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Sende und Empfangseinrichtung für Unterwasserschallwellen.
Eine der wesentlichsten Schwierigkeiten beim Bau und Betriebe von Sendern und Empfängern für Schallwellen in Flüssigkeiten besteht darin, dass die Bewegungsamplituden der Flüssigkeitsteilchen beim Schallvorgang klein und die Druckamplituden gross sind, während bei allen bekannten Arten der Erregung derartiger Sender oder der nutzbaren Abdämpfung derartiger Empfänger die erregende bzw. abdämpfende Kraft mit gutem Wirkungsgrad nur beim Vorhandensein grösserer Bewegungsamplituden ausgenutzt werden kann.
Von den Lösungen, die man für dieses Problem zu finden versucht hat, ist insbesondere diejenige bemerkenswert, bei welcher zwischen den Angriffspunkt der erregenden bzw. abdämpfenden Kraft und das an die Flüssigkeit grenzende Strahlergebilde ein besonderes Schwingungsgebilde (Stimmgabel, Ring o. dgl. ) eingefügt wird, welches die kleinen Bewegungs- amplituden der Flüssigkeit in grössere Bewegungsamplituden übersetzen soll.
Derartige Sender und Empfänger wurden bisher meist derart betrieben, dass die erregende Kraft zwischen zwei Punkten des Schwingungsgebildes, beispielsweise zwischen den Zinken einer Stimmgabel. zur Wirkung kam, deren Bewegungsrichtung im Winkel, und zwar vorzugsweise in einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Strahlergebildes stand, wobei die Masse und elastische Kratt im Schwingungsgebilde über alle Teile desselben gleichmässig verteilt war.
Bei den Schwingungsgebilden mit gleichmässig verteilter Masse und elastischer Kraft ist es erfahrungsgemäss nur schwer möglich, bei den für den Unterwassersignalverkehr in Betracht kommenden Frequenzen eine brauchbare Kraftübertragung auf das Strahlergebilde
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setzung ungünstig auf die Kraftübertragung.
Erfindungsgemäss werden demgegenüber Schwingungsgebilde als Zwischenglieder zwischen der Angriffsstelle der erregenden bzw. abdämpfenden Kraft und dem Strahlergebilde verwendet, bei denen Masse und elastische Kraft derart im Schwingungsgebilde verteilt sind, dass die Massen nur zum Teil direkt, zum Teil aber erst unter Vermittlung der Träger der elastischen Kraft mit dem Strahlergebilde in Verbindung stehen.
Dabei wirkt nach der Erfindung die Kraft am Schwingungsgebilde derartig, dass ihre Angriffsstellen auf die beiden Massengruppen verteilt sind. und die gewünschte Amplitudenübersetzung wird dadurch erzielt, dass der am Strahlergebilde wirkende Massenteil des Schwingungsgebildes dem über die elastischen Glieder mit dem Strahlergebilde verbundenen Massenteile gleich ist, oder grösser ist als derselbe, wobei zu beachten ist, dass in die am Strahlergebilde angreifende Masse ein Teil der Masse des Strahlergebildes selbst und eine von der Grösse dieses Gebildes abhängige, rechnerisch zu bestimmende Flüssigkeitsmasse mit eingeht. Greift die erregende Kraft an mehr als zwei Massenteilen des Schwingungsgebildes an, so muss der am Strahlergebilde wirkende Teil so gewählt sein, dass er von allen Angriffsstellen der erregenden Kraft die relativ kleinste Bewegung besitzt.
Während bei einer derartigen Anordnung einerseits der Vorteil gewahrt ist, dass die durch die gegenläufige Bewegung der Massenteile des Gebildes bedingte grosse Amplitude an den Angriffsstellen der erregenden oder empfangenden Kraft ausgenutzt wird, fällt die Winkelübertragung der Kraft weg und die genaue Einstellung des Verhältnisses der Amplituden an den Angriffsstellen der Kraft und dem Strahler-
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besondere Kopplungsglieder einzuschalten.
Die Fig. i und 2 zeigen in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen das Schwingungsgebilde aus zwei Massen und zwischen ihnen angeordneten elastischen Trägern besteht, und zwar stellt Fig. i einen elektromagnetischen Sender oder Empfänger, Fig. 2 einen Mikrophonempfänger dar. In den Figuren bezeichnet a eine Membrane, welche den vorderen Abschluss eines Gefässes t bildet. An der anderen Seite ist das Gefäss durch den Deckel d geschlossen. Das Schwingungsgebilde ist dargestellt durch die Massenteile Mi und m2, welche durch die elastischen Bügel f miteinander verbunden sind. Die Masse Mi ist derart an der Membrane befestigt, dass alle ihre Teile nach Grösse und Phase dieselben Bewegungen ausführen wie der zugehörige Teil der Membrane.
In der Fig. I ist der Massenteil Mi als Anker eines Elektromagneten ausgebildet ; der Massenteil ! bildet den Kern des Elektromagneten und ist zum Zwecke der Erregung oder Stromabnahme mit den Wechselstromwicklungen 1fJ versehen, welche von den Zuleitungen r aus gespeist werden oder Strom in sie abgeben. In der Fig. 2 ist zwischen den beiden Massen die Körnerfüllung eines Mikrophons angedeutet. Die kreisförmige Zone z soll lokal vereinigt den Betrag an mitschwingender Wassermasse andeuten.
Aus den Figuren ist ersichtlich, dass die erregende bzw. abdämpfende Kraft an den beiden Massenteilen angreift, von denen der eine gleichzeitig der Schallplatte angehört. Die relativen Amplitudengrössen der beiden Massenteile gegeneinander sind bestimmt durch das Verhältnis ihrer Grösse.
Es ist ersichtlich, dass die Bewegungsamplitude an den Stellen, an denen die erregende bzw. abdämpfende Kraft angreift, unter allen Umständen grösser sein muss, als die Amplituden der an das Wasser grenzenden Masse, da sie sich aus der Bewegung dieser Masse und aus der zu ihr hinzutretenden Bewegung der anderen Masse zu einer Summe zusammensetzt. Diese Addition wird in der Mehrzahl aller Fälle nicht algebraisch, sondern vektoriell sein, weil durch die Abgabe von Energie an der einen oder der anderen Masse eine Phasenverschiebung der Bewegungen der Masse gegeneinander auftritt. Die Vektorsumme bleibt aber unter allen Umständen grösser als jeder einzelne Summand, weil die Phasenverschiebung nicht mehr als go0 betragen kann.
Wichtig für die Praxis ist insbesondere der Fall, in welchem die Amplitude der Masse M : : ; grösser als die der Masse ml, die Masse ml also grösser als die Masse ist. Diese Bedingung wird praktisch immer erfüllt sein müssen, wenn man ein genügendes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Weg der Kraft und der Bewegungsamplitude des Strahlergebildes erzielen will.