DE4228963C2

DE4228963C2 - Druckimpulsquelle mit kavitationsfest beschichteter Membran

Info

Publication number: DE4228963C2
Application number: DE19924228963
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl Ing Mahler
Original assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2012-09-01
Also published as: DE4228963A1

Description

Die Erfindung betrifft eine akustische Druckimpulsquelle mit einer an ein flüssiges akustisches Ausbreitungsmedium angrenzenden Membran, welche zur Erzeugung von akustischen Druckimpulsen in dem Ausbreitungsmedium stoßartig antreib bar ist und auf ihrer dem Ausbreitungsmedium zugewandten Seite mit einer kavitationsfesten Schicht versehen ist.

Eine derartige Druckimpulsquelle ist in der EP-A-0 275 427 beschrieben. Dabei ist als kavitationsfeste Schicht eine auf die Membran aufvulkanisierte Gummifolie bzw. eine auf die Membran aufgetragene Schicht aus Titan-Nitrit oder Titan-Karbid vorgesehen. In allen Fällen ist die Aufbrin gung der kavitationsfesten Schicht mit einem erheblichen Fertigungsaufwand und entsprechenden Kosten verbunden.

Aus der EP-A-0 355 177 ist es grundsätzlich bekannt, auf der an ein flüssiges akustisches Ausbreitungsmedium angrenzenden Seite der Membran einer akustischen Druck impulsquelle eine Kunststoffolie durch Kleben zu befesti gen, jedoch handelt es sich hier um eine als Drucksensor vorgesehene piezoelektrisch aktivierte Folie aus PVDF (Polyvinylidenfluorid), also einem Material, des wegen seiner antiadhäsiven Eigenschaften nicht kavitationsfest ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druck impulsquelle der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die kavitationsfeste Schicht auf fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Weise auf die Membran aufge bracht werden kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Druckimpulsquelle mit einer an ein flüssiges akustisches Ausbreitungsmedium angrenzenden Membran, welche zur Erzeu gung von akustischen Druckimpulsen in dem Ausbreitungs medium stoßartig antreibbar ist und auf ihrer dem Ausbrei tungsmedium zugewandten Seite mit einer kavitationsfesten Schicht versehen ist, die als durch eine Klebstoffschicht mit der Membran verbundene kavitationsfeste Kunststoffolie ausgebildet ist.

Dies stellt gegenüber dem Stand der Technik eine erheb liche fertigungstechnische Vereinfachung dar, die mit einer entsprechenden Kostenersparnis verbunden ist. Über raschend ist, daß trotz der erheblichen mechanischen Belastungen, denen die Membran ausgesetzt ist (im Falle von elektromagnetisch angetriebenen Membranen wirken Kräf te in der Größenordnung von 30 kN und Beschleunigungen in der Größenordnung von 10⁵ g auf die Membran), durch die Klebstoffschicht ein sicherer Verbund der Kunststoffolie mit der Membran gewährleistet ist.

Eine nochmalige Fertigungsvereinfachung und Kostenerspar nis läßt sich erzielen, wenn die Kunststoffolie und die Klebstoffschicht eine selbstklebende Folie bilden, da dann der Arbeitsgang des Auftragens einer Klebstoffschicht ent fallen kann und die Membran und die entsprechend zuge schnittene selbstklebende Folie lediglich miteinander ver preßt werden müssen, eventuell unter Temperatureinwirkung. Dabei soll der Begriff "selbstklebend" hier so verstanden werden, daß die Isolierfolie und die Klebstoffschicht eine Einheit bilden. Die "klebenden" oder besser gesagt adhäsiven Eigenschaften der Klebstoffschicht können dabei bereits bei Raumtemperatur oder erst bei höheren Tempera turen vorliegen, wobei im letzteren Falle bei der Verar beitung eine Temperatureinwirkung unerläßlich ist.

In der Regel kann eine Vorbehandlung der Membran entfal len, und die Kunststoffolie gemäß einer Variante der Er findung durch die Klebstoffschicht mit der vorzugsweise metallischen Membran direkt verklebt werden.

Als Material für die Kunststoffolie eignet sich insbe sondere ein Material der Gruppe bestehend aus Polyimid, Polyamid, Polytetrafluoräthylen und Polyesterterephtalat. Als Material für die Klebstoffschicht ist vorzugsweise ein Klebstoff der Gruppe bestehend aus Acrylatkleber, Phenol harzkleber, Epoxydharzkleber und Polyurethankleber oder ein Gemisch aus wenigstens zwei Klebstoffen der Gruppe vorgesehen. Bei dem Polyurethankleber handelt es sich vorzugsweise um ein Gemenge verschiedener Polyurethane, die erst unter Temperatureinwirkung miteinander reagieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beige fügten Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Druckimpulsquelle in schema tischer Darstellung im Längsschnitt, und

Fig. 2 die Einzelheit A gemäß Fig. 1 in vergrößerter Dar stellung.

In der Fig. 1 ist eine elektromagnetische Druckimpulsquel le 1 dargestellt, die einen Spulenträger 2 aus einem schallharten Werkstoff, beispielsweise Aluminiumoxid- Keramik, aufweist. Auf die Stirnseite des Spulenträgers 2 ist eine Flachspule 3 mit Hilfe von Kunstharz 4 aufge klebt. Die Flachspule 3 weist Anschlüsse 3a und 3b auf, die durch Bohrungen in dem Spulenträger 2 verlaufen und über die die Flachspule 3 mit einem Hochspannungsimpuls beaufschlagt werden kann. Zwischen der Flachspule 3 und einer Membran 5 aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Aluminium, ist eine Isolierfolie 6 ange ordnet, die Spannungsüberschläge zwischen der Flachspule 3 und der Membran 5 verhindert.

Der Spulenträger 2 mit der Flachspule 3, die Isolierfolie 6 und die Membran 5 sind in einem in Fig. 1 nur teilweise dargestellten, mit einem flüssigen akustischen Ausbrei tungsmedium, beispielsweise Wasser, gefüllten Gehäuse 7 aufgenommen, und zwar derart, daß die Membran 5 unter Zwischenfügung der Isolierfolie 6 eng an die Flachspule 3 angepreßt ist.

Wird die Flachspule 3 mit einem Hochspannungsimpuls be aufschlagt, werden Wirbelströme in die Membran 5 indu ziert. Die zu dem durch die Flachspule 3 fließenden Strom und den Wirbelströmen in der Membran 5 gehörigen Magnet felder sind entgegengesetzt gerichtet, so daß die Membran 5 schlagartig von der Flachspule 3 wegbewegt wird. Infolge dieser Auslenkung wird ein annähernd ebener Druckimpuls in das in dem Gehäuse 7 befindliche Wasser eingeleitet. Bei Beendigung des Auslenkvorganges der Membran 5, die durch geeignete an sich bekannte Maßnahmen in ihre Ausgangslage zurückgeführt wird, entsteht im Bereich ihrer an das Was ser angrenzenden Oberfläche kurzzeitig ein Unterdruck, der so groß ist, daß Kavitation auftritt. Eine ungeschützte Membran würde bei wiederholter Druckimpulserzeugung durch diese Kavitationsvorgänge allmählich "zerfressen". Im Falle der Druckimpulsquelle gemäß Fig. 1 ist jedoch die Membran mit einer kavitationsfesten Schicht versehen, die dies verhindert.

Wie aus der Fig. 2 deutlich wird, handelt es sich bei der kavitationsfesten Schicht um eine Kunststoffolie 8, die mittels einer Klebstoffschicht 9 mit der dem Wasser zuge wandten Seite der Membran 5 verklebt ist. Als Material für die Kunststoffolie 8, deren Dicke zwischen 0,05 und 0,5 mm, typischerweise in der Größenordnung von 0,2 mm, liegt, eignen sich Polyamid, Poythetraflouräthyen, Polyesterterephtalat oder Polyimid, wobei mit letzterem Material gute Erfahrungen gemacht wurden. Als Material der Klebstoffschicht eignen sich Acrylat-, Phenolharz-, Epoxydharzkleber oder Polyurethankleber oder ein Gemisch aus wenigstens zwei der genannten Klebstoffe. Die Dicke der Klebstoffschicht kann zwischen 0,01 und 0,05 mm liegen. Besonders günstig sind 0,025 mm.

Bei der Kunststoffolie 8 handelt es sich übrigens um eine selbstklebende Folie, die mit der Klebstoffschicht 9 ver bunden im Handel erhältlich ist.

Die Verklebung der Membran 5 mit der Kunststoffolie 8 er folgt in der Weise, daß die entsprechend der Gestalt der Membran 5 zugeschnittene Kunststoffolie 8 derart auf die Membran 5 aufgelegt wird, daß die Klebstoffschicht 9 der Kunststoffolie 8 an der Membran 5 anliegt. Die beiden Tei le werden dann unter Druck und, je nach Klebstoff, erfor derlichenfalls unter Temperatureinwirkung miteinander ver klebt. Dies kann mit einer herkömmlichen, erforderlichen falls beheizbaren Klebepresse erfolgen. Die Klebstoffolie 8 muß nicht notwendigerweise wie in dem beschriebenen Aus führungsbeispiel mit der Klebstoffschicht 9 zu einer selbstklebenden Folie verbunden sein. Es besteht vielmehr auch die Möglichkeit, Klebstoff auf die Membran und/oder die mit dieser zu verklebende Seite der Kunststoffolie aufzutragen und anschließend beide Teile miteinander zu verpressen.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, daß die Kleb stoffschicht ebenfalls als Folie vorliegt, wobei dann vor zugsweise die klebenden bzw. adhäsiven Eigenschaften der Klebstoffolie erst bei Temperaturen oberhalb der Raum temperatur vorliegen. In diesem Falle wird so vorgegangen, daß ein der Gestalt der Membran 5 und der Kunststoffolie 8 entsprechendes Stück der Klebstoffolie ausgeschnitten, zwischen die Membran 5 und die Kunststoffolie 8 gelegt wird, worauf die Teile unter Temperatureinwirkung und Druckanwendung zu einer Einheit verklebt werden. Dabei ist im Vergleich zum Auftragen einer Klebstoffschicht vorteil haft, daß die Klebstoffolie sehr leicht handhabbar ist.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles ist die Membran 5 vollständig aus Metall gebildet. Es sind jedoch auch Membranen für elektromagnetische Druckimpulsquellen bekannt, die aus mehreren auf einem elektrisch isolieren den Träger angebrachten elektrisch leitfähigen Abschnitten aufgebaut sind. Auch im Falle solcher Membranen ist es möglich, eine Kunststoffolie als kavitationsfeste Schicht aufzukleben.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles wird die Membran 5 mittels der mit Hochspannungsimpulsen beauf schlagbaren Flachspule 3 elektromagnetisch stoßartig ange trieben. Der stoßartige Antrieb einer Membran kann jedoch auch auf andere Weise, beispielsweise mechanisch oder pneumatisch erfolgen.

Claims

1. Akustische Druckimpulsquelle mit einer an ein flüssiges akustisches Ausbreitungsmedium angrenzenden Membran (5), welche zur Erzeugung von akustischen Druckimpulsen in dem Ausbreitungsmedium stoßartig antreibbar ist und auf ihrer dem Ausbreitungsmedium zugewandten Seite mit einer kavita tionsfesten Schicht versehen ist, die als durch eine Klebstoffschicht (9) mit der Membran (5) verbundene kavitationsfeste Kunst stoffolie (8) ausgebildet ist.

2. Druckimpulsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (8) und die Klebstoffschicht (9) eine selbstklebende Folie bilden.

3. Druckimpulsquelle nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Kunst stoffolie (8) durch die Klebstoffschicht (9) mit der vor zugsweise metallischen Membran (5) direkt verklebt ist.

4. Druckimpulsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (8) aus einem Material der Gruppe be stehend aus Polyimid, Polyamid, Polytetrafluoräthylen und Polyesterterephtalat gebildet ist.

5. Druckimpulsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der Klebstoffschicht (9) ein Klebstoff der Gruppe bestehend aus Acrylatkleber, Phenolharzkleber, Epoxydharz kleber und Polyurethankleber oder ein Gemisch aus wenig stens zwei Klebstoffen der Gruppe vorgesehen ist.