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Die Erfindung bezieht sich auf die Dämpfung von (Wasserschall-) Reflektoren für Wasserschallwandler insbesondere solchen Wasserschallwandlern, die für Sonaranwendungen eingesetzt werden.
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Reflektoren werden dazu eingesetzt, Schallwellen auf benachbart zu dem Reflektor angeordnete Wasserschallwandler zu reflektieren, um die resultierende Signalstärke der Wasserschallwellen zu erhöhen (idealerweise zu verdoppeln). Dies ermöglicht eine verbesserte Detektion mittels der Wasserschallwandler. Der Reflektor ist mit einem Wasserfahrzeug, z.B. einem Schiff oder einem U-Boot, verbunden. Das Wasserfahrzeug erzeugt Vibrationen, die sich auf den Wasserschallreflektor übertragen. Durch die Vibrationen erzeugt der Wasserschallreflektor seinerseits jedoch wieder Schallwellen, welche die eigentlich zu detektierenden Wasserschallwellen überlagern und die eigentliche Detektion somit stören.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für Reflektoren für Wasserschallwandler zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ausführungsbeispiele zeigen einen Reflektor für Wasserschallwandler mit einer Reflexionsplatte, die ausgebildet ist, Wasserschallwellen zu reflektieren sowie einem (ersten) Dämpfungselement. Das Dämpfungselement verbindet die Reflexionsplatte mit einem Wasserfahrzeug (zumindest mechanisch). Ferner weist das Dämpfungselement eine progressive Steifigkeitskennlinie auf. Durch die progressive Steifigkeitskennlinie ist die Reflexionsplatte bei kleinen Auslenkungen weich gedämpft. Je größer die Auslenkung ist, desto steifer (bzw. härter) wird die Dämpfung. Das Dämpfungselement kann eine unmittelbare oder eine mittelbare Verbindung mit dem Wasserfahrzeug herstellen. So kann der Reflektor eine Führung aufweisen, die die Reflexionsplatte über das Dämpfungselement mit dem Wasserfahrzeug verbindet, wobei das Dämpfungselement zwischen der Führung und der Reflexionsplatte angeordnet ist. Das Dämpfungselement stellt hier eine mittelbare Verbindung zu dem Wasserfahrzeug her.
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Idee ist es, durch die progressive Steifigkeitskennlinie des Dämpfungselements den Reflektor (genauer die Reflexionsplatte) von den (mechanischen) Vibrationen des Wasserfahrzeugs zu entkoppeln. Vibrationen mit geringen Auslenkungen werden so von dem Dämpfungselement aufgenommen und die Reflexionsplatte selbst erfährt eine noch geringere Auslenkung. Bei größeren Auslenkungen wird die Reflexionsplatte trotzdem zuverlässig gedämpft, bevor die Reflexionsplatte beispielsweise mit dem Wasserfahrzeug oder einer Aufhängung in Berührung kommt.
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In Ausführungsbeispielen weist das Dämpfungselement eine Grundfläche und eine Deckfläche auf. Die Grundfläche und die Deckfläche sind jeweils parallel zu der Reflexionsplatte ausgerichtet, wobei die Grundfläche einen größeren Flächeninhalt aufweist als die Deckfläche. In anderen Worten verjüngt sich das Dämpfungselement zu der Reflexionsplatte oder zu der Führung. Durch die Verjüngung wird die progressive Dämpfung erzielt.
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In Ausführungsbeispielen bildet das Dämpfungselement einen Konus, insbesondere einen Kegelstumpf, aus, wobei sich der Konus verjüngt, insbesondere zu der Reflexionsplatte zuläuft. Eine Rotationsachse des Konus kann senkrecht zu der Reflexionsplatte ausgerichtet sein. Alternativ kann das Dämpfungselement eine Pyramide oder einen Pyramidenstumpf ausbilden, wobei die Pyramide oder der Pyramidenstumpf zu der Reflexionsplatte zuläuft. In anderen Worten verjüngt sich der Konus bzw. die Pyramide/der Pyramidenstumpf ausgehend von ihrer Auflagefläche zu der Reflexionsplatte. Durch die Verjüngung der geometrischen Formen wird die progressive Dämpfung erzielt.
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In Ausführungsbeispielen ist eine Führung, insbesondere senkrecht, durch die Reflexionsplatte hindurchgeführt. Entlang der Führung ist die Reflexionsplatte beweglich angeordnet. Die Führung verläuft insbesondere parallel zu einer Wirkrichtung des Dämpfungselements. Durch die Führung wird verhindert, dass die Reflexionsplatte neben der erwünschten Bewegung in Reflexionsrichtung, d.h. in Richtung der Wasserschallwandler, eine Bewegung in den anderen Raumrichtungen ausführt.
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In Ausführungsbeispielen ist zwischen der Führung und der Reflexionsplatte ein zweites Dämpfungselement angeordnet, wobei das zweite Dämpfungselement eine progressive Steifigkeitskennlinie aufweist, wobei das zweite Dämpfungselement auf einer dem (ersten) Dämpfungselement gegenüberliegenden Seite der Reflexionsplatte angeordnet ist. Damit das zweite Dämpfungselement zwischen Reflexionsplatte und der Führung angeordnet werden kann, kann die Führung an der dem ersten Dämpfungselement gegenüberliegenden Seite eine T-Form aufweisen. Somit erfolgt sowohl in Richtung der Wasserschallwandler als auch in Richtung des Wasserfahrzeugs (entlang der Führung) eine Dämpfung der Reflexionsplatte. Ferner wird das Schwingen der Reflexionsplatte nach einer (einmaligen) Anregung durch die gegenüberliegenden Dämpfungselemente gedämpft.
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In anderen Worten kann das zweite Dämpfungselement gleichartig zu dem Dämpfungselement ausgebildet sein. D.h. insbesondere, dass das zweite Dämpfungselement eine Grundfläche und eine Deckfläche aufweisen kann, die jeweils parallel zu der Reflexionsplatte ausgerichtet sind, wobei die Grundfläche einen größeren Flächeninhalt aufweist als die Deckfläche. Ferner kann das zweite Dämpfungselement einen Konus, insbesondere einen Kegelstumpf, ausbilden, wobei der Konus sich verjüngt, insbesondere zu der Reflexionsplatte zuläuft. Alternativ kann das zweite Dämpfungselement eine Pyramide oder einen Pyramidenstumpf ausbilden, wobei die Pyramide oder der Pyramidenstumpf zu der Reflexionsplatte zuläuft.
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So kann die Reflexionsplatte entlang der Führung von dem Dämpfungselement und dem zweiten Dämpfungselement fixiert sein und senkrecht zu der Führung von der Führung in Position gehalten werden.
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In Ausführungsbeispielen weist die Führung umlaufend ein weiteres Dämpfungselement, insbesondere einen O-Ring, zu der Reflexionsplatte auf. Durch das weitere Dämpfungselement wird die Reflexionsplatte in den anderen (beiden) Raumrichtungen, in der sich die Reflexionsplatte nicht bewegen soll, bedämpft. Vorteilhafterweise ist das weitere Dämpfungselement steifer als das Dämpfungselement und/oder das zweite Dämpfungselement. Das weitere Dämpfungselement kann im Mittel steifer sein als das Dämpfungselement und/oder das zweite Dämpfungselement. Somit wird die Reflexionsplatte stabil senkrecht zu der Führung geführt, entlang der Führung wird es mittels des Dämpfungselements und optional des zweiten Dämpfungselements zunächst weich und mit wachsender Auslenkung steifer bzw. härter gedämpft.
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Analog ist ein Verfahren zur Herstellung eines Reflektors für Wasserschallwandler mit folgenden Schritten gezeigt: Bereitstellen einer Reflexionsplatte, die ausgebildet ist, Wasserschallwellen zu reflektieren; Verbinden der Reflexionsplatte (24) mit einem Wasserfahrzeug (28) mittels eines Dämpfungselements (30),wobei das Dämpfungselement eine progressive Steifigkeitskennlinie aufweist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittdarstellung eines Reflektors für Wasserschallwandler in einer Seitenansicht;
- 2: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Reflektors in einer Seitenansicht gemäß Ausführungsbeispielen;
- 3: eine schematische Schnittdarstellung des Ausschnitts des Reflektors in einer Seitenansicht gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; und
- 4: eine schematische perspektivische Darstellung einer Dämpfungselementanordnung mit einer Vielzahl von Dämpfungselementen, wobei die Dämpfungselemente eine progressive Steifigkeitskennlinie aufweisen.
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Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Reflektors 20 für Wasserschallwandler 22. Der Reflektor 20 weist eine Reflexionsplatte 24 auf, die mittels zweier Dämpfungselemente 30 an einem Wasserfahrzeug 28 befestigt ist. Zur Veranschaulichung ist exemplarisch für das Wasserfahrzeug 28 eine schematische Außenhaut desselben dargestellt. Statt mit den Dämpfungselementen 30 kann die Reflexionsplatte 24 auch mittels einer Aufhängung (nicht gezeigt) an dem Wasserfahrzeug 28 befestigt sein. Die Dämpfungselemente 30 können dann zwischen Reflektor und Aufhängung angeordnet sein. Die Aufhängung kann auch die Schocklagerung des Reflektors bilden. Eine mögliche Ausgestaltung der Aufhängung ist eine (seitlich geöffnete) U-Form.
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Die Wasserschallwandler 22 können außerhalb der Schnittebene mit dem Wasserfahrzeug (mechanisch) verbunden sein. Diese Verbindung kann durch die Reflexionsplatte hindurch- oder seitlich an der Reflexionsplatte vorbeiführen.
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Zwischen der Reflexionsplatte 24 und dem Wasserfahrzeug 28 ist ein (erstes) Dämpfungselement 30 angeordnet. Die Reflexionsplatte 24 liegt auf dem Dämpfungselement 30 auf. Optional ist zwischen dem Wasserfahrzeug 28 und der Reflexionsplatte 24 ein weiteres Dämpfungselement 30 angeordnet. In anderen Worten kann der Reflektor 20 dann symmetrisch aufgebaut sein.
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2 zeigt einen Ausschnitt des Reflektors 20 aus 1 in einem Ausführungsbeispiel. Hier ist eine Führung 32 gezeigt, die durch die Reflexionsplatte 24 hindurchgeführt ist. Die Wasserschallwandler 22 (oder zumindest ein Wasserschallwandler) sind mittels der Führung 32 mit dem Wasserfahrzeug 28 verbunden. Die Reflexionsplatte 24 ist entlang der Führung 32, d.h. in Richtung der Wasserschallwandler, also in z-Richtung, beweglich an der Führung 32 gelagert. Neben dem Dämpfungselement 30 kann, insbesondere zur Herstellung der Symmetrie, ein symmetrisch angeordnetes Dämpfungselement 30a vorgesehen zu sein. Das symmetrisch angeordnete Dämpfungselement 30a ist vorteilhafterweise identisch zu dem Dämpfungselement 30. Die Führung 32 kann mit dem Wasserfahrzeug 28 verbunden sein, um die Reflexionsplatte 24 an dem Wasserfahrzeug 28 befestigen. Die Führung 32 kann jedoch auch an der nicht gezeigten Aufhängung angeordnet sein, so dass die Führung mittelbar über die Aufhängung mit dem Wasserfahrzeug 28 verbunden ist. Um eine Auflagefläche für die Dämpfungselemente 30, 30a zu bilden, kann die Führung 32 einseitig eine Verbreiterung aufweisen. Um die Verbreiterung auszubilden, ist die Führung 32 beispielsweise T-förmig geformt. Unter einer Verbreiterung wird eine Vergrößerung der Fläche der Führung 32 verstanden.
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3 zeigt den Ausschnitt des Reflektors 20 aus 2 in weiteren Ausführungsbeispielen. Hier ist zwischen der Führung 32 und der Reflexionsplatte 24 ein zweites Dämpfungselement 34 angeordnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann ein zweites symmetrisch angeordnetes Dämpfungselement 34a vorgesehen sein. Um eine Kraftwirkung der Führung 32 auf das zweite Dämpfungselement 34 auszuüben, kann die Führung auf einer der Reflexionsplatte 22 zugewandten Seite eine (weitere) Verbreiterung aufweisen. Auch hier kann die Verbreiterung T-förmig ausgebildet sein. Zusammen mit der bereits in 2 gezeigten Verbreiterung ist die Führung 32 dann doppel T-förmig ausgebildet. Das zweite Dämpfungselement 34 und auch das zweite symmetrisch angeordnete Dämpfungselement 34a können dann zwischen der Reflexionsplatte 22 und der Verbreiterung der Führung 32 angeordnet sein. Durch die Verbreiterung der Führung kann ein Teil der Führung parallel zu dem Reflexionsplatte verlaufen. Zwischen diesem Teil der Führung und der Reflexionsplatte ist das zweite Dämpfungselement (optional auch das zweite symmetrisch angeordnete Dämpfungselement) angeordnet.
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Um einen Abstand zwischen der Reflexionsplatte 24 und den Wasserschallwandlern 22 frei einstellen zu können, ist in der Reflexionsplatte 24 eine Aussparung 36 vorgesehen, in der das zweite Dämpfungselement 34 (sowie das optionale zweite symmetrisch angeordnete Dämpfungselement) angeordnet sind. So vergrößert das zweite Dämpfungselement 34 nicht den Abstand zwischen den Wasserschallwandlern 22 und der Reflexionsplatte 24.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das unabhängig von der tatsächlichen Ausgestaltung der Führung 32 ist, weist die Führung 32, insbesondere umlaufend, ein weiteres Dämpfungselement 38 zu der Reflexionsplatte auf. Das weitere Dämpfungselement 38 ist beispielsweise ein O-Ring. Das weitere Dämpfungselement 38 kann innerhalb einer Bohrung 40, durch die die Führung 32 hindurchgeführt ist, angeordnet sein. So kann das weitere Dämpfungselement 38 eine Bewegung der Reflexionsplatte 24 in x-Richtung und in y-Richtung dämpfen. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das weitere Dämpfungselement 38, insbesondere im Mittel, steifer ist als das Dämpfungselement 30 oder das zweite Dämpfungselement 34. Die x-Richtung und die y-Richtung liegen senkrecht zu der gewünschten Bewegungsrichtung (z-Richtung) der Reflexionsplatte 24, die in Richtung der Wasserschallwandler 22 bzw. in Richtung des Wasserfahrzeugs, zeigt. Das weitere Dämpfungselement 38 kann in jeder Ausgestaltung des Reflektors 20 mit der Führung 32 separat von den weiteren in 3 gezeigten Merkmalen verwendet werden.
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4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Dämpfungsanordnung 42. Die Dämpfungsanordnung 42 umfasst eine Vielzahl (hier 8) Dämpfungselemente 30 sowie eine Vielzahl (hier auch 8) symmetrisch angeordneter Dämpfungselemente 30a. Die Dämpfungsanordnung 42 kann eine Öffnung 44 aufweisen, durch die die Führung hindurchgeführt werden kann. So kann die Dämpfungsanordnung die benötigte Zahl von Dämpfungselementen bereitstellen. Die Dämpfungsanordnung kann beispielsweise auf der Führung und/oder (in der Aussparung) auf der Reflexionsplatte aufliegen. Analog kann die Dämpfungsanordnung auch die zweiten Dämpfungselemente 34 und optional die symmetrisch angeordneten zweiten Dämpfungselemente 34a bereitstellen.
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In 4 ist ferner die Ausgestaltung der Dämpfungselemente 30, 34, 30a, 34a ersichtlich. So können die Dämpfungselemente 30, 34, 30a, 34a eine Grundfläche 46 und eine Deckfläche 48 aufweisen. Die Grundfläche 46 sowie die Deckfläche 48 verlaufen parallel zu der Reflexionsplatte. In anderen Worten verläuft eine Verwendungsrichtung der Dämpfungselemente senkrecht zu der Reflexionsplatte, damit die Dämpfungselemente 30, 34, 30a, 34a eine Bewegung der Reflexionsplatte in Richtung der Wasserschallwandler dämpfen können. Das Dämpfungselement in 4 ist beispielhaft als Konus, hier in Form eines Kegelstumpfes, geformt. Der Konus kann von der Führung zu der Reflexionsplatte zulaufen. Alternativ kann das Dämpfungselement 30, 34, 30a, 34a auch pyramidenförmig oder als Pyramidenstumpf geformt sein. In anderen Worten verjüngt sich das Dämpfungselement 30, 34, 30a, 34a, um die progressive Steifigkeitskennlinie zu erhalten.
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Die offenbarten (Wasser-) Schallwandler sind für den Einsatz unter Wasser, insbesondere im Meer, ausgelegt. Die Schallwandler sind ausgebildet, Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechenden elektrischen Signal (z.B. Spannung oder Strom), das Wasserschallsignal, umzuwandeln. Überdies sind die Schallwandler ausgebildet, eine anliegende elektrische Spannung in Wasserschall umzuwandeln. Die Schallwandler können demnach als Wasserschallwandler und/oder als Wasserschallsender verwendet werden. Als sensorisches Material weisen die Schallwandler ein piezoelektrisches Material, beispielsweise eine Piezokeramik, auf. Die Schallwandler können für (Aktiv- und/oder Passiv-) Sonar (sound navigation and ranging, dt.: Schall-Navigation und -Entfernungsbestimmung) eingesetzt werden. Die Schallwandler sind nicht für medizinische Anwendungen geeignet.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Reflektor
- 22
- Wasserschallwandler
- 24
- Reflexionsplatte
- 28
- Wasserfahrzeug
- 30
- Dämpfungselement
- 32
- Führung
- 34
- zweites Dämpfungselement
- 36
- Aussparung
- 38
- weiteres Dämpfungselement
- 40
- Bohrung
- 42
- Dämpfungsanordnung
- 44
- Öffnung
- 46
- Grundfläche des Dämpfungselements
- 48
- Deckfläche des Dämpfungselements
