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Vorrichtung zum Senden oder Empfangen von Schallweilen Die Erfindung
bezieht sich auf ein gekoppeltes Schwingungssystein, bei dem zwei Schwinger unmittelbar
durch Gegeneinanderdrücken in einem Schwingungsbauch miteinander gekoppelt sind.
Der eine Schwinger besteht dabei aus einem elektroakustischen Wandle#r, vorzugsweise
einem Magnetostriktionsschwinger, während der andere Schwinger mechanisch entweder
vomWandler oder durch von außen auf ihn kommende mechanische Schwingungen erregt
wird.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der gekoppelte, mechanisch
erregbare Schwinger aus einem Stoff besteht, dessen Schallgeschwindigkeit sich von
der des elektroakustischen Wandlers wesentlich, vorzugsweise um etwa den Faktor
2, unterscheidet. AlsStoff höhererSchallgeschwindigkeit kann hierbei vorteilhaft
Sinterkorund, als Stoff geringerer Schallgeschwindigkeit Acrylharz verwendet werden.
Die Kopplung eines Wandlers mit ZD einem Schwinger von wesentlich unterschiedlicher
Schallgeschwindigkeit bringt Vorteile in mehrfacher Hinsicht. So läßt sich beispielsweise
die Verbindung zweier Ringschwinger bei einer solchen Stoffauswahl vereinfachen
und verbessern, indem der elektroakustische Wandler von einem Ring aus Stoff höherer
Schallgeschwindigkeit, z. B. Sinterkorund, fest umschlossen ist bzw. selbst einen
Ring aus Stoff niederer Schallgeschwindigkeit, z. B. Acrylharz, umschließt. Da.
die Eigenf requenz eines einfachen Ringschwingers von der Schall.-geschwindigkeit
und dem mittleren Durchmesser abhängig ist, -sind zur Erlangung gleicher Eigenfrequenz
von Wandler und gekoppeltern Schwinger keine besonderen Maßnahmen, wie Anbringung
von Massen, erforderlich.
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Auch bei einfachen stabförmigen Schwingern läßt sich durch die erfindungsgemäße
Kombination von Stoffen verschiedener Schallgeschwindigkeit
ein
zweckmäßigerer Aufbau erzielen. Zur Behandhing von Körpern mit Schallwellen, insbesondere
zur Behandlung von Schmelzen durch Eintauchen des gekoppelten Schwingers in die
Schmelze, erreicht man durch Verwendung eines gekoppelten Schwingers mit höherer
Schallgeschwindigkeit den Vorteil einer größeren Längenabmessung des ge-
koppelten
Schwingers, so daß sich der wärmeempfindliche elektroaktistischeWandler in größerer
Entfernung von der zu behandelnden Schmelze befindet und so-mit leichter gegen den
Einfluß der Schmelzwärme oder eine sonstige Beeinflussung durch das zu behandelnde
Gut geschützt werden kann. Bei Verwendung des gekoppelten Schwingungssystems als
Sender oder Empfänger von Schallwellen, insbesondere auf Schiffen, dagegen läßt
sich durch Verwendung eine-s gekoppelten Schwingers aus Stoff geringer Schallgeschwindikeit
eine besonders gedrungene Bauweise erzielen.
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Schließlich bietet die Erfindung auch noch die vorteilhafte Möglichkeit,
den elektroakustischen Wandler und den mit ihm gekoppelten Schwinger, insbesondere
wenn dieser eine geringere Schallgeschwindigkeit aufweist, parallel zu schalten,
indem der Schwinger geringerer Schallgeschwindigkeit mit seinen Endflächen fest
an den der Schwingermitte, zugewandten Flächen des Schwingers höherer Schallgeschwindigkeit
anliegt.
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Die Erfindung. sei an mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
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Abb, i zeigt einen Ringschwinger in einem Querschnitt in schematischer
Darstellung, Abb. 2 ein Schwingungssystem zur Schallbehandlung von Schmelzen.
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Abb. 3 eine Vorrichtung zum Senden oder Empfangen von Schallwellen
auf Schiffen, Abb. 4 und 5 ein Schwingungssystem mit Paraltelschaltung der
beiden gekoppelten Schwinger in Stirn- und Seitenansicht.
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Abb. i zeigt ein ringförmiges Schwingungssystem, bei dein ein ringförmiger,
als Magnetostriktionsschwinger ausgebildeter elektro,akustischer Wandler sowohl
an seiner zylindrischen Innen- als auch Außenfläche mit je einem mecha,-nisch
von dem Wandler i erregten bzw. diesen mechanisch erregenden Schwingerz bzw.
3 gekoppelt ist. Die drei Ringschwinger sind so zusa,mmengefügt, daß sie
mit einem gewissen Druck fest aneinanderliegen, so daß eine zuverlässige Kopplung
der Schwingungen gewährleistet ist. Sämtliche drei Schwinger sind auf die gleiche
Frequenz abgestimmt. Dies ist trotz des verschiedenen Durchmessers der Schwi.nger
dadurch erreicht, daß sie aus Stoff verschiedener Scha.11-geschwindigkeit bestehm
Der Magnoto#str,iktic>nsschwinger i hat z. B. eine Schallgeschwindigkeit von etwa
5ocio ni/sec, der innere Ringschwinger 2, besteht aus einem Stoff geringer Schallgeschwindigkeit
Von 2000 rn/sec, beispielsweise aus Acrylharz, und der äußere Ringschwinger
3 aus einem Stoff hoher Schallgeschwindigkeit von 96oo m/sec, vorzugsweise
aus Sinterkorund. Das beschriebene Ringschwinggungssystem kann zu verschiedensten
Zweck-en Anwendung finden, beispielsweise zur Schallbehandlung von Stoffen. Hierbei
lä:ß-t es sich als Durchflußrohr verwenden. Der äußere Ringschwinger3 kann gegebenenfalls
fortfallen, umgekehrt ist für andere Verwendungszwecke der innere Ringschwinger
gegebenenfalls zu entbehren, so z. B. bei der Verwendung des gekoppelten Schwingungssysterns
zum Senden oder Empfangen von Schallwellen für Signalzwecke, aber auch für Zwecke
der Schallbehandlung, wenn das zu behandelnde Gut nicht durch den Ringschwinger
hindurchfließt, sondern den äußeren Ringschwinger3 unIgibt.
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Die Abb.:2 bis 4 zeigen gekoppelte Schwingungssysteme, bei denen sowohl
der elektro,akustische Wandler als auch der mechanisch erregte Schwinger als stabförmige
Longitudinalschwinger ausgebildet sind. In den Ausführungsbeispielen Abb. 2 und
3 sind die beiden gekoppelten Schwinger hintereinandergeschaltet und in ihrem
Schwingungsba,uch miteinander gekoppelt. Der Wandler besteht aus einem magnetostriktiven,
mit einer Wicklung4 versehenen Schwinger5 und ist mit dem mechanischen
" Schwinger8 durch Gegeneinanderdrücken der Endflächen der beiden Schwinger
mit Hilfe einer, Spannvorrichtung 6 gekoppelt. Die Spannvorrichtung greift
in den Schwingungsknoten der beiden Schwinger an.
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Das in Abb. 2 dargestellte Schwingungssystem dient zur Schallbehandlung
von Stoffen bei hoher Temperatur, insbesondere zur Behandlung von Metallschmelzen.
Um den Magnetostriktionsschwinger gegen den Einfluß der Schmelzwärme zu schützen,
ist dieser von einem Kühltopf 7 umschlossen, der im Schwin#gungsknoten des
mechanisch erregten Schwingers 8 gehalten wird.
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Der mechanisch erregte Schwinger 8 ist aus Sinterkorund oder
einem sonstigen geeigneten Stoff hoher Scha-llgeschwindigkeit hergestellt. Das hat
den Vorteil"daß das freie, aus dem KühltOPf 7
herausragende -und in die Schmelze
einzutauchende Ende des Schwingers 8 eine große Länge- aufweist, so daß zwischen
dem elektroakustischen, warmeempfindlichen Wandler und der Schmelze ein verhältnismäßig
großer, den Wärmeschutz erleichternder Abstand gewährleistet ist.
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Bei der in Abb. 3 dargestellten Anwendung des gel<oppelten,
Schwingungssystems als Sender oder Empfänger für Schallwellen, z. B. auf Schiffen,
ist im Gegensatz zur Ausführung nach Abh. 2 eine möglichst gedrungene Bauart anzustreben.
Zu diesem Zweck kann der mechanisch erregte Schwinger 9 vorteilhaft aus Acrylharz
hergestellt sein, das eine wesentlich geringere Schallgeschwindigkeit aufweist als
das Material des magnetostriktiven Schwingers und somit die gesamte Bauhöhe des
Schwingungsgebildes nur unwesentlich vergrößert. Dadurch ist die Verwendungsfähigkeit
der gekoppelten Schwingungssysteme für den vorliegenden Zweck wesentlich gefördert.
Das gekoppelte Schwingungssystem hat für den Einbau auf Schiffen den Vorteil, daß
der elektroakustische
Schwingger abgenommen oder ersetzt werden
kann, ohne die Verbindung zwischen dem außenliegenden, mechanisch erregten Schwinger
und der Bordwand des Schiffes zu lösen. Es können somit etwa erforderliche Reparaturen
ohne Docken des Schiffes durchgeführt werden. Der Schwingerg steht mit seiner strahlenden
bzw. empfangenden Fläche io in unmittelbarer Berührung mit dem Wasser. Er ist so
in eine Öffnung der Schiff swand i i eingebaut, daß er selbst als Verschluß dieser
Öffnung wirkt. Dabei ist der Außensch-winger 9 zweckmäßig so angeordnet,
daß seine Strahlfläche io in der Ebene der Schiffswand liegt. Der innenbords liegende
Teil des Schwingungssys#tems ist von einem Schutzgehäuse i?, umschlossen, das bei
Verwendung als Empfänger mit Luft und bei Verwendung als Sender mit Öl gefüllt
sein kann. Die Wicklung 4 des Schwingers 5 ist an einen elektrischen Erregerstromkreis
oder einen -Verstärker angeschlossen. Bei Verwendung als Sender ist die rückseitige
Fläche des Schwingers 5 zweckmäßig noch durch eine Schallabschirmung, beispielsweise
Schaumgummi 13, abgedeckt.
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4 und 5 zeigen eine Anordnung, bei der der elektroakustische
Wandler und der mechanisch erregte, mit ihm gekoppelte Schwinger, im Gegensatz zu
den Ausführungen nach Abb. 2 und 3, nicht t' hintereinander, sondern parallel
geschaltet sind. Der aus einem Stoff hoher Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise Sinterkorund,
bestehende, mechanisch erregte Schwinger 14 ist mit einer Anzahl von Schlitzen 15
zur Aufnahme des aus einzelnen Lamellen 16 bestehenden magneto;striktivenSchwingers
versehen. Die Lamellen liegen mit ihren Endflächen fest gegen die Innenseite der
Schlitze 15.
Zur Aufnahme der Wicklung sind sowohl die Lamellen, als auch
der mechanisch erregte Schwinger 14 mit quer zu den Schlitzen 15 liegenden Schlitzen
17 versehen.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich.