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Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung von Energiewellen, insbesondere von Schall- wellen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung der Richtung strahlender Energie. insbesondere auf die Bestimmung dieser Richtung durch zwei oder mehr Empfänger. Die Erfindung ist zwar mit besonderer Beziehung auf die Bestimmung der Schall richtung im Wasser dargestellt und erläutert, sie ist aber auch auf die Bestimmung der Richtung anderer strahlender Energie, z. B. elektrischer Wellen anwendbar.
In den Zeichnungen stellen Fig. 1, 2 und 3 Schemata dar, die die Grundzüge der Erfindung verdeutlichen. Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer einfachen Form der Kompensationsvorrichtung für zwei Empfänger, teilweise im Schnitt. Fig. 5 ist eine Einzelansicht und zeigt eine Abänderung der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung, Fig. 6,7 und 8 sind eine Vorderansicht, eine Rückansicht und eine
Seitenansicht einer einfachen Form der Vorrichtung zur Kompensierung der Zuleitung von einer Mehrzahl von Empfängern. Fig. 9 und 10 veranschaulichen die Luftwege einer bestimmten Form des Drehplattenkompensators. Fig. l1isteine Endansicht der Deckplatte einer einfachen Form des Drehplattenkompensators. Fig. 12 ist eine Ansicht von oben von der Grundplatte eines solchen Kompensators.
Fig. 13 ist ein Schnitt. längs der Linie XIII-XIII der Fig. 11. Fig. 14 ist ein Schnitt längs der Linie XIV-XIV der Fig. 12 Fig. 15 ist ein Schnitt längs der Linie XV-XV der Fig. 12. Fig. 15 a stellt schematisch die räumliche Verteilung der bei dem Drehplattenkompensator nach Fig. 11-15 verwendeten Empfänger dar. Fig. 16 ist ein Aufriss, teilweise im Schnitt, eines Kompensators mit zwei Reihen von je 12 Empfängern. Fig. 17 ist die Ansicht der Deckplatte des Kompensators nach Fig. 16 von oben. Fig. 18 ist ein Schnitt längs der Linien XVIII-XVIII der Fig. 17. Fig. 19 und 20 sind die Ansicht von oben und von der Seite der
Grundplatte des Kompensators nach Fig. 16. Fig. 21 ist eine Teildarstellung eines Schnittes nach Linie XXI-XXI der Fig. 19.
Fig. 22 ist ein Schnitt nach Linie XZII-XXII der Fig. 19. Fig. 23 ist ein
Schnitt längs der Linie YXIII-XXIII der Fig. 19. Fig. 24 ist eine Teildarstellung der Öffnung 825 a der Fig. 19. Fig. 25 und 26 sind eine Oberansicht und eine Seitenansicht der VentildeckpJatte des Kompensators nach Fig. 16. Fig. 27 und 28 sind Oberansicht und Seitenansicht der Ventilgrundplatte des Kompensators nach Fig. 16. Fig. 29 ist die Seitenansicht des Empfängers für den Kompensator nach Fig. 16.
Fig. 30 ist ein vertikaler Querschnitt durch den Empfangsapparat nach Fig. 29. Fig. 31 und 32 sind
Einzeldarstellungen und zeigen die Anordnung der Empfänger jeder Gruppe. Fig. 33 zeigt schematisch die Anbringung der die Empfänger enthaltenden Kapseln nach Fig. 29 an einem Schiffsrumpf und Fig. 34 ist ein Plan der Verbindung des Kompensators nach Fig. 16 mit seinen Empfängern.
An Hand der Fig. 1 und 2 soll zunächst das bekannte Prinzip der Kompensation kurz erläutert werden. In dem Schema nach Fig. 1 bedeuten die Punkte A und B zwei Schallempfänger, die horizontal nebeneinander im Wasser liegen. Die Linien AL und BR stellen Luftrohre dar, die den Schall von den
Empfängern A und B nach dem linken und rechten Ohr L und R des Beobachters leiten. Nun sei ange- nommen, dass die Schallwellen in der Richtung des Pfeiles X ankommen, so dass also die Linie BO die
Lage der Wellenstirn im Augenblick der Erregung des Empfängers B darstellt. Wenn die Luftsäulen AL
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Beobachter wird schliessen, dass die Schallquelle zu seiner Rechten liegt.
Nun sei angenommen, dass die Länge der Luftsäule BR vergrössert wird, bis der Unterschied in ihren Längen genügt, um den Zeitunterschied im Empfange des Sehalles von Bund A auszugleichen. Ihr Längenunterschied muss gleich sein der Länge AO multipliziert mit dem Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten in Luft und Wasser, welches 0'23 beträgt. Unter diesen Bedingungen wird der Beobachter gleichzeitig die Schallwellen von A und B empfangen und es wird ihm scheinen, als wenn der Schall von einem Punkt herkommt, der in der Mittelebene durch seinen Kopf liegt. Die Richtung der Schallwellen legt also den Betrag der Wegdifferenz fest, die zwischen AL und BR eingeführt werden muss, um gleiche Wirkung auf beide Ohren zu erzeugen oder den Betrag der "Kompensation", die erforderlich ist, diese Wirkung hervorzubringen.
Dieser Wegunterschied ist gleich der Länge
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reihen dem Kiel parallel an der Backbord-und Steuerbordseite anbringt, so dass jede Reihe durch den Schiffs körper gegen Schall, der von der andern Seite des Schiffs kommt, abgeschirmt ist. Wenn der Beobachter nacheinander mit beiden Empfängerreihen hört und die Lautstärken vergleicht, kann er leicht entscheiden, von welcher Seite des Schiffs der Ton kommt. Oder wenn die Empfänger auf der Backbordseite mit dem einen Ohr und jene auf der Steuerbordseite mit dem andern Ohr verbunden werden, kann der Beobachter durch den Gehörsrichtungssinn entscheiden, von welcher Seite des Schiffs der Schall herkommt.
In Fig. 4 ist eine einfache Form des Kompensators mit den Schallempfängern 21, 22 dargestellt. die als Unterwasserschallempfänger aus Gummihäutehen bestehen mögen, die die Enden der Rohre zu und 24 verschliessen. Die Luftrohre 23 und 24 sind gleich lang. Über die Enden dieser Rohre sind gleitbar
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eines Hörrohrs leiten. Durch gemeinsames Verschieben der Rohre 25, 26 kann der eine Luftweg verlängert und der andere verkürzt werden. Mittels einer zweckmässig berechneten Skala 29 kann der Beobachter unmittelbar den Winkel zwischen der Schallrichtung und der Grundlinie des Empfängers durch Einstellung in die Gehörmittelebene ablesen.
Statt getrennte Schalleitungen zu benutzen und so durch den Gehörssinn festzustellen, ob die Töne in beiden Ohren in Phase sind, kann man auch die Gleitrohre 25 und 26
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Fig. 5 dargestellt. In diesem Falle wird, wenn die Rohre 2. und 26 so eingestellt sind, dass in Rohr 30 Phasengleichheit herrscht, der Schall in grösster Stärke gehört werden.
In Fig. 6, 7 und 8 ist schematisch ein Kompensator dargestellt, der mit einer grösseren Anzahl von Empfänger arbeitet. Die Unterwasserempfänger 41, 42 usw. sind durch gleichla, nge Rohre mit
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usw., die alle von gleicher Länge sind. mit zwei Trichtern 6. 3 und 64 verbunden. die mit dem linken und rechten Gehörstück 65 und 66 des Hörrohrs verbunden sind. Wenn der Schall auf die Reihe der Empfänger 41, 42usw. hreitseits auftrifft, wird er sich in die Gehörsmtitelebene dadurch einstellen lassen. dass man den um 61 drehbaren Hebel 60 in wagrechte Lage dreht, denn in dieser Stellung werden die Luftwege von sämtlichen Empfängern zu dem Hörrohr alle gleich lang sein.
Nun sei angenommen, dass die Schallwellen in solchem Winkel auftreffen, dass sie zuerst beim Empfänger 52 ankommen. Wenn dann der Hebel 60 wagrecht liegt, so dass alle Luftwege zu dem Hörrohr gleich lang sind, dann wird der Schall im rechten Ohr gehölt werden, an das das Hörrohr 66 angelegt ist. Der Beobachter wird dann das rechte Ende des Hebels anheben, wie in Fig. 6 dargestellt, und dadurch die Länge der verschiedenen Luftwege von den Empfängern nach dem Hörrohr proportional verändern, bis der Schall seinen Höchstwert erreicht hat und gleichzeitig in die Gehörsmittelebene eingestellt ist. Wenn er dann die im Winkelmass eingestellte Skala 67 abliest, kann der Beobachter die Winkelrichtung des Schalls bestimmen.
Wie in Fig. 6,7 und 8 dargestellt, ist die Reihe der zwölf Empfänger in zwei Gruppen von je sechs
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die Schallstösse beider Gruppen der Empfängerreihen miteinander in Phase, so dass die Schallmaxima in beiden Ohren miteinander in Phase sind und deshalb der Schall in der Gehörsmittelebene erscheint.
Eine Anordnung von kompensierten Empfängern bei der mit jedem Ohr eine Mehrzahl von Empfängern verbunden ist, hat sowohl den Vorteil der höchsten Sehallstärke als auch der Gehörsmitteleinstellung.
Das ist von besonderem Werte, wenn in dem Beobachtungsfeld mehrere Schallquellen vorhanden sind.
Wenn dann der Kompensator auf einen Einzelton eingestellt ist, so verstärkt er nicht nur diesen Ton und hebt ihn aus dem Tongewirr heraus, sondern er zerstreut oder vermindert gleichzeitig die Stärke der aus ändern Riehtungen kommenden Töne. Das befähigt den Beobachter, leichter auf den Ton eines bestimmten Schiffs zu hören, wenn mehrere Schiffe in der Nachbarschaft sind. Die Verbindung einer Mehrzahl von Empfängern mit kompensierten Leitungen ergibt auch eine grössere absolute Tonstärke und erleichtert es dabei dem Beobachter, auf einen bestimmten Ton zu lauschen, ganz abgesehen von dem Vorteil, abweichende Töne zu zerstreuen.
Der Kompensator mit Gruppeneinheiten, wie er in Fig. 6-8 dargestellt ist, kann auch als reiner Maximumanzeiger benutzt werden. Zu diesem Zweck werden die Trichter 6. 3 und 64 in eine gemeinsame Leitung mit Abzweigen für die beiden Hörstücke des Hörrohrs in derselben Weise wie in Fig. 5 zusammengezogen. In diesem Falle werden die Schallstösse von allen 12 Empfängern in einer gemeinsamen Leitung in Phase gebracht. Der gleiche Kompensator lässt sich sowohl als zweiohriges wie als Maximuminstrument verwenden, wenn man eine geeignete Schaltvorrichtung anbringt, die die beiden Hälften entweder für sich mit je einem Ohr oder beide durch eine gemeinsame Leitung mit beiden Ohren verbindet.
Sie ermöglichen dem Beobachter, durch die Maximumeinstellung allein auf einen Ton einzustellen und dann diese Einstellung durch doppelohriges Einstellen zu prüfen.
Statt die Kompensatoren mit Gleitrohren, wie in Fig. 4-8 dargestellt, zu bauen, hat es sich vom baulichen Standpunkt aus als vorteilhaft erwiesen, drehbare Platten zu verwenden, in die als
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sators sind schematisch in Fig. 9 und 10 dargestellt, während die Bauart der Platten in Fig. 11-15 gezeigt ist. In Fig. 9 und 10 sollen die Ziffern 101-112 die zwölf Empfänger, z. B. Unterwasserschanempfänger bedeuten. Die Bezugsziffern 121-132 bedeuten Luftwege, z. B.
Rohre, die zum Kompensator führen Der Kompensator hat eine kreisförmige Platte, mit einer Anzahl konzentrischer Ringkanäle, die durch einen Klotz 160 unterbrochen sind, so dass zwei Sätze gekrümmter Luftwege 141-152 entstehen. die mit den entsprechenden Leitungen 121-1. 2 verbunden sind. An den Seiten des Klotzes 160 sind zwei Sammelluftleitungen 161 und 162 vorgesehen, die zum linken und rechten Ohrstück 163 und jfss des Hörrohrs führen. Die Länge der Luftwege von den verschiedenen Empfängern 10111, zu dem
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haben.
Wenn bei dieser Stellung der Teile eine Schallwelle quer auf die Reihe der Empfänger auftritt, werden die durch die verschiedenen Luftwege fortgepflanzten Schallwellen in Phase bei dem Hörrohr anlangen und der Schall wird in Höohststärke und gleichzeitig in der Gehörsmittelebene gehört werden.
Die Halbmesser der Ringnuten in den Kompensa. torplatten sind so gewählt, dass das Verhältnis des
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das Verhältnis des Abstandes des Empfängers 105 vom Mittelpunkt 100 zum Halbmesser der Nut 145 usw. alle gleich sind.
Wenn der Klotz j ! 6C von der Stellung in Fig. 9 nach einer Seite ausgeschwungen wird, werden sich die Luftwege in den verschiedenen Nuten proportional dem Halbmesser der Nuten ändern und daher zugleich proportional zum Abstand der verschiedenen Empfänger vom Mittelpunkt. 100. Nun soll die Schallwelle auf die Empfängerreihe von links herunter dem, durch den pfeils S angeduteten, Winkel auftreffen, so dass die Wellenstirn von der gestrichelten Linie T bezeichnet wird. Der Schall wird dann an die verschiedenen Empfänger 101, 102 usw. nacheinander gelangen und wird im linken Ohr des Beobachters, in das das Ohrstück 163 des Hörrohrs führt, gehört werden.
Um die Luftwege auszugleichen und den Schall im Hörrohr auf seinen Höchstwert und zugleich in die Gehörsmitte zu bringen, wird der Klotz jf (M nach rechts, gemäss Fig. 10, ausgeschwungen. Gemäss des vorher berechneten Verhältnisses der Halbmesser der Nuten zu dem Abstand der Empfänger werden die Luttwege von den verschiedenen Empfängern 101, 102 in solchem Masse verlängert werden, dass die Schallwellen das Ohrstück des Hörrohrs alle in Phase eneichen. Der Abstand der Empfänger im Wasser und die Länge der Luftwege in den Kompensatornuten sind bekannt, so dass eine im Winkelmass geteilte Skala angewendet werden kann, die zu jeder Winkelstellung des Klotzes 160 die Winkelrichtung der Schallquelle angibt.
Die Bauweise der Kompensatorplatten, die schematisch in Fig. 9 und 10 dargestellt sind. ist in Fig. 11-15 für 28 Empfänger gezeigt. Der Kompensator besteht aus einer oberen und einer unteren Platte 201 und 202. Die untere Platte 202 ist fest. Die obere Fläche dieser Platte ist eben bis auf einen Satz von 14 gekrümmten Klötzen 211-224. Am Ende dieser Klötze sind Löcher
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Ende die Löcher 245-258. Diese Löcher sind mit 28 Empfängern durch Luftrohre 260 verbunden.
Diese Empfänger sind, wie in Fig. 15 a dargestellt, geradlinig im Wasser verteilt ; die den einzelnen Löchern entsprechenden Empfängen sind mit dem Bezugszeichen 2. 31 a, 232 (t usw. bezeichnet. Die Deckplatte 20- ? ist über die Platte tte 2 gedeckt und wird von einer einstellbaren Tragschraube 261 und einer Gleitkugel 262 zwecks leichter Drehung getragen. In der Praxis werden die Flächen der Platte mit Rizinusöl geschmiert, welches eine Ölhaut bildet und den Platten ermöglicht, sanft übereinander zu gleiten und einen Schah- übergang zwischen den Luftwegen der Platte verhindert.
Die obere Platte 201 hat vierehn konzentrische Nuten 271-284. Ein Kreisausschnitt der Nuten ist mit Metall ausgefüllt, wie in Fig. 11 bei 285 angedeutet. Auf beiden Seiten dieses Füllstücks sind zwei radiale Nuten 286 und 287, die vom Ende der äussersten Nut 271 zum Mittelpunkt der Platte führen. mit den Enden der zwisohenliegenden Nuten in Verbindung stehen und in zwei Öffnungen 288 und 289 enden, mit denen Luftrohre 290 verbunden sind, die zu je einem der Ohrstücke des Hörrohres führen. Wenn die Platten zusammengesetzt werden, greifen die Klötze 211-224 in die einzelnen : Nuten 271-284 ein, so dass sie diese unterbrechen.
Wenn die Platten zusammengesetzt sind, stehen die Empfänger 231 a bis 244 a durch die Löcher 231-244 mit den Abschnitten der Nuten in Verbindung. die sich von den
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245 a-258 a durch ihre Verbindungsrohre und die Löcher 245-256 mit den entgegengesetzten Abschnitten der Nuten verbunden, die von den Trennklötzen 211-224 zum Sammelsohlitz 287 führen. So sind also die zwei Abschnitte der Empfängerreihe mit den zwei Hörstücken des Hörrohrs verbunden, indem die Empfänger an den äussersten Enden der Reihe mit den zwei Abschnitten der äussersten Nut in Verbindung stehen usw.
Wenn die Platten in die Stellung nach Fig. 11, 12, 13 und 14 gebracht sind, sind die Luftwege so abgepasst, dass die von den einzelnen Empfängern bei einer quer auftreffenden Welle ausgehenden Schallstösse alle in Phase in den Auslassenden 288 und 289 der Sammelschlitze 286, 287 und daher auch beim Ohr des Beobachters anlangen. Der Abstand der Empfänger steht in einem solchen Verhältnis zu dem Abstand der konzentrischen Nuten in der Platte, dass bei Drehung der oberen Platte die Luftwege durch
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die Nuten proportional zu dem Abstand der Empfänger verlängert und verkürzt werden.
Es ist klar. dass, bei der Drehung der oberen Platte die Abschnitte der Nuten, die zu einer Hälfte der Reihe führen, verkürzt werden, während die Abschnitte der Nuten, die zur andern Hälfte der Nuten führen, verlängert werden. Kennt man die Halbmesser der Plattennuten, den Abstand der Empfänger im Wasser und da- Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten in Luft und Wasser, so kann man den Drehwinkel der oberen Platte, der erforderlich ist, um für eine, die Empfängerreihe im bestimmten Winkel treffende Schallwelle zu kompensieren, leicht berechnen und eine geeignet geteilte Skala an der Platte anbringen. Die verhinderliche Kompensation durch Ringnutenplatten ist besonders vom mechanischen Standpunkt aus vorteilhaft. Die. Nuten können auf der Platte dicht zusammengesetzt werden.
Die Platten ergeben einen gedrängten Bau und eine leichte Handhabung der Vorrichtung.
Bei der Art von Kompensatoiplatten, die in Fig. 11-15 dargestellt ist, findet die Kompensation in einer Stufe statt, d. h., nur ein Weg von veränderlicher Länge wird in jeden der von den einzelnen Empfängern kommenden Wege eingeschaltet, um die Schallwellen in Phase zu bringen und die so in Phase gebraehten Seh llstösse werden dem Hörer durch einen gemeinsamen Sammelweg zugeleitet (Sammel- schlitze 286 und 287). Die Kompensation kann jedoch absatzweise gestaltet werden, indem man die Empfängerreihe in verschiedene Gruppen teilt, die Leitungsweg jeder Gruppe mit eingeschalteter,
ver- änderlicher Kompensation zum gemeinsamen Sammelpunkte leitet und so von jeder Empfängergruppe die ausgehenden Schallstösse miteinander an dem Sammelpunkt dieser Gruppe in Phase bringt. Die Wellen an den Sammelpunkten der verschiedenen Gruppen sind jedoch im allgemeinen nicht miteinander in Phase. Die Sammelpunkte der verschiedenen Gruppen sind wieder in Gruppen geteilt und die Wellen jeder Gruppe sind wiederum durch veränderliche Kompensationswege zu einem zweiten Sammelpunkt geleitet, an dem die Wellen in Phase anlagen usw., so dass am letzten Sammelpunkt die Wellen von allen Empfängern in Phase anlangen.
Das nennt man die stufenweise Kompensation und sie ist in Fig. lf) bis 28 an einer ändern Bauart des Drehplattenkompensators dargestellt. In diesem Kompensator ist auch ein Ventil enthalten, durch das der Kompensator auf die eine oder andere Empfängerreihe geschaltet werden kann, die an der Steuerbord-oder Backbordseite eines Schiffs angebracht sind.
Die Anordnung der Empfänger und der Kompensatorverbindungen ist schematisch in Fig. 34 dargestellt. Zwei Reihen von je zwölf Empfängern sind durch die Buchstaben BP und BS angedeutet.
Die Empfänger sind durch Luftleitungen P mit EndstÜcken 1-12 in der Nähe des Kompensators verbunden, zwölf für die Backbordreihe und zwölf für die Steuerbordreihe der Empfänger. Um nicht durch Linienkreuzungen zu verwirren, sind die Verbindungen dieser Endstücke zu dem Kompensator in dem Schema nicht dargestellt. Die Ziffern 1-12 am Kompensator bedeuten die Stellen auf der unteren Kompensatorplatte, an denen die Leitungen von den Endstücken münden, wenn entweder die Backbord-oder Steuerbordreihe durch Ventile mit dieser Platte verbunden ist.
Was den Bau des Kompensators betrifft, wie er in Fig. 16-28 dargestellt ist, so hat er einen Fuss 401 und ein Blechgehäuse 402. In dem Blechgehäuse sind 24 Luftrohre 403, die zu den Empfängern führen, zwölf nach Steuerbord und zwölf nach Backbord. In dem Fuss 101 ist eine feststehende Ventilgrundplatte 410 eingebaut, die im einzelnen in Fig. 27 und 28 dargestellt ist. Durch diese Ventilplatte gehen 24 Löcher 501-512 und 601-612, mit denen die Luftrohre 403 verbunden sind. Die Löcher aM bis 512 sind mit der einen Empfängerreihe auf der einen Schiffsseite verbunden, während die Löcher 601 bis 612 mit den Empfängern auf der andern Seite in Verbindung stehen.
Loch 501 ist mit dem Baek-
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mit Steuerbordempfäoger Nr. 1, Loch 602 mit Steuerbordempfänger Nr. 2 verbunden usw., wobei die Empfänger wie im Schema Fig. 34 numeriert sind.
Auf die Platte 410 ist eine Ventiloberplatte 700 aufgesetzt, die in Fig. 25 und 26 dargestellt ist und eine begrenzte Drehung gegen diese ausführen kann. Durch die obere Platte 700 führen zwölf Löcher, die mit 701-712 bezeichnet sind. Wenn man die Platte im Uhrzeigersinne dreht, treten diese Löcher über die Löcher 501-512 in der Platte 410 und machen Verbindung mit der Backbordempfängerreihe. Dreht man die Platte in anderer Richtung, so bekommen die Löcher 701-712 Verbindung mit den entsprechenden Löchern 601-612 in der Platte 410 und verbinden so den Kompensator mit der Steuerbord-Empfängerlinie. In der Oberseite der Platte 700 sind eine Anzahl Nuten, die mit 721-728 bezeichnet sind.
Die Nut 727 läuft oben quer über die Platte, während die Nut 72in der Mitte der Platte dieNut72y unterfährt, wiedureh die gestrichelte Linie 729 angedeutet, so dass die Nuten also auf der linken Seite der Platte ihre Stellung vertauscht haben, wie in Fig. 25 dargestellt. Vom Rand der Platte gehen zwei Löcher 730 und 731 nach unten und aussen und enden in den Nippeln 732 und 733 (Fig. 16), an die die Leitungen zu den Ohr- stüeken eines Hörrohrs angeschlossen sind.
Eine Spiralfeder yss, die in Fig. 16 punktiert angedeutet ist, sitzt um dem nach unten vorspringenden Zapfen 741 der Platte 700, nimmt einen Teil ihres Gewichtes
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lang und verjüngen sich allmählich, wie in Fig. 25 dargestellt, um jede wesentliche Reflexion und dadurch Srhallverluste zu vermeiden.
Die Halbmesser der verschiedenen Kanäle sind so ausgewählt, dass, wenn die Platte gedreht wird, um die Schallwellen einer Gruppe von drei Empfängern, beispielsweise 1, 2 und 3, miteinander in Phase zu bringen, sie gleichzeitig die zwei Wellen, die aus der Vereinigung zweier Gruppen. wie 1, 2 und 3,
4. 5 und 6 herrühren, miteinander in Phase bringen. Diese stufenweise Phaseausgleichung der Wellen von den verschiedenen Empfängern ist unter dem Namen Stufenkompensation bekannt und es sind zwei Kompensationsstufen vorhanden, die die Schallwellen von den sechs getrennten Empfängern jeder
Linie zur Hälfte in Phase bringen.
Die an den Löchern 825 a und 826 a anlangenden Schallwellen werden jedoch im allgemeinen nicht miteinander in Phase sein. Die Schallwellen von diesen beiden Punkten werden getrennt zu den beiden
Ohren geleitet und werden erst durch die Einstellung in die Gehörsmittelebene in Phase gebracht.
Die Schallwellen steigen von dem Kanal 725 durch das Loch 825 in einen Kanal 906. gehen um das Ende zum Kanal 905 und durch das Loch 828 nach unten in den Kanal 7. 28. Die Schallwelle läuft
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und 906 herum zum Loch 830, welches zu einem der Ohrstücke des Hörrohrs führt. Die Schallwellen vom Schlitz 726 aus nehmen einen entsprechenden Weg durch die Löcher 826, Kanäle 906 und 905, Loch 827, Schlitz 727, Loch 827 a, Kanäle 905 und 906 nach dem Loch 731, das zum andern Ohrstück des Hörrohrs führt. Durch Drehung der Platte 900 können die Schallwellen für das eine Ohr um ein geeignetes Stück gegen die Schallwellen für das andere Ohr verzögert werden.
Es ist zu bemerken, dass für die Gehörsmitteleinstellung die Schallwelle zu jedem Ohr zwei Gruppen von Kanälen 905 und 906 durchläuft, so dass eine Drehung der Platte die doppelte Änderung des Luftwege ergibt, die dieselbe Drehung
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kommenden Schallwellen ergibt. Das geschieht, weil die zweite Kompensationsstnfe die Schallwellen in den Kanälen 721 und 722 in Phase bringen muss, die eine Phasendifferenz proportional dem Abstand zwischen zwei Empfängern 2 und 5 (den mittleren Empfängern der zwei Empfängergruppen Y, 2 und. 3 ; J, il und 6) besitzen.
Die Wellen, die für die Gehörsmitteleinstellung in Phase gebracht werden müssen, laufen in den zwei Kanälen 725 und 726 und haben eine Phasendifferenz proportional dem Abstand des Mittelpunktes der Gruppe der sechs vorderen Empfänger von dem Mittelpunkt der Gruppe der sechs hinteren Empfänger, der gleich dem doppelten Abstand der Empfänger 2 und 5 ist.
Die zweistufige Kompensation bringt die Schallwellen von den sechs vorderen Empfängern alle miteinander in Phase zu dem einen Ohr und die Schallwellen von den sechs hinteren Empfängern alle miteinander in Phase zu dem andern Ohr und erzeugt dadurch in jedem Ohr einen Sehallhöchstwert.
Die Gehörsmitteleinstellung bringt diese zwei Höchstwerte miteinander in Phase und befähigt den Beobachter, eine Richtung der Schallwellen sowohl durch die Höchstwertwirkung, als auch durch die Gehörsmittelwirkung zu bestimmen.
Die Drehung der Ventilplatte 770 nach rechts oder links, um den Kompensator mit Steuerbord oder Backbord zu verbinden, geschieht mittels der Handgriffe 770 und 771, von denen einer eine Falle 772 hat, um die Platte 700 in ihrer Stellung zu verriegeln. Der Beobachter bestimmt die Richtung, aus der der Schall kommt, indem er die Ventilplatte verschiebt und daraufhört, von welcher Seite des Schiffs der Schall am lautesten kommt.
Die oberste Platte 900 des Kompensators wird mit einem Handrad 920 gedreht. Eine passend geteilte Skala ist auf dem abgeschrägten Rad dieser Platte aufgerissen und wird durch ein Fenster ? 2 in einem Metallschirm 923 abgelesen, der rings um die Skala läuft und von den festen Auslegern 924 gehalten wird. Die Skala hat vorzugsweise zwei Winkelteilungen, eine für Steuerbord und die andere für Backbord. Ein mittels der Ständer 925 von der Platte 700 getragener Schirm ist so eingerichtet, dass er die eine Skalenreihe verdeckt, wenn das Ventil für Steuerbord eingestellt ist und die andere, wenn das Ventil für Backbord gestellt ist.
An Stelle der mit den Luftleitungen verbundenen Einzelempfänger, wie sie im Netz der Fig. 34 gezeigt sind, werden eine Gruppe von acht besonderen Empfängern mit jedem der zwölf Luftrohre verbunden, die an einer Seite des Schiffs austreten (Fig. 29). Diese zwölf Empfängergruppen sind mit den Bezugszeichen 1001-1012 bezeichnet. Jede Empfängergruppe ist mit einem von zwölf Luftrohren 1101 bis 1112 einer Reihe verbunden. Diese Rohre gehen durch Stopfbüchsen durch die Aussenhaut des Schiffs und ihre Enden, von denen aus Verbindungsleitungen zum Kompensator führen, sind in Fig. 34 mit 1-12 bezeichnet.
Die Länge der verschiedenen Luftrohre und ihrer Verbindungen zu dem Kompensator sind alle gleich, nur die Luftrohre 1102, 1105, 1108 und 1111 sind etwas länger, so dass die Luftsäulen von den Empfängern zum inneren Ende der Schlitze 721, 722, 723 und 724, wo sich die Gruppen der Luftsäulen, wie oben auseinandergesetzt, treffen, alle gleiche Länge haben. Wie in Fig. 29 gezeigt, sind die Luftrohre 1101-1112 so gebogen, dass ihre Länge ausserhalb des Schiffs gleich ist. Dies geschieht, um gleiche Temperaturverhältnisse auf gleichen Längen der verschiedenen Luftsäulen zu haben, weil im allgemeinen die Temperatur ausserhalb des Schiffs niedriger ist und deshalb die Schallgeschwindigkeit in diesen Teilen der Luftrohre etwas grosser ist.
Die Unterwasserschallempfänger können auch in die
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Wasser-oder Ölkammern des Schiffs eingebaut werden, auch dann müssen die Luftrohre in der FlÜssigkeit alle die gleiche Länge haben, da die Temperatur der Flüssigkeit im allgemeinen von der des Luftraumes im Schiff verschieden ist.
Jede Empfängergruppe besteht aus acht Einzelempfängern, wie in den Einzeldarstellungen Fig. 31
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mit den entsprechenden Hauptluftrohren 1101, 1102 usw. verbunden. Da die Länge der Zweigrohr fest ist, werden die Empfänger jeder Gruppe natürlich untereinander für eine bestimmte Sehallriehtung kompensiert sein. Die engen nach vorne führenden Rohre 1014 a sind sämtlich länger, als die nach hinten führenden Rohre 1014 b und die Längen sind so gewählt, dass vom Bug kommende Schallwellen im Verbindungspunkt 1016 in Phase anlangen. Entsprechend sind die zwei Rohre 1017 a und 1017 b verschieden lang, so dass sie die gesammelten Schallwellen am Verbindungspunkt 1018 in Phase bringen.
Die feste Kompensation der Zweige der Hauptsammelrohre ist gewählt, weil bei der Verfolgung von Unterseebooten der Schall zumeist von vorn kommt. Der Betrag der Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Empfängern derselben Gruppe ist jedoch selbst für quer auffallende Schallwellen so gering, dass er den Schallempfang von der Seite her nicht merklich stört.
Den mechanischen Aufbau der Empfängerreihe an einer Sehiffswand im Querschnitt zeigt Fig. 30.
Eine Anzahl Stützen. 1020 ist an die Aussenhaut des Schiffes genietet. Aussen auf den Stützen sitzen Trägheitsplatten 1021. Die Trägheitsplatten bestehen aus schweren Metallplatten aus Blei oder Eisen von etwa 25 mm Stärke. Hinter den Trägheitsplatten sind Schallschirme 1022 angebracht. Diese Sehall- schirme bestehen aus dünnen, flachen Blechbüchsen, die mit zusammendrückbarem Stoff, wie Filz, gefüllt sind. Die Schirme schützen die Empfänger vor Geräuschen, die von der Schiffswand herkommen,
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an die dünne Sehiffswand. Die Empfänger werden auf der Aussenseite der Trägheitsplatten angebracht, wie in Fig. 30 dargestellt.
Anstatt eine Trägheitsplatte aussen am Schiff anzubringen, wie in Fig. 30, kann eine Trägheitsplatte oder eine Hintersteifung auch unmittelbar an der Schiffswand angebracht werden. Fig. 30 a und 30 b zeigen Abänderungen, bei denen die Versteifung 1 von innen an der Sehiffshaut befestigt ist. In Fig. 30 a ist der Empfänger R ausserhalb des Schiffes angebracht, während in Fig. 30 b der Empfänger R in einer Einsenkung der Schiffs haut ruht. Der Zweck der Hinterlegung ist nicht nur störende Geräusche, die vom Schiffe herstammen, abzuschwächen, sondern auch der, die Stärke des von der fernen Schallquelle empfangenen Schalles zu erhöhen.
Diese Hinterlegung kann die Form einer schweren Metallplatte, einer Betonschicht oder einer sonstigen Gegenlage gegen die Schiffswand haben oder aus Versteifung oder Rippen an der Schiffswand bestehen.
Das Gebilde aus Empfängern, Trägheitsplatten und Schallschirmen wird von einer Schutzkapsel aus : Metall 1023 bedeckt, die dem Stromlinienverlauf angepasst ist. Die Kapsel schliesst nicht wasserdicht an das Schiff an, so dass das Wasser das Innere der Kapsel ausfüllt und die Empfänger, Trägheitsplatten und Sch'l1lschirme umgibt. Es hat sich herausgestellt, dass die Schallwellen leicht vom freien Wasser durch die Metallwand der Kapsel in das in dieser eingeschlossene Wasser eintreten.
Die Kapseln werden meistens auf beiden Seiten in der Nähe des Kiels befestigt, wie schematisch in Fig. 33 durch 1024 und 1025 angedeutet, wo 1026 die Aussenlinie des Schiffs bedeutet. Die Sehiffswand bildet einen Schallschirm, so dass die Empfängerreihe an der den Schall abgewandten Seite im Schallschatten ist, was dem Beobachter leicht zu bestimmen ermöglicht, von welcher Seite des Schiffs der Schall kommt, indem er die Schallstärke vergleicht.
Während der in Fig. 16-33 dargestellte Kompensator in seiner Anwendung zur Gehörsmitteleinstellung beschrieben ist, ist es klar, dass er auch zur Höchstwerteinstellung benutzt werden kann. In
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zusammengeführtwerden, die durcheine Kabelleitung, ähnlieh wie in Fig. 5 dargestellt, zu dem Hörrohrführen würden. Im allgemeinen hat es sich herausgestellt, dass der Höchstwert schärfer hervortritt, wenn eine beträchtliche Zahl von Empfängern durch Kompensatorleitungen mit jedem Ohr verbunden wird.
Die Höchstwerteinstellung bildet eine wertvolle Unterstützung des Gehörsriehtungsgefühls, bei Bestimmung der Schaltrichtung. Der Höchstwert lässt den nach dem Riehtungswert eingestellten Schall deutlicher in dem Punkt der Gehörsmitteleinstellung hervortreten. Dieser fängt auch die Schallwellen ab, die aus anderer Winkelrichtung kommen. Dies gibt der Empfängerreihe mit mehreren Einheiten die Fähigkeit, einen bestimmten Schall durch die Scharfstellung hervorzuheben und unerwünschte Geräusche schwach zu halten. Das hat sich besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn mehrere Schiffe im Hörbereich sind und wenn es erwünscht ist, den Schall eines bestimmten Schiffes unter Ausschluss der andern zu verfolgen.
Es verringert auch das Wellengeräuseh, das im allgemeinen von allen Seiten kommt, und schwächt bis. zu einem gewissen Grade das störende Geräusch, das in einem fahrenden Schiff von den Sehiffsmasehinen verursacht wird.
Wenn auch die vorliegende Erfindung im besonderen an einer Vorrichtung beschrieben und dargestellt ist, die zur Bestimmung von Unterwassersehall dient, so ist es doch klar, dass die Erfindung nicht
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auf diese beschränkt ist, sondern auch in Vorrichtungen zur Richtungsbestimmung anderer Wellenenergie verkörpert werden kann, z. B. für die in der drahtlosen Telegraphie verwendeten Energiewellen. In der Anwendung der vorliegendenErfindung für Schallempfang können auch andere Energieübertragungs- wege als Luftwege zwischen Empfängern und Hörern angewandt werden ; z.
B. können die Empfänger Mikrophone sein, die an der Schiffswand oder in einer nachgeschleppten Vorrichtung eingebaut sind und elektrisch durch ein Kabel mit einer Anzahl elektrisch erregter Schallplatten, wie Telephonempfänger verbunden sind und es können passend ausgeglichene Luftwege zwischen die Schallplatten und das Ohr geschaltet werden, um die von den Mikrophone ausgehenden Töne phasengleich zum Ohr zu bringen.
Oder es können auch Mikrophone angewendet werden, mit entsprechend belasteten Verbindungsleitungen, um die für die Phasenausgleichung erforderliche Verzögerung in die von den Mikrophone kommenden Ströme einzuführen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung von Energiewellen, insbesondre von Schallwellen, bei welcher die Energieübertragungswege für den Zeitunterschied in der Ankunft der Wellenenergie bei verschiedenen Empfängern kompensierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass dieselben eine Mehrzahl von in bestimmter geometrischer Form in Abstand voneinander angeordneten Wellenenergieempfängern mit Energiewegen bestehen, welche für die besondere Anordnung der Empfänger in der Richtung der Wellenenergiequelle kompensierbar sind, um die von den verschiedenen Empfängern aufgenommenen Wellen in einer mit den letzteren verbundenen Aufnahmevorrichtung in Phase zu bringen, wodurch die von der Wellenenergiequelle kommenden Wellen, deren Richtung bestimmt werden soll, verstärkt werden,
während aus andern Richtungen kommende Energiewellen durch den Interferenzprozess der Hauptsache nach beseitigt oder neutralisiert werden.