DE825513C - Durch ein Druckmittel betriebener Membranschallsender - Google Patents

Durch ein Druckmittel betriebener Membranschallsender

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DE825513C
DE825513C DEP49536A DEP0049536A DE825513C DE 825513 C DE825513 C DE 825513C DE P49536 A DEP49536 A DE P49536A DE P0049536 A DEP0049536 A DE P0049536A DE 825513 C DE825513 C DE 825513C
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DE
Germany
Prior art keywords
membrane
pressure medium
sound transmitter
disc
space
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Expired
Application number
DEP49536A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Rudolf Hoppenrath
Herbert Zoellner
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Zoellner & Co GmbH
Original Assignee
Zoellner & Co GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Expired legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/02Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers driven by gas; e.g. suction operated
    • G10K9/04Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers driven by gas; e.g. suction operated by compressed gases, e.g. compressed air

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Durch ein Druckmittel betriebener Membranschallsender mit Zuführung des Druckmittels durch einen Ringraum auf den äußeren Teil der Membran und zentraler Abführung durch einen vom mittleren Teil der Membran abgedeckten Raum, gekennzeichnet durch folgerade Merkmale: a) ein trichterartig erweitertes Mundstück (5) mit vorzugsweise abgerundetem Rand an dem der Membran zugekehrten Ende des dem Schalltrichter (13) unmittelbar vorgeschalteten Austrittsraumes für das Druck-(4). mittel ; b) ein auf die Membrnschwingungen abgestimmter Resonanzraum (ii) zwischen der Membran und dem mit einer entsprechenden Öffnung (1z) versehenen Deckel (9)., z. Membranschallsender nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das als Düse wirkende Mundstück für sich oder gemeinsam mit dem anschließenden, dem Anfangsquerschnitt des Schalltrichters entsprechenden Kanal als besonderer, leicht auswechselbarer Teil (14 bzw. 15, 16) in das Gehäuse (i) eingesetzt ist. 3. Membranschallsender nach Anspruch i mit einer Mehrscheibenmembran, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Mitte miteinander verbundenen Membranscheiben nach Form oder/ und Größe untereinander verschieden sind. .4. Membranschallsender nach .lnsprucli 3, dadurch gekennzeichnet. (1a1.3 die dein Gehäuse zugekehrte, vom Druckmittel beaufschlagte -.\Iembranscheibe (6) eben, die dem Deckel (9) zugekehrte Membranscheibe (8) dagegen, von dieser Seite aus gesehen, derart konkav gekrümmt ist, daß sie sich mit ihrem Rand federnd gegen den Deckel abstützt. 5. Membranschallsender hach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur die dem Gehäuse zugekehrte Meillbrallscheibe (17) eingespannt und mit mindestens einer 1lembranscheibe (18, i9) von kleinerem Durchmesser verbunden ist. wobei die dein Deckel zugekehrte Membranscheibe (ig), Soli dieser Seite aus gesehen, konkav gekrümmt ist. 6. Meinbraliscliallsender iiacli Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, claß die Resonanz des Trichters (13) die l-,esolianz der "Membrane (6 bis 8 bzw. i; bis i9) und die Resonanz des Deckelraumes (ii) alin;illernd übereinstimmen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1138344B (de) * 1958-09-10 1962-10-18 Keiichi Shintaku Schallerzeuger

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1138344B (de) * 1958-09-10 1962-10-18 Keiichi Shintaku Schallerzeuger

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