Magnetostriktiver Schwinger. Die Erfindung betrifft einen Schwinger, der nach dem Prinzip der Magnetostriktion arbeitet. Es ist bekannt, die magnetostrik- tiven Eigenschaften von Eisen-Nickel-Ko- balt und Legierungen dieser Metalle zum Bau von Schall- oder Ultraschallschwingern zu verwenden. Hierbei wird ein Körper, vor zugsweise ein Stab, aus dem magnetostrik- tiven Werkstoff durch ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld zu Schwingungen in seiner Eigenfrequenz angeregt.
Bei der Verwendung eines massiven Körpers als Magnetostriktionsschwinger treten aber er hebliche Wirbelstromverluste auf, die mit der Frequenz und der Dicke des als Schwin ger dienenden Stabes zunehmen. Aus diesem Grunde ist mit massiven Schwingern nur ein geringer Wirkungsgrad zu erreichen. Um diesem Übelstand abzuhelfen, ist man auch schon dazu übergegangen, den metallischen Querschnitt des Schwingers in dünne Bleche oder Drähte zu unterteilen, wodurch die Wirbelstromverluste verringert werden.
Eine erhebliche Verbesserung des Wirkungskreises ist aber auch auf diese Weise nicht zu er reichen, denn der aus einzelnen Drähten oder Blechen zusammengesetzte Körper hat in homogene elastische Eigenschaften, so dass eine scharfe akustische Eigenfrequenz nicht vorhanden ist. Die einzelnen Bestandteile eines solchen Schwingers schwingen offenbar nicht gleichmässig, so dass sich eine starke Dämpfung ergibt. Diese Schwierigkeit wird auch dadurch nicht beseitigt, dass man etwa die Körper unter Zwischenfügung von isolie renden Zwischenlagen zusammenpresst. Es treten dann auch erhebliche Reibungsverluste auf, welche die Dämpfung vergrössern.
Die vorliegende Erfindung gestattet es, die geschilderten Nachteile völlig zu vermei den und einen dämpfungsarmen Schwinger mit einer ausgesprochenen Eigenfrequenz zu schaffen, bei dem nur sehr kleine Wirbel stromverluste auftreten. Erfindungsgemäss sind bei einem nach dem Prinzip der Magneto- striktion arbeitenden Schwinger, der läng liche - Einzelteile aus magnetostriktivem Ma; terial aufweist, diese Teile voneinander iso liert und wenigstens über den grössten Teil ihrer Länge durch ein Bindematerial fest miteinander verbunden.
Dadurch entsteht, wie sich gezeigt hat, ein festes Gebilde, das in seiner Gesamtheit schwingungsfähig ist und eine ausgesprochene Eigenfrequenz be sitzt.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungs gemässen Schwingers ist in der Zeichnung (Fig. 1) dargestellt. Diese zeigt einen aus einer Reihe von Drähten 1 bestehenden Ultra schall- bezw. Schallschwinger, bei dem die Drähte durch einen Glasfluss 2 miteinander verbunden sind. Es hat sieh herausgestellt, dass ein solcher Schwinger eine hohe mecha nische Festigkeit besitzt und den Beanspru chungen im Betriebe ohne weiteres gewachsen ist. Auch die Herstellung eines solchen Schwingers ist sehr einfach.
Die heute koch entwickelte Einschmelztechnik kennt eine grosse Reihe von Metallen und Gläsern, die sich sehr gut miteinander verbinden lassen. Für die Herstellung der Drähte eignet sich zum Beispiel eine Nickel-Eisen-Legierung, die etwa 30 bis 50 zo Nickel enthält. Dieser Werkstoff erfüllt sowohl in bezug auf die magnetostriktiven Eigenschaften als auch auf seine Verbindungsfähigkeit mit Glas die an ihn gestellten Bedingungen aufs beste.
Bei einem Schwinger der dargestellten Bauart ist es auch ohne weiteres möglich, eine weitere Bedingung einzuhalten, durch deren Erfül lung die Schwingerleistung noch erheblich vergrössert werden kann. Es gelingt nämlich, die Materialien so zu wählen, dass die Schwin- gungs-Fortpflanzungsgesehwindigkeit in bei den Materialien gleich ist. Wenn man die Materialien so wählt, dann erzielt man gleich zeitig mehrere Vorteile.
Zunächst erreicht, man eine eindeutige Eigenfrequenz des Schwingkörpers, da die Bestandteile des Schwingers, nämlich die magnetostriktiven Metallteile sowie das isolierende Bindemate rial bei gleicher Länge die gleiche Eigen- frequenz haben.
Ferner wird die mechanische Beanspruchung an den Verbindungsflächen zwischen den Metallteilen und dem Isolier material (Glas) auf ein Mindestmass herab gesetzt, da die Trennflächen zwischen den Metallteilen und dem Glas lediglich die Be anspruchung durch die Kraftübertragung von dem magnetostriktiven Material auf das Füll material aufzunehmen haben.
Um die Dämpfung des gesamten Scliwin- gergebildes möglichst klein zu halten, ist es empfehlenswert, ein Bindematerial mit mög- glichst geringer innerer Dämpfung zu ver wenden. Bei dem eben beschriebenen Schwin ger nach der Figur ist auch diese Bedingung erfüllt. Die Dämpfung dieses Schwingers ist geringer als die Dämpfung eines entspre chenden aus vollem Material bestehenden Metallschwingers.
Diese Schwingerbauart gestattet es, noch einen weiteren Vorteil in einfachster Weise zit erzielen. Stellt man die feste Verbindung zwischen den magiietostriktiven Schwinger teilen und dem Bindematerial unter solchen Bedingungen her, dass das magnetostriktive Material eine bestimmte mechanische Vor spannung erhält, dann gelingt es, einen gün stigen magnetostriktiven Arbeitspunkt zu er reichen. Zu diesem betriebsmässigen Vorteil tritt noch ein baulicher Vorteil hinzu.
Bei der Verwendung von Glas als Bindemittel zwischen den einzelnen Teilen des Magneto- striktionssehwingers ist darauf Rücksicht zu nehmen, dass durch die Kräfte, die von der im Betriebe auftretenden stehenden Welle herrühren, das Glas nicht in einer Weise be ansprucht wird, dass Brachgefahr eintritt. Bekanntlich ist das Glas auf Druckbeanspru chung viel weniger empfindlich als auf Zug beanspruchung, das heisst man kann es in einem viel weiteren Bereich der Ausdehnung ohne: Brueligefahr auf Druck beanspruchen als auf Zug.
Wählt man eine entsprechende mechanische Vorspannung der magnetostrik- tiv en Schw ingerteile, so wird das Glas im Ruhezustand des Schwingers auf Druck be ansprucht. Durch geeignete @.Vahl der mecha nischen Vorspannung kann man es erreichen, dass das Glas während des Schssingvorganges gar nicht oder nur wenig auf Zug bean sprucht wird, jedenfalls aber die Zugbean spruchung in so engen Grenzen gehalten wird, dass eine Bruchgefahr nicht auftritt.
Besonders gut ist jedes Material als Bindematerial für den Schwinger nach der Erfindung geeignet, das einerseits eine feste Verbindung zwischen den magnetostriktiv wirksamen Teilen untereinander ermöglicht und dessen Schallgeschwindigkeit von der dieser Teile nicht zu sehr abweicht. Es ist zum Beispiel auch möglich, als wirksame Schwingerteile Bleche (oder dicht zusammen ; gepresste Drähte) zu verwenden, die ober flächlich mit einer isolierenden OYydhaut überzogen sind. Als Bindemittel kann dann Metall, z. B.
Eisen, das gleiche magneto- striktive Eigenschaften besitzt wie das zu ,verbindende Material, dienen, das vorzugs weise in Pulverform zwischen die Schwinger elemente eingebracht und durch eine Wärme behandlung in feste Verbindung mit den Schwingerelementen gebracht und auch in sich verfestigt worden ist. Eine solche Wärmebehandlung ist zum Beispiel ein Sin- terprozess.
Anstatt drahtförmiger wirksamer Schwin- gerteile kann man auch blechförmige Schwin- 0 gerelemente aus magnetostriktivem Material verwenden, wie dies beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Bei dem Schwinger nach die ser Figur ist eine Anzahl von Platten 3 durch Glasfluss 4 fest miteinander verbunden. Auch hier ergibt sich wieder ein dämpfungs- armes schwingfähiges Gebilde von scharf ausgeprägter Eigenfrequenz.
Die Tatsache, dass die Schwinger nach der Erfindung eine scharf ausgeprägte Eigen o frequenz besitzen, macht sie nicht nur für die Behandlung von Körpern mit Schall- oder Ultraschallschwingungen geeignet, sondern ermöglicht auch ihre Verwendung für Fre- quenznormale und eventuell auch für abge stimmte Mikrophone.
Es ist vorgeschlagen worden, bei einem Magnetostriktionsschwinger eine optimale Leistungsabgabe dadurch zu erzielen, dass man im Betriebe dem magnetischen Schwing- körper eine Gleichstromvormagnetisierung er teilt. Diese Massnahme kann man sich er sparen, wenn man dem magnetostriktiven Ma terial bei der Herstellung eine bestimmte me chanische Vorspannung erteilt, so dass im fer tigen Schwinger das magnetostriktive Ma terial auf Zug, das die magnetostriktiven Teile verbindende Glas auf Druck bean sprucht ist.