DE7625904U1 - Piezoelektrischer schallwandler fuer die unterwasserschallortung - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft einen piezoelektrischen Schallwandler für die Unterwasserschallortung.

Ein piezoelektrisches Schallwandlerelement (auch "Tonpilz" genannt) besteht heutzutage meist aus einer Säule von Keramik-Scheiben (Barium-Titanat o. dgl.) und weist einen Schallkopf (die
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Strahlermasse) aus Leichtmetall (Aluminium oder Aluminiumlegierung) auf.

Ein solches Wandlerelement darf im Gegensatz zu den magnetestriktiven Wandlern aus akustischen und elektrischen Gründen nicht dem Wasser ausgesetzt sein; daher baut man das Wandlerelement in ein zum Schallkopf hin offenes Leichtmetallgehäuse ein und umgibt das Ganze noch mit einer Umhüllung aus Gummi oder aus einer Kunststoff-Vergußmasse.

Nun gibt es jedoch keine Vergussmasse und keine Gummisorte, die auf längere Dauer absolut wasserabweisend ist. Selbst eine in dieser Hinsicht als gut bekannte Gummisorte nimmt bei einem 7-Tage-Versuch bereits 3% (Gewichtsprozente) Wasser auf. Für eine ebenfalls als gut bekannte Vergussmasse wird vom Hersteller 1,4 1,6% Wasseraufnahme angegeben. (Normfrist der Wassereinwirkung: 7 Tage). Dieselbe Vergussmasse hatte nach 1/2 Jahr ununterbrochener Wassereinwirkung bereits 3% Wasser aufgenommen. Von einem Schallwandler wird jedoch üblicherweise erwartet, dass er jahrelang betriebsfähig bleibt.

Es hat sich nun herausgestellt, dass die, wenn auch verhältnismäßig geringe eingedrungene Feuchtigkeitsmenge eine Wirkung zeitigt, die den Wandler unbrauchbar macht. Sobald nämlich die Feuchtigkeit die Umhüllung durchdrungen hat und an die Leichtmetall-Oberfläche gelangt ist, beginnt das Leichtmetall zu oxydieren, d. h. der Sauerstoff des Wassers wird chemisch gebunden, während der Wasserstoff frei wird. Zwar ist die pro Zeiteinheit freiwerdende Menge des Wasserstoffgases recht gering, da sie aber aus der Umhüllung nicht entweichen kann, erzeugt die sich im Laufe der Zeit ansammelnde Gasmenge einen beachtlichen Überdruck innerhalb der Umhüllung. Dieser bewirkt ein Aufblähen der Umhüllung, und da der vor der Fläche der Strahlermasse befindliche Teil der Umhüllung hierbei die nachgiebigste Stelle bildet, verformt sich der vor dieser Strahlerfläche befindliche Teil der Umhüllung zu einer wasserstoffgefüllten Kugelkalotte, deren Höhe durchaus in der Größenordnung von 20 mm liegen kann.

In diesem Zustand aber ist die Fähigkeit des Wandlers, Schall abzustrahlen, auf einen geringen Bruchteil des Normalen herabgesetzt, da hierbei eine Grenzschicht zwischen zwei Medien von sehr unterschiedlicher Dichte entstanden ist, die bekanntlich den Schall, der abgestrahlt werden soll, reflektiert, anstatt ihn weiterzuleiten.

Die Neuerung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Aufbläh-Effekt zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Die Unteransprüche treffen eine zweckmäßige Auswahl aus den bekannten Korrosionsschutz-Möglichkeiten.

Es ist zwar an sich bekannt und üblich, Metalle, die zum Oxydieren neigen, mit einem oxydationshindernden Oberflächenschutz zu versehen. Bei einem Schallwandler jedoch, der voraussetzungsgemäß bereits mit einer Gummi- oder Kunststoffumhüllung versehen ist, musste dem Durchschnittsfachmann ein solcher zusätzlicher Oberflächenschutz bis zum Auftreten des erwähnten Aufbläh-Effektes und dem Erkennen seiner Ursache überflüssig erscheinen.

Anhand des gezeichneten Ausführungsbeispiels wird die Neuerung näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt die Seitenansicht eines Schallwandlers der vorausgesetzten Art. Am vorderen Ende des Wandlers, d. h. an dem Ende, an dem sich der Schallkopf 1 befindet, ist die Gummiumhüllung 2 aufgeschnitten dargestellt. 3 ist die Fuge zwischen dem Schallkopf 1 und dem Wandlergehäuse 4. Die gestrichelt gezeichnete Kalotte 5 soll andeuten, in welch starkem Maße die Gummiumhüllung 2 aufgebläht werden würde, wenn die neuerungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme nicht getroffen wird. Die dargestellte Verformung ist einem Versuchsergebnis nachgezeichnet.

In der Fig. 2 ist ein Längsschnitt des vorderen Teils des Wandlers in vergrößertem Maßstab dargestellt.

Die besonders stark ausgezogenen Umrisslinien 6, 7 und 8 bezeichnen den mindest erforderlichen Teil der Oberfläche des Schallkopfes 1 und des Gehäuses 4, der mit einem oxydationshindernden Oberflächenschutz zu versehen ist.

Claims (3)

1.) Piezoelektrischer Schallwandler für die Unterwasserschallortung, bei dem das aktive Wandlerelement einen Schallkopf aus Leichtmetall (Aluminium oder Aluminiumlegierung) aufweist und in ein ebenfalls aus Leichtmetall bestehendes Gehäuse eingebaut ist, und welcher Wandler insgesamt mit einer Umhüllung aus Gummi- oder aus einer Kunststoff-Vergußmasse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) und der Schallkopf (1) des Wandlers mit einem dauerhaft oxydationshindernden Oberflächenschutz versehen sind.

2.) Piezoelektrischer Schallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) und der Schallkopf (1) des Wandlers mit einem edleren Metall, vorzugsweise Chrom oder Nickel, überzogen sind.

3.) Piezoelektrischer Schallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) und der Schallkopf (1) des Wandlers durch galvanischen Oxydieren (Eloxieren) ihrer Oberfläche gegen weitere Oxydation geschützt sind.