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Verfahren und Anordnung zum Antrieb von Vorrichtungen, welche die bei elektrischem Stromdurchgang durch ein aus einem Halbleiter und einem denselben berührenden Halbleiter oder Leiter bestehendes Aggregat zwischen den Berührungsflächen auftretende elektrostatische Anziehungskraft ausnutzen.
Aus einer Reihe von Patentschriften, z. B. der österr. Patentschrift Nr. 99556, ist es bekannt, dass gewisse Stoffe, die sogenannten Halbleiter, z. B. Achat, Schiefer, gewisse Holz-und Papiersorten, Gelatine u. a. auf berührende Leiter oder Halbleiter eine erhebliche Anziehung ausüben, wenn ein passender Strom die sich berührenden Oberflächen durchfliesst.
Die Anziehung ist von der durch den Strom in der Berührungsfläche erzeugten Potentialdifferenz abhängig und bei zunehmender Spannung stark steigend.
Die Anziehung ist von einem entsprechend starken Reibungswiderstand gegen Gleiten der beiden Flächen einander gegenüber begleitet.
Es wurde bereits in verschiedener Weise versucht, diese Wirkung in der Technik auszunutzen, wobei einerseits erstrebt wurde, die beim Stromdurehgang durch ein aus einem derartigen Halbleiter und einem denselben über eine gewisse Berührungsfläche berührenden Halbleiter oder Leiter bestehendes Aggregat zwischen den Berührungsflächen auftretende elektrostatische Anziehungskraft dahin nutzbar zu machen, den einen der Aggregatteile dem andern zu nähern, auf welchem Prinzip Elektroskope, Relais oder andere Vorrichtungen sich konstruieren lassen, während anderseits versucht wurde, durch ein derartiges mechanisches Bewegen der Aggregatteile einander gegenüber, dass sie längs eines Teiles ihrer Oberflächen stets miteinander in Berührung sind,
die variierende Reibung zwischen den beiden Aggregatteilen zwecks Konstruktion elektromechanischer Vorrichtungen auszunutzen, welche durch Anwendung eines geringen Stromes (Bruchteile von Milliampere) imstande waren, erhebliche mechanische Zugkräfte auszulösen. Diese Wirkung liess sich besonders leicht dadurch erzielen, dass der eine der Aggregatteile als ein rotierender Zylinder oder eine rotierende Scheibe, während der zweite Teil als ein Band oder eine Scheibe ausgebildet und mittels Federkraft oder in anderer Weise gegen den rotierenden Teil gedrückt gehalten wurde.
Derartige Aggregate schienen für die Konstruktion einfacher und billiger Telegraphen-, Fern- sprech-, Oszillograph-und anderer Apparate zur Anwendung gelangen zu können, welche im Verhältnis zu andern bekannten Konstruktionen für ähnliche Zwecke den sehr erheblichen Vorteil aufwiesen, dass die übertragenen mechanischen Kräfte nicht durch elektrische Ströme zu erzeugen waren, sondern von einem Motor, einem Uhrwerk od. dgL erzeugt werden könnten, während die zur Steuerung besagter Kräfte erforderlichen elektrischen Ströme ganz gering waren.
Während somit die auf dem Prinzip sich gründenden technischen Anwendungen beim ersten Blick von grosser Bedeutung zu sein schienen, stellte es sich indessen heraus, dass die wohlgelungenen Laboratoriumsversuche in der Praxis unübersteigbaren Schwierigkeiten begegneten, indem die Eigen-
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abnorm gross wurde und in beiden Fällen die praktische Anwendbarkeit der Vorrichtung vernichtet.
Es wurde versucht, diesem Übelstand durch besondere Behandlung der Oberfläche mit Reinigungsmitteln teils mechanischer, teils chemischer Art abzuhelfen ; sämtliche Versuche, Konstruktionen herzustellen, welche imstande waren, längere Zeit hindurch zu arbeiten, erwiesen sich jedoch als erfolglos.
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Fortdauernde Versuche und Untersuchungen der sich hier geltend machenden Verhältnisse haben nunmehr ergeben, dass die Änderung, welche die Aggregate infolge des Durchganges des Stromes erleiden, anscheinend elektrochemischen Änderungen zuzuschreiben sind.
Vorliegende Erfindung bezweckt nun, zu vermeiden, dass beim Durchgang des Stromes elektro- chemische Änderungen im Aggregat auftreten, um die wertvollen Eigenschaften desselben zu erhalten und seine praktische Verwendbarkeit zu gewährleisten.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ausschliesslich wechselnde Ströme in solcher Weise durch das Aggregat geleitet werden, dass eine überschüssige elektrochemische Wirkung in der einen oder andern Richtung völlig vermieden wird.
Praktische Versuche haben ergeben, dass es zur Erreichung dieses Zwecks nicht unter allen Umständen genügt, ganz einfach Wechselstrom zu verwenden, man muss sich vielmehr sichern, dass die Kurvenform des Wechselstrom eine derartige ist, dass die von positiven und negativen Halbwellen herrührenden wechselnden, elektrochemischen Wirkungen sich völlig aufheben. Dies lässt sich in verschiedener Weise erzielen.
. In der Zeichnung sind schematisch verschiedene Anordnungen veranschaulicht, welche dazu dienen, den hier erstrebten Zweck zu erreichen. Es zeigen : Fig. 1 und 2 schematisch zwei verschiedene Anordnungen, Fig. 3 die durch die Anordnung nach Fig. 2 erzielte Kurvenform des wechselnden Stroms, Fig. 4 eine dritte Anordnung, Fig. 5 die hier benutzte Kurvenform des wechselnden Stroms, Fig. 6 eine vierte Anordnung, Fig. 7 die durch dieselbe erzielte Kurvenform des wechselnden Stroms und Fig. 8-10 drei weitere Anordnungen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann, um zu vermeiden, dass ein aus einem Halbleiter 1 und einem darüber angeordneten Metallband 2 bestehendes Aggregat durch infolge des Durchganges des elektrischen Stroms entstehende elektrochemische Änderungen verändert wird, in die Verbindungsleitungen zwischen dem Aggregat 1, 2 und einem Wechselstromgenerator 3 ein Kondensator 4 mit genügend hohem Isolationswiderstand, z. B. ein Glimmerkondensator, eingeschaltet werden. Dieser Kondensator verhindert das Auftreten von Gleichstrom, der infolge einer durch praktische Versuche festgestellten Gleichrichterwirkung des Halbleiteraggregates in Verbindung mit der mehr oder weniger unsymmetrischen Kurvenform des Wechselstrom sonst leicht vorkommt.
An und für sich ist jedes Verfahren anwendbar, durch welches Gleichstrom verhindert werden kann, das Aggregat zu durchfliessen. Dies lässt sich z. B. auch durch Anwendung einer geeigneten Kurvenform des Wechselstrom erzielen.
Die variierende Spannung hat indessen eine variierende Anziehungskraft und Reibung zwischen den einander berührenden Flächen des Aggregats zur Folge. Wünscht man die hiedurch auftretende pulsierende Anziehungskraft auszugleichen, können verschiedene Verfahren verwendet werden, von denen nachstehend beispielsweise einige erwähnt seien.
In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung wird eine rotierende Kommutatoranordnung 5 verwendet, mittels welcher bezweckt wird, einen aus einer Gleichstromquelle 6 fliessenden Gleichstrom in Wechselstrom zu umformen. Dem Kommutator kann eine Wechselspannung V entnommen werden, deren Kurvenform die in Fig. 3 gezeigte eckige Form aufweist. Eine Spannung dieser Form ergibt annähernd eine ebenso gleichmässige Anziehungskraft wie eine Gleichspannung.
In Fig. 4 ist eine Anordnung gezeigt, bei welcher das Aggregat 1, 2 als ein Teil einer Lautsprecheranlage verwendet wird, wobei das Band 2 einen Schallerzeuger 19 betätigt. Um zu verhindern, dass die für den Betrieb der Vorrichtung erforderliche Polarisationsspannung am Aggregat 1, 2 bleibende elektrochemische Veränderungen im letzteren hervorruft, ist ein Stromwender in dem das Aggregat mit der Polarisationsbatterie 6 verbindenden Kreislauf eingeschaltet, bestehend aus einem Schlüssel 20, der zwischen zwei Kontakten 21, 22 geschwungen werden kann.
Der Schlüssel 20 kann von einer Daumenseheibe 23 in Verbindung mit einer Feder 24 bewegt werden. In Fig. 5 ist die durch die Vorrichtung erzielte Kurvenform der Polarisationsspannung V veranschaulich. Durch Einstellen des Stromabnehmers 25 sowie durch Änderung der Form der Daumenscheibe 23 lässt sich sowohl die Amplitude als die Dauer der wechselnden Spannungsimpulse ändern.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Anordnung, bei welcher das Aggregat 1, 2 mit einem Potentiometer 7, das in einem Stromkreis eingeschaltet ist, welcher einen Vorschaltwiderstand 8, enthält und mit einer zum Potentiometer 7 parallel eingeschalteten Gasentladungsröhre 9 verbunden ist, welcher Stromkreis einem von einem Wechselstromgenerator 11 gespeisten Transformator 10 angeschlossen ist, wird die Gasentladungsröhre bei Zündung derselben einen Spannungsabfall im Vorschaltwiderstand hervorrufen und sich selbst auf einer Spannung halten, welche in der Nähe der Zündspannung liegt, wodurch eine Kurvenform der das Aggregat 1, 2 durchfliessenden Wechselspannung V, wie in Fig.
7 mit vollen Linien gezeigt, erzielt wird, wobei die punktierten Wellengipfel V'die Wechselspannung des Generators angeben und die Spannung V"die Zündspannung der Gasentladungsröhre oder einen durch Einstellen des Potentiometers bestimmten Bruchteil derselben angibt.
Bei einer derartigen Kurvenform ist die zwischen den Aggregatteilen entstandene Anziehungskraft erheblich gleichmässiger als bei einer reinen Sinusspannung.
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Durch Anwendung mehrphasiger Ströme lässt sich eine weitergehende Egalisierung der Anziehungs- kraft und hiemit eine bedeutend erhöhte Anziehung und Reibung zwischen den Teilen des Aggregats erzielen.
Fig. 8 stellt beispielsweise eine Vorrichtung dar, bei welcher zweiphasiger Wechselstrom verwendet wird, dessen Phasen gegenseitig um 900 verschoben sind. Von einem Transformator 12 wird Strom einem passend bemessenen Kondensator 13 und einem Widerstand 14 zugeleitet, in welchen auf an sich bekannte Weise zwei gleich grosse, jedoch gegenseitig um 900 phasenverschobene Spannungen vorkommen, die je einer Hälfte des Aggregats 1, 2 zugeführt werden, welches im dargestellten Beispiel aus einem
Halbleiter 1 und zwei Leitern 2 besteht, die auf einer isolierenden Tragplatte 15 angeordnet und je über Kondensatoren 4 mit dem aus dem Transformator 12, dem Kondensator 13 und dem Widerstand 14 bestehenden Stromkreis verbunden sind.
In Fig. 9 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher drei auf einer isolierenden Tragplatte 16 angeordnete Metallamellen 2 den einen Aggregatteil bilden, während der zweite Teil aus einem Halb- leiter 1 besteht. Die drei Metallamellen sind über Kondensatoren 4 je einer Phase eines dreiphasigen
Wechselstromnetzes angeschlossen. Die Anziehung zwischen Lamellen und Halbleiter wird durch diese
Bauart ausserordentlich ausgeglichen werden, indem stets eine der Lamellen grosse Anziehung ausüben wird, während die Anziehung in der zweiten Lamelle abnimmt und in der dritten Lamelle zunimmt.
Wird gewünscht, mittels der im Aggregat entstehenden Anziehung oder Reibung zu erwirken, dass eine Membran, ein Schreibstift od. dgl. sich im Takt mit der Wechselspannung bewegt, kann man vorteilhaft zweiphasigen Strom anwenden und die gewöhnlich angewandte federnde Gegenkraft fort- lassen. Man kann z. B., wie in Fig. 10 gezeigt, einen tönenden Schallerzeuger konstruieren.
Zwei durch ein Schaltungsschema wie das in Fig. 8 gezeigte erzeugte phasenverschobene Spannungen werden je einem Aggregat 1, 2 zugeführt, welche aus zwei Halbleitern bestehen, die als Zylinder 1 aus- gebildet sind, welche wie in der durch Pfeile 17 angegebenen Richtung bewegt werden. Über den Zylinder 1 ist ein Metallband 2 gelegt, das mit je einer Seite einer Membran 18 verbunden ist. Da die Spannung und somit auch die Anziehung im einen Aggregat ein Maximum ist, wenn sie im andern Null ist, werden die beiden Metallbänder 2 die Membran bald nach der einen, bald nach der andern Seite im gleichen
Takt mit dem Wechselstrom führen und die Membran wird einen Ton erzeugen, dessen Schwingungszahl zweimal grösser ist als die Periodenzahl des Wechselstrom.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Antrieb von Vorrichtungen derjenigen Art, welche die bei elektrischem Strom- durchgang durch ein aus einem Halbleiter und einem denselben über eine gewisse Berührungsfläche berührenden Halbleiter oder Leiter bestehendes Aggregat zwischen den Berührungsflächen auftretende elektrostatische Anziehungskraft ausnutzen, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Aggregat aus- schliesslich wechselnde Ströme derart geleitet werden, dass ein bleibender Überschuss elektrochemischer
Veränderung des Aggregats vermieden wird.