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Schallsignalapparat Die Erfindung betrifft einen Schallsignal-' apparat
mit einer Preßluftkammer, aus der die Preßluft durch eine oder mehrere, von einer
oder mehreren gleichzeitig als Ventile und als Tonerzeuger dienenden, leichtbeweglichen
Membranen oder Teller ,gesteuerte Öffnungen periodisch ausgestoßen wird.
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Zweck .der Erfindung ist es, einen Signalapparat .dieser Gattung zu
schaffen, bei dem ein Öffnen und Schließen der Ausströmungsöffnungen der Preßluftkammer
unter der Druckwirkung der Preßluft auf die Membranen oder Teller stattfindet.
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Das Wesen der Erfindung besteht @darin, daß die aus magnetischem Werkstoff
hergestellte Membran bzw. der Teller selbst :den Anker,oines Elektromagneten bildet,
:der während der ganzen Tonerzeugung stromführend bleibt und auf -die Membran oder
den Teller eine der Druckwirkung der Preßluft entgegengerichtete Anziehungskraft
ausübt, wobei der maximale Druck auf :die Membran die Anziehungskraft des Eleldromagneten
in der geschlossenen Stellung übersteigt. Diese Anziehungskraft, die bestrebt ist,
die Membran oder den Teller immer geschlossen zu halten, hat seinen Höchstwert im
Öffnungsaugenblick und nimmt dann allmählich ab, je mehr die Membran oder der Teller
von der Öffnung abgehoben wird, was zu einer Beschleunigung der Öffnungsbewegung
führt. Umgekehrt, nimmt beim Schließen der Öffnung :die Anziehungskraft allmählich
zu, so daß auch .die Schließbmvegung mit entsprechender Beschleunigung erfolgt.
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Es ist zwar bereits bekannt, bei Signalapparaten der eingangs erwähnten
Art eine als Ventildienende Membran oder einen Teller durch die Wirkung eines Elektromagneten
geschlossen zu halten. Zwecks Öffnen des Ventils durch die Wirkung .der Preßluft
wird hierbei der Stromkreis des Elektromagneten geöffnet, so @d:aß die magnetische
Anziehungskraft aufhört, bevor das Öffnen !beginnt. Das Öffnen erfolgt somit gegen
einen durch die Trägheit des Ventils bedingten Wiederstand, und eine Besch,leunibgung
der Öffnungsbewegung kann somit nicht stattfinden.
In der Zeichnung
stellt Fig. i einen Schnitt durch einen akustischen Signalapparat .gemäß der Erfindung
mit pneumatischer öffnungskraft dar. Fig. z zeigt eine Abänderung des Apparates
nach Fi:g. i. Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen akustischen Signalapparat abgeänderter
Bauart, aber ebenfalls mit pneumatischer Öffnungskraft. Fig.4 ist ein Schnitt durch
einen erfindungsgemäßen Signalapparat mit zwei Ventilen. Fig. 5 ist ein Längsschnitt
durch eine weitere abgeänderte Ausführungsform, und- Fig. 6 ist ein Querschnitt
nach Linie 6-6 der Fig. 5.
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In Fig. i bezeichnet i eine Kammer, .die durch eine Öffnung 2 mit
einem Preßluftbehälter 3 in Verbindung steht und einen zu einem Horn 4 führenden
Austrittskanal 5 aufweist, der durch ein Ventil 6 überwacht ist. Das Ventil 6 besteht
aus einer leichten, federnden Membran, z. B. einem federnden Stahlblatt, dessen
eines Ende 7 fest eingespannt ist und dessen beweglicher Teil den Anker eines Elektromagneten
8 bildet, dessen Kern g einen Polschuh fo trägt, auf welchem .das freie Ende des
Membranventils 6 in seiner geschlossenen Lage aufliegt. - Der Stromkreis des Elektromagneten
enthält zweckmäßig einen veränderlichen Widerstand i i in Reihe m,it der Stromquelle
12. Die Größe der Öffnung 2 zwischen Kammer i und Behälter 3 kann durch die Schraube
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verändert werden.
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Die Arbeitsweäst ist wie folgt: Angenommen, .das Ventil 16 befinde
sich in der dargestellten geschlossenen Lage und -die Kammer i sei mit Luft atmosphärischen
Druckes gefüllt. Jetzt findet durch die Öffnung 2 eine Überströmung der Preßluft
aus dem Behälter 3 in die Kammer i statt. Die Membran 6 wird also einem zunehmenden
Druck ausgesetzt, der bestrebt ist, die Membran vom Polschuh fo zu entfernen. Wenn
dieser Druck die entsprechend eingestellte Anziehungskraft des Magneten 8 überwindet,
bewegt sich die Membran in ihre offene Lage, und zwar mit einer Kraft, die in dem
Maße vergrößert wird, als die Anziehung des Magneten abnimmt, d. h. mit einer stark
beschleunigten Gesch,#vindiglceit. Eine bestimmte Menge der Preßl.uft wird deshalb
durch das Horn 4 ausgestoßen, der Druck in der Kammer i sinkt, und die Membran wird
.durch den Magneten 8 angezogen und wieder in ihre geschlossene Lage bewegt. Sobald
ein neuer Höchstdruck in der Kammer i gebildet wird, wiederholt sich der beschriebene
Vorgang.
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Die Regelung der Rückbewegung der Membran 6 kann entweder durch Regelung
im Stromkreise des Elektromagneten 8 oder durch Einstellung der Größe der Öffnung
2 erfolgen, um eine genügende Pause der Schallaussendung zu erreichen. Wenn der
Stromkreis des Magneten derart geregelt wird, daß .die Stärke des Feldes zunimmt,
dann muß ein höherer Luftdruck unterhalb der Membran erreicht werden, ehe die Metnbran
ihre Öffnungsbewegung einleitet. Hierdurch erfolgt ein schnelleres Ausschwenken
der Membran 6 und somit ein schnelleres Ausströmen des Luftstromes in das Horn;
auch strömt eine größere Luftmenge pro Zeiteinheit während des ersten Teiles der
Öffnungsperiode aus. Eine steilere Wellenfront der Druckluft sowie eine größere
lebendige Kraft der schallerzeugenden Luftteilchen und somit auch ein Schall höherer
Intensität wird erreicht, als es der Fall wäre, wenn Luft niedrigeren Druckes verwendet
würde.
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Die :im Kanal 5 oberhalb der Membran 6 befindliche Luft wird gezwungen,
augenblicklich mit der Druckluft unterhalb der Membran zusammenzuwirken, <<.geil
die Membran bei ihrer Entfernung vom Polschuh io die genannte Luft nach außen drängt.
Hierdurch erhält man auch eine entsprechende Dämpfung des Stoßes der Membran 6 gegen
die obere Wand des Kanals 5.
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Wenn der der Membran 6 zugekehrte Pol des Magneten 8 beispielsweise
ein Nordpol ist, dann wird der gegen den Polschuh fo anliegende Teil der Membran
ein Südpol. Wenn erwünscht, kann man in der oberen Wand des Kanals 5 einen Hilfsmagneten
mit Nordmagnetismus anbringen, der derart wirkt, daß er :bei starken Ausschlägen
der Membran, d. h. bei Einstellung für größeren Luftdruck in der Kammer i, zusammen
mit der Trägheit der Membran ,dahin wirkt, die Membran während einer längeren Zeitdauer
-von dem Magneten 8 entfernt zu h.altan,.weil die bran bei größeren Ausschlägen
in ein immer stärker werdendes Feld des genannten Hilfsmagneten eintritt.
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Damit die Einrichtung wie beabsichtigt wirken soll, ist es unbedingt
notwendig, daß die Sperrkraft, die -das Ventil in geschlossener Lage zu halten sucht,
mit der Öffnungsbe-,vegung des Ventils ähnimmt, da die Membran sonst eine Gleichgewichtslage
zwischen geschlossener und ganz offener Lage einnehmen oder um eine solche Lage
schwingen würde.
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Fig. 2 stellt eine Abänderung --des. Austrittskanals 5 dar. Der Kanal
5 ist in der Nähe des Hornes 4 eingeschnürt, und zwar symmetrisch von oben und unten,
damit die Luftsäule im Horn .durch den Druckstoß der austretenden Luft zentral angegriffen
werden kann.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der das Ventil zwischen
Druckkammer
i und Horn 4 bildende Anker des Sperrmagneten 8 die
Form eines Kegelmantels 6 aufweist. Der Kern 9 :des Magneten 8 ist schalenförmig,
und zwar bildet das Innere .des Kerns die Druckhammer i, die durch Öffnungen 2 ,im,
Bodendes Kerns mit dem Preßluftbehälter 3 in Verbindung steht. Bei seiner Mündung
weist der Kern 9 einen Sitz 15 für das kegelige Ventil 6 auf. Das Horn 4
steht mit einem im oberen Teil des Gehäuses vorgesehenen, das Ventil 6 umgebenden
Ringraum. 16 in Verbindung. Die Wirkungsweise ist ähnlich der oben beschriebenen.
Zwecks Führung des Ventils in seine richtige Lage auf den Sitz 15 kann man eine
an die Spitze des Kegels 6 angreifende Zugfeder 17 verwenden.
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Es können auch mehrere als Ventile wirkende Einzelanker parallel angeordnet
werden. In diesem Falle nnuß jedoch Synchronismus zwischen den Bewegungen der Anker
bestehen, damit der Ton rein wird und eine wirksame Zusa mmenwirkung erreicht werden
kann. Eine Lösung dieser Aufgabe setzt die Erfüllung folgender Bedingungen voraus:
Es rrnuß eine gemeinsame Druckkammer zum Bewirken der Öffnungsbewegung der Ventile
vorhanden sein"daenit sich die Drücke auf die einzelnen Ventile synchron ändern.
Jede Membran muß für sich eingestellt werden können, und zwar durch Widerstände
im Kreise des Elektromagneten oder etwa :durch Verwendung von Membranventilenbestimmter
Spannung. Eine Einrichtung zur selbsttätigen gegenseitigen Betätigung der einzelnen
Ventile muß vorhanden sein, so @d:aß, wenn ein Ventil .geöffnet wird, dasselbe das
Öffnen der übrigen Ventile unterstützen kann. Dies bann z. B. dadurch erreicht werden,
daß man einen gemeinsamen Sperrmagnetkreis für :sämtliche Ventile anordnet. Eine
Ausführungsform dieser Gattung ist in Fig. 4 dargestellt.
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Der Kern 9 des Magneten 8 bildet die Wand einer Druckkammer i, die
durch Löcher 2 mit einem nicht dargestellten Preßluftbehälter in Verbindung steht.
Die Verbindung zwischen der Druckkammer i und dem Horn 4 wird durch zwei Membranventile
61 und 6' überwacht. Diese Ventile liegen in ihrer .geschlossenen Lage mit
ihren freien Enden gegen einen Polschuh io zu :beiden Seiten einer nicht magnetischen
Masse 18 an, so daß in dieser Lage ein geschlossener Magnetkreis durch die Membranen
vorhanden ist. Wenn eine Membran, z. B. 61, sich vor der anderen öffnet, idann entsteiht
ein Luftspalt zwischen io und 61 .und bewirkt eine Schwächung der Anzsehungskraft,
so daß auch die Mem'bra@n 62 sich sogleich öffnet. Fig. 5 stellt eine Ausführungsforen
:dar, die mit einem besonders leichten und leichtbeweglichen Ventil ausgerüstet
ist, das sich im schnellen Takt bewegen kann und somit das Aussenden von Schallstößen
:höher Frequenz erlaubt.
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In dieser Ausführungsform sind der Magnet 8 und der Kern 9 zentral
im Preßluftbehä:lter 3 angeordnet, mit dessen Boden der säulenähnliche Kern metallisch
verbunden ist. Der Kern 9 trägt einen Polschuh io in Form eines geschlossenen Zylinders,
der etwa mit einem nichtmagnetischen Material gefüllt werden kann. Oben ist der
Zylinder io von der ringförmigen Druckkamee i umgeben, .die durch eine Aussparung
in der oberen Wand des Behälters 3 gebildet ist. Die Kammer i ist gegen das Innere
des Behälters 3 mit einem Boden 2o aus nichtmagnetischem Material versehen, der
durch Öffnungen 2 durchbrochen ist. Oben wird die Druckkammer durch die ringförmige
Ventilplatte 6 geschlossen, die den beweglichen Anker des Magneten darstellt. Die
Ventilplatte 6 wird durch eine dünne Membran 21 getragen, die in ihrer Mitte an
einem den Zylinder io schließenden Deckel :22 aus nichtmagnetischem Material festgespannt
ist. Oberhalb der Membran ist eine Anschlagplatte 23 vorgesehen, die in der geschlossenen
Lage des Ventils zwischen sich und der Membran einen Zwischenraum bildet. Die Anschlagplatte
und die Membran werden durch die Schraube 24 in, ihrer Lage gehalten. Die Anschlagplatte
dient zur Begrenzung der Öffnungsbewegung des Ventils und der Membran. Die Ventilplatte
6 trägt einen Umrfangsflansch 25, der teils zur Versteifung der Platte und teils
zum Überwachen von Kanälen 26 dient, die zu einem zentralen Horn 4 führen.
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Die Wirkungsweise ist im großen und ganzen .dieselbe wie oben beschrieben.
Der Druck in der Kammer i hebt das Ventil 6 mit einer zunehmenden Geschwindigkeit
und erlaubt ein schnelles Austreten der verhältnismäßig geringen Luftmasse, die
in der Kammer i aufgenommen werden kann, wonach der Magnet das Ventil wieder anzieht,
und zwar ebenfalls mit zunehmender Geschwindigkeit, bevor der Druck in der Kammer
i wieder bis zum Öffnungswert gesteigert worden ist. Der Behälter 3 wird durch die
Öffnung 30 von einer nicht .dargestellten Quelle mit Druckluft gespeist.
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In dieser Ausführungsform muß :der Behälter 3 :aus einem magnetischen
Material hergestellt werden, weil er in den Magnetkreis eingeschlossen ist, der
durch :den Kern 9, den Polschuh io, den Ventilring 6 und den Behälter 3 gebildet
wird, wie durch Pfeile in Fig. 5 angedeutet ist.
Die Membran ist
äußerst dünn, um das Austreten geringer Luftmengen hohen Druckes ,in schneller Reihenfolge
zu gestatten und dadurch .das Aussenden eines scharfen Tones mit geringem Energieverbrauch
zu ermöglichen. Die Menvbran kann entweder aus dünnem Metall, wie ,z. B. Duralumin.ium,
oder auch aus -einem nichtmetalilischen Material hergestellt werden, z. B. einem
imprägnierten Stoff, wie tropenlaclaierter Rohseide o. dgl.
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Gegebenenfalls kann die Membran durch eine kleine Anzahl dünner, aber
widerstandsfähiger, nachgiebiger Speichen ersetzt werden, -die an dem Deckel 22
befestigt sind. Im Falle einer Membran aus Rohseide o. d.gl. kann das Ventil z,#veckmäßig
an die Membran festgeklebt oder auch genietet werden. Man kann abier auch Eisenpulver
unmittelbar auf die Membran spritzen, um .das ringförmige Ventil zubilden. Das ringförmige
Ventil soll am Umfang versteift -werden, so daß, wenn die Luft das Ventil .an einem
Punkt des Umfanges hebt, der übrige Teil des Ringes an der Bewegung teilnimmt und
gleichzeitig auch vom Polschuh io entfernt wird.
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Zwecks Erleichterung des bleichzeitigen Hehens des Ventilringes ringsum
kann beispielsweise die Anordnung getroffen werden, daß man statt .des Zylinders
io aus magnetischem Material axial verlaufende Magnetstäbe verwendet, die abwechselnd
Nord- und Sittd,m:agnetismus tragen, wie in Fig. 6 angedeutet ist, wo S Stäbe mit
Südmagnetismus und 11,T Stäbe mit Nordmagnetismus bezeichnen, die in den übrigens
aus einem urmagnetischen -\-Z#aterial hergestellten Zylinder eingebettet sind. Das
Magnetfeld verläuft in Reihe durch mehrere Magnete und entsprechende Teile .des
Ventilringes. Wenn,der Ventilring an .einem Punkt gehoben wird, dann wird durch
den -Luftspalt der Magnetfluß schwächer, so daß auch die übrigen Teile des Ventils
gehoben werden. Um hierbei eine Ströinung,der Luft in der Umfangsrichtung des Ventils
zu vermeiden, falls das Ventil an eine-in Punkt gehoben wird, können radial verlaufende
Trennwände in der Kammer i vorgesehen werden; gegebenenfalls können diese Trennwände
an .der unteren Seite des Ventilringes befestigt sein.
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Anstatt de =magnetischen Materials zwischen :den Stäben S, N kann
man selbstverständlich die Stäbe frei aufstellen, d. h. nur durch die Luft voneinander
getrennt.