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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.