich.
Allerdings sollte eine Gesamtdicke von bis zu 1 mm nicht
überschritten werden.
Die Erfindung wird anhand zweier Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Stoßwellenquelle,
Fig. 2 zeigt den Stromdichteverlauf in verschiedenen
Membranen.
Die Fig. 1 zeigt in ihrer oberen Hälfte den Aufbau einer
bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stoß
wellenquelle und in ihrer unteren Hälfte den Potentialver
lauf beim Anlegen einer hohen Spannung an die Spule.
Die erfindungsgemäße Stoßwellenquelle besteht hier aus
einem Grundköprer 1, einer Drahtspule 2, einer Isolations
folie 3, einer Kupfermembran 4, einer weiteren Isolations
folie 5, einer zweiten Kupfermembran 6, einer weiteren Iso
lationsfolie 7 und eine Edelstahlmembran 8, die geerdet ist.
Möglich, aber nicht gezeigt, sind Ausführungen mit mehr als
zwei gut leitenden Metallfolien 4, 6. Die einzelnen Schich
ten sind auf konventionelle Weise, zum Beispiel durch
Kleben, miteinander verbunden.
Die Figur zeigt die Stoßwellenquelle in stark vergrößertem
Maßstab. Realistisch ist eine Gesamtdicke bis zu 1,0 mm.
Im unteren Teil der Figur ist der Potentialverlauf U während
des Anlegens einer hohen Spannung gezeigt. Die Spule 2 liegt
auf dem hohen Potential U o. Die Edelstahlmembran 8 liegt
auf Erdpotential.
Die Kupfermembranen 4 und 6 liegen jeweils auf Potentialen,
die zwischen dem Wert U o und 0 liegen. Innerhalb der Iso
lationsfolien 3, 5 und 7 fällt das Potential U jeweils vom
höheren Wert auf einen niedrigeren.
Fig. 2 zeigt oben die Stromdichteverteilung in einer 0,2 mm
dicken Kupfermembran und unten die Stromdichteverteilung in
zwei 0,1 mm dicken Kupfermembranen, die von einer Isola
tionsfolie getrennt sind. Aufgrund des Skineffektes verteilt
sich die Stromdichte bei hohen Frequenzen nicht gleichmäßig
über den Leiterquerschnitt. Die maximale Eindringtiefe bei
der verwendeten Frequenz beträgt ca. 0,2 mm. Die Verteilung
der Stromdichte ist schematisch in der Fig. 2 gezeigt.
Wie daraus ersichtlich wird, ist das Integral über die
Stromdichte bei Verwendung zweier Membranen größer. Damit
erhöhen sich die Abstoßungskräfte und die Amplitude des
erzeugten Druckimpules.
Bei gut leitfähigen Membranen, deren Dicken größer als
0,4 mm sind, ist im inneren Bereich die Stromdichte Null.
Bei einer geschichteten Membran ist dies nicht der Fall.
Die Verteilung der Stromdichte ist in jeder Membran ähnlich.
Claims (5)
1. Stoßwellenquelle mit einem Grundkörper (1), mindestens
einer Drahtspule (2), einer Isolationsfolie (3) und
einer Metallmembran (8), gekennzeichnet
durch mindestens eine gut leitfähige weitere Metall
membran (4, 6), die durch mindestens eine Isolations
folie (5, 7) von der ersten Metallmembran (8) getrennt
ist.
2. Stoßwellenquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine hochfeste Membran (8), die von einer Isolations
folie (7) von den anderen Metallmembranen (4, 6) ge
trennt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die gut leitfähigen Metallmembranen
(4, 6) aus Kupfer oder Silber bestehen.
4. Stoßwellenquelle nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch
feste Membran (8) aus Edelstahl besteht.
5. Stoßwellenquelle nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Materialien
und Dicken:
- Edelstahlmembran:
0,1 bis 0,2 mm
- Isolationsfolie: 0,025 bis 0,125 mm
- Kupfermembran: 0,05 bis 0,2 mm
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