DE227540C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVr 227540 KLASSE 7Ad. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. November 1909 ab.

Neben Vorrichtungen zum Geben von Unterwassersignalen auf mechanischem Wege sind auch bereits solche bekannt, bei welchen ein Schallerreger durch Elektromagnete in Schwingungen gesetzt wird, und zwar auf rein elektrischem Wege durch intermittierend unterbrochenen Gleichstrom oder durch Wechselstrom. Es hat sich indessen herausgestellt, daß bei diesen Vorrichtungen, wo die Schwingungen des Schallerregers durch den Wechsel des Stromes hervorgerufen werden, durch die Hysteresis des Eisens die Wirkung so stark beeinträchtigt wird, daß der praktische Wert dieser Vorrichtungen für Unterwassersignale in Frage gestellt erscheint, weil sie im besten Falle nur Töne von verhältnismäßig geringer Schwingungszahl und geringer Stärke hervorbringen können.

Um demgegenüber mittels eines Elektromagneten Töne in den weitesten Tongrenzen und von großer Tonstärke zu erzeugen, und zwar unter Vermeidung des schädlichen Einflusses der Hysteresis und so, daß einmal die Tonhöhe genau bestimmt und innegehalten werden kann, während andererseits sich ihre Dauer und Folge für die Signalgebung in einfacher Weise durch Unterbrechung des elektrischen Stromes regeln läßt, ist die vorliegende Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere mittels konstanten' Gleichstromes erregte Elektromagnete oder Teile eines solchen nach Art einer Telephonsirene in schneller Folge in und außer Bereich des Schallerregers gebracht werden.

Bei der Telephonsirene besteht bekanntlich das Prinzip darin, eine Anzahl radial gestellter permanenter Magnete an einer Spule oder dem Pol eines Telephons vorbei umlaufen zu lassen, so daß man an einem zweiten mit dem ersten verbundenen Telephon einen Ton vernimmt, dessen Höhe ein Maß der Umdrehungsgeschwindigkeit ist. Man hat auch schon diese Telephonsirene dafür vorgeschlagen, unmittelbar eine Stimmgabel oder die Membran einer Schallröhre für eine bestimmte Geschwindigkeit ansprechen zu lassen und durch diesen Ton eine bestimmte Umdrehungsanzahl einer Welle anzuzeigen. Wegen der Anwendung permanenter Magnete ist indessen eine solche Telephonsirene für eine Gebevorrichtung von Unterwassersignalen nicht verwertbar. Der Magnetismus der permanenten Magnete ist viel zu schwach, er läßt sich nicht konstant erhalten und die erzeugten Töne lassen sich nicht periodisch, wie dies für die Signalgebung erforderlich ist, durch Entmagnetisieren der Magnete unterbrechen. Läßt man dagegen gemäß der vorliegenden Erfindung einen durch konstanten Gleichstrom erregten Elektromagneten oder die Teile eines solchen sich in 6p schneller Folge an dem Schallerreger vorbei bewegen, so ist es ohne weiteres möglich, nicht nur sehr starke und unter Wasser weit hörbare Töne zu erzeugen, sondern auch für die verschiedenen Gebevorrichtungen die Tonhöhe durch die Umlaufgeschwindigkeit des Elektromagneten zu bestimmen und die Dauer und Folge derselben zum Zwecke der Signalgebung

in einfacher Weise durch Unterbrechung des Erregerstromes zu regeln. Die Ausführungsform kann dabei entweder die sein, daß, ähnlich wie bei der Telephonsirene,, einzelne Magnete radial am Umfang einer Scheibe sitzen, und zwar hierbei in Form hufeisenförmiger Elektromagnete, die auf diese Weise an dem Schallerreger, vorbei sich bewegen, oder es kann auch der Schallerreger einen einzelnen

ίο solchen Elektromagneten tragen, an welchem radial stehende Anker vorbei sich bewegen. Endlich kann der vor dem Schallerreger umlaufende Elektromagnet an seinen beiden scheibenförmigen Polen mit gegenüberliegenden, mit Lücken abwechselnden' Vorsprüngen versehen sein, so daß also beim Umlauf des Elektromagneten von einem zum anderen Polvorsprung senkrecht zur Umdrehungsebene gerichtete magnetische Felder am Schallerreger in rascher Folge vorbeigeführt werden; diese Ausführungsform hat sich am besten bewährt. Bei allen Ausführungsformen- halten die Schwingungen so lange an, als der Strom durch die Erregerwicklung des Magneten fließt. Wenn der Strom unterbrochen wird, verlieren die Pole ihren Magnetismus und die Membran hört auf Schallwellen von wahrnehmbarer Stärke zu erzeugen. Tatsächlich gelangt die Membran zur Ruhe, so daß kein Ton erzeugt wird, wobei die Tonerzeugung sofort wieder anfängt, wenn der Strom von neuem die Erregerwicklung durchfließt. Die Unterbrechungen des Stromkreises werden auf diese Weise nicht zur Erzeugung der magnetischen Impulse ausgenutzt, mittels deren Schwingungen der Membran zustande kommen, da diese Schwingungen durch das Nähern und Entfernen der magnetischen Felder erzeugt worden, sondern zur Trennung einer Periode wirkender' Schwingungen von einer anderen, so daß in beliebigen Zeitabständen Signale beliebiger Dauer gegeben werden können. Der Mechanismus, zur Signalgebung kann daher aus einem Stromunterbrecher bestehen, mittels dessen derjenige Strom, welcher den Elektromagneten erregt, unterbrochen wird. Der Stromunterbrecher kann entweder durch einen gewöhnlichen Schlüssel bewegt werden oder auch selbsttätig arbeiten. Im letzteren Fall wird der Schallerreger in geeigneter Weise Signale von vorher bestimmtem Charakter geben, während bei Verwendung eines Schlüssels die Signale von irgendeiner Person, eines Schiffes oder einer Küstenstation, ausgesandt werden können. Das Signalsystem ist daher besonders für Unterseeboote vorteilhaft, da es sehr wenig Raum erfordert und durch eine Kraft in Tätigkeit gesetzt wird, welche auch für andere Zwecke auf derartigen Booten vorhanden ist.

Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 bis 18 verschiedene Ausf ührungs- und Anwendungsformen.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht der Halter des Schallerregers aus einem Gehäuse A, das mittels Bolzen an der inneren Wandung eines Behälters oder der Schiffswand befestigt wird. Das Gehäuse ist mit einem nach innen vorspringenden Ringe A¹ ausgestattet, an dessen Unterseite der eigentliche Schallerreger B durch einen Ring b und Bolzen b¹ befestigt ist. Der Schallerreger besitzt vorzugsweise eine kreisförmige Gestalt, entsprechend dem Ende der Gehäuseöffnung. Eine in dieser Weise befestigte Membran kann eine beliebige Schwingungszahl erhalten und auf diese Weise Schallwellen von bestimmter Stärke aussenden.

Auf dem Gehäuse A sitzen ein Paar Träger C, von denen ein jeder an seinem oberen Ende ein Lager für eine Welle D bildet. Auf der Welle D ist mittels eines Keiles e ein Kern E aus weichem Eisen befestigt, um welch letzteren die Erregerwicklung F angeordnet ist. An dem Kern sind mittels eines Keiles f die scheibenförmigen Polstücke G und H befestigt. Der Kern ist mit Gewinde versehen und Schraubenmuttern e¹ und e^% halten die Polstücke auf dem Kern fest. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die eine Seite teilweise im Schnitt gezeichnet. Das Polstück H und der auf dieser Seite liegende Mechanismus ist derselbe, wie der auf der anderen Seite dargestellte.

Es ist ersichtlich, daß die beschriebenen Teile einen Elektromagneten darstellen, dessen Nord- und Südpol durch die beiden Polstücke gebildet werden. Die Welle D wird durch einen Motor oder eine andere beliebige Kraftquelle in schnelle Umdrehung versetzt. Jedes Polstück weist an seiner Kante eine Anzahl von einander gegenüber liegenden Vorsprüngen oder Zähnen g, h auf, zwischen denen eine Anzahl von Lücken g¹, h¹ gebildet sind. Der Schallerreger B trägt einen Anker B¹. Wenn die genannten Polstücke, welche zusammen umlaufen, magnetisch werden, so geht eine Reihe von abwechselnd größer und kleiner werdenden magnetischen Feldern senkrecht zur Umdrehungsebene an dem Anker B¹ vorbei. Hierbei wird die größte Anziehungskraft in dem Augenblick ausgeübt, in welchem ein Paar der genannten Vorsprünge oder Zähne g, h der Polstücke sich in der nächsten Nähe des Ankers befinden, worauf die magnetische Kraft nachläßt, da die genannten Vorsprünge sich von dem Anker entfernen. Die magnetische Kraft wächst darauf wieder, wenn die nächstfolgenden Vojsprünge der Polstücke in die Nähe des Ankers kommen. Es wird demzufolge ein beständiges Anwachsen und Nachlassen der auf den Anker ausgeübten magnetisehen Kraft hergestellt, so daß der Anker und die mit ihm verbundene Membran schwingt.

Infolge der sehr hohen Umdrehungszahl des Elektromagneten ist die Schwingungszahl der Membran so groß, daß ein bestimmter musikalischer Ton erzeugt wird, der so lange dauert, als die umlaufenden Polstücke magnetisiert sind.

Um die Erregerwicklung F mit der elektrischen Energiequelle zu verbinden, ist ein jedes Polstück bei g², h² mit einer Öffnung versehen. Beide Enden f¹, f² der Erregerwicklung F werden durch die genannten Löcher hindurchgeführt und die Wandungen isoliert. Ein jedes Ende f¹, f² ist an einem Ringe f³, fⁱ befestigt, der auf einem isolierten Teile f^h der Welle D sitzt. Selbstverständlich weist jeder Ring ein Isolierstück auf. Die Isolierstücke f^!i sowie die Ringe f³, f^A sind zusammen derart an der Welle D befestigt, daß sie sich mit dem Elektromagneten drehen und dennoch von'der Welle isoliert sind.

Bürsten /, J¹ und Leitungsdrähte j, j¹, welche zu dem Motor führen und an den Bürstenhaltern durch die Klemmschrauben j², j³ gehalten werden, führen den Strom zu.

Die Bürstenhalter werden an dem oberen Teile der Träger C mit Hilfe von Ansätzen /², J³ und Schrauben /⁴ gehalten. Die einzelnen Teile werden natürlich sorgsam isoliert.
Die Wirkungsweise ist folgende:

Die Welle D wird durch die Kraftquelle mit großer Geschwindigkeit gedreht, deren Höhe dem Durchmesser der Membran und der zu erzielenden Schwingungszahl entspricht. Wenn die Welle umläuft, drehen sich auch der Kern, die Erregerwicklung, die Polstücke und die Ringe f², f³ mit ihren Isolier stücken. Die Bürsten /, J¹ stellen die elektrische Verbindung zwischen den feststehenden Klemmschrauben und der Erregerwicklung dar. Infolge der Drehung der genannten Teile gehen die Vorsprünge der Polstücke nacheinander an dem Anker B¹ vor, so daß letzterer durch die sich ihm nähernden und sich von ihm entfernenden magnetischen Felder erregt wird. Naturgemäß wird der Schallerreger mit regelmäßiger Geschwindigkeit schwingen, die von der Geschwindigkeit der umlaufenden Welle D abhängt. Die Geschwindigkeit steht andererseits in bestimmter Beziehung zu der gewünschten Schwingungszahl des Schallerregers.

Die Schwingungen des Schallerregers erzeugen Schallwellen, welche von dem Wasser aufgenommen und fortgepflanzt werden und schließlich durch Aufnahmeinstrumente an Bord eines Schiffes oder nach einer Station geleitet werden.

Damit nun Schiffe untereinander oder mit einer Leuchtschiffstation oder mit der Küste in Verbindung treten können, ist es notwendig, ein bestimmtes Signalisierungssystem zu benutzen. Um Signale nach einem derartigen System, wie beispielsweise dem Morsesystem, zu übersenden, ist es nur notwendig, den Erregerstrom zu unterbrechen und hierdurch die Wirkung der magnetischen Felder auf den Schallerreger genügend abzuschwächen. Durch Einschaltung eines gewöhnlichen Morseschlüssels zur Regelung des Stromkreises der Erregerwicklung F kann zu diesem Zweck die Wirkung des Schallerregers periodisch an vorher bestimmten Zeitpunkten um einen derartigen Betrag vermindert werden, daß nicht mehr Schwingungen hervorgebracht werden, deren Amplitude zur Erzeugung wahrnehmbarer Schallwellen genügt. Andererseits kann auch ein selbsttätiges Signalisierungssystem, wie solche beispielsweise für. Glockenbojen verwendet werden, angewendet werden.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform, welche in vieler Beziehung der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ähnelt, wirkt in derselben Weise, unterscheidet sich jedoch von der letzteren dadurch, daß die Erregerwicklung F in einem zylindrischen Gehäuse C¹ eingeschlossen ist, welch letzteres durch Arme C² getragen wird. Zwei von den genannten Armen ruhen auf den Trägern C³, während der dritte an einem Bügel C¹ der Träger C angebracht ist. . Hierbei läuft der Kern mit den Polstücken im Innern der Erregerwicklung um. Weiterhin ist an der Membran B ein Anker S² befestigt, der Y-förmig ausgebildet ist, wobei der Abstand zwischen den beiden Schenkeln des Ankers dem von zwei Vorsprüngen eines Polstückes entspricht (Fig. 3)·

Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform ist der Apparat umgekehrt ausgebildet, d. h. die Welle D besitzt eine Anzahl Speichen -B⁸, an deren Enden je ein Anker B¹ sitzt. Auf dem Schallerreger B ist ein Elektromagnet F^z angebracht, der mittels der Drähte /, j¹ mit der elektrischen Stromquelle verbunden ist. In diesem Falle kommt durch die schnelle Drehung der Anker ein jeder von ihnen in den Anziehungsbereich des Elektromagneten, und da dieser auf dem Schallerreger sitzt, wird letzterer in Schwingungen versetzt.

Bei der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsform trägt der Schallerreger B einen Anker B¹, wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2. Es sind jedoch hierbei eine Reihe von Elektromagneten K durch Drähte K² miteinander verbunden, und die genannten Elektromagnete sitzen am Umfange eines Rades K¹, das auf der Welle D aufgekeilt ist. Die Elektromagnete sind ebenso wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 mit isolierten Ringen f³, f^l durch Drahtleitungen Z"¹, f² ver- bunden, wobei Bürsten /, J¹ ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 einen Kon-

takt zwischen den Ringen f³, /"* und den Drähten J₁J¹ herstellen. '

Bei dieser Ausführungsform weist das Gehäuse und der Ring eine einfachere Form auf. Der Erfindungsgegenstand ist besonders auch für Unterseeboote geeignet, da die Vorrichtung leicht in einen geeigneten Teil des Schiffes eingebaut werden kann. Eine derartige Ausführungsform ist in den Fig. 13 und 14 veranschaulicht. Hierbei ist M¹ die Batterie, durch welche der Motor gespeist wird. Von der Batterie M¹ führen die Drähte m, m unmittelbar nach dem Motor, welcher die Welle D in Umdrehung versetzt. Letztere trägt den Elektromagneten mit den Polstücken G und H. B, B sind die beiden Schallerreger. Es können hierbei auch vier Schallerreger zur Anwendung gelangen, welche an den vier Seiten der Polstücke G₁H um 90 ° zueinander versetzt angeordnet sind und welche ein wasserdichtes Gehäuse bilden (Fig. 14). Sämtliche Schallerreger werden also gleichzeitig beeinflußt, wenn die Wicklung erregt und die Polstücke magnetisch werden. Es ist hierbei notwendig, daß die Vorsprünge g, h der Polstücke ein Vielfaches von vier sind, um eine harmonische Arbeitsweise mit den vier Schallerregern zu erhalten. Letzteres ist stets zu beachten, falls mehr als ein Schallerreger zur Anwendung kommt. Die Schallerreger bilden die Wandungen eines wasserdichten Gehäuses. Der das genannte Gehäuse umgebende Raum füllt sich beim Untertauchen des Unterseebootes mit Wasser, so daß die Schwingungen der Schallerreger A unmittelbar auf die Flüssigkeit, welche die Schallerreger umgibt, übertragen wird, welche sie nach allen Richtungen fortleitet.

In den Fig. 15 und 16 sind weitere Ausführungsformen dargestellt. Hierbei ist der Schallerreger ,_vin der Vorpiek angeordnet. Seine Schwingungen werden nach zwei Rohren P, P¹ übertragen, welche zusammen einen Wasserbehälter bilden und an der Außenseite offen (Rohr P) oder geschlossen (Rohr P¹) sein , können. Wenn sie abgeschlossen sind, müssen Vorrichtungen zur Anwendung kommen, mittels deren sie mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit · angefüllt werden können, um die Schwingungen ebenso wie bei offenen Rohren in das Wasser zu leiten. Bei dieser Ausführungsform ist nur ein Schallerreger B notwendig.
-In der Fig. 17 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt, bei welcher die beiden Rohre. P, P¹ nach entgegengesetzten Seiten des Schiffes gehen. Der Apparat selbst weist im Gegensatz zur vorigen zwei Schallerreger auf. Das Rohr P kann hier durch ein gewöhnliches Abschlußventil Q abgeschlossen werden. Falls also Ausbesserungen an dem Apparat notwendig werden, wird das Ventil geschlossen. Ein derartiges Ventil Q kann überall da zur Anwendung kommen, wo das äußere Ende des Rohres offen ist, wie z. B. bei der Ausführungsform der Fig. 15, bei dem nach der äußeren Seite hin offenen Rohre P.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 gelangt ein glockenförmiger Schallerreger B³ zur Verwendung, welcher vier Anker B¹ trägt, die in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind und von denen ein jeder an der Innenfläche der Glocke befestigt ist. Der Elektromagnet besteht aus den beiden ■ Polstücken G¹, H¹, die wie die Polstücke G, H in Fig. ι und 2 mit Zähnen g und h und Nuten g¹ und h¹ versehen und durch den Kern E vereinigt sind. Das Polstück G¹ ist jedoch im Durchmesser etwas kleiner als das Polstück H¹, um den Elektromagneten der Innengestaltung der Glocke entsprechend auszustalten. Der Elektromagnet wird durch die Hohlwelle D¹ gehalten, an der er zwischen den Muttern d, d¹ festgehalten wird. Von der Erregerwicklung F des Elektromagneten gehen die Leitungsdrähte f¹, f^z durch die Hohlwelle D¹ nach den Ringen jf³,/*, die an den oberen Enden der Welle D¹ sitzen, und, wie oben beschrieben, isoliert sind. Die Bürsten /, J¹ sind durch Drähte /, j¹ mit der Stromquelle verbunden, die den Strom nach der Erregerwicklung F führt. Die Welle D¹ geht durch das Lager D² an dem oberen Teil der Glocke in eine Büchse D³, in welcher sich ein Motor mit einem Gehäuse M befindet. Der Motor ruht auf dem Boden des Gehäuses und weist Kerne m auf. Der Anker m¹ sitzt auf der Welle D¹. Der Motor selbst kann beliebiger Bauart sein und durch die Leitungen w² mit Strom gespeist werden. Zur Regelung der Drehgeschwindigkeit der Welle dient ein auf dieser sitzender Regler M¹. Die oben genannten Ringe f^s, f⁴ sind in geeigneter Weise an dem oberen Ende der Welle angebracht. Ein Ring m³, welcher an der Welle durch eine Stellschraube befestigt ist und auf dem Boden der Büchse D^s aufruht, hält die Welle D¹ und die an ihr befestigten Teile in der richtigen Lage zueinander. Durch den dem Motor zugeführten Strom wird die Welle D¹ mit dem Elektromagneten G¹, H¹ und der Erregerwicklung F in Umdrehung versetzt. Der Boden der Glocke ist durch eine flache Gummikappe d² (Fig. 9) oder durch eine gewellte Metallkappe (Fig. 12) abgeschlossen, um ein Eindringen von Wasser in den Raum zu verhindern, in welchem der Apparat aufgehängt ist.

Der soeben beschriebene Apparat ist besonders zum Signalisieren von Molenköpfen für Dampfschiffe oder Fährboote anwendbar. In diesem Falle wird, wie in Fig. 18 angedeutet, der umlaufende Elektromagnet in einem geschlossenen, wasserdichten Gehäuse angeordnet, welches Schallerreger B an den vier Seiten

aufweist. Die hohle Welle D¹ steht senkrecht und trägt in ihrem Innern die beiden Drähte f¹, f², die nach dem Kern führen und an ihren äußeren Enden mit den Kollektorringen f³, f⁵· verbunden sind, auf welchen die Bürsten /, J¹ schleifen. Letztere stehen mit der Stromquelle durch eine Signalvorrichtung R²· in Verbindung, welche unter dem Einflüsse eines Motors R³ steht. Die Welle D¹ wird durch

ίο den Motor M, der in beliebiger Weise mit der Stromquelle verbunden ist, in Umdrehung versetzt.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Vorrichtung zum Geben von Unterwassersignalen mittels eines durch Elektromagnete in Schwingungen versetzten Schallerregers, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere mittels konstanten Gleichstromes erregte Elektromagnete oder Teile eines solchen nach Art einer Telephonsirene in schneller Folge in und außer Bereich des Schallerregers gebracht werden, zum Zweck, unter Vermeidung des schädlichen Einfiusses der Hysteresis weit hörbare Töne zu erzeugen, deren Höhe durch die Geschwindigkeit der Bewegung der Elektromagnete bestimmt wird, während die Zeitabstände zwischen den einzelnen Signalen und deren Dauer mit Hilfe eines in den Erregerstromkreis eingeschalteten Unterbrechers geregelt werden können.
2. 2. Vorrichtung zum Geben von Unterwassersignalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vor dem Schallerreger umlaufende Elektromagnet an seinen beiden scheibenförmigen Polen (G, H) einander gegenüberliegende, mit Lücken (g¹, h¹) abwechselnde Vorsprünge (g, h) aufweist, derart, daß beim Umlauf des Elektromagneten von einem Polvorsprung zum anderen senkrecht zur Umdrehungsebene gerichtete magnetische Felder am Schallerreger in rascher Folge vorbeigeführt werden.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.