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Elektrischer Schwingungserzeuger.
Die Erfindung bezieht sieh auf elektrische Schwingungserzeuger, bei denen die Frequenz der erzeugten elektrischen Schwingungen durch ein mechanisches Schwingungssystem bestimmt ist. Zweck der Erfindung ist die Erzeugung elektrischer Schwingungen, deren Verlauf sehr nahe sinusförmig ist und deren Frequenz über einen grösseren Amplitudenbereieh unabhängig von der Amplitude ist.
Der Erfindungsgegenstand ist besonders, jedoch nicht ausschliesslieh, zur Erzeugung von Wechselströmen sehr niedriger Frequenz, z. B. 20 Perioden je Sekunde oder weniger, geeignet und insbesondere für Fernsehzwecke anwendbar, für die eine konstante Frequenz genauer Wellenform zur Synchronisierung und Phasenhaltung erforderlich ist. Die bekannten Vorrichtungen der in Frage stehenden Art weisen eine Anzahl von Mängeln auf, insbesondere ist es unmöglich, eine genaue Wellenform zu erzielen, die für Fernsehgeräte mit schwingender Bildabtastung und in den meisten Synchronisierungsvorrichtungen unerlässlich ist.
Die Erfindung besteht unter Verwendung eines die Frequenz und die Wellenform der erzeugten elektiischen Schwingungen bestimmenden mechanischen Sehwingungssystems darin, dass ein Motorteil vorgesehen ist, der das System mit Hilfe aufgedrückter elektrischer Schwingungen in Schwingungen hält und der mechanisch mit einem elektrodynamisch wirkenden Generatorteil gekuppelt ist.
Die bisher zur Schwingungserzeugung verwendeten Stimmgabelunterbreeher sind elektromagne- tischer Natur. Es ist unmöglich, mit derartigen Vorrichtungen Wechselströme richtiger Wellenform zu erzeugen, da die Erzeugung des Wechselstromes durch einen magnetischen Teil erfolgt, der sich irgendeinem andern magnetischen Teil nähert und wieder von diesem entfernt. Das elektrodynamische Prinzip besteht demgegenüber darin, dass ein in einen elektrischen Stromkreis geschalteter Leiter durch ein magnetisches Feld bewegt und hiedurch in dem Leiter ein Strom erzeugt wird. Bekanntlich ist hiebei die erzeugte Spannung direkt proportional der Bewegungsgeschwindigkeit des Leiters im Felde. Wenn man infolgedessen dem Leiter eine sich sinusförmig ändernde Geschwindigkeit erteilt, so wird auch eine sich sinusförmig ändernde Spannung erzeugt.
Der Motorteil und der Generatorteil bilden ein in sieh geschlossenes Massenelement, das mit einem in sich geschlossenen nachgiebigen Element zusammenwirkt, d. h. dass die Masse des nachgiebigen Elements sehr klein im Vergleich zu der Masse des Massenelements ist und dass die Nachgiebigkeit des Massenelements sehr klein im Vergleich zu der Nachgiebigkeit des nachgiebigen Elements ist.
Hiedurch unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand von dem bekannten Schwingungserzeugern mit Stimmgabeln, piezoelektrischen Kristallen u. dgl., da bei diesen Masse und elektrisches Glied nicht voneinander getrennt sind. Auch ist ein grundsätzlicher Unterschied gegenüber den bekannten Induktionsspulen mit schwingenden Kontaktunterbrechern gegeben, da die Schwingungen dieser Vorrichtungen nicht die in den Spulen erzeugte Wellenform beeinflussen.
Durch die nach der Erfindung vorgenommene Trennung des Massenelements von dem in sich geschlossenen nachgiebigen Element wird eine getreu sinusförmige Änderung der Geschwindigkeit des beweglichen Teiles erzielt, eine Wirkung, die für die Erzeugung eines sinusförmigen Spannungsverlaufs von grosser Bedeutung ist. Bei den bekannten Anordnungen, bei denen Massenelement und nachgiebiges Element durch einen gemeinsamen Teil gegeben sind. ist eine sinusförmige Geschwindigkeitsänderung und demgemäss auch eine sinusförmige Spannungsänderung nicht zu erzielen.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine mechanische Schwingvorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 eine Schaltung, in der die Vorrichtung nach
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Fig. 1 in einem Schwingungserzeuger nach der Erfindung verwendet werden kann, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform nach Fig. 1 im Axialschnitt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 sind 1 und 2 zwei Teile, die das Gehäuse bilden und durch eine Überwurfmutter 3 miteinander verbunden sind. In dem Gehäuseteil ist ein von einer Spule 5 umgebender Kern 4 befestigt. Das Ende des Kernes 4 ist mit einer Scheibe 6 verbunden, die mit ihrem Umfange ihrerseits mit einer die Spule 5 umgebenden Buchse 7 verbunden ist. Die Buchse 7 erstreckt sich nicht bis an das Ende des Gehäuses 1. Die Teile 1, 4, 6 und 7 bestehen aus magnetischem Werkstoff und bilden einen magnetischen Kreis, der durch die Spule 5 erregt wird. Zwischen der inneren zylindrischen Oberfläche des Gehäuses 1 und der äusseren zylindrischen Oberfläche der Buchse 7 ist ein ringförmiger Luftspalt vorhanden. Ein entsprechender magnetischer Kreis wird in dem Teil 2 des Gehäuses gebildet.
Die Abschlussplatte 6 a an den Enden der Spulen 5 bestehen aus nicht magnetischem Werkstoff.
Der schwingende Teil der Vorrichtung enthält zwei durch eine Stange 10 miteinander verbundene zylindrische Metallbüchsen 8 und 9. Die Stange 10 kann zweiteilig ausgebildet sein, um die Zylinder 8 und 9 durch axiales Auseinanderziehen voneinander trennen zu können, jedoch muss die Verbindung fest sein, so dass die Drehschwingungen ohne Schlag übertragen werden.
In den Zylindern 8 und 9 sind Drehzapfen 11 und 12 befestigt, die in Steinlage, beispielsweise Achatlager, eingreifen, die durch in der Längsrichtung einstellbare Stifte 13 und 14 getragen werden.
Die Zylinder liegen frei und ohne Berührung mit den benachbarten Wänden in den Luftspalten der beiden magnetischen Kreise. Am oberen Ende des oberen Zylinders 8 und am unteren Ende des unteren Zylinders 9 sind Spiralfedern 15 und 16 angeordnet, die mit ihren äusseren Enden an den Zylindern und mit ihren inneren Enden an Isolierstücken 17 befestigt sind. Die Isolierstücke 17 sind ihrerseits an den Kernen 4 befestigt. Die Federn 15 und 16 besitzen entgegengesetzten Windungssinn, so dass bei Drehung der Zylinder 8 und 9 um ihre Achse der Durchmesser der einen Feder vergrössert und der Durchmesser der andern Feder verkleinert wird.
Die inneren Enden der Federn 15 und 16 sind mit von dem Gehäuse 1, 2 isolierten Klemmen 18 und 19 elektrisch leitend verbunden.
Zwischen den beiden Zylindern 8 und 9 können zwei weitere Spiralfedern 20 und 21 angeordnet werden, deren innere Enden mit der Stange 10 und deren äussere Enden mit dem Gehäuse 1, 2 verbunden sind. Diese Federn 20 und 21 besitzen gleichfalls entgegengesetzten Windungssinn. Die Anordnung der Federn 15, 16, 20 und 21 ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich, in der die beiden Zylinder 8 und 9 und die zugehörigen Federn unter Fortlassung des grössten Teiles des Gehäuses 1, 2 dargestellt sind.
Die elektrischen Anschlüsse der beiden Enden des Zylinders 8 werden durch die Klemme 18 und das Gehäuse 1, 2 und die Anschlüsse der beiden Enden des Zylinders 9 durch die Klemme 19 und das Gehäuse 1, 2 hergestellt. Gewünschtenfalls können die äusseren Enden einer oder beider Federn 20 und 21 von dem Gehäuse 1, 2 isoliert und mit einer oder mehreren Klemmen elektrisch leitend verbunden sein, so dass kein Strom durch das Gehäuse fliesst. Die Enden der Spulen 5 sind gleichfalls an in der Zeichnung nicht dargestellten Klemmen angeschlossen.
Wenn ein Strom von einem Ende des Zylinders 8 zu dem andern Ende durch die Klemme 18 und das Gehäuse fliesst und gleichzeitig die magnetischen Kreise durch die Spulen 5 erregt werden, so drehen sich die Zylinder 8 und 9 um ihre Achse, so dass eine Potentialdifferenz zwischen den Enden des Zylinders 9 und dementsprechend zwischen der Klemme 19 und dem Gehäuse entsteht.
Die Zylinder 8, 9 und die Stange 10 bilden eine in sich geschlossene Masse und die Federn 15, 16, 20 und 21 einen in sich geschlossenen nachgiebigen Teil eines mechanischen Schwingungssystems.
Die Werte der Masse und der Elastizität sind so ausgewählt, dass das Gesamtsystem die gewünschte Eigenfrequenz, beispielsweise zehn Schwingungen pro Sekunde, erhält. Wenn dann ein Wechselstrom von zehn Perioden pro Sekunde durch den Zylinder 8 von einem Ende desselben nach dem andern geleitet wird, so schwingen die Zylinder 8 und 9 zehnmal in der Sekunde um ihre Achse. Eine Wechselspannung der gleichen Frequenz wird daher an den Enden des Zylinders 9 erzeugt.
Eine Schaltung, in der die beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung ungedämpfter elektrischer Schwingungen verwendet werden kann, ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Links in Fig. 3 sind schematisch die beiden Zylinder 8 und 9 und die zugehörigen Zuleitungen dargestellt. Die an den Enden des Zylinders 9 auf Grund der Schwingungen desselben erzeugten Spannungsschwankungen werden durch einen Transformator 23 dem Gitterkreis einer Elektronenröhre Vi aufgedrückt, die mit zwei weiteren Verstärkerröhren V2 und Va gekoppelt ist. Die Kopplung wird in bekannter Weise unmittelbar von der Anode einer Röhre auf das Gitter der nächsten Röhre bewirkt. Die verschiedenen Teile erhalten geeignete Potentiale von einem Spannungsteiler 22, dessen Enden über Klemmen 26 an eine Gleichstromquelle, beispielsweise gleichgerichteten und ausgeglichenen Wechselstrom, angeschlossen sind.
Die dargestellten Röhren sind indirekt beheizt, die Heizfäden können durch eine an die Klemmen 27 geschaltete Wechselstromquelle gespeist werden. Die im Ausgangskreis der Verstärkerröhren VI, V2 und Va auftretenden Ströme werden durch einen Transformator 24 den Enden des Zylinders 8 zugeführt,
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