DE902095C

DE902095C - Device for generating high-frequency acoustic vibrations

Info

Publication number: DE902095C
Application number: DEK5310D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kuerth
Original assignee: RUDOLF KUERTH
Current assignee: RUDOLF KUERTH
Priority date: 1943-04-23
Filing date: 1943-04-23
Publication date: 1954-01-18

Description

Einrichtung zur Erzeugung hochfrequenter akustischer Schwingungen Laie bekannten Ultraschallgeber weisen beschränkte abstrahlende Flächen auf.Device for generating high-frequency acoustic vibrations Ultrasonic transducers known to laypeople have limited radiating surfaces.

Die Erfindung kennzeichnet sich durch VergröB,erung der abstrahlenden Flächen mittels über dieser gespannter, hochfrequent schwingfähiger gestreckter, möglichst geringmassiger Einzelteile. Die Länge der Einzelteile beträgt das Vielfache des Durchmessers der abstrahlenden Fläche des Ultraschallgebers. Der Durchmesser der Einzelteile und die Masse werden gering gehalten. Die Anzahl der Einzelteile wird so gewählt, daB sich diese Teile beim Schwingen nicht gegenseitig dämpfen. Die Teile können sich also (berühren, sie sollen sich nicht überlagern. Die Einzelteile werden gespannt. Je geringer der Durchmesser .der Teile und je höher die Spannung ist, um so höhere Frequenzen werden erregt. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel in Fig. i im Querschnitt und in Fig.2 in der Draufsicht. Ein Quarz i ist zwischen Metallplatten 2 und 3 in einer ,isolierenden Scheibe 4 eingesetzt. Quarz i ist so eingebettet, daB Luft nicht an ihn heran kann. Dünne Stahlsaiten 5, 6, 7, 9, i i usf. sind beiderseits gleichlaufend über das Quarzaggregat 1,:2, 3 mit Hilfe von Spannstäben 13, 14 und 15, 16 gespannt. Die -Übertragung der elektriisdhen Hochfrequenz, in deren Takt Quarz i schwingen soll, erfolgt durch die Metallplatte 2 auf der einen und durch die Metallplatte 3 auf der anderen Seite des. Quarzes. Überschlag wird verhindert durch, die ,aus Isolierstoff bestehenden Scheiben 4. Der elektrische Hochfrequenzstram kann auch durch die Stahlsaiten u. dgl. 5, 6, 7 usf. übertragen werden. Schwingungen des Quarzes «-erden ungedämpft auf die Metallplatten 2 und 3 und von diesen auf die Stahlsaiten u. dgl. 5, 6, 7, 9, i i usf. übertragen. Die Stahlsaiten können viele Male länger sein als der Durchmesser des Quarzes.The invention is characterized by the enlargement of the radiating Surfaces by means of stretched, high-frequency oscillating stretched, Smallest possible individual parts. The length of the individual parts is a multiple the diameter of the radiating surface of the ultrasonic transducer. The diameter the individual parts and the mass are kept low. The number of items is chosen so that these parts do not dampen each other when they vibrate. The parts can therefore (touch, they should not overlap. The individual parts are excited. The smaller the diameter of the parts and the higher the tension is, the higher frequencies are excited. The drawing shows an embodiment in Fig. i in cross section and in Fig. 2 in plan view. A quartz i is between Metal plates 2 and 3 used in an insulating disk 4. Quartz i is like that embedded so that air cannot get to it. Thin steel strings 5, 6, 7, 9, i i etc. are on both sides concurrently on the quartz unit 1,: 2, 3 with the help of Tension rods 13, 14 and 15, 16 are tensioned. The transmission of the electrical high frequency, at the rate of which the quartz i is supposed to oscillate is carried out through the metal plate 2 on one side and through the metal plate 3 on the other side of the quartz. Rollover will prevented by the washers made of insulating material 4. The electrical High frequency stram can also be achieved through the steel strings and the like 5, 6, 7, etc. transfer will. Oscillations of the quartz "-earths undamped on the metal plates 2 and 3 and transferred from these to the steel strings and the like 5, 6, 7, 9, i, etc. the Steel strings can be many times longer than the diameter of the quartz.

Im Ausführungsbeispiel ist ein Schwingquarz für 32o kHz im Maßstab i : i gezeichnet, der in der üblichen Weise bei 8o mm Durchmesser eine Dicke von B mm hat. Der Quarz strahlt nach jeder Seite aus einer Fläche von 50 CM2 ab, nach beiden Seiten also aus einer gesamten Fläche von ioo cm2. Die im Ausführungsbeispiel gezeichneten Stahlsaiten schwingen nach beiden Seiten aus einer Fläche von je i5o cm2, mithin aus einer Gesamtfläche von 300 cm2. Die Stahlsaiten können dicht nebeneinander verlaufen. Sie können wesentlich länger als im Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, so .daß die abstrahlenden Flächen auf das Sechsfache usf. vergrößert werden.In the exemplary embodiment, a quartz oscillator for 32o kHz is drawn on a scale i: i, which in the usual way has a thickness of B mm with a diameter of 80 mm. The quartz radiates from an area of 50 cm2 on each side, i.e. from a total area of 100 cm2 to both sides. The steel strings drawn in the exemplary embodiment vibrate to both sides from an area of 150 cm2 each, hence from a total area of 300 cm2. The steel strings can run close together. They can be made much longer than in the exemplary embodiment, so that the radiating surfaces are increased by a factor of six and so on.

Die schwingenden Einzelteile können auch aus Glas (Glasstäbe, Glasfäden u. dgl.) oder aus organischen Stoffen hergestellt werden.The vibrating individual parts can also be made of glass (glass rods, glass threads etc.) or made from organic materials.

In ähnlicher Weise wie über den Quarz i können Stahlsaiten u. dgl. z. B. über Magnetostriktionsstäbe gespannt werden. Die Stäbe werden in diesem Falle an den beiden Enden, aus denen Ultraschall gewonnen werden soll, mit Querbalken versehen. Über diese den Querschnitt der Magnetostriktionsstäbe vergrößernden Spannbalken werden die schwingenden, langgestreckten Einzelteile gespannt. Die Querbalken über die beiden Enden eines Striktionsstabes können vermieden werden,- wenn die Stahlsaiten u. dgl. unmittelbar auf .den Magnetostriktionsstab aufgelegt werden. Dies genügt in den Fällen, wo die Breite, d. h. der Durchmesser des Querschnittes des Magnetostriktionsstabes, ausreicht zum Spannen einer genügenden Anzahl Stahlsaiten. Die üblichen und wirtschaftlich arbeitenden Magnetostriktionsstäbe für 2o kHz haben runden Querschnitt von etwa 1,5 bis 2 cm. Bei 2o, kHz ist es möglich, die über jedes Stehende zu spannenden Saiten 5o und mehr Zentimeter lang zu machen. Während die abstrahlenden Flächen des Magnetostriktions:stabes an sich zusammen. im günstigen Falle :2X 3,i4 CM2 ausmachen, ergeben sich bei Überspannung dieser Flächen mit den Stahlsaiten von je 5o cm Länge die abstrahlenden Flächen mit 2' X 100 CM2 = 200 Cm2.In a similar way to the quartz i, steel strings and the like can be used. z. B. be stretched over magnetostriction rods. The bars are in this case at the two ends from which ultrasound is to be obtained, with crossbars Mistake. About this clamping beam enlarging the cross section of the magnetostriction rods the oscillating, elongated individual parts are tensioned. The transom over the two ends of a strict rod can be avoided - if the steel strings and the like are placed directly on the magnetostriction rod. This is enough in cases where the width, i.e. H. the diameter of the cross-section of the magnetostriction rod, sufficient to tension a sufficient number of steel strings. The usual and economical working magnetostriction bars for 2o kHz have a round cross-section of about 1.5 to 2 cm. At 2o, kHz it is possible to suspend over every standing one To make strings 5o and more inches long. While the radiating surfaces of the magnetostriction: rod in itself. in the best case: make 2X 3, i4 CM2, result from spanning these surfaces with steel strings of 50 cm each the radiating surfaces with 2 'X 100 CM2 = 200 Cm2.

Bei der geringen Breite der genannten Magneto-@striktions,stäbe besteht die Möglichkeit, als einzelne, gestreckte und gespannte Bauelemente dünn ausgewalzte und geringe Masse .darstellende Stahlbänder oder über .die Breite von 1,5 bis 2 cm auch ein Stahlband @zu verwenden. Bei Magnetostriktionsstäben für zo: kHz der obenerwähnten Querschnitte hat der Stab eine Länge von 12,8 cm. Das Stahlband kann in diesem Falle als Ring so um den Striktionsstah gespannt werden, daß .der Stab einen Durchmesser bildet. Der .Stab kann weiter in einem Ring aus flachem Stahlband so eingesetzt sein, daß er eine Sehne bildet.With the small width of the aforementioned magnetostriction, rods exist the possibility of thinly rolled out individual, stretched and tensioned components and low mass .representing steel strips or over .the width of 1.5 to 2 cm also use a steel band @. For magnetostriction bars for zo: kHz der In the above-mentioned cross-sections, the rod has a length of 12.8 cm. The steel band can in this case as a ring are stretched around the Striktionsstah that .the rod forms a diameter. The rod can continue in a ring made of flat steel band be inserted so that it forms a tendon.

Die beschriebenen Einrichtungen können nicht nur im Ultraschallbereich, sondern für alle Frequenzen verwendet werden, .in denen akustische und mechanische Wellen erzeugt werden.The described facilities can not only be used in the ultrasonic range, but for all frequencies used, .in which acoustic and mechanical Waves are generated.

Die Ultraschallgeräte mit den zusätzlichen Erregern können in Gasen, Flüssigkeiten, Kolloiden, kurzum in allen Stoffen verwendet werden. Handelt es sich um elektrisch leitfähige Stoffe, so können die schwingenden Aggregate im Hinblick auf die zuführende Hochspannung senergie gekapselt werden.The ultrasonic devices with the additional pathogens can be used in gases, Liquids, colloids, in short, can be used in all substances. Is it To electrically conductive substances, so can the vibrating aggregates with regard to encapsulated on the supplying high voltage senergy.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. i laufen die Stahlsaiten über ebene Metallflächen der Körper 2 und 3. Die Stahlsaiten können insbesondere bei hochfrequenten Schwingnngs.erregern geringer Ausdehnung über stegartig ausgebildete Enden z. B. von magnetostriktiwen Stäben geführt sein. Diese Stäbe sind in diesem Falle etwa stumpfwinklig zugespitzt. Über die scharfe Kante sind die Saiten oder Stahlbänder u..dgl. gezogen. Die Kanten (Auflageflächen) für die schwingenden Hilfsaggregate werden in .diesem Falle nach Bedarf mit Rillen versehen.In the embodiment according to FIG. I, the steel strings run over level Metal surfaces of the body 2 and 3. The steel strings can be particularly high-frequency Schwingnngs.erregern small expansion over web-like ends z. B. be guided by magnetostrictive rods. These bars are in this case about acute at an obtuse angle. The strings or steel straps are over the sharp edge etc. drawn. The edges (support surfaces) for the oscillating auxiliary units in this case are provided with grooves as required.

Es ist bekannt, daß Quarze z. B. der im -#I,usführungsbeispiel nach Fig.2 .dargestellten Art auf ihrer ganzen Ausdehnung durchaus nicht gleichmäßig schwingen. Es. bilden sich vielmehr verschiedene schwingungsfreie oder sch-,vingungsdämpfende Inseln. Bei der Bauart nach der Erfindung schwingen alle langgestreckten und gespannten Einzelelemente.It is known that quartz z. B. the in - # I, exemplary embodiment according to Fig. 2 .shown species is by no means uniform over its entire extent swing. It. Rather, various vibration-free or vibration-damping ones are formed Islands. In the design according to the invention, all elongated and tensioned vibrate Single elements.

Die Einzelelemente können z. B. in der Ausführung nach Ausführungsbeispiel Fig.2 Frequenzgemische abgeben, weil die Länge zwischen Quarzkante und Auflagepunkten der Stahlsaiten bei 13, 14. und 15, 16 verschieden ist. Für technische Aufgaben sind Frequenzgemissche in den sich ergebenden Bereichen nach Fig. 2 nicht schädlich, da z. B. technische Massen (Flüssigkeiten oder Gase) durchaus nicht homogen im ideellen Sinne sind und da mithin die verschiedenen Partikel und z. B. Agglomerationen, auf geeignete Wellenlängen aus dem Frequenzgemisch ansprechen.The individual elements can, for. B. in the embodiment according to the embodiment Fig.2 give off mixed frequencies because the length between the quartz edge and the support points the steel strings at 13, 14 and 15, 16 are different. For technical tasks frequency mixes in the resulting areas according to Fig. 2 are not harmful, there z. B. technical masses (liquids or gases) by no means homogeneous in the ideal Are senses and there consequently the various particles and z. B. agglomerations address suitable wavelengths from the frequency mixture.

Für Nachrichtenzwecke läßt sich das Frequenzgemisch beseitigen, indem ,die obenerwähnte Anordnung von scharfen Kanten als Auflage der Stahlsaiten usf. benutzt wird.For message purposes, the frequency mixture can be eliminated by , the above-mentioned arrangement of sharp edges as a support for the steel strings, etc. is used.

Werden die Stahlsaiten, Bänder usf. sehr lang angeordnet, sind s.ie aber gleichzeitig genügend messefrei, so bilden isich auf den langgestreckten Elementen besondere Wellen aus, die nach den bekannten Gesetzen vom Erregungspunkt bis zum Einspannpunkt verlaufen.If the steel strings, ribbons etc. are arranged very long, see below but at the same time free of trade fairs, this is how they form on the elongated elements special waves, which according to the known laws from the point of excitation to the Clamping point run.

Die einzelnen Elemente, z. B. die Saiten 5, 6, 7 usf. in Alyb.. 2, brauchen nicht auf dem Schwingungserreger aufzuliegen. Sie belangen in .das Mitschwingen, auch wenn sie in geringem Abstand vom Erreger verlaufen.The individual elements, e.g. B. the strings 5, 6, 7 etc. in Alyb .. 2, do not need to rest on the vibration exciter. You are concerned about the resonance, even if they run a short distance from the pathogen.

An Stelle der in Fig. i dargestellten Metallkörper 2 und 3 können auch Platten aus anderen Stoffen und bei Frequenzen außerhalb des Ultraschallbereiches auch Hohlkörper eingesetzt sein.Instead of the metal bodies 2 and 3 shown in FIG also plates made of other materials and at frequencies outside the ultrasonic range hollow bodies can also be used.

In den Ringen aus schwingenden Stahlbändern können auch mehrere Ultraschallerregerin beliebiger Anordnung untergebracht sein. Die Ringe können auch oval ausgeführt werden. Die mitschwingenden gespannten Elemente sollen parallel zueinander auf jeder Seite verlaufen. Die Richtung kann auf den beiden Seiten verschieden sein.Several ultrasonic exciters can also be used in the rings made of vibrating steel strips be accommodated in any arrangement. The rings can also be made oval. the Tensioned elements that vibrate with each other should run parallel to each other on each side. The direction can be different on the two sides.

Die Baustoffe für die .mitschwingenden Elemente werden jeweils nach den Frequenzen und nach dem Medium gewählt, worin die Schwingungen erfolgen sollen: Stahl, Metall und Legierungen, Glasarten und organische Saiten.The building materials for the vibrating elements are in each case according to the frequencies and chosen according to the medium in which the vibrations should take place: Steel, metal and alloys, types of glass and organic strings.

Auch kreisförmige oder elliptische Ringe können in Vorspanhung versetzt werden. Der Einbau z. B. von magnetostriktiven Schwingern kann: in die vorgespannten Ringe usw. z. B. bei .der Ellipse nach den beiden Durchmesisern geschehen. Die Magnetostriktionsstäbe können auch die Verbindung zwischen den gestreckten, mit großem Krümmungsradius gezogenen Kurvenlinien der Ellipse darstellen.Circular or elliptical rings can also be preloaded will. The installation z. B. of magnetostrictive oscillators can: in the preloaded Rings etc. z. B. happen in the case of the ellipse after the two diameters. The magnetostriction bars can also be the connection between the elongated, with a large radius of curvature show the drawn curve lines of the ellipse.

Die Aggregate nachmeiner Erfindung können je nach dem Zweck praktisch dämpfungsfrei aufgehangen werden, z. B. an dünnen Saiten. Das Aggregat nach Fig. i braucht zu diesem Zweck nur oben im IsolierendenRing4 schwebend aufgehangen zu werden.The aggregates of my invention may be practical depending on the purpose be hung without damping, z. B. on thin strings. The unit according to Fig. For this purpose, i only needs to be suspended in a floating manner at the top of the insulating ring 4 will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for generating acoustic and mechanical vibrations, especially high-frequency and ultrasonic vibrations, . characterized in that the energies emitted by a vibration exciter by running directly on the pathogen or at a distance from it if possible Mass-free, elongated and, depending on frequency and amplitude, elements that are to be tensioned recorded and reproduced as much as possible. z. Device according to Claim i, characterized in that the oscillation energies from the vibration exciter via .damping-free plates, hollow bodies etc. are transmitted to the elements spreading the vibrations. 3. Establishment according to claim i and 2, characterized in that the vibration energies from the vibration exciter via sharp-edged or bow-like etc. bodies on which the vibrations spread Elements are transferred. q .. Device according to claim i to 3, characterized in that idat the elements as steel strings, metal bands, glass rods, glass threads or strings made of organic substances. 5. Device according to claim i Ibis q., characterized in that the vibration exciter (s) are round or oval and the like. Rings made of vibratory steel band as tendons, diameter, etc. used are. 6. Device according to claim i to 5, characterized in that the vibration exciter .By crossbars and the like. Their effective width can be increased. 7. Establishment according to claims i to 6, characterized in that "the unit is encapsulated. B. Device according to Claims i to 7, characterized in that the unit in the Isolating ring 4 is suspended without damping.