DE911222C

DE911222C - Sound transmitter

Info

Publication number: DE911222C
Application number: DEP3913D
Authority: DE
Inventors: Hermann Papst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1943-05-27
Filing date: 1943-05-27
Publication date: 1954-05-10

Description

Schallsender Die Leistung der Schallsender nach dem magnetostriktiven und piezoelektrischen Prinzip ist durch die zulässigen, nur sehr kleinen Längenänderungen der Schwinger begrenzt. Es sind auch thermische Ultraschallgeber mit Knallfunkenentladungen oder Lichtbogen versucht worden, doch haben diese keine praktische Bedeutung erlangt, offenbar, weil die Schwingungen in Gasen erfolgten, so daß die Elektroden daran im wesentlichen unbeteiligt blieben.Sound transmitter The performance of the sound transmitter according to the magnetostrictive and piezoelectric principle is due to the permissible, only very small changes in length the transducer is limited. There are also thermal ultrasonic generators with popping spark discharges or arcing has been attempted, but these have no practical significance, apparently because the vibrations occurred in gases, so that the electrodes attached remained essentially uninvolved.

Bei Versuchen mit einer einem älteren Vorschlag des Erfinders entsprechenden Höchstdrucklampe ergab sich bei der sehr häufig abreißenden, durch Verdampfen eines Hg-Fadens erzeugten Entladung ein unerwartetes schrilles, heftig zischendes Geräusch. Diese Lampe bestand aus zwei am Rande durch Schrauben zusammengespannten Stahlscheiben, welche in der Mitte zwischen dicht gequetschten Elektroden eine Saphirkugel von 8 min Durchmesser mit einer Durchbohrung von o,8 mm Durchmesser einspannten, die mit Quecksilber gefüllt war, nebst einem verschweißten Füllrohr, welches als kleiner Dehnungskessel so bemessen war, daß bei einem Druck von 2ooo at etwa i mms Hg mehr aufgenommen werden konnte, um einer entsprechenden Dampfblase in der Saphirbohrung Raum zu geben. Dabei ist jedoch von einer Zusammendrückun.g des Quecksilbers abgesehen, so @daß der wirkliche Druck geringer war. Die Schwingungen waren beim Anschluß ohne einen Vorschaltwiderstand an Spannungen bis zu i2o Volt schließlich so heftig, daß die Einspannung des .Saphirs offenbar periodisch druckentlastet wurde, so daß nach etwa 2 Minuten durchgehende Risse im Saphir entstanden, aus denen dann etwas Quecksilberdampf austrat.When trying with an older suggestion by the inventor The high-pressure lamp resulted from the very frequent breakdown due to evaporation of a Hg-Fadens discharge produced an unexpected high-pitched, violently hissing noise. This lamp consisted of two steel discs clamped together at the edge by screws, which in the middle between tightly squeezed electrodes a sapphire ball of 8 min diameter with a bore of 0.8 mm diameter clamped, the was filled with mercury, along with a welded filler tube, which was considered to be smaller The expansion tank was dimensioned so that at a pressure of 2,000 at about 1 mms Hg more could be added to a corresponding vapor bubble in the sapphire bore To give space. However, there is no compression of the mercury, so @ that the real pressure was less. The vibrations were without when connected a Ballast resistance at voltages up to i2o volts finally so violent that the Clamping of the .Sapphire was evidently periodically relieved of pressure, so that after about 2 minutes continuous cracks appeared in the sapphire, from which then some mercury vapor resigned.

Es wird beim Gegenstand der Erfindung von der Erkenntnis ausgegangen, daß die Ausnutzung dieser Erscheinung zur Schallsendung die bisherigen Mittel zur Schallerzeugung weit übertreffen kann, da die stoßweisen Verdampfungen keiner Festigkeitsgrenze unterliegen und größere örtliche Raumänderungen des Mittels erzeugen.The subject matter of the invention is based on the knowledge that that the exploitation of this phenomenon for sound transmission the previous means for Sound generation can far exceed, since the intermittent evaporation has no strength limit subject and generate larger spatial changes in space of the agent.

Der Schallsender nach der Erfindung arbeitet daher mit durch Stromdurchgang in eng begrenzten Flüssigkeitsfäden erzeugten stoßartigen Verdampfungen. Die Flüssigkeit kann dabei zwischen schwingfähigen und entsprechend abgestimmten Membranelektroden druckdicht eingeschlossen sein. Die Flüssigkeitsmenge oder die Nachgiebigkeit ist zweckmäßig an den beiden Enden der 1--,anäle verschieden, so daß durch die entstehenden Schwingungen auch Bewegungen der Flüssigkeit durch die Kanäle hindurch eintreten.The sound transmitter according to the invention therefore works with the passage of current shock-like evaporation generated in tightly confined liquid threads. The liquid can choose between vibratory and appropriately matched membrane electrodes be enclosed pressure-tight. The amount of fluid or the compliance is expediently at the two ends of the 1 -, channels different, so that through the resulting Vibrations also occur through movements of the liquid through the channels.

Der Schalldruck kann durch die unmittelbare Erzeugung in der Flüssigkeit sehr hoch werden. Infolge der engen Kanäle und der auftretenden hohen Entladungstemperaturen ist die jeweils zu verdampfende Flüssigkeitsmenge sehr gering und sind daher ein ausreichend günstiger Wirkungsgrad und hohe Schwingungszahlen erreichbar. Die Schwingungszahl ist durch sehr kurze Kanäle, insbesondere solche mit kegeligen Erweiterungen, steigerbar, weil damit eine schnelle Wiedervereinigung der Flüssigkeit und häufigere Schallsendefolge erzielt werden.The sound pressure can be generated directly in the liquid become very high. As a result of the narrow channels and the high discharge temperatures that occur the amount of liquid to be evaporated is very small and is therefore a sufficiently favorable efficiency and high oscillation numbers can be achieved. The number of vibrations can be increased through very short channels, especially those with conical extensions, because with it a quick re-union of the liquid and more frequent sound transmission sequence be achieved.

In Abb. i ist beispielsweise ein solcher Unterwasserschallgeber dargestellt. Auf die Grundplatte und Elektrode i mit gegebenenfalls angrenzendem Hohlraum folgt die Isolierplatte 2 mit mehreren kleinen Löchern 3, die kegelig erweitert sein können. Die Isolierplatte :2 wird zwischen der Membranplatte .4 und der Grundplatte i mittels der Schrauben 5 am Rande dicht eingespannt. Die Schrauben sind gegen i durch aufgewickelte Isolierhülsen 6 isoliert sowie durch einen Isolierring-? unter der Spannplatte B. Letztere kann zur Erzielung eines reflektierenden Hohlraumes ausgedreht sein, wie gestrichelt angedeutet. Die Grundplatte r kann z. B. die Schiffswand sein. An i und 8 erfolgte die Stromzuführung aus der Gleich- oder Wechselstromquelle 9, wobei eine Modulation über einen Transformator io erfolgen kann. Die leitende Flüssigkeit i i wird daher in den engen Bohrungen stoßartig verdampfen, worauf Stromunterbrechung eintritt und die Dampfblasen zusammenbrechen, da die Federwirkung der Platten i und 4. sie wieder zusammentreibt, worauf sich das Spiel wiederholt. Die jeweils verdampfende Flüssigkeitsmenge ist dabei sehr gering, da ihr Volumen durch die sofort einsetzende lichtbogenartige Entladung stark ausgedehnt wird. Die aufzuwendende Verdampfungswärme ist daher mäßig und verringert den Wirkungsgrad nicht allzusehr. Die Flüssigkeit i i ist bei Gleichstrom am besten Quecksilber. Es sind auch leitende Lösungen anwendbar, wenn die durch Elektrolyse gebildeten Gase durch die Entladungen in den Kanälen wieder zur Vereinigung gebracht werden.In Fig. I, for example, such an underwater sounder is shown. Follows the base plate and electrode i with an adjoining cavity if necessary the insulating plate 2 with several small holes 3, which can be widened conically. The insulating plate: 2 is placed between the membrane plate .4 and the base plate i by means of the screws 5 tightly clamped at the edge. The screws are wound against i through Insulating sleeves 6 insulated as well as by an insulating ring-? under the clamping plate B. The latter can be turned out to achieve a reflective cavity, such as indicated by dashed lines. The base plate r can, for. B. be the ship's wall. To i and 8 the power was supplied from the direct or alternating current source 9, wherein a modulation can take place via a transformer io. The conductive liquid i i will therefore suddenly evaporate in the narrow bores, whereupon the current is interrupted occurs and the vapor bubbles collapse, since the spring action of the plates i and 4. pull them together again, whereupon the game repeats itself. The respectively The amount of liquid that evaporates is very small, as its volume is reduced by the instant incipient arc-like discharge is greatly expanded. The one to be expended Heat of evaporation is therefore moderate and does not reduce the efficiency too much. The liquid i i with direct current is best mercury. They are also leaders Solutions applicable when the gases formed by electrolysis due to the discharges be brought back to unity in the channels.

Nach Abb. :2 kann die Isolierplatte 2 aus einer Aluminiumplatte mit starker Oxydschicht oder aus einem Isolierstoff bestehen, wobei die Löcher 3 mit Lochsteinen 12 aus Saphir, Ouarzglas oder anderem lichtbogenfestem Stoff versehen sind.According to Fig. 2 , the insulating plate 2 can consist of an aluminum plate with a thick oxide layer or of an insulating material, the holes 3 being provided with perforated stones 12 made of sapphire, quartz glass or other arc-proof material.

Nach Abb.3 sind die Lochsteine durch eine starke Oxydschicht ersetzt. Wie Abb. 4. zeigt, kann die Platte 2 dabei aus einem sehr dimnen Blech bestehen, so daß die Bohrungen 3 auch ohne kegelige Erweiterungen sehr kurz sein können. ,Ulan wird diese Ausführungen je nach der geforderten Beständigkeit wählen.According to Fig.3, the perforated stones have been replaced by a thick layer of oxide. As Fig. 4 shows, the plate 2 can consist of a very dim sheet metal, so that the holes 3 can be very short even without conical extensions. , Ulan will choose these finishes depending on the resistance required.

Abb.5 gibt eine andere Anordnung des neuen Schallsenders wieder, welche vornehmlich zur unmittelbaren Beschallung von Flüssigkeiten, etwa Glas- oder Metallschmelzen, zwecks Entgasung, Durch- oder Entmischung usw. gedacht ist. Es ist bekanntlich schwierig, die bisher gebräuchlichen Ultraschallstrahler mit der zu beschallenden geschmolzenen Flüssigkeit auf wirksame und betriebssichere Weise in Verbindung zu bringen. Bei dem neuen Verfahren zur Schallerzeugung wird die Verbindung jedoch unmittelbar in die zu beschallende Flüssigkeit verlegt, indem in ihr die periodischen Dampfblasenentladurngen erzeugt werden.Fig.5 shows another arrangement of the new sound transmitter, which primarily for direct sonication of liquids, such as glass or metal melts, for the purpose of degassing, mixing or demixing, etc. is intended. It is known to be difficult the previously used ultrasonic emitters with the molten one to be sonicated To bring fluid into contact in an effective and operationally safe manner. at However, the connection is immediately in the new method of sound generation the liquid to be sonicated is laid by the periodic vapor bubble discharges in it be generated.

In Abb. 5 ist -die Grundplatte i der Abb. i zu einem wassergekühlten Rohr i umgeformt, während die Membranplatte zu einem offenen Rohr q. geworden ist, so daß die Dampfblasenschwingungen unmittelbar in der Schmelze oder Flüssigkeit i i in dem ausschnittweise ersichtlichen Tiegel oder Schmelzhafen 13 erzeugt und abgestrahlt werden.. Das Rohr d. ist wieder mit einem Lochstein oder einer Lochsteinplatte 3 versehen. An der Stirnseite von 4. kann eine größere Scheibenelektrode 14 aus wärmefestem Metall vorgesehen sein, wenn die Leitfähigkeit der Schmelze mäßig ist. Das Rohr i ist zweckmäßig an der Stirnseite durch eine Elektrodenplatte 15 aus lichtbogenfestem Stoff verschlossen, welche durch das innere Wasserrohr 16 unmittelbar gekühlt sein kann. Rohr i ist gegen 4. durch eine wärmeleitende Isolation 7, etwa aus Aluminiumoxyd, getrennt.In Fig. 5 - the base plate i of Fig. I is formed into a water-cooled tube i, while the membrane plate is formed into an open tube q. has become, so that the vapor bubble vibrations are generated and emitted directly in the melt or liquid ii in the crucible or melting port 13 shown in detail. The tube d. is again provided with a perforated stone or a perforated stone plate 3. A larger disk electrode 14 made of heat-resistant metal can be provided on the end face of 4. if the conductivity of the melt is moderate. The tube i is expediently closed on the front side by an electrode plate 15 made of arc-proof material, which can be cooled directly by the inner water tube 16. Tube i is separated from 4. by a thermally conductive insulation 7, for example made of aluminum oxide.

Nach Abb. 6 kann die Anordnung noch In- it einer elektrischen Heizung mit durch das Schmelzbad gehendem Strom verbunden sein. Es ist dann die eine Elektrode i mit der isolierenden Lochplatte 2 abgedeckt, so daß der Heizstrom der Stromquelle 9 schnelle periodische Unterbrechungen in den Löchern 3 mit Dampfblasenstoßschwingungen erfährt. Im Bedarfsfalle wird man zwischen Schmelze und Lochplatte noch eine mitschwingende Trennwand 17 aus Metall anordnen, wenn die zu beschallende Flüssigkeit oder Schmelze von der Dampfblasenflüssigkeit verschieden ist oder davon getrennt werden soll. Die Anwendung dieses Schallerzeugers kann auch zu Signalzwecken erfolgen, insbesondere als von U-Booten oder sonstigen Fahrzeugen abzulegenden Geräten zur Erzeugung von Fehlweisungen bei gegnerischen Ortungsgeräten.According to Fig. 6, the arrangement may still be connected to home it an electric heater with walking through the molten stream. One electrode i is then covered with the insulating perforated plate 2, so that the heating current of the power source 9 experiences rapid periodic interruptions in the holes 3 with vapor bubble shock vibrations. If necessary, a separating wall 17 made of metal that resonates between the melt and the perforated plate will be arranged if the liquid or melt to be sonicated is different from the vapor bubble liquid or is to be separated from it. This sound generator can also be used for signaling purposes, in particular as a device to be put down by submarines or other vehicles for generating incorrect directions in opposing locating devices.

Claims

PATENT CLAIM: Sound transmitter, characterized in that the sound caused by shock-like effects caused by the passage of current in tightly limited liquid filaments Evaporation is generated.