DE510999C - Akustisches Signalisierverfahren - Google Patents

Description

Es sind akustische Signaleinrichtungen bekannt, bei denen Töne durch die Luft oder unter Wasser mit Hilfe mehrerer aufeinander abgestimmter und synchronisierter Sender ausgesendet werden, die längs einer Linie aufgestellt sind und eine Konzentration des Tones in großer Entfernung längs einer Linie hervorrufen, die senkrecht zu der Linie steht, in der die Tonsender aufgestellt sind.

Es ist auch bekannt, zwei Aggregate von synchronen Sendern auf zwei geraden Linien aufzustellen, die zwischen sich einen gewissen Winkel einschließen. Durch diese beiden Aggregate kann man abwechselnd oder gleichzeitig Tonwellen von entgegengesetzten Phasen, d.h. von Phasen, die um eine halbe Periode der Tonschwingung gegeneinander verschoben sind, aussenden. Die gewünschten Ergebnisse werden bei den bekannten Ein-

ao richtungen durch die Interferenz der von den Sendern ausgestrahlten Wellen hervorgerufen. Der Gegenstand der Erfindung besteht darin, diese bekannten auf dem Interferenzprinzip beruhenden Einrichtungen dadurch zu verbessern, daß man die Tonstrahlen, genannt Tonbündel, die in großer Entfernung von den Sendern auftreten, gegenüber einer mittleren Stellung, welche die zu kennzeichnende Strecke darstellt, winklig verschiebt oder um diese Strecke schwingen läßt. Die Erfindung betrifft ferner auch die Fälle, bei denen die Interferenzwirkung eine Zone des Schweigens hervorrufen, welche ebenfalls zum Schwingen um eine mittlere Stellung gebracht wird.

Im folgenden ist zuerst der Erfindungsgedanke in seiner allgemeinen Form dargestellt, während später einige einfache Beispiele zur praktischen Durchführung des Erfindungsgedankens folgen. Es sei darauf hingewiesen, daß die angeführten Ausführungsbeispiele die Erfindung keineswegs begrenzen, sondern nur zu ihrer Veranschaulichung dienen.

In Abb. ι ist schematisch das Prinzip der neuen Anwendung der Interferenzwirkung dargestellt, wobei sieben aufeinander abgestimmte Sender verwendet werden. Die Sender werden gespeist durch synchrone Wechselstromgeneratoren. Ist η die Zahl der Sender, so ist die Zahl der Generatoren entweder gleich η oder bei besonderer Schaltung und

einer geraden Anzahl von Sendern gleich —

oder bei besonderer Schaltung und einer ungeraden Anzahl von Sendern (Abb. 1) gleich

— + i. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Phasen der Ströme dieser Generatoren zu regeln.

Abb. 2 zeigt, wie Aggregate von Sendern, die längs zweier verschiedener gerader Linien aufgestellt sind, gruppiert werden können.

Abb. 3 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens, bei der die beiden Aggregate der Abb. 2 durch ein einziges Aggregat, ähnlich dem in Abb. ι dargestellten, ersetzt sind. Bei der in Abb. 3 dargestellten Einrichtung stellt jeder Tonsender eine Membraneinrichtung dar, deren Membran durch einen besonders eingerichteten, im Schnitt dargestellten Wechselstromerzeuger erregt wird, welcher einen Anker enthält, auf welchen zwei winklig gegeneinander versetzte Feldwicklungen einwirken.

In Abb. 4 ist ein Sonderfall der in Abb. 2 dargestellten Einrichtung dargestellt, wobei auf jeder Linie nur zwei Sender aufgestellt sind.

Abb. 5 veranschaulicht die Stromversorgung der vier gemäß Abb. 4 verwendeten Tonsender mit Hilfe synchroner elektrischer Generatoren.

Abb. 6 zeigt eine weitere Einrichtung, bei der vier Tonsender Anwendung finden, welche auf zwei zueinander rechtwinklig stehenden geraden Linien verteilt sind, von denen die eine mit der zu kennzeichnenden Richtung zusammenfällt.

Abb. 7 veranschaulicht die einfachste Ausführungsform, bei der zwei Sender benutzt werden, die auf einer horizontalen, senkrecht - zu der zu kennzeichnenden Richtung verlaufenden Linie angeordnet sind. In Abb. 7 ist ferner die Stromversorgung der beiden Tonsender, sofern diese mit einer elektromagnetisch erregten Membran versehen sind, dargestellt.

Abb. 8 stellt eine abgeänderte Ausführungsform dar, bei der Sirenen durch einen elektrischen Motor mit beweglichem Stator angetrieben werden, welcher durch eine mechanisch wirkende Steuereinrichtung, die elektrisch bewegt wird, verschoben werden kann.

Abb. 9 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Abb. 8, bei der die Trommelsirenen durch einen elektrischen Motor über ein Differentialgetriebe angetrieben werden.

In sämtlichen Abbildungen haben die Buchstaben folgende Bedeutung: A₁, A₂, A_s ... usw. sind Tonsender beliebiger Bauart, welche mit einer schwingenden Membran und erforderlichenfalls mit einem tonverstärkenden Schalltrichter versehen sind. Die Geratet sind längs einer horizontalen Linie U-U aufgestellt. B₁, B₂, B_s ... usw. sind Tonsender, die ähnlich wie .^-Sender eingerichtet und längs einer zweiten Linie V-V aufgestellt.

sind. b_lt b₂ sind elektrische Batterien oder sonstige Stromquellen. C ist ein beweglicher Kontakt. D, D₁, D₂ sind Relais. E, B₂ stellen Zahnradübersetzüngen dar. F bezeichnet eine Kupplungsstange, die durch einen Exzenter oder eine Kurbel H betätigt wird, f sind Bürsten, welche den Strom zu den Rotoren der Wechselstromerzeuger zuführen. G₁, G₂, G_s, G_A sind Wechselstromgeneratoren. H ist eine Kurbel oder ein Exzenter zur Betätigung der Stange F. I ist ein Differentialgetriebe. T ist eine Muffenkupplung. K bezeichnet ein Kegelradgetriebe. L₁, L₂ sind die Feldmagnete eines besonderen Wechselstromgenerators. L₃ ist der Anker dieses Wechselstromerzeugers. M₁ M₁₁ M₂ sind Elektromotoren, die die Generatoren oder Sirenen antreiben, m, Wi₁, m₂ sind elektrische Motoren, die die Phasenverschiebung der Sirenen oder der Wechselstrqmerzeuger steuern. m₃ ist ein elektrischer Motor, der die Regler für die Stromstärke steuert. N sind Halslager, welche den Stator eines Generators oder eines Motors tragen. P₁, P₂ bezeichnet die Schalltrichter oder die Mündungen der Sirenen S. p, P₁, p₂ sind Potentio- 8g meter zur veränderlichen Erregung der Wechselstromerzeuger. Q bezeichnet das Luftzuführungsrohr für die Sirenen. R ist eine Fläche, welche die Tonwellen der Tonsender reflektiert, r stellt den Anlaßwiderstand eines elektrischen Motors oder den Feldregler eines Generators dar. S₁ und S₂ sind Luftsirenen mit drehbarer Trommel oder Scheibe. T₁ und T₂ stellen eine Antriebsvorrichtung mit Schnecke und Zahnrädern dar. U-U ist die Linie der Sender A. V-V bezeichnet die Linie der Sender B. X ist die zu kennzeichnende Richtungslinie. Y₁, Y₂ sind die äußersten Stellungen, weiche die Ton- oder Schweigezonen bei ihrem Schwingen einnehmen. X ist die Länge der Tonwellen.

Wie Abb. 1 veranschaulicht, verwendet man eine Reihe von Tonsendern A (beispielsweise sieben), die aufeinander abgestimmt und längs einer Linie aufgestellt sind. Zwisehen den Tonsendern befindet sich stets der gleiche Abstand. Die Phasen der Tonsender und ihre Abstände sind derart gewählt, daß sich infolge der Interferenz der von den Tonsendern ausgestrahlten Wellen in der Nähe no einer bestimmten Ebene, beispielsweise OX₁ entweder ein verstärktes Tonbündel oder gerade im Gegenteil eine Schweigezone ausbildet. Im letzteren Falle werden alle Richtungen zwischen OX und OF₁ beispielsweise durch die Aussendung eines gewissen charakteristischen Tons gekennzeichnet, während man in dem Raum zwischen OX und OF₂ einen anderen charakteristischen Ton erschallen läßt. Die Schiffer wissen auf diese Weise, ob sie sich rechts oder links von der Richtung OX befinden, welche zur Kenntlich-

machung der Linie, der sie folgen müssen, dient. Indem man die Abstände zwischen den Sendern A und die Phasen der Töne, welche sie aussenden, in geeigneter Weise regelt, kann man stets eine Zone des Schweigens oder des verstärkten Tons in der auszumachenden Richtung hervorrufen.

Gemäß Abb. ι haben die sieben Sendeapparate A₁, A₂ .... A₇ gleichen Abstand

ίο untereinander. Dieser Abstand ist beispielsweise gleich einer halben Wellenlänge oder darunter. Wenn alle diese Sender synchron durch abwechselnde Impulse gleicher Amplitude und gleicher Phase erregt werden, erzeugen ihre Ausstrahlungen im großen Abstande, wobei man die Ereignisse in der Nähe der Sender vernachlässigt, ein tönendes Strahlenbündel, welches um die senkrechte Achse OX konzentriert ist. Die Polarkurve, welche in großer Entfernung die Verteilung der Schallstärke um den Punkt 0 veranschaulicht, besitzt, wenn man die kleinen Nebenschleifen oder Splitter der Polarkurve außer acht läßt, welche um O infolge der ungenügenden Zahl der Sender A auftreten, die Form einer langgestreckten 8. Wenn

man in einem Abstand — (gleich einer halben

Wellenlänge) eine senkrechte Mauer parallel zur Linie U-U aufstellt, die einen Reflektor bildet, so verschwindet die eine Hälfte der 8, Die Längsachse der 8 bestimmt die auszumachende Richtung. Damit diese Richtung genauer festgestellt werde, läßt man das Tonbündel abwechselnd ebensoviel nach rechts wie nach links um seine mittlere Stellung schwingen. Dieses Schwingen des Tonbündels wird dadurch erzeugt, daß zwischen den verschiedenen Tonsendern Phasendifterenzen herbeigeführt werden, die von dem einen zum anderen Tonsender regelmäßig anwachsen oder regelmäßig abnehmen. Diese Differenzen läßt man abwechselnd in beiden Richtungen und innerhalb bestimmter Grenzen variieren. Beispielsweise verändert man bei der gewählten Ausführungsform die Phasenverschiebungen gleichförmig zwischen + a° und — a° unter Anwendung der Theorien und Berechnungen, die schon aus

go den Problemen der zwischen mehreren Antennen für drahtlose Telegraphic auftretenden Interferenzen bekannt sind.

Bei einer Variation beispielsweise zwischen + 36⁰ und — 36⁰ wird die Schwingung der Achse des Tonbündels ungefähr 7° bis 8° nach rechts und nach links von der Richtung OX der auszumachenden Linie, welche rechtwinklig zu der Geraden A₁ ... A₇ steht, betragen. Man wird a° vorteilhafterweise annähernd gleich der Hälfte des Winkels wählen, welcher von den Tangenten an die eine 8 darstellende Schleife eingeschlossen wird. Der Schiffer wird in den Richtungen, welche gegen die Richtung OX den Winkel + a° bzw. — a° einnehmen oder sich noch weiter von der auszumachenden Richtung entfernen, abwechselnd Tonlosigkeit und Töne wahrnehmen, wobei die Schlagfrequenz gleich der Schwingungsfrequenz des Tonbündels ist, die beispielsweise gleich η in der Minute sei. Wenn er sich der Linie OX nähert, wird er eine Schlagfrequenz gleich 2 η wahrnehmen, die durch abwechselnd stärker und schwächer scheinende Töne gebildet wird. In der Richtung der Winkelhalbierenden OX gleichen sich die Schwingungen aus.

Man kann die Richtungen, die sich links oder rechts von der auszumachenden Richtung OX befinden, dadurch unterscheiden, daß man beispielsweise den Ton, der von den Schwingungssendern ausgesendet wird und deren Resonanz hierzu nicht sehr scharf ist, in dem Moment leicht modifiziert, in dem die Achse der eine 8 darstellenden Schleife durch OX hindurchgeht. Beispielsweise kann der Ton in der Richtung Y₁ höher sein als in der Richtung F₂. Man kann ferner auch von Zeit zu Zeit die Schallsendung in den äußersten Stellungen OY₁ und OY₂ der Achterkurve anhalten und ein für jede Stellung charakteristisches Signal, beispielsweise zwei oder drei lange Töne, aussenden.

Alle die genannten, die Richtung bestimmenden Signale werden mittels bekannter oder leicht entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen zu konstruierender Einrichtungen hervorgerufen. Beispielsweise können elektrische Kontaktorgane benutzt werden, die mit Apparaten verbunden sind, welche die too Phase der Sender, wie weiter unten näher ausgeführt ist, verändern.

Wenn die Tonsender mit schwingenden Membranen oder Kolben versehen sind, die durch einen Wechselstromelektromagneten in Schwingung versetzt werden, kann man jeden Sender durch einen besonderen Stromerzeuger speisen, dessen Stromstärke oder Spannung durch einen Feldregler r variiert wird.

Wenn die Tonsender mit einem polarisierten Elektromagneten versehen sind, kann man die Zahl der Generatoren G, wie dies in Abb. 1 dargestellt ist, um die Hälfte reduzieren, indem man durch einen einzigen Wechselstromerzeuger parallel oder in Serie zwei Tonsender mit Strom versorgt, welche symmetrisch zur Linie OX angeordnet sind. Denn die Phasenverschiebung zwischen den Tonsendern A₂ und A₃ ist die gleiche wie zwischen Α_ΰ und A₆; lediglich das Vorzeichen muß geändert werden, was sich leicht herbei-

führen läßt, indem man die Verbindungsleitungen vertauscht.

Alle Generatoren sind miteinander gekuppelt und werden durch den gleichen Motor M angetrieben. Die Phasenverschiebungen können durch Differentialgetriebe J herbeigeführt werden, die zwischen den Rotorachsen der miteinander gekuppelten Generatoren angeordnet sind. Man läßt beispielsweise die to Kränze der Planetenräder dieser Differentialgetriebe um einen gleichen Betrag um ihre mittlere Stellung schwingen. Hierzu dient ein Motor M₁₁' welcher die Planetenräder durch die Stangen F und die Kurbel oder Exzenter H betätigt. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß man Wechselstromerzeuger G benutzt, die mit in festen Lagern beweglichen Statoren versehen sind. In diesem Falle verschiebt man periodisch diese Statoren, wie dies beispielsweise in Abb. 7 dargestellt ist. Die Verschiebung erfolgt mittels Zahnrädern, deren Durchmesser je nach der Stellung eines jeden Generators G verschieden ist. Die Verschiebung erfolgt derart, daß man den Statoren verschiedene Rotationswinkel abwechselnd in dem einen oder dem anderen Sinne gibt.

Wenn die Elektromagnete der Tonsender nicht polarisiert sind, so ist die Tonschwingungsfrequenz, welche die Magnete hervorrufen, doppelt so groß wie die Frequenz der benutzten elektrischen Ströme. Infolgedessen müssen die Phasendifferenzen, die zwischen den elektrischen Strömen hervorgerufen werden, gleich der Hälfte der Phasendifferenzen sein, die zwischen den Tonsendern auftreten sollen. In dem Fall der Abb. 3 können Schallquellen beispielsweise durch zwei verschiedene Phasen gespeist werden, die von einem zweiphasigen Stromerzeuger oder zwei einphasigen Stromerzeugern stammen, die um eine Viertelperiode mittels der Hülsenkupplung / verschoben sind, welch letztere die Wellen der Stromerzeuger verbindet. Dasselbe gilt für die Einrichtungen, die in den Abb. 5 und 6 dargestellt sind.

Es versteht sich von selbst, daß man auch jedes sonstige bekannte Mittel zur Phasenverschiebung der Tonsender, beispielsweise Kondensatoren, anwenden kann.

Wenn die Zahl der Tonsender A der Abb. 1 genügend groß ist, kann man das Tonbündel um 180° von OZ₁ bis 0Z„ schwingen lassen. Beispielsweise verwendet man zehn Sender, denen Abstand voneinander je gleich eine halbe Wellenlänge ist, wobei man gleichförmig die Phasendifferenz von jedem Sender bis zu jedem folgenden von o° bis i8o^c verändert. Dann kehrt man die Drehbewegung des Motors W₁ um, sobald das Maximum der Phasenverschiebung erreicht ist.

Die Geschwindigkeit des Motors W₁ kann automatisch durch einen geeigneten Widerstand, der beispielsweise in den Erregerstromkreis eingeschaltet ist, derart geregelt werden, daß das Tonbündel zwischen seinen Endlagen, d. h. also zwischen den Umkehrungen des Motordrehsinns, mit konstanter Geschwindigkeit geschwenkt wird. Man kann sowohl der Schwenkgeschwindigkeit des Bündels als auch seinem Verharren in den Endlagen, d. h. als auch der Dauer des Stillstands des Motors M₁ vor jeder Umkehrung des Drehsinns, konstante Werte geben. Der Schiffer kann dann seine Stellung mit Bezug auf die äußersten Lagen des schwingenden Tonbündels berechnen, indem er die Zeit mißt, welche zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Wahrnehmungen des Tones verstreicht.

Um dem Schiffer auch anzugeben, auf welcher Seite der Winkelhalbierenden er sich befindet, fügt man ein Signal hinzu, das ausgesendet wird, während das schwingende Tonbündel stillsteht. Beispielsweise kann ein Signal ausgesendet werden, wenn das Tonbündel seine äußerste rechte Stellung einnimmt, während in der äußersten linken Stellung zwei Signale ertönen. Man kann auch in einem der Sektoren + a° bzw. — a° Ton-Unterbrechungen hervorufen, so daß ein bellendes Geräusch entsteht. Diese Tonunterbrechungen werden durch Unterbrechung der Luftzufuhr zu den Sirenen oder durch Unterbrechung der Stromzufuhr von den Wechsei Stromerzeugern zu den Membransendern hervorgerufen.

Wenn man Sirenen anwendet, kann man jede Sirene durch einen Synchronmotor antreiben. Die Phasendifferenzen zwischen den verschiedenen Sirenen werden dadurch erzeugt, daß man entweder die Phase des Antriebsstromes der Synchronmotoren, welche durch unabhängige Erzeuger gespeist werden, verändert, oder man verschiebt ihre beweglich angeordneten Statoren mit Hilfe von Zahntrieben, deren Zahnräder durch einen Hilfsmotor betätigt werden, wie in Abb. 8 dargestellt ist.

Statt wie bei allen oben beschriebenen An- no Ordnungen unabhängige Stromerzeuger vorzusehen, kann man Phasenschieber verwenden, deren Statoren durch mehrphasige Ströme gespeist werden, die einem einzigen Stromerzeuger entstammen. Die Phasenschieber speisen entweder die Elektromagnete der mit schwingenden Membranen versehenen Tonsender oder die Motoren der entsprechenden Sirenen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Rollen des Rotors und des Stators dieser Phasenschieber vertauscht werden können.

Statt die Sender längs einer einzigen Linie anzuordnen, kann man sie, wie dies in Abb. 2 dargestellt ist, längs zweier Linien U-U und V-V anordnen, die zwischen sich einen geeigneten Winkel einschließen. Die Reihe A der Tonsender wird derart erregt, daß das von diesen Sendern ausgesendete Tonbündel symmetrisch zu dem von den Sendern B ausgesandten Tonstrahlenbündel liegt. Dabei

ίο sind die Amplituden der beiden Tonbündel O, e_u d_v C₁ und O, e₂, d₂, C₂ in ihrer Größe gleich, in ihren Zeichen aber entgegengesetzt.

Es ist zweckmäßig, den Winkel O d_t und

O d₂ gleich dem Winkel zu machen, welchen die inneren Tangenten in O an jede der Kurvenschleifen miteinander einschließen. Bei der beispielsweisen Ausführungsform der Abb. 2 erzeugen sämtliche Tonsender Töne von gleicher Stärke und von gleicher Ton-

ao höhe. Der Abstand zwischen jedem von ihnen beträgt längs jeder Linie eine halbe Wellenlänge, und die Phasendifferenz der von den Sendern der gleichen Linie ausgesendeten Tonschwingungen nimmt regelmäßig um

a₅ 30⁰, d.h. um V₆ Periode, zu. Man kann auch auf jeder Linie fünf Sender anordnen, die je um ¹^ Periode voneinander entfernt sind und deren Phasenverschiebung regelmäßig um ¹Z₅ Periode voneinander abweicht. Die genannten Angaben stellen lediglich Beispiele dar.

Bei der Benutzung der beiden Sendergruppen ändert man die Schwingungsamplitude der von der einen Gruppe ausgesendeten Töne periodisch nach einer Sinuslinie zwischen Null und dem Maximum und die der anderen Sendergruppe nach der gleichen Sinuslinie vom Maximum bis auf Null. Die Tonauestrahlung wird in der Richtung O (I₁ in dem Augenblick Null sein, wo sie in der Richtung OP₂ den Höchstwert erreicht hat, und umgekehrt. Hierbei ist angenommen, daß die Linie OF₁ die Tangente an die andere Kurve darstellt, und umgekehrt.

Wenn auch die Schleifen mehr oder weniger voneinander entfernt sind, tritt dennoch beide Male eine Gleichheit der Tonstrahlungen längs der Linie OZ auf, wenn die Tonbündel in Richtung der Symmetrieachse OZ zusammentreffen.

Wenn man ferner dafür sorgt, daß die Phasen der längs O d_x und O d„ ausgesendeten Schwingungen dauernd entgegengesetzt sind, so ist die resultierende Amplitude des Tones in irgendeiner Reichtung gleich der Differenz der Amplituden, die auf jeder der Schleifen O d_t und O do gemessen werden. Insbesondere in der Richtung OX tritt eine Aufhebung der Töne ein, wenn die Amplituden beider Töne untereinander gleich und gleich der Hälfte der größten Amplituden sind. Die resultierende Kurve wird dann durch die' in der Zeichnung punktiert dargestellte Kurve O, e_lt d₂ bzw. O, e₂, d₁ veranschaulicht. Man erkennt, daß ein periodisches Schwanken der Linie des Schweigens OX nach rechts und nach links von ihrer mittleren Stellung hervorgerufen wird, ähnlich wie ein Schwingen des Tonbündels gemäß Abb. 1 hervorgerufen wurde.

Die in Abb. 2 dargestellte Einrichtung kann übrigens auf die Einrichtung der Abb. 1 zurückgeführt werden, wie aus der Abb. 3 durch die folgenden Überlegungen hervorgeht. Man nehme an, daß man bei der Einrichtung der Abb. 1 den aufeinanderfolgenden Phasendifferenzen zwischen den Sendern A einen gemeinsamen, etwas größeren Wert gegeben hat, derart, daß die Achse der Achterschleife nach rechts geneigt sei wie die der Schleife O, e_v d_v C₁ der Abb. 2. Diese Kurve kann in diese Richtung gebracht werden, indem man die Differentialgetriebe I der Abb. ι durch Kupplungshülsen / ersetzt, welche die Motoren in derjenigen Stellung festhalten, die ihnen von vornherein zur Bildung der obengenannten Schleife gegeben ist. Auf die gleiche Weise kann man eine symmetrische Verteilungskurve erhalten, die nach links wie die Schleife O, e.,, d„, C₂ geneigt ist, wenn man einfach die Stellungen der Phasen der Wechselstromerregungen nach einem symmetrischen Gesetz, welches dem obigen entspricht, verändert. Wie oben gesagt worden ist, können die Phasenstellungen der Wechselstromerzeuger auch dadurch hervorgerufen werden, daß man alle Anker mit der gleichen Winkelstellung anordnet und die Feldwicklungen verschiebt.

Um gleichzeitig die beiden Kurven der Tonsendung, deren Sektor strahlen positive bzw. negative Amplituden darstellen, zu erhalten, genügt es also, jedem Wechselstromerzeuger zwei verschiedene Feldwicklungen zuzuerteilen.

Diese Einrichtung ist beispielsweise an einem der Wechselstromerzeuger G₄ (Abb. 3) veranschaulicht, der vollständiger als die übrigen Wechselstromerzeuger dargestellt ist. Die beiden verschiedenen Feldwicklungen L₁, L₂ (Abb. 3) sind in geeigneter Weise derart gegeneinander versetzt, daß der Strom, der durch den Anker L₃ erzeugt wird, die Resultierende der beiden Ströme darstellt, welche durch die Wirkung einer jeden der beiden Feldwicklungen für sich erzeugt würden. Den beiden Feldwicklungen wird der Strom über Schleifringe und Bürsten f, f zugeführt, die an zwei Potentiometer P₁, />₂ angeschlossen sind. Die Potentiometer liegen im Neben-Schluß zu den Verteilungsschienen des Erregerstromnetzes. Indem man die Kurbel

dieser Potentiometer kontinuierlich durch einen Motor m_a in Drehung versetzt, bewirkt man, daß der Strom in einer der Feldwicklungen von Null bis zu seinem größten Wert anwächst, während er gleichzeitig in der anderen Feldwicklung von seinem größten Wert bis zu seinem Werte Null sinkt. Jeder der Wechselstromerzeuger G der Abb. 3 wird in derselben Weise ausgebildet wie der ίο Weehselstromerzeuger G₄. Die Erregung ihrer beiden Feldwicklungen variiert synchron mit derjenigen der anderen Feldwicklungspaare mit Hilfe von Potentiometern, die in der gleichen Weise angeordnet sind und sämtlich synchron bewegt werden. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Stellung der beiden Feldwicklungen bei jedem Weehselstromerzeuger abweicht. Wegen der Symmetrie des Systems kann man jedoch, ao indem man die Verbindungsleitungen in geeigneter Weise anordnet, durch den gleichen Weehselstromerzeuger gleichzeitig die symmetrisch mit Bezug auf das Zentrum der Linie U-U angeordneten Tonsender versorgen. Jeder Weehselstromerzeuger kann auch eine Feldwicklung und zwei Anker mit Ankerwiderständen besitzen.

Wie man erkennt, stellt die Abb. 3 eine Verallgemeinerung der Abb. 1 dar und bildet mit letzterer das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung in ihrer theoretisch vollkommensten Form. Es sei darauf hingewiesen, daß. die Regelung der Erregung durch Potentiometer durch jedes andere Äquivalent ersetzt werden kann.

Abb. 4 stellt für die Praxis einen besonders einfachen Fall der Abb. 2 dar, welch letzterer auf vier Sender, die zwei Gruppen A₁, A₂ und B₁, B₂ bilden, zurückgeführt ist. Jede Gruppe enthält zwei Sender, die in entgegengesetzten Phasen mit gleichen Intensitäten erregt werden. Die Entfernung beträgt ¹Z₀ bis ³/₄ /U In dem vorliegenden besonderen Fall ist es zweckmäßig, daß die Phase von A₁ gleich der von B₁ (und nicht ihr entgegengesetzt) ist, während die Phase von A„ gleich der von B₂ ist. Unter diesen Bedingungen sind bei Gleichheit der durch die vier Sender ausgesandten Intensitäten die Feldlinien gleicher Tonintensität im großen Abstand gleich mehr oder weniger unregelmäßigen Ovalen, welche in der Zeichnung voll ausgezogen sind. Längs der Winkelhalbierenden OX tritt eine Zone der Tonlosigkeit auf. Wenn man die gemeinsame Tonstärke der beiden Sender A₁ und A₂ von Null bis zu ihrem Maximum verändert, während man die Tonstärke der Sender B₁ und B₂ von ihrem Maximum auf Null abnehmen läßt, so deformieren sich die Ovale. Sobald die Tonstärke in den Sendern B₁, B₂ Null ist, dagegen in A₁, A₂ ein Maximum beträgt, so steht die Achse der Schweigezone senkrecht auf der Linie U-U, wie dies schematisch mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Linie OX verschiebt sich also nach rechts oder nach links wie bei der Abb. r.

Abb. 5 zeigt, wie die Änderungen der Tonstärke in den vier Sendern A₁, A₂, B₁, B₂ hervorgerufen werden. Die Elektromagnete der zu einer Gruppe gehörenden beiden Sender sind polarisiert und in Serie geschaltet. Die iitn Serie geschalteten Wicklungen der Magnete sind einander entgegengesetzt gewickelt, so daß die Schwingungsphasen ihrer Membranen entgegengesetzt sind. Die Gruppe A₁, A₂ wird durch den Stromerzeuger G₁ versorgt. Die Gruppe B₁, B₂ wird von dem Weehselstromerzeuger G₂ gespeist, der mit dem erstgenannten Stromerzeuger G₁ mechanisch gekuppelt ist, so daß sie beide konphasen Strom abgeben. Die beiden Stromerzeuger werden durch Ströme erregt, die durch Widerstände T₁, r₂ hindurchgehen. Die Widerstände dieser Rlieostate werden periodisch verändert g₅ durch die Drehung isolierter Kurbeln, die gegeneinander um i8o° versetzt auf einer gemeinsamen, durch einen Motor7W₃ mit konstanter Geschwindigkeit gedrehten Welle angeordnet sind. Die Rheostate werden je von _go einem oder mehreren im Kreise angeordneten Widerständen gebildet. Durch die gleichmäßige Drehung der Kurbeln wird der Widerstand des Erregerstromkreises gleichförmig zwischen Null und einem sehr hohen, praktisch unendlichen hohen Wert verändert. Auf derselben Achse, auf der die Widerstandskurbeln sitzen, sitzt eine selbsttätige Schaltvorrichtung C, die über ein Relais D einen Teil des Erregerwiderstandes r des Motors M periodisch teilweise zu dem Zweck kurzschließt, die Erregung des Motors M in Abhängigkeit von der Erregung der Generatoren G₁ und G₂ zu regulieren.

In Abb. 6 ist eine Variante der Abb. 5 dai^-gestellt, und zwar sind hier die beiden Sendegruppen, von denen jede ein gleichzeitig gespeistes Paar darstellt, in Richtungen, die aufeinander senkrecht stehen, angeordnet. Dabei nimmt die Achse V, V der Sen- no der B₁, B₂ die Richtung der auszumachenden Fahrstraße ein. Bei dieser Variante ist es nicht mehr notwendig, die Amplitude der Töne beider Gruppen im entgegengesetzten Sinne gleichzeitig zu variieren.

Man läßt die Tonstärke in den Sendern A₁, A₂, die derart miteinander verbunden sind, daß sie in entgegengesetzter Phase schwingen, konstant und ändert die Amplitude in den anderen Gruppen B₁, B₂ periodisch zwischen zwei gleichen Höchstwerten mit entgegengesetzten Vorzeichen. Dabei

wird dafür Sorge getragen, daß die Phase der' Schwingungen in beiden Senderpaaren die gleiche ist, wenn die Amplituden das gleiche Vorzeichen haben. Dieses Resultat wird erhalten, indem man die Erregung von G₁ durch ein Potentiometer p mit drehenden Bürsten regelt.

Bei der letztgenannten Einrichtung kann man als Tonsender sowohl Membransender

ίο als auch Sirenen verwenden.

Der Achsenabstand der Sender A₁, A₂ kann zwischen einer halben und einer ganzen Wellenlänge variieren, während der Abstand zwischen B₁ und B₂ ungefähr eine halbe WeI-lenlänge sein muß. Schließlich kann das Senderpaar .B₁, B„ in Abb. 6 ohne wesentlichen Nachteil auf einen einzigen Sender B₂ verringert werden, der in der Linie A₁, A₂ angeordnet ist.

Abb. 7 stellt ein Beispiel für eine noch größere Vereinfachung dar, bei der nur zwei Sender A₁, A₂ vorhanden sind. Diese Sender werden durch Ströme von gleicher Stärke durchflossen, bei denen man nur die Phase'ndifferenz derart variiert, daß die Verschiebung der Phasen zwischen den Schwingungsphasen ein wenig unterhalb und oberhalb von i8o° oszilliert. Diese Phasenverschiebung kann entweder mit einem Differential geschehen, wie es in Abb. 1 dargestellt ist, oder auch mittels eines Stromerzeugers, der einen in den Halslagern N beweglichen Stator besitzt, welcher mittels einer Stangei⁷ schwingt, wie es für den Stromerzeuger G₁ zeichnerisch veranschaulicht ist, oder man benutzt Zahnräder E₂, wie sie für den Generator G₂ angegeben sind. Es sei darauf hingewiesen, daß es genügt, die Phase eines einzigen Stromerzeugers zu variieren.

Wenn die Phasen um genau i8o° entgegengesetzt sind, wird die Polarkurve der Amplituden in großer Entfernung mit Bezug auf das Zentrum 0 von zwei eiförmigen, symmetrischen Kurven O₁ e_1} d_t, C₁ und O, e₂, d₂, c₂ gebildet. Wenn die Differenz der Phasen von A₂ größer wird, nehmen die Kurven die Form O, ^₁, d\ und O, e'_%, d'₂ an. Die Achse der Schweigezone weist dann die Richtung OY₁ auf. Wenn die Phase dagegen verringert wird, nimmt die Achse der Schweigezone ihre Richtung nach der Linie OY₂. Der bewegliche Kontakt C schickt im Augenblick der Umkehrung des Schallfeldes Strom bald in das eine, bald in das andere Relais D₁ bzw. D₂, welche Relais Kontaktorgane betätigen, um selbsttätig durch nicht dargestellte Einrichtungen charakteristische Signale, z. B. Morsezeichen, auszusenden, welche die Richtung, aus der das Schallfeld kommt, anzeigen.

Abb. 8 zeigt eine äquivalente Einrichtung für den Fall, wenn die beiden Tonsender A₁, A₂ der Abb. 7 durch zwei Sirenen S₁, S₂ ersetzt sind, welche durch synchrone Wechselstrommotore M₁, M₂ angetrieben werden. Die Motoren sind um eine halbe Periode gegeneinander versetzt und mit beweglichen Statoren ausgerüstet. Man verändert die Phasen zwischen geeigneten Grenzen, indem man die Statoren mit Hilfe der Getriebe T₁, T₂, die durch den Motor m angetrieben werden, verschiebt. Ein beweglicher Kontakt C betätigt periodisch die Relais D₁, D₂, welche die Erregung des Motors m und damit seine Drehrichtung umkehren.

Die Steuerung der Relais erfolgt mit Hilfe des Kontakts C. Wenn sich der Kontaktarm c auf dem unteren Kontaktstück befindet, ruhen die Relais auf den Kontaktpaaren auf, die sich unterhalb von den Relais befinden. Verschiebt sich der Hebel c dagegen auf das obere, mit dem Hebel c zusammenarbeitende Kontaktstück, so wird ein Strom durch die Wicklungen der Relais D₁, D₂ geschickt. Die Folge hiervon ist, daß die Anker der Relais angezogen werden und sich die Relais gegen die über ihnen befindlichen Kontakte legen, so daß nunmehr die Stromkreise durch die oberen Kontaktpaare geschlossen werden. Hiermit ist gleichzeitig eine Umkehrung der Stromrichtung verbunden.

Abb. 9 zeigt eine einfachere äquivalente Lösung, bei der die beiden Trommelsirenen S von unten gesehen sind. Ein Motor M₁ treibt über Kegelräder K oder durch irgendeine andere mechanische Einrichtung die Achsen dieser beiden Sirenen mit konstanter Geschwindigkeit.

Die Sirenen trommeln sind winklig gegeneinander um eine halbe Periode versetzt auf ihren Wellen aufgekeilt. Man erteilt einer der Sirenen ^₂ eine zusätzliche Phasenveränderung beispielsweise mit Hilfe eines Differentials /, bei dem der Weg der Planetenräder unter der Wirkung einer Stange F hin und her schwingt. Letztere wird durch ein Exzenter H betätigt, der von einem Motor Wi₂ angetrieben wird.

Die Sirenen können in wesentlich größerer Zahl, als es in Abb. 1 angegeben ist, angeordnet werden. Man kann dann alle Sirenen durch eine gemeinsame, mit Differentialen versehene Welle antreiben, oder man kann sie sämtlich durch Synchronmotoren, wie in Abb. 8 dargestellt ist, betätigen, wobei man ng sich zur Phasenverschiebung entweder der in Abb. 8 dargestellten Motoren mit beweglichen Statoren bedient, oder indem man besondere Wechselstromerzeuger mit regelbaren Phasen, wie in Abb. 1 und 5 dargestellt, benutzt, oder indem man schließlich beide Systeme kombiniert.

Die genannten Sirenen können mit einer Mehrzahl von Schalltrichtern versehen werden. Man kann auch zwei oder mehr Schalltrichter durch die gleiche Sirene betätigen. Schließlich kann man ohne Schwierigkeiten die Tonstärken, die durch die Sirenen ausgesendet werden, mit Hilfe von in den Luftleitungen eingeschalteten Ventilen steuern, sobald man die Einrichtung nach Abb, 6 henutzen will. Diese Ventile werden durch Motore wie die Rheostaten der Abb. 5 betätigt. Die vorstehend beschriebenen Einrichtungen sind nur dann wirksam, wenn Störungen vermieden werden, die durch Reflexion der

iS Wellen an den Partien des Ufers hervorgerufen werden, welches entgegengesetzt zu der von der Meeresküste aus zu bestimmenden Richtung Hegt. Wenn die Signale Unterwassersignale sind, wird man zu diesem

so Zweck dafür sorgen, daß in der Nachbarschaft der Sender und in einem Abstand von ihnen, der gleich einer halben Wellenlänge ist, Reflexionsflächen R, R aus Metall oder Mauerwerk parallel zu der Linie der Sender (Abb. ι und 6) angebracht Averden, oder jeder Sender wird, wie in Abb. 7 dargestellt ist, von dem Teil einer zylindrischen, vertikalen Wand R umgeben, die um die Vertikalachse des betreffenden Senders mit einem Krümmungsradius, der gleich einer halben Wellenlänge ist, herumgelegt ist. Je nach der Lage des Einzelfalles wird man die eine oder die andere dieser Einrichtungen wählen. Für die Einrichtungen mit mehreren Linien von Sendern, wie sie in den Abb. 2 und 5 dargestellt sind, ist eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art nicht durchführbar. Man gibt daher den Reflexionsflächen R₁ R eine derartige Neigung, daß die Töne weit von der auszumachenden Linie fortgeschickt werden und nicht die Auffindung der gewünschten Richtung stören können.

Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen keineswegs die Erfindung in ihrem ganzen Umfange dar, vielmehr sind zahlreiche weitere Variationen und Kombinationen möglich, ohne daß der Erfindungsgedanke selbst dadurch berührt wird.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Akustisches Signalisierungsverfahren, bei dem mit Hilfe der Interferenz eine Konzentration der Töne längs einer geraden Linie hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß den Tonbündeln eine periodische Schwingung um ihre mittlere, d. h. maximal wirkende Stellung erteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen des Tonbündels durch periodische Verschiebung der Phasen der von mehreren Sendern ausgesandten Töne hervorgerufen wird.

3. Verfahren nach Anspruch ι und 2 mit einer Sendeapparatur, die eine Mehrzahl einzelner längs einer geraden Linie aufgestellter Tonstrahler umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungen regelmäßig von einem zum ande- ren Tonstrahler anwachsen bzw. abneh-.men und die Phasenverschiebungen abwechselnd innerhalb gleicher Grenzen vergrößert bzw. verkleinert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton der ausgesandten Schallschwingungen in dem Augenblick, in dem das schwingende Tonbündel durch die Halbierende des Schwingungswinkels hindurchgeht, verändert wird, um die Richtungen links und rechts von der Winkelhalbierenden zu unterscheiden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung des Tonbündels in den äußeren Stellungen angehalten wird und in jeder der beiden äußeren Stellungen ein charakteristisches Signal ausgesendet wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit schwingenden Membranen versehenen Tonstrahler von mehreren Stromerzeugern gespeist werden, deren Phasen periodisch gegeneinander verändert werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerzeuger (G₁ ... G₄) von einem gemeinsamen Motor (M) über Differentiale (/) too angetrieben werden, deren Planetenräder in periodische Schwingungen versetzt werden, um auf diese Weise die Phasenverschiebung zu erzeugen.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoren der Stromerzeuger beweglich gelagert sind, um durch die periodische Veränderung der Lage der Statoren die Phasenverschiebungen zu erzeugen.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Phasenverschiebung bei Generatoren mit zwei Erregerwicklungen, deren Felder sich überlagern und ein resultierendes Feld ergeben, der Erregerstrom durch Potentiometer (P₁, p₂) in jeder der beiden Erregerwicklungen fortschreitend geändert wird, so daß sich jedes der beiden Felder ändert und durch Überlagerung dieser sich ändernden Teilfelder auch das resultierende Feld ändert.

ίο. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Sirenen zur Schallerzeugung die einzelnen Sirenen durch besondere Synchronmotoren angetrieben werden, bei denen entweder die Phase des Antriebsstromes entsprechend den gewünschten Phasenverschiebungen der Tonschwingungen verto ändert werden oder deren Statoren beweglich sind, so daß sie zur Hervorbringung der Tonphasenverschiebungen in ihrer Stellung verändert werden können.

11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonstrahler längs zweier rechtwinklig aufeinanderstehender Linien aufgestellt sind, von denen die eine Linie mit der durch die akustische Signalvorrichtung zu kennzeichnenden Linie zusammenfällt.

12. Einrichtung zur .Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Tonstrahler Anwendung finden, deren Phasenverschiebung periodisch zwischen Werten, die nahe unterhalb und nahe oberhalb von i8o° liegen, schwankt (Abb. 7).

13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Tonsendern in derjenigen Richtung, welche entgegengesetzt der durch die Sender zu kennzeichnenden Richtung liegt, im Abstand einer halben Wellenlänge Reflexionsflächen ii?, R) aus Metall oder Mauerwerk angeordnet sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch, gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen parallel zur Linie der Sender an- geordnet sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen Zylindersektoren darstellen, deren Krümmungsradius gleich einer halben Wellenlänge ist und deren Achse mit der lotrechten Achse des betreffenden Senders zusammenfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen