DE2829004C2 - Unterwasser-Geräuscherzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Unterwasser-Geräuscherzeuger, bei dem ein elektromagnetischer Schallwandler in ein Rahmengehäuse eingebaut ist.

Solche Geräuscherzeuger benötigt man, um mittels des erzeugten Geräusches über mehr oder weniger große Entfernungen im Wasser befindliche Geräte zum Ansprechen zu bringen, die mit Geräuschsensoren ausgerüstet sind.

Es sind bereits Unterwasser-Geräuscherzeuger für den vorgenannten Zweck bekannt, bei denen das Geräusch mit rein mechanischen Mitteln erzeugt wird, wie z. B. durch ein Schlagwerk, dessen Schlagmasse gegen die Gehäusewandung oder eine besondere Membranplatte schlägt (OS 19 45 490), oder durch eine aus einem Zahnrad und einem federnden Fingerhebel bestehende Ratsche.

Der Nachteil dieser mechanischen Geräuscherzeuger besteht darin, daß die an der Geräuscherzeugung unmittelbar beteiligten Bauteile einem starken Verschleiß unterliegen. Hierdurch wird nicht nur verhältnismäßig oft eine Reparatur erforderlich, sondern mit ίο fortschreitendem Verschleiß ändert sich auch ständig das erzeugte Geräuschspektrum hinsichtlich der Frequenzverteilung und der Amplitude.

Zur Erzeugung von Schall- oder Ultraschallsignalen unter Wasser sind ferner magnetostriktive und keramisehe Schallwandler bekannt (ELAC Echolotfibel bzw. AS 10 95 021).

Diese arbeiten jedoch auf einem verhältnismäßig schmalen Frequenzband und senden die Schallsignale mehr oder weniger stark gebündelt aus, was von ihrer Zweckbestimmung her (z. B. Fischortung) auch erwünscht ist

Bei dem vorliegenden Geräuscherzeuger kommt es dagegen auf Breitbandigkeit und möglichst starke Auffächerung des Schallstrahls an; das Ideal wäre die Kugelcharakteristik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Unterwasser-Geräuscherzeuger zu schaffen, der, bei mindestens gleichgroßer Schallintensität, die Verschleißerscheinungen der mechanischen Geräuscherzeuger vermeidet, der ferner breitbandig und möglichst wenig richtungsselektiv arbeitet und der im übrigen möglichst einfach und ohne Eigenfrequenz der Membrane aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran des Schallwandlers durch nachgiebige, insbesondere gewellt ausgeführte Dichtringe am Rahmengehäuse gelagert ist und daß der Wandler Bestandteil eines Stoßkreissenders ist, der im Takte der Geräuschimpulse von einem Taktgeber getriggert wird.

Diese Lösung bietet u. a. die Möglichkeit, Geräuschimpulse mit einem sehr breiten Frequenzspektrum auszusenden, wenn nur der Stoßkreissender so betrieben wird, daß seine Impulse den sogenannten Nadelimpulsen angenähert sind; bekanntlich haben Nadelimpulse von allen Impulsformen das breiteste Spektrum.

Aus der US-PS 32 74 538, Fig. 1 und Fig. 4, sind bereits zwei Ausführungsformen von elektromagnetischen Wandlern für Unterwassergeräuscherzeugung bekannt.

Diese arbeiten mit Selbsterregung durch Rückkopplung, wobei die Rückkopplungsimpulse mittels eines Differentiators in Nadelimpulse umgeformt werden. Beiden Ausführungsformen jedoch haftet der Nachteil an, daß Anker und Erregermagnet über Federn miteinander in Verbindung stehen.

Dies ergibt ein Feder-Masse-System mit einer entsprechend stark ausgeprägten Resonanzstelle, so daß es trotz der anregenden Nadelimpulse nicht zur Abstrahlung eines breitbandigen Spektrums kommen kann.

Die Ausführung gemäß Fig. 1 der genannten US-PS hat den weiteren Nachteil, daß die Kolben 12 und 13 zur Abdichtung O-Ringe aufweisen. Diese O-Ringe wirken stark dämpfend, weil sie wenig nachgiebig sind. Sollten jedoch trotzdem größere Hübe der Kolben erzwungen werden, so würden die O-Ringe — da sie in einer Nut gefangen sind und daher mitgenommen würden — sehr bald zerrieben sein, und es würde Wasser in den mit

Siliconöl 14 gefüllten Raum eindringen.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 der genannten US-PS muß ferner der als Membrane wirkende Boden 102 bzw. 103 unvermeidbar Biegeschwingungen ausführen, die das Material erheblich schneller ermüden als Kolbenschwingungen.

Eine zweckmäßige, an sich bekannte bauliche Ausführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Geräuscherzeugers besteht darin, daß ein oder mehrere Paare von Wandlern vorgesehen sind und daß die beiden Membranen jedes Wandlerpaares in zueinpnder entgegengesetzten Abstrahlrichtungen angeordnet sind.

Hierdurch kompensieren sich — gegenphasig synchrone Anregung vorausgesetzt — die Kraftrückwirkungen auf die Erregermagnete, so daß diese besser in Ruhe bleiben, als es bei einer als Gegengewicht dienenden Masse möglich wäre.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen 3 bis 8 geoffenbart

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Unterwasser-Geräuscherzeugers, und zwar in einer für den Schleppbetrieb bestimmten Ausführungsform, veranschaulicht. Es zeigt die

A b b. 1 eine schematisch gehaltene Gesamtdarstellung, die

A b b. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen bzw. elektronischen Anlage und die

Abb.3 eine Schnittdarstellung des Wandlers, die weitere Einzelheiten zeigt.

In der A b b. 1 ist 1 der elektromagnetische Wandler, der sich in einem Rahmengehäuse 2 befindet. In dem daran anschließenden Gehäuse 3 befinden sich die elektronische Steuerungsanlage 4, die Kondensatorbatterie 5 des Stoßkreissenders und das Stromversorgungsaggregat, bestehend aus einem Drehstromgenerator 6 und einem Spannungsregler 7. Am Kopf des Gehäuses 3 ist ein Turbinenrad, der Impeller 8, gelagert. Der Impeller 8 wird entsprechend der Schleppgeschwindigkeit in Drehung versetzt und treibt den Drehstromgenerator 6 über ein Übersetzungsgetriebe 9 an.

In dem Blockschaltbild gemäß Abb.2 ist der strichpunktiert umrandete Schaltungsteil die elektrische bzw. elektronische Steuerungsanlage 4. Diese enthält den — gestrichelt umrandeten — Ladeteil 10, bestehend aus einer halbgesteuerten Gleichrichterschaltung 11, da im vorliegenden Fall ein Drehstromgenerator vorausgesetzt ist, und einem elektronischen Polwender 12. Ferner enthält die Steuerungsanlage 4 einen Taktgeber 13 und einen elektronischen Schalter 14. De: Taktgeber 13 steuert die Gleichrichterschaltung 11, den Polwender 12 und den elektronischen Schalter 14. Durch die Schließung (das Leitendsteuern) des elektronischen Schalters 14 wird bewirkt, daß die von dem Ladeteil 10 aufgeladene Kondensatorbatterie 5 über die Wandlerspulen 19,20 entladen wird. Die Kondensatorbatterie 5 und die Wandlerspulen 19, 20 bilden somit den Stoßsendekreis. Infolge der durch den Taktgeber 13 vorgegebenen Folgefrequenz der Stoßkreisentladungen ist das Geräusichspektrum weitgehend unabhängig von der Dauer der Nachladung der Kondensatorbatterie 5 und im gleichen Maße auch unabhängig von der Schleppgeschwindigkeit.

Der elektronische Schalter 14 ist im vorliegenden Beispiel aus einer Anordnung von Thyristoren bestehend zu denken, die nach einer Umladung der Kondensatorbatterie 5 sogleich sperren, so daß weitere Umladungen vor dem Eintreffen des nächsten Taktimpulses nicht mehr stattfinden können. Auf diese Weise wird der unnötige Energieverbrauch vermieden, der entstehen würde, wenn man den Stoßkreis jedesmal anschwingen ließe. Die Kondensatorbatterie 5 braucht daher immer nur um den Energiebetrag nachgeladen zu werden, der bei dem einmaligen Umladen verbraucht wurde. Damit dieses Nachladen stets mit der richtigen Polarität erfolgt, steuert der Taktgeber 13 den Polwender 12 mit jedem Taktimpuls um.

Der in A b b. 3 im Schnitt dargestellte Wandler 1 ist bezüglich der strichpunktierten Achse rotationssymmetrisch geformt zu denken. Die Erregermagnete 15 und

16 haben demgemäß Ringtopfform. Das Schnittbild ergibt ein U-Profil, das (in der Zeichnung) zu dem Joch

17 bzw. 18 hin offen ist 19 und 20 sind die Wandlerspulen, die hier als Spiralen aus Flachband-Leitern ausgebildet sind.

Die Joche 17 und 18 sind an den Membranen 21 bzw. 22 befestigt die ihrerseits über nachgiebige Dichtringe 28 am Rahmengehäuse 2 gelagert sind. Die Membranen 21 und 22 haben zueinander entgegengesetzte Abstrahlrichtungen, so c'aß sich, wie bereits erwähnt ihre Kraftrückwirkungen gegenseitig kompensieren können.

Die erforderliche Rückstellkraft für die Membranen 21 und 22 wird durch die Expansion der beim Anzug dieser Membranen komprimierten Luft erzeugt Da die Membranen — wie aus A b b. 3 ersichtlich — unmittelbare Berührung mit dem Wasser haben, wird die Rückstellbewegung vom Wasser so stark bedämpft daß schon die Amplitude der ersten Nachschwingperiode vernachlässigbar klein ist.

Der Durchmesser der Erregermagnete 15, 16 soll zweckmäßigerweise zwischen 0,4 und 0,75 des Membrandurchmessers liegen. Hierdurch wird erreicht, daß die Membran möglichst keine Biegeschwingungen, sondern Kolbenschwingungen ausführt, um den größten Wirkungsgrad zu erzielen und die Materialermüdung so gering wie möglich zu halten.

23 und 24 sind je dreifach auf dem Umfang verteilt vorhandene Justierschrauben, mit denen eine definierte Anfangstellung der Membranen 21 und 22 eingestellt werden kann.

Der Innenraum des Wandlers 1 ist mit einem in dem Rahmengehäuse 2 befindlichen Druckausgleichsgefäß 25 verbunden, und dieses Gefäß, eine Art luftgefüllter Schlauch, ist dem äußeren Wasserdruck ausgesetzt. Zu diesem Zweck ist die zum Schutz für den Schlauch 25 um das Rahmengehäuse gelegte Manschette 26 perforiert. Dadurch wird bewirkt daß der bei größerer Wassertiefe auf die Außenfläche der Membranen wirkende entsprechend größere Wasserdruck im Innern des Wandlers kompensiert wird, so daß die Membranen 21, 22 keine einseitige Vorspannung erfahren, durch welche sie möglicherweise an die Erregermagriete 15,16 angepaßt und somit am Schwingen gehindert werden könnten.

Der Verbindungskanal 27 zwischen dem Wandlerinneren und dem Druckausgleichsgefäß 23 ist so eng bemessen, daß er eine Drosselstelle bildet, denn der Druckausgleich muß im Vergleich zu der Geräuschimpulsfrequenz hinreichend langsam verlaufen, da andernfalls ein akustischer Kurzschluß zwischen der Außenseite der Membranen 21 und 22 und ihrer Innenseite vorhanden wäre.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Unterwasser-Geräuscherzeuger, bei dem ein elektromagnetischer Schallwandler in ein Rahmengehäuse eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (21, 22) des Schallwandlers (1) durch nachgiebige, insbesondere gewellt ausgeführte Dichtringe (28) am Rahmengehäuse (2) gelagert ist und daß der Wandler (1) Bestandteil eines Stoßkreissenders (5,14,19,20) ist, der im Takte der Geräuschimpulse von einem Taktgeber (13) getriggert wird.

2. Unterwasser-Geräuscherzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Paare von Wandlern vorgesehen sind, und daß die beiden Membranen jedes Wandlerpaares in zueinander entgegengesetzten Abstrahlrichtungen angeordnet sind.

3. Unterwasser-Geräuscherzeuger nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Schaltmittel (Gleichrichter, Thyristoren oder dergl.), welche bewirken, daß nach jeder Triggerung des Stoßkreissenders (5,14,19,20) immer nur eine Umladung des Stoßspannungskondensators (5) zugelassen wird.

4. Ünterwasser-Geräuscherzeuger nach den Ansprüchen 1 —3, der von einem Wasserfahrzeug geschleppt werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisch antreibbarer Stromerzeuger (6) zur Speisung des Stoßkreissenders (5, 14, 19, 20) vorgesehen ist, und daß dieser Stromerzeuger (6) von einer durch das Schleppen in Drehung versetzten Turbine (Impeller 8) angetrieben wird.

5. Unterwasser-Geräuscherzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (7) zur Konstanthaltung der Speisespannung vorgesehen ist.

6. Unterwasser-Geräuscherzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dessen Wandler eine kreisrunde Membrane aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermagnete (15, 16) der elektromagnetischen Wandler als Ringtopfmagnete ausgebildet sind.

7. Unterwasser-Geräuscherzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Erregermagnete (15, 16) zwischen 0,4 und 0,75 der Durchmesser der Membranen (21, 22) liegen.

8. Unterwasser-Geräuscherzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Wandlers (1) mit einem dem äußeren Wasserdruck ausgesetzten Druckausgleichsgefäß (25) verbunden ist.