DE1146600B - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlungsenergie in mechanische Energie - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlungsenergie in mechanische EnergieInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
P 18989 Vmc/21g
ANMELBETAG: 24. JULI 1957
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 4. A P R I L 1963
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 4. A P R I L 1963
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer
Strahlungsenergie in mechanische Energie.
Es ist seit einiger Zeit bekannt, daß die Dielektrizitätskonstante
bestimmter Stoffe bei Bestrahlung Veränderungen unterliegt (vgl. z. B. Leverenz, »An
Introduction to Luminescence of Solids, Wiley, New York 1950, S. 390«). Dieser Effekt wird bei
einer Anordnung zur Beeinflussung eines elektrischen Stroms entsprechend der sich bei Belichtung ändernden
Dielektrizitätskonstante eines Phosphors als Dielektrikum in einem Kondensator verwendet, um
mittels dieses Kondensators die Ablenkung eines Kathodenstrahls zu bewirken (deutsche Patentschrift
691 988). Auch zur Umsetzung von Strahlungsenergie in elektrische Energie bei der Fernbildübertragung
wurde bereits ein sich bei der Strahlung änderndes Dielektrikum in einem entsprechend geschalteten
Kondensator verwendet (deutsche Patentschrift 684280). Bei allen diesen bekannten Einrichtungen
wird das Dielektrikum, dessen Dielektrizitätskonstante sich bei Bestrahlung ändert, benutzt, um elektrische
Vorgänge zu steuern.
Um sichtbare oder energiereichere elektromagnetische Strahlung in mechanische Energie umzuwandeln
oder um einen Mechanismus zu steuern, wurden bisher ausschließlich photoelektrische Zellen verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den oben beschriebenen photoelektrischen Effekt zur
Steuerung mechanischer Energie auszunutzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Beeinflussung der Kräfte eines elektrostatischen Feldes,
das zwischen einer festen und einer beweglichen Platte aufgerichtet ist, mittels elektromagnetischer
Strahlung gelöst, die auf ein im Feld angeordnetes Dielektrikum wirkt, das an sich in bekannter Weise
bei Bestrahlung seine Dielektrizitätskonstante verändert.
Dementsprechend besitzt eine Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird,
a) eine dielektrische Schicht, die in Form einer Dispersion in einem isolierenden Bindemittel ein
feinverteiltes photodielektrisches Material enthält,
b) eine feste elektrisch leitende Platte, die an eine Seite der dielektrischen Schicht angrenzt und die
für elektromagnetische Strahlung im Bereich des sichtbaren, des ultravioletten und des Röntgenspektrums
durchlässig ist,
c) eine bewegliche elektrisch leitende Platte an der anderen Seite der dielektrischen Schicht und
Verfahren und Vorrichtung
zur Umwandlung elektromagnetischer
Strahlungsenergie in mechanische Energie
Anmelder:
E. I. du Pont de Nemours and Company,
Wilmington, Del. (V. St. A.)
Wilmington, Del. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaüßstr. 6
München 27, Gaüßstr. 6
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. JuU 1956 (Nr. 600 285)
V. St. v. Amerika vom 26. JuU 1956 (Nr. 600 285)
Joseph Lincoln Gillson jun., Wilmington, Del.
(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
d) eine elektrische Einrichtung, mit welcher zwischen den beiden leitenden Teilen ein elektrisches
Feld erzeugt werden kann.
Es kann ebenfalls eine Vorrichtung vorgesehen sein, um eine elektromagnetische Strahlung auf die
photoelektrische Schicht zu richten. Diese Strahlung kann in einigen Fällen auch die natürlich vorhandene
Strahlung, z. B. von der Sonne, sein.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt das elektrische Feld wie in einem gewöhnlichen
Kondensator zwischen den beiden elektrisch leitenden Teilen, gewöhnlich Platten, eine elektrostatische
Kraft. Diese elektrostatische Kraft hängt wiederum wie bei einem gewöhnlichen Kondensator
von der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht ab. Da dieses Dielektrikum photodielektrischer
Natur ist, können Veränderungen der elektrostatischen Kraft erfolgen, indem man die Intensität
der auf der durchlässigen Seite des Kondensators einfallenden elektromagnetischen Strahlen verändert.
Die elektrostatische Kraft kann auch verändert werden, indem man die Frequenz der elektromagnetischen
Schwingung variiert. In jedem Fall bewirkt die Veränderung des elektrostatischen Feldes oder
der elektrostatischen Kraft eine Bewegung des beweglichen Teils der Vorrichtung. Diese Bewegung,
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eine Erscheinungsart mechanischer Energie, kann einer steifen durchlässigen Platte 2 mit einer angrenüber
geeignete Mittel übertragen und in der gewiinsch- zenden und mit einer photodielektrischen Schicht 4
ten Weise verwendet werden. Auf diese Weise kann verbundenen elektrisch leitenden Schicht 3 entspricht
durch die vorliegende Erfindung ©ine Steuerung me- der Fig. 1. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist
chanischer Energie mittels elektromagnetischer 5 jedoch die bewegliche leitende Platte oder Schicht 15
Schwingungen erfolgen. mit einem flexiblen Diaphragma 14 verbunden, z. B.
In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausfiih- einem Gummistück, das am Umfang von einem
rangsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigt Metallring 16 getragen wird.
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin- Die beiden leitenden Schichten 3 und 15 sind über
dung in Seitenansicht und im Schnitt und io geeignete Leitungen mit einem Generator 18 verbun-Fig.
2 gleichfalls in Seitenansicht und im Schnitt den, der eine Spannung bzw. elektromotorische Kraft
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei wel- abgibt. Dieser Generator kann eine Gleichspannung
eher die mechanische Bewegung der beweglichen wie die Batterie 9 oder eine Wechselspannung ableitenden
Schicht zur Schallerzeugung verwendet geben. Wenn die Intensität der auf Schicht 4 treffenwird.
15 den elektromagnetischen Schwingung variiert wird, Wie in Fig. 1 gezeigt, geht die elektromagnetische erfolgt eine Änderung der Dielektrizitätskonstante
Schwingung 17, deren Wellenlänge im allgemeinen dieser Schicht 4. Wie beschrieben resultiert diese
etwa 7700 bis 0,1 Ä beträgt, d. h. sichtbares Licht, Änderung der Dielektrizitätskonstante in einer Be-Ultraviolett
oder Röntgenstrahlung, von einer ge- wegung der Platte 15. Wenn die Intensitätsänderuneigneten
Strahlungsquelle 1 aus. Die Schwingung tritt ao gen der elektromagnetischen Schwingungen mit einer
durch eine durchlässige steife Platte 2, wie Glas, hin- Geschwindigkeit von 20 bis 20 000 Herz erfolgen und
durch, auf deren einen Fläche eine durchlässige elek- der Generator 18 eine Gleichspannung abgibt, erzeugt
irisch leitende Schicht 3, z. B. aus Zinnoxyd, aufge- die Bewegung des Diaphragmas 14 einen hörbaren
bracht ist. Die einfallende Schwingung 17 trifft auf Ton.
Teilchen eines feinzerteilten photodielektrischen Ma- 25 Wenn der Generator 18 eine Wechselspannung im
terials, z. B. Zinksulfid, die sich in der Schicht 4 be- Tonfrequenzbereich abgibt, liefert die Vorrichtung
finden. Die photodielektrischen Teilchen sind in gemäß Fig. 2 einen Ton, der einer Intensitätsmodu-
einem lichtdurchlässigen dielektrischen Medium, lation unterworfen werden kann. Bei dieser Ausfüh-
z. B. Bienenwachs, dispergiert, das vorzugsweise mit rungsform der Erfindung ergibt die an die leitenden
der leitenden Schicht 3 verbunden ist. 30 Schichten 3 und 15 angelegte Wechselspannung eine
Der Teil 5 ist eine leitende Platte oder Schicht, die sich ändernde elektrostatische Kraft an dem Konden-
parallel zu und vorzugsweise nahe der Oberfläche der sator, welche eine stetige Vibration der beweglichen
dielektrischen Schicht verläuft. Die Platte ist zumin- leitenden Schicht 15 und des Diaphragmas 14 unter
dest teilweise beweglich, jedoch an einem Ende an Erzeugung eines hörbaren Tons verursacht. Wenn
einer geeigneten Unterlage 6 befestigt. Die leitende 35 die Intensität der elektromagnetischen Schwingungen,
Platte ist selbsttragend und kann von den im Kon- die auf die photodielektrische Schicht 4 auftreffen,
densator aufgebauten elektrostatischen Kräften be- moduliert wird, ergibt die nebenherlaufende Modula-
wegt werden. Sie kann entweder ein dünnes, elasti- tion der auf die Kondensatorplatten wirkenden elek-
sches Metallblech, das starr an der Unterlage 6 be- trostatischen Kraft entsprechende Modulation der
festigt ist, oder ein mit der Unterlage gelenkig ver- 40 Intensität des Tons, der von den vibrierenden Schich-
bundenes steifes Metallblech sein. Die Schichten 3, 4 ten 15 und 14 erzeugt wird.
und 5 stellen wirkungsmäßig eine Art Kondensator Mit einer ortsfesten Quelle künstlicher Strahlung
dar. kann die Vorrichtung gemäß Fig. 1 oder 2 in vieler Die Unterlage 6 und die leitende Schicht 3 sind Hinsicht wie eine gewöhnliche Photozelle eingesetzt
über geeignete Leitungen 7 und 8 mit einer Gleich- 45 werden. Ein zwischen der Strahlungsquelle und dem
stromquelle 9, z. B. einer Batterie, verbunden. Wenn photodielektrischen Kondensator hindurchtretender
das entstehende elektrische Feld über das Dielektri- Körper unterbricht den Strahlengang, und mittels der
kum gelegt und die auf dasselbe auftreffende elek- Zelle und zugehörigen Ausrüstung kann ein Eintromagnetische
Schwingung moduliert ist, ändert sich bruchsalarm, eine Türbedienungsvorrichtung oder
die Dielektrizitätskonstante der photodielektrischen 50 andere geeignete Einrichtung betätigt werden.
Teilchen. Wie oben beschrieben, wird durch Ver- Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeigneänderungen der Dielektrizitätskonstante die auf die ten photodielektrischen Substanzen sind bekannte Kondensatorplatten wirkende elektrostatische Kraft Stoffe, deren Dielektrizitätskonstante sich bei Bestrahmoduliert. Die Veränderung der elektrostatischen lung mit sichtbarem Licht, Ultraviolett oder Röntgen-Kraft bewirkt eine Bewegung der leitenden Platte 5, 55 strahlung ändert. Beispielsweise für bestimmte Photoweiche über ein mechanisches Verbindungsglied 10 dielektrika, die für die erfindungsgemäße Vorrichauf einen Hebel 11 übertragen wird, welcher die tung geeignet sind, sind Zinksulfid- und Kadmium-Kontakte 12 und 13 zu öffnen bzw. zu schließen ver- sulfidteilchen. Im Handel verfügbare Stoffe sind zumag. Diese Kontakte können in einem (nicht einge- friedenstellend. Gemische von Photodielektrika sind zeichneten) auf diese Weise gesteuerten Schaltkreis 60 gleichfalls brauchbar.
Teilchen. Wie oben beschrieben, wird durch Ver- Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeigneänderungen der Dielektrizitätskonstante die auf die ten photodielektrischen Substanzen sind bekannte Kondensatorplatten wirkende elektrostatische Kraft Stoffe, deren Dielektrizitätskonstante sich bei Bestrahmoduliert. Die Veränderung der elektrostatischen lung mit sichtbarem Licht, Ultraviolett oder Röntgen-Kraft bewirkt eine Bewegung der leitenden Platte 5, 55 strahlung ändert. Beispielsweise für bestimmte Photoweiche über ein mechanisches Verbindungsglied 10 dielektrika, die für die erfindungsgemäße Vorrichauf einen Hebel 11 übertragen wird, welcher die tung geeignet sind, sind Zinksulfid- und Kadmium-Kontakte 12 und 13 zu öffnen bzw. zu schließen ver- sulfidteilchen. Im Handel verfügbare Stoffe sind zumag. Diese Kontakte können in einem (nicht einge- friedenstellend. Gemische von Photodielektrika sind zeichneten) auf diese Weise gesteuerten Schaltkreis 60 gleichfalls brauchbar.
liegen. Die in dem Kreis liegenden Steuerkontakte 12 Das dielektrische Medium, in dem die photodielek-
und 13 können normalerweise je nach Wunsch ge- frischen Teilchen dispergiert sind, kann aus einer
öffnet oder geschlossen werden. Vielzahl licht- und röntgenstrahlendurchlässiger Di-
Fig. 2 zeigt Einzelheiten einer Ausführangsform elektrika bestehen. Außer dem obenerwähnten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schallerzeu- 65 Bienenwachs können polymere Stoffe verwendet wer-
gung durch elektromagnetische Schwingung. Der den. Geeignete Polymere sind Polystyrol, Polymethyl-
Fig. 1 entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugs- methacrylat, Äthylcellulose, Cellulosenitrat, weich-
ziffern bezeichnet. Der Aufbau der Vorrichtung aus gestelltes Polyvinylchlorid und dergleichen. Die Men-
' IV P
genverhältnisse der photodielektrischen Teilchen und des durchlässigen dielektrischen Mediums können
innerhalb weiter Grenzen liegen; z. B. sind Verhältnisse von 1:2 bis 1:8 brauchbar.
Die steife durchlässige Schicht 2, die den Zutritt der Strahlung zu dem Dielektrikum ermöglicht, wurde
oben als eine Glasplatte beschrieben, die eine leitende Zinnoxydschicht aufweist. Dieser Teil der Vorrichtung
kann jedoch auch aus anderen durchlässigen Stoffen und mit anderen leitenden Schichten aufgebaut
werden. Er kann z. B. aus polymeren Materialien, wie Äthylcellulose, Cellulosenitrat, Polyvinylchlorid
od. dgl., bestehen, die auf einer Fläche eine elektrisch leitende Schicht aufweisen. Da in einigen
Fällen eine energiereichere Strahlung als das sichtbare Licht verwendet werden kann, ist es nicht immer
wesentlich, daß die Schicht für Lichtstrahlen durchlässig ist. Die elektrisch leitende Schicht soll vorzugsweise
zwischen der durchlässigen steifen Schicht und der dielektrischen Schicht angeordnet werden, da
diese Anordnung die Verwendung niedrigerer elektrischer Potentiale an den leitenden Schichten erlaubt.
Die bewegliche, elektrisch leitende Schicht der Vorrichtung kann aus einer Vielzahl von Metallen
und in verschiedenen Formen hergestellt werden. Sie kann z. B. eine Folie, ein aufgedampfter Film oder
eine Platte sein. Aluminiumfolie ist recht geeignet, um sie auf ein Gummidiaphragma des Vorrichtungstyps gemäß Fig. 2 aufzukitten. In der Vorrichtung
gemäß Fig. 1 ist Messingblech zufriedenstellend. Diese beweglichen leitenden Schichten sollen so angeordnet
werden, daß sich ihre Flächen nahe den Oberflächen der die photodielektrische Dispersion
bildenden Schicht befinden, um an die photodielektrischen Teilchen unter Anwendung mäßiger Spannungen
ein angemessenes elektrisches Feld anzulegen. Ein Luftspalt von etwa 0,05 bis 0,38 mm zwischen
der dielektrischen Schicht und der beweglichen leitenden Schicht ist zufriedenstellend.
Im allgemeinen kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine elektromagnetische Schwingung von
einer Wellenlänge von weniger als etwa 7700 Ä verwendet werden. Insbesondere sind Schwingungen
von einer Wellenlänge von etwa 0,1 bis 7700 Ä, also einschließlich des sichtbaren Lichtes, Ultravioletts und
der Röntgenstrahlung, geeignet. Sowohl Kadmiumais auch Zinksulfide stellen Photodielektrika dar,
die in diesem gesamten Wellenlängenbereich elektromagnetischer Schwingungen verwendet werden können.
Besonders gute Ergebnisse werden jedoch mit bestimmten Photodielektrika in bestimmten Wellenlängenbereichen
erhalten. Kadmiumsulfid z. B. eignet sich besonders gut zum Betrieb der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit Licht der Wellenlänge 3500 bis 5500 Ä. Andererseits ist Zinksulfid besonders
zufriedenstellend, wenn die Schwingung im Wellenlängenbereich von 2500 bis 4000 Ä liegt.
Die photodielektrische Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann unter einer Vielzahl von Bedingungen des elektrischen Feldes betrieben werden. Elektrische
Wechselfelder in der photodielektrischen Schicht von einer effektiven Spannung von etwa 7,9 kV/mm und
Hertz sind geeignet. Ebenso sind mit Gleichspannungen erzeugte elektrische Felder in der photodielektrischen
Schicht von etwa 7,9 kV/mm geeignet. Die Spannung, die in einem gegebenen Falle verwendet
wird, hängt von der jeweiligen Einsatzart der Vorrichtung und dem Aufbau der letztgenannten ab,
insbesondere von der Dicke der dielektrischen Schicht und dem Abstand zwischen den dielektrischen und
leitenden Schichten.
Claims (6)
1. Verfahren zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlungsenergie in mechanische Energie,
gekennzeichnet durch die Beeinflussung der Kräfte eines elektrostatischen Feldes, das zwischen
einer festen und einer beweglichen Platte aufgerichtet ist, mittels elektromagnetischer Strahlung,
die auf ein im Feld angeordnetes Dielektrikum wirkt, das in an sich bekannter Weise bei Bestrahlung
seine Dielektrizitätskonstante verändert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Dielektrikum Zinksulfid
oder Kadmiumsulfid verwendet, das in einem isolierenden Bindemittel, wie Bienenwachs
oder Polystyrol, dispergiert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Platte (2) für
Strahlen durchlässig ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Platte (2) aus Glas
oder einem anderen geeigneten durchlässigen Material besteht und auf einer Seite mit strahlendurchlässigem
elektrisch leitendem Material (3), wie Zinnoxyd, überzogen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum aus
Kadmium- oder Zinksulfid besteht, das in einer isolierenden strahlendurchlässigen Schicht (4), wie
Bienenwachs oder Polystyrol, dispergiert ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche
Platte (5 bzw. 15) gelenkig mit einer Unterlage (6) verbunden (5) oder auf einer nichtleitenden
elastischen Unterlage (14) befestigt ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 393 070, 684 280,
988.
Deutsche Patentschriften Nr. 393 070, 684 280,
988.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 548/267 3.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US600285A US2870338A (en) | 1956-07-26 | 1956-07-26 | Photodielectric device and process |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1146600B true DE1146600B (de) | 1963-04-04 |
Family
ID=24403014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEP18989A Pending DE1146600B (de) | 1956-07-26 | 1957-07-24 | Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlungsenergie in mechanische Energie |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US2870338A (de) |
DE (1) | DE1146600B (de) |
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- 1956-07-26 US US600285A patent/US2870338A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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---|---|
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