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Akustischer Signalgeber.
Die bekannteste Hupe beruht auf dem Prinzip der Zungenpfeife, wobei ein Luftweg in bekannter Weise durch die schwingende Zunge abwechselnd gedrosselt bzw. freigegeben wird. Hupen dieser Art werden in der Regel von Hand durch einen Gummiball betrieben. Der Fahrer muss infolgedessen meist das Steuerrad loslassen, was als unangenehme Unterbrechung empfunden wird. In späterer Zeit führte sich infolgedessen eine Reihe von Konstruktionen ein, die mittels Druckknopf (am Steuerrad) betätigt werden konnten, d. h. elektrische Hupen, die meist auf dem Prinzip des Unterbrecherkontaktes beruhten.
Ein Nachteil dieser Konstruktion besteht in der Abnützung des Unterbrecherkontaktes und in der damit entstehenden Tonänderung, was dann in jüngster Zeit zur Einführung der Motorhupe Veranlassung gab. Die bekannt gewordenen Hupen dieser Type bewegen die Membranen zwangläufig und erzeugen auf diese Weise meist einen zwar lauten, aber sehr unreinen Ton.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, unter Benutzung mechanisch schwingender, abgestimmter und lose gekoppelter Systeme einen lauten harmonischen Ton zu erzeugen und hiebei Mechanismen zu verwenden, bei denen die oben erwähnten Nachteile vermieden sind.
Eine beispielsweise Ausführung einer solchen Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt.
Sieht man die Membran b einer Hupe, die im vorliegenden Falle durch die Masse des Bügels a beschwert ist, als ein mechanisches schwingungsfähiges System an, so kann man nach den in letzter Zeit gesammelten Erfahrungen auf dem Gebiete der mechanischen Schwingungen dieses System durch eine lose Kopplung von aussen erregen und unter Anwendung von Abstimmung zum energischen Schwingen anregen und damit zum Tönen bringen.
In Fig. 1 wird dieses Tönen dadurch erreicht, dass die Masse k, die drehbar im Bügel a angebracht ist, durch den Gummiriemen r vom Motor aus in Umlauf gesetzt wird. Die Masse k, die aus einer kleinen Schnurscheibe mit zwei exzentrisch angebrachten Gewichten besteht, biegt nämlich beim Umlauf die Membran entsprechend deren beiden Freiheitsgrade pro Schwingung je einmal in der einen und in der andern Richtung durch. Die zur Erzielung des akustischen Effektes erforderliche Leistung wird also im vorliegenden Falle durch ausgesprochen Massenkopplung übertragen. Da die Umdrehungszahlen des Motors 2000-3000 betragen, die Übersetzung in weiten Grenzen gewählt werden kann, so ist es möglich, auf diesem Wege jede beliebige innerhalb der Tonskala fallende Schwingung zu erzeugen.
Der zur Anwendung gebrachte Gummiriemen r hat sich insofern als besonders vorteilhaft erwiesen, als er die Schwingungen der Membran nicht merkbar dämpft ; der Motor kann somit einen ausserordentlich hohen Prozentsatz seiner Leistung in Schwingungsenergie umsetzen.
Mit Hupen dieser Art kann man bei jeder beliebigen Abmessung einen grossen Teil der Tonskala durch Einstellung der Motortourenzahl bestreichen. Bei günstiger Wahl der Verhältnisse stellt sich aber heraus, dass die grösste Leistung dann übertragen wird, wenn die Tourenzahl der rotierenden Masse k mit der Eigenschwingungszahl der Membran a nahezu oder vollkommen übereinstimmt. Die Tonhöhe ändert sich natürlich mit der Tourenzahl d3S Motors und ist beim Anlauf somit kleiner als bei der Betriebstourenzahl.
Will man erzielen, dass ein grosser Teil der Tonskala nach Art einer Sirene durchlaufen wird, so kann man dies mit Leichtigkeit durch Al. fbringen eines schweren Schwungrades auf den Motor erreichen (grosses Trägheitsmoment). Will man dagegen umgekehrt-was bei Hupen für Fahrzeuge erwünscht
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sein dürfte-geringe Tonänderungen beim Anlauf bis zur Betriebstourenzahl erreichen, dann muss man umgekehrt die Trägheit des Motorankers bzw. der bewegten Organe möglichst klein wählen.
Man kann aber diesem Ziel auch durch Anwendung eines zwischengeschalteten schwingungsfähigen Systems geringer Dämpfung (Zwischenkreis) näherkommen.
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Gewichten, zusammengeschaltet, welches nur geringe Dämpfung aufweist, d. h. also bei Beginn der
Schwingung wenig Energie und bei Eintritt der'Resonanzlage relativ grosse Energiequantitäten in
Schwingungsform aufnimmt, wodurch ein rasches Ansteigen bis zur Betriebstourenzahl (Resonanzzahl) gefördert wird. Ausserdem entsteht bei reinen Abstimmungsverhältnissen durch dieses Zwischensystem ein relativ ungedämpfter reiner Ton. Die Membran kann in diesem Falle unter Umständen so gewählt werden, dass ihre Eigenperiode ganz ausserhalb der Betriebstourenzahl fällt, d. h. die Membran lediglich als ein Nutzdämpfung abgebendes Organ angesehen werden kann.
Um die Verluste noch weiter zu verringern bzw. den Wirkungsgrad der Gesamtanordnung zu erhöhen, kann man noch eine Gleich- sstimmu11g der in der Ssshallröhre schwingenden Luftsäule mit der erzeugten Tonhöhe, d. h. der Perioden- zahl herstellen. Es geschieht dies durch Verlängern oder Verkürzen der erwähnten Röhre.
Bringt man, wie in Fig. 3, statt einer zwei oder mehrere Riemenscheiben n und Mg und gleichzeitig zwei oder mehrere Kopplungsvorrichtungen 7c1, 7cs und kg eventuell auch drei Zwischensysteme , % und % (nach Art des Zwischensystems a, b', Fg. 2) an, so kann man beispielsweise bei einer Übersetzung von 1 : 3/2 : 2 einen harmonisch klingenden Akkord erzeugen.
In Verbindung mit der letztbeschriebenen Einrichtung oder auch für sich allein kann ein System von Resonatoren, die beispielsweise nach Fig. 4 ausgeführt werden können, zur Anwendung gebracht werden. Die Schallwelle, die an der mit 0 bezeichneten Stelle erzeugt sein möge, wird durch die Röhre 1, die mit der Schallwelle abgestimmt sein kann oder auch dieselbe periodisch weiterleitet, in die Röhre 2, die als Resonator ausgebildet ist, und an ihrem äussersten Ende zu ihrer genauen Einstellung verlängert oder verkürzt werden kann, geleitet. Die Röhre 1 mündet in der Nähe des Schwingungsbauches der Luftsäule ein, also an derjenigen Stelle, wo die Luftbewegung am grössten ist.
Verschiebt man die Röhre 2 auf der Röhre 1, so kann der Einfluss der Luftsäule 1 auf die Luftsäule 2, d. h. der Kopplungsgrad, vergrössert oder verkleinert werden. In demselben Verhältnis wie die Röhre 2 zur Röhre 1 steht der
Resonator zur Röhre 2 bzw. die Röhre 2 zum Resonator 3 usw.
In Fig. 4 (rechts liegender Teil der Darstellung) ist somit eine Vorrichtung zur Darstellung gebracht, mit der aus einem beliebigen Grundton beliebig viele genau bestimmte Obertöne gezogen werden können.
Die Erzielung reiner Schwingungen, die bis zur Herstellung eines vollständigen Akkordes gesteigert werden können, bei gleichzeitig grosser Lautstärke der Töne, verleihen der Hupe einen Vorzug vor allen seither bekannt gewordenen Konstruktionen.
Das Auflegen oder Auswechseln der verwendeten endlosen Gummiriemen erfolgt bei freitragender
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betreffenden Scheiben.
An Stelle der Massenkopplung kann auch irgendeine andere Kopplungsart, d. b. eine elastische Kopplung mit Kurbeltrieb nach Fig. 4 verwendet werden.
Des weiteren kann ein schwingungsfähiges Gebilde, wie im mittleren Teil der Fig. 4 gezeigt, mit einem Stift s versehen sein, der nach Art eines Hammers die Membran, die an sich schwingungsfähig oder periodisch schwingen kann, erregt.
An Stelle des Antriebes durch den Motor kann der Antrieb auch von Hand durch Kurbel oder Antriebsriemen nach Fig. 4 links liegender Teil dieser Darstellung, erfolgen.
Bei jedem Mechanismus, der reine akustische Schwingungen erzeugen soll, muss das tonerzeugende Organ freie Schwingungen ausführen können, d. h. es darf in seiner Amplitude nicht behindert sein. Soll also auf mechanischem Wege ein reiner Ton erzeugt werden, so müssen zwischen dem antreibenden und dem getriebenen schwingenden Organ Mittel zur Anwendung gebracht werden, die ein freies Ausschwingen des tonerzeugenden Organes zulassen. Als solches Mittel hat sich der oben erwähnte Gummiriemen erwiesen.
Eine bedeutend weitertragende Sohallwirkung wird erzeugt, wenn der elastische Teil, die Membrane, mit der schwingenden Masse des schwingungsfähigen Systems so lose verbunden ist, dass nach jeder Bewegungsumkehr erst eine kleine relative Verschiebung zwischen beiden eintritt, die zwischen Null und wenigen Millimetern liegt, so dass zwischen der Masse und der oder den Membranen im schwingenden'Zustand gewissermassen ein beständiges Hämmern stattfindet. Durch dieses Mittel werden Oberschwingungen von grosser Zahl und beträchtlicher Stärke hervorgerufen, die den Ton besonders weittragend und durchdringnd gestalten.
Es wurde weiter-erkannt, dass die so erregten Obertöne am besten erhalten bleiben, wenn die betreffende Apparatur zur Aussendung von Sphallsignalen als Strahler nach Fig. 5 ausgebildet wird, d. h. als eine Vorrichtung, die ohne Schalltrichter jede entstehende Oberschwingung nach zwei Seiten hin zur Ausstrablung bringt.
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Fig. 5 zeigt im Schnitt zwei Membranen. & , & ', zwischen welchen eine Masse a so befestigt ist, dass in den Befestigungsstellen c, c ein Spiel bleibt, welches je nach dem Umfang der Membrane grösser sein oder auch Bruchteile eines Millimeters betragen kann. Die beiden Membranen b, b, die zwecks Erzielung einer grösseren Amplitude gewellt sein können, bilden mit dem Gehäusemantel d einen abgeschlossenen Hohlraum. Der in diesem Hohlraum eingeschlossene Luftzylinder wird von den Innenseiten der Membranen in schwingende Bewegung versetzt, während die Aussenseiten der Membranen wirksame Schallwellen erzeugen.
In dem erwähnten Hohlraum ist der auf die Masse a wirkende mechanische Schwingungsgenerator k untergebracht, welcher von einer Energiequelle aus in Umlauf gesetzt wird und welcher seinerseits das schwingungsfähige System b, a, b erregt, indem er gleichzeitig der Grundschwingung in der oben erwähnten Weise Oberschwingungen überlagert.
Die Antriebsquelle des mechanischen Schwingungsgenerators kann hiebei beispielsweise in Form eines Elektromotors M ebenfalls in dem Hohlraum zwischen den beiden Membranen untergebracht sein und mittels Gummiriemen r Leistung auf das schwingungsfähige System b, a, b übertragen. Der mechanische Schwingungsgenerator kann aber auch durch eine umlaufende Welle von einer ausserhalb dieses Hohlraumes liegenden Energiequelle, etwa dem umlaufenden Schwungrad des Fahrzeugmotors aus betrieben werden.
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Sobald der Schallsender ohne besondere Mittel als periodisches System ausgebildet ist, hat eine Änderung der Tourenzahl allerdings eine Tonänderung im Gefolge, so dass der Zweck der Signalgebung auch bei veränderlicher Antriebstourenzahl in allen Fällen erreicht werden kann und die Tongebung des Signalgeber variiert.
Durch Anbringung eines oder mehrerer abgestimmter Zusatzsysteme, die ebenfalls innerhalb des Hohlraumes zwischen den Membranen untergebracht werden können, oder durch Anwendung abge- stimmter Luftsäulen, Schalltrichter usw. kann, wie bezüglich der Einrichtung nach den Fig. 1-4 beschrieben, auch der vorliegenden Vorrichtung eine bestimmte Eigenschwingung bzw. ein bestimmtes Charakteristikum aufgeprägt werden. Will man den ausgestrahlten Schallwellen ein besonderes Charakteri- stikum aufprägen, z. B. die Oberschwingungen mehr zurücktreten lassen, so kann eine nach Fig. 5 beschriebene Vorrichtung auch mit einem oder mit zwei Schalltrichtern T"T, (wie in Fig. 6 punktiert) versehen sein. Von den beiden Schalltrichtern kann jeder für sich drehbar sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Akustischer Signalgeber (Hupe), dadurch gekennzeichnet, dass von einer mechanischen Energiequelle aus durch ein nachgiebiges mechanisches Organ (z. B. einen Gummiriemen) unter Anwendung einer losen mechanischen Kopplung (z. B. einer Massenkopplung, elastischen Kopplung, Reibungs-oder Zeitkopplung) Leistung in schwingender Form auf ein mechanisches tonerzeugendes Organ (z. B. eine Membran) übertragen wird.
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Acoustic signal generator.
The best-known horn is based on the principle of the reed whistle, with an airway being alternately throttled or released in a known manner by the swinging tongue. These types of horns are usually hand operated using a rubber ball. As a result, the driver usually has to let go of the steering wheel, which is perceived as an unpleasant interruption. As a result, a series of constructions that could be operated by means of a push button (on the steering wheel) were introduced later, i.e. H. electric horns, which were mostly based on the principle of the breaker contact.
A disadvantage of this construction is the wear and tear of the breaker contact and the resulting change in tone, which recently gave rise to the introduction of the motor horn. The well-known horns of this type inevitably move the membranes and in this way usually produce a loud, but very impure sound.
The present invention is based on the idea of generating a loud harmonic tone using mechanically vibrating, tuned and loosely coupled systems and of using mechanisms in which the above-mentioned disadvantages are avoided.
An example of an embodiment of such a device is shown in FIG.
If one sees the membrane b of a horn, which in the present case is weighted down by the mass of the bracket a, as a mechanical oscillatory system, one can, according to the experiences gained recently in the field of mechanical oscillations, this system through a loose coupling excite from the outside and stimulate energetic vibrations using coordination and thus make them sound.
In Fig. 1 this sounding is achieved in that the mass k, which is rotatably mounted in the bracket a, is set in circulation from the motor by the rubber belt r. The mass k, which consists of a small cord disc with two eccentrically attached weights, bends the membrane once in one direction and in the other, depending on its two degrees of freedom per oscillation. The power required to achieve the acoustic effect is thus transmitted in the present case through a pronounced mass coupling. Since the number of revolutions of the motor is 2000-3000, the translation can be selected within wide limits, it is possible in this way to generate any vibration that falls within the tone scale.
The rubber belt r used has proven to be particularly advantageous in that it does not noticeably dampen the vibrations of the membrane; the motor can thus convert an extraordinarily high percentage of its power into vibration energy.
With horns of this type you can cover a large part of the tone scale for any dimension by setting the number of engine revs. With a favorable choice of the ratios, it turns out that the greatest power is transmitted when the number of revolutions of the rotating mass k corresponds almost or completely with the natural frequency of the membrane a. The pitch of course changes with the number of revolutions of the d3S motor and is therefore smaller at start-up than with the number of operating revolutions.
If one wants to achieve that a large part of the tone scale is run through in the manner of a siren, this can be done with ease by Al. to bring a heavy flywheel to the engine (high moment of inertia). If, on the other hand, you want to do it the other way round, what you want with horns for vehicles
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If the tone changes are likely to be small when starting up to the number of operating revs, then conversely the inertia of the motor armature or the moving organs must be selected as small as possible.
But you can also get closer to this goal by using an intermediate oscillating system with low damping (intermediate circuit).
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Weights, interconnected, which has little damping, d. H. so at the beginning of
Vibration has little energy and when the resonance position occurs, relatively large quantities of energy in
Absorbs vibration form, whereby a rapid increase up to the number of operating revs (resonance number) is promoted. In addition, this intermediate system creates a relatively undamped, pure tone with pure tuning relationships. In this case, the membrane can be chosen so that its natural period falls completely outside the number of operating revs, i.e. H. the membrane can only be viewed as an organ that emits useful attenuation.
In order to reduce the losses even further or to increase the efficiency of the overall arrangement, one can still tune the air column vibrating in the reverberation tube with the generated pitch, i.e. H. the number of periods. This is done by lengthening or shortening the tube mentioned.
If, as in Fig. 3, instead of one, two or more belt pulleys n and Mg and at the same time two or more coupling devices 7c1, 7cs and kg, possibly also three intermediate systems,% and% (according to the type of intermediate system a, b ', Fig. 2 ), for example, a translation of 1: 3/2: 2 can produce a harmonious sounding chord.
A system of resonators, which can be implemented according to FIG. 4, for example, can be used in conjunction with the device described last or also on its own. The sound wave, which may be generated at the point marked 0, is passed through the tube 1, which can be coordinated with the sound wave or also transmits it periodically, into the tube 2, which is designed as a resonator, and at its outermost end their exact setting can be extended or shortened, directed. The tube 1 opens in the vicinity of the antinode of the air column, i.e. at the point where the air movement is greatest.
If the tube 2 is moved on the tube 1, the influence of the air column 1 on the air column 2, i. H. the degree of coupling, increased or decreased. In the same relationship as the tube 2 to the tube 1 is
Resonator to tube 2 or tube 2 to resonator 3 etc.
In FIG. 4 (part of the illustration on the right) a device is thus shown with which any number of precisely defined overtones can be drawn from any fundamental tone.
The achievement of pure vibrations, which can be increased up to the production of a complete chord, with at the same time a high volume of the tones, give the horn an advantage over all constructions that have since become known.
The endless rubber belts used are placed or exchanged for self-supporting
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concerned discs.
Instead of the mass coupling, any other type of coupling, i. b. an elastic coupling with a crank mechanism according to FIG. 4 can be used.
Furthermore, an oscillatable structure, as shown in the middle part of FIG. 4, can be provided with a pin s which, like a hammer, excites the membrane, which can oscillate per se or oscillate periodically.
Instead of being driven by the motor, it can also be driven by hand using a crank or drive belt according to the part of this illustration on the left according to FIG.
In every mechanism that is supposed to generate pure acoustic vibrations, the sound-producing organ must be able to perform free vibrations, i.e. H. it must not be hindered in its amplitude. If a pure tone is to be generated mechanically, means must be used between the driving and the driven vibrating organ that allow the tone-generating organ to vibrate freely. The rubber belt mentioned above has proven to be such a means.
A far-reaching sound effect is created when the elastic part, the membrane, is so loosely connected to the oscillating mass of the oscillating system that after each reversal of movement there is only a small relative shift between the two, which lies between zero and a few millimeters, so that a constant hammering takes place between the mass and the membrane or membranes in the oscillating state. This means that harmonics of large numbers and considerable strength are produced, which make the sound particularly far-reaching and penetrating.
It was further recognized that the overtones excited in this way are best preserved if the apparatus in question is designed as a radiator according to FIG. 5 for emitting spherical signals, ie. H. as a device that, without a bell, brings every harmonic that occurs to two sides towards the exhaustion.
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Fig. 5 shows in section two membranes. &, & ', between which a mass a is attached in such a way that there remains a play in the attachment points c, c, which, depending on the circumference of the membrane, can be larger or even a fraction of a millimeter. The two membranes b, b, which can be corrugated in order to achieve a greater amplitude, form a closed cavity with the housing jacket d. The air cylinder enclosed in this cavity is set in oscillating motion by the inside of the membrane, while the outside of the membrane generates effective sound waves.
In the mentioned cavity the mechanical vibration generator k acting on the mass a is housed, which is set in circulation by an energy source and which in turn excites the vibratory system b, a, b by simultaneously superimposing harmonics on the fundamental vibration in the above-mentioned manner .
The drive source of the mechanical vibration generator can also be accommodated in the cavity between the two membranes, for example in the form of an electric motor M, and can transmit power to the vibratory system b, a, b by means of rubber belts. The mechanical vibration generator can, however, also be operated by a rotating shaft from an energy source located outside this cavity, for example the rotating flywheel of the vehicle engine.
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As soon as the sound transmitter is designed as a periodic system without special means, a change in the number of revolutions, however, results in a tone change, so that the purpose of signaling can be achieved in all cases even with a variable number of drive revolutions and the sounding of the signal generator varies.
By attaching one or more coordinated additional systems, which can also be accommodated within the cavity between the membranes, or by using coordinated air columns, horns etc., as described with regard to the device according to FIGS. 1-4, the present device can also be used a certain natural oscillation or a certain characteristic can be impressed. If you want to impress a special characteristic on the emitted sound waves, e. If, for example, the harmonics can recede more, a device described according to FIG. 5 can also be provided with one or two horns T "T" (as dotted in FIG. 6). Each of the two horns can be rotatable.
PATENT CLAIMS:
1. Acoustic signal generator (horn), characterized in that from a mechanical energy source through a resilient mechanical member (z. B. a rubber belt) using a loose mechanical coupling (z. B. a mass coupling, elastic coupling, friction or Time coupling) power is transmitted in an oscillating form to a mechanical sound-producing organ (e.g. a membrane).