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Durch ein Schlagwerk betätigter Schallsender, insbesondere für Unterwasserschallwellen.
Die Erfindung bezieht sich auf Schallsender, insbesondere zur Erzeugung von Unterwasserschallwellen,
bei denen ein Strahlungsorgan entweder direkt oder unter Vermittlung von besonderen
Schwingungsgebilden durch Anschlag erregt wird. Solche Schlagsender können pneumatisch,
hydraulisch oder elektromagnetisch betätigt werden. Der elektromagnetische Betrieb
hat den Vorzug, daß man den Sender in beliebiger Entfernung von der Kraftquelle
auslegen kann, weil die Zuführung der elektrischen .Energie über Kabel ohne Schwierigkeit
auf sehr große Entfernungen möglich ist.
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Als Klangkörper dient bei solchen Sendern in der Regel eine Glocke.
Es hat sich aber als zweckmäßig erwiesen, an ihrer Stelle eine Schallplatte oder
Membran zu verwenden. Setzt man eine solche auf ein im übrigen geschlossenes Gehäuse
auf, so erhält man, und zwar in besonders einfacher Form beim elektromagnetischen
Antrieb, einen gut geschlossenen Apparat, ohne irgendwelche mit Dichtungen eingeführte
bewegliche . Teile, dessen akustische Eigenschaften wegen der Verwendung der Membran
als Klangkörper klar, übersichtlich und leicht zu beeinflussen sind. Eine solche
Schallplatte erfordert nun einen .Anschlag, der sie möglichst senkrecht zur Ebene
ihrer größten Ausdehnung und in der Mitte oder wenigstens achsialsymmetrisch trifft.
Auch wenn die Schallplatte nur als Strahlungsorgan dient und mit ihr ein besonderer
Klangkörper verbunden ist, gelten im wesentlichen dieselben Regeln für den Anschlag,
besonders dann, wenn dieser Klangkörper aus mehreren Massenteilen und diese verbindenden
elastischen Gliedern so hergestellt ist, daß er senkrecht zur Ebene der Schallplatte
schwingen soll.
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Beim Bau von Schlagwerken für solche Schlagsender stößt man aber auf
eine prinzipielle Schwierigkeit. Um den Klangkörper oder die Membran zum Schwingen
zu bringen, müssen sie von einem durch die Betriebsenergie bewegten Massenteil (Schlaggewicht
o. dgl.) angeschlagen werden. Nach den Gesetzen der Elastizität slehre hängt die
Energieverteilung zwischen anschlagender und angeschlagener Masse nach dem Schlage
in erster Linie von dem Verhältnis der Größe dieser beiden Massen ab. Auf der anderen
Seite sind für die schlagende Masse aber Gesichtspunkte konstruktiver Natur maßgebend.
Beim
elektromagnetischen Antrieb z. B. kann man entweder den Anker des Elektromagneten
unmittelbar durch die magnetische Anziehungskraft beschleunigen, oder man kann den
Anker gegen eine Kraft, z. B. gegen die Spannung einer Feder, bewegen, die nach
Unterbrechung des Stromes den Anker gegen die Schallplatte schleudert. In beiden
Fällen ist der Anker einerseits Schlaggewicht, anderseits Teil des Elektromagneten,
und muß für iede dieser beiden Aufgaben nach verschiedenen, sich nicht selten widersprechenden
Gesichtspunkten gebaut sein. Dasselbe gilt für andere Antriebsarten ebenfalls.
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Bei Schlagwerksendern der beschriebenen Art wird nun, um diese Schwierigkeit
zu umgehen, gemäß der Erfindung das Schlaggewicht als besondere, beim Schlage von
dem es anhebenden Antriebsmittel unabhängige, d. h. räumlich und funktionell trennbare
Masse ausgebildet, die lediglich mit Rücksicht auf ihre Massenwirkung am Strahler
zu bemessen ist. Unter Antriebsmittel ist dabei nicht das Mittel zu verstehen, durch
welches das Gewicht beim Schlage gegen das Strahlungsorgan bewegt wird, also bei
der bereits vorerwähnten Bewegung durch eine Feder nicht diese Feder, sondern das
Mittel, durch welches die Schlagkraft erzeugt wird, also beispielsweise die Feder
gespannt wird. Für einfachen elektromagnetischen Antrieb wird demnach erfindungsgemäß
außer dem Anker des Elektromagneten eine besondere Schlagmasse eingebaut, die ihrerseits
vom Anker so angetrieben wird, daß beim Schlage die Masse des Ankers selbst nicht
zur Wirkung kommt. Man kann aber auch so vorgehen, daß man den Anker eines Elektromagnethauptsystems
selbst als Elektromagnet und den Anker des letzteren als Schlaggewicht ausbildet,
das in diesem Falle natürlich viel kleiner ausfallen kann als der Hauptanker. Es
wird also durch die Erfindung ermöglicht, die eigentlichen Betriebsteile selbst
und das Schlaggewicht für sich nach den für sie geltenden Gesetzen zu dimensionieren,
also z. B. den Anker desjenigen Elektromagneten, für den in der Regel zur Aufnahme
der erforderlichen elektrischen Arbeit eine große Eisenmasse gebraucht wird, groß
und schwer zu machen, das Schlaggewicht selbst aber entsprechend kleiner zu halten.
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Die konstruktive Verwirklichung der Erfindung kann durch solche Einrichtungen
erfolgen, bei denen das Schlaggewicht direkt oder unter Zwischenschaltung hebelartiger
Übertragungsglieder, die seinen Hub vergrößern, gegen eine besondere Kraft, z. B.
eine Feder oder die Schwerkraft, angehoben, dann die Verbindung zwischen Hubwerk
und Schlaggewicht gelöst und dieses der beschleunigenden Wirkung der besonderen
Kraft überlassen wird. Wenn Federn oder andere Konstruktionsteile zur Beschleunigung
des Gewichtes dienen, ist es mitunter zweckmäßig, die Einrichtung so zu treffen,
daß im Moment des Schlages das Gewicht auch von diesen Konstruktionsteilen befreit
und erst nachher wieder mit ihnen* gekuppelt wird. Nach Ausführung des Schlages
wird das Schlaggewicht vorteilhaft selbsttätig wieder mit dem Hubwerk gekuppelt.
Beim elektromagnetischen Antrieb läßt sich die angestrebte Wirkung z. B. dadurch
erreichen, daß das Schlaggewicht mit dem Anker gekuppelt, durch die Zugkraft des
Magneten gegen eine am Schlaggewicht angreifende Feder angehoben und nach vollendetem
Hub die Verbindung zwischen Anker und Gewicht gelöst wird. Das Schlaggewicht wird
alsdann gegen den Klangkörper geschleudert und der nach Ausschaltung des Betriebsstromes
nachfallende Anker selbsttätig mit dem Schlaggewicht wieder gekuppelt.
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In den Abb. i bis q. sind Ausführungsformen der Erfindung zum Teil
schematisch dargestellt, und zwar zeigen die Abb. x und :2 elektromagnetisch betriebene,
die Abb. 3 ein durch ein Druckmittel betriebenes und Abb. q. ein für beliebige Antriebsarten
verwendbares Schlagwerk nach der Erfindung.
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In der Abb. i ist i eine Schallplatte, deren Außenseite an das schallübertragende
Medium (Wasser) angrenzt. An der Innenseite der Membran i ist ein Klangkörper befestigt,
der aus den beiden Massen 2 und 3 besteht, die durch ein elastisches Zwischenglied
q. miteinander verbunden sind.
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Durch den Anschlag eines Klöppels 5 kann der Klangkörper 2, 3, q.
zum Klingen gebracht werden und durch die Membran i seine akustische Leistung an
das Wasser abstrahlen.
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Der Klöppel s wird durch eine sich gegen den Flansch 7 stützende Schraubenfeder
6 abwärts gegen den Kopf des Klangkörpers gedrückt, und durch ein Gummikissen 8
wird erreicht, daß der Klöppel im Ruhezustand den Kopf 3 des Klangkörpers nicht
berührt. Das obere Ende des Gehäuses trägt das Feldeisen 9 eines Elektromagneten,
dessen Wicklung io an die Stromquelle der Betriebsanlage angeschlossen zu denken
ist. Der Elektromagnet 9 wirkt auf einen Anker i i, der seinerseits durch ein Gelenkparallelogramm
i2, i2 mit dein Klöppel 5 gekuppelt ist. Durch einen Kniehebel 13 wird das Gelenkparallelogramm
in der gezeichneten gespreizten Stellung gehalten.
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Auf den Kegel des Feldeisens 9 ist ein Stift 14 aufgeschraubt, dessen
Länge so abgemessen ist, daß der Luftraum zwischen dem Kniehebel 13 und dem unteren
Ende des Stiftes etwas kleiner ist als der Hub des Ankers i i.
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Wird die Wicklung io des Elektromagneten
erregt, so
wird der Anker i i aufwärts gezogen und, da das Gelenkparallelogramm 12, 12 bei
der gespreizten Stellung des Kniehebels 13 wie ein starres Kettenglied wirkt, nimmt
es den Klöppel 5 mit und spannt die Feder 6. Sobald aber der Kniehebel 13 gegen
den Stift 14 stößt, wird er geknickt, das Gelenkparallelogramm ist frei sich zu
strecken, und der Klöppel wird daher abwärts geschleudert und übt einen Schlag auf
den Kopf 3 des Klangkörpers aus.
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Wird -nunmehr der Betriebsstrom wieder unterbrochen, so fällt der
- Magnetanker i i unter der Wirkung der Schwere wieder in die Ausgangsstellung zurück,
wobei der Kniehebel wieder gestreckt und dadurch die Kupplung zwischen Anker und
Klöppel wieder hergestellt wird. Dasselbe Spiel wiederholt sich bei jeder Einschaltung
des Betriebsstromes. An Stelle des beschriebenen Parallelogrammes kann beispielsweise
ein entsprechendes Klinkwerk oder irgendein mit einer selbsttätigen Auslösung versehenes
Kupplungsglied zwischen dem Anker des Elektromagneten und dem Klöppel eingeschaltet
werden, ohne an der wesentlichen Wirkung der Einrichtung etwas zu ändern.
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Die Abb. 2 stellt ebenfalls einen elektromagnetischen Membranschlagsender
dar, der sich von dem Typ der Abb. i dadurch unterscheidet, daß die Membran direkt
angeschlagen wird und daß die Kupplung zwischen dem Anker des Magneten und dem Schlaggewicht
elektromagnetisch erfolgt.
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Die auf das Gehäuse aufgeflanschte Schallplatte 15 trägt in der Mitte
eine Masse 16, welcher der Klöppel oder Bolzen 17 in geringem Abstand gegenübersteht.
Derselbe ist an seinem oberen Teil 2o breiter ausladend und reicht nahe an den Anker
18 des Antriebsmagneten i9 heran. Der untere Teil des Ankers 18 gegenüber dem oberen
Teil des Klöppels ist seinerseits wiederum als Elektromagnet ausgebildet, zu dem
der obere Teil 2o des Klöppels als Anker gehört. Er trägt in einer Nut die Spule
21. Das Feld 22 des Antriebsmagneten enthält eine Spule 23. Die Spulen 2i und 23
können parallel oder hintereinander geschaltet sein und werden an die Betriebsstromquelle
(Gleichstrommaschine) angeschlossen. Der Klöppel 17 ist von einer gegen die Flansche
24 und 25 abgestützten kräftigen Schraubenfeder 27 umgeben. Mit seinem oberen Teil
2o ruht der Klöppel auf einem Kranz 26 von schwächeren Federn, die in einer Nut
des Klöppelteiles 2o untergebracht sind.
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Wenn der Strom eingeschaltet wird, wird zunächst der Klöppel bei 2o
von dem Anker 18 angezogen und damit eine feste Verbindung zwischen beiden hergestellt.
Dann wird der Anker mit dem Klöppel zusammen in das Feld ig hineingezogen und dabei
die Feder 27 zusainmengedrüclet. Beim Ausschalten des Stromes wirkt die Kraft der
Feder 27 zunächst auf die beiden zusammenhängenden Teile 18 und 2o. Da aber gleichzeitig
mit der Spule 23 auch die Spule 2 i stromlos geworden ist und die große Masse des
Ankers i8 der Beschleunigung durch die Feder 27 stärker widerstrebt, wird der Klöppel
vom Anker losgerissen und allein gegen die Membran geschleudert. Er drückt hierbei
den Federkranz 26 zusammen und wird nach dem Schlage von ihm wieder in die normale
Lage zurückgeführt. Der Anker 18 fällt langsamer ebenfalls herab, bis er von dem
flanschartigen Vorsprung 28 des Feldmagneten abgefangen wird.
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Der Vorteil dieser Einrichtung gegenüber der in Abb. i dargestellten
liegt in der Vermeidung mechanischer Kupplungen zwischen Klöppel und Magnetanker.
Für die Spulen gibt es verschiedene Schaltungsmöglichkeiten. Um mit Sicherheit das
richtige Loslösen des Klöppels vom Anker zu bewirken, können die Stromkreise der
Spulen 2i und 23 auch unabhängig voneinander geschaltet und betätigt ,werden, und
zwar gegebenenfalls mit Hilfe automatischer Schaltmittel, die von den bewegten Systemteilen
im Sender selbst gesteuert werden.
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In der Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem mit
komprimierten Gasen betriebenen Schlagsender dargestellt.
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Der Antrieb des Schlagwerkes erfolgt durch einen Kolben 29, der durch
das bei 30 zugeführte und vermittels der hohlen Kolbenwelle 31 durch die
Bohrungen 32 in den Zylinder 33 geleitete Druckgas angehoben wird. Die Kolbenweile
ist durch den Boden des Zylinders abgedichtet hindurchgeführt, und die Verlängerung
derselben trägt an ihrem unteren Ende eine Blattfeder 34, die sich nach unten hin
gegen einen ebenfalls am Kolbenwellenende angeschraubten Block 35 stützt. Auf einer
kreisringförmigen,. am Sendergehäuse befestigten Blattfeder 36 ruht das Schlaggewicht
37. Dasselbe trägt an seiner oberen Seite einen nach innen gekröpften Hohlzylinder
38, hinter dessen Kröpfung sich die Blattfeder 34 legt. An seinem Außenrande besitzt
das Schlaggewicht einen Flansch 39; zwischen diesem und dem Zylinderboden ist eine
kräftige Schraubenfeder 4o eingefügt. Die Schallplatte 41 mit dem Mittelgewicht
42 und dem kräftigen Randflansch 43 ist auf das Sendergehäuse aufgeschraubt und
schließt es gegen das schallübertragende Medium ab.
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Der Kolben besitzt Ventile, wie sie bei 44 angedeutet sind, die bei
einem bestimmten Hub automatisch, beispielsweise durch Anschläge 45, aufgestoßen
werden. Das entweichende
Druckgas wird durch die Kammer 46 und
das Außenrohr 47 einem anderen Verwendungszweck zugeführt oder abgeleitet.
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Wird dem System Druckgas zugeführt, so hebt sich der Kolben 29 und
nimmt das Gewicht 37 mit Hilfe der Blattfeder 34 mit. Diese Feder ist durch die
Abstützung nach unten gegen Durchbiegungen nach der Seite der Schallplatte hin sehr
steif. Das Gewicht wird gehoben, bis die bei der Kompression der Schraubenfeder
4o erzeugte Kraft die Gegenkraft der Blattfeder 34 überwindet. Tritt dieser Moment
ein, so wird das Gewicht 37 vom Kolben getrennt und von der Feder 40 gegen die Schallplatte
geschleudert. Der Kolben 29 wird weiter gehoben, bis die Ventile 44 durch Anschlag
an 45 geöffnet werden. Nun wird die Gaszufuhr (vorteilhaft automatisch durch den
Kolben selbst) gesperrt, der Kolben sinkt herab, und die Ventile schließen sich
wieder, wenn neues Druckgas zugeführt wird oder durch Anlegen gegen (in der Abbildung
nicht dargestellte) Anschläge im Zylinder.
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Das Schlaggewicht 37 hat bei seinem Schlage die ringförmige Blattfeder
36 mit durchgebogen. Nach dem Rückprall legt es sich unter dein Restdruck der Feder
4o gegen die Blattfeder 36 an. Wenn der Kolben langsam nachsinkt, schnappt die nach
oben leicht biegsame Blattfeder 34 wieder hinter die Kröpfung des Zylinders 38 und
der Apparat ist zu neuem Anschlag bereit.
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Die Unterbringung des Schlaggewichtes zwischen den beiden Federn 36
und 4o zeitigt die besonders vorteilhafte Wirkung, daß evtl. auftretende Schwingungen,
die zu wiederholten Anschlägen des Gewichtes an die Schallplatte führen könnten,
rasch abgedämpft werden.
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In solchen Fällen, wo die Schwere des Kolbens und seiner verlängerten
Welle nicht genügt, um ihn bis zum Schlaggewicht herabzudrücken und in diesen einzuklinken,
kann die Einrichtung auch so getroffen sein, daß das Druckgas abwechselnd über und
unter den Kolben tritt. Wird endlich bei hohem Druck ein sehr kleiner Hub verlangt
(hydraulischer antrieb), so kann auch die Schraubenfeder 40 durch eine Blattfeder
ersetzt werden. An Stelle der in der Abb. 3 dargestellten Kupplung des Schlaggewichtes
mit der Kolbenwelle kann auch eine beliebige andere Art von Ausrückkupplung treten.
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Der Apparat kann wegen seiner einfachen Ausführungsform besonders
vorteilhaft in Verbindung mit Preßgasleuchtbojen verwendet werden.
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In der Abb. 4 ist noch eine besondere Art eines Anschlagmechanismus
dargestellt. Das Schlaggewicht 48 wird bei dieser Einrichtung von zwei Klemmbacken
49, 49 seitlich gefaßt. Die Klemmbacken werden mit Hilfe der Hebel 50, 50, an denen
die Stangen 5 i, 5 i angreifen, zusammengezogen, wenn auf diese Stangen durch das
eigentliche Antriebsmittel (Magnetanker, Kolben) ein Zug in der Richtung der Pfeile
ausgeübt wird, und legen sich alsdann fest gegen das Schlaggewicht 48. An dem Ansatz
52 des Schlaggewichtes ist die Schraubenfeder 53 befestigt, die .andererseits an
einem Ansatz 54 festsitzt, der seinerseits von einer Traverse oder Querwand 55 getragen
wird. Die Hebel 50 reichen über die Verbindungspunkte mit den Zugstangen
51 seitlich hinaus und tragen einstellbare Anschläge 56, denen entsprechende Anschläge
57 in der Traverse 55 gegenüberstehen.
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Wenn an den Stangen 5 1 ein Zug ausgeübt wird, werden die Hebel
um den Drehpunkt 58 so gedreht, daß sich die Backen an das Schlaggewicht anlegen.
Da in demselben Moment eine Bewegung des ganzen Systems entgegen dem Druck der Schraubenfeder
53 erfolgt, so nimmt die Adhäsionsreibung der Backen mit steigendem Gegendruck der
Feder 53 derart zu, daß, wenn keine anderen Kräfte auftreten würden, das Schlaggewicht
die Feder bis an die Grenze ihrer Kompressionsfähigkeit zusammendrücken würde. Zur
Auslösung des Schlaggewichtes bedarf es einer weiteren Kraft, welche entsteht, wenn
die Anschläge 56 auf ihre Gegenanschläge 57 stoßen. Diese Kraft wirkt mit längerem
Hebelarm und öffnet die Backen 49, 49, so daß das Schlaggewicht unter dein Druck
der Feder 53 an einer Führung 58 entlanggleitend gegen die Membran 59 geschleudert
wird.
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Bei den Ausführungsformen der Abb. 2, 3 und 4 kann die Schallplatte
ebenso wie bei Abb. i mit einem besonderen Schwingungsgebilde verbunden sein. Ebenso
können bei allen dargestellten Ausführungsformen zwischen die Anzugsvorrichtungen
und das Schlaggewicht Hebelfibersetzungen beliebiger Art eingefügt sein. Auch kann
überall die Schwerkraft durch weitere Federkräfte ersetzt werden, was besonders
dann von Bedeutung ist, wenn die Apparate in verschiedenen Lagen arbeiten sollen.
Insbesondere können aber die einzelnen Konstruktionselemente (Antriebsteile, Schlagwerke)
der dargestellten Ausführungsformen sinngemäß in anderer Weise miteinander kombiniert
werden.