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Mehrpoliger elektromagnetischer Lautsprecher.
Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetisch betätigte Lautsprecher. Die gegenwärtigen Bestrebungen im Entwurf von Lautsprechern gehen im allgemeinen dahin, die Membran und die Einzelteile des elektromagnetischen Systems so zu konstruieren und anzuordnen, dass die Reaktionskräfte (rückwirkende Kräfte) an allen Stellen des Systems auf ein Minimum reduziert werden und beträchtlich unterhalb der Reaktionskraft liegen, welche von der Luft auf die Membran während deren Schwingung ausgeübt wird.
Der Antriebsmechanismus entspricht beim sogenannten elektrodynamischen Lautsprecher diesen Bestrebungen, da der Spulenanker, der für diese Type von Antriebsvorrichtungen charakteristisch ist, sich in einer Bahn parallel zu den Flächen der Feldpole bewegt und daher keine Notwendigkeit besteht, eine elastische Kraft für die Ankerspule vorzusehen, wie dies beispielsweise zur Steuerung des Ankers im elektromagnetischen System der Type mit ausbalanciertem Anker erforderlich ist.
Elektrodynamische Lautsprecher sind jedoch in der Erzeugung kostspielig, erfordern die Verwendung von Elektromagneten als Feldmagneten und haben überdies noch andere Nachteile, welche den Anreiz zu zahlreichen Versuchen gaben, die Ankerspule durch einen hin-und hergehenden magnetischen Anker zu ersetzen, der so angeordnet ist, dass er eine analoge Bewegung wie die Spule ausführen kann, d. h. dass er sich in einer Bahn parallel zu den Flächen der Feldpole bewegen kann. Bisher ist es aber nicht gelungen, einen Lautsprecher dieser Type zu erzeugen, der über den ganzen Frequenzbereich wirksam wäre und auch die niedersten und höchsten Frequenzen genügend getreu wiedergeben könnte.
Dies ist wohl unter anderm darauf zurückzuführen, dass der Anker zu den Polflächen nicht in einem richtigen Verhältnis steht, was magnetische Kräfte, die auf die gewünschten Bewegungen des Ankers störend einwirken, hervorruft. Wenn diese Kraft jener Kraft, die die gewünschte Ankerbewegung erzeugt, entgegenwirkt, so besitzt der Anker eine sogenannte magnetische Steifheit ; wenn dagegen die Kraft in derselben Richtung wirkt, so kann man passenderweise von einer"negativen magnetischen Steifheit" sprechen. Magnetische Steifheit ist eine Reaktionskraft, welche vermindert oder beseitigt werden muss, wenn die hier beschriebene Lautsprechertype den eingangs erwähnten modernen Bestrebungen entsprechen soll. Ebenso bewirkt die negative magnetische Steifheit Verzerrungen.
Ist der Anker nicht in richtiger Weise zu den Polflächen in Beziehung gebracht oder eingestellt, so wird bei maximalem Ausschlag (Hub) des Ankers der Fluss, der zwischen den Polen an einem Ende des Ankersystems verläuft, nicht in demselben Masse anwachsen, wie der Fluss zwischen den Polen am andern Ende des Ankersystems abnimmt. Der Gesamt- fluss wird daher keine konstante Grösse bleiben. Es wird eine oder mehrere Lagen des Ankersystems geben, in welchen der Gesamtnuss ein Maximum sein wird, und der Anker wird das Bestreben haben, in diese Lagen zu gelangen und daselbst zu verbleiben. Wenn die normale Lage des Ankersystems in der Mitte liegt, d. h. eine zentrale Lage ist, und der Anker wegen des grösseren Gesamtflusses in dieser Lage diese Lage einzunehmen und daselbst zu verharren strebt, so besitzt der Anker magnetische Steifheit.
Wenn der Gesamtfluss in irgendeiner äusseren Lage des Ankersystems grösser ist, so wird der Anker diese Lage aufsuchen und beizubehalten suchen ; in letzterem Fall besitzt der Anker negative magnetische Steifheit.
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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antriebsmechanismus für Lautsprecher, welcher auf der oben beschriebenen Aufbauweise beruht, bei der ein magnetischer Anker sich in einer Bahn parallel zu den Polflächen bewegt, aber diese Anordnung wird hinsichtlich des Ankers, der Polstücke oder aller dieser Teile so geändert und so aufgebaut, dass die magnetische Steifheit des Ankers in einem gewünschten Ausmass, gegebenenfalls auf Null, vermindert wird und die Einrichtung im ganzen Frequenzbereich wirksam arbeitet und die tiefsten und höchsten Frequenzen mit bemerkenswerter Treue wiedergibt.
Die magnetische Steifheit des Ankers kann dadurch vermindert oder beseitigt werden, dass der Betrag der Überdeckung zwischen jedem Endstück des Ankersystems und den entsprechenden Polflächen in der normalen Lage des Ankers richtig gewählt wird. Man könnte annehmen, dass ein hin-und hergehender Anker mit Endstücken, die ein Stück Weges in der oben beschriebenen Weise in Luftspalte hineinreichen, eine solche effektive Länge haben soll, dass seine Endstücke auf eine beträchtliche Strecke hin in die Luftspalte reichen, und man pflegt nach der üblichen Praxis beim Entwurf von Antriebsvorrichtungen anzunehmen, dass die effektive Länge des Ankers mit dem Abstand zwischen dem tatsächlichem Zentrum der Polflächen
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Zentrierungstendenz besitzt, welche einen magnetischen Zug oder eine magnetische Steifheit hervorruft, die überwunden werden muss,
wenn der Anker in einer der beiden Richtungen bewegt wird.
Bei Verwendung von in bekannter Weise gabelförmig verzweigten Feldmagnetpolen, deren Polflächen mindestens zwei Luftspalte bilden, wird die wirksame Länge des Ankersystems gemäss der Erfindung derart gewählt, dass, wenn der Anker in eine Lage bewegt wird, in welcher eines seiner magnetisch voneinander unabhängigen Endstücke sich mit den zugehörigen Polflächen in Deckung befindet, das andere Endstück des Ankers sich nicht bis zu den andern Polflächen erstreckt und den Luftspalt zwischen letzteren nicht erreicht.
In der Zeichnung stellen Fig. 1-8 verschiedene beispielsweise Ausführungsformen von Antriebsvorrichtungen dar, deren Ankersysteme so aufgebaut sind, dass die in den Luftspalten befindlichen Teile magnetisch unabhängig sind. Fig. 1 ist eine Ansicht einer Antriebsvorrichtung mit permanentem Feldmagnet ; Fig. 2 ist eine Draufsicht der Antriebsvorrichtung der Fig. 1 ; Fig. 3 ist eine Ansicht einer andern Ausführungsform der Antriebsvorrichtung, bei welcher letzterer einen Elektromagneten als Feldmagnet besitzt ; Fig. 4 und 5 sind Ansichten weiterer Ausführungsformen, welche mehr als zwei Polstücke auf jeder Seite des Ankersystems verwenden ; Fig. 6 ist eine Detailansicht, welche zeigt, wie das Ankersystem aus einem einzigen Metallstück gestanzt werden kann ;
Fig. 7 ist eine teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht einer weiteren Ausführungsform und Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch das Ankersystem derselben.
Fig. zu sind Erläuterungsdiagramme und-kurven, welche die Wirkung der Wahl einer richtigen Beziehung zwischen Ankersystem und Polflächen veranschaulichen.
In Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 einen permanenten Hufeisenmagneten, an dessen Enden lamellierte Polstücke 12 und 13 auf geeignete Weise, beispielsweise mittels Schrauben 11, befestigt sind, wobei angenommen werden mag, dass 12 den Nordpol und 13 den Südpol darstellt. Diese Polstücke 12 und 13 sind gegabelt, so dass sie Doppelpole bilden und die Pole des Polstückes 12 sind in der Figur mit N1 und N2 bezeichnet, während die Pole des Polstückes 13 mit 81 und 82 bezeichnet sind. Auf den Polen N1 und N2 sind Spulen 14 bzw. 15 aufgebracht.
Diese Spulen 14 und 15 sind vorzugsweise in entgegengesetztem Sinne gewickelt, so dass sie einen Fluss von entgegengesetzter Richtung erzeugen, wenn sie entsprechend den elektrischen Impulsen, die durch den Lautsprecher in Schallwellen umgewandelt werden sollen, erregt werden, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn diese Spulen an den Ausgangskreis eines Radioempfängers od. dgl. angeschlossen sind.
In den Luftspalten zwischen den Polen N1, N2 und SI, S2 ist das Ankersystem 16 angeordnet, welches zwei magnetische Teile (Körper) 17 und 18 besitzt, die beispielsweise Stäbe oder Bänder aus Siliziumstahl od. dgl. sind. Einer dieser magnetischen Körper ist in der
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angeordnet ist. Die Teile 17 und 18 des Ankersystems sind in bezug auf die oben genannten Pole so angeordnet, dass sie teilweise deren Flächen in der in der Figur dargestellten Weise überdecken. Die magnetischen Stücke 17 und 18 sind miteinander durch unmagnetische Stäbe 19 aus einem Material von hohem Widerstand, beispielsweise Neusilber, Chromnickel od. dgl. verbunden ; diese Stäbe ragen über die Stücke 17 und 18 hinaus und dienen als unterstützende oder tragende Organe 19'für das Ankersystem.
Die vorragenden Teile 19'sind an ihren Enden mit Federn 20 und 21 verbunden, welche an ihren andern Enden in den Polstücken 13 bzw. 12 mittels Schrauben 21' od. dgl. verankert sind. Die Federn 20 und 21 sind vorzugsweise aus einem Leichtmetallblech, beispielsweise Duraluminium, hergestellt und besitzen Versteifungsflanschen an ihren beiden Längsseiten, doch reichen diese Versteifungsflanschen
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nicht bis zu den Enden der Federn, so dass die Federn an diesen Stellen frei biegsam sind.
Der Zweck der Flanschen besteht darin, ein unabhängiges und hörbares Vibrieren (Schwingen) der Federn zu verhindern. Die Triebstange 22 ist in geeigneter Weise an einem Ende mit dem Ankersystem 16 und am andern Ende mit einer passenden Membran 23 verbunden, wobei diese Membran vorzugsweise von der bekannten Konustype sein kann.
Wie Fig. 6 zeigt, kann das Ankersystem 16 in passender Weise aus einem Stück hergestellt sein, beispielsweise aus einem geeigneten magnetischen Material gestanzt sein, wobei die Stäbe 19 so dünn als möglich gestaltet sind, damit sie Verbindungen von hohem Widerstand zwischen den magnetischen Körpern (Stäben) 17 und 18 bilden. Ebenso können auch die Triebstange 22 und die Verlängerungsstücke 19' aus demselben Ausgangsstück gestanzt sein, wodurch eine beträchtliche Ersparnis bei der Erzeugung erzielt wird.
Da die Stücke 17. und 18 des Ankers voneinander magnetisch unabhängig sind, so verläuft zwischen ihnen kein nennenswerter Fluss. Der zwischen den Polen NI und S1 verlaufende Fluss strömt direkt durch den Luftspalt zwischen diesen Polen und quer durch den Stab (Körper) 17, während der Fluss zwischen N2 und S2 quer durch den Stab 18 verläuft. Daher sind die Wicklungen auf entgegengesetzten Seiten des Ankersystems miteinander magnetisch gekuppelt, anstatt dass sie voneinander magnetisch abgeschirmt sind, wie dies der Fall wäre, wenn der ganze Anker ein magnetischer Leiter wäre oder wenn die Stücke 17 und 18 miteinander magnetisch verbunden wären.
Nimmt man an, dass der gewöhnliche Fluss des Hufeisenmagneten 10 in Richtung der gestrichelten Pfeile der Fig. 1 verläuft und dass der Strom in den Spulen 14 entgegen dem Uhrzeigersinn und in den Spulen 15 im Uhrzeigersinn fliesst, so werden Kraftlinien in der Richtung der voll ausgezogenen Pfeile der Figur induziert, welche sich zum Fluss zwischen den Polen Ni und Si hinzuaddieren, diesen Fluss mithin vergrössern, und welche sich dem Fluss zwischen den Polen N2 und S3 entgegensetzen, letzteren mithin vermindern. Infolgedessen wird der Körper 17 und das Ankersystem 16 in Fig. 1 nach links gezogen. Die Bewegungsamplitude des Körpers 17 ist offenbar proportional der Intensität der elektromagnetischen Wirkungen, die der in den Spulen 14 und 15 fliessende Strom hervorruft.
Fliessen umgekehrt in den Spulen 14 Ströme im Uhrzeigersinn und in den Spulen 15 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn, so wird der Fluss umgekehrt, d. h. er wird zwischen den Polen N2 und S2 zunehmen und zwischen den Polen N1 und SI abnehmen, wodurch das Ankersystem zwischen die Pole N3 und S2 gezogen wird.
Der Streufluss, welcher die Bewegung des Ankers verzögert, wird durch Abschrägen der Aussenecken der vier Pole, wie in Fig. 1 dargestellt, vermindert, so dass die Polflächen in der Bewegungsrichtung des Ankersystems im Wesen dieselbe Breite haben wie die Ankerkörper (Stäbe) 17 und 18. Vorzugsweise werden die Ankerstücke ebenso breit wie die Polflächen ausgeführt. Infolge dieses wirksamen Verlaufes und der wirksamen Ausnutzung des Arbeitsflusses (Hauptflusses) kann ein einfacher permanenter Magnet verwendet werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Antriebsvorrichtung, die einen Elektromagneten als Feldmagneten besitzt. Bei dieser Ausführungsform ist der Magnet lamelliert und besteht aus zwei gleichartigen Stücken 24 und , welche miteinander durch eine Niete 25 od. dgl. fest verbunden sind, so dass die Polstücke in starrem Abstand voneinander gehalten werden. Das magnetische Feld zwischen den Polen NI, S1 und N2, S2 wird durch einen Gleichstrom hervorgerufen, der in der auf dem Kornaufbau 24- 24'aufgebrachten Feldwicklung 26 fliesst.
Das Ankersystem- ist im Luftspalt zwischen den Polen in gleicher Weise wie in Fig. 1 angeordnet, nur sind die Aufhängefedern 20 und 21 an winkelförmigen Leisten 27 und 28 der Stücke 24 bzw. 241 befestigt. Bei dieser Anordnung sind die Flusswege dieselben wie im früher beschriebenen Beispiel, nur sind die Polstücke und die Ankerteile so gestaltet, dass sie den Streufluss noch mehr vermindern. Dies wird dadurch erreicht, dass der Weg, welchen der Streufluss für gewöhnlich einnehmen würde, verlängert wird, wodurch die Intensität des Streuflusses vermindert wird.
Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen die Antriebsvorrichtungen mehr als zwei Pole auf jeder Seite des Ankersystems haben. Lamellierte Polstücke 12 und 13 sind an den Enden eines Hufeisenmagneten 10 mittels Schrauben 11 befestigt und sind so genutet, dass vier Polpaare entstehen, die in der Figur mit N1, N2, N3 und N4 für das Polstück 12 und mit Si, S Sa und S4 für das Polstück 13 bezeichnet sind. Auf den Nordpolen N sind Spulen 27 und auf den Südpolen S Spulen 28 aufgebracht, wobei diese Spulen so gewickelt sind, dass sie den Fluss in den vier links gelegenen Polen vergrössern und gleichzeitig den Fluss in den vier rechts gelegenen Polen vermindern und umgekehrt.
Wenn der Fluss auf den Flusswegen- Zig und - zunimmt, und der Fluss auf den
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Fluss gezogen werden, während die Ankerkörper 29 und 30 gleichzeitig von den Polen 21-Si und. - weggezogen werden. Offenbar ist das umgekehrte der Fall, wenn der Fluss auf den Wegen Nu-81 und N2 Sa anwächst und auf den Wegen N-83 und N4-S4 abnimmt, so dass also in letzterem Fall der Anker von rechts nach links bewegt wird.
In Fig. 5 sind die Spulen 33 und 34 so auf den entsprechenden Nord-und Südpolen angebracht und geschaltet, dass der Fluss auf den vVegen N2-S2 und N4-S4 zunimmt, während der Fluss auf den Wegen ? 1- und N3-S3 abnimmt, was in der Figur durch Pfeile angedeutet ist, und ebenso gilt das Umgekehrte. Wenn die Anker 35, 36, 37 und 38 in bezug aufeinander und auf die Pole so angeordnet sind, wie in der Figur angedeutet ist, so wird ein Stromwechsel in den Spulen eine Bewegungsumkehr des Ankersystems bewirken.
Anstatt die Spulen auf den Polstücken des Feldmagneten anzuordnen, um die Flussverteilung in den Feldpolen zu verändern, können die Spulen auch mit dem Ankersystem verbunden oder m demselben untergebracht sein. Dafür geben die Fig. 7 und 8 ein Ausführungsbeispiel an, bei welchem die Polstücke 12'und 13'den Polstücken 12 und 13 der Fig. 1 entsprechen, jedoch unbewickelt sind. Die Spulen 14'und 15'sind auf den Ankerkörpern (Stäben) 171 bzw. 181 angebracht. Die Ankerkörper sind im Wesen ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel magnetisch unabhängig, konstruktiv aber beispielsweise mittels der Bolzen oder Stäbe 39 zu einer Einheit vereinigt.
Zwei dieser Bolzen können an einem Ende des Ankersystems mit Federn 20'verbunden werden, welche den Federn 20 der Fig. 1 entsprechen, und die andern beiden Bolzen können am andern Ende des Ankersystems mit Federn M, die den Federn 21 der Fig. 1 entsprechen, verbunden werden. Die Spulen 14'
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zwischen den Polen an einem Ende des Ankersystems vergrössert wird, wenn der Fluss am andern Ende des Ankersystems vermindert wird, und umgekehrt. Dies ergibt eine hin-und hergehende Bewegung des Ankersystems, wenn die Spulen 14'und 151 mit Wechselstrom gespeist werden.
Die Verwendung eines unterteilten Ankers, d. h. eines Ankers, der im magnetischen Sinn von einem Luftspalt zum andern nicht kontinuierlich aufgebaut ist, wie dies bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen der Fall war, ergibt wohl eine grössere Wirksamkeit und eine bessere Wiedergabe der höheren und niederen Frequenzen, aber es muss doch noch die bereits oben erwähnte magnetische Steifheit des Ankersystems in Erwägung gezogen werden.
Fig. 9-24 dienen zur Erläuterung der Ursache der eben erwähnten Erscheinung und der dazu verwendeten Abhilfe. Wenn dem Ankersystem, entsprechend der Darstellung in Fig. 9 und der gegenwärtigen Praxis, eine effektive Länge gegeben wird, die gleich dem Abstand zwischen den tatsächlichen Polflächenmitten ist, so ist die magnetische Steifheit des Ankers oder, mit andern Worten, die Zentrierungstendenz, die das Ankersystem in seine mittlere Lage zurückzuführen strebt, viel grösser als man erwarten würde. Die Ursache dieser Erscheinung wird klar, wenn man den Fluss zwischen den Polen an einem Ende des Ankersystems mit dem Fluss zwischen den Polen am andern Ende des Ankersystems für verschiedene Stellungen des Ankers vergleicht.
Es sei angenommen, dass das in Fig. 9 gezeigte Ankersystem in die Lage der Fig. 10 verschoben worden ist, in welcher die Aussenkanten der Pole N, und 81 in die Ebene der Aussenfläche des Ankerkörpers 17 fallen. Von dieser Lage ausgehend, sollen Änderungen des Flusses betrachtet werden, welche zwischen den Polen N1 und Sl stattfinden, wenn das Ankersystem einen vollen Ausschlag nach rechts in die Lage der Fig. 11 ausführt, in welcher Lage die Aussenkanten der Pole N2 und S2 in die Ebene der Aussenfläche des Ankerkörpers 18 fallen. Hierauf sollen für dieselbe Bewegung des Ankers die Änderungen des Flusses betrachtet werden,. welche zwischen den Polen N2 und S2 stattfinden.
In der folgenden Erörterung sollen nur die Flussänderungen betrachtet werden, die auf die Bewegung des Ankers zurückzuführen sind, weil es sich ja um jene magnetische Steifheit des Ankersystems handelt, welche von den Flussänderungen erzeugt wird, die nur von der Bewegung des Ankers ohne Berücksichtigung der bewegenden Kraft herstammen.
In Fig. 12 ist die Ausgangslage des Ankerkörpers 17 in voll ausgezogenen Linien dargestellt und seine Endlage in gestrichelten Linien. Der Betrag der Ortsverschiebung wird durch die vertikalen Linien x, y dargestellt. Die Flussänderungen, welche zwischen den Polen N1 und Si stattfinden, wenn sich der Ankerkörper 17 in die gestrichelte Lage der Fig. 12 begibt, sind in dieser Figur graphisch durch die Kurve a dargestellt ; die Abszissen stellen die Ortsverschiebung des Ankerkörpers 17 und die Ordinaten den Fluss im Luftspalt dar. Am Beginn der Bewegung (des Ausschlages), d. h. wenn sich der Ankerkörper 17 in der voll ausgezogenen Lage befindet, wird der Fluss seinen grössten Wert haben, der durch den Punkt g17 auf der Kurve dargestellt ist.
Wenn der Ankerkörper 17 sich nach rechts bewegt, nimmt der Fluss allmählich ab. Es wurde gefunden, dass die Kurve, welche die Abhängigkeit. dieses abnehmenden Flusses von der Ortsverschiebung darstellt, die in der Figur gezeigte Gestalt hat. Der Fluss
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am Ende des Ausschlages, d. h. wenn der Ankerkörper 17 sich in der gestrichelten Lage der Fig. 12 befindet, wird durch den Punkt h17 auf der Kurve dargestellt. Es sei nun darauf hingewiesen, dass, wenn der Ankerkörper seine Bewegung nach rechts fortsetzen würde, der Fluss weiter abnehmen würde und die Kurve daher sich in einer abwärts geneigten Linie gegen Null fortsetzen würde, wie dies der gestrichelte Teil der Kurve rechts von der Linie y andeutet.
Der Punkt h17 befindet sich auf der Kurve an einer verhältnismässig steilen Stelle derselben und in einigem Abstand oberhalb der Punkte des flacheren rechten Endes der Kurve.
Mit ändern Worten : Während der Fluss sein Maximum erreicht, wenn sich der Ankerkörper 17 in der voll ausgezogenen Lage befindet, hat er einen entsprechenden Minimalwert noch nicht erreicht, wenn sich der Körper 17 in der gestrichelten Lage befindet. Der Ankerkörper 17 müsste noch weiter nach rechts verschoben werden, damit der Punkt h17 eine Lage auf dem unteren Teil der Kurve einnehmen könnte, die mit der Lage vergleichbar wäre, die der Punkt g17 im oberen Teil der Kurve einnimmt.
Durch Experimente wurde gefunden, dass die Kurve a so gestaltet ist, dass, wenn der Punkt sich an einer tieferen Stelle auf der Kurve, beispielsweise im Punkt N, befände, die Kurve zwischen den Punkten g17 und H angenähert ein symmetrisches Stück einer Sinuskurve darstellen würde, wobei dieses Stück jener Teil einer sinusförmigen Kurve ist, welcher sich vom Mittelpunkt eines positiven Scheitels zum Mittelpunkt eines benachbarten negativen Scheitels erstreckt. Wenn sich jedoch Punkt auf einem verhältnismässig steilen Teil der Kurve a befindet, wie dies in Fig. 12 angedeutet ist, so wird die Kurve, obwohl sie zwischen den Punkten und h17 sinusförmig ist, dennoch zwischen diesen Punkten nicht symmetrisch sein.
Der Grund, warum sich der Fluss in der gestrichelten Lage des Ankerkörpers 17 in Fig. 12 (welcher in der graphischen Darstellung Punkt h17 entspricht), nicht näher dem Werte Null befindet, liegt darin, dass ein nennenwerter Betrag des Streuflusses vorhanden ist, was in Fig. 11 dargestellt ist ; diese Figur zeigt auch, dass der Fluss bei weiterer Rechtsbewegung des Ankerkörpers 17 fortfahren würde, wesentlich abzunehmen. Dies geht klar hervor, wenn man die Darstellung des Flusses in Fig. 11 mit jener des Flusses in Fig. 18, in welcher ein ähnlicher Ankerkörper noch weiter nach rechts verschoben ist, vergleicht.
Die Flussänderungen, welche zwischen den Polen am andern Ende des Ankerkörpers während des gleichen Ausschlages stattfinden, sollen nunmehr der Betrachtung unterzogen werden. Als der Ankerkörper jene Bewegung begann, welche der oben dargelegten Erläuterung zugrunde gelegt war, befand sich der Ankerkörper 18 in der voll ausgezogenen Lage der Fig. 13 und wurde schliesslich in die gestrichelt gezeichnete Lage bewegt. Während dieser Bewegung verändert sich der Fluss in derselben Weise, wie dies in bezug auf den Ankerkörper 17 der Fall war, jedoch im umgekehrten Sinne, wie dies aus der Kurve b in Fig. 13 zu ersehen ist. Der Punkt A auf der Kurve stellt den Fluss am Beginn der Bewegung (des Ausschlages) des Ankerkörpers 18 dar und befindet sich etwas oberhalb der Punkte im gestrichelt gezeichneten flacheren linken Ende der Kurve.
Mit andern Worten : Wenn der Ankerkörper 18 seinen Ausschlag nach rechts beginnt, hat sein Fluss einen Wert oberhalb Null, u. zw. aus demselben Grund, aus welchem der Fluss am andern Ende des Ankerkörpers einen Wert ober Null hat, wenn der Ankerkörper 17 die gestrichelt gezeichnete Lage in Fig. 12 erreicht.
Wenn nun die unsymmetrischen Kurven a und b superponiert werden, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist, so sieht man, dass, wenn der Ankerkörper einen Ausschlag von seiner äussersten Linkslage nach rechts ausführt und sich der Mittellage nähert, der Fluss zwischen den Polen am rechten Ende des Ankerkörpers schneller zunimmt, als der Fluss zwischen den Polen am linken Ende des Ankerkörpers abnimmt, so dass sich also die Kurven a und b in einem Punkt schneiden, der beträchtlich oberhalb der den mittleren Fluss darstellenden Linie i liegt. Nachdem der Ankerkörper während seines Ausschlages nach rechts durch seine Mittellage durchgegangen ist, nimmt der Fluss zwischen den Polen am rechten Ende des Ankerkörpers langsamer zu, als der Fluss zwischen den Polen am linken Ende des Ankerkörpers abnimmt.
Will man ausgeglichene Verhältnisse schaffen und keine zurückführende Kraft in einer der beiden Richtungen haben, so muss der Fluss zwischen den Polen an einem Ende des Ankerkörpers im Wesen um denselben Betrag zunehmen, um den der Fluss zwischen den Polen am ändern Ende des Ankerkörpers abnimmt, und umgekehrt. Mit andern Worten : Der Gesamtfluss an beiden Enden des Ankerkörpers muss im Wesen immer einen konstanten Wert haben ; dies ist jedoch nicht der Fall, wenn die Verhältnisse, wie in dem oben beschriebenen Fall liegen, da durch Summieren der Kurven a und b eine Kurve von der Gestalt der Kurve a + b in Fig. 15 erhalten wird. Diese Kurve zeigt, dass der Gesamtfluss in der Mittellage des Ankerkörpers grösser sein wird als in irgendeiner andern Lage des Ankerkörpers.
Da aber der Ankerkörper die Neigung hat, sich in eine Lage zu bewegen, in welcher er den grössten Betrag des Flusses durchlässt, so ist es klar, dass der Ankerkörper stets das Bestreben haben wird, sich in seine in Fig. 9 gezeigte Mittellage zurückzubewegen, so oft er aus dieser Lage
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in eine'der beiden Richtungen verschoben wird.
Wäre die Kurve a + b der Fig. 15 eine gerade Linie, welche zeigt, dass der Gesamtfluss einen konstanten Wert behält, oder mit ändern Worten, würde der Fluss zwischen den Polen an einem Ende des Ankerkörpers um denselben Betrag zunehmen, um welchen der Fluss zwischen den Polen am andern Ende abnimmtund umgekehrt-, so würde der Ankerkörper das Bestreben haben, in jener Lage, in welcher er verschoben ist, zu verharren, und es würde kein Zentrierungsbestreben vorhanden sein.
Dies kann nun dadurch erreicht werden, dass man die wirksame Länge des Ankerkörpers so verkürzt, dass seine Enden im Vergleich zu den Polflächen mehr nach innen liegen. Der Betrag, um welchen der Ankerkörper verkürzt werden muss, und die Wirkung dieser Verkürzung auf die Arbeitsweise der Antriebsvorrichtung wird aus der folgenden Erläuterung klar hervorgehen, doch soll vorläufig angenommen werden, dass Fig. 16 einen Ankerkörper 17'-18' zeigt, der um den zur Verminderung der magnetischen Steifheit auf Null richtigen Betrag verkürzt worden ist.
Die Fig. 17-22 entsprechen den Fig. 10-15 und zeigen die Veränderungen in den Flussverhältnissen, welche bei dem verkürzten Ankerkörper 17'-18'der Fig. 16 stattfinden, wenn er die gleiche Ausschlagbewegung ausführt, d. h. wenn der Ankerkörper seine Bewegung in einer Lage beginnt, in welcher die Aussenkanten der Pole Ni und 81 in der Ebene der Aussenfläche des Ankerkörpers 17'liegen (s. Fig. 17), und sich in eine Lage bewegt, in welcher die Aussenkanten der Pole N2 und S2 in der Ebene der Aussenfläche des Ankerkörpers 18'liegen (s. Fig. 18). Aus Fig. 19 ersieht man, dass der Fluss, wenn der Ankerkörper seine Rechtsbewegung beginnt, seinen grössten Wert hat, der auf der Kurve al durch den Punkt 9171 dargestellt ist.
Wenn jedoch der Ankerkörper 171 das Ende seines Ausschlages erreicht, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. 19 angedeutet ist, so ist nunmehr die Ortsverschiebung x'-y'anstatt wie vorhin x-y und der Fluss wird für die rechte Lage des Ankerkörpers 171 durch den Punkt it171 auf der Kurve cl dargestellt. Da die Kurve al länger ist als die Kurve a der Fig. 12, so wird der Punkt t1 an einer tieferen Stelle der Kurve liegen als der Punkt h17 in Fig. 12. Ebenso gilt in bezug auf die Flussänderungen zwischen den Polen am andern Ende des Ankerkörpers, dass der PunktA(pjg Q) an einer tieferen Stelle auf der Kurve b'liegen wird, als Punkt A auf der Kurve b der Fig. 13 liegt.
Wenn nun die Kurven und bl, wie in Fig. 21 gezeigt, superponiert werden, so zeigt es sich, dass sie zueinander vollkommen symmetrisch sind und sich auf der Linie i des mittleren Flusses schneiden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Nach-unten-Verschieben der Punkte h17 und h18 (Fig. 12 und 13) auf ihren Kurven in die Lagen und 78 (Fig. 19 und 20) bewirkt, dass die Kurve zwischen den Verschiebungsgrenzen ein im Wesen symmetrisches Stück einer Sinuskurve ist, wobei dieses Stück jener Teil der Sinusskurve ist, welcher sich vom Mittelpunkt eines positiven Scheitels einer sinusförmigen Kurve bis zum Mittelpunkt eines benachbarten negativen Scheitels erstreckt.
Werden zwei solche sinusförmige Kurvenstücke entgegengesetzter Phase superponiert, so sind sie überall zueinander symmetrisch. Die Summe der Kurven al und bl ergibt eine Kurve c/-+ b'welche im Wesen die in Fig. 22 dargestellte gerade Linie ist. Der Fluss zwischen den Polen an einem Ende des Ankerkörpers wird während des ganzen Ausschlages im Wesen im selben Ausmasse oder um denselben Betrag zunehmen, um den der Fluss zwischen den Polen am andern Ende des Ankerkörpers abnimmt-und umgekehrt-, und der Gesamtfluss wird einen im Wesen konstanten Wert beibehalten.
In welcher Lage der Ankerkörper sich auch gerade befindet, wird es keine andere Lage geben, in welcher der Gesamtfluss irgendwie grösser sein wird und daher besitzt der Ankenkörper kein Bestreben, in die Mittellage oder in irgendeine andere Lage zurückzukehren.
Es ist zwar richtig, dass die Kurven bei Verschiebungen des Ankersystems, die grösser als xl-yl sind, nicht überall vollständig symmetrisch sein werden und dass ihre Summe in diesem Fall keine von einem Ende zum andern reichende gerade Linie sein wird, aber die Antriebsvorrichtung wird ja für eine maximale Bewegung des Ankersystems, nämlich für eine Bewegung aus der in Fig. 17 gezeichneten Lage in die in Fig. 18 gezeichnete Lage, entworfen, und es brauchen daher jene Teile'der Kurven, die ausserhalb der Linien 2 und y'in Fig. 21 liegen, nicht in Betracht gezogen werden.
Es ist klar, dass für Ausschläge des Ankersystems über Strecken, die kürzer als x'-y'sind, beispielsweise über eine Strecke, die von 21 bis y" (Fig. 21) verläuft, die Kurven noch sinusförmig und symmetrisch angeordnet sein werden und dass ihre Summe eine gerade Linie und daher ein Zentrierungsbestreben des Ankers nicht vorhanden sein wird.
Um nun die Bedingungen zu erfüllen, durch welche die Punkte und/ auf den Kurven in ihre neuen Lagen und h18' gesenkt werden, muss die wirksame Länge des Ankersystems der Fig. 9 um einen Betrag verkürzt werden, welcher den maximalen Ausschlag
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wie dies in Fig. 16 gezeigt ist. Dies läuft darauf hinaus, jedes Ende des Ankersystems mit Bezug auf die entsprechenden Polflächen um einen solchen Abstand nach innen zu verlegen, dass, wenn ein Ende des Ankers von den entsprechenden Polflächen wegbewegt (zurückgezogen) wird, der Fluss schneller vermindert wird und schliesslich einen Punkt auf seiner Kurve erreicht, der tiefer liegt, als wenn die wirksame Länge des Ankersystems einen grösseren Wert hätte.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn die Gesamtlänge des Ankers um einen Betrag verkürzt wird, der grösser als d ist, die Punkte A und in eine Lage verschoben werden, die auf den betreffenden Kurven noch tiefer liegt ; ein Superponieren der Flusskurven würde dann zeigen, dass ähnlich wie in Fig. 14, wieder unsymmetrische Verhältnisse herrschen, dass sich aber die Kurven unterhalb der Linie i des mittleren Flusses schneiden. Die Summe zweier solcher Kurven wäre eine nach unten gekrümmte Linie, während sie in Fig. 15 eine nach oben gekrümmte Linie war.
Ein solcher Anker würde daher die Neigung haben, sich eher in eine der Aussenlagen als in die Mittellage zu bewegen und der Anker würde negative magnetische Steifheit besitzen ; daher wird vorgezogen, den Anker um den Betrag d zu verkürzen und nicht um mehr, so dass die magnetische Steifheit annähernd Null sein wird.
Die Beziehung zwischen dem Ankersystem und den Polflächen ist eine relative und das gewünschte Resultat kann anstatt durch Verkürzen der Gesamtlänge des Ankersystems auch durch Vergrössern des Abstandes zwischen den Polflächenpaaren erreicht werden.
Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Streufluss (Randfluss, gebrochener Fluss) von jedem Polflächenpaar zu dem wegbewegten Ende des Ankers durch Abschrägen der Innenecken der Polstücke, bespielsweise bei 40, in einer Anordnung, ähnlich jener der Fig. 9, vermindert wird.
Dies ist gewissermassen ein Kompromiss zwischen einem Zustand, in welchem die Ecken nicht abgeschrägt sind (wie beispielsweise in Fig. 9) und einem Zustand, in welchem der Abstand zwischen den beiden Polflächenpaaren vergrössert wird, weil das Vergrössern des Abstandes zwischen den beiden Polflächenpaaren beinahe dasselbe ist, wie wenn man die Innenecken in einem solchen scharfen oder spitzen Winkel abschrägen würde, dass die Innenteile der Polstücke in ihrer Wirkung überhaupt ausgeschaltet wären.
Es ist klar, dass die Ankerkörper 17 und 18 anstatt der inneren Teile auch die äusseren Teile der Polflächen überdecken können, wie dies in Fig. 24 gezeigt ist. Ein Vergrössern des Flusses zwischen den Polen Ni und 81, welches von einer Verminderung des Flusses zwischen den Polen N2 und 82 begleitet wird, wird das Ankersystem nach rechts verschieben und umgekehrt. Um den magnetischen Zug oder das Zentrierungsbestreben des Ankersystems dieser Bauart zu vermindern, muss die wirksame Länge des Ankersystems, das ist der Abstand zwischen
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verlegt werden, um das Streuen (Brechen) des Flusses zu den wegbewegten Enden der Ankerkörper zu kompensieren.
Man versteht nunmehr, wies die magnetische Steifheit oder das Zentrierungsbestreben des Ankers in einer Antriebsvorrichtung der beschriebenen Art durch Wahl einer geeigneten Beziehung zwischen der wirksamen Länge des Ankersystems und den Polflächen vermindert oder beseitigt werden kann. Die Erfindung kann so angesehen werden, als ob die wirksame Gesamtlänge des Ankersystems entweder verringert oder vergrössert wird (verringert im Falle einer Ankerbauart gemäss Fig. 9, vergrössert im Falle einer Ankerbauart gemäss Fig. 24), um den Streufluss zu kompensieren.
Die Erfindung kann aber auch so angesehen werden, als ob der Abstand zwischen den beiden Polflächenpaaren in bezug auf die wirksame Länge des Ankers entweder vergrössert oder verringert würde, um dasselbe Ergebnis zu erzielen, oder als ob die Polflächen im Aufbau so verändert würden, dass das gleiche Ergebnis erreicht wird. Die Wirkung von Veränderungen des magnetischen Widerstandes in jeder der Bahnen zwischen den einander gegenüberliegenden Polflächen kann, insoweit sie auf Permeabilitätsänderungen des Ankermaterials zurückzuführen ist, vernachlässigt und als bedeutungslos angesehen werden.
In Wirklichkeit können durch Versuche Kurven aufgenommen werden, die es ermöglichen, gegebenenfalls diese Permeabilitätsänderungen annähernd zu berücksichtigen.
Durch ein geeignetes Kompromiss zwischen den Bedingungen, die das Zentrierungsbestreben des Ankers ergeben, und jenen Bedingungen, die dasselbe zu vermindern gestatten, kann das Ankersystem der Antriebsvorrichtung so ausgeführt werden, dass es einen beliebigen gewünschten Grad von Zentrierungsbestreben behält, so dass das Ankersystem nur ein geringes Bestreben zur Rückkehr in seine zentrale Mittellage besitzt. Würde beispielsweise die Gesamtlänge des Ankersystems 17'-18'der Fig. 18 etwas grösser sein, als sie in der Figur gezeichnet wurde, so würde das Ankersystem ein leichtes Zentrierungsbestreben haben und die Kurve a'+ b'der Fig. 22 würde nach oben etwas gekrümmt sein, aber nicht in jenem Ausmass, das für die Kurve a + b der Fig. 15 charakteristisch ist.
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Der Grund, warum die vorliegende Bauart sich bezüglich der relativen wirksamen Länge des Ankersystems so kritisch verhält, liegt darin, dass der Streufluss mit dem Hauptfluss (direkten Fluss) verglichen wird. Wenn eine Antriebsvorrichtung der vorliegenden Bauart dazu verwendet wird, eine direkt wirkende konische Membran zu betätigen, so muss er für die maximale Bewegungsamplitude der Membran bei niederster Betriebsfrequenz entworfen werden. Die gegenwärtige Praxis verlangt eine Bewegungsamplitude von annähernd 0'8 mm. Dies ist der gebräuchliche Wert beim Betrieb von elektrodynamischen Lautsprechern, wenn mit grosser Lautstärke gearbeitet wird, und trifft bei Frequenzen im Bereich von 40--100 Perioden zu.
Wenn bei einer Antriebsvorrichtung der vorliegenden Type der Anker eine Bewegungsamplitude von 0'8 mm haben soll, so müssen die Polflächen annähernd 1-6 mm breit sein. Überdies ist es nicht möglich, die Länge des Luftspaltes auf weniger als 0'005-0'0025 mm zu verringern.
Die Wirkung, die der Streufluss unter diesen Umständen auf den Betrieb der Einrichtung hat, wird noch deutlicher, wenn man die Verhältnisse bei einem gewöhnlichen rotierenden Elektromotor und technischen Frequenzen in Vergleich zieht, in welchem Fall der Streufluss nur einen kleinen Prozentsatz des Hauptflusses beträgt. Der Streufluss ist von geringerer Folgewirkung bei Antriebsvorrichtungen, welche Polflächen grösserer Breite haben und, wenn die Polfläche in bezug auf die andern Verhältnisse breit genug ist, so kann der Streufluss überhaupt vernachlässigt werden.
Es wurde gefunden, dass Federn der bei 20 und 21 gezeigten-Bauart sich zur Befestigung des Ankersystems ausgezeichnet eignen, da jede Feder das Ankersystem mit einem Träger verbindet, der gänzlich auf einer Seite des Ankersystems gelegen ist. Die Wirkungsweise der Federn kommt im Prinzip der auslegerartigen Federaufhängung nahe und die Bewegung des Ankersystems ist viel freier als in jenen Fällen, wo es beispielsweise mittels Federn aufgehängt ist, deren jede sich auf entgegengesetzte Seiten des Ankersystems erstreckt, an ihren Enden starr gestützt wird und mit irgendeinem Zwischenpunkt des Ankers verbunden ist ; bei der eben erwähnten Anordnung sind nämlich die Federn unter beträchtlicher Spannung, wenn das Ankersystem seine hin-und hergehende Bewegung ausführt, und verringern daher beträchtlich die Bewegungsfreiheit des Ankersystems.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mehrpoliger elektromagnetischer Lautsprecher mit gabelförmig verzweigten Magnetpolen und einem Ankersystem, das in den Luftspalten der Magnetpolstücke ungefähr parallel zu den Polflächen schwingt, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Länge des Ankersystems eine solche ist, dass, wenn der Anker in eine Lage bewegt wird, in welcher eines seiner magnetisch voneinander unabhängigen Endstücke sich mit den zugehörigen Polflächen in Deckung befindet, das andere Endstück des Ankers sich nicht bis zu den andern Polflächen erstreckt und den Luftspalt zwischen letzteren nicht erreicht.