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Durch magnetostriktive Kräfte zu radialen Schwingungen in seiner Eigenfrequenz
angeregtes rin?förmi-es Schwingungsgebilde Zum Aussenden und Empfangen von Schallwellen,
insbesondere solchen von höherer Frequenz, verwendet man Schwingungsgebilde, die
durch magnetostriktive Kräfte angeregt werden. Ein eine um den Schwinger gelegte
Wicklung durchfließender Wechselstrom erzeugt das erforderliche magnetische Wechselfeld.
Die Frequenz des Wechselstromes stimmt gewöhnlich mit einer der Resonanzfrequenzen
des mechanischen Schwingungsgebildes überein. Die Form des Schwingungsgebildes wählt
man verschieden je nach dem besonderen Verwendungszweck. Unter anderem werden Kreisringe
verwendet, die radial unter Vergrößerung und Verkleinerung ihres Durchmessers -
mit am ganzen Umfang gleicher Amplitude und Phase schwingen und durch eine toroidale
auf den Ring gewickelte Wicklung, die vom Wechselstrom durchflossen wird, angeregt
werden. Die Eigenschwingung derartiger Ringe (in Luft) ist gegeben durch die Geschwindigkeit
des Schalles in dem Material des Ringes und durch den mittleren Radius des Ringes.
Änderungen der Breite des Kreisringes sind in gewissen Grenzen ohne Einfluß auf
die Resonanzfrequenz. Die die Eigenschwingungszahl eines schwingenden Körpers bestimmenden
Größen, nämlich die Schwingungselastizität und die Schwingungsmasse, sind bei einem
in der beschriebenen Weise schwingenden Ring gleichmäßig über die Ringbreite verteilt.
Vergrößert man die Breite des Ringes und damit die Schwingungsmasse, so nimmt die
Schwingungselastizität in gleichem Maße zu, so daß die Eigenfrequenz unverändert
bleibt. Aus Festigkeitsgründen und da für eine gegebene Leistung ein bestimmter
magnetischer Querschnitt vorhanden sein muß, kann man die Breite des Ringes nicht
unter ein gewisses Maß verringern. Für jede Eigenfrequenz des Ringes gibt es also
ein Mindestmaß für den äußeren Durchmesser.
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Bei Abstimmung auf Frequenzen unter io ooo Hertz nimmt der Ring in
der bisherigen Ausführungsform rasch unbequem große Dimensionen an. Auch bei Abstimmung
auf höhere Frequenzen ist es zuweilen erwünscht, den Durchmesser des Ringes unter
das bisher mögliche Mindestmaß verkleinern zu können, z. B. wenn es sich darum handelt,
von einem fahrenden Schiff aus mit dem außerhalb (les Schiffes befindlichen Ringschwinger
Signale abzugeben oder zu empfangen, da es- in diesem Falle darauf ankommt, den
Wasserwiderstand möglichst klein zu halten. Versuche haben gezeigt, daß es bei einer
Bauart nach der Erfindung mölich ist, einen radial schwingen-Z>
den
Körper herzustellen, dessen Außendurchmesser bei gegebener Schwingungszahl wesentlich
kleiner gemacht werden kann als bei dem bisher bekannten eingangs beschriebenen
Ringschwinger.
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Erfindungsgemäß, wird zu diesem Zweck ein Ring aus magnetostriktivem
Material mit zahnartigen Vorsprüngen versehen, die die Masse des schwingenden Systems
vergrößern, ohne die Schwingungselastizität wesentlich zu verändern. Die Vorsprünge
können nur am äußeren oder nur am inneren oder am inneren und äußeren Umfang des
Ringes angeordnet werden. Die Breite der Zähne darf ein gewisses 1a13 im Verhältnis
zur Ringbreite nicht überschreiten. je nach der angewendeten Massenbelastung geht
die Eigenschwingung des Gebildes mehr oder weniger unter die des unbelasteten Ringes
herunter. Die Erregung des Systems erfolgt durch eine den Ring in seiner Breite
umschließende Wicklung,- die auch zwischen den Zähnen angeordnet sein kann, um das
Schallfeld an der Oberfläche des Ringes nicht zu stören. Die Zahl der Windungen
braucht nicht mit der Zahl der Zähne übereinzustimmen. Vorteilhaft wird man den
Ring mit den N' orsprüngen aus demselben Material als einheitlichen Körper herstellen,
z. B. durch Ausstanzen aus Blech.
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Mit Rücksicht auf die magnetische Flußverdrängung und Wirbelstromv
erluste ist es zweckmäßig, das System aus Blechringen aufzubauen, die bei einer
an oder oberhalb der Hörgrenze liegenden Schwingungsfrequenz nur o.i bis o,.I mm
stark sind und zweckmäßig durch Isolierschichten voneinander getrennt sind.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch
veranschaulicht. Es stellt dar: Fig. i eine Aufsicht auf ein Schwingungsgebilde
nach der Erfindung, Fig. a eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform des Schwingungsgebildes.
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In Fig. i ist i ein auf seinem inneren und äußeren Umfang mit Massen
a bzw. b be-Iasteter kreisförmiger Ring. 2 stellt einen Teil der Wicklung dar. Der
Radius der inneren Begrenzung des Ringsystems ist rl, der Radius der äußeren Begrenzung
r4. Die Schwingungselastizität liegt in dem zwischen den Radien r= uni r3 eingeschlossenen
Teil des Ringes, die belastenden Zusatzmassen a bzw. b zwischen den Radien rl, r2
bzw. r3, r4. Durch die Anordnung nach der Erfindung fällt der äußere Durchmesser
des Systems - = r4 kleiner aus als der Durchmesser eines einfachen unbelasteten
Ringes der bisher verwendeten Form, der auf die gleiche Periodenzahl abgestimmt
ist. In Fig.2 ist eine Ausführungsform eines nur außen belasteten kreisförmigen
Ringes mit zwischen den zahnartigen Vorsprüngen liegender Wicklung gezeichnet. i
ist der belastete Ring mit dem inneren Radius r2, dem äußeren Radius r4. Zwischen
r2 und r3 liegt der die Schwingungselastizität enthaltende Teil des Ringes, zwischen
r3 und r4 liegen die Zusatzmassen b. 2 ist auch hier die Wicklung, die zur besseren
Veranschaulichung der Einzelteile des Schwingungsgebildes nur teilweise gezeichnet
ist. 3 ist eine zur Halterung des Blechpaketes dienende Stange aus tinmagnetischem
Material, die durch die Mitte des Ringsystems hindurchgeht, und gegen die das System
durch elastische Zwischenlagen rt abgestützt ist.
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Die Höhe des aus den Blechringen gebildeten zylindrischen Paketes
in der Achsearichtung wird nach der erforderlichen Schwingungsleistung und der in
der Richtung senkrecht zur Achse gewünschten Richtwirkung bemessen.
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Der neue Schwinger kann als Sender oder Empfänger in einem beliebigen
Medium, Luft, \Va:_er o. dgl., verwendet werden. Er kann als Sender mit Wechselstrom
polarisiert oder urpolarisiert betrieben werden oder durch eine hondensatorentladung
bzw. Funkenstrecke zu kurzdauernden Schwingungen angestoßen werden.
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Schwingende Flächen des Systems, von denen keine Strahlung ausgehen
soll, z. B. die Innenfläche des Ringzylinders. können durch Abdeckung, z. B. in
Wasser mit porösem lufthaltigem Gummi, an der Schallabgabe verhindert werden. .
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Infolge seines geringen Durchmessers eignet sich das neue Schwingungsgebilde
besonders zur Verwendung als dauernd ausgefahrenes oder nach Bedarf ausfahrbares
Sende- und Empfangsgerät auf fahrenden Schiften, da der Wasserwiderstand klein ist
und gegebenenfalls durch Einbau in eine stromlinienförmige Hülle aus Material, das
-den durchgehenden Schall nicht schwächt, noch weiter herabgesetzt werden kann.
Für diesen Verwendungszweck kann man an Stelle von kreisförmigen Ringen auch elliptisch,
oval oder ähnlich geformte Ringe in .erfindungsgemäßer Ausführung herstellen.
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Ein solches Ausfalhrgerät würde erheblich geringere Abmessungen benötigen,
als die zur Zeit benutzten Ausfahrgeräte aufweisen, wodurch Einbau und Bedienung
dieser Geräte wesentlich erleichtert wird.
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Im, allgemeinen wird man die Achse des zylindrischen Blechpaketes
senkrecht anordnen, so daß die Strahlung nach allen Seiten erfolgt. Man kann jedoch
auch die Achse des Systems waagerecht anordnen, um den Schall
in
einer vertikalen Ebene auszusenden. Durch einen parabelförmigen Reflektor kann die
Energie bei beliebiger Achsrichtung noch weiter konzentriert werden und außerdem
die Strahlung auf eine Richtung beschränkt werden.
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Die Form des Schwingungsgebildes nach der Erfindung kann außer ein
Kreisring, ovaler Ring, ein Ring in Stromlinienform, ein geschlossener Halbring
oder sonst ein ringförmiges Gebilde sein.