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Elektromagnetische Hupe mit Selbstunterbrecher Die Erfindung betrifft
eine akustische Signalvorrichtung, deren Ton durch eine mittels elektrotnagnetischer
Selbstunterbrechung in Schwingungen versetzte Membran erzeugt wird.
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Der Zweck der Anordnung nach der Erfindung ist die Erzeugung eines
reinen, hellklingendenTones von trompetenartigerKlangfarbe mit möglichst geringem
elektrischen Energieverbrauch. Es hat sich durch Versuche gezeigt, daß ein derartiger
Ton nur vermittels einer dünnen Membran erzielt werden kann. Eine solche dünne Membran
hat notwendigerweise eine nur geringe Federwirkung, die allein nicht ausreicht,
um in Verbindung mit der unvermeidlichen Masse des Elektromagnetankers die gewünschte
Tonhöhe von mehreren hundert Schwingungen in der Sekunde zu erreichen. Es ist daher
notwendig, eine starke zusätzliche Federung für den Anker vorzusehen.
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Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen eine Lenkerfeder einen
mit der Membran festverbundenen Elektromagnetanker in seiner Schwingungsrichtung
führt und gleichzeitig die Federwirkung der Membran erhöht. In einer anderen Ausführung
dient eine Schraubenfeder zur Verstärkung der Federwirkung der Membran. Auch hat
man bereits eine solche Schraubenfeder als elastisches Kopplungsglied eines Elektromagnetankers
mit einer als Resonanzboden wirkenden zweiten Membran verwendet. Durch entsprechend
starke Bemessung derartiger Lenker- oder Schraubenfedern ist es an sich möglich,
eine große Tonhöhe zu erreichen.
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Eine solche mit Rücksicht auf den Ton erforderliche Zusatzfederung
erschwert jedoch, wenn sie dauernd wirksam ist, ein leichtes Anspringen des Selbstunterbrechers.
Um nämlich eine praktisch genügende Betriebssicherheit der Selbstunterbrecherkontakte
zu erreichen, ist der elektrischeEnergieverbrauch möglichst gering zu halten, außerdem
müssen die Unterbrecherkontakte mit genügendem Druck aneinander liegen. Für beides
ist es günstig, den Unterbrecherkontakt so einzustellen, daß die Kontaktöffnung
erst bei m5glichst großer Annäherung des Ankers an den Elektromagneten erfolgt.
Das bedingt jedoch bei dem ersten Arbeitshub des Ankers die statistische Überwindung
einer Federkraft, die der Federkonstante des Ankersystems und seiner Auslenkung
aus der Ruhelage bis zur Lage der Kontaktöffnung entspricht. Dazu reicht die Anzugskraft
des Elektromagneten besonders bei gesunkener Spannung der Stromquelle, wie sie im
praktischen Betrieb, z. B. in Kraftwagen, häufig vorkommt, nicht aus.
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Die Anordnung nac'k der F-rfindumg behebt diese Schwierigkeit des
Anspringens des
Selbstunterbrechers dadurch, daß ein solches Hilfsschwingungssystem
an das von derMembran und dem Elektromagnetanker gebildete Hauptschwingungssystem
angekoppelt wird, das eine niedrigere Eigenschwingungszahl als dieses aufweist.
Hierdurch wird erreicht, daß das H.ilfsschwingungssystem eine Zusatzfederung abgibt,
die erst dann wirksam wird, wenn beim Anlassen die Eigenschwingungszahl des Hilfssystems
überschritten wird. Zweckmäßig wird das Hilfsschwingungssystem von dem Hauptschw!ingungssystem
getragen und unmittelbar von ihm erregt. In diesem Falle steht das Hilfsschwingungssystem
lediglich mit dem Hauptschwingungssystem in Verbindung, ohne noch zusätzlich mit
dem Rahmen verbunden zu sein. In einfachster Form besteht das Hilfsschwingungssystem
aus einer an dem Anker befestigten Feder, deren freies Ende durch eine Zusatzmasse
beschwert ist.
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Da der erste Arbeitshub des Ankers im Vergleich zu den weiteren Schwingungen
sehr langsam erfolgt, wird während dieses ersten Hubes das angeschlossene zweite
Schwingungssystein gleichphasig mitgenommen, übt also keine elastische Rückwirkung
auf den Anker aus, so daß der Elektromagnet den Anker leicht bis zur Lage der Kontaktöffnung
anzieht. Bei den darauf einsetzenden Schwingungen wird das zweite Schwingungssystem
mit einer Frequenz angetrieben, die über seiner Eigenschwingungszahl liegt. Es geht
daher durch die Resonanz hindurch, und seine Zusatzmasse schwingt jetzt gegenphasig
zum Anker unter Bildung eines Schwingungsknotens zwischen Anker und Zusatzmasse.
Der im Raum stillstehende Schwingungsknoten wirkt jetzt wie ein festes Auflager
für die Feder des zweiten Systems, die nun mit ihrer vollen Federkraft auf den Anker
zurückwirkt und die Federkonstante des gesamten Schwingungssystems erhöht.
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In der Zeichnung ist die grunds;ätzli;ch,e Anordnung nach der Erfindung
in zwei beispielsweisenAusführungen dargestellt. Abb. i zeigt eine Ausführungsform,
bei der das an den Anker angeschlossene zweite Schwingungssystem aus einer Blattfeder
mit einer Zusatzmasse am freien Ende besteht, Abb. a eine Draufsicht unter Fortlassung
des Elektromagneten. In der Ausführung nach Abb. 3, die nur die beiden gekoppelten
Schwingungssysteme darstellt, ist an Stelle der Blattfeder eine Schraubenfeder'
verwendet; entsprechende Teile sind mit denselben Buchstaben bezeichnet wie in Abb.
i.
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In Abb. i ist a ein Anker, der vor den Polen eines Elektromagneten
b schwingend angeordnet ist durch Verbindung mit der tonerzeugenden Membran c und
einer als Parallelführung dienenden Lenkerfeder d. Letztere ist in einem festen
Auflagere eingespannt, das in geeigneter Weise mit dem Einspanrand f der Membran
c verbunden ist. Anker a, Membran c und Lenkerfeder d bilden das erste Schwingungssystem.
An dieses angeschlossen ist ein Hilfsschwingungssystem, bestehend aus einer Feder
g und einer an deren freiem Ende angebrachten Masse lab Feder g und Masseh müssen
so bemessen sein, daß das von ihnen gebildete Schwingungssystem eine geringere Eigenschwingungszahl
besitzt als das erste. Die Schaltung des Unterbrecherstromkreises ist die allgemein
üb-1iche und ist daher nur schematisch eingezeichnet. Der Unterbrecherkontakt
i, k, der als Zuhaltekontakt dargestellt ist, wird von einem geeigneten Punkt
des ersten Schwingungssystems a, c, d, beispielsweise von einem Punkt der
Lenkerfeder d aus, betätigt.
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Wind der über die Spulen des Elektromagneten b und den Kontakt
i, k führende Stromkreis geschlossen, so zieht der Elektromagnetb den Ankere
an entgegen der Federkraft der Membran c und der Lenkerfeder d. Dieses erste Anziehen
erfolgt so langsam, daß Feder g und Masse h gleichphasig mitgenommen werden. Feder
g wirkt daher noch nicht auf den Anker zurück, so daß der Elektromagnet b den Anker
auch bei wesentlich verminderter Spannung der Stromquelle mit Sicherheit bis zur
Kontaktöffnung durchzieht. Nach der ersten Unterbrechung des Stromkreises an
i, h schwingt Anker a unter der Wirkung von Membran c und Lenkerfeder
d zurück, und zwar mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Eigenschwingungszahl
seines Systems. Das angekoppelte zweite System g, h wird daher mit einer höheren
als seiner Eigenschwingungszahl angetrieben, die Masse k schwingt jetzt gegenphasig
zum antreibenden Anker unter Bildung eines Schwingungsknotens, der in der Feder
g dicht an der Masse 1a liegt. Der im Raum stillstehende Schwingungsknoten wirkt
wie ein festes Auflager für das freie Ende der Feder g, letztere wirkt daher mit
ihrer vollen Federkraft auf das Schwingungssystem a, d,
c zurück und erhöht
dessen Schwingungszahl.
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Die beim ersten Anzug (voll gezeichnet) und bei voller Schwingung
(gestrichelt gezeichnet) wirksamen Federformen sind mit vergrößerter Amplitude in
Abb. q. dargestellt.
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Wird die Feder g als Verlängerung der Feder d ausgeführt, wie in Abb.
i gezeichnet, so läßt sich eine noch größere Verschiedenheit der vor und nach dem
Anspringen wirksamen Federkonstanten dadurch erreichen, daß die Verbindungsstelle
der" Feder d, g mit dem Anker a nicht als starre Einspanung, sondern als gelenkige
Verbindung ausgebildet
ist. Die dann auftretenden Federformen beim
ersten Anzug und bei vollen Schwingungen sind in Abb. 5 dargestellt. Daraus ist
ersichtlich, daß die auf den Anker wirkende Federkraft der Feder d beim ersten Anzug
(volle Linie) geringer ist als nach Abb. q., da Feder d nur einseitig eingespannt
wirkt. In der vollen Schwingung (gestrichelte Linien) ist die Gesamtfederkraft jedoch
dieselbe wie nach Abb. 4..
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Eine derartige gelenkige Verbindung der Feder d, g mit dem
Anker a kann nach Abb. 6 beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die
Auflagerflächen der an der Feder d, g anliegenden Druckstücke gewölbt ausgeführt
werden.
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Die Ausführungsform nach A:bb. i und 2 kann noch in der Weise abgeändert
werden, daß nicht ein, sondern zwei Schwingungssysteme g, h vorgesehen werden, die
dann zweckmäßig zu einer durchgehenden Feder mit Zusatzmassen an beiden freien Enden
vereinigt werden und quer zur Lenkerfeder d liegen. Die Mitte dieser durchgehenden
Feder ist mit dem Anker verbunden.
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Um die Schwingungen beider Schwingungssysteme gegen von außen kommende
Störungen zu schützen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Befestigung der
ganzen Hupe in an sich bekannter Weise elastisch auszuführen.