DE1215272B - Elektromechanische Verzoegerungsleitung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESGHRIFT

Int. α.:

H03h

Deutsche Kl.:· 21g-34

Nummer: 1215*272

Aktenzeichen: F 20455IX d/21 g

AnmeJdetag: . 29. Mai 1956

Awslegetag: ■ 28. April 1966

Im Schrifttum ist bereits auf die vorteilhaften Eigenschaften hingewiesen worden, die bei elektromechanischen Verzögerungsleitungen mit. stab" oder drahtförmiger Sehallübertragungsbähn zu erwarten sind, wenn diese Bahn für die Fortleitung von Torsionsschwingungen ausgelegt wird, Torstonsschwingungen weisen in festen Medien geringere-Fortpflanzungsgeschwindigkeiten auf als Longitudinalschwingungen. Unter Zugrundelegung gleich großer vorgeschriebener Verzögerungszeit ergeben sich somit für das stab- oder drahtförraige Verzögerungsmedium von elektromechanischen Verzögerungsleitungen, bei welchen Torsiopsschwingungen vom Eingangs- zum Ausgangswandler übertragen werden, bekanntlich geringere Längenabmessungen wie für das Verzögerungsmedium von Verzögerungsleitungen, bei welchen Longitudinalschwingungen über die Sehallübertragungsbahn. gelangen. Des weiteren ist es bereits bekannt, daß bei elektromechanischen Verzögerung?*· leitungen mit Torsionsschwingungen übertragendem ao Verzögerungsmedium die Voraussetzungen iür die Erreichung einer möglichst kompakten Bauweise nicht nur durch die geringeren Fortpflanzungsgeschwindigkeiten der Torsionsschwingungen gegeben sind, sondern vor allem durch die sich in tragbaren as Grenzen haltende Dispersion von Torsionsschwingungen, in durch Aufwicklung gekrümmten drahtförmigen Übertragungsbahnen. ■ '

Von diesen vorteilhaften Eigenschaften elektromechanischer Verzögerungsleitungen mit Torsionsschwingungen fortleitender Sehallübertragungsbahn' kann jedoch nur dann hinlänglich Gebrauch gemacht werden, wenn die elektromechanischen Wandler solcher Verzögerungsleitungen einer Reihe von Anforderungen genügen, Die weitere Vervollkommnung der elektromechanischen Verzögerungsleitungen steht daher in engem Zusammenhang mit den Fortschritten, die sich bei den Eingangs- und Ausgangswandlern dieser Verzögerungsleitungen erzielen lassen. Die im Vergleich zu anderen Arten von Schallübertragungsbahnen verhältnismäßig geringen Herstellungskosten von drahtförraigen Verzögerungsmedien sollen nicht durch kostspielige Wandlerbauarten sowie durch umfangreiche Schaltungsanordnungen zum Betrieb der Wandler wieder aufgewogen werden.

Die Erfüllung dieser Forderungen bedingt die Verwirklichung von Wandlern, deren Fertigung leicht beherrschbar ist und die einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen. Die anfänglich bekannt gewordenen Ausführungsformen von Verzögerungsleitungen mit für Torsionsschwingungen vorgesehener drahtförmiger Sehallübertragungsbahn zeigen ent-Elektromechanische Verzögerung'sleitung'

Anmelder: . ""'""'".....

Ferranti Limited,

Hölliriwood, Lancashire (Großbritannien)

Vertreter: . . .:'

Dr. B.. Quarder, Patentanwalt,
Stuttgart O, Richard-Wagner-Str. 16

Als Erfinder benannt:
Gordon George Scarrott,
Manchester (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 6. Juni 1955 (16104)

weder piezoelektrisch wirkende Wändler oder elektrodynamische Wandleranordnungen. Auf Grund der im Laufe der Zeit vor allem durch neue piezoelektrische bzw. elektrostriktive Werkstoffe erreichten Fortschritte stehen piezoelektrisch wirkende Wandler zur Verfügung, die im Vergleich zu elektrodynamischen Wandlern in' einem'breiteren Frequenzband einen zudem höheren elektromechanischen. Kopplungsfaktor aufweisen. Andererseits sind die fertigungstechnischen Schwierigkeiten nicht für gering zu erachten, welche die Anbringung der durch kleine Abmessungen gekennzeichneten piezoelektrisch wirkenden Wandler an den als Sehallübertragungsbahn dienenden Drähten mit sich bringt. Des weiteren benötigen bei elektromechanischen Verzögerungsanordnungen auf piezoelektrischer bzw. elektrostriktiver Grundlage arbeitende Wandler im allgemeinen Schaltunganordnungen zur Umsetzung der zu verzögernden Schwingungen in trägerffequente Signale und demgemäß auch Schaltungsanordnungen zur Demodulation dieser Signale. Nachdem sich solche Frequenzumsetzer bei magnetostriktiv wirkenden Wandlern erübrigen, kommt der Angabe von Wandlern dieser Gattung mit einfachem, auf die Querschnittsabmessungen drahtförmiger Schallübertragungsbahnen abgestelltem Aufbau und ausreichend hohem Wirkungsgrad bei der Weiterentwicklung elektromechanischer Verzögerungsanordnungen mit

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für Torsionsschwingungen bemessener Schallüber- striktiveh Streifen auftreten, die· bei jedem Wandler

tragungsbahn besondere Bedeutung zu. sich in einer Ebene senkrecht zur Drahtachse zwi-

Ein bekannter magnetostriktiv wirkender Wandler sehen der Drahtoberfläche und den jedem einzelnen hohen Kopplungsfaktors für Verzögerungsanordnun- Streifen beigegebenen Wandlerwicklungen erstrekgen mit drahtförmiger Schallübertragungsbahn weist 5 ken, die unter Berücksichtigung ihrer Abstände auf als bewegliches Wandlerelement einen mit einer Ring- den einzelnen Streifen vom Draht, der Vormagnetikernwicklung zu versehenden Hohlzylinder aus Ferrit sierungsrichtung der Streifen und deren gegenseitiger auf, der zudem in zwei Richtungen der Vormagneti- Lage so untereinander verbunden sind, daß sich der sierung in der Weise bedarf, daß im Ferrit-Hohlzylin- größtmögliche Wandlerwirkungsgrad ergibt,
der ein Magnetfeld mit schrauberdinienförmig ver- io Es ist bereits eine sowohl die Eigenschaften eines laufenden Kraftlinien entsteht. Der Ferrit-Hohlzylin- elektromechanischen Filters als auch einer elektroder trägt an seiner einen Stirnseite eine Scheibe, deren mechanischen Verzögerungseinrichtung zeigende AnMitte mit dem für die Übertragung von Torsions- Ordnung bekannt, bei welcher analog dem Begriff der schwingungen bemessenen Draht zu verbinden ist. elektrischen Erdsymmetrie der Torsionsschwingung

Des weiteren gehört bereits eine elektromecha- 15 gen ausführende mechanische Teil der Anordnung nische Verzögerungsanordnung dem Stande der Tech- auf Grund seines dem Massen- und Momentennik an, bei welcher vom Eingangswandler: zum Aus- ausgleich zugängigen Aufbaues als mechanisch symgangswandler längs eines zylindrischen Stabes Biege- metrisch ausgebildet anzusehen ist. Bei einer Ausschwingungen und in geringem Umfange Torsions- führungsform dieser Anordnung erstrecken sich schwingungen fortschreiten. Sowohl die Biegeschwin- 20 zwischen dem Eingangs- und Ausgangswandler ein gungen als auch die Torsionsschwingungen gehen auf < Stab und ein konzentrisch angeordneter Hohlstab. Longitudinalschwingungen zurück, die am Anbrin- Die beiden Stäbe werden, vom Eingangswandler gungsort des magnetostriktiv wirkenden Eingangs- zu-gegenphasigen Torsionsschwingungen durch einen wandlers.auf.die zylindrische Oberfläche des Stabes Dickenschwingungen ausführenden, gegebenenfalls innerhalb einer senkrecht zur Stabachse verlaufenden 35 durch einen magnetostriktiven Schwinger ersetzbaren Ebene durch einen das bewegliche Wandlerelement piezoelektrischen Kristall angeregt. An den mit Elekbildenden Streifen aus magnetostriktivem Material troden versehenen Flächen größten Flächeninhalts einwirken, dessen Achse dieser Ebene angehört. Der des Kristalls enden Streifen, von welchen der eine Streifen ist mit seiner einen Stirnseite in der Weise am mit dem aus dem Hohlstab ragenden Ende des Stabes zylindrischen Teil des Stabes befestigt, daß diese 30 verbunden ist, während der andere Streifen, dessen Stirnseite längs einer Mantellinie des Stabes verläuft Breitseiten L-Form aufweisen, am Hohlstab befestigt und ferner die Achse des Streifens eine Radiuslinie ist. Bei "den Wandlern dieser bekannten Anordnung des Stabquerschnittes geradlinig fortsetzt. Durch die sind somit die Streifen im Gegensatz zu dem Wand-Longitudinalschwingungen des Streifens werden auf ler nach den Lehren der Erfindung nur Zwischenden Stab Kräfte ausgeübt, die sich auf Grund der 35 glieder, in welchen nicht die Umsetzung der elek-Bewegungsbahn des Streifenendes in eine genau auf trischen Energie in mechanische vor sich geht und die Stabachse gerichtete Komponente sowie in eine an welchen ferner, da sie als Hebel zu wirken haben, kleinere tangentiale Komponente am Stabumfang auf- nur Biegekräfte auftreten," während bei den Wandteilbar sind. Die Entstehung der tangentialen Kompo- . lern der Verzögerungsleitung nach der Erfindung die nente ist auf Durchbiegungen des Streifens sowie auf 40 aus magnetostriktiven Werkstoff zu fertigenden Streifertigungstechnisch bedingte Verlagerungen der fen nur auf Zug und Druck beansprucht werden Achse des Streifens aus der Richtung zurückzufüh- sollen und die Entstehung von Biegeschwingungen ren, in der ihre Verlängerung die Achse des Stabes unerwünscht ist.
schneidensoll. ' ■ . Bei einen* dem Stand der Technik angehörenden

Ausgehend von dieser bekannten elektromecha- 45 elektromechanischen Filter sind die in einer waage-

nischen Verzögerungsleitung ist eine durch Wandler rechten Ebene nebeneinander angeordneten, für

mit vergleichsweise hohem elektromechanischen! Torsionsschwingungen bemessenen Resonatoren an

Kopplungsfaktor und dennoch einfachem Aufbau ihren den Einspannstellen gegenüberliegenden

hervortretende elektromechanische Verzögerungs- schwingfähigen zylindrischen Endteilen durch Longi-

leitung verwirklichbar, bei welcher vom Eingangs- 50 tudinalschwingungen ausführende Drahtabschnitte

wandler zum Äüsgangswandler längs eines Drahtes miteinander gekoppelt, die zwischen den Resonatoren

ausschließlich Torsionsschwingungen fortschreiten, jeweils zwei parallelen Geraden folgen, welche die

die von Longitudinalschwingungen herrühren, die am schwingfähigen zylindrischen Endteile der Resona-

Anbringungsort des auf magnetostriktiver Grundlage toren tangieren. Diese Drahtabschnitte, die zum einen

arbeitenden Eingangswandlers auf die Oberfläche des 55 oberhalb und unterhalb der waagerechten Ebene

Drahtes in ausschließlich tangentialer Richtung so- verlaufen, in welchen die Achsen der Resonatoren

wie innerhalb einer senkrecht zur Drahtachse ver- liegen, und die zum anderen einer Ebene angehören,

laufenden Ebene einwirken, während am Anbrin- die von den Achsen der Resonatoren senkrecht durch-

gungsort des gleichartig aufgebauten Ausgangswand- setzt wird, sind Bestandteile ein und desselben Drah-

lers von der Oberfläche des als Schallübertragungs- 60 tes, der vom einen Endresonator zum anderen und

bahn dienenden Drahtes in tangentialer Richtung so- in umgekehrter Richtung wieder zurück durch ösen

wie innerhalb einer senkrecht zur Drahtachse ver- an den schwingfähigen zylindrischen Endteilen aller

laufenden Ebene Longitudinalsehwingungen aus- Resonatoren unter Umschlingung dieser Endteile ge-

gehen, die auf Grund der magnetostriktiven Eigen- führt und durch eine Feder gespannt ist. Die Achsen

schäften des Ausgangswandlers in elektrische Schwin- 65 der Ösen gehören in der Ruhestellung des mechani-

gungen umgeformt werden, wenn erfindungsgemäß sehen Filter-Schwingsystems einer Geraden an, die

die Wandler so entworfen sind, daß die Longitudinal- zwischen den zwei Geraden parallel verläuft, welche

schwingungen jeweils an zwei oder mehr magneto- die Lage der Drahtabschnitte angeben. Unmittelbar

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im. Bereich der einzelnen Schwingkörper, die zwi- den dort wieder in elektrische Signale umgesetzt. Auf sehen den Endresonatoren liegen,.ist die Bahn des Grund der Bauart der Wandler der Verzögerungs-Drahtes auf Grund der Schlaufe durch die öse in leitung nach der Erfindung werden von dem als den Fällen als etwa S-fÖrmig zu bezeichnen, in wel- Schallübertragungsbahn dienenden Draht ebenso wie chen ein Drahtstück betrachtet wird, dessen waage- 5 bei einer bekannten elektromechanischen Verzögerechter Abschnitt rechts vom Resonator oberhalb der rungsanordnung mit einer drahtförmigen, Longidie Resonatorachsen enthaltenden Ebene sich er- tudinalschwingungen fortleitenden Schallübertrastreckt und dessen-waagerechter Abschnitt links vom gungsbahn keine magnetostriktiven Eigenschaften Resonator unterhalb dieser Ebene sich fortsetzt. Der gefordert. Die Wahl des Drahtwerkstoffes kann sich Draht, der, wie bereits angeführt, einer Vorspannung io daher allein nach den geforderten Ubertragungsdurch die Feder bedarf, dient nur der Verbindung eigenschaften, der Anordnung richten. Beispielsweise der Resonatoren untereinander und ist nicht Bestand- läßt sich für den Draht eine Legierung -wählen, die teil der Wandler dieses elektromechanischen Filters. einen besonders niedrigen Temperaturkoeffizienten

Bei einer auf geringen Raumbedarf gerichteten der Verzögerungszeit ergibt.

Ausführungsform der Verzögerungsleitung nach der 15 In der eine Ausführungsform des Eingangswand-Erfindung ist der als Schallübertragungsbahn die- lers der Verzögerungsleitung nach der Erfindung nende Draht als Spirale verlegt. Bei der nach den zeigenden Fig. 2 ist ebenso wie in Fig. 3, 5 und 6 Lehren der Erfindung ausgebildeten Verzögerungs- zur-Erhöhung der Verständlichkeit des nachfolgend leitung läßt sich die mit der Umsetzung der Longi- Dargelegten der Querschnitt des Drahtes 11 stark tudinalschwingungen in Torsionsschwingungen beim 20 vergrößert dargestellt. Der Draht 11 wird am An-Eingangswandler und desgleichen die mit der Moden- bringungsort des Eingangswandlers an zwei diametral umsetzung beim Ausgangswandler verbundene Ab- gegenüberliegenden Stellen seiner Oberfläche von Senkung des elektromechanischen Kopplungsfaktors den Breitseiten zweier Streifen 12 aus Nickel tangiert, dadurch in engen Grenzen halten, daß beim Ein- An diesen Stellen sind die Streifen 12 mit dem Draht gangs- und Ausgangswandler die mit Longitudinal- 25 11 durch Schweißung verbunden. Die Achsen der schwingungen beaufschlagten Streifen und die draht- Streifen 12 gehören einer Ebene an, die senfaecht förmige Schallübertragungsbahn durch entsprechende . zur Achse des Drahtes 11 verläuft. In unmittelbarer Dimensionierung der Streifenquerschnitte akustisch Nähe der Schweißstellen befindet sich jeweils das einander angepaßt betrieben werden. Als Wandler eine Ende der Streifen 12, die vom Draht 11 aus in in raumsparender Bauweise ist jene Ausführungsform 30 entgegengesetzte Richtungen weisen. Die dem Draht mit zwei Streifen hervorzuheben, bei welcher die 11 abgewandten Enden der beiden Streifen 12 sind Streifen von ihren Befestigungspunkten am Draht von Spulen 13 umgeben. Die Spulen 13 sind so beaus in der gleichen Richtung parallel verlaufen und messen, daß sie für den von ihnen umschlossenen demgemäß die den beiden Streifen zugeordneten Abschnitt der aus Nickel bestehenden Streifen 12 als Spulen sich nebeneinander befinden. Wirkt der eine 35 Wandlerwicklungen wirksam sind. Bei Erregung der Streifen im betrachteten Zeitmoment an seinem mit Spulen 13 entstehen in dem von ihnen umgebenen dem Draht verbundenen Ende durch Kontraktion Abschnitten der Streifen 12 bei der angewandten Art auf den Draht ein, so wird dieser gleichzeitig vom der Vormagnetisierung Longitudinalwellen, die sich anderen Streifen an dessen Befestigungspunkt mit in Richtung auf die beiden Streifenenden hin fortdem Draht durch Dilatation beeinflußt. 40 pflanzen. Die von den Spulen 13 aus längs der Strei-

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Eigenschaf- fen 12 den Draht 11 erreichenden Longitudinalwellen

ten der elektromechanischen Verzögerungsleitung führen in diesem Draht zu Torsionswellen, die den

nach der Erfindung gehen aus der nachfolgenden beiden Drahtenden zustreben.

Beschreibung hervor. In den Zeichnungen zeigt Bei der durch Fig. 2 veranschaulichten Ausfüh-

Fig. 1 das bekannte Prinzipschema einer elektro- 45 rungsform weisen die Spulen 13 der beiden Streifen

mechanischen Verzögerungsleitung, 12 den gleichen Abstand vom Draht 11 auf. Des

F i g. 2 und 3 Ausführungsformen von entspre- weiteren erfolgt bei dieser Ausführungsform die Vorchend den Lehren der Erfindung entworfenen Ein- magnetisierung der Streifen 12 entweder durch Pergangs- und Ausgangswandlern in schematischer Dar- manentmagnete 1? oder durch zusätzlich den Spulen stellung, 50 13 zugeführten Gleichstrom. Auf Grund der

Fig. 4 ein schematisch wiedergegebenes Ausfüh- Variationsmöglichkeiten, die hinsichtlich der Art rungsbeispiel der Verzögerungsleitung nach der Er- der Vormagnetisierung der Streifen 12 bestehen, sind findung, bei welchem der als Schallübertragungsbahn in Fig. 2 die Permanentmagnete 19 gestrichelt eindienende Draht in Form einer Spirale ■ aufgewik- getragen. Die Vormagnetisierungsfeldstärke wird so kelt ist, 55 gewählt, daß sich für das Aggregat aus Streifen 12

Fig. 5 und 6 weitere Ausführangsformen von und Spule 13 ein möglichst hoher Koeffizient der Wandlern der Verzögerungsleitung nach der Er- elektromechanischen Kopplung ergibt. Dies ist befindung, kanntlich durch eine Vormagnetisierungsfeldstärke

Für elektromechanische Verzögerungsleitungen erreichbar, welche auf der Magnetostriktionskenn-

läßt sich bekanntlich das durch F i g. 1 veranschau- 60 linie des Streifenwerkstoffes den Ärbeitspunkt in den

lichte Prinzipschema angeben. Die zu verzögernden Bereich der größten Steilheit legt. Die beiden Spulen

elektrischen Signale werden dem Eingangswandler Ä 13 sind durch Serien- oder durch Parallelschaltung

zugeführt, der bei der Gattung der Verzögerungs- in der Anordnung 14 miteinander verbunden. Durch

anordnungen, welcher die Verzögerungsleitung nach diese Anordnung werden elektrische Impulse mit

der Erfindung angehört, Torsionsschwingungen an 65 ausreichender Impulsleistung den Spulen 13 zugelei-

den als Schallübertragungsbahn wirksamen Draht 11 tet. Bei der Serien_r bzw. Parallelschaltung der Spulen

abgibt. Die durch den Draht 11 an den Ausgangs- 13 sind deren Enden unter Berücksichtigung der

wandler B gelangenden Torsionsschwingungen wer- Vormagnetisierungsrichtiingen in den Streifen 12 so

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miteinander zu verbinden,·.daß bei Stromstärke- förmige Torsionsbeanspruchung des-Drahtes 11 am

änderungen in den Spulen 13 an den Befestigungs- Anbringungsort der Streifen 12 unterscheidet sich

stellen der Streifen 12 am Draht IX. ein Kräftepaar von jener, die von dem eingangs betrachteten Strom-

mit in Richtung der Streifenachsen wirksamen Kräf- anstieg herrührt, nur durch den Drehsinn, wenn der

ten auf den Draht ein Drehmoment in der Ebene .5 StromabfaU mit dem vorangegangenen Stromanstieg

ausübt, welcher die Achsen der Streifen 12 an- dem Betrag nach übereinstimmt. Die vom Draht 11

gehören, - ■ · ·.-,■■ an den Anbringungsort des Ausgangswandlers ge-

Der de^m "vorangehend besqhriebenen Eingangs- leiteten Torsionsbewegungen prägen den mit dem wandler inbauliclier.Hinsicht genau entsprechende verbundenen Endabschnitten der Streifen 15 Kon-Apsgangswandler ist in Fig. 3 gezeigt. Dabei ist für io traktions- und Düatationskräfte auf, die mit der Gedjlesen Ausgangswandler die.gleiche Darsteliungs- schwindigkeit, welche Longitudinalschwingungen in weise mit gegen den Beschauer gerichtetem Draht diesen Streifen zeigen,-an deren Endabschnitte mit wie für den durch Fig. 2 wiedergegebenen Wandler den Spulen 1(5 übertragen -.werden. Auf Grund des gewählt. Auch dieser Wandler, weist zwei Nickel- inversen magnetostriktiven Effektes werden durch streifen15 -auf, die in unmittelbarer Nähe ihres einen 15 Kontraktion und Dilatation '.der /von den Spulen 16 Endes^: an den.·Draht 11 so angeschweißt sind, daß sie umschlossenen Abschnitte der Streifen 15 in diesen B4t ihren anderen· Enden in. .pnterschiedliche./Rich" Spulen Spannungen · induziert.' Da der Ausgangs'-tpngen weisen und· die Achsen, der Streifen die Ab- wandler ebenso wie der Eingangswandler djfferenschnitte von zwei Geraden bilden, die-parallel zuein- zierende Eigenschaften- aufweist, ist ein Ausgangsander verlaufen und-ewer;Ebene-angehören,_: die von ao impuls.zu erwarten, über dessen Kurvenform·die der Achse-_;des DrÄtes 11-.senkrecht durchsetzt wird; zweifache Differentiation der Kurve des Eingangs-Jeder StreM^n 15 ist von einer Spule 6 umgeben. Den impulses Aufschluß gibt .
Spülen1$ sind:Permanentmagnete 17 zur Vonnagne- Die-· Vorgänge, die auf Grund eines sprunghaften tisierung der. Streifen,15: in" der;.Weise zugeordnet, Stromaristieges und eines plötzlichen Stromabfalles 4aß die Kraftlinien- des durch diese Permanent- 25 in den Spulen eines nach den Lehren der Erfindung magnete hervorgerufenen Feldes jeweils in dem von entworfenen Eingangswandlers auf der drahtförmiden Spulen 16 umschlossenen Abschnitt der Streifen gen SchaUübertragungsbahn zu erwarten sind, lassen 15 parallel z?j den Streifenachsen verlaufen. Die den Schluß zu, daß für eine mit solchen Wandlern Spulen 16 sind gleichfalls durch Serien- oder durch versehene elektromechanische Verzögerungsleitung Parallelschaltung miteinander verbunden und an den 30 hinsichtlich der Ermittlung-der die optimalen ÜberEingang der Anordnung 18 angeschlossen. tragungseigenschaften der Leitung ergebenden Im-

An Hand der mit Eingangs- und Ausgangswand- pulsdauer der zugeführten Impulse die gleichen Überlern nach Fig,2 und 3 versehenen Ausführungs- legungen gelten wie bei vorbeschriebenen, magnetoform der" Verzögerungsleitung nach der Erfindung striktiv wirkende Wandler aufweisenden Verzögewerde deren Wirkungsweise kurz erläutert; Ein durch 35 rungsleitungen, über deren drahtförmige Schallüber*· die Anordnung 14 ausgelöster sprunghafter Strom- tragungsbahn Longitudjnalwellen geleitet werden, anstieg in den Spulen 13 bewirkt unter bestimmten Bei diesen Verzögerungsleitungen ist bekanntlich mit Voraussetzungen, die an seine Polarität und an die optimalen Impulsübertragungseigenschaften durch Vormagnetisierungsricbtung in den Streifen 12 ge- die Anwendung von Eingangsimpulsen zu rechnen, knüpft sind, in den von diesen Spulen umschlossenen 40 bei welchen der vorderen Impulsflanke die rück-Absehnitten der aus Nickel bestehenden Streifen eine wärtige Impulsflanke in einem solchen zeitlichen Abimpulsförmig verlaufende Kontraktionskraft, die in stand folgt, daß unmittelbar nach dem Verschwinden diesen Streifenabschnitten ein an- und sogleich wie- der von der vorderen Impulsflanke herrührenden der abschwellende Kontraktion zur Folge hat, die Kontraktionskraft von der rückwärtigen Impulssich mit der Geschwindigkeit, die Longitudinalwellen 45 flanke auszulösende Dilatationskraft einsetzt. In diein Nickel aufweisen, nach- den beiden Streifenenden sem Fall ergibt sich in den Spulen 15 des Ausgangshin ausbreitet. Der zum Draht U geleitete Anteil der wandlers -der Verzögerungsleitung nach der Erfinaufdie Streifen 12 aufgebrachten mechanischen dung jeweils ein Stromimpuls mit maximaler Ampli-Energie beansprucht den Draht am Anbringungsort tude, dem Impulse geringerer Amplitude und ent-■der Streifen kurzzeitig auf Torsion in einer Richtung. 50 gegengesetzter Polarität vorangehen und nachfolgen. Die hierdurch im Draht 11 im Bereich des Anbrin- Bekanntlich ist mathematisch nachweisbar, daß gungsortes der Streif en 12 bis zu einem Höchstwert Torsionsschwingungen längs eines geradlinig veransteigende und anschließend wieder verschwin- laufenden Drahtes dispersionsfrei übertragen werden, dende elastische Verformung pflanzt sich in Richtung während bei gekrümmten Bahnen die Dispersion geauf die beiden Drahtenden hin mit der Geschwindig- 55 ring gehalten werden kann, wenn der Krümmungskeit fort, die Torsionswellen in dem Werkstoff zeigen, radius des Drahtes nicht allzu klein gewählt ist. Es aus welchem der Draht U gefertigt ist Ein durch die sind daher bei der Verzögerungsleitung nach der ErAnordnung 14 in den Spulen 13 verursachter sprung- findung die Voraussetzungen dafür gegeben, von der hafter Stromabfall hat unter den oben getroffenen durch Fig. 4 gezeigten, an sich bekannten VerVoraussetzungen in den von den einzelnen magne- 60 legungsart des' Drahtes elektromechanischer Vertischen Feldern dieser Spulen beeinflußten Abschnit- zögerungsanordnungen in Form einer Spirale Geten der Streifen 12 eine injpulsförmig verlaufende brauch zu machen: Die Vorteile, die durch diese Dilatationskraft zur Folge, Demgemäß ist dann in Wickelart mit in einer einzigen Ebene angeordnetem diesen Streifenabschnitten eine ansteigende und an- Draht hinsichtlich geringen Raumbedarfes der Geschließend wieder verschwindende Dilatation zu er- 65 samtanordnung erzielt werden können, sind offenwarten, die wiederum mit der Longitudinalwellen in sichtlich beträchtlich.

Nickel eigenen Geschwindigkeit bis an die Streifen-' Um hinsichtlich des elektromechanischen Koppenden gelangt. Die hieraus sich ergebende stoß- lungsfaktors der nach den Lehren der Erfindung

ίο

aufgebauten Wandler zu optimalen Ergebnissen zu gelangen, ist es erforderlich, die Streifen an den Draht akustisch anzupassen. Die Anpassungsbedingung läßt sich in der Form angeben:

rc-r* 1/G₁-W₁
2 · η |/ E₂ ■ W₂

Dabei ist mit A der Querschnitt des einzelnen Streifens, mit r der Radius des Drahtes und mit η die Anzahl der Streifen bezeichnet, unter G₁ und W₁ sind der Schermodul und die Dichte des Drahtwerkstoffes und unter E₂ und W₂ der Elastizitätsmodul und die Dichte des Streifenwerkstoffes zu verstehen.

Es ist nicht erforderlich, daß bei den Wandlern die Streifen 12 bzw. 15 vom Draht 11 aus sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, vielmehr ist auch eine Wandlerausführungsform mit zwei Streifen denkbar, bei welcher diese Streifen vom Draht 11 aus in gleicher Richtung parallel verlaufen. Ein soleher Wandler ist in Fig.5 dargestellt. Bei diesem Wandler müssen die beiden Streifen 20 und 21 entgegengesetzte Vormagnetisierungsnchtungen aufweisen, wenn für die Spulen 22 und 23 das gleiche Anschlußschema angewendet werden soll wie für die Spulen der durch Fig.2 und 3 veranschaulichten Wandler. In diesem Fall sind die Streifen 20 und 21 Permanentmagnete 24 und 25 mit voneinander abweichender Lage der gleichnamigen Pole jeweils für sich zuzuordnen. Wenn die Vorderflanke eines den Spulen 22 und 23 zugeführten Impulses in dem von der Spule 22 umgebenen Abschnitt des Streifens 20 Dilatation bewirkt, löst diese Impulsflanke gleichzeitig in dem von der Spule 23 umschlossenen Abschnitt des Streifens 21 Kontraktion aus. Die durch Erregung der Spulen 22 und 23 ausgelösten Longitudinalschwingungen gelangen also mit entgegengesetzter Phasenlage an die dem Draht 11 zugewandten Enden der Streifen 20 und 21. Der Draht 11 wird somit am Anbringungsort der Streifen 20 und 21 durch ein Kräftepaar mit Kraftrichtungen entsprechend den in F i g. 5 eingetragenen Pfeilen tordiert. Ein solches Kräftepaar tritt im übrigen auch bei übereinstimmenden Vormagnetisierungsrichtungen in den Streifen 20 und 21 in Erscheinung, wenn das bisher für die Spulen 22 und 23 vorausgesetzte Anschlußschema verlassen wird und die Enden einer dieser zwei Spulen vertauscht werden. Einem solchen Vorgehen kommt insofern Bedeutung zu, als gleiche Vormagnetisierungsrichtungen in den Streifen 20 und 21 bereits durch einen einzigen Permanentmagnet erreichbar sind. Aus diesem Grunde ist in F i g. 5 nur der Magnet 24 voll ausgezogen dargestellt, während der Magnet 25 gestrichelt eingetragen ist. Bei dem durch F i g. 5 gezeigten Wandlerausführungsbeispiel wird selbstverständlich wie bei allen übrigen Ausführungsformen die Vormagnetisierungsfeldstärke so gewählt, daß der Arbeitspunkt im Bereich der größten Steilheit der Magnetostriktionskennlinie der Streifen liegt. Desgleichen bedarf es keiner weiteren Ausführungen darüber, daß der durch F i g. 5 veranschaulichte Wandler in genau denselben Varianten, in welchen er als Eingangswandler erläutert worden ist, sich auch als Ausgangswandler eignet.

Die Wandler der Verzögerungsleitung nach der Erfindung sind auch mit mehr als zwei Streifen verwirklichbar. Hierbei ist lediglich darauf Bedacht zu nehmen, daß die Befestigungspunkte der Streifen am Umfang des als Schallübertragungsbahn dienenden Drahtes um einander gleiche Winkelbeträge versetzt sind. Zur näheren Erläuterung ist in Fig. 6 ein Wandler mit drei Streifen dargestellt. Bei diesem "Wandler tangieren die drei Streifen 26 den Draht 11 an Punkten, welchen Radiuslinien des Drahtquerschnittes zugeordnet sind, die jeweils den 120° betragenden Winkel 28 zwischen sich einschließen. An ihren dem Draht 11 abgewandten Enden sind die Streifen 26 mit den Spulen 27 versehen. Es steht nichts im Wege, Eingangs- und Ausgangswandler ein und derselben Verzögerungsanordnung mit einer unterschiedlichen Zahl von Streifen zu entwerfen.

Schließlich lassen sich als Eingangswandler dienende Wandler der Verzögerungsleitung nach der Erfindung auch mit Streifen ausführen, auf welchen die Spulen unterschiedliche Abstände vom Befestigungspunkt am Draht aufweisen. Eine solche Anbringungsart der Spulen hat zur Voraussetzung, daß die Spulen nach Maßgabe ihrer voneinander abweichenden Abstände von den Befestigungspunkten der zugehörigen Streifen am Draht in der Weise zu unterschiedlichen Zeiten erregt werden, daß hinsichtlich der tordierenden Wirkung der Streifen am Draht sich das gleiche Ergebnis einstellt wie bei den Wandlern, deren Spulen auf den Streifen jeweils in gleichen Abständen vom Streifenbefestigungspunkt am Draht angeordnet sind. Demgemäß muß die Erregung der näher am Draht befindlichen Spule bzw. Spulen später einsetzen als die Erregung der anderen Spule bzw. Spulen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektromechanische Verzögerungsleitung, bei welcher vom Eingangswandler zum Ausgangswandler längs eines Drahtes Torsionsschwingungen fortschreiten, die vonLongitudinalschwingungen herrühren, die am Anbringungsort des auf magnetostriktiver Grundlage arbeitenden .Eingangswandlers auf die Oberfläche des Drahtes in tangentialer Richtung sowie innerhalb einer senkrecht zur Drahtachse verlaufenden Ebene einwirken, während am Anbringungsort des gleichartig aufgebauten Ausgangswandlers von der Oberfläche des als Schallübertragungsbahn dienenden Drahtes in tangentialer Richtung sowie innerhalb einer senkrecht zur Drahtachse verlaufenden Ebene Longitudinalschwingungen ausgehen, die auf Grund der magnetostriktiven Eigenschaften des Ausgangswandlers in elektrische Schwingungen umgeformt werden, gekennzeichnet durch Wandler, bei welchen die Longitudinalschwingungen jeweils an zwei oder mehr magnetostriktiven Streifen auftreten, die bei jedem Wandler sich in einer Ebene senkrecht zur Drahtachse zwischen der Drahtoberfläche und den jedem einzelnen Streifen beigegebenen Wandlerwicklungen erstrecken, die unter Berücksichtigung ihrer Abstände auf den einzelnen Streifen vom Draht, der Vormagnetisierungsrichtung der Streifen und deren gegenseitiger Lage so untereinander verbunden sind, daß sich der größtmögliche Wandlerwirkungsgrad ergibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Schallübertragungsbahn dienende Draht in Form einer Spirale verlegt ist (Fig. 4).

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3, Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei den einzelnen Wandlern zwischen den Streifen (12) und dem als Schallübertragüngsbahn dienenden Draht (11) akustische Anpassung besteht. 5 -.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswandler zwei magnetostriktive Streifen (20,21) aufweist, die von ihren an der Oberfläche des Drahtes (11) diametral gegenüberliegenden Befestigungspunkten aus in der gleichen Richtung parallel verlaufend und die des weiteren durch die ihnen zugeordneten Wandlerwicklungen (22, 23) mit Longitudinalschwingungen beaufschlagt werden, deren zum Draht (11) hin fortschreitende Wellenanteile auf Grund der für die Wandlerwicklungen (22, 23) unter Berücksichtigung der Vormagnetisierungsrichtungen in den einzelnen Streifen gewählten Verbindungsart an den Draht (11) gegenphasig gelangen, wodurch die von den Streifen (20,21) auf den Draht ausgeübten Kräfte ein Kräftepaar bilden (Fig.

5).

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 706 272;

britische Patentschrift Nr. 714 627;

ÜSA.-Patentschriften Nr. 1799 634, 1933 306,
318 417, 2490452;

L.Bergmann, »Der Ultraschall«,

6.Auflage, Stuttgart, 1954, S. 56, 58;

Electrical Communication, Bd. 28, Nr. 1, S. 46 bis 53 (März 1951);

Acusticä, VoL 4, Nr. 1, S. 171 bis 181 (1954).

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1009 236.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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