DE714726C

DE714726C - Schwingungsgebilde fuer Unterwasserschallsender bzw. -empfaenger

Info

Publication number: DE714726C
Application number: DEA68300D
Authority: DE
Inventors: Dr Willy Kunze
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1933-01-07
Filing date: 1933-01-08
Publication date: 1941-12-05

Description

Schwingungsgebilde für Unterwasserschallsender bzw. -empfänger Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetostriktiven Schwinger für ,die Erzeugung bzw. den Empfang von Schallwellen im Wasser, insbesondere von Schallwellen hoher Frequenz.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art hat man, @um die Verluste niedrig zu halten, bereits vorgeschlagen, magnetostriktiv schwingende Körper aus Blechringen oder Blechlamellen zusammenzusetzen. Die Gesamtheit dieser einzelnen Bleche wird dabei zur Schaffung eines .einheitlichen Körpers von bestimmter Eigenschwingung unter Zwischenlage von Isolierschichten zusammengepreßt. Ferner ist es bekannt, Schwinger aus einzelnen Drähten aufzubauen, die durch Verschweißen oder Verlöten ihrer Enden zu einem Bündel vereinigt sind.
Alle .diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß :beim Schwingen starke Reibungsverluste innerhalb des Körpers auftreten, da weder eine vollkommene Gleichheit der Schwingungen noch eine vollkommen starre Verbindung :der Einzelglieder des Schwingers gewährleistet ist.
Andererseits ist es bekannt, bei hohlzylindrischen, durch Aufwickeln eines Nickelbandes gebildeten Magnetostriktionsschwingern eine Endmasse anzubringen, die durch einen in das Ende des Schwingers eingreifenden Zapfen oder Kraen mit (lein Schwinger verbunden ist. Auch' hierbei liegen die einzelnen Lamellen oder Windungen des Schwingers dicht aufeinander. Da bei dieser Konstruktion nur eine sehr lockere Verbindung der Lamellen mit der Endmasse erzielt werden kann, treten hier nicht nur starke Reibungsverluste innerhalb des Schwingers, sondern auch zwischen Schwinger und Endmasse auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetostriktiven Schwinger zu schaffen, der aus einer Vielzahl von dünnen, gleich langen magnetostriktiven und ohne gegenseitige metallische Berührung angeordneten Einzelgliedern (Drähten, dünnen Stäben, Blechstreifen, dünnwandigen Rohren o. dgl.) aufgebaut ist und trotzdem bei geringen Reibungsverlusten ein einheitliches Schwingen aller Glieder gewährleistet. Dies ist erfind.ungsgemäß dadurch erreicht worden, daß zur Erzielung einer einheitlichen Schwingung des aus den Einzelgliedern gebildeten magnetöstriktiven Schwingers zwei gegenüber der Masse der einzelnen Schwingungsglieder große starre Endmassen vorgesehen sind, mit denen jedes der Ein7elglieder an seinen Enden unmittelbar und fest verlötet oder verschweißt ist. .
Bei einer besonderen Bauart wird das Schwingungsgebilde aus Blechstreifen aufgebaut, die, radial und hochkant stehend, toll -sie Längsachse des Schwingungsgebildes heriiiii angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders große Steifgkeit des Schwingungsgebildes gegen Biegungsbeanspruchungeii.
t'ln bei der Schallabstrahlung bzw. beim Empfang eine bestimmte Richtwirkung zu erzielen, können weiter erfindungsgemäß mehrere auf den gleichen Ton abgestimmte Schwingungsgebilde mit ihren Enden starr mit einer bzw. zwei Platten gemeinsam verbunden sein, deren strahlende Flächen groß zur Wellenlänge des Eigentones des gesamten SchWillgUngsgebildes sind. Weiter kann zur Erzielung von Richtwirkungen die Einrichtung so getroffen werden, daß die strahlenden Flächen des Schwingungsgebildes im Brennpunkt von parabolischen Reflektoren angeordnet sind.
Die Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen beispielsweise und schematisch veranschaulicht; es stellt dar Ahb. i den schematischen Aufbau eines Schwingungsgebildes gemäß der Erfindung, Abb. 2 edlen Schnitt durch die Gesamtheit der magnetostriktiven Glieder dieses Scliwinung LIsgebildes nach der Linie II-11 der Abb. i, Abb. 3 einen Schnitt durch ein aus radial allgeordneten Blechstreifen aufgebautes Schwingungsgebilde, Abb.4 eine Schallsender bzw. -eiiipfäilger finit einer Strahlungsfläche, 4bI1. 5 einen Sender bzw. -einpfänger finit zwei Strahlungsflächen.

Bei der Ausführungsform nach Atlll. i sind mit i in Form von dünnen Stäben (Drähten ausgebildete niagnetostriktive Gliederbezeichnet, die parallel zueinan#ler ohne gegenseitige metallische Berührung angeordnet sind. Sie werden durch zwei Isolierscheiben 2, die mit entsprechenden I_ichern versehen sind, im richtigen Abstand voneinander gehalten. Die einzelnen Schwingungsglieder i sind leicht von genau gleich großer Länge herzustellen und haben infolgedessen jedes für sich dieselbe Abstimmung. All den Enden dieser nia-netostriktiven Glieder sind zwei Metallniassen 3 und 1. allgeordnet, die mit den Gliedern i durch Löt- oder Schweißmasseil 5 bzw. starr verbunden sind. An Stelle besondere Isolierscheiben 2 z_ti verwenden, können auch clie Endmassen 3 und 1. selbst mit den eiltsprechenden Löchern oder Schlitzen versehen werden, in die dann die Stäbe eingesetzt werden, so daß auf diese Weise eine Berührung der Stäbe auf ihrer Liingsauscleliiiun" verhindert wird. L-in den Schwingungskörper-

herum ist eine Spule 7 angeordnet. Wird

t@`c@cliselstroin durch diese Spule 7 geschickt.

so wird das gesamte Schwingungsgebilde zti

starken Eigenschwingungen erregt, wenn die

Periode des Wechselstromes finit der Eigen-

schwingung des SchwingungSgebil'les über-

einstimmt. Die Spule? kann zur Erhöhung der

Wirkung gleichzeitig finit Gleichstrom gespeist

werden, um dem Schwingungsgebilde ein,-

bestimmte Vorinaglietisierun- zu geien.

Durch diese Ausbildung des Sclicvinguiigs-

gebildes wird einerseits erreicht, dali ein ein-

heitlicher Körper 1-o11 ganz. bestimmtem Eigen-

ton entsteht, a.n.dererseits werden durch die

vollkommen starre Verbindung rler schwin-

genden Glieder mit den EiAinassen und durch

rlie _ Vermeidung von i_soliereil-ien Zwischen-

lagen die Verluste auf ein Mindestmalü her-

abgesetzt.

Abh. 2 zeigt einen Schnitt durch ;sie nia-

glletostril:tiven Glieder der Abb. r und läßt

erkennen, daß cler zur Verfügung stellende

Querschnitt in möglichst hohem Maße finit

magnetostriktivem Material ausgifiilit ist.

Die Lufträume sind so klein bemessen, dall

eine Isolation der Glieder vonc inailler gerade

noch gewährleistet ist. C-111 Verluste in den

Endinasseii 3 und 1. ries Schwingungsgebildes

möglichst zti vermeiden, können diese Etl-l-

inassen geschlitzt werden oder aus besonderem

Material voll großem elektrischeinWiderstand

hergestellt sein.

Abb. ; zeigt eitlen Querschnitt durch ein

Scliwin-tingsgel>ilde flach einer etwas anderen

Ausführungsform, welches aus Blechstreifen i'

aufgebaut ist, die radial um die Längsachse

des Schwingungsgebildes angeordnet sind.

Bei der Herstellung werden zwei Sclieülen

aus Isoliermaterial- finit ka@iialschlitztn, die

der Dicke der verwendeten Blechart eilt-

sprechen, versehen, in diese die Blechstreif`:i

eingesetzt und iin richtigen _@i>staarl v@@n@in-

,

arider gehalten. Die Endflächen si@#,er E?ec.ir

«-erden feie bei deal @chwingun@sgcbil@ie der

Abb. i starr iiiitciilaii,l?r durch t_@itttng oder

Schweiliun- 1>7w. durch aufgebrachtes, z.13.

aufgebackenes Isoliermaterial verbunden.

Selbstverständlich ist die Aiioi--Inung @ler

inagnetostriktiven Glieder nicht auf eilst

Kreisanordnung nach deal Aüb. 2 un'i 3 be-

schränkt: diese können vielmehr in jeder bu-

liebigen, dem besonderen Zu-eck an,c#@al:,tfn

llonfiguration angeor-liiet #,ver Alen.

AN). -1 zeigt einen @cilallsen@i:r bzw. -rnll@-

f:inger,1>ei dein -z in magnetostrilctiver schwIn-

gungskorper ` 1111t seiner einen I-11CI11iasse 9 in

eine Metallplatte 1o voll groll@r Masse eiil-

.L#est-liratil>t ist, ~vä hreiA clie an,.lei-e @nlmas:c.

i i clie Schwin-ungen auf (las 'Vasser über-

tr;iI-t. Eine Spule 1 2 ist in einem Gehäuse 13

ans I,#,Tiermaterial --I i- von zvlill-

drischem Querschnitt um den Schwingungskörper 8 herum angeordnet und wird durch Feststellmittel, z. B. einen Schraubring 1d., in diesem Gehäuse festgehalten. Beim Zusaminenbau des gesamten Gehäuses wird die Platte io auf das zylindrische Gehäuse 13 unter Zwischenlegung eines Dichtungsringes 15 aufgeschraubt und über die Außenfläche der Endmasse i i eine Membran 16 beispielsweise aus Metall gelegt, die mit ihrem freien Außenrande in beliebiger Weise an dem Gehäuse 13 befestigt, z. B. auf das Gehäuse mit Hilfe eines Klemmringes 17 aufgepreßt wird. Eine aus Metall bestehende Membran wird hierbei zweckmäßig auf die Endmasse i i aufgelötet oder aufgeschweißt. Die Spule i -q ist durch eine Kabelleitung 18 mit der Wechselstrom- und Gleichstromquelle bzw. mit einem Verstärker verbunden. Wird Wechselstrom durch die Spule 12 geschickt, so führt die Endmasse i i kräftige Schwingungen aus, die auf .das Wasser als Schall übertragen werden. Kommen umgekehrt Schallwellen an der Membran 16 an, so wird ebenfalls der Sch.wingungskörper zu Schwingungen erregt; und in der Spule 12 werden entsprechende Wechselströme erzeugt, die durch einen Verstärker verstärkt und abgehört werden können. Wesentlich ist, daß zwischen dem Gehäuse 13 und der als Kolben wirkenden Endmasse ii nur ein sehr geringer Zwischenraum ist, um eine Durchbiegung der dünnen Membran 16 an dieser Stelle möglichst zu vermeiden. An Stelle der Membran 16, die nur zur Abdichtung des Gehäuses dient, kann auch anderes Dichtungsmaterial verwendet werden, z. B. Gummi, das in die schmalen Zwischenräume zwischen Kolben ii und Gehäuse 13 eingepreßt wird.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 5 ist ein inagnetostriktiver Schwingungskörper i9 finit als Kolben ausgebildeten Endmesser. 20 und 21 in der Mittelachse eines aus zwei Hälften >? und 23 bestehenden Gehäuses angeordnet. Er wird in dieser Lage gehalten durch eine Platte 2.1 aus Isoliermaterial. welche zwischen den ,beiden Gehäusehälften eingespannt ist. Um das Schwingungsgebilde herum -ist eine aus zwei Teilen 25 und 26 bestehende Spule angeordnet. Zur Verbesserung des magnetischen Schlusses ist innerhalb der Gehäusehälften 22 und 23 ein ebenfalls aus zwei Hälften bestehendes Joch 27, 28 aus magnetischem Material eingesetzt, welches mit seinen Endflächen 29, 30 dicht an die Enden des magnetostriktiv en Körpers heranreicht. .Das gesamte Gehäuse ist wasserdicht abgedichtet einerseits durch Dichtungsringe 31 und 32 auf der Halteplatte 14. andererseits durch Gummiringe 33 und 34, die auf die z. B. konisch zugespitzten Kolben 2o und 21 beim Zusammensetzen der Gehäusehälften 2 und 23 aufgepreßt werden.
Schwingungsgebilde .gemäß der Erfindung können Anwendung finden für den Signalverkehr durch das Wasser zwischen Schiffen, insbesondere Unterseebooten, bei Anwendung hoher Frequenzen. Mit Vorteil werden derartige Schwingungsgebilde bei Einrichtungen zur -,#,bs-tandsmessting nach dem Echoverfahren verwendet. Hierbei ist es zweckmäßig, die strahlenden Flächen des Schwingungsgebildes so groß zu wählen, daß eine Richtwirkung senkrecht zur strahlenden Fläche des Schwingungsgebildes entsteht, d. h. man muß die Abmessungen der strahlenden Fläche groß wählen zur Wellenlänge der verwendeten Schwingungen. Die Eigenschwingung des Schwingungsgebildes wird zweckmäßig in die .Nähe oder oberhalb der Hörgrenze gelegt.
Die Erregung des Schwingungsgebildes kann durch Wechselstrom erfolgen, der von einer Umformeriiiaschine oder einem Röhrensender geliefert und durch einen Taster getastet wird, oder es kann auch eine impulsartige Erregung vorgenommen werden durch Gleichstromstöße, Entladung eines Kondensators öder durch gedämpfte Schwingungen eines Senderkreises mit Funkenstrecke.

Claims

PATENTANSPRLTCHE i. M.agnetostriktiver Schwinger für Unterwasserschall mit einer Vielzahl von dünnen. gleich langen, magnetostriktiven und ohne gegenseitige metallische Berührung angeordneten, longitudinal schwingenden Einzelgliedern (Drähten, dünnen ' Stäben, Blechstreifen, dünnwandigen Rohren o. dgl.), dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer einheitlichen Schwingung Lies aus den Einzelgliedern gebildeten magnetostriktiven Schwingers zwei gegenüber der Masse der einzelnen Schwingungsglieder große starre Endmassen vorhanden sind, mit .denen jedes der Einzelglieder an seinen Enden unmittelbar und fest verlötet oder verschweißt ist.
2. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsgebilde aus Blechstreifen aufgebaut ist, die, radial und hochkant stehend, tnn die Längsachse des Schwingung sgel>ildes herum angeordnet sind.
3. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Endmasse des schwingungsfähigen Körpers durch einen Teil eines metallischen Gehäuses großer Masse gebildet wird bzw. mit einem solchen starr verbunden ist, während die andere Endmasse als Kolben ausgebildet ist, welcher die Schwingungen auf das Wasser überträgt bzw. die Schwingungen aus .dem Wasser aufnimmt.
4. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endmassen als Kolben gleicher Masse ausgebildet sind, ,deren Endflächen auf das Wasser wirken, während :die Gesamtheit der magnetostriktiven Glieder entweder in ihrer Mittelzone starr mit einem Gehäuse verbunden oder elastisch im Gehäuse gelagert ist.
5. Magnetostriktiver Schwinger nach den Ansprüchen i .bis .l, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenden Flächen des Schwingungsgebildes im Brennpunkt von parabolischen Reflektoren angeordnet sind.
6. Nlagnetostriktiver Schwinger nach den Ansprüchen i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß mehrere auf den gleichen Ton abgestimmte Schwingungsgebilde mit ihren Enden starr mit .einer bzw. zwei Platten gemeinsam verbunden sind, deren strahlende Flächen groß zur Wellenlänge des Eigentones des gesamten Schwingungsgebildes sind. ;. Nl.agnetostrilctiver Schwinger nach den Ansprüchen i bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung eines guten magnetischen Schlusses der N%reg zwischen den Enden des Schwingungskörpers durch ein die Spule umgebendes Joch aus dünnen Eisenblechen oder einem anderen magnetischen Material mit geringen Verlusten überbrückt ist.