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Einrichtung zur Erzeugung von Schallschwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen
Bei der Erzeugung von Schall-, insbesondere Ultraschallschwingungen, hat es sich
gezeigt, daß die Belegung des Schwingerzeugers, z. B. des Schwingquarzes, stellenweise
sich von ihrer Unterlage löst. Die in bekannter Weise meist aufgedampfte Belegung
wird dadurch in ihrer Wirksamkeit als Überträger der elektrischen Energie auf den
Schwingerzeuger in nachteiligster Weise beeinflußt. Die vorgenannte Veränderung,
die bis zu einer stellenweisen Zerstörung der zusammenhängenden Belegung führen
kann, ist der Grund, das Schwingerzeuger der vorgenannten Art, insbesondere bei
hohen Belastungen, nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit unbrauchbar werden.
Vor allem bei den in üblicher Weise rund ausgebildeten Schwingerzeugern hat sich
gezeigt, daß nach kurzer Zeit auf der Belegung kreisförmige konzentrische Ringe
sichtbar werden. An diesen Stellen hat sich die Belegung in der vorerwähnten Weise
verändert.
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Die Ursache dieser nachteiligen Wirkungen der Schallerzeugung bei
den Schallerzeugern selbst ist wahrscheinlich darin zu suchen, daß neben den in
der Hauptsache longitudinalen Schallwellen Transversalwellen auftreten, die sich
den erstgenannten überlagern und in der vorgenannten nachteiligen Weise die Belegung
des Schwingerzeugers beeinflussen.
Durch die Erfindung werden diese
Nachteile in weitgehendem Maße behoben, so daß die Verwendungsmöglichkeit der Schwingerzeuger
ganz bedeutend verlängert wird.
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Der Gegenstand der Erfindungbesteht in einer Einrichtung zur Erzeugung
von Schallschwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen, wobei der Abstand
der Randfläche des Schallerzeugers von seinem Mittelpunkt so bemessen ist, daA der
Abstand der ganzen Randfläche des Schallerzeugers von seinem Mittelpunkt ein nicht
ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der bei der Schallerzeugung auftretenden
Transversalwellen ist.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann auch so ausgebildet sein,
daß der Schallerzeuger an seiner Randfläche derart, z. B. gewellt, ausgebildet ist,
daß ein Teil der Randfläche des Schallerzeugers von seinem Mittelpunkt ein nicht
ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der bei der Schallerzeugung auftretenden
Transversal schwingungen beträgt.
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Die Fig. i und 2 stellen beispielsweise und in schematischer Form
einen rund ausgebildeten SchwingerzeugerinDraufsicht (Fig. i) und im Querschnitt
(Fig. 2) dar. Bei diesem Quarzschwinger sind der Piezoquarz mit dem Bezugsschein
i und die Belegungen mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Der Schwingerzeuger weist
als äußere (periphere) Begrenzung eine gleichmäßig verlaufende, kreisförmig gekrümmte
Fläche 3 auf. Gemäß der Erfindung ist der Abstand r der äußeren Begrenzung 3 vom
Mittelpunkt M des Schwingers so bemessen, daß die ganze Begrenzungsfläche, d. h.
sämtliche Punkte dieser Fläche, von dem Mittelpunkt M des Schwingers so weit entfernt
sind, daß der Abstand ein nicht ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der
bei der Schallerzeugung auftretenden Transversalwellen beträgt. Es ist aber auch
möglich, die äußere Begrenzungsfläche des Schwingerzeugers so auszubilden, daß nur
ein Teil, vorteilhafterweise natürlich ein möglichst großer Teil, der äußeren Begrenzungsfläche
vom Mittelpunkt M des Schwingerzeugers einen Abstand aufweist, der ein nicht ganzzahliges
Vielfaches der halben Wellenlänge der bei der Schallerzeugung auftretenden Transversalwellen
darstellt. Diese Maßnahme hat sich dann als sehr vorteilhaft erwiesen, wend durch
die Anpressung der Zuführungsteile für die elektrische Energie auf die Belegung
des Schwingers, die bekanntlich u. a. mittels starker, durch Federdruck aufgepreßter
Ringe erfolgt, Veränderungen in der Ausbildung der schädlichen Wellen auftreten,
die mitunter auch bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Schwingers nach Fig.
i noch stellenweise zu Veränderungen der Belegungen führen können.
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In der Fig. 3 ist ein Schwingerzeuger dargestellt, bei dem die äußere
Begrenzungsfläche 3, also die Zylinderfläche des Schwingkörpers, ungleichmäßig verläuft,
d. h., wie die Darstellung beispielsweise zeigt, wellenartig ausgebildet ist. Selbstverständlich
ist es auch möglich, diese äußere Begrenzungsfläche z. B. mit senkrecht stehenden
Rillen zu versehen. Bei diesen Ausbildungen stehen zwar nur ein Teil der äußeren
Begrenzungspunkte der Fläche in dem vorgenannten Verhältnis zu den schädlichen Wellen,
doch werden damit die bereits erwähnten Schwierigkeiten, die mitunter bei gleichmäßig
ausgebildeten Begrenzungsflächen wie bei den Einrichtungen gemäß Fig. i und 2 vorhanden
sind, in weitestgehendem Maße ausgeschaltet.
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Es ist aber auch möglich, die äußeren Begrenzungsflächen von Schwingerzeugern
gemäß der weiteren Erfindung so auszubilden, daß sie zu den oberen und unteren Begrenzungsflächen
des Schwingers einen ' vo'n 9o° abweichenden Winkel bilden.
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In den Fig. 4 und 5 sind Einrichtungen zur Erzeugung von Schwingungen
gemäß der Erfindung dargestellt, wobei die Vorrichtung nach Fig. 4 eine nach außen
über die Belegung 2 hinaus beiderseits gleichmäßig keilförmig verlaufende Begrenzungsfläche
3 aufweist.
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Die Einrichtung nach Fig. 5 zeigt eine ebenfalls keilförmig, aber
nur einseitig abgeschrägte Außenfläche 3.
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In Fig. 6 ist ein Schwingerzeuger dargestellt, bei dem die äußere
Begrenzungsfläche schwalbenschwanzförmig ausgebildet ist. Es ist auch möglich, mehrere
dieser oder ähnlich, z. B. rillenartig, ausgebildeten Vertiefungen, die in der äußeren
Begrenzungsfläche waagerecht verlaufen, anzubringen.
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In den Fig. i bis 6 haben einander entsprechende Teile wie der eigentliche
Schwingkörper i und die Belegungen 2 sowie die äußeren Begrenzungsflächen 3 des
eigentlichen Schwingungskörpers die gleichen Bezugszeichen. .
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Die in den Fig.3 bis 6 dargestellten Ausbildungen des Gegenstandes
der Erfindung weisen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit untereinander ungefähr die gleichen
Eigenschaften auf. Die Wirkungsweise dieser Einrichtungen kann im Vergleich mit
der in der Beschreibung bereits erwähnten Wirkungsweise der in der Fig. i dargestellten
Einrichtung damit erklärt werden, daß in Schwingungen versetzte Teilchen, die auf
jeder der Abstandlinien der äußeren Begrenzungsflächen vom Mittelpunkt des Schwingerzeugers
liegen, wobei die Längen dieser Abstandslinien ein nicht ganzzahliges Vielfaches
der halben Wellenlänge der auftretenden Transversalwellen darstellen, die schwingenden
Teilchen, welche auf den anderen Abstandslinien liegen, die auf Grund der Ausbildung
der äußeren Begrenzungsfläche gemäß den Fig. 3 bis 6 dieses günstige Verhältnis
zu den Transversalwellen nicht aufweisen, in ihrer Bewegung abbremsen.
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Der Gegenstand der Erfindung weist in den in den Fig.4 bis 6 beispielsweise
dargestellten Ausführungsformen noch den weiteren, sehr beachtlichen Vorteil auf,
daß durch die räumlich über die Belegung radial nach außen hinausgehende Begrenzungsfläche
des eigentlichen Schwingkörpers elektrische Überschläge zwischen den Belegungen
vermieden werden. Diese Überschläge traten bisher mitunter bei Schallerzeugern auf,
deren Belegung mit dem Schwingkörper am äußeren Rand ganz oder
nahezu
bündig abschlosst», Vor allem sind diese l'Iberschläge l )ei der Verwendung großer
Energien, und bei eckiger, z. B. rechteckiger oder quadratischer Ausbildung des
Schallerzeugers festzustellen, weil bei diesen durch das Vorhandensein von Ecken
Spitzenwirkungen, d. h. bevorzugte Gebiete elektrischer Aufladungen vorhanden sind.
Aus diesen Gründen hat man bisher Schallerzeugern für hohe Belastungen eine runde
Form gegeben.
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Die Ausbildung gemäß der weiteren Erfindung vergrößert die Sicherheit
gegen elektrische Überschläge zwischen den Belegungen ganz bedeutend und läßt auch
eine sehr beachtliche Steigerung der Belastung zu. Auf Grund dieser besonders vorteilhaften
Ausbildung ist es im allgemeinen gleichgültig, welche Form der gemäß der Erfindung
ausgebildete Schallerzeuger an sich aufweist.