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Anordnung zur Erzeugung akustischer Schwingungen durch Anschlag einer
hammerartig wirkenden Anschlagvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Erzeugung akustischer Schwingungen durch Anschlag einer hammerartig wirkenden
Anschlagvorrichtung an einen mechanische Schwingungen erzeugenden Körper.
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Von Glockensignalvorrichtungen, bei denen eine Glocke durch eine hammerartig
wirkende Anschlagvorrichtung angeschlagen wird, abgesehen, sind zur Erzeugung von
akustischen Schwingungen Anordnungen bekannt, bei denen ein streifenföriniger Tonstab
an zwei Punkten gelagert ist und an einer zwischen den Punkten liegenden Stelle
von einer elektrodynamisch betätigten Anschlagvorrichtung angeschlagen wird. Bei
einer derartigen bekannten Anordnung wird durch Magnetspulen ein Ankerkörper zum
Anschlagen an den Tonstab gebracht und nach erfolatein Anschlac, durch Federkraft
in seine Ruhelage zurückgezogen.
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Eine ähnliche Anordnung sieht vor, daß ein Anschlagbolzen durch eine
Magnetspule zurückgezogen wird, so daß er hierbei eine Feder spannt, die nach Abschaltung
der Magnetspule den Anschlagbolzen zum Anschlag an den Tonstab zurückschnellen läßt.
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Diese bekannten Anordnungen sind derart ausgebildet, daß es nach erfolgtem
Anschlag nicht zu einem nochmaligen ungewollten Anschlagen des Anschlagkörpers kommt,
so daß der Tonstab frei ausschwinggen kann.
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Die Erfindung betrifft einen Tonstab, der durch eine mechanisch betätigte
Anschlagvorrichtung zu Longitudinalschwingungen angeschlagen wird, wobei die Anschlagvorrichtung
so ausgebildet ist, daß Prellerscheinungen, die das Ausschwingen der gewünschten
Schwingungen beeinträchtigen würden, verhindert werden. Dabei ist der zu Longitudinalschwingungen
angeregte Stab so gelagert, daß er, im wesentlichen nur durch die abgestrahlten
Schallschwingungen gedämpft, frei ausschwingen kann. Das erfindungsgemäß zur Anwendung
vorgesehene Anschlagsystein ist so ausgebildet, daß es räumlich gedrängt ist und,
durch einen eindrückbaren Handgriff betätigt, einen von Prellerscheinungen freien
Anschlag bewirkt, was durch Anwendung eines durch Federn vorgespannten Kipphebelgestänges
erzielt wird.
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Eine Anordnun- nach der Erfindung zur Erzeug r ,ung akustische Schwingungen,
bei der ein mechanische Schwingungen erzeugender Körper durch eine federnde, hammerartig
wirkende Anschlagvorrichtung angeschlagen wird. ist dadurch gekennzeichnet, daß
zur Betätigung des den Hammerkopf tragenden Hebelarmes der Anschla,-Vorrichtung
ein Betätigungshebel vorgesehen ist, der mit dem erstgenannten Hebelarm über eine
eine Kipphebelwirkung aufweisende Feder so in Verbindung steht, daß während des
ersten Teiles der Bewegung des Betätigungshebels diese Feder entgegen der Bewegungsrichtung
des den Hammerkopf tragenden Hebelarines vorgespannt wird und hierbei Energie speichert
und während des zweiten Teiles der Bewegung des Betätigungshebels die Feder ihre
gespeicherte Energie auf den den Hammerkopf tragenden Hebelarin -überträgt, so daß
dieser Hebelarm eine Beschleunigung in Richtung auf einen seine Bewegung begrenzenden
Begrenzeranschlag erfährt und daß der Hammerkopf gegen die Kraft einer Feder in
der Anschlagrichtung verschiebbar an dem ihn tragenden Hebelarm angeordnet ist und,
wenn der Hebelarin durch Anschlagen an dem Begrenzeranschlag angehalten wird, der
Hammerkopf seine Bewegung gegen die Kraft seiner Feder fortsetzt und auf den die
Schwingungen erzeugenden Körper aufschlägt, abprallt und dann durch die Feder daran
gehindert wird, nochmals auf den die Schwingungen erzeugenden Körper aufzuschlagen.
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Zur Erzeugung zeitlich scharf begrenzter Schallsignale kann es im
Rahmen der Erfindung zweckmäßig sein, an den Betätigungshebel der Vorrichtung einen
federnden Dämpfungsarm vorzusehen, der in der Ruhestellung des Betätigungsarmes
an dem die Schwingungen erzeugenden Körper anliegt, bei Betätigung des Betätigungsarmes
jedoch abgehoben wird.
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Eine Ausführungsfonn der Erfindung ist in den nachfolgenden Figuren
dargestellt und in der Beschreibung erörtert. Es zeigt
F i
g. 1 eine seitliche Ansicht der Signalvorrichtung, wobei sämtliche Teile
in ihrer RuhesteRung dargestellt sind, F i g. 2 eine Seitenansicht, welche
auch die Befestigung des Resonatorstabes zeigt, wobei die Teile der Signalvorrichtung
in der Stellung dargestellt sind, in welcher ein Aufschlagen des Hammers auf dem
Resonatorstab erfolgt, F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt entsprechend
der Schnittlinie 3-3 der F i g. 2, durch die im einzelnen die Lagerung
des Resonatorstabes gezeigt wird.
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Der aus einem vollen Zylinder bestehende und beim Anschlag Longitudinalschwingungen
ausführende Resonatorstab 10 hat in der Mitte zwischen seinen Enden eine
Ringnut 12 und ist in dieser Nut zwischen den beiden Teilen einer biegsamen Membran
gehalten. Der Membranteil 14 ist an der unteren Seite vorgesehen, und der Membranteil
15 bildet die obere Hälfte eines kreisförmigen Loches 16, welches
in einem Flanschteil einer Halterungsplatte 20 vorgesehen ist, so daß der stabförmige
Resonator 10
zwischen den beiden Teilen 14 und 15 locker gehalten ist
und parallel und in einem geringen Abstand zur Grundplatte 20 liegt.
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An der Grundplatte 20 sind ferner zwei bewegliche Teile 22 und 24
und vier die Bewegung der genannten Teile begrenzende Anschlagstifte 26, 28,
30 und 32 angeordnet. Der erstgenannte, als zweiarmiger Hebel ausgebildete
Teil 22 hat einen größeren Ab-
stand gegenüber der Grundplatte 20 als der
zweite Hebelteil 24, so daß ein ausreichender Zwischenraum zwischen den beiden sich
überdeckenden Annen der beiden Teile vorhanden ist.
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Der erste Hebelteil 22 wirkt als Betätigungsorgan und besteht aus
dem kurzen Hebelarm 34, der sich im wesentlichen senkrecht zu dem horizontal verlaufenden
Resonatorstab 10 und dem langen Hebelarm 35 erstreckt und oberhalb
des Resonatorstabes 10 liegt; der lange Hebelarm 35 hängt direkt mit
dem kurzen Hebelarin 34 zusammen. Die Betätigungsvorrichtung 22 ist drehbar
auf einem Stift 36 auf der vertikalen Grundplatte 20 angeordnet. Eine Kerbe
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ist am unteren Ende des kurzen Hebelarmes 34 vorgesehen, und in diese Kerbe
greift das abgebogene Ende 40 einer horizontal liegenden, als Zugfeder wirkenden
Schraubenfeder 42 ein. Das linke Ende der Schraubenfeder 42 hat einen abgebogenen
Teil 44, welcher in einem Loch 46 eines Flansches 18 eingreift, so daß die
Feder 42 zwischen dem Flansch 18
und dem kurzen Hebelarm 34 gespannt gehalten
wird und ein kräftiges, im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment auf die Hebelanordnung
22 ausübt. Ein Druckknopf 54 ist oben an dem langen Hebelarm 35
ungefähr in
dessen Mitte angeordnet. Es sind an dem langen Hebelarm 35 Nuten
56 und 58 vorgesehen, die in der Nähe des Drehpunktes liegen und in
die ein starker, denZwecken derDämpfung dienenderDraht 60 eingreift. Der
Dämpfungsdraht 60 ist fest an dem Hebelarm 35 angeordnet und erstreckt
sich vom Arm 35 nach unten und läuft in einen gekrümmten Teil 62
aus,
der gegenüber dem Stab 10 liegt, so daß dieser Teil des Drahtes
60 mit dem rechten Ende des Resonatorstabes 10 in Berührung treten
kann und dessen Schwingungen dämpfen kann. Die Anschlagstifte 26 und
28, die vertikal auf der Grundplatte 20 im Abstand voneinander angeordnet
sind, greifen an der oberen bzw. der unteren Kante des langen Hebelarmes
35 an und begrenzen dadurch die Drehbeweg ng des Hebelarmes 35 auf
ungefähr 101. Der gu Hebelarm 35 hat an seinem freien Ende ein kleines
Loch 50, in welches der eine Schenkel 51 einer eine Kippwirkung mit
zwei stabilen Lagen bewirkenden Torsionsfeder 52 eingreift.
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Der zweite bewegliche Hebelteil 24 trägt den Anschlaghammer und ist
drehbar auf der Grundplatte 20 mittels eines Stiftes 64 gelagert, der an der Grundplatte
20 in der Nähe des linken Endes des freien Hebelarmes 35 befestigt und so
angeordnet ist, daß er etwa auf der Winkelhalbierenden des 101 umfassenden
Bewegungswinkels des freien Hebelarmes 35 liegt. Die Hebelanordnung 24 besteht
aus dem kurzen Hebelarm 66, der sich nach rechts vom Stift 64 erstreckt;
ein längerer gekrümmter Hebelarm 70
erstreckt sich im wesentlichen nach links
in bezug auf den Lagerungsstift 64, ist nach unten abgekrümmt und hat ein sich nach
rechts erstreckendes Ende, das in einen abgewinkelten Flansch 72 ausläuft.
Der Flansch 72 hat ein Loch 74, in welches der Schaft 76
des Hammers
78 eingreift, welcher das eigentliche an den Resonator anschlagende Anschlagelement
bildet. Zur Begrenzung sind Anschlagstifte 30 und 32 im Abstand voneinander
auf der Platte 20 vorgesehen, die gegen die untere bzw. obere Kante des gekrümmten
Hebelarines 70 wirken und dadurch dessen Drehbewegung auf ungefähr 45c' beschränken.
Der Flansch 72, der sich vertikal zur Grundplatte 20 erstreckt, liegt gegenüber
dem linken Ende des Resonatorstabes 10, wenn der Hebelarm 70 seine
Lage an dem unteren Anschlagstift 32 eingenommen hat. Der Hammerschaft
76 hat einen zylindrischen Hammerkopf 78, an dessen rechtem Ende die
gewölbte Hammerfläche 80 vorgesehen ist, welche gegen das linke Ende des
Resonatorstabes 10 anzuschlagen bestimmt ist. Das linke Ende des Hammerschaftes
76
hat einen kegelförmigen Knopf 82, dessen Basisfläche eine Schulter
bildet, gegen die eine Druckfeder 84 wirkt, die schraubenförmig um den
Hammerschaft 76
gewickelt ist. Das rechte Ende der Feder 84 wirkt gegen
die Rückseite des Flansches 72 und spannt normalerweise den Hammer
78 so vor, daß er an der Vorderfläche des Flansches 72 anliegt und
nicht in Berührung mit der lihken Stirnfläche des stabförmigen Resonators
10 sich befindet. Der kurze Schenkel C 66 hat an seinem vorderen Ende
ein kleines Loch 68,
in welches der zweite Schenkel 69 der Torsionsfeder
52 eingreift.
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Die Torsionsfeder 52 besteht aus einer einzigen Federwindung,
die etwa um 4200 gebogen ist und deren Enden 51 und 69 gleiche Länge
haben und am gewickelten Federteil mit einem Winkel von ungefähr 1201 im nicht gespannten
Zustand hervorstehen. Das Ende eines jeden Federschenkels 51 und
69 ist aus der Federebene abgebogen, so daß die Enden in die Löcher
50 und 68 der beiden Hebel eingreifen. Die Feder 52 wird dadurch
in die in F i g. 1 und 2 dargestellten Anordnungen eingesetzt, daß die Federschenkel
51 und 69 so zusammengedrückt werden, daß sie nur mehr einen Divergenzwinkel
von 301
bilden, worauf die abgewinkelten Enden in die Löcher eingeführt werden.
Die Feder 52 liegt zwischen der Ebene des Hebels 22 und der Ebene des Hebels
24, so daß keine Beeinträchtigung der Rotationsbewegung der beiden Hebel stattfindet,
und es wird ständig der Hebelarm 35 im Abstand vom Hebelarm 66
durch
die Druckfeder gehalten. Wie sich aus der
nachfolgenden Beschreibung
ergibt, übt die Feder 52
bei Betätigung der Anordnung entweder ein Drehmoment
im Uhrzeigersinn auf die Hebelanordnung 24 und ein entgegengesetztes Drehmoment
auf die Hebelanordnun- 22 in F i g. 1 aus, oder es wird gemäß F i
g. 2 ein Drehmoment im entgegengesetzten Sinne erzeugt, und zwar
je nach der relativen Lage der Hebelarme 35 und 66 in Bezug
aufeinander.
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Zur Erregung des Resonatorstabes 10 durch den dargestellten
Mechanismus ist nur ein Eindrücken des Knopfes 54 erforderlich. Wenn der Knopf freigegeben
wird, so kehrt der Mechanismus in seine in F i g. 1 dargestellte Lage infolge
der Federwirkung wieder zurück, und es werden die Schwingungen gedämpft. Diese Bewegungen,
die eine Arbeitsphase und eine Rückkehrphase bilden, sollen nachstehend im einzelnen
beschrieben werden.
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Während der Arbeitsphase wird, wenn der Knopf 54 eingedrückt wird,
der erste Hebel 22 im Gegenuhrzei-ersinn um seine Achse 36 und von dem Anschlagstift
26 weg bewegt. Die Torsionsfeder 52, die eine bistabile Kippwirkung
hat und die beiden Hebelarme 51 und 69 auseinanderhält und dadurch
als eine Druckfeder zwischen den Verbindungsstellen an den Hebelarinen 22 und 24
wirkt, drückt zunächst den zweiten Hebel 24 gegen den Anschlagstift 30
wegen
des im Uhrzeigersinn auf den Hebel 24 ausgeübten Drehmomentes. Wenn jedoch die Verbin-C
dungsstelle des ersten Hebels 22 mit dem Schenkel 51
der Torsionsfeder
52 die Linie durchläuft, welche die Drehachse des zweiten Hebels 24 und den
Verbindungspunkt des zweiten Hebels 24 mit dem Federarin 69 verbindet. so
übt die Torsionsfeder 52 ein entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment
auf den zweiten Hebelann 24 aus, welches diesen von dem Anschlagstift
30 weg bewegt. Da diese im Gegenuhrzeigersinn gerichtete Bewegung nur durch
die Trägheit des zweiten Hebelarmes 24 und durch geringe Reibungskräfte beeinträchtigt
wird, so werden der zweite Hebel 24 und die Hammervorrichtung 78 schnell
im Gegenuhrzeigersinn beschleunigt, bis der Hebel 24 an dem zweiten Anschlagstift
32 anschlägt. In diesem Augenblick wird der Hebel 24 plötzlich angehalten,
das Trägheitsmoment des Hammers 78 bewegt denselben jedoch weiter gegen die
Wirkung der Druckfeder 84. Die Federn 52 und 84, der Abstand zwischen dem
Ende des stabförmi-"en Resonators 10 und der 1
0 -lammerfläche
80 und die Masse des Hammers 78 und die Hebelarme sind sorgfältig
so zu bemessen, daß der Hammer 78 hinreichend Trägheitsmoment hat und der
Resonatorstab:10 mit einem einzigen scharfen Harnmerschlag angeschlagen wird; nach
Abprallen an dem Stab 10
wird der Hammer 78 jedoch durch die Feder
84 daran gehindert, am Flansch 72 abzuprallen und nochmals auf den Resonatorstab
10 aufzuschlagen. Ein derartiger einziger scharfer Hammerschlag ist erforderlich,
um die Abgabe von Vibrationen großer Amplitude durch den Resonatorstab sicherzustellen.
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Es ist zu beachten, daß während der Arbeitsphase der Dämpfungsdraht
60 außer Berührung mit dem Resonatorstab 10 kommt, bevor der
Hammer 78 anschlägt, und daß die Rückführfeder 42 zusätzlich gespannt wird
durch die im Gegenuhrzeigersinn erfolt2 gende Drehung des ersten Hebels 22.
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Die Feder 42 ist so bemessen und so angeordnet, daß ein Drehmoment
auf den ersten Hebel 22 ausgeübt wird, welches größer ist als das Drehmoment der
Torsionsfeder 52, wenn die Vorrichtung ihre Arbeitsstellung eingenommen hat;
wenn daher der Druckknopf 54 freigegeben wird, so überwiegt das im Uhrzeigersinn
wirkende Drehmoment der Feder 42 das im entgegengesetzten Sinn wirkende Drehmoment
der Feder 52, und es wird der Mechanismus in die Ruhestellung zurückgebracht.
Während der Phase der Rückkehr in die Ruhestellung übt die Torsionsfeder
52 ein im Gegenuhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment auf den zweiten Hebel
24, aus, so daß derselbe in seiner Arbeitsstellung im Anschlag mit dem Anschlagstift
32 gehalten wird, bis der Verbindungspunkt des ersten Hebels 22 mit dem Federschenkel
51 die Linie durchschneidet. welche die Drehachse des zweiten Hebels 24 mit
der Verbindungsstelle des Federschenkels 69 am zweiten Hebelarm 24 verbindet.
Dann übt die Torsionsfeder 52
wiederum ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf
den zweiten Hebelarm 24 aus, welchem nur das geringe Trägheitsmoment und die Reibungskräfte
entgegenwirken, so daß die zweite Hebelanordnung 24 wiederum in ihre Ruhelage am
Anschlagstift 30 zurückkehrt. Im Verlauf dieses Rückwärtshubes wird der Dämpfungsdraht
60 wiederum gegen das Ende des Resonatorstabes 10 angelegt, und dadurch
findet eine schnelle Dämpfung der Schwingungen des Stabes 10
statt.
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Die Materialien, die bei der erfindungsgemäßen Anordnung für die Grundplatte,
die Anschlagstifte, die Hebelanordnungen, die Schaftteile und die Flansche verwendet
werden, können beliebiger Art sein, es sind jedoch Gußeisen oder gewalzter Stahl
oder Leichtmetalle oder Kunststoffe zu bevorzugen. Der Resonatorstab 10 sollte
aus Messing, Aluminium oder -einem anderen Material bestehen, welches genügend geringe
innere Dämpfung hat. Der Resonator 10 soll in genauer Weise hinsichtlich
seiner Länge bemessen sein, so daß sich die gewünschte Frequenz ergibt, und die
Halterung soll im Knotenpunkt, und zwar genau in der Mitte der Longitudinalschwingung
erfolgen unter Anwendung eines elastischen und die Bewegung nicht henimenden Halterungsorgans,
welches eine möglichst geringe Berührungsfläche mit dem Stab bildet. Der Hammer
78 soll aus hartem Stahl oder eine Legierung bestehen, und seine Masse soll
so bemessen sein, daß sich ein möglichst exakter Hammeranschlag ergibt. Die Membran
14 kann aus Gummi oder irgendeinem anderen ähnlichen Material bestehen und wird
an der sie tragenden Flanschplatte 18 angeklebt oder mittels einer zusätzlichen
Platte angedrückt. Die Anschlagstifte 26, 28, 30, 32 können gepolstert
sein und sind zweckmäßigerweise gegenüber dem Krümmungsmittelpunkt der Anschlagstelle
der Hebel, mit welchen sie zusammenwirken, angeordnet. Der Betätigungsknopf 54 kann
aus irgendeinem plastischen Material bestehen, und der Dämpfungsdraht
60 kann ein Stahldraht sein.
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Statt eines unter Federspannung stehenden Hammerkopfes könnte auch
ein fester Hammerkopf am vorderen Ende des Hebels 24 vorgesehen sein, und eine die
Bewegung begrenzende Feder könnte statt der in F i g. 1 gezeigten Feder 84
an dem Anschlagstift 32 vorgesehen sein. In diesem Fall würde die kinetische
Energie des den Anschlag bewirkenden Hebels 24 zum Teil dadurch verbraucht werden,
daß vor dem Anschlagen an dem Resonatorstab 10
die die Bewegung begrenzende
Feder durchgebogen würde, und danach würde diese Feder ein nochmaliges
Anschlagen
des Hammers 78 an dem Resonatorstab 10 verhindern.
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Statt der Hebelanordnung 24 könnte auch ein Rad oder ein einanniger
Hebel verwendet werden, wobei geeignete Anschlagmittel 30 Anwendung finden
würden. Statt der Hebelanordnung 22 könnte auch eine andere mechanische Anordnung,
beispielsweise ein Rad Anwendung finden, es könnten auch quer zur Achse des Hebelarmes
66 wirkende verschiebbare Mittel Anwendung finden, welche ein Zusammen-
drücken
der Torsionsfeder 52 und danach ihre Entlastung bewirken.