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Schlagvorrichtung mit einer Gegenkrafteinrichtung Der Gegenstand der
Erfindung bezieht sich auf Schlagvorrichtungen ganz allgemeiner .Natur, insbesondere
auf Schlagsender, wie sie für die Schallerzeugung, z. B. bei akustischen Tiefenlotungen,
benutzt werden. Es ist bekannt, Schlagvorrichtungen zu gebrauchen, bei denen die
zur Erzeugung eines kurzen Schlages notwendige Energie von der Energie einer gespannten
Feder herrührt. Im allgemeinen ist das eine Ende der Feder starr befestigt, während
das andere Ende mit einer beweglichen Masse verbunden ist. An dieser Masse greifen
im allgemeinen die Kräfte an, welche die Feder in den Spannungszustand versetzen.
Diese Kräfte können sehr verschiedenartig sein, z. B. durch elektrische Kräfte (elektromagnetisch,
elektrodynamisch, elektrostatisch), oder durch expandierende Gase erzeugt sein.
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Der Arbeitsvorgang ist dadurch- gegeben, daß die auf die mit der Feder
verbundene Masse ausgeübte Kraft die Federkraft, das Gewicht der Masse und der Feder
und etwaige Reibungsverluste überwinden muß, um die Feder in den Spannungszustand
zu versetzen.
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Man kann die ausgeübte Kraft und ebenso die durch die Feder hervorgerufene
Gegenkraft als Ordinate einer Kurve in einem Diagramm darstellen, wo die Abszisse
die Entfernung der Masse von der unteren Ruhestellung (ungespannter Zustand) bedeutet.
Man wird dann davon auszugehen haben, daß die Kurve für die ausgeübte Kraft in jeder
Stellung oberhalb der durch die Gegenkraft dargestellten Kurve liegt.
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Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen an Hand von Schlagsendern
für die Erzeugung von Schall beispielsweise und, schematisch veranschaulicht. Es
stellt dar Fig. i und z j e ein Kurvendiagramm, Fig.3 einen Längsschnitt durch einen
Schlagsender, Fig. q. das Federkraftdiagramm der dabeiverwendeten Federeinrichtung,
Fig.5 einen Längsschnitt durch eine andere Bauart eines Schlagsenders, Fig. 6 das
zugehörige Federkraftdiagramm, Fig. 7 und 8 je einen Längsschnitt durch j e eine
weitere Ausführungsform eines Schlagsenders, Fig. g ein Federkraftdiagramm für den
Schlagsender nach Fig. 8, Fig. io einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Schlageinrichtungen hat man gewöhnlich
Federn verwendet, bei denen wegen des Hookeschen Gesetzes die kennzeichnende Federkraftkurve
durch eine nach oben geneigte gerade Linie dargestellt ist. Dagegen zeigen die Kurven
für den Verlauf der ausgeübten Kraft einen ganz anderen Charakter, wie er beispielsweise
in
der Fig. i, Kurven a, b, c, zum Ausdruck kommt. Dabei würde die Kurve a etwa
bei der magnetischen Anziehungskraft eines Elektromagneten eines elektromagnetischen
Systems, die Kurve b bei einem elektrodynamischen System und Kurve c bei der Verwendung
von expandierenden Gasen eintreten. Soll die Bedingung, daß die Kurve der aufgedrückten
Kraft ganz oberhalb der Kurve der Gegenkraft verläuft, erfüllt sein, so hat dies
zur Folge, daß von der gesamten aufgedrückten Arbeit, wie sie beispielsweise in
der Fig. 2 durch eine einfach schraffierte Fläche ausgedrückt ist, nur ein Teil
(doppelt schraffierte Fläche) als Arbeitsenergie in der Feder aufgespeichert werden
kann, wodurch ein Energieverlust entsteht. e bedeutet die Kurve für die aufgedrückte
Kraft, d die Gerade, welche der Gegenkraft der Feder nach dem Hookeschen Gesetz
entspricht.
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Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, entweder den Verlauf der
Gegenkraft (Federkraft) so einzurichten, daß er einen zu der aufgedrückten Kraft
proportionalen Verlauf bekommt (dabei können an Stelle der Federn natürlich auch
andere Gegenkräfte, z. B. Gummi, komprimierte Luft usw., benutzt werden) oder umgekehrt
den Verlauf der aufgedrückten Kraft der Gegenkraft einer gegebenen Feder anzupassen.
In den Fig.3 bis 6 ist dies an Beispielen erläutert, wie die Federkraft der elektromagnetischen
Anziehungskraft auf einen Anker angepaßt werden kann. In Fig. 3 bedeuten 1, 2 ,
3 drei hintereinandergeschaltete Federn, die gegebenenfalls verschiedene Elastizitätskoeffizienten
(Federkonstanten) besitzen. 4 bedeutet einen Eisenkern, z. B. Eisenzylinder, der
infolge des von einer Spule 5 herrührenden magnetischen Feldes angezogen wird. Dabei
wird zunächst die ganze Feder 1, 2, 3 gespannt, bis ein zwischen den Federn i und
2 eingeschaltetes Glied, z. B. eine Scheibe 6, durch einen Anschlag 7 gehemmt wird.
Dann wird dieFeder 2 und 3 weitergespannt, bis ein zwischen den Federn 2 und 3 eingeschaltetes
Glied, z. B. eine Scheibe 8, durch einen Anschlag g gehemmt wird. Endlich wird Feder
3 weitergespannt, bis der Kern 4 die obere Endlage erreicht. Das Diagramm der Feder
ist dabei durch den Linienzug I, II, III der Kurve f in Fig. 4 dargestellt.
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Der Vorgang bei einer Einrichtung nach der Fig. 5 verläuft ganz ähnlich,
nur wird hier durch einen besonders gestalteten Anschlag 1o eine kontinuierliche
Verkürzung einer Feder i i erreicht, und als Diagramm der Feder ergibt sich der
kontinuierliche Linienzug der Kurve g in Fig. 6.
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In anderer Weise wird die kontinuierliche Verkürzung einer Feder bei
der Ausführungsform nach Fig. 7 erreicht. Hier besitzt eine Feder 12 in ungespanntem
Zustand eine konische Form. Wird der Hammer 4 angezogen, so legen sich die-einzelnen
Windungen der Feder, die in der Fig. 7 mit 12a1 12v, 12c usw. bezeichnet sind, nacheinander
an die untere Fläche des Magneten. Auch in diesem .Fall arbeitet die Feder so, daß
mit wachsender Entfernung von der Ruhelage ein immer kleineres Stück der Feder zur
Wirkung kommt. Damit wird erreicht, daß die Gegenkraft einen proportionalen Verlauf
zu der aufgedrückten Kraft bekommt, wie er beispielsweise durch die Kurve e in Fig.
2 angenommen war. Das bedeutet, daß fast die ganze während des Arbeitsvorganges
geleistete Arbeit in der Feder aufgespeichert werden kann.
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Fig.8 zeigt weiter, daß dieses Ziel auch durch die Verwendung mehrerer
evtl. verschieden starrer Federn 13, 14, 15, die parallel geschaltet sind, erreicht
wird.
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In Fig. g gibt der gebrochene Linienzug I, II, III der Kurve h das
Diagramm der Federeinrichtung an.
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In vielen Fällen ergibt bereits die Verwendung zweier (gegebenenfalls
verschieden starrer) Federn einen wesentlichen Fortschritt, da hier die in der gespannten
Feder aufgespeicherte Arbeit bereits sehr viel weniger von der durch die aufgedrückte
Kraft geleisteten Arbeit abweicht, als es bei Verwendung einer Feder (vgl. Fig.2)
möglich ist. So stellt Fig. 1o einen Schlagsender dar, wie er für Echolotungen benutzt
wird. Erfindungsgemäß sind hierbei zwei verschieden starre Federn 16 und 17 hintereinandergeschaltet.
Wird der elektrische Strom eingeschaltet, welcher z. B. durch eine Leitung ; 18
der Spule 5 zugeführt wird, so wird der Hammer 4 durch die erzeugte magnetische
Kraft angezogen. Daher wirkt die weiche Feder 17 nur so lange, bis ein ringförmiger
Ansatz ig an dem Hammer 4 sich gegen einen auf dem Hammer verschiebbaren Anschlag
2o legt. Von da ab wirkt die starre Feder 16 allein, bis der Hammer 4 mit seinem
oberen Ende gegen eine Anschlagplatte 21 stößt. Um eine möglichst reibungsfreie
gute Führung des Hammers zu gewährleisten, ist dieser mit drei ringförmigen Nuten
22 versehen, in denen sich mit Öl getränkter Filz befindet. Bei 23 ist die Membran
des Schallsenders ersichtlich.