DE2155071A1

DE2155071A1 - Befestigungsvorrichtung für elektro akustische Wandler

Info

Publication number: DE2155071A1
Application number: DE19712155071
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1972-06-08
Also published as: GB1363771A; FR2123070A1; NL7113978A; CA965180A; US3769532A; FR2123070B1

Description

2, Hatneau. La P0USSARAQUE

83 - SANARY /Frankreich

Marcel PERSOMIC

Chemin du PELYOUX Les Routes

83 - TOUL 0 N /Frankreich

Unser Zeichen: T 1101

Befestigungsvorrichtung für elektro-akustische Wandler

Elektro-akustische Wandler derjenigen Art, bei welcher eine die Schwingungen an ein Medium übertragende Masse, eine den Antrieb bildende Säule aus piezoelektrischen * Keramiken und eine Gegenmasse ausgerichtet sind, werden üblicherweise für die Unterwasserakustik verwendet und sind entweder in ihrem Gehäuse oder auf dem Antennenrahmen, der ihre Vereinigung bewirkt, befestigt. .Eine solche Befestigung bietet Schwierigkeiten bei der Entkopplung zwischen dem Antriebaelement, άθε. einem Bereich aufgezwungener Schwingungen unterliegt und soinora Si't.i-er. Zur Lösung dieaou Problems wercie^ LiI)IX■--.'■:.^rv/oine

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zwei Wege beschritten, nämlich eine vollständig nachgiebige Befestigung, z.B. mittels einer kranzförmigen Verbindung oder, im Gegensatz dazu, eine starre Befestigung an einem Schwingungsknoten mittels einer zwischen die piezoelektrischen Keramiken eingeschalteten Elektrode.

Diese Wege ergeben jedoch keine zufriedenstellende Lösung des Problems.

Eine vollständig nachgiebige Befestigung ist nämlich nur bei Wandlern möglich, die niedrigen Umgebungsdrückeii ψ ausgesetzt, also nur bis in eine geringe Tiefe eingetaucht sind. Außerdem bietet eine solche Ausführung keinen Schutz gegen Stöße, Implosionen oder Explosionen, so daß man gezwungen ist, zusätzliche Vorrichtungen zu verwenden, die jedoch die Leistungsfähigkeit des Wandlers beträchtlich vermindern.

Die sehr häufig angewendete starre Befestigung an einem Schwingungsknoten stellt zwar eine teilweise Lösung der vorhandenen Probleme dar, sichert jedoch keine ausreichende Entkopplung. Es ist nämlich nicht immer möglich, die Trägerelektrode genau in einem solchen Knofc tenpunkt anzuordnen, z.B. da diese eine gewisse Dicke hat. Schließlich liegt auch die Stellung der Knotenebene selbst nicht fest. Sie ändert sich in Abhängigkeit von der Frequenz und macht die Befestigung von Wandlern mit sehr großer Bandbreite schwierig.

Die erwähnten Schwierigkeiten, die bei der einen oder der anderen dieser Ausführungen auftreten, wirken sich gewöhnlich in einer Verschlechterung des elektro-akustischen Wirkungsgrades aus, die um so ausgeprägter wird, je größer die Bandbreite des Wandlers und je größer die Tauchtiefe beiu Betrieb des Wandlers ist.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung für einen elektro-akustischen Wandler entweder in seinem dichten Gehäuse oder unmittelbar auf einem Antennengestell und hat die Aufgabe, den geschilderten Mängeln abzuhelfen und insbesondere den elektroakustischen Wirkungsgrad zu vergrößern.

Die Erfindung besteht darin, daß als Befestigungsorgan ein mechanisches, "Trägerelektrode" genanntes Element Verwendung findet, das zwei starre Teile aufweist, die einerseits mit der piezoelektrischen Säule zur Bildung einer der Elektroden durch Ankleben unter Vorspannung und andererseits mit dem Gehäuse, oder allgemein gesprochen, mit dem Träger des Wandlers in Verbindung stehen, wobei zwischen diesen beiden Teilen eine Verbindung von hoher mechanischer Impedanz vorhanden ist, welche unter der Einwirkung des größten hydrostatischen Eintauchdruckes von der Größenordnung von 50 bis 100 Kilo newton bei einem Durchmesser von einigen cm geringe Bewegungen von etwa -i?^ mm zuläßt. Sofern die Vorrichtung gegen Stöße, Explosionen oder Implosionen widerstandsfähig sein soll, sind Anschläge vorgesehen, um die Relativbewegungen des mit der piezoelektrischen Säule verbundenen Teiles zu begrenzen.

Bei der Konstruktion wird das Verbindungselement von hoher mechanischer Impedanz unter verschiedenen Benutzungsbedingungen in der Nähe der Knotenpunktebene angeordnet, wodurch eine optimale akustische Entkopplung der piezoelektrischen Säule gegenüber dem Gehäuse, oder, allgemeiner gesprochen, gegenüber dem Träger gesichert wird.

Die Menge, die Form und die Eigenschaften der verwendeten Materialien zur Herstellung des vorstehend beschriebenen mechanischen Befestigungsorgans sind von den Fabrikations- und Benutzungsbedingungen sowie

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von den Bedingungen, die in der Umgebung der Vorrichtung herrschen, abhängig und eo zu wählen, daß die Impedanz und die mechanische Festigkeit geeignete Werte ergeben.

DaB mechanische Befestigungsorgan kann auB ein oder mehreren Ringen aus Metall oder einem harten Kunststoff bestehen, worin, in rechtwinklig zur Achse verlaufenden Ebenen, zwei oder mehrere tiefe Rinnen vorhanden sind, die abwechseln von außen bzw. von innen kommen und zwischen eich nur eine dünne Materialstärke bestehen lassen, welche so biegsam ist, daß sie die ^ erforderliche Relativbewegungstoleranz zwischen den * beiden starren Elementen beiderseits der Rinnen ergibt. Die elastische Verbindung von der gleichen geometrischen Anordnung zwischen den beiden starren Elementen kann auch durch eine oder mehrere Scheiben erzielt werden, welche aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen aneinanderliegenden bzw. versteiften Materialien bestehen, die an ihrem Umfang oder an ihrem inneren Teil mit den nachfolgenden Teilen verklebt oder verschweißt sind, wobei für das nötige Spiel zu sorgen ist.

Schließlich kann das Befestigungsorgan von zwei oder ρ mehreren starren Ringen gebildet werden, die mit einem vorherbestimmten Spiel ineinandergreifen und miteinander durch eine Brücke oder einen Ring aus Kautschuk oder einem Elastomeren verbunden, nämlich insbesondere durch Heißvulkanisation oder unter Druck auf die einander gegenüberliegenden Seiten der Ringe fest verklebt sind.

Das mittlere mechanische Element ist mit der piezoelektrischen Säule, deren eine Elektrode es bildet, unter Vorspannung mit dem gesamten Wandler verklebt.

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Das zweite Element ist starr entweder mit dem den Wandler einschließenden dichten Gehäuse oder mit dem Antennenrahmen verbunden. Der Zusammenhalt zwischen den beiden Elementen ist, wie oben angegeben, durch eine Brücke oder einen Ring auB Kautschuk oder einem Elastomeren hergestellt.

Das mechanische Spiel, das zwischen den beiden Elementen vorhanden ist, wenn sie ineinandergreifen, ist so gewählt, daß den folgenden Bedingungen genügt ist;

Die Reibung zwischen den beiden Elementen muß null oder so klein sein, daß sie vernachlässigt werden kann» Das Spiel darf dem Kautschuk oder dem Elastomeren nicht die Möglichkeit geben, durch Fließen, oder Kriechen weggedrückt zu werden, wenn die Kräfte, die aus dem hydrostatischen Druck des Mediums herrühren, in das der Wandler eingetaucht ist, sich über die äußere schwingende Fläche des Wandlers auf die Elektrode auswirken.

Die Menge, die Form und die Eigenschaften des Kautschuks oder des Elastomeren, woraus die die beiden Elemente verbindende Brücke oder dgl. besteht, sind so zu wählt ji, daß sich die oben erwähnte hohe mechanische Impedanz ergibt.

Zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigt die Zeichnung.

Das erste Beispiel betrifft eine "Trägerelektrode" für einen elektro-akustischen Wandler für Unterwasserbenutzung, der hohe Leistung und geringen Platzbedarf hat. Die maximale hydrostatische Belastung der Elektrode beträgt 52.000 newton.

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Pig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Wandler mit einer "Trägerelektrode¹¹ gemäß der Erfindung, während

Pig. 2 ein Schnitt durch die "Trägerelektrode" längs eines Durchmessers ist.

Bei dieser Ausführungsform besteht das mittlere Element 1 aus einer Aluminiumlegierung und das äußere Element 2 aus Stahl. Es ist außen mit Gewinde versehen und in das Metallgehäuse des Wandlers eingeschraubt, Man erhält so ein sehr kompaktes Gebilde. Die Verbindung oder Brücke 3 besteht aus Neopren und hat nach der VuI-P kanisation unter hoher Temperatur und starkem Druck eine Shorehärte 50 in der Skala A.

Pig, 3 zeigt das Bild einer Kurve, die die Verlagerungen dee Elementes 1 gegenüber dem Element 2 in Abhängigkeit von der auftretenden Kraft erkennen läßt. Man sieht, daß biB zu Kräften von 50.000 newton diese Verlagerung sehr gering und als Funktion der übertragenen Kraft linear ist, selbst nach einer sehr großen Anzahl von Betriebsperioden.

Die elektro-akustischen Eigenschaften eines Wandlers mit der beschriebenen Vorrichtung ergeben eine Steigerung des Wirkungsgrades von mehr als 10j6 gegenüber gleichen Wandlern, die mit den üblichen Aufhängesystemen versehen sind.

Das zweite Beispiel betrifft die Herstellung einer Entkopplungselektrode eines Wandlers, worauf Kräfte von bis zu 90.000 newton wirken können. Diese Vorrichtung sichert außerdem einen Schutz gegen Stöße, wodurch der Weg des inneren Elementes der Trägerelektrode unter dem Einfluß von angreifenden Kräften beschränkt ist.

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"Fig* 4- zeigt einen Schnitt durch diese Vorrichtung längs eines Durchmesser. Der mittlere feil 1 beßteht, ebenso wie der äußere Teil 2» aus einer Aluminiumlegierung. Die VerbindungsbrUoke 3 besteht aus Neopren, dessen Härte nach einer Vulkanisation unter den üblichen Termperatur- und Druckbedingungen eine Shore härte von 60 eier Skala A hat· Der Wandler ist mit dem Gestell durch zwei Schrauben 5 Ton eeche ms Durchmesser verbunden. Durch einen Schulteranschlag 7 und einen Sprengring 6 1st der Weg des Elementes 1 begrenzt» wodurch ein Schutz gegen übermäfiige Zug- und Druckkräfte besteht.

JPig. 5 lelgt eine Kurve, die die Verlagerung des Elementes 1 gegenüber dem Element 2 in Abhängigkeit von 4er übertragenden Kraft darstellt. Wie ersichtlich, ist die Verformung nur eine geringe und sie verläuft in Abhängigkeit der angelegten Kraft bis eu 100.000 newton vollständig linear.

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Claims

Patent ansprüche

Befestigungsvorrichtung für einen elektroakustischen Wandler für Unterwasserverwendung, bei dem eine die Schwingungen auf das Medium übertragenden Masse, eine den Antrieb liefernde Säule aus piezoelektrischen P3.atten und eine Gegenmasse aneinandergereiht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung aus zv/ei Elementen besteht, von denen das eine mit der piezoelektrischen Säule und das andere mit dem Träger des Wandlers, nä,mlich z.B. einem dichten Gehäuse oder dem Antennengestell fest verbunden ist, wobei diese beiden Elemente miteinander durch eine biegsame oder verformbare Brücke in Verbindung stehen, die eine so hohe mechanische Impedanz hat, daß nie die sich aus dem Tauchti&fendruck ergebende Belastung aufnehmen kann, dabei jedoch die Entkopplung der Schwingungsübertragung zwischen den beiden Elementen sichert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biegsame oder verformbare Element aus einem Ring besteht, in den eine oder mehrere Rinnen oder Nuten in rechtwinklig zur Achse verlaufenden Ebenen von innen und/oder von außen her eingearbeitet sind, so daß zwischen ihnen eine dünne Materialstärke von der gewünschten Biegsamkeit verbleibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das biegsame oder verformbare Element aus einer oder mehreren Scheiben aus dem gleichen oder aus ver schiedenen Materialien besteht, die a umeinander ge-drückt, verklebt oder verschweißt sind, wobei die notwendigen Spiele aufeinanderfolgend an ihren Rand

und an ihrem inneren Teil vorhanden sind. 209824/0 616

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4. Torrlehtime MMh Aaepfrwfe 1,

daß das biegsame oder verformbar· £l«a«at «us «ia«r oder ««hreren Brücken au« Kautschuk oder «ine« ZIaß toner en besteht, die lurch Vulkaaisatloa unter Druok svi«oh«a »mmL o*«r «war·!*« tiim^m (sklaat rnimk, welche eineraeits ait der piesotl«ktriach«n Säule und andererseits ait ihre« Träger in Verbindung stehen und die Über der au· Kautschuk oder einea Elastomeren bestehenden Brücke «it einem eehr geringen radialen Spiel von weniger als 0_t5 am ineinandergreifen.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kombination der Merkmale der Ansprüche 2, 3 und 4 aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und wenigstens nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Relatirverlagerung «wischen den einerseits mit der piezoelektrischen Säule und andererseits mit dem Träger des Wandlers vcrbunddenen Teilen durch Anschläge begrenzt ist, die Stöße, Implosionen oder Explosionen auffangen.

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