Akustischer Signalapparat. In akustischen Signalapparaten, sogenann- ten Sirenen, die zum Hervorbringen kräftiger charakteristischer Signale, beispielsweise für Feueralarm, oder die als Signalhupen speziel ler, mit hoher Geschwindigkeit fahrender Wagen benutzt werden, wird der Ton für gewöhnlich durch Pressluft erzeugt, die mit bestimmten Zwischenzeiten aus einer Kam mer 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, und zwar entweder durch einen mit entsprechenden Öffnungen versehenen Umfangsflansch des Flügelrades oder durch einen besonderen Schieber mit ähnlichen Öffnungen. Die Schallöffnungen der Zylinderwand werden hierbei allmählich geöffnet und geschlossen, so dass man den ganzen Vorgang des Frei legens der Schallöffnungen durch eine sinus- förmige Kurve graphisch veranschaulichen kann.
Eine auf diese Weise wirkende Sirene kann aber einen in vielen Fällen gewünschten oder erforderlichen scharfen Ton nicht erzeu gen. Um einen scharfen Ton zu erzeugen, sollen nämlich die Öffnungs- und Schlie- Bungsperioden im Verhältnis zur ganzen Frei legungsperiode möglichst kurzdauernd ge macht werden, am besten nur einen Augen blick lang, in welchem Falle die Sinuskurve der graphischen Darstellung des Freilegungs- vorganges durch ein annähernd rechteckiges Gebilde ersetzt wird.
Die der geleisteten Ar beit entsprechende Fläche wird dann entspre chend 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 betrifft einen akustischen Signalapparat mit einer Pressluftkammer, aus der die Pressluft durch mindestens eine Schallöffnung zeitweilig ausgestossen wird und zeichnet sich dadurch aus, dass jede Schallöffnung mit einem Abschlussorgan ver sehen. ist, das einerseits durch eine mit dem Öffnen des Abschlussorganes abnehmende Sperrkraft, die dasselbe in geschlossener Lage zu halten strebt, und anderseits durch eine ab wechselnd zu- und abnehmende Gegenkraft beeinflusst wird, die bestrebt ist, das Ab- sehlussorgan zu öffnen und deren Höchstwert genügend ist, um die Sperrkraft zu überwin den.
Die Gegenkraft, die in der nachstehenden Beschreibung als Öffnungskraft bezeichnet wird, wird deshalb das Absehlussorgan mit einer Geschwindigkeit öffnen, die um so höher wird, je mehr die Sperrkraft abnimmt. Sie kann zum Beispiel mit dem Quadrat der Entfernung abnehmen. Falls der Apparat so konstruiert wird, dass das Abschlussorgan während des Öffnens ausserhalb des Wir kungsgebietes der Sperrkraft tritt, kann die Geschwindigkeit weiter zunehmen, weil die Öffnungskraft eine Sperrkraft nicht mehr zu überwinden braucht.
Im letztgenannten Falle ist es erforderlich, um das geöffnete Ab schlussorgan wieder in den Bereich der Sperr kraft zu bringen, wenn die Öffnungskraft aufhört oder genügend herabgesetzt wird, dass die Sperrkraft entweder augenblicklich ver grössert oder dem Abschlussorgan eine Initial bewegung erteilt wird, wie es zum Beispiel durch die Schwerkraft, durch Federwirkung oder dergl. erfolgen kann. Das Abschluss organ wird dann unter der Wirkung der Sperrkraft in die Schliesslage bewegt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die um so höher wird, je mehr das Abschlussorgan sieh der Schliesslage nähert. Sie kann zum Bei spiel umgekehrt proportional dem Quadrat der Entfernung von der Schliesslage zu nehmen.
Die Erfindung ermöglicht, den Ap parat so zu bauen, dass die gleiche Beschleu nigung in beiden Richtungen erreicht wird, wie dies bei einer magnetischen Anziehung der Fall ist. Die Öffnungskraft kann ver schiedener Art sein. Beispielsweise kann sie auf pneumatischem oder elektromagnetischem Wege oder auch durch eine mechanische Vor richtung erzeugt werden.
Bei der Verwendung einer pneumatischen Öffnungskraft kann zweckmässig die Press luft, die zwecks Erzeugung des Schalles aus- gestossen werden soll, gleichzeitig für die Er zeugung der Öffnungskraft benützt werden. Durch die Verwendung einer äussern Sperr kraft kann man als Abschlussorgan zum Bei spiel eine sehr biegsame Membran oder ein anderes leichtbewegliches Absehlussorgan wählen, das eine geringe blasse hat und da durch eine grosse Beschleunigung zulässt.
Bei der Verwendung eines Magnetes oder eines Elektromagnetes zur Erzeugung der Sperrkraft kann man die Grösse der erforder lichen Öffnungskraft. durch Regelung der Feldstärke des Magnetes - wie z. B. durch Einführen eines veränderlichen Luftspaltes in den Magnetkreis - oder der Stromstärke des Elektromagnetes beliebig regeln, und man kann somit auf einfache Weise eine genaue Einstellung der Arbeitsleistung erreichen, die im einen oder andern Falle gewünscht ist. Durch 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 bei der Ver wendung einer magnetischen Sperrkraft be steht darin, dass die Einrichtung mit prak tisch gleichbleibendem Magnetfeld arbeitet.
In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. und zwar stellt Fig. 1 einen Schnitt durch einen akustischen Signalappa rat gemäss der Erfindung mit pneumatischer Offnungskraft dar; Fig. 2 zeigt eine ge änderte Ausführungsform des Apparates nach Fig. 1; Fig. 3 ist ein Schnitt eines akusti schen Signalapparates abgeänderter Bauart.
aber ebenfalls mit pneumatischer Öffnungs kraft; Fig. 4 ist ein Schnitt eines erfindungs gemässen Signalapparates mit zwei Abschluss- organen; Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer weiter abgeänderten Ausführungsform, und Fig. 6 ist. ein Querschnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5; Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 1; Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig. 4.
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 Pressluft- behälter 3 in Verbindung steht und einen in ein Horn 4 mündenden Austrittskanal auf weist, der durch ein Abschlussorgan 6 über wacht ist. Das Abschlussorgan 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 Elektromagnetes 8 bil det, dessen Kern 9 einen Polschuh 10 trägt.
auf welchem das freie Ende der Membran 6 in ihrer geschlossenen Lage aufliegt und wel cher einen Teil der Wand des Austrittskanals 5 bildet. Der Stromkreis des Elektromagne tes enthält zweckmässig einen veränderlichen Widerstand 11 in Reihe mit der Stromquelle 12. Die Grösse der Öffnung 2 zwischen Kam mer 1 und Behälter 3 kann durch die Schraube 13 verändert werden.
Die Arbeitsweise ist wie folgt: Es sei angenommen, dass das Abschluss- organ 6 in der dargestellten geschlossenen Lage und die Kammer 1 mit Luft atmosphä rischen Druckes gefüllt ist. Jetzt findet durch die Öffnung 2 eine Überströmung der Press luft aus dem Behälter 3 in die Kammer 1 statt. Die Membran 6 wird also einem zu nehmenden Druck ausgesetzt, der bestrebt ist, die Membran vom Polschuh 10 zu entfernen.
Wenn dieser Druck die entsprechend einge stellte Anziehungskraft des Magnetes 8 über windet, bewegt sich die Membran in ihre offene Lage, und zwar mit einer Kraft, die in dem Masse vergrössert wird, in welchem die Anziehung des Magnetes abnimmt, d. h. mit einer stark beschleunigten Geschwindig keit. Eine gewisse Menge der Pressluft wird deshalb durch das Horn 4 ausgestossen, der Druck in der Kammer 1 sinkt und die Mem bran wird durch den Magneten 8 angezogen und wieder in ihre geschlossene Lage bewegt. Sobald ein neuer Höchstdruck in der Kam mer 1 gebildet wird, wiederholt sich der be schriebene Vorgang.
Die Regelung der Zurückbewegung der Membran 6 kann entweder durch Regelung des Stromkreises des Elektromagnetes 8 oder durch Einstellung der Grösse der Öffnung 2 erfolgen, um eine genügende Pause der Schallaussendung zu erreichen.
Wenn, der Stromkreis des Magnetes derart geregelt wird, dass die Stärke des Feldes zunimmt, dann muss: ein höherer Luftdruck unterhalb der Membran erreicht werden, ehe die Membran ihre Öffnungsbewegung einleitet. Hierdurch erfolgt eine schnelleres Ausschwenken der Membran 6 und somit ein schnelleres Aus strömen des Luftstromes in das Horn; auch strömt eine grössere Luftmenge pro Zeitein heit während des ersten Teils der Öffnungs periode aus.
Eine steilere Wellenfront der Druckluft wird erreicht und somit auch ein Schall höherer Intensität als erreicht wäre, wenn Luft niedrigeren Druckes und mehr all mählich als im vorliegenden Falle ausge stossen würde.
Bei der Entfernung der Membran vom Polschuh 10 muss die im Kanal 5 oberhalb der Membran befindliche Luft zuerst nach aussen gedrängt werden. Hierdurch erhält man auch eine Dämpfung des Stosses der Membran 6 gegen die obere Wand des Ka nals 5.
Wenn der der Membran 6 zugekehrte Pol des Magnetes 8 beispielsweise ein Nordpol ist, dann wird der gegen den Polschuh 10 an liegende Teil der Membran ein Südpol. Wenn erwünscht, dann kann man in der obern Wand des Kanals 5 einen Hilfsmagneten mit Nordmagnetismus anbringen, der derart wirkt, dass er bei starken Ausschlägen der Membran, d. h.
bei Einstellung für grösseren Luftdruck in der Kammer 1, unterstützt durch die Trägheit der Membran, diese wäh rend einer längeren Zeitdauer von dem Mag neten 8 entfernt hält, weil die Membran bei grösseren Ausschlägen in ein immer stärker werdendes Feld des gesamten Hilfsmagnetes eintritt.
Damit die Einrichtung wie beabsichtigt wirken kann, ist es unbedingt notwendig, dass die Sperrkraft, die das Abschlussorgan in ge schlossener Lage zu halten strebt, mit der Öffnungsbewegung desselben abnimmt, da die Membran sonst eine Gleichgewichtslage zwischen geschlossener und ganz offener Lage einnehmen oder um eine solche Lage schwin gen würde.
Fig. 2 stellt eine Abänderung des Aus trittskanals 5 dar. Der Kanal 5 ist an seiner Mündung, d. h. in der Nähe des Hornes 4 und ausserhalb der Bewegungsbahn der Mem bran eingeschnürt, und zwar symmetrisch von oben und unten, damit die Luftsäule im Horn durch den Druckstoss der austretenden Luft zentral angegriffen werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der das Abschlussorgan 6 zwischen Druckkammer 1 und Horn 4 bildende An ker des Sperrmagnetes 8 die Form eines Kegelmantels aufweist. Der Kern 9 des Mag netes 8 ist schalenförmig, und zwar bildet. das Innere des Kerns die Druckkammer 1, die durch Öffnungen 2 im Boden des Kerns mit dem Pressluftbehälter 3 in Verbindung steht. Der Kern 9 weist an seinem innern Rand einen Sitz 15 für das kegelige Ab schlussorgan 6 auf. Das Horn 4 steht mit einem im obern Teil des Gehäuses vorgesehe nen, das Abschlussorgan 6 umgebenden Ring raum 16 in Verbindung. Die Wirkungsweise ist ähnlich der oben beschriebenen.
Zwecks Führung des Abschlussorganes in seine rich tige Lage auf dem Sitz 15 kann man eine an der Spitze des Kegels 6 angreifende Zugfeder 17 verwenden.
Mehrere als Abschlussorgane wirkende Einzelanker können parallel angeordnet wer den. In diesem Falle muss jedoch Synchronis- mus zwischen den Bewegungen der Anker bestehen, damit der Ton rein wird. Eine Lö sung dieser Aufgabe setzt das Erfüllen fol gender Bedingungen voraus: Eine gemeinsame Druekkammer zum Be wirken der Öffnungsbewegung der Abschluss organe muss vorhanden sein, so dass die Drücke auf die einzelnen Abschlussorgane sychron verändert werden. Jede Membran muss für sich ein für allemal eingestellt wer den können, und zwar durch Widerstände im Kreise des Elektromagnetes oder etwa durch Verwendung von Membranen bestimmter Spannung.
Eine Einrichtung zur selbsttäti- gen gegenseitigen Betätigung der einzelnen Abschlussorgane muss vorhanden sein, so dass, wenn ein Organ geöffnet wird, dasselbe das Öffnen der übrigen Organe unterstützen kann. Dies kann zum Beispiel dadurch er reicht werden, dass man sämtliche Abschluss organe in einem gemeinsamen Sperrmagnet- kreis mit dem Magnet in Serie anordnet, so dass eine Schwächung der Anziehungskraft aller Abschlussorgane selbsttätig erfolgt, wenn durch die Bewegung eines der Ab schlussorgane der magnetische Kreis geöffnet wird. Eine Ausführungsform dieser Gattung ist in Fig. 4 dargestellt.
Der Kern 9 des Magnetes 8 bildet die Wand einer Druckkammer 1, die durch Lö cher \? mit einem nicht. dargestellten Pressluft- behälter in Verbindung steht. Die Verbin dung zwischen der Druckkammer 1 und dem Horn 4 wird durch zwei als Membranen aus gebildete Abschlussorgane 61 und 62 über wacht. Diese Organe stützen sich in ihrer ge schlossenen Lage mit ihren freien Enden über einem Polschuh 10 zu beiden Seiten einer nicht magnetischen Masse 18 auf diese ab. so dass in dieser Lage ein geschlossener Mag netkreis durch die Membranen vorhanden ist. Wenn eine Membran, wie z.
B. 61, sich vor der andern öffnet. dann entsteht ein Luft spalt zwischen 10 und 61 und bewirkt dadurch eine Schwächung der Anziehungskraft, so dass letztere die andere Membran 6' nicht mehr in geschlossener Lage halten kann. Auch die Membran 6' wird sich deshalb so gleich öffnen.
Fig. 5 stellt eine Ausführungsform dar. die mit einem besonders leichten und leicht- bcwegliclien Abschlussorgan ausgerüstet ist, das sich im schnellen Takt. bewegen kann imd somit das Aussenden von Schallstössen hoher Frequenz erlaubt.
In dieser Ausführungsform sind der Magnet 8 und der Kern 9 zentral im Press- luftbehälter 3 angeordnet, mit dessen Boden der säulenähnliche Kern metallisch verbun den ist. Der Kern 9 trägt einen Polschuh 10 in Form eines geschlossenen Zylinders, der etwa finit einem nichtmagnetisehen Material gefüllt werden kann. Oben ist der Zylinder 10 von der ringförmigen Druckkammer 1 um geben, deren Seitenwand durch die obere Wand des Behälters 3 gebildet ist. Die Kam mer 1 ist gegen das Innere des Behälters 3 zu mit einem Boden 20 eines nichtmagneti schen Materials versehen, der durch Öffnun gen 2 durchbrochen ist.
Oben wird die Druck kammer durch das ringförmige Abschluss- organ 6 geschlossen, das den beweglichen An ker des Magnetes darstellt. Das Abschluss organ 6 wird durch eine dünne Membran 21 getragen, die in ihrer Mitte an einem den Zy linder 10 schliessenden Deckel 22 nichtmag netischen Materials festgespannt ist. Oberhalb der Membran ist eine Anschlagplatte 23 vor gesehen, die in der geschlossenen Lage des Absehlussorganes zwischen sich und der Membran einen Zwischenraum bildet. Die Anschlagplatte und die Membran werden durch die Schraube 24 in ihrer Lage ge halten.
Die Anschlagplatte dient zur Be grenzung der Öffnungsbewegung des Ab- schlussorganes und ist mit Löchern versehen, um die Bewegung des Organes und der Mem bran nicht zu hindern. Das Abschlussorgan 6 trägt am äussern Umfang einen Flansch 25, der teils zur Versteifung des ringförmigen Abschlussorganes und teils zum Überwachen von Kanälen 26 dient, die zu einem zentralen Horn 4 führen.
Die Wirkungsweise ist im grossen und ganzen dieselbe wie beim Beispiel gemäss Fig. 4 beschrieben. Infolge des Druckes in der Kammer 1 wird der Ring 6 mit einer zu nehmenden Geschwindigkeit gehoben, so dass ein schnelles Austreten der verhältnismässig geringen Luftmasse, die in der Kammer 1 aufgenommen werden kann, möglich ist, wor auf der Magnet den Rang 6 wieder anzieht, und zwar ebenfalls mit zunehmender Ge schwindigkeit, ehe der Druck in der Kam mer 1 durch das Einströmen der Druckluft vom Behälter 3 durch die kleinen Löcher 2 wieder bis zum Öffnungswert gesteigert wor den ist. Der Behälter 3 wird durch die Öff nung 30 von einer nicht dargestellten Quelle mit Druckluft gespeist.
In dieser Ausführungsform muss der Be hälter 3 aus einem magnetischen Material hergestellt werden, weil er in dem geschlos senen Magnetkreis eingeschlossen ist, der durch den gern 9, den Polschuh 10, den Ring 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 Druk- kes in schneller Reihenfolge zu gestatten und dadurch das Aussenden eines scharfen Tones mit geringem Energieverbrauch zu ermög lichen. Die Membran kann entweder aus einem dünnen Metall, wie z. B. Duralu- minium, oder auch aus einem nichtmetalli schen Material hergestellt werden, wie z. B. aus imprägniertem Gewebe, wie tropen lackierter Rohseide oder dergl.
Gegebenenfalls kann die Membran durch eine kleine Anzahl dünner aber widerstands fähiger, nachgiebiger Speichen ersetzt wer den, die an dem Deckel 22 befestigt sind. Im Falle der Verwendung einer Membran aus Rohseide oder dergl. kann der Ring 6 zweck mässig an die Membran festgeklebt oder auch genietet werden. Man kann aber auch Eisen pulver unmittelbar auf die Membran spritzen, um das ringförmige Abschlussorgan zu bilden. Dieses soll am Umfang versteift werden, so dass, wenn die Luft den Ring an einem Punkt des Umfanges hebt, der übrige Teil des Rin ges an der Bewegung teilnimmt und gleich zeitig auch vom Polschuh 10 entfernt wird.
Zwecks Erleichterung des gleichzeitigen Hebens des ganzen Ringes kann beispielsweise die Anordnung so getroffen werden, dass man statt des Zylinders 10 aus magnetischem Ma terial axial verlaufende Magnetstäbe ver wendet, die abwechselnd Nord- und Südmag netismus besitzen, wie in Fig. 6 angedeutet ist, wo<B>8</B> Stäbe mit Südmagnetismus und N Stäbe mit Nordmagnetismus bezeichnen, die in den im übrigen aus einem unmagneti- schen Material hergestellten Zylinder einge bettet und auf der untern Seite paarweise durch magnetisch leitendes Material verbun den sind.
Das Magnetfeld verläuft in Reihe dreh diese Magnete und magnetisch leitende Teile des im übrigen urmagnetischen Ringes 6, und wenn der Ring an einem Punkt ge hoben wird, dann wird an diesem Punkt der Widerstand in dem Magnetkreis vergrössert. wodurch der Magnetfluss schwächer wird und gestattet, dass auch die übrigen Teile des Rin ges gehoben werden. Um hierbei eine Strö mung der Luft in der Umfangsrichtung des Ringes zu vermeiden, falls dieser an einem Punkt gehoben wird, können radial verlau fende Trennwände in der Hammer 1 vorge sehen werden; gegebenenfalls können diese Trennwände an der untern Seite des Ringes 6 befestigt sein.
Anstatt des urmagnetischen Materials zwischen den Stäben S, N kann man selbst verständlich die Stäbe frei aufstellen, d. h. nur durch die Luft voneinander getrennt, wo bei dann die Druckkammer 1 auf ihrer innern Seite nicht durch diese Stäbe begrenzt sein kann, sondern auf eine andere Weise begrenzt werden muss.
Nebst der magnetischen Kraft kann als Sperrkraft auch eine Adhäsionskraft oder dergl. benutzt werden, wie z. B. durch die Verwendung gut eben geschliffener und mit Öl befeuchteter Berührungsflächen zwischen Abschlussorgan und Polschuh. Gegebenen falls kann die Sperrkraft auch aus einer an dern als einer magnetischen Kraft bestehen; Bedingung ist jedoch, dass sie mit dem Öff nen des Abschlussorganes abnimmt. Es mag erwähnt werden, dass anstatt einer wie in den vorstehenden Beispielen beschriebenen pneu matischen Kraftquelle zur Erzeugung der Öffnungskraft auch eine elektromagnetische oder eine mechanische Kraftquelle, wie z. B. eine Federeinrichtung benutzt werden kann.
Unabhängig von der Art der Kraftquelle kann die konstruktive Ausbildung zur Ver wertung der Öffnungskraft derart sein, dass der Stromkreis des Sperrmagnetes, wenn es sich um einen Elektromagneten handelt, in dem Moment geöffnet wird, wenn die Öff nungskraft bis zum Wert gesteigert ist, bei welchem die Sperrkraft überwunden wird. Hierdurch wirkt schon vom Anfang der Öff- nungsbewegung an nur noch die Öffnungs kraft auf das Abschlussorgan ein.