DE305526C

DE305526C -

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Publication number: DE305526C
Application number: DENDAT305526D
Authority: DE
Priority date: 1919-11-25
Also published as: DE358934C

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Senden von Unterwasserschallwellen, vorzugsweise solchen, die zur Signalgebung, beispielsweise in Form von Morsezeichen, dienen. Die Anordnung gehört zu der Gruppe von Unterwasserschallapparaten, bei denen zwischen eine an das Wasser grenzende Wand oder Membrane und die Energiequelle ein schwingungsfähiges Gebilde geschaltet ist, das auf

ίο die Tonhöhe der erregenden Frequenz abgestimmt werden kann.

Man hat bisher derartige Schwingungsgebilde vorzugsweise in Form von Stimmgabeln ausgeführt, die an einem Punkte kleiner Amplitude mit der Bordwand und einem Punkte großer Amplitude mit der Energiequelle gekoppelt waren. Es hat sich nun gezeigt, daß es bei Benutzung von Stimmgabeln in der Hauptsache wegen der fest gegebenen Massenverteilung in der Gabel in der Regel nicht gelingt, einen gewollten Betrag von Strahlung zu erzielen, weil der Knotenpunkt in der Gabel sich je nach der Kopplung derselben mit dem Strahlungsorgan verlagert. Bei sehr fester Kopplung z. B. bildet sich eine solche Schwingungsform aus, daß eine fast ungedämpfte Schwingung und somit eine viel zu geringe Abstrahlung erhalten wird. Dasselbe gilt von allen ähnlichen Gebilden mit kontinuierlich über das Gebilde verteilter Masse.

Die Erfindung besteht in einer Ausbildung des Schwingungsgebildes, welche gestattet, die Strahlung innerhalb genügend weiter Grenzen auf jeden beliebigen gewollten Betrag zu bringen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Gebildes und die zur Unterhaltung von Eigenschwingungen erforderliche elastische Kraft, die in der Stimmgabel nicht getrennt sind, verschiedenen Teilen des Gebildes zugewiesen werden, und daß, wenn beispielsweise die Gesamtmasse des Gebildes in zwei durch ein elastisches Verbindungsglied verbundene Einzelmassen getrennt ist, das Ganze so angeordnet wird, daß die Verbindungslinie der beiden Schwerpunkte des Massenpaares in die Richtung der aufgezwungenen Amplituden gelegt wird, wobei die wirksame Federkraft des elastischen Verbindungsgliedes ebenfalls in Richtung der Amplituden wirken muß. In seiner einfachsten Form besteht ein solches Gebilde beispielsweise aus zwei Massen, etwa Kugeln oder Zylindern aus Metall, deren Schwerpunkte durch einen geraden, in die Richtung der aufgezwungenen Amplituden gelegten elastisehen Stab miteinander verbunden sind.

Wird ein solches Gebilde frei beweglich unterstützt und akustisch erregt, so bildet sich in demjenigen Punkte des Stabes, in den der gemeinsame Schwerpunkt der beiden Massen fällt, ein Knotenpunkt aus, und die Schwingungen der beiden Massen sind der Phase nach um 180° verschoben; ihre Amplituden sind den Massen umgekehrt proportional. Für die Bewegung der einen Masse ist also nur derjenige Teil des Gebildes maßgebend, der auf der betreffenden Seite des Knotenpunktes liegt, und damit ihre Schwingung unverändert bleibe, ist nur Bedingung, daß der Knotenpunkt in Ruhe bleibe. Das Größenverhältnis der beiden Massen ist also der Willkür des Konstrukteurs freigegeben, ·

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und ist ihm daher beispielsweise die Größe derjenigen Massen vorgeschrieben, die mit der Energiequelle gekoppelt ist, so kann er trotzdem der anderen, als Gegengewicht dienenden Masse jeden beliebigen Wert geben. Anstatt die beiden Massen durch einen einzigen . elastischen Stab zu verbinden, kann man auch eine Mehrzahl solcher Stäbe anwenden, die für die gleiche Länge und die

ίο gleiche Abstimmung alsdann so bemessen werden müssen, daß die Summe ihrer Querschnitte gleich dem Querschnitt des einzigen Stabes ist. Ebenso ist die erhaltene Eigenschwingung des Gebildes fast unabhängig von

,15 der Querschnittform des Stabes. Man -kann ihn also beispielsweise röhrenförmig oder kreuzförmig gestalten.

Die Abhängigkeit der Amplituden der beiden Massenteile des Schwingungsgebildes von dem Größenverhältnis der beiden Massenteile zueinander kann man dazu benutzen, eine für Unterwasserschallsender sehr wichtige Bedingung zu erfüllen, nämlich zu erreichen, daß diejenige Stelle, an welcher der eigentliehe Erreger angreift, größere Amplituden ausführt als die abstrahlende Stelle. Dazu ist nötig, daß der Massenteil, an dem die erregende Kraft wirkt, kleiner gewählt wird als derjenige, welcher dem strahlenden Organ zugeordnet ist, wobei zu beachten ist, daß letzterer sich zusammensetzt aus dem eigentlichen Massenteil des Schwingungsgebildes, einem gewissen Betrage der Membranmasse und einem gewissen weiteren Betrage der angrenzenden Flüssigkeit.

In der Praxis dient bei Verwendung einer derartigen Apparatur in der Regel die Bordwand des Schiffes als Membran, deren Masse somit gegeben ist. Da aber die Bemessung der Masse desi Gegengewichtes frei ist, so hat man bei diesem Gebilde ein Mittel in der Hand, die Strahlung so zu wählen, daß ein guter Wirkungsgrad erreicht wird, indem man die Masse des Gegengewichtes zur anderen entsprechend abgleicht. In vielen Fällen wird man aber vorziehen, als ausstrahlendes Organ statt der Bordwand eine besondere Schallplatte zu verwenden, deren Masse allein oder zusammen mit einer zusätzlichen, durch konstruktive Maßnahmen bedingten Masse den Maßstab für die geeignete Bemessung des Gegengewichtes bildet.

Man kann ferner das Verhältnis der Masse des Gegengewichtes zur freischwingenden Masse so klein wählen, . daß bei fester Kopplung des Gegengewichtes mit der Bordwand das Gebilde noch zu stark gedämpft ist, und kann die Strahlungsdämpfung dadurch herabsetzen, daß man die Kopplung loser macht.

Dabei kann die Kopplung ebenso wie die Verbindungsstange der beiden Massen aus einem elastischen Metallstabe bestehen, dessen Abmessungen und Materialeigenschaften die Festigkeit der Kopplung bestimmen. Diese Form, eine elastische Kraft zwischen dem Gegengewicht und der Bordwand einzuschalten, ist indessen nur dann leicht zu verwirklichen, wenn die Kopplung nicht zu lose werden soll, weil das Verhältnis des Querschnittes zur Länge des Stabes sonst so klein wird, daß er sich nicht in seiner Längsrichtung zusammendrücken läßt, ohne einzuknicken. In solchen Fällen kann der Stab durch einen an einem Ende oder an beiden Enden an der Bordwand befestigten Balken ersetzt werden, der somit auf Biegung beansprucht wird und daher für gleiche elastische Kraft viel dicker ausfällt.

Im allgemeinen ist die Art und Weise, in welcher die erregende Energie dem Gebilde zugeführt wird, für die Erfindung an sich nicht von Belang. Vorteilhaft verwendet man elektrische Erregung und kann alsdann einen oder mehrere der Massenteile des Gebildes gleighzeitig als magnetische Anker und Felder der erregenden Spule ausbilden.

Zur Erregung des schwingungsfähigen Systems kann jedoch außer den üblichen Arten des elektromagnetischen Antriebes auch ein mechanischer Antrieb, etwa in Form eines Exzenters, eines Schnellschlaghammers, einer Nockenscheibe o*. dgl., dienen.

Die Abb. 1 bis 3 der Zeichnung zeigen einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ausgebildeter Sender. .

Abb. ι ist eine schematische Ansicht eines Schwingungsgebildes nach der Erfindung, bei dem das Gegengewicht mit der Bordwand fest gekoppelt ist.

Abb. 2 zeigt das Schema einer Ausführungsform, bei der das Gegengewicht mit der Bordwand durch einen elastischen Stab gekoppelt ist.

Abb. .3 zeigt einen Membransender mit zwischengeschaltetem, aus zwei durch zwei Kupplungsstäbe verbundenen Massen bestehenden Schwingungsgebilde, bei dem die dem Wasser zunächstliegende Masse durch die Masse der Membran und des angrenzenden Wassers ergänzt wird.

In Abb. ι sind G₁ und G₂ die beiden Massen, die durch einen in die Richtung der aufgezwungenen Amplituden gelegten elastischen Stab E verbunden sind. Die Masse G₁, welche als die kleinere die größeren Amplituden ausführt, ist als Anker eines von der Spule L erregten Wechselstrommagneten M ausgebildet. Die als Gegengewicht dienende Masse G₂ ist mit der Bordwand B fest gekoppelt. Die Spule L ist in den Stromkreis der Wechselstromquelle A eingeschaltet.

In Abb. 2 ist eine Ausführungsform ange-

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deutet, bei der das Verhältnis der beiden Massen G₁ und G₂ so gewählt gedacht ist, daß die Strahlungsdämpfung zu groß sein würde, wenn das Gegengewicht G₂ fest m't der Bordwand gekoppelt wäre. Die Strahlungsdämpfung wird bei dieser Anordnung dadurch auf das gewünschte Maß zurückgeführt, daß das Gegengewicht G₂ durch einen zweiten elastischen Stab K mit der Bordwand B ge-

to koppelt ist. Es kann in manchen Fällen von Vorteil sein, ein gewisses Maß. von Dämpfung in die Kopplung K selbst hineinzutragen. Dies kann in der Weise ausgeführt werden, daß der Kopplungsstiel K aus Blei oder einem ähnlichen Material hergestellt wird, das verhältnismäßig viel innere Reibung hat.

In Abb. 3 ist die gleichfalls als Anker ausgebildete Masse G₁ mit G₂ durch zwei elastische Stäbe E₁, ZT₂ gekoppelt. Der mit der Membran N 20 gekoppelte Teil G₂ der Masse bildet mit dieser Membran und der mitschwingenden Wassermenge den zweiten Teil der Gesamtmasse des schwingungsfähigen Gebildes.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Sendeanordnung ,. für Unterwasserschallsignale mit einem an das Wasser grenzenden Übertragungsglied (Membran oder Bordwand), einem besonderen Schwingungsgebilde und einem Erreger,- dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen mit Masse behaftete Teile (Gewichte) durch elastische Verbindungsglieder mit geringer Masse (Stäbe) derart zu einem einheitlichen Schwingungsgebilde vereinigt und zwischen Membran und Erreger eingefügt sind, daß die Amplituden der Eigenschwingung des Schwingungsgebildes mit der aufgezwungenen Amplitude ihrer Richtung nach zusammenfallen.

2. Sendeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsgebilde aus zwei Massen (G₁ und G₂) besteht, die so angeordnet sind, daß die Verbindungslinie ihrer Schwerpunkte mit der Richtung der aufgezwungenen Amplituden zusammenfällt und die durch einen geradlinigen elastischen Stab (E) miteinander verbunden sind. ■

3. Abänderung des Schwingungsgebildes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Massen (G₁ uud G₂) durch eine Mehrzahl von Stäben (E) miteinander verbunden sind. ■■■·-. .

4. Sendeanordnung nach Anspruch 1 und 2,. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der beiden Massen (G₁ und G₂) so gewählt ist, daß bei fester Kopplung des Gegengewichtes (G₂) mit der Bordwand (B) die Strahlungsdämpfung zu groß wäre, und daß sie dadurch verkleinert wird, daß zwischen die Bordwand (B) und das Gegengewicht (G₂) ein elastisches Gebilde, beispielsweise ein Metallstab (K), eingeschaltet ist.

5. Sendeanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kopp- · lung dienende elastische Gebilde (K) derart angeordnet wird, daß es verhältnismäßig viel innere Dämpfung hat.

6. Sendeanordnung nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Außenwasser bzw. dem strahlenden Teil des Senders zugekehrte Teil der Gesamtmasse durch eine Schallplatte bzw. eine Schallplatte mit zugehörigem Belastungsgewicht gebildet wird.

7. Sendeanordnung nach Anspruch 1 und den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenteil (G₁), an dem die erregende Kraft angreift, kleiner ist als der dem strahlenden Organ zugeordnete Massenteil (G₂) nebst der zugehörigen Membran- und Wassermasse.

8. Sendeanordnung nach Anspruch 1 und den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenteile selbst als Konstruktionsteile eines Elektromagneten ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.