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Akustische Membran und Verfahren zur Herstellung solcher Membranen.
Die Erfindung betrifft akustische Membranen, insbesondere Membranen für Lautsprecher.
Eine verbreitete Art von Lautsprechermembranen besteht aus einem Konus, einem steifen
Rahmen und einem im Wesen flachen, ringförmigen, kranz-oder krempenförmigen Randteil, welcher zwischen der Kante des Konus und dem Rahmen angeordnet ist und als nachgiebige oder biegsame
Verbindung zwischen dem Konus und dem Rahmen dient, zu dem Zwecke, eine axiale Bewegung des
Konus zu ermöglichen. Unter "flach" ist der Umstand zu verstehen, dass die Ebene des Kranzes (Rand- teil) sich ungefähr rechtwinkelig zur Konusaehse erstreckt. Bisher war es allgemein üblich, den Konus aus Papier und den Kranz aus irgendeinem andern Material, wie etwa Leder, herzustellen. In einigen
Fällen wurde auch der Kranz aus Papier gemacht, aber er wurde dabei getrennt vom Konus verfertigt, indem er beispielsweise aus einem flachen Papier gestanzt wurde.
In jedem der bekannten Fälle aber muss der Kranz an die Konuskante angeklebt oder angeleimt werden, und dies hat zwangsläufig zur Folge, dass die einzelnen Membranen in ihren Eigenschaften voneinander abweichen ; jedenfalls ist es erwünscht, diesen Vorgang aus der Erzeugung auszuschalten, um die Herstellungskosten zu verbilligen. Es sind auch bereits Versuche gemacht worden, eine Membrane zu erzeugen, bei welcher der Konus und der flache Randteil eine Einheit bilden und aus einem Stück gleichen Materials hergestellt sind, um dadurch die mit dem Ankleben verbundenen Kosten zu ersparen und die Notwendigkeit der Verwendung eines ver- hältnismässig teuren Materials wie Leder für den Kranz zu vermeiden.
So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, Membranen aus Stoff oder Gewebe, wie beispielsweise Steifleinen, zu formen oder zu pressen, wobei Konus und Kranz ein einziges Stück bilden sollen ; da aber das zur Herstellung solcher Membranen geeignete Gewebe ziemlich teuer ist, so können die Kosten auf diese Weise nicht wesentlich vermindert werden. Der ideale Weg wäre, ein einziges Stück, enthaltend Konus und Kranz, aus Papier zu pressen oder anderswie zu formen und dabei als Ausgangspunkt ein flaches Blatt billigen Papiers zu benutzen.
Man hat zwar bereits vorgeschlagen, eine Membran aus Papierstoff zu formen, damitder Konus und der flache Kranz eine Einheit bilden können. Dies verlangt aber die Verwendung von Spezialmaschinen.
Auch sind die auf diese Weise fabrizierten Membranen hinsichtlich ihrer Eigenschaften nicht gleichmässig.
Es scheint also bisher noch keine Lösung des Problems vorzuliegen, eine billige und zufriedenstellende, einteilige Membran der Konus-und Kranztype aus Papier zu pressen oder sonstwie zu formen und dabei als Ausgangsmaterial ein flaches Blatt Papier zu benutzen. Die Lösung dieses Problems bildet vornehm- lich Ziel der vorliegenden Erfindung.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Membran mit Konus und ungefähr flachem
Randteil, bei welcher der Konus in axialer Richtung grosse Bewegungsfreiheit besitzt, dagegen in radialer
Richtung fest abgestützt ist.
Die Erfindung gibt auch ein verbessertes Verfahren an, um Membranen herzustellen, welche die eben erwähnten Eigenschaften besitzen. Weitere Vorteile und Aufgaben der Erfindung gehen aus der genaueren Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die an Hand der Figuren der Zeichnung beschrieben werden sollen.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Membran, die gemäss der
Erfindung aufgebaut ist. Fig. 2 ist eine Seitenansicht zu Fig. 1. Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der
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Linie 3-3 der Fig. 4, welch letztere in vergrössertem Massstabe eine Draufsicht eines kleinen Teiles der Membran darstellt, um eine Gruppe von Falten zu zeigen, die um die Konuskante herum und im angrenzenden Teil des Kranzes gebildet werden. Die Fig. 5 und 6 sind Grundrisse des Papierblattes, welche die Art und Weise zeigen, wie jene Linien in das Blatt eingearbeitet werden, welche ein nachfolgendes Biegen des Papiers bzw. eine nachfolgende Faltenbildung erleichtern sollen.
Die Fig. 6a und 8b zeigen Bruchstücke je einer Seite des Papierblattes, wobei die auf der einen Seite desselben vorbereiteten oder eingearbeiteten Buglinien durch volle Linien und die auf der andern Seite des Blattes vorbereiteten Buglinien durch gestrichelte Linien angedeutet sind.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansieht einer abgeänderten Ausführungsform einer erfindunggemässen Membran. Die Fig. 8 und 9 sind Grundrisse des zugehörigen Papierblattes und zeigen wieder die Art und Weise, wie die Linien auf beiden Seiten des Blattes vorbereitet oder eingearbeitet werden,
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Ansichten beider Seiten des Papierblattes, wobei wieder die auf der einen Seite vorgesehenen Buglinien durch volle Linien und die auf der andern Seite befindlichen Buglinien durch gestrichelte Linien angedeutet sind, so dass danach eine Membran gemäss Fig. 7 hergestellt werden kann. Fig. 10 ist ein Querschnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 11, welch letztere eine Draufsicht eines kleinen Teiles der Membran nach Fig. 7 darstellt und den Aufbau einer Gruppe von Falten um die Konusakte herum und in dem anschliessenden Kranzteil veranschaulicht.
Ein einfacher Papierkonus kann ohne weiteres aus einem flachen kreisförmigen Papierblatt gebildet werden, indem aus diesem ein Sektor herausgeschnitten wird und die radialen Kanten des letzteren miteinander verbunden (z. B. geklebt) werden. Die hier zu besehreibende Membran kann als ein solcher einfacher Konus aufgefasst werden, bei welchem eine gewisse Materialfülle längs einer Umfangslinie angehäuft ist, die der Verbindungslinie zwischen Konus und flexiblem Kranz der fertigen Membran entspricht.
Die Materialanhäufung (Fülle) nimmt von der Aussenkante der Membran gegen die erwähnte Verbindungslinie allmählich zu und nimmt dann von dieser Linie aus wieder allmählich ab, bis sie in einer gewissen Höhe der Konuswandung verschwindet ; diese Abnahme und Zunahme soll derart erfolgen, dass ein Randteil des einfachen Konus infolge der Kontraktionsfähigkeit seines Innenumfanges eine ungefähre flache Lage einnehmen kann. Dieser Randteil bildet schliesslich den obenerwähnten flexiblen Kranzteil der fertigen Membran. Die Bewegung des Randteiles des einfachen Konus in die neue flache Lage und die diese Bewegung begleitende Zusammenziehung des Innenumfanges des Randteiles erfordert auch eine Zusammenziehung jenes Konusteiles, welcher in der fertigen Membran an den Kranz angrenzt.
Die Materialfülle wird im einfachen Konus so angehäuft, dass diese Forderung tatsächlich erfüllt wird.
Vorzugsweise wird dies durch ein System von Falten (Wellungen, Vertiefungen, Unebenheiten) erreicht, welches später ausführlicher beschrieben werden soll, wobei Vorsorge getroffen ist, um eine gelenkartige Wirkung (Klappwirkung) längs der Verbindungslinie zwischen Konus und Randteil in der fertigen Membran zu ermöglichen, und wobei die Falten vorzugsweise so ausgebildet sind, dass dem Konus eine grosse Bewegungsfreiheit gelassen wird, indem dem Umfangsteil des Kranzes die Möglichkeit geboten ist, sich auszudehnen und zusammenzuziehen, wenn der Konus vibriert.
In den Fig. 1 bis 4 besteht die Membran aus einem Konus 1 und einem mit letzterem ein einziges Stück bildenden Randteil 2, der im Wesen flach ist, d. h. in einer Ebene liegt, iie ungefähr rechtwinkelig zur Konusachse steht. Obwohl der Randteil 2 mit dem Konus ein einziges Stück bildet, so nimmt er doch eine flache Lage ein, weil eine Anzahl radialer Falten 3 im Randteil der Membran vorgesehen sind.
Diese Falten sind dort breiter, wo der Kranz an den Konus anschliesst, und laufen dann, sich verjüngend, einem Punkt zu, wobei sie gegen die Aussenkante des Kranzes zu verschwinden. Die Falten erstrecken sich vorzugsweise nicht bis zur Aussenkante des Kranzes, da es wünschenswert ist, einen ungefalteten Rand im Kranz freizulassen, welcher durch Klemmringe festgeklemmt oder sonstwie an einem starren Träger befestigt werden kann. Der an die Konuskante grenzende Teil des Konus 1 ist mit ähnlichen Falten 4 versehen. Die Falten im Konus sind in der Nähe des Kantenteiles desselben breiter und erstrecken sich vorzugsweise nur ein kurzes Stück aufwärts längs der Konuswandung, wo jede Falte, sich verjüngend, einem Punkt zuläuft und verschwindet.
Die Falten 3 und 4 sind vorzugsweise konkav, wenn sie von der Aussenseite der Membran her betrachtet werden. Insoweit, als der Kranz 2 einen Winkel mit der Konuswandung bildet, muss dafür gesorgt sein, dass jede Falte 3 einen Winkel mit der entsprechenden Falte 4 bilden kann und auch dass eine relative Falt-oder Klappbewegung (gelenkartige Bewegung) zwischen den Falten stattfinden kann, wenn der Konus vibriert. Dies wird bei der Membran der Fig. 1-4 dadurch erreicht, dass eine Falte 5 zwischen jeder Falte 3 und der entsprechenden Konusfalte 4 vorgesehen wird. Die Falten 5 sind konvex, wenn die Membran von aussen betrachtet wird.
Der Scheitel oder Grat 6 jeder Falte 5 liegt in einer Linie (bzw. bildet die Fortsetzung) mit dem Gegengrat oder der Furche 7 der Falte 4 und dem Gegengrat oder der Furche 8 der Falte 3, doch bildet der Grat 6 einen Winkel mit den Gegengraten 7 und 8 der Falten 3 und 4, wenn man dieses Gebilde von der Seite ansieht, wie dies am besten Fig. 3 zeigt. Die Büge oder Gegengrate 9, welche durch den Schnitt der Faltflächen 5 mit den Faltflächen. 3 und 4 entstehen, bilden zwei zickzackförmig umlaufende Linien (siehe Fig. 1).
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Ist die Membran in einem Rahmen (nicht gezeichnet) eingespannt, beispielsweise durch Befestigen - des Aussenteiles des Kranzes 2 in Klemmringen, und wird der Konus an seinem Scheitel durch einen geeigneten Bewegungsantrieb (der nicht gezeichnet ist) in Vibration versetzt, so findet eine gelenkartige Wirkung (Klappwirkung) längs der Zickzacklinie 9 statt. Während der Konus vibriert, dehnen sich die Falten 3 und 4 aus und ziehen sich wieder zusammen. Diese Wirkungsweise wird einfach durch die Falten 5 ermöglicht, indem diese Falten zugleich mit den Falten 3 und 4 sich ausdehnen und zusammenziehen. Infolgedessen besitzt der Konus eine beträchtliche Bewegungsfreiheit in axialer Richtung.
Die in den Fig. 1-4 dargestellte Membran kann dadurch hergestellt werden, dass aus einem flachen Papierblatt ein Konus gebildet wird und sodann die Falten (Wellungen, Vertiefungen) in den Konus gepresst werden, so dass die Membran die in der Zeichnung veranschaulichte Gestalt annimmt. Vorzugsweise jedoch werden zunächst mittels geeigneter Stempel oder Rollen Linien in das glatte Papierblatt eingearbeitet (vorzugsweise geritzt oder gebrochen), wie dies in den Fig. 5 und G angedeutet ist. Wenn in einem Papier mit Ritzstempeln geeigneter Gestalt oder ähnlichen Werkzeugen Linien eingetragen werden, so hat das Papier die Neigung, sich entweder in der einen oder in der andern Richtung zu biegen.
Es sei angenommen, dass die zum Vorbereiten der Büge verwendeten Stempeln derart beschaffen sind, dass eine von ihnen erzeugte Linie in der Aussenfläche der Membran, beispielsweise eine der Linien 7, den an sie angrenzenden Flächen die Neigung verleiht, einen Winkel zu bilden, der, von der Aussenseite der Membran gesehen, konkav ist, d. h. mit andern Worten, die Linie 7 wird zu einem Gegengrat (Furche) gemacht. Unter dieser Voraussetzung ist eine Seite des Papierblattes in der in Fig. 5 gezeigten Art vorzubereiten, damit schliesslich die Gegengrate und Furchen 7 und 9 entstehen. Die andere Seite (Rückseite) des Papierblattes ist in der in Fig. 6 dargestellten Weise vorzubereiten, damit schliesslich die Grate oder Büge 6 und 10 gebildet werden.
Die Fig. 6a und 6D zeigen durch volle Linien die vorbereiteten Buglinien auf je einer Seite des Papierblattes an und in gestrichelten Linien die Buglinien der zugehörigen Rückseite.
Wird ein so vorbereitetes Papierblatt in Konusform gefaltet und wird jener Teil, welcher schliesslich den Kranz bildet, aufgebogen, so können die in den Buglinien zusammentreffenden Flächen von Hand aus in ihre neuen Lagen gebracht werden, so dass sie die gewünsehten Falten bilden, und dies kann deswegen ohne weiteres geschehen, weil die vorangegangene Vorbereitung der Buglinien den faltenbildenden Flächen ein starkes Bestreben verleiht, ihre neuen Lagen einzunehmen. Soll jedoch die Faltenbildung in einer Maschine vorgenommen werden, so braucht man nur das mittels Buglinien vorbereitete Papierblatt in eine Stempelpresse oder zwischen Stempelrollen, die mittels Matrize oder Patrize ineinandergreifen, einzuführen und die Faltflächen in ihre endgültig gewünschten Lagen zu überführen.
In jedem Fall, ob von Hand aus oder maschinell, findet eine Bewegung der an die Büge grenzenden Flächen in ihre neuen Lagen statt, um das, was in der vorliegenden Erfindung als "Falten" bezeichnet wird, zu bilden. Selbst wenn die Falten in einer Stempelpresse oder mittels Stempelrollen gebildet werden, wird die vorangegangene Einarbeitung von Buglinien auf dem Papierblatt die Herstellung der Falten erleichtern.
Da die Falten 4 des Kantenteiles des Konus das Bestreben haben, den ursprünglich zwischen diesem Konusteil und der Konusachse gebildeten Winkel zu ändern, so wird das Papierblatt vorzugsweise mit einer kreisförmigen Linie 11 versehen, in welche die Falten 4 münden, so dass die Konuswandung sich um diese Linie herum ein wenig biegen kann, wie dies am besten aus den Fig. 1-3 zu ersehen ist.
Wenn sieh die Falten 3 nicht vollständig bis zur Aussenkante des Randteiles 2 erstrecken, so ist es vorzuziehen, den Randteil mit einem radialen Schlitz 12 am Ende jeder Falte 3 zu versehen, da auf diese Weise der Randteil leichter seine flache Stellung einnehmen kann.
Die in den Fig. 7-11 dargestellte abgeänderte Ausführungsform einer Membran besitzt Falten 3' im Randteil und Falten 4'im Kantenteil des Konus', wobei diese Falten den bereits beschriebenen Falten 3 und 4 der Fig. 1-4 gleichen, mit der einzigen Ausnahme, dass sie, von der Aussenseite der Membran gesehen, konvex sind.
Die Falten 3'und 4'bidden dort, wo ihre Flächen sich mit der ungefalteten
Oberfläche des Konus'bzw. des Kranzes schneiden, Grate 13 und Furchen (Gegengrate) 14. Die Art, wie es den Falten 3'ermöglicht wird, einen Winkel mit den Falten 4'zu bilden, die Art, wie eine gelenkartige Wirkung zwischen ihnen zustande kommt, und die Art, wie es den Falten 3'und 4'ermöglicht wird, sich auszudehnen und zusammenzuziehen, wenn der Konus vibriert, ist abweichend von dem, was in den Fig. 1-4 gezeigt wurde.
Im vorliegenden Fall ist die Falte 15, welche der Falte 5 der Fig. 1-4 entspricht, konkav, wenn sie von der Aussenseite der Membran her betrachtet wird, und besitzt einen
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Gegengrat 18, der von einem Punkt 19, in welchem die Linien 1'7 die Grate 1. 3 schneiden, zu einem Punkt 20 verläuft, wo die Linie 14 der Falte 3'die entsprechende Linie 14 der Falte 4'trifft. Die Flächen auf jeder Seite jeder Linie 18 sind, von der Aussenseite der Membran gesehen, konkav. Die Linie 18 bildet zusammen mit der benachbarten Linie 17 zwei Seiten eines Dreieckes, dessen Basis durch einen Bug oder Grat 21 gebildet wird. Die Flächen auf jeder Seite des Grates'21 sind, von der Aussenseite der Membran gesehen, konvex.
Die Grate 21 liegen in einer Linie mit den Gegengraten 16 der
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dieses Ausdehnens und Zusammenziehens nähern sich die Punkte 20 und weichen wieder zurück, während die Punkte 22 einen festen Abstand behalten. Dieser Vorgang wird von einem geringfügigen Biegen oder Klappen längs der Linie 17, 21 und 18 begleitet, welche gelenkartige Wirkung zu jener Biegung oder Lenkung hinzukommt, welche längs der Grate 13 der Falten und längs ihrer Gegengrate 14 stattfindet.
Die in den Fig. 7-11 dargestellte Membran kann auf die gleiche Weise hergestellt werden wie die Membran der Fig. l-4, d. 11. das Papier kann zuerst in Konusform gebracht werden, und es können dann Falten (Wellungen, Vertiefungen) in die Wandung des Konus mittels geeigneter Stempel eingepresst werden, so dass die Membran die in Fig. 7 dargestellte Gestalt annimmt, wobei gegebenenfalls eine Vorbereitung durch Einarbeiten von Buglinien in der in den Fig. 8,9 a und 9 b gezeigten Weise vorangehen kann. Der Vorgang des Einarbeitens von Buglinien in die glatte Papierfläche ist derselbe wie jener, der im Zusammenhang mit den Fig. 6,6 a und 6 b beschrieben worden ist, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass die Buglinien entsprechend der geänderten Anordnung der Falten vorzusehen sind.
Da das richtige Einarbeiten der Buglinien den Faltflächen die Neigung verleiht, ihre endgültigen Lagen aufzusuchen, und da die den Buglinien benachbarten Flächen in ihre neuen Lagen von Hand aus Überführt werden können, um die erforderlichen Falten zu bilden, wenn aus dem Blatt ein Konus geformt und der Kantenteil zu dem gewünschten Kranz aufgebogen worden ist, so kann erforderlichenfalls die Stempelmasehinerie auch ganz weggelassen werden.
In beiden dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Membranen kann der Konus sehr frei vibrieren, weil sein Kantenteil und der an die Kante grenzende Innenteil des Kranzes sich ausdehnen und zusammenziehen können. Dies ist von grossem Vorteil, wenn die Membran von einem Bewegungsantrieb in Vibrationen versetzt wird, der grosse Bewegungsamplituden auszuführen vermag, wie dies beispielsweise bei elektrodynamischen Antrieben der Fall ist. Wird ein soleher Antrieb verwendet, so ist es wünschenswert, dass der Membrankranz eine grosse Biegsamkeit besitzt und dass der Konus Bewegungen mit grosser Amplitude ausführen kann.
Der Vorteil, der darin liegt, dass der Kantenteil des Konus und der Innenkantenanteil des Kranzes entsprechend der Vibrationen des Konus sich ausdehnen und zusammenziehen kann, wird besser durch den Umstand verständlich, dass ein Papierkonus mit einem ungefähr flachen Papierkranz keiner grossen Bewegungsamplitude fähig ist, weil jeder Punkt am Innenumfang des Kranzes das Bestreben hat, in einem Kreisbogen zu schwingen, der in bezug auf die Konusachse konvex ist. Dadurch entsteht das Bestreben, die Konusbasis und den Innenkantenteil des Kranzes auszudehnen und zusammenzuziehen, doch ist die Bewegung des Konus notwendigerweise eine beschränkte, da ja Papier sich nicht leicht ausdehnt und zusammenzieht.
Wird der Randteil gebräuchlicher Membranen genügend flexibel gemacht, damit der Konus eine grosse Bewegungamplitude ausführen kann, dann ist der Konus in radialer Richtung nicht richtig unterstützt, und dies ruft insbesondere bei elektrodynamischen Lautsprechern Schwierigkeiten hervor, weil jedes Sacken
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da der Herstellungsvorgang einfach ist und die Erzeugung einer grossen Zahl Einzelstücke innerhalb eines kurzen Zeitraumes ermöglicht. Überdies sind alle, sonst gleichen, erfindungsgemässen Membranen in ihren Eigenschaften fast gleichmässig, was bei den bisher bekannten Membranen nicht der Fall ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Akustische Membran mit einem Konusteil und einem Randteil, die beide aus Papier od. dgl. hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Basis des Konusteiles als auch das innere Ge- biet des Randteiles peripherisch ausdehnbar und zusammenziehbar ausgebildet ist.