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Durch ein Druckmittel betriebener Membranschallsender Es sind zahlreiche
Ausführungen von Schallsigiialapparaten bekannt, bei denen eine Membran durch ein
Druckmittel in Schwingungen versetzt wird und dadurch periodische, in Schallwellen
umgewandelte Verdichtungsstöße in der von einem Schalltrichter umgebenen Luftsäule
erzeugt werden. Derartige Xlembranschallsender sind weitverbreitet als Signalgeber
auf Fahrzeugen jeder Art, in ortsfestem 1?inbau oder auch als transportierbare Einzelgeräte
in Verbindung mit einer Handluftpumpe. :\ulier Druckluft können auch andere gasförmige
Druckmittel zur Erregung der Membran verwendet werden, vorzugsweise wird ein auf
dem Fahrzeuge oder in dem Gebäude ohnehin bei einer Maschinenanlage vorhandenes
Druckmittel, wie z. 13. Dampf, für den Betrieb des Schallsenders mit ausgenutzt.
Bei schwankendem oder zu hohem Druck wird das Betriebsmittel auf einen unter den
jeweiligen Verhältnissen zweckmäßigen Zustand gebracht.
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Die an ihrem Umfang eingespannte, kreisförmige Membran, es gibt auch
Schallsender mit mehreren Membranen. besteht entweder aus einer einzigen dünnen,
elastischen Metallscheibe oder zur Erzeugung größerer Schallstärken aus mehreren,
miteinander gewöhnlich in der Mitte durch einen Niet zu einem einheitlichen Schwingungsgebilde
verbundenen gleichen Scheiben. Im Ruhezustande trennt die Membran im allgemeinen
den Eintrittsraum und den Austrittsraum des Druckmittels ganz voneinander; teilweise
dichtet sie sogar mit einem gewissen, durch eine Feder oder durch eigene elastische
Verformung bewirkten Druck gegen die ringförmige Trennkante zwischen den beiden
Räumen ab. Im letzteren Falle wird etwa eine im spannungsfreien Zustande ausgebauchte
Membran
beim Einbau durch die Trennkante in eine ebene Form gebracht.
Ferner ist schon eine Membran in ihrer Mitte mit einer größeren Masse fest verbunden
worden, um die Schwingungsweite der -Membran zu vergrößern.
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Desgleichen ist man hinsichtlichderDruckmittelführung bei Membranschallsendern
verschiedene Wege gegangen. So gibt es einerseits Bauarten, bei denen der Zuführungsraum
des Druckmittels vom mittleren Teil und der diesen Raum umgebende, in den Schalltrichter
übergehende Austrittsraum des Druckmittels vom äußeren Teil der Membran abgeschlossen
wird. Andererseits wird das Druckmittel auch zunächst gegen den ringförmigen äußeren
Teil der Membran und von hier an der Trennkante vorbei nach ihrer Mitte geführt.
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Die vorliegende Erfindung geht von der zuletzt genannten Art der Druckmittelführung
aus; in diesem Falle liegen die Verhältnisse bezüglich der Erregung der Membran
gewöhnlich etwas günstiger; denn man kommt bei im allgemeinen größerer Beaufschlagungsfläc'he
mit einem geringeren Druck aus, als wenn die Membran bei gleicher Erregung im mittleren
Teil beäufschlagt wird. Allerdings ist das Druckmittel bestrebt, beim Schwingen
der Membran nach beiden Seiten, also auch nach ihrem Außenrand hin, abzuströmen.
Um einen an dieser Stelle durch Übertreten auf die Rückseite der Membran entstehenden
Druckmittelverlust möglichst gering zu halten, wird der Rand der Membran entsprechend
fest eingespannt, was sich im Sinne hoher Membranfrequenzen auswirkt, die, insbesondere
bei kleinen Membrandurchmessern, verhältnismäßig hohe Tonlagen ergeben. Für tiefe
Töne, die sowohl angenehmer empfunden werden, als auch eine größere Tragweite in
der Atmosphäre haben und deshalb für akustische Signalgeräte vielfach vorzuziehen
sind, müssen dagegen bisher Membranen mit Durchmessern bis über '/Q Meter verwendet
werden. Hierbei hat auch der auf die Membran abzustimmende Schalltrichter recht
erhebliche Abmessungen; dadurch wird der ganze Schallsender so groß, schwer und
auch teuer, daß er für manche, an sich geeignete Verwendungszwecke nicht in Betracht
kommt.
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Wegen der ständig größer werdenden Verkehrsdichte und Geschwindigkeit
auf Straßen und Schienen besteht jedoch ein Bedürfnis an einem kleinen, leichten
und billigen Gerät für verhältnismäßig große Schallstärken und tiefe Töne bei geringem
Druckmittelaufwand. Zur Lösung dieser Aufgabe bedient die Erfindung sich einiger
Erkenntnisse aus dem Gebiet der Schwingungslehre und Akustik, die an sich nicht
grundsätzlich neu sind, deren Anwendung im vorliegenden Zusammenhang aber eine fortschrittliche
Anregung bedeutet. Hinzu kommt die Verwertung von Ergebnissen neuerer Versuche.
So hat es sich z. B. gezeigt, daß es bei einer Beaufschlagung der :Membran in der
Mitte und Druckmittelführung von innen nach außen für die Erregung der Membran und
die Schallerzeugung unerheblich ist, ob sich auf der Rückseite der Membran die freie
Atmosphäre oder ein mit dieser gar nicht oder nur durch eine kleine Öffnung verbundener
geschlossener Raum befindet. Bei der umgekehrtemAnordnung, die aus dem bereits erwähnten
Grunde bei der Erfindung angewendet wird, kann dagegen die Erregung der -Membran
durch geeignete Maßnahmen auch von der Rückseite her wirksam unterstützt werden.
Demgemäß sollen im wesentlichen folgende -Merkmale bei einem Membranschallsender
verwirklicht werden: a) ein trichterartig erweitertes -Mundstück an dem der Membran
zugekehrten Ende des dem Schalltrichter unmittelbar vorgeschalteten Austrittsraumes
für das Druckmittel, b) ein auf die Afembranschwingungen abgestimmter Resonanzraum
zwischen der Rückseite der Membran und dem mit einer entsprechenden Öffnung versehenen
Deckel.
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Die mit dem trichterartig erweiterten Mundstück erreichte Düsenwirkung
dient dazu, trotz niedriger Membranfrequenzen und dementsprechend tiefer Tonlage
im Austrittsraum eine hohe Geschwindigkeit des Luftstroms im Sinne einer Schallverstärkung
zu erzeugen.
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Der auf der Rückseite der --Membran liegende, zwischen dieser und
dem Deckel eingeschlossene Raum bildet zusammen mit der ihn mit der Außenluft verbindenden
Deckelöffnung ein Schwingungssystem, das so auf die Membranschwingungen abzustimmen
ist, daß sich eine die letzteren verstärkende Resonanzwirkung ergibt. Wenn man das
nicht beachtet und den Raum oder die Deckelöffnung falsch bemißt, wird die Erregung
der Membran nicht gefördert, sondern gehemmt. In diesem Zusammenhang hat also der
gleichzeitig die Membran einspannende Deckel nicht nur den Zweck, die Membran vor
Witterungseinflüssen zu schützen.
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Die beiden vorerwähnten Merkmale der Erfindung beziehen sich auf die
beiden Räume, die, abgesehen von der Membran selbst, auf die Erzeugung der Schwingungsfrequenz
am wesentlichsten sind; dabei haben sie den Vorteil, daß sie keine vergrößerten
Abmessungen des ganzen Gerätes bedingen, um seine -Wirkung zu verbessern. Darüber
hinaus läßt sich zur Anpassung an verschiedene Frequenzen das Mundstück des Austrittsraumes
für sich oder gemeinsam mit dem anschließenden Kanal als besonderer, leicht auswechselbarer
Teil in das Gehäuse einsetzen.
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Die Erregbarkeit der Membran wird noch gesteigert, wenn eine für größere
Schallstärken übliche Mehrscheibenmembran derart ausgeführt wird, daß mindestens
eine ebene Scheibe mit einer gekrümmten Scheibe verbunden ist. Von diesen liegt
die erstere gegen das Gehäuse und die Trennwand zwischen dem Eintritts- und dem
Austrittsraum des Druckmittels an, während die letztere sich mit ihrem Rand federnd
gegen den Deckel abstützt. Dadurch wird ein Arbeiten der Membran mit niedrigen Frequenzen
und gleichzeitig ein ununterbrochenes Anliegen mindestens der einen Membranscheibe
gegen den Deckel ermöglicht. Außerdem werden das Gehäuse und der Deckel besonders
wirksam in das Schwingungssystem der Membran einbezogen, so daß man auch für größere
Schallstärken
mit einer verhältnismäßig leicht zu erregenden Membran
auskommx. Die Eigenschaften einet 1--,inscheibetimembran undeiner@fehrscheibeninembran
lassen sich übrigens auch in der Weise miteinander vereinigen, daß von einer Mehrscheibenmembraii
nur eine Scheibe eingespannt wird, mit der mindestens eine Scheibe von kleinerem
Durchmesser verbunden und die dem Deckel zugekehrte Scheibe, wieder von dieser Seite
aus gesehen, konkav gekrümmt ist. Olt es sich empfiehlt, die Membran aus mehr als
zwei Scheiben zusammenzusetzen und dann die mittlere Scheibe oder die mittleren
Scheiben in ihrer Form oder/und Größe der einen oder der anderen Scheibe anzugleichen,
muß stach den jeweils gegebenen Verhältnissen \-ott Fall zu Fall entschieden werden.
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1n der Zeichnung sind in den Fig. 1 bis 3 verschiedene .\usführungsbeispiele
der neuen Bauart eines Membranschallsenders dargestellt. Für gleichartige Teile
sind in allen diesen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet worden. Außerdem
zeigt die Fig. .4 eine Spezialausführung der Membran.
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Ilei der Ausführung nach Fig. i ist das Gehäuse i, bei dem das Druckmittel
an einer Seite durch den Eintrittsstutzen 2 zugeführt wird und dann in einen Ringraum
3 gelangt, in der :fitte als zylindrischer Tonführungskanal 4 ausgebildet. Dieser
erweitert sich an dem der Membran zugekehrten Ende zu einem trichterförmigen Mundstück
@. Die Membran besteht aus drei gleich großen, in der 'Titte miteinander vernieteten
Scheiben 6 bis 8, von denen zwei Scheiben 6, 7 eben und die dritte, dem mit dem
Gehäuse verschraubten Deckel 9 zugekehrte Scheibe 8 etwas durchgebogen ist, so ciaß
sie sich mit ihrem Rand federnd gegen den Deckel abstützt und dadurch die andere
äußere Scheibe 6 mit einem gewissen Druck gegen das Gehäuse und den abgerundeten
Rand des Mundstückes zur Anlage bringt.
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Um den beim Schwingender Membran an ihrem Rand durch Übertreten nach
der Deckelseite sich ergebenden Druckmittelverlust möglichst gering zu halten oder
ganz zu unterbinden, was im vorliegenden l@ alle bereits weitgehend durch die federnd
gegen den Deckel anliegende Scheibe 8 erreicht wird, ist hier in an sich bekannter
Weise noch eine beso4dere Dichtung To vorgesehen. Der von der Membran und dem Deckel
eingeschlossene Raum 11 und die in der Deckelmitte angeordnete Öffnung 12 sind in
ihren Abmessungen sowohl aufeinander als auch auf die Membran so abgestimmt, daß
sich bei der Erregung der letzteren durch das Druckmittel in dem Raum 11 eine die
Membranschwingungen unterstutzende Resonanzschwingung ausbildet. Auf der dem Deckel
entgegengesetzen Seite ist das Gehäuse mit dem zur Membran, zum Mundstück und dem
anschließenden Kanal gleichachsig verlaufenden Schalltrichter 13 versehen, der nur
teilweise dargestellt ist.
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Die beiden anderen Ausführungen unterscheiden sich von der ersten
Ausführung lediglich dadurch, daß nach Fig. 2 das Mundstück 14 für sich und nach
Fig. 3 das Mundstück IS zusammen mit dem anschließenden Kanal 16 als ein besonderer,
leicht auswechselbarer Teil in das Gehäuse 1 eingesetzt ist. Auf diese Weise kann
der Schallsender auf verschiedene Tonfrequenzen abgestimmt werden, was hinsichtlich
einer Verwendung der gleichen Bauart für verschiedene Zwecke von besonderem Vorteil
ist.
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Infolge der starken Verringerung des Strömungsquerschnittes in dem
zentralen Austrittsraum des Druckmittels wirkt dieser wie eine Düse, so daß auch
bei einer verhältnismäßig geringen Schwingungszahl der Membran und einem dementsprechend
geringen Druckmittelverbrauch eine hohe StrÖ-mungsgeschwindigkeit und damit ein
kräftiger Impuls auf die Luftsäule im Schalltrichter erreicht wird. Hierfür genügt
nicht eine mit nur ganz geringfügiger Erweiterung verbundene Zuschärfung am Eintrittsende
des zwischen der Membran und dein Schalltrichter liegenden Rohrstückes, wie sie
bei einer bekannten Ausführung vorgesehen ist. Vielmehr ist es zur Vermeidung von
unerwünschten pfeifenden Geräuschen wesentlich, daß der Rand des 'Wundstückes für
eine möglichst wirbelfreie Führung des Druckmittels an der schmalen Durchtrittsstelle
gut abgerundet ist.
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Auf Grund eingehender Versuche ist festgestellt worden, daß eine noch
weitergehende Verringerung des Druckmittelverbrauches bei gleicher Schallstärke
oder eine größere Schallstärke bei gleichem Druckmittelverbrauch erreichbar ist,
wenn eine sog. Schwingmembran gemäß Fig. ,4 verwendet wird. In diesem Falle hat
die in der Einbaulage dem Gehäuse zugekehrte Membranscheibe 17 einen größeren Durchmesser
als die beiden anderen an ihrem Rand nicht eingespannten Scheiben 18, Tg, von denen
die letztere dem Deckel zugekehrte Scheibe wie bei der Membranausfiihrung nach den
Fig. 1 bis 3 gekrümmt ist. Auch hier kann gegebenenfalls die mittlere llembranscheibe
weggelassen werden.
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Mit einem Schallsender der neuen Bauart können trotz verhältnismäßig
kleiner Membrandurchmesser und entsprechend kurzer Schalltrichter tiefe Töne von
großer Lautstärke erzeugt werden, was bisher nur mit sehr großen, für Seeschiffe
verwendbaren Tyfonen möglich war. Somit lassen sich nunmehr auch Straßen- und Schienenfahrzeuge
mit wirksameren Schallsendern ausrüsten, was im Interesse der Verkehrssicherheit
von großer Bedeutung ist. Abgesehen von dem Vorteil der Beschränkung auf ganz wenige,
einfache Einzelteile ist die neue Bauart sehr wirtschaftlich und anpassungsfähig
im Betrieb, wodurch ihr voraussichtlich noch manche weiteren Anwendungsgebiete erschlossen
werden.