DE3620085C2 - Rohrförmiger elektroakustischer Wandler - Google Patents

Description

Rohrschwinger, d. h. elektroakustische Wandler mit einem auf seiner Innenseite und seiner Außenseite mit Elektroden versehenen piezokeramischen Rohr, strahlen radial ein kreisförmiges, also ungerichtetes Schallfeld ab oder dienen der Aufnahme von Schallschwingungen aus beliebigen Richtungen. Sie werden als Resonanzwandler betrieben und sind folglich schmalbandig nur in einem begrenzten Frequenzbereich einsetzbar. Andererseits ist es bekannt, zur Verbreiterung der Resonanzkurve bei in eine bestimmte Richtung abstrahlenden, zumeist plattenförmigen, piezoelektrischen Wandlern auf der einen Seite des piezoelektrischen Körpers einen dessen Abstrahlfläche vergrößernden Tonpilz zu befestigen und an der gegenüberliegenden Fläche des Keramikkörpers eine Gegenmasse anzubringen. Diese elektroakustischen Wandler strahlen jedoch nur in einer bestimmten Richtung ab, und die Verwendung einer vergrößerten Abstrahlfläche hat dort gerade den Zweck, die Bündelung der abgestrahlten Schalleistung zu erhöhen.

Aus US-PS 46 04 542 (= EP-OS 0 169 727) ist ein elektroakustischer Wandler gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem zur Vergrößerung der Bandbreite eines solchen Rohrschwingers zum einen Zusatzmassen in Form langgestreckter Sektoren radial außen auf dem Schwingerrohr befestigt sind und zum anderen zwischen den einzelnen Zusatzmassen und dem piezoelektrischen Rohr eine elastische Zwischenschicht vorgesehen ist, welche der Verbreiterung der Frequenzkennlinie dienen soll. Die Befestigung solcher elastischer Schichten einerseits an dem piezokeramischen Rohr und andererseits an der metallischen Zusatzmasse bereitet jedoch Schwierigkeiten und birgt insbesondere bei Langzeitbetrieb und starker Belastung die Gefahr in sich, daß die mechanische Verbindung zwischen Rohrschwinger und Zusatzmassen an Festigkeit verliert.

Die DE-OS 35 13 215 zeigt einen hohlzylindrischen Biegeschwingungswandler bestehend aus zwei miteinander verklebten radialen Schichten, von denen wenigstens eine ein in Richtung der Wandstärke polarisierter piezoelektrischer Werkstoff ist. Die Schichten sind beispielweise mit Hilfe eines Epoxydharzklebers starr miteinander verbunden. Bei einer Ausführungsform des bekannten Wandlers werden beide Schichten durch piezoelektrische Keramik gebildet, während bei einer zweiten Ausführungsform die äußere Schicht aus einem metallischen Werkstoff besteht. Letzteres führt zu einer Absenkung der Resonanzfrequenz, was noch durch die Anbringung axialer Endkappen verstärkt werden kann.

Ausgehend von einem elektroakustischen Wandler gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei einem solchen Rohrschwinger die Frequenzabhängigkeit ohne Verwendung einer elastischen Zwischenschicht zwischen dem Schwingerrohr und den Zusatzmassen zu verringern und somit einen breitbandigen Rohrschwinger zu schaffen, der bei möglichst kleinem Volumen für den Betrieb bei niedrigen Frequenzen in der Größenordnung von 5 bis 15 kHz geeignet ist. Diese Aufgabe löst die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung durch eine geeignete Formgebung der Zusatzmassen. Hier wird also die bisher sowohl zur Erhöhung der Bündelung als auch zur Vergrößerung der Bandbreite ausgenutzte Tonpilzkonstruktion nunmehr in einem Wandler mit radial ungebündelter Strahlcharakteristik dazu benutzt, um einer­ seits die akustische Abstrahlfläche gegenüber den Ab­ messungen des piezoelektrischen Rohres zu vergrößern und andererseits die Pumpresonanzfrequenz des Rohrschwingers zu erniedrigen. Der Rohrschwinger wird zur Erzeugung einer möglichst großen Leistung in seiner Pumpresonanz erregt, die wesentlich tiefer liegt als die Wanddickenresonanz des Piezokeramikrohrs. Durch die Tonpilzkonstruktion ist der Wandler breitbandiger und damit weniger frequenzab­ hängig als ein Rohrschwinger ohne den erfindungsgemäßen Besatz mit tonpilzartigen Sektoren. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur Erläuterung ist in der Zeichnung ein Ausführungs­ beispiel wiedergegeben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine axiale Ansicht des Wandlers und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Rohrachse.

Der Schwinger besteht aus einem piezokeramischen Rohr 1, auf dessen Innenseite eine Elektrode 2 und auf dessen Außenseite eine Elektrode 3 angebracht sind. Durch Zufuhr elektrischer Wechselspannungen an den Elektroden 2 und 3 wird das Keramikrohr zu Radialschwingungen angeregt. Der Wandler kann auch als Schallempfänger verwendet werden. Auf die Außenseite des Keramikrohrs 1 sind sektorförmige Zusatzmassen 4 aufgeklebt, deren äußere Mantelfläche 5 größer ist als die innere auf dem Keramikrohr 1 aufliegende Fläche im Bereich der Elektroden 3. Hierdurch wird die Abstrahlfläche des Wandlers vergrößert. Die Zusatzmassen können beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung be­ stehen. Die äußere Mantelfläche 5 der Zusatzmassen ist nicht nur in ihrem Umfang größer als die des Keramikringes sondern sie ragt auch in Achsrichtung über die Länge des Keramikrohres 1 hinaus. Hierdurch ergibt sich eine weitere Vergrößerung der Abstrahlfläche. Die einzelnen Zusatz­ massen 4 sind außen von einem Vergußmassemantel 6 um­ schlossen oder einvulkanisiert. Um beim Vergießen das Eindringen von Vergußmasse in die Spalte 7 zwischen den einzelnen Zusatzmassen zu verhindern, sind diese Spalten außen durch im Querschnitt T-förmige Kunststoff­ profilleisten 8 abgedeckt, deren Mittelsteg 9 in den Spalt 7 hineinragt. In einem gemeinsamen Kunststoff­ mantel 6 können in Richtung der Rohrachse 10 nebeneinan­ der mehrere derartige Wandler angeordnet und gemeinsam vergossen sein, um in axialer Richtung eine stärkere Schallbündelung zu erreichen. Die elektrischen Anschluß­ leitungen zu den Elektroden 2 und 3 werden im Innenraum des Rohrschwingers 1 zu entsprechenden hier nicht dar­ gestellten Anschlußvorrichtungen geführt.

Claims (5)

1. Elektroakustischer Wandler mit einem auf seiner Innenseite und seiner Außenseite mit Elektroden versehenen piezokeramischen Rohr, welches auf seiner Außenseite sektorförmige, zusammen einen Kreisring bildende metallische Zusatzmassen trägt, da­ durch gekennzeichnet, daß

• a) die Zusatzmassen (4) unmittelbar auf den Außenelektroden (3) des piezokeramischen Rohrs (1) befestigt sind, und
• b) jede Zusatzmasse (4) die Form eines Tonpilzes aufweist, indem
• c) die äußere Mantelfläche (5) jeder Zusatzmasse (4) nicht nur, aufgrund der sektorförmigen Ausbildung, in Umfangsrichtung, sondern auch in Achsrichtung des Keramikrohres (1) gesehen wesentlich größer ist als die auf der Außenfläche des Keramikrohres befestigte Grundfläche der Zusatzmasse.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmassen (4) aus einer Aluminiumlegierung bestehen.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spalte (7) zwischen den einzelnen Segmenten (4) durch im Querschnitt T-förmige Kunststoffprofilleisten (8) abgedeckt sind, deren Mittelsteg (9) in den Spalt (7) hineinragt.

4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zu­ mindest die Außenfläche der Zusatzmassen (4) von einem Vergußmasse- oder Gummimantel (6) umschlossen sind.

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Vergußmasse­ mantel (6) mehrere Rohrschwinger (1) in Achsrichtung nebeneinander angeordnet sind.