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Ventilgesteuerte Pfeife, insbesondere für Echolotungen Die Erfindung
betrifft eine ventilgesteuerte, vorzugsweise druckluftbetriebene Pfeife für Signalzwecke
oder als Schallerzeuger für Echomessungen u. dgl. Es sind schon derartige Druckluftpfeifen
bekanntgeworden, bei denen ein vorzugsweise glockenförmig. gestalteter Resonanzraum
mit lippenförmigem Rand von einem Druckluftstrom angeblasen wird, der durch ein
Ventil freigegeben oder unterbrochen, d. h. gesteuert ist. Bei diesen bekannten
Einrichtungen steht die Ventilfläche dauernd unter dem Druck des als Blasmittel
verwendeten Mediums, und zwar derart, daß bei der Freigabe des Blasstromes der unter
Druck stehende Raum um einen gewissen toten Raum vergrößert werden muß. Hierdurch
ergibt sich ein Druckabfall, der sich in einer gewissen Verzögerung des Anblasvorganges
an der Pfeifenlippe äußern kann. Gerade für Lotmessungen nach dem Echoprinzip aber
ist es erwünscht und häufig sogar im Interesse der Meßgenauigkeit notwendig, daß
der Pfeifton plötzlich einsetzt und abbricht, d. h. daß der Druckverlauf an der
Pfeifenlippe praktisch rechteckig ist. Bei den bekannten Einrichtungen trifft dies
weder für den Druckanstieg noch auch für den Druckabfall zu. Denn zur Schließung
des Ventils muß dort der Ventilteller gegen den gesamten auf ihm lastenden Druck:
bewegt werden, so daß sich eine entsprechend verzögerte Schließbewegung ergibt.
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Auch bei anderen, bisher verwendeten Konstruktionen macht sich für
Meßzwecke diese Wirkung bemerkbar, die z. B. ein selbständiges Ventil über einen
Verbindungsstutzen
dem Düsenkörper vorschalten. Bei Betätigung
des Ventils muß in diesen Anordnungen erst der tote Raum bis zur Düsenöffnung unter
Druck gesetzt bzw. entspannt werden, so daß ein steiler Anstieg des Druckes nicht
in dem erwünschten Maß erzielbar ist. Man hat schon vorgeschlagen, zur Verbesserung
dieser Verhältnisse den Ventilquerschnitt entsprechend größer zu bemessen. Dies
führt aber wieder zu größeren Ventilgewichten bzw. -massen. die ihrerseits schwerer
zu beschleunigen sind, so daß aus diesem Grunde das schlagartige Einsetzen und Unterbrechen
des Pfeiftones verzögert wird.
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Es ist ein Schallsender zur Erzeugung kurzer Töne, insbesondere zur
Echolotung in Luft, bekanntgeworden mit einem zentralen Druckmittelbehälter, dessen
Rand zusammen mit dem Deckelrand die Lippe der Pfeife bildet und bei welchem der
Pfeifenraum den zentralen Luftbehälter als Kanal in der Höhe des Randes des Druckmittelbehälters
umgibt. Hierbei ist der Pfeifendeckel mit dem beweglichen Teil eines Magnets verbunden,
der der Wirkung des Druckmittels im Druckmittelraum der Pfeife entgegenwirkt und
zur Betätigung der Pfeife aberregt wird. Zu beiden Seiten des Druckmittelraumes
sind außerdem zwei starr miteinander verbundene Deckel vorgesehen, deren verschiedene
Größe eine Differenzwirkung des eingeschlossenen Druckmittels erzeugt. Diese bekannte
Einrichtung hat wesentliche Nachteile, die durch ungenügenden Ventilsitz, unzureichende
Führung des Schließkörpers, durch Schließen gegen den Luftdruck, durch dauernden
Stromverbrauch bei geschlossenem Ventil und durch Verluste infolge der Umlenkung
des Luftstromes bedingt sind.
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Die beim Bekannten bisher aufgetretenen Schwierigkeiten werden behoben
bei einer ventilgesteuerten, mit Druckluft od. dgl. betriebenen Pfeife, vorzugsweise
mit glockenförmigem Resonanzraum, dessen als Pfeifenlippe dienender Rand über einen
kurzen Luftspalt angeblasen wird, der in der festen Wandung des Druckmittelbehälters
angeordnet sowie auf der Außenseite als auf die Lippe gerichtete Düse und auf der
Innenseite als Ventilsitz für den im Innern des Druckmittelbehälters beweglichen
Schließkörper ausgebildet ist, insbesondere für Echolotungen, welche erfindungsgemäß
gekennzeichnet ist durch einen ringförmigen, mit keilförmigem Ventilsitz versehenen
Schließkörper, auf den das Druckmittel nur auf der durch den Spalt gegebenen schmalen
Ringfläche wirkt.
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Durch die Erfindung wird dabei insbesondere erreicht, daß sich der
Schließkörper schon mit verhältnismäßig kleinen Kräften betätigen läßt, ohne daß
ein besonderes Element zum Druckausgleich erforderlich ist. Die Anbringung eines
solchen Druckausgleichelements bringt den Nachteil toter Räume mit sich, und außerdem
ist es praktisch schwierig durchführbar, zwei starr verbundene Ventile zu vollkommen
dichtem Abschluß zu bringen.
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Die Spaltbegrenzung für den durchtretenden Anblasstrom und der bewegliche
Ventilteller sind konstruktiv voneinander getrennt, und der Ventilteller ist völlig
innerhalb des Druckmittelbehälters angeordnet, aus dem die gespannte Luft bei Öffnung
der Pfeife entweicht. Der Ventilteller verschließt dabei mit einer schmalen, vorzugsweise
ringförmigen Fläche den auf der Innenseite des Druckmittelbehälters als Ventilsitz
ausgebildeten Luftspalt. Es kann also auf beiden Seiten des Ventiltellers höchstens
der kleine Druckunterschied auftreten, welcher dieser geringen Fläche, entsprechend
der Luftspaltbreite, zugeordnet ist und im übrigen im geschlossenen Zustand die
Schließkraft auf den Ventilteller ausübt.
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Der im Druckraum angeordnete Ventilteller wird in vorteilhafter Weise
durch einen ebenfalls im Druckraum vorgesehenen Elektromagnet betätigt, zweckmäßig
unter Einwirkung einer Feder. Zur Sicherung eines stets einwandfreien Ventilsitzes
ist noch unmittelbar am Gehäuse des zur Pfeife gehörenden Druckmittelbehälters vorteilhaft
eine Filtereinrichtung angebracht, beispielsweise in Gestalt eines keramischen Filterkörpers,
die jede mechanische Verunreinigung des Blasmediums vom Druckraum und damit vom
Luftspalt und den Ventilteilen fernhält.
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Nachstehend soll der Erfindungsgedanke an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher beschrieben werden, das sich auf eine ventilgesteuerte Druckluftpfeife bezieht,
deren glockenförmiger Resonanzkörper an seinem schneidenförmigen Rand (Lippe) axial
aus einem kreisringförmigen Luftspalt angeblasen wird. Dabei sei jedoch bemerkt,
daß die Erfindung sich nicht allein auf diese Konstruktion beschränkt. Vielmehr
kann der Grundgedanke der Erfindung sinngemäß auch sonst angewandt werden, etwa
dann, wenn der Luftstrom durch einen Kreisringspalt rotationssymmetrisch in radialer
Richtung nach außen geblasen wird, also beispielsweise die Glocke statt in der Schneidenrichtung
quer zu dieser über den Lippenrand hinweg anbläst. Auch in solchem Falle läßt sich
der Druckraum mit festen Wänden und fester Spaltbegrenzung ausführen, wobei der
bewegliche, den Luftspalt freigebende Teil in axialer Richtung längs des Luftspaltes
verschiebbar angeordnet sein kann. Grundsätzlieh
ist die Erfindung
in Verbindung mit jeder Lippenform denkbar.
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Die in der Abbildung dargestellte, axial blasende Pfeife besteht im
wesentlichen aus einem Druckkessel i, aus dem die Luft über einen kreisringförmigen
Luftspalt 2 gegen die Lippe 3 eines Resonanzkörpers q. in Glockenform geblasen wird.
Zur Steuerung, d. h. zur Freigabe und Unterbrechung des Luftstromes durch den Spalte
:2 ist ein innerhalb des Druckmittelbehälters i axial beweglicher Ventilkörper 5,
6 vorgesehen. Dieser sitzt nur mit schmalen Ventilsitzflächen unmittelbar über dem
Luftspalt auf dem Ventilsitzkörper 7 auf, der im übrigen einen festen Teil der Begrenzung
des Windkessels i bildet. Der Ventilsitzkörper ist zweckmäßig mit einer Anzahl,
z. B. vier, symmetrisch verteilter Stege 8 versehen, welche den inneren mit dem
äußeren Teil über den Luftspalt hinweg fest verbinden. In dem Ventilsitzkörper ist
beispielsweise ein Schaft 9 eingeschraubt, auf dem mit Hilfe eines Verstellgewindes
die Pfeifenglocke q. befestigt ist. Durch Änderung des Abstandes der Glocke q. vom
Luftspalt 2 läßt sich der Resonanzraum verändern und dadurch die Tonhöhe der Pfeife
in gewissen Grenzen einstellen. Der Schaftkörper 9 und auch der außerhalb des Luftspaltes
befindliche Teil des Ventilsitzkörpers 7 ist vorteilhaft stromschnittig ausgeführt,
damit Luftwirbelungen nach Möglichkeit unterdrückt werden. Der innere Teil des Ventilsitzkörpers
7' kann aus Gründen der Herstellung (schmaler Luftspalt) gesondert ausgeführt und
gegen den Körper 7 geeignet zentriert sein.
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Der Ventilteller 5 ist beispielsweise über einen Führungskörper 6
mit dem Anker 1o des Betätigungsmagnets fest verbunden. Ventilkörper und Anker werden
im Normalzustand durch eine Feder i i gegen den Ventilsitz gepreßt, so daß die Luftzufuhr
unterbrochen ist. Über dem Anker io ist innerhalb des Windkessels i leicht ein Elektromagnet
12 anzuordnen, bei dessen Einschaltung der Anker und damit das Ventil um einen geringen
Betrag angehoben wird, der zur Freigabe des Luftspaltes ausreicht. Damit das Druckmittel
nur auf die durch den Spalt :2 gegebene schmale Ringfläche wirkt, ist der Ventilkörper
5, 6, wie dies auch sonst von Ventilkonstruktionen her bekannt ist, in der Mitte
durchbrochen, so daß das Druckmittel auf alle Teile des Ventilkörpers allseitig
einwirkt, mit Ausnahme der schmalen, durch den Spalt 2 gegebenen Ringfläche, auf
die das Druckmittel nur von oben her drückt. Infolge dieser Durchbrechung des Ventilkörpers
kann die Druckluft auch von der Innenseite des Ventilkörpers her zum Luftspalt gelangen,
was zur Vergrößerung des Eintrittsquerschnittes am Luftspalt dient. Nach einer Weiterbildung
der Erfindung ist es bei dem vorgesehenen schmalen Ventilsitz zweckmäßig, für den
Ventilkörper eine Führung vorzusehen, die jedoch im Hinblick auf die zu fordernde
leichte und schnelle Beweglichkeit des Ventilkörpers möglichst wenig Widerstand
bei der Ventilbewegung erzeugen darf. Zu diesem Zweck kann erfindungsgemäß eine
doppelte Konstruktion von parallelen Haltebändern in Form sogenannter Spinnen vorgesehen
sein, wie sie z. B. für Lautsprechersysteme bekannt sind, beispielsweise dienen
hierzu die Spinnen 13 und 14., deren innere bzw. äußere Ringteile mit dem Ventilkörper
verschraubt bzw. an geeigneten Sitzflächen des Außenkörpers befestigt sind.
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Die Zuführungen für den Elektromagnet sind in bekannter Weise über
eine druckfeste Durchführung 15 in den Windkessel eingeführt.
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Zur Sicherung eines genauen Abschlusses des Luftspaltes durch einwandfreien
Ventilsitz wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung unmittelbar am Windkessel
i ein Filter 16 angeschraubt, beispielsweise ein keramischer Filterkörper, durch
den die über den Anschlußstutzen 17 zugeführte Druckluft hindurchgepreßt wird.
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Die Bemessung des Windkessels erfolgt dabei vorteilhaft so, daß während
eines Pfiffes von normaler Dauer kein wesentlicher Druckabfall entsteht. Auf diese
Weise wird es z. B. auch bei Anwendung eines Filters mit hohem Durchgangswiderstand
möglich sein, eine ganze Reihe von Pfiffen allein aus dem Windkessel zu decken.
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Das ganze Gerät kann zur Erhöhung der Wirksamkeit in an sich bekannter
Weise mit einem Schallreflektor, z. B. einem metallischen Parabolspiegel, verbunden
sein, in dessen Brennpunkt die Pfeifenglocke angeordnet ist.
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Mit einer solchen oder ähnlichen Konstruktion läßt sich also jede
Verzögerung einerseits der Ventilbewegung und andererseits des Druckanstiegs oder-
abfalls an der Pfeifenlippe vermeiden, so daß tatsächlich die idealen plötzlichen
Druckschwankungen verwirklicht werden können, wie sie zur Durchführung von Laufzeitmessungen,
Echolotungen u. dgl. erforderlich sind.