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Akustischer Signalapparat.
In akustischen Signalapparaten, sogenannten Sirene, die zum Hervorbringen kräftiger charakteristischer Signale, beispielsweise für Feueralarm, oder als Signalhupen spezieller, mit hoher
Geschwindigkeit fahrender Wagen benutzt werden, wird der Ton für gewöhnlich durch Pressluft erzeugt, die mit bestimmten Zwischenzeiten aus einer Kammer ausgestossen wird. Meistens erzeugt man die Pressluft mit Hilfe eines Flügelrades, das mit hoher Geschwindigkeit innerhalb einer Zylinderwand umläuft, in der eine Anzahl Schallöffnungen ausgespart sind, die während der Umdrehung des Flügelrades abwechselnd geöffnet und geschlossen werden, u. zw. entweder durch einen mit entsprechenden Öffnungen versehenen Umfangsflansch des Flügelrades oder durch einen besonderen Schieber mit ähnlichen Öffnungen.
Die Schallöffnungen der Zylinderwand werden hiebei allmählich geöffnet und geschlossen, so dass man den ganzen Vorgang des Freilegens der Schallöffnungen durch eine sinusförmige Kurve graphisch veranschaulichen kann. Eine auf diese Weise wirkende Sirene kann aber einen in vielen Fällen gewünschten oder erforderlichen scharfen Ton nicht erzeugen. Zu diesem Zwecke sollen nämlich die Öffnungs-und Sehliessungsperioden im Verhältnis zur ganzen Freilegungsperiode möglichst kurzdauernd gemacht werden, am liebsten augenblicklich, in welchem Falle die Sinuskurve der graphischen Darstellung des Freilegungsvorganges durch ein rechteckiges Gebilde ersetzt wird. Die der geleisteten Arbeit entsprechende Fläche wird dann entsprechend grösser als diejenige eines nach der Sinusform verlaufenden Vorganges.
Die Erfindung hat zum Zwecke, einen akustischen Signalapparat zu schaffen, der ein schnelleres Öffnen und Schliessen der Schallöffnungen der Pressluftkammer zulässt, als bei Sirenen mit umlaufendem Flügelrad möglich ist.
Die Erfindung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, dass die Schallöffnung oder Öffnungen
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schliessen strebt, und teils durch eine abwechselnd ein-und ausgerückte oder abwechselnd zu-und abnehmende Gegenkraft belastet sind, die das Ventil oder die Ventile zu öffnen strebt und deren Wert oder Höchstwert genügend gross ist, um die Sperrkraft zu überwinden. Die Gegenkraft, die in der nachstehenden Beschreibung als Öffnungskraft bezeichnet wird, wird deshalb das Ventil mit einer Geschwindigkeit öffnen, die um so höher wird, je nachdem die Sperrkraft abnimmt, wie z. B. mit dem Quadrat der Entfernung, um, falls das Ventil während des Öffnens ausserhalb des Wirkungsgebietes der Sperrkraft tritt, ferner zuzunehmen, weil die Öffnungskraft eine Sperrkraft nicht mehr zu überwinden braucht und deshalb mehr Arbeit leisten kann.
Im letztgenannten Falle ist es erforderlich, um das geöffnete Ventil wieder in den Bereich der Sperrkraft zu bringen, wenn die Öffnungskraft aufhört oder genügend herabgesetzt wird, dass die Sperrkraft entweder augenblicklich vergrössert oder eine Initialbewegung dem Ventil mitgeteilt wird, wie z. B. durch die Schwerkraft, durch Federwirkung od. dgl. Das Ventil wird dann in die Schliesslage bewegt, u. zw. unter der Wirkung der Sperrkraft, d. h. mit einer Geschwindigkeit, die um so höher wird, je nachdem das Ventil sich der Schliesslage nähert, wie z. B. umgekehrt des Quadrates der Entfernung von der Schliesslage. Durch die Erfindung wird also wenigstens die gleiche Beschleunigung in beiden Richtungen erreicht wie bei einer magnetischen Anziehung.
Eine ähnliche Wirkung kann man durchaus nicht bei der Verwendung einer Membranspannung oder einer Federspannung als Gegenkraft einer magnetischen Anziehung erreichen, weil der magnetischen Anziehung in diesem Falle durch die unvermeidliche Membran-oder Federspannung entgegengewirkt wird. Die Öffnungskraft kann verschiedener Art sein. Beispielsweise kann sie auf
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pneumatischem oder elektromagnetischem Wege oder auch durch eine mechanische Vorrichtung erzeugt werden.
Bei der Verwendung einer pneumatischen Öffnungskraft kann man diese Kraft zweckmässig der Pressluft entnehmen, die zwecks Erzeugung des Schalles ausgestossen werden soll. Durch die Erfindung ist es möglich, Luft eines Druckes zu verwenden, der nahezu der kritischen Geschwindigkeitsgrenze entspricht, ohne dass man eine steife Ventilmembran oder Ventilfeder zu wählen braucht, die der Beschleunigung eine verhältnismässig niedrige Grenze bieten würde. Durch die Verwendung einer
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Ventil wählen, das eine geringe Masse hat und dadurch eine grosse Beschleunigung zulässt.
Bei der Verwendung eines Magneten oder eines Elektromagneten zur Erzeugung der Sperrkraft
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(wie z.
B. durch Einführen eines veränderlichen Luftspaltes in den Magnetkreis) oder der Stromstärke des Elektromagneten beliebig regeln, und man kann somit auf einfache Weise eine genaue Einstellung der Arbeitsleistung erreichen, die im einen oder andern Falle gewünscht ist. Dureh diese Regelung der Sperrkraft kann man die Frequenz der Ein-und Ausrückung der Öffnungskraft und. damit die Frequenz der Aussendung des Schalles ändern.
Ein weiterer Vorteil der Ausführung gemäss der Erfindung bei der Verwendung einer magnetischen Sperrkraft besteht darin, dass die Einrichtung mit praktisch gleichbleibendem Magnetfeld arbeitet, so dass die Bewegungen durch die starken gegenelektromotorischen Kräfte nicht verzögert werden, die auf die Bewegungen des Ankers einer elektrischen Frequenzeinrichtung des Hammertyps oder eines ähnlichen Typs verzögernd und beschleunigungshindernd wirken, vor allem bei höheren Frequenzen.
In der Zeichnung stellt Fig. 1 einen Schnitt durch einen akustischen Signalapparat gemäss der hrimdung mit pneumatischer Uiinungskratt dar. Je ig. z zeigt eine Abänderung des Apparates nach Fig. 1. Fig. 3 ist ein Schnitt eines akustischen Signalapparates abgeänderter Bauart, aber ebenfalls mit pneumatischer Öffnungskraft. Fig. 4 ist ein Schnitt eines erfindungsgemässen Signalapparates mit zwei Ventilen. Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer weiter abgeänderten Ausführungsform und Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5. Die gleichen Bezeichnungen beziehen sich auf entsprechende Teile in sämtlichen Figuren.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Kammer, die durch eine Öffnung 2 mit einem Pressluftbehälter in Verbindung steht und einen nach einem Horn 4 führenden Austrittskanal aufweist, der durch ein Ventil 6 überwacht ist. Das Ventil 6 besteht aus einer leichten, federnden Membran, wie z. B. einem federnden Stahlblatt, dessen eines Ende 7 fest eingespannt ist und dessen beweglicher Teil den Anker eines Elektromagneten 8 bildet, dessen Kern 9 einen Polschuh 10 trägt, auf welchem das freie Ende des Membranventils 6 in seiner geschlossenen Lage aufliegt.
Der Stromkreis des Elektromagneten enthält zweckmässig einen veränderlichen Widerstand 11 in Reihe mit der Stromquelle 12. Die Grösse der Öffnung 2 zwischen Kammer 1 und Behälter 3 kann durch die Sèhraube 1. 3 verändert werden.
Die Arbeitsweise ist folgende : Es sei angenommen, dass das Ventil 6 in der dargestellten geschlossenen Lage und die Kammer 1 mit Luft atmosphärischen Druckes gefüllt ist. Jetzt findet durch die Öffnung 2 eine Überströmung der Pressluft aus dem Behälter 3 in die Kammer 1 statt. Die Membran 6 wird also einem zunehmenden Druck ausgesetzt, der bestrebt ist, die Membran vom Polschuh 10 zu entfernen. Wenn dieser Druck die entsprechend eingestellte Anziehungskraft des Magneten 8 überwindet, bewegt sich die Membran in ihre offene Lage, u. zw. mit einer Kraft, die in dem Masse vergrössert wird, in welchem die Anziehung des Magneten abnimmt, d. h. mit einer stark zunehmenden Geschwindigkeit.
Eine Menge der Pressluft wird deshalb durch das Horn 4 ausgestossen, der Druck in'der Kammer 1 sinkt und die Membran wird durch den Magneten 8 angezogen und wieder in ihre geschlossene Lage bewegt.
Sobald ein neuer Höehstdruek in der Kammer 1 gebildet wird, wiederholt sieh der beschriebene Vorgang.
Die Regelung der Zurückbewegung der Membran 6 kann entweder durch Regelung des Strom- kreises des Elektromagneten 8 oder durch Einstellung der Grösse der Öffnung 2 erfolgen, um eine genügende Pause der Sehallaussendung zu erreichen. Wenn der Strömkreis des Magneten derart geregelt wird, dass die Stärke'des Feldes zunimmt, dann muss ein höherer Lutfdruek unterhalb der Membran erreicht werden, ehe die Membran ihre Öffnungsbewegung einleitet. Hiedurch erfolgt ein schnelleres Ausschwenken der Membran 6 und somit ein schnelleres Ausströmen des Luftstromes in das Horn ; auch strömt eine grössere Luftmenge pro Zeiteinheit während des ersten Teiles-der Offnungsperiode aus.
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wenn Luft niedrigeren Druckes ausgestossen würde, u. zw. mehr allmählich als im vorliegenden Falle.
Die im Kanal 5 oberhalb der Membran 6 befindliche Luft wird gezwungen, augenblicklich mit der Druckluft unterhalb der Membran zusammen zu wirken, weil die Membran bei ihrer Entfernung vom Polschuh 10 die genannte Luft nach aussen drängt.'Hiedurch erhält man auch eine entsprechende Dämpfung des Stosses der Membran 6 gegen die obere Wand des Kanals 5. Wenn der der Membran 6 zugekehrte Pol des Magneten 8 beispielsweise ein Nordpol ist, dann wird der gegen den Polschuh 10 anliegende Teil der Membran ein Südpol.
Wenn erwünscht, kann man in der oberen Wand des Kanals 5 einen Hilfsmagneten mit-Nordmagnetismus anbringen, der derart wirkt, dass er bei starken Aus-
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schlägen der Membran, d. h. bei Einstellung für grösseren Luftdruck in der Kammer 1, zusammen mit der Trägheit der Membran bewirkt, die Membran während einer längeren Zeitdauer von dem Magneten 8 entfernt zu halten, weil die Membran bei grösseren Ausschlagen in ein immer stärker werdendes Feld des genannten Hilfsmagneten eintritt.
Damit die Einrichtung wie beabsichtigt wirken soll, ist es unbedingt notwendig, dass die Sperrkraft, die das Ventil in geschlossener Lage zu halten strebt, mit der Öffnungsbewegung des Ventils abnimmt, da die Membran sonst eine Gleichgewichtslage zwischen geschlossener und ganz offener Lage einnehmen oder um eine solche Lage schwingen würde.
Fig. 2 stellt eine Abänderung des Austrittskanals 5 dar. Der Kanal 5 ist in der Nähe des Hornes 4 eingeschnürt, u. zw. symmetrisch von oben und unten.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der das Ventil zwischen Druckkammer 1 und Horn 4 bildende Anker des Sperrmagneten 8 die Form eines Kegelmantels aufweist. Der Kern 9 des Magneten 8 ist schalenförmig, u. zw. bildet das Innere des Kerns die Druckkammer 1, die durch Öffnungen 2 im Boden des Kerns mit dem Pressluftbehälter 3 in Verbindung steht. Bei seiner Mündung weist der Kern 9 einen Sitz 15 für das kegelige Ventil 6 auf. Das Horn 4 steht mit einem im oberen Teil des Gehäuses vorgesehenen, das Ventil 6 umgebenden Ringraum 16 in Verbindung. Die Wirkungsweise ist ähnlich der oben beschriebenen. Zwecks Führung des Ventils in seine richtige Lage auf dem Sitz 15 kann man eine an der Spitze des Kegels 6 angreifende Zugfeder 17 verwenden.
Mehrere als Ventile wirkende Einzelanker können parallel angeordnet werden. In diesem Falle muss jedoch Synchronismus zwischen den Bewegungen der Anker bestehen, damit der Ton rein wird und eine wirksame Zusammenwirkung erreicht werden kann. Eine Lösung dieser Aufgabe setzt das Erfüllen folgender Bedingungen voraus : Eine gemeinsame Druckkammer zum Bewirken der Öffnungbewegung der Ventile, so dass die Drücke auf die einzelnen Ventile synchron verändert werden. Jede Membran muss für sich eingestellt werden können, ein für allemal, durch Widerstände im Kreise des Elektromagneten oder etwa durch Verwendung von Membranventilen bestimmter Spannung. Eine Einrichtung zur selbsttätigen gegenseitigen Betätigung der einzelnen Ventile muss vorhanden sein, so dass, wenn ein Ventil geöffnet wird, dasselbe das Öffnen der übrigen Ventile unterstützen kann. Dies kann z.
B. dadurch erreicht werden, dass man einen gemeinsamen Sperrmagnetkreis für sämtliche Ventile und Magnete anordnet, so dass eine Schwächung der Anziehungskraft selbsttätig erfolgt, wenn Luft durch eines der Ventile in den Eisenkreis eintritt. Eine Ausführungsform dieser Gattung ist in Fig. 4 dargestellt.
Der Kern 9 des Magneten 8 bildet die Wand einer Druckkammer 1, die durch Löcher 2 mit einem nicht dargestellten Pressluftbehälter in Verbindung steht. Die Verbindung zwischen der Druckkammer 1 und dem Horn 4 wird durch zwei Membranventile 61 und 62 überwacht. Diese Ventile liegen in ihrer geschlossenen Lage mit ihren freien Enden gegen einen Polschuh 10 zu beiden Seiten einer nicht magnetischen Masse 18 an, so dass in dieser Lage ein geschlossener Magnetkreis durch die Membranen vorhanden ist. Wenn eine Membran, z. B. 61 sich vor der andern öffnet, dann entsteht ein Luftspalt zwischen 10 und 61 und bewirkt eine Schwächung der Anziehungskraft, so dass letztere die andere Membran 62 nicht in geschlossener Lage halten kann. Auch die Membran 62 wird sich deshalb sogleich öffnen.
Fig. 5 stellt eine Ausführungsform dar, die mit einem besonders leichten und leichtbeweglichen Ventil ausgerüstet ist, das sich im schnellen Takt bewegen kann und somit das Aussenden von Schallstössen hoher Frequenz erlaubt. In dieser Ausführungsform sind der Magnet 8 und der Kern 9 zentral im Pressluftbehälter 3 angeordnet, mit dessen Boden der säulenähnliche Kern metallisch verbunden ist.
Der Kern 9 trägt einen Polsehuh J ? C in Form eines geschlossenen Zylinders, der etwa mit einem nichtmagnetischen Material gefüllt werden kann. Oben ist der Zylinder 10 von der ringförmigen Druckkammer 1 umgeben, die durch eine Aussparung in der oberen Wand des Behälters 3 gebildet ist. Die Kammer 1 ist gegen das Innere des Behälters 3 durch einen Boden 20 aus nichtmagnetischem Material abgeschlossen, der durch Öffnungen 2 durchbrochen ist. Oben wird die Druckkammer durch die ringförmige Ventilplatte 6 geschlossen, die den beweglichen Anker des Magneten darstellt. Die'Ventilplatte 6 wird durch eine dünne Membran 21 getragen, die in ihrer Mitte an'einem, den Zylinder 10 abschliessenden Deckel 22 aus nichtmagnetisehem Material festgespannt ist.
Oberhalb'der Membran ist eine Anschlagplatte 23 vorgesehen, wobei in der geschlossenen Lage des Ventils zwischen dieser Platte und der Membran ein Zwischenraum verbleibt. Die Anschlagplatte und die Membran werden durch die Schraube 24 in ihrer Lage gehalten. Die Anschlagplatte dient zur Begrenzung der Öffnungbewegung des Ventils und ist mit Löchern versehen, um die Bewegung des Ventils und der Membran nicht zu hindern. Die Ventilplatte 6 trägt einen Umfangsflansch 25, der teils zur Versteifung der Platte und teils zum Überwachen von Kanälen 26 dient, "die zu einem zentralen Horn 4 führen.
Die Wirkungsweise ist im wesentlichen dieselbe, wie oben beschrieben. Der Druck in der Kammer 1 hebt das Ventil 6 mit einer zunehmenden Geschwindigkeit und erlaubt ein schnelles Austreten der verhältnismässig geringen Luftmasse, die in der Kammer 1 aufgenommen werden kann, wonach der Magnet das Ventil durch das Einströmen der Druckluft vom Behälter 3 durch die kleinen Löcher 2 wieder anzieht, ebenfalls mit zunehmender Geschwindigkeit, ehe der Druck in der Kammer 1 wieder
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bis zum Öffnungswert gesteigert worden ist. Der Behälter 3 wird durch die Öffnung. 30 von einer nicht dargestellten Quelle mit Druckluft gespeist.
In dieser Ausführungsform muss der Behälter 3 aus einem magnetischen Material hergestellt werden, weil er in den geschlossenen Magnetkreis eingeschlossen ist, der durch den Kern 9, den Polschuh 10, den Ventilring 6 und den Behälter 3 gebildet wird, wie durch Pfeile in Fig. 5 angedeutet ist.
Die Membran ist äusserst dünn, um das Austreten geringer Luftmengen hohen Druckes in schneller Reihenfolge zu gestatten und dadurch das Aussenden eines scharfen Tones mit geringem Energieverbrauch zu ermöglichen. Die Membran kann entweder aus einem dünnen Metall, wie z. B. Duraluminium, oder auch aus einem nichtmetallischen Material hergestellt werden, wie z. B. entsprechend imprägniertem Stoff, wie tropenlackierter Rohseide od. dgl. Gegebenenfalls kann die Membran durch eine kleine Anzahl dünner, aber widerstandsfähiger, nachgiebiger Speichen ersetzt werden, die an dem Deckel 22 befestigt sind. Bei Verwendung einer Membran aus Rohseide od. dgl. kann das Ventil zweckmässig an der Membran festgeklebt oder auch festgenietet werden. Man kann aber auch Eisenpulver unmittelbar auf die Membran spritzen, um das ringförmige Ventil zu bilden.
Das ringförmige Ventil soll am Umfang versteift werden, so dass wenn die Luft das Ventil an einem Punkt des Umfanges hebt, der übrige Teil des Ringes an der Bewegung teilnimmt und gleichzeitig auch vom Polschuh JM entfernt wird.
Zwecks Erleichterung des gleichzeitigen Hebens des Ventilringes ringsumher kann beispiels- weise die Anordnung getroffen werden, dass man statt des Zylinders 10 aus magnetischem Material
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Magnetfeld verläuft in Reihe durch mehrere Magnete und entsprechende Teile des Ventilringes und wenn der Ventilring an einem Punkt gehoben wird, dann wird an diesem Punkt Luft in den Magnetkreis eingelassen, wodurch der Magnetfluss schwächer wird und gestattet, dass auch die übrigen Teile des Ventils gehoben werden. Um hiebei eine Strömung der Luft in der Umfangsrichtung des Ventils zu vermeiden, falls das Ventil an einem Punkt gehoben wird, können radial verlaufende Trennwände in der Kammer 1 vorgesehen werden ; gegebenenfalls können diese Trennwände an der unteren Seite des Ventilringes befestigt sein.
Anstatt des unmagnetischen Materials zwischen den Stäben S, N kann man selbstverständlich die Stäbe frei aufstellen, d. h. nur durch die Luft voneinander getrennt.
Nebst der magnetischen Kraft kann als Sperrkraft Ruhereibung, Adhäsionskraft od. dgl. benutzt werden, wie z. B. durch die Verwendung gut eben geschliffener und mit Öl befeuchteter Berührungsflächen zwischen Ventil und Polschuh. Gegebenenfalls kann die Sperrkraft aus einer andern Kraft als einer magnetischen Anziehung bestehen ; Bedingung ist jedoch, dass sie mit dem Öffnen des Ventils abnimmt. Unter andern Abänderungen mag erwähnt werden, dass anstatt einer elektromagnetischen oder pneumatischen Kraftquelle zur Erzeugung der Öffnungskraft eine mechanische Kraftquelle, z. B. eine Federeinrichtung, benutzt werden kann.
Unabhängig von der Art der Kraftquelle kann die konstruktive Ausbildung zur Verwertung der Öffnungskraft derart sein, dass der Stromkreis des Sperrmagneten, wenn es sich um einen Elektromagneten handelt, geöffnet wird, wenn die Öffnungskraft bis zum Wert gesteigert wird, bei welchem die Sperrkraft überwunden wird. Hiedurch wird der im Anker (Ventil) aufgespeicherten Energie Gelegenheit gegeben, mit der Öffnungskraft schon von der ersten Phase der Öffnungsbewegung an ganz zusammenzuwirken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Akustischer Signalapparat mit einer Pressluftkammer, aus der die Pressluft durch eine oder mehrere Schallöffnungen zeitweilig ausgestossen wird, die mit einem oder mehreren Ventilen versehen ist oder sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil oder die Ventile teils durch eine magnetische Kraft, die das Ventil oder die Ventile in geschlossener Lage zu halten strebt und eine mit dem Öffnen des Ventils allmählich abnehmende Sperrkraft darstellt, und teils durch eine abwechselnd ein-und ausgeschaltete oder abwechselnd zu-und abnehmende Gegenkraft beeinflusst sind, die das Ventil oder die Ventile zu öffnen strebt und dessen Wert oder Höchstwert genügend ist, um die magnetische Sperrkraft zu überwinden.