DE3447842C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonarbasis der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einer bekannten passiven Sonarbasis dieser Art weist jeder elektro-akustische Wandler oder Schallwandler einen koaxialen Schraubenschaft auf, der durch die Aufnahmeöffnung im Träger hindurchgeht. Der Träger kann dabei als eine ebene Platte oder als ein Zylindermantel ausgebildet sein. Auf dem Schraubenschaft ist eine das Spannglied bildende Gewindemutter aufgeschraubt. Die beiden Zwischenringe, nämlich einerseits der Zwischenring zwischen den Anlageschultern des Schallwandlers und dem Träger und andererseits der Zwischenring zwischen der Gewindemutter und dem Träger - ggf. unter Zwischenlage eines Sicherungsringes -, sind als glattflächige Gummiringe ausgebildet.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit dieser Art der Lagerung der Schallwandler am Träger für den tiefen Frequenzbereich, z. B. um etwa 500 Hz, keine ausreichende Körperschallentkopplung erzielt wird.

In der GB-20 78 958 A ist eine Sonarbasis der gleichen Gattung beschrieben, bei welcher die Zwischenringe auf beiden Seiten des Wandlerträgers als Monelmetall-Gewebescheibe ausgebildet sind. Solche Zwischenringe haben eine Elastizität, die der Federcharakteristik einer sehr harten Feder entsprechen, d. h. geringe Hübe in Achsrichtung erzeugen eine große Federkraft. Auch bei dieser Sonarbasis sind damit die Schallwandler relativ hart im Träger gelagert. Eine brauchbare Körperschallentkopplung kann deshalb nur in einem relativ hohen Frequenzbereich erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Sonarbasis der eingangs genannten Art die Körperschallentkopplung für tiefe Frequenzen zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einer Sonarbasis der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäßen Materialstege und deren Ausrichtung läßt sich im Gegensatz zu den bisher verwendeten Gummi- oder Monelmetallgeweberingen bei geringer axialer Bauhöhe der Zwischenringe eine weiche Federung der Lagerung des Schallwandlers im Träger erzielen. Die aufgrund der Körperschallkopplung auftretende Resonanzfrequenz der Schallwandler wird dadurch zu sehr tiefen Frequenzen hin verschoben, die unterhalb der unteren Grenzfrequenz des Arbeitsbereichs der Sonarbasis liegt. Durch den flachen Kennlinienverlauf können Toleranzunterschiede beim Einbau der Schallwandler überbrückt werden. Damit wird bei allen Schallwandlern eine gleiche optimale Körperschallentkopplung sichergestellt. Um beim Einbau der Schallwandler in den Träger den flachen Kennlinienbereich nicht durch zu kräftiges Verspannen ungewollt zu verlassen, ist die Betätigung des vorzugsweise als Gewindemutter ausgebildeten Spannglieds mit einem Drehmomentschlüssel vorzuschreiben. Ggf. kann auch vorgeschrieben werden, daß nach Erreichen eines bestimmten Drehmoments beim Anziehen der Gewindemutter diese um eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen gelockert werden muß.

Durch die Wahl der Anzahl der Materialstege, ihres Anstiegs- oder Neigungswinkels zur Zwischenringebene und ihrer Stegstärke, sowie des Zwischenringmaterials läßt sich die in Axialrichtung des Rings vorhandene Federcharakteristik in weiten Grenzen variieren, so daß die erfindungsgemäßen Zwischenringe an eine Vielzahl typverschiedener Schallwandler optimal angepaßt werden können. Je größer der Anstiegswinkel der Materialstege und je größer deren Anzahl ist, desto härter bzw. steiler wird dabei die Federkennlinie und umgekehrt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2. Bei dieser Ausführungsform kann die Anzahl der Erhebungen und deren Flankensteilheit so festgelegt werden, daß sich die gewünschte Federcharakteristik extrem feinstufig einstellen läßt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 3. Durch diese Ausbildung der Zwischenringe ist sichergestellt, daß der Zwischen- oder Einbauraum zwischen den Zwischenringen einerseits und den Anlageschultern, dem Träger und dem Spannglied andererseits gut durchflutet ist und keine die Körperschallentkopplung beeinträchtigenden Lufteinschlüsse entstehen können. Auch kann das im Einbauraum vorhandene Wasser beim Schwingen der Schallwandler verzögerungslos entweichen und wieder zurückströmen, so daß die weiche Federung der Schallwandler in ihren Lagerungen erhalten bleibt. Wäre eine solche Be- und Entflutung des Einbauraums nicht in der Weise gegeben, daß Wassereinschlüsse schnell genug abströmen können, so würde dieses zu einer Blockierung der Federeigenschaft der Zwischenringe führen und letztlich die angestrebte Körperschallentkopplung weitgehend rückgängig machen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 4, insbesondere in Verbindung mit dem Anspruch 5. Durch diese Maßnahmen werden die gleichen Vorteile erzielt, wie mit der Ausführungsform gemäß Anspruch 3. Auch hier dienen die Radialkanäle einer ungehinderten Umspülung der Zwischenringe mit Wasser. Die Radialkanäle können unmittelbar in den Zwischenringen selbst vorgesehen werden, doch ist es zweckmäßig, sie in separaten Ringen unterzubringen, die beidseitig unmittelbar an den Zwischenringen anliegen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 8. Hiermit wird ein Zwischenring gewonnen, der sowohl hinsichtlich seiner Eignung für eine technisch einfache Fertigung als auch hinsichtlich seiner Federungseigenschaften und der Einstellmöglichkeiten der Federcharakteristik als optimal zu betrachten ist.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ausschnittweise eine Seitenansicht einer Sonarbasis, teilweise geschnitten,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Zwischenrings in der Sonarbasis in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Zwischenrings in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Zwischenrings für die Sonarbasis in Fig. 1,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines Zwischenrings gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine Draufsicht eines Zwischenrings gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 einen Schnitt des Zwischenrings längs der Linie VII-VII in Fig. 6.

Die in Fig. 1 ausschnittweise zu sehende Sonarbasis weist eine Vielzahl von elektro-akustischen Wandlern oder Schallwandlern 10 auf, von denen hier zwei dargestellt sind. Die Schallwandler 10 sind in Aufnahmeöffnungen 11 eines Trägers 12 gehalten, der eine ebene Platte (Flachbasis) oder ein Zylindermantel (Zylinderbasis) sein kann. Hierzu weist jeder Schallwandler 10 einen von seinem Gehäuse 13 koaxial abgehenden Schraubenschaft 14 auf, der berührungsfrei durch die Aufnahmeöffnung 11 im Träger 12 hindurchragt. Auf der Rückseite des Trägers 12 sitzt eine ein Spannglied bildende Gewindemutter 15, die sich über einen Sicherungsring 16 und einen ersten Zwischenring 17 auf der Rückseite des Trägers 12 abstützt. Bei angezogener Gewindemutter 15 stützt sich das Gehäuse 13 des Schallwandlers 10 mit einer kreisringförmigen Anlageschulter 8 unter Zwischenlage eines zweiten Zwischenrings 19 auf der Vorderseite des Trägers 12 ab.

Die Zwischenringe 17, 19 sind identisch ausgebildet und in detaillierter Darstellung in Fig. 2 und 3 zu sehen. Jeder Zwischenring 17, 19 weist eine Vielzahl von Erhebungen 20 mit unter einem spitzen Anstiegs- oder Neigungswinkel α zur Zwischenringebene 26 verlaufenden Flanken 21 auf. Als Zwischenring- oder Ringebene 26 wird hier eine rechtwinklig zur Zwischenringachse verlaufende Ebene verstanden, die im Einbauzustand parallel zu den Anlageschultern 18 des Schallwandlergehäuses 13 bzw. parallel zum Träger 12 liegt. In Fig. 2 ist die Ringebene 26 die Zeichenebene. Die Erhebungen 20 treten längs ihrer Aufreihung wechselweise auf der einen und anderen Ringseite axial vor, wobei ihre Kuppen die quer zur Zwischenringachse ausgerichteten stirnseitigen Auflageflächen 24 zur Auflage auf dem Träger 12 bzw. auf den Anlageschultern 18 des Gehäuses 13 bzw. auf dem Sicherungsring 16 und ihre Flanken 21 einander entgegengestellte Materialstege 25 bilden, die unter dem Anstiegs- oder Neigungswinkel α zur Zwischenringebene 26 verlaufen. Die Erhebungen 20 sind so angeordnet, daß sie in Umfangsrichtung des Zwischenrings 17, 19 hintereinanderliegen, d. h. ihre Flanken 21 liegen auf einem konzentrischen Kreis, und sich jeweils über die gesamte radiale Ringbreite erstrecken.

Wie insbesondere aus Fig. 3 zu erkennen ist, werden die Erhebungen 20 von Wellenbergen 22 gebildet, die dadurch gewonnen werden, daß der von den beiden parallelen Ringflächen begrenzte Ringkörper wellenartig axial derart ausgeformt ist, daß an gleicher Stelle jedem Wellenberg 22 auf der einen Ringseite ein Wellental 23 auf der anderen Ringseite zugeordnet ist. Auf diese Weise tritt am Zwischenring 17, 19 auf jeder Ringseite abwechselnd ein von einem Wellental 23 gefolgter Wellenberg 22 auf. Die Kuppen der Wellenberge 22 können abgerundet, spitz oder abgeflacht (Fig. 2) sein.

Die Zwischenringe 17, 19 sind entweder aus Kunststoff oder Gummi oder Metall hergestellt. Im Falle der Herstellung aus Gummi oder anderen Elastomeren, z. B. Polyurethan-Elastomere, beträgt die Shore-Härte des Werkstoffs 70 bis 90 A. Durch die Anzahl der Erhebungen 20 und durch die Steilheit der Flanken 21 kann die axiale Federcharakteristik des Zwischenrings 17, 19 in weitem Bereich eingestellt werden. Zweckmäßigerweise werden Zahl und Flankenanstiegswinkel α (Fig. 3) der Erhebungen 20 so gewählt, daß die Federcharakteristik einen sehr flachen Kennlinienverlauf aufweist. Damit können Toleranzen beim Einbau überbrückt werden.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der dargestellte Zwischenring 17, 19 vierundzwanzig Wellenberge 22 - und dementsprechend vierundzwanzig Wellentäler 23 - auf, und der Anstiegswinkel der Flanken beträgt α = 15°. Beim Einbau der Schallwandler 10 werden die Gewindemuttern 15 mit einem Drehmomentschlüssel angezogen. Das Anzugs-Drehmoment bei Verwendung von Zwischenringen 17, 19 in der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform beträgt hier etwa 10 Ncm.

Anstelle des in Fig. 2 und 3 dargestellten Zwischenrings 17 bzw. 19 kann in die Sonarbasis an gleichen Stellen das in Fig. 4 perspektivisch dargestellte Ringtrippel 20 verwendet werden, wobei jeweils ein Ringtrippel 30 den Zwischenring 17 und ein Ringtrippel 30 den Zwischenring 19 ersetzt. Jedes Ringtrippel 30 besteht aus einem Zwischenring 31 und zwei davon getrennten Nutringen 32, 33, die auf jeder Seite des Zwischenrings 31 unmittelbar anliegen und zwar derart, daß ihre radial verlaufende Nuten oder Radialkanäle 34 aufweisenden Oberflächen 35 bzw. 36 dem Zwischenring 31 zugekehrt sind. Die beiden Nutringe 32, 33 sind identisch ausgebildet und zum Zwischenring 31 spiegelsymmetrisch angeordnet.

Der Zwischenring 31 trägt wie der Zwischenring 17, 19 eine Vielzahl von Erhebungen 38, die in gleicher Weise von Wellenbergen gebildet sein können, mit unter spitzem Winkel zur Ringebene verlaufenden Flanken 39. Die Erhebungen 38 treten wiederum längs ihrer Aufreihung wechselweise auf der einen und anderen Ringseite axial vor, sind aber hier in Radialrichtung nebeneinander angeordnet und als konzentrische Ringe ausgebildet. Die Flanken 39 auf verschiedenen Seiten des Zwischenrings 31 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und bilden wie bei dem Zwischenring 17, 19 die Materialstege 25 von etwa konstanter Stärke, die der axialen Ringdicke entspricht. Die Kuppen der Erhebungen 38 können wiederum abgerundet sein, spitz zulaufen oder abgeflacht sein und bilden wiederum in ihrer Gesamtheit die Auflageflächen 24 des Zwischenrings 31. Als Ringmaterial kann auch hier Kunststoff, Gummi oder andere Elastomere und Metall verwendet werden.

Dadurch, daß die beiden Nutringe 32, 33 mit ihren die Nuten 34 aufweisenden Oberflächen 35 bzw. 36 unmittelbar auf den Erhebungen 38 aufliegen, stehen die zwischen den Erhebungen 38 ggf. von Wellentälern gebildeten Hohlräume 37 durch die über die gesamte radiale Breite des Zwischenrings 31 sich erstreckenden Nuten 34 untereinander und mit der Umgebung des Zwischenrings 31 in Verbindung, so daß der Zwischenring 31 im Einbauzustand - ebenso wie der Zwischenring 17, 19 in Fig. 2, 3 - ausreichend von Wasser umflutet werden kann.

Die Nutringe 32, 33 können entfallen, wenn in den Zwischenring 31 unmittelbar den Nuten 34 entsprechende Radialkanäle eingearbeitet werden, die sich über die gesamte radiale Ringbreite erstrecken und die einzelnen Wellentäler 37 auf beiden Ringseiten jeweils untereinander verbinden. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es aber vorteilhafter, diese Radialkanäle durch die Nuten 34 der beschriebenen Nutringe 32, 33 zu realisieren.

Der in Fig. 5 in schematischer Draufsicht dargestellte Zwischenring 40, der ebenfalls anstelle der Zwischenringe 17, 19 in Fig. 1 verwendet werden kann, trägt wie diese eine Vielzahl von gleichartig ausgebildeten Erhebungen 43, die jedoch hier in gerader Linie aufeinanderfolgend in zwei in der Ringebene 26 etwa rechtwinklig aufeinanderstehenden Erstreckungsrichtungen angeordnet sind. Diese Erstreckungsrichtungen sind in Fig. 5 mit x, y gekennzeichnet. Die Erhebungen 43 können wiederum als Wellenberge ausgebildet sein, so daß in jeder dieser Erstreckungsrichtungen x, y auf jeder Ringseite ein Wellenberg und ein Wellental aufeinanderfolgen und sich somit auf jeder Ringseite insgesamt ein schachbrettartiges Muster von - je nach Ausbildung der Erhebungen 43 - pyramiden- oder kegelförmigen oder pyramiden- oder kegelstumpfförmigen Vorsprüngen 41 und Vertiefungen 42 ergibt. Diese Vorsprünge 41 und Vertiefungen 42 sind in Fig. 5 schematisch durch schraffierte und nicht schraffierte Kästchen dargestellt. Legt man durch jede der Erstreckungsrichtungen x, y der Erhebungen 43 einen Schnitt, so erhält man ein gleichartiges Bild von aufeinanderfolgenden Wellenbergen und Wellentälern wie es sich bei dem Zwischenring 17, 19 in Fig. 2 ergibt, wenn dieser in seiner Abwicklung dargestellt wird. Der größte Durchmesser der Vorsprünge 41 und Vertiefungen 42, der hier durch die Kantenlänge der Kästchen versinnbildlicht ist, ist kleiner gewählt als die radiale Ringbreite des Zwischenrings 40. Im übrigen entspricht der Zwischenring 40 in allen Einzelheiten den vorstehend beschriebenen Zwischenringen 17, 19.

Der in Fig. 6 und 7 als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellte Zwischenring 50 ist nach Art einer Tellerfeder mit unter dem Neigungswinkel α zur Ringebene 26 verlaufenden parallelen Ringflächen 51, 52 ausgebildet. Dabei bilden der Bereich des inneren Ringrandes 53 der äußeren Ringfläche 51 und der Bereich des äußeren Ringrandes 54 der inneren Ringfläche 52 die Auflageflächen 24, und der von den Ringflächen 51, 52 begrenzte Ringkörper 55 bildet die Materialstege 25. Der Ringkörper 55 weist von seinem äußeren Ringrand 54 ausgehende Einschnitte 56 auf, die sich radial erstrecken und mit Abstand von dem inneren Ringrand 53 in Axialbohrungen 57 enden. Durch diese Einschnitte 56 wird der Zwischenring 50 im Einbauzustand - ebenso wie die vorstehend beschriebenen Zwischenringe - ausreichend von Wasser umspült bzw. durchflutet, so daß sich einerseits keine Lufteinschlüsse bilden können und andererseits bei Verformung des Zwischenrings 50 Wasser in den Einbauraum des Zwischenrings 50 zu- bzw. aus dem Einbauraum abströmen kann. Der Zwischenring 50 ist ebenfalls aus Kunststoff, Elastomer oder Metall gefertigt.

Claims (13)

1. Sonarbasis mit einer Mehrzahl von in Aufnahmeöffnungen eines Trägers gehaltenen elektro-akustischen Wandlern, die sich jeweils mit einer ringförmigen Anlageschulter über einen elastischen Zwischenring an der einen Seite des Trägers abstützen und in der Aufnahmeöffnung mittels eines auf der anderen Seite des Trägers unter Zwischenlage eines weiteren elastischen Zwischenrings sich abstützenden Spanngliedes verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zur Zwischenringachse ausgerichteten stirnseitigen Auflageflächen (24) jedes Zwischenrings (17, 19; 31; 40; 50) durch Materialstege (25) verbunden sind, die sich unter einem spitzen Anstiegs- oder Neigungswinkel (α) zur Zwischenringebene (26) mit sich schneidenden, gegenläufigen Neigungs- oder Anstiegsrichtungen erstrecken, und daß die Zahl der Materialstege (25) und ihr mit der Zwischenringebene (26) eingeschlossener Anstiegs- oder Neigungswinkel (α), die Stegstärke und das Material derart gewählt sind, daß der Zwischenring (17, 19; 31; 40; 50) in Achsrichtung eine einer weichen Feder entsprechende Federcharakteristik erhält.

2. Sonarbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zwischenring (17, 19; 31; 40) eine Vielzahl von längs ihrer Aufreihung wechselweise auf der einen und anderen Ringseite axial vortretenden Erhebungen (20; 38; 43) mit unter spitzem Winkel (α) zur Zwischenringebene (26) verlaufenden Flanken (21; 39) aufweist, wobei die Kuppen der Erhebungen (20; 38; 43) die Auflageflächen (24) und die Flanken (21; 39) die Materialstege (25) bilden.

3. Sonarbasis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (20) in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind und sich in ihrer Breite jeweils über die gesamte radiale Ringbreite erstrecken (Fig. 2, 3).

4. Sonarbasis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (38) als konzentrische Ringe in Radialrichtung nebeneinander angeordnet sind und daß auf beiden Ringseiten über die radiale Ringbreite sich erstreckende Radialkanäle (34) vorgesehen sind, welche die zwischen den Erhebungen (38) verbleibenden Hohlräume (37) miteinander verbinden (Fig. 4).

5. Sonarbasis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkanäle als radial verlaufende Nuten (34) in zwei beidseitig des Zwischenrings (31) unmittelbar anliegenden Nutringen (32, 33) ausgebildet sind und daß die Nutringe (32, 33) derart angeordnet sind, daß ihre Nuten (34) enthaltenden Oberflächen (35, 36) dem Zwischenring (31) zugekehrt sind (Fig. 4).

6. Sonarbasis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (43) in gerader Linie aufeinanderfolgend in zwei in der Ringebene etwa rechtwinklig aufeinanderstehenden Erstreckungsrichtungen (x, y) angeordnet sind, derart, daß sich auf jeder Ringseite ein schachbrettartiges Muster von pyramiden- oder kegelstumpfartigen Vorsprüngen (41) und Vertiefungen (42) ergibt (Fig. 5).

7. Sonarbasis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser der Vorsprünge (41) und Vertiefungen (42) kleiner gewählt ist als die radiale Ringbreite (Fig. 5).

8. Sonarbasis nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (20; 38; 43) von mit parallelen Begrenzungsflächen von beiden Ringseiten her ausgeformten Wellenbergen (22) gebildet sind, die wellenartig so aufeinanderfolgen, daß jedem Wellenberg (22) auf der einen Ringseite ein Wellental (23) auf der anderen Ringseite zugeordnet ist.

9. Sonarbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zwischenring (50) nach Art einer Tellerfeder mit unter dem Neigungswinkel (α) zur Zwischenringebene (26) verlaufenden parallelen Ringflächen (51, 52) ausgebildet ist, wobei der innere Ringbereich (53) der einen Ringfläche (51) und der äußere Ringrandbereich (54) der anderen Ringfläche (52) die Auflageflächen (24) und der von den Ringflächen (51, 52) begrenzte Ringkörper (55) die Materialstege (25) bilden (Fig. 6 und 7).

10. Sonarbasis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (55) von seinem äußeren Ringrandbereich (54) ausgehende Einschnitte (56) aufweist (Fig. 6 und 7).

11. Sonarbasis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (56) radial verlaufen (Fig. 6 und 7).

12. Sonarbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (17, 19; 31; 40; 50) aus Kunststoff, Gummi oder Metall besteht.

13. Sonarbasis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Shore-Härte des Gummis zu etwa 70 bis 90 A gewählt ist.