DE297959C

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Publication number: DE297959C
Application number: DENDAT297959D
Authority: DE
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Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
AM 17. DEZEMBER 1921

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- M 297959 KLASSE 74 d GRUPPE

Signal Gesellschaft m. b. H. in Kiel.

Die Erfindung betrifft Sender für Unterwasserschall, bei denen eine Membran verwendet wird, um die Schwingungen eines auf die verlangte Senderfrequenz abgestimmten Erregers auf das Wasser zu übertragen. Um diese Aufgabe zu lösen, ist es im allgemeinen nötig, die Grundschwingung der Membran selbst wesentlich tiefer anzunehmen als die Frequenz, in der sie erregt wird. Wird nämlich die Eigenschwin-

o gung höher gemacht, so kann eine kräftige Erregung nicht zustande kommen, weil eine niedrigere Frequenz einem höher abgestimmten Gebilde immer nur dadurch aufgezwungen werden kann, daß Kräfte zur Wirkung gebracht werden, die mindestens ebenso groß sind wie die beim Schwingen nach der höheren Frequenz auftretenden. Wenn aber die niedrigere Senderfrequenz von einem abgestimmten Gebilde entnommen werden soll und die Masse

:o der Membran und eines Teils des anstoßenden Wassers in die Masse des abgestimmten Gebildes eingeht, so stehen dem Wesen der Sache nach immer nur geringere Kräfte zur Verfügung.

Es bliebe übrig, die Membran selbst so zu bemessen, daß ihr Grundton gleich dem Senderton ist. Dies Verfahren führt aber zu großen Schwierigkeiten bei der Ausführung, denn es erweist sich als außerordentlich schwierig, eine große Membran genau abzustimmen, und der geringste Unterschied zwischen der Abstimmung der Membran selbst 'und des erregenden ebenfalls abgestimmten Gebildes ergibt die bekannten äußerst störenden und unübersichtlichen Erscheinungen der sogenannten Doppelwelligkeit.

Ist aber die Frequenz der Erregung wesentlich höher als der Grundton der Membran, dann zeigt die Membran stets eine ausgesprochene · Neigung, Obertöne auszubilden, was zwei Ubelstände im Gefolge hat, nämlich erstens in der Regel die Entstehung von Doppelwelligkeit und zweites eine wesentliche Herabsetzung der akustischen Leistung oder der auf das Wasser übertragenen Schwingungsenergie, die außerdem nicht sicher bemessen werden kann.

Die Aufgabe, welche die Erfindung löst, be-

steht darin, eine Membran herzustellen, welche , die Form der Grundschwingung bewahrt, obgleich sie mit einer höheren als ihrer eigenen Grundschwingung erregt wird.

Die Erfindung besteht darin, daß die Masse der Membran derart verteilt wird, daß ihre Steifigkeit an den Stellen wesentlich erhöht wird, wo sie Biegungen annehmen müßte, um Knotenlinien auszubilden.

ίο In der Zeichnung ist Abb. ι ein schematisch gehaltener Längsschnitt durch einen Elektromagnetsender, der mit einer Membran nach der Erfindung versehen ist, und Abb. 2 eine Stirnansicht der zugehörigen Membran.

In Abb. ι ist A ein vorzugsweise zylindrisches Gehäuse, das vom Wasser umgeben gedacht ist und die Sendervorrichtung enthält. Der elektromagnetische Erreger wird durch einen Elektromagneten B gebildet, der in zwei durch einen Luftspalt getrennte Teile zerlegt ist. Die beiden Teile des Elektromagneten B sind mit Massen C₁ und C₂ starr verbunden, und die beiden Massen sind untereinander durch elastische Stäbe D, D verbunden, deren Gesamtquerschnitt so bemessen ist, daß das System C₁, C₂, D, D, B ein Schwingungsgebilde darstellt, das auf die verlangte Senderfrequenz abgestimmt ist.

Die Stirnwand des Gehäuses A ist durch die Membran E abgeschlossen, und in der Mitte der Membran ist die Masse C₂ und dadurch die ganze Erregervorrichtung befestigt.

Nach der Erfindung sind nun auf der Ringfläche der Membran, die zwischen dem Rand des Gehäuses A und der Masse C₂ frei bleibt, radiale Versteifungsrippen R, R aufgesetzt, die so bemessen sind, daß sie am Umfang der Masse C₂ eine Zone Zi und am Rande des Gehäuses A eine Zone Z_a frei lassen. An diesen Stellen setzt daher die Membran durchbiegenden Kräften nur einen verhältnismäßig kleinen Widerstand entgegen. Die Rippen R, R dagegen sind so bemessen, daß die zu ihrer Durchbiegung erforderlichen Kräfte einer viel höheren Frequenz entsprechen würden als diejenige ist, bei der die Membran erregt wird. Die Rippen unterdrücken also die sonst bestehende Neigung der Membran, ungefähr in der Mitte zwischen der Masse C₂ und ihrem Rande eine Knotenlinie zu bilden oder mit anderen Worten, die Rippen zwingen die Membran, in der Schwingungsform ihres Grundtons zu verharren, obgleich sie mit einer Frequenz erregt wird, die viel höher liegt als ihr eigener Grundton.

Die beschriebene Lösung der gekennzeichneten Aufgabe setzt nicht notwendig voraus, daß die Mittelzone der Membran durch Rippen ver

stärkt werde. Diese Ausführungsform ist nur diejenige, die den angestrebten Zweck, die Unterdrückung der Obertöne, am vollständigsten erreicht, weil an denjenigen Stellen, wo die Rippen sitzen, die Masse der Membran in viel geringerem Grade erhöht wird als ihre elastische Kraft gegen Durchbiegung. Dieser Erfolg ist aber, wenn auch in geringerem Grade, zu erreichen, indem man nur die Dicke der Membran an den Stellen erhöht, die höhere Steifigkeit haben sollen. Auch eine solche Membran ergibt für gleiche mechanische Erregung höhere akustische Leistungen als eine Membran von gleichförmiger Dicke. Es besteht zwischen beiden Ausführungsformen nur ein Unterschied des Wirkungsgrades.

In der Regel wird man besonders mit Rücksicht auf eine möglichst regelmäßige Ausbildung der Schwingungsform die kreisförmige Gestalt der Membran vorziehen. Soll aber aus irgendeinem Grunde eine anders gestaltete Membran, also beispielsweise eine quadratische Membran, verwendet werden, so läßt sich das angegebene ^Mittel zur Unterdrückung der Obertöne sinngemäß ohne weiteres anwenden. Man wird die Klangfigur aufzusuchen haben, die sich bei der gewählten Erregungsart vorzugsweise ausbildet, und wird die Rippen so aufsetzen, daß sie die dabei entstehenden Knotenlinien überbrücken. Sie werden also bei einer quadratischen Membran ähnlich wie bei einer kreisförmigen von der Mitte aus strahlenförmig nach dem Rande zu verlaufen haben.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Membran zur Übertragung akustischer Schwingungen an Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Membran über ihre Oberfläche derart ungleich verteilt ist, daß sie gezwungen ist, unabhängig von der Frequenz ihrer Erregung, in der sie zu schwingen gezwungen wird, näherungsweise die Schwingungsform ihres Grundtons beizubehalten, κ

2. Membran nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß verdickte Zonen an denjenigen Stellen vorgesehen werden, wo bei Erregung der Obertöne Knotenlinien entstehen würden. κ

3. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mit Verstärkungsrippen besetzt ist, welche von einer die Erregungsstelle umgebenden frei gelassenen Zone (Z₁) nach einer gleichfalls frei gelassenen Zone (Z_a) am Rande der Membran strahlenförmig verlaufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.