DE1176715B - Elektroakustischer Wandler nach dem elektromagnetischen Prinzip - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 04 m

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 a2-1/01

G 33544 VIII a / 21 a2
9. November 1961
27. August 1964

Gegenstand der Erfindung ist ein elektroakustischer Wandler nach dem elektromagnetischen Prinzip in einer Ausbildung, die als Ringankersystem bekannt ist. Derartige Ringankersysteme besitzen als wesentlichstes Merkmal einen konzentrischen Aufbau, so daß sie leicht herstellbar sind.

Es ist ein elektromagnetischer Fernhörer bekanntgeworden mit einer im mittleren Teil an einem zentralen Polarisationsmagneten befestigten schallabstrahlenden Membran, die innerhalb eines homo- ίο genen elektromagnetischen Kraftfeldes frei schwingt. Dabei entsteht das homogene elektromagnetische Feld dadurch, daß zwei mit dem zentralen Polarisationsmagneten verbundene topfförmige Leitstücke mit ihren einander zugekehrten Rändern einen ringförmigen Luftspalt bilden, in welchem der äußere Rand der Membran liegt und freie Schwingungen ausführen kann.

Bei diesem bekannten Fernhörer wirkt also der Anker selbst als schallabstrahlendes Organ. Die äußere Randzone des Ankers weist dabei die größte Auslenkung auf, während der dem zentralen Polarisationsmagneten anliegende Teil des Ankers in Ruhe bleibt.

Wenn auch die akustischen Qualitäten dieser Konstruktion im allgemeinen als befriedigend bezeichnet werden müssen, so haben sie dennoch in baulicher und herstellungstechnischer Hinsicht Nachteile, welche sich in höheren Gestehungskosten auswirken und daher einer allgemeinen Anwendung hinderlich sind. Darüber hinaus kann man ein Ringankersystem nicht beliebig klein ausführen, da es aus technologischen Gründen nicht möglich ist, ringförmige Dauermagnete verhältnismäßig komplizierter Form unter einer bestimmten Größe herzustellen.

Des weiteren ist ein konzentrisches Magnetsystem für Telefone und Mikrofone bekanntgeworden, bei dem mit einem Ringanker eine Kolbenmembran verbunden ist, während der magnetische Kreis Ringmagnete enthält. Dieser Aufbau hat bei befriedigenden akustischen Qualitäten den Nachteil, daß Ringmagnete nur teuer herzustellen sind.

Schließlich ist ein zentralsymmetrisches Fernhörersystem bekannt, bei dem der über einen zentralen Fernmagneten aufgebaute magnetische Kreis aus profilierten Scheiben bestehende Polschuhe enthält, zwischen denen der zugleich die Membran bildende ringförmige Anker schwingt. Diese Konstruktion ist wegen der komplizierten Formgebung der Polschuhe herstellungsmäßig unvorteilhaft und befriedigt auch nicht in akustischer Hinsicht.

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, einen Elektroakustischer Wandler nach dem
elektromagnetischen Prinzip

Anmelder:

Dr. Rudolf Görike, Wien

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Paap, Dipl.-Ing. H. Mitscherlich

und Dipl.-Ing. K. Gunschmann, Patentanwälte,

München 22, Mariannenplatz 4

Als Erfinder benannt:
Dr. Rudolf Görike, Wien

Beanspruchte Priorität:

Österreich vom 30. November 1960 (A 8943/60)

Schallwandler mit hohem Wirkungsgrad und weitem Frequenzbereich bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten zu schaffen. Diese Aufgabenstellung ergab erstens die Verwendung einer kolbenförmig schwingenden Membran und zweitens die Schaffung eines billig herstellbaren Antriebssystems, insgesamt eine Kombination an sich bekannter Einzelheiten, wobei jedoch die erfinderische Leistung darin zu erblicken ist, daß aus einer größeren Anzahl von verschiedenen bekannten Einzelheiten jene ausgewählt wurden, die das angestrebte Ziel mit optimaler Annäherung zu erreichen ermöglichen. Die Erfindung ergibt ein einfach herzustellendes Ringankersystem ohne wesentliche Justierarbeit und ohne teure Spezialformen für den Dauermagneten, so daß ein nach der Erfindung aufgebauter Wandler auch so klein hergestellt werden kann, daß er z. B. die Abmessungen von 4 · 7 mm nicht überschreitet und dennoch einen guten Wirkungsgrad ergibt.

In diesem Sinne ist ein elektroakustischer Wandler nach dem elektromagnetischen Prinzip, der als Ringankersystem ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale:

a) daß der den magnetischen Dauerfluß erzeugende Permanentmagnet aus einem im Zentrum des Systems befindlichen z. B. zylindrischen Stöpsel besteht, an dessen beiden Stirnflächen Polplatten anliegen, deren Durchmesser angenähert gleich, aber größer als der Durchmesser des Dauermagneten sind, und im freien Raum zwischen

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den Polplatten wenigstens ein außenliegender Luftspalt ausgebildet ist,

b) daß im Luftspalt ein kreisförmiger Anker (Ringanker) aus magnetischem Werkstoff schwingungsfähig angeordnet ist, dessen innerer Rand an einer Ankerauflage aus unmagnetischem Material aufliegt und dessen äußerer Rand durch den Luftspalt hindurch über den Umfang des Polsystems hinausragt,

c) daß am äußeren Rand des Ankers eine der Schallabstrahlung dienende Membran aus vorzugsweise nichtmagnetischem Material befestigt ist und

verstärken, ist die obere Polplatte 2 an ihrem Rande gekröpft, so daß der Luftspalt 5 kleiner ist als der innere Luftspalt 9.

In diesem Zusammenhang sei allgemein bemerkt, daß unter Luftspalte auch jene Spalte zu verstehen sind, in denen der Raum zwischen den Polflächen durch nichtmagnetische Stoffe ausgefüllt ist. Diese nichtmagnetischen Stoffe dienen zur Halterung der

Spulenkörper gewickelt sein. Der Ringanker 4 ist an seinem inneren Umfang bei 9 an einer nichtmagnetischen Hülse 14 abgestützt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von jenem der Fig. 1 dadurch, daß auf einer Seite zwei topfförmige Polplatten 3,10, die verschiedene Durchmesser haben und ineinanderliegen, vorgesehen sind. Durch diese konstruktive Maßnahme ergeben sich zwei Luftspalte, von denen der außenliegende Luftspalt 5 wieder den Arbeitsluftspalt für den Ringanker4 ergibt, der innenliegende Luftspalt 9 hingegen zur Befestigung bzw. zur Lagerung des Ringankers 4 dient. Die Erregerspule ist bei diesem

.. , . , , Ausführungsbeispiel auf der zylindrischen Außen-

d) daß die Erregerwicklung konzentrisch zur Achse _{15 wand der inneren top}fförmigen Polplatte angeordnet, des Wandlers angeordnet ist. _{Um den} Magnetfluß über den Arbeitsluftspalt zu

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können auch zwei Luftspalte vorgesehen sein, von denen jedoch nur einer als Arbeitsluftspalt für den Ringanker dient und der andere, im Inneren des Wandlers liegende Spalt zur Aufnahme der Lagerung des Ringankers eingerichtet ist. Weitere Merkmale der Erfindung können nachfolgender Beschreibung an Hand der einzelnen Figuren entnommen werden.

In den Fig. 1 bis 3 und 5 bis 7 sind verschiedene 25 Membran.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen elek- Um die Herstellung des erfindungsgemäßen Wand

lers zu vereinfachen, kann es unter Umständen zweckmäßig sein, zwei ebene Polplatten 2 und 3 zu verwenden und auf die eine Polplatte 3 einen aus einem U-Profil ringförmig gebogenen Polschuh 8 aufzusetzen. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in F i g. 3 dargestellt. Der mittlere Steg des U-förmigen Polschuhes sitzt fest auf der Polplatte 3 auf und seine freien Enden bilden mit der anderen Polplatte 2 zwei

Platten ausgebildet sein können, aber auch eine 35 ringförmige Luftspalte 5 und 9, von denen wieder andere, beispielsweise topfartige Form aufweisen der äußere als Arbeitsluftspalt dient und im inneren können. Es wäre zwar richtiger, die zuletzt genannte Luftspalt der Ringanker 4 gelagert ist. Diese AnForm nicht als Platte zu bezeichnen, doch ist es im Ordnung weist ebenso wie alle bisher beschriebenen Interesse einer übersichtlichen Beschreibung gün- Anordnungen erfindungsgemäß den zylindrischen stiger, einen für einen bestimmten Zweck geeigneten 40 Dauermagneten im Zentrum des Wandlers auf. Der Gegenstand unabhängig von seiner Form nur nach bei allen Ausführungsbeispielen verwendete Ringseiner Zweckbestimmung zu bezeichnen. Es wird anker kann, wie F i g. 4 zeigt, in an sich bekannter daher im nachstehenden eine zu einem topfförmigen Weise radiale Schlitze aufweisen, die eine Verringe-Körper verformte Platte weiterhin als Polplatte, ge- rung der Steifigkeit des Ankers zur Folge haben und gebenenfalls auch als topfförmige Polplatte be- 45 auch die Wirbelstromverluste etwas herabsetzen. Die zeichnet. Schlitze 11 müssen überdies nicht radial verlaufen,

In Fig. 1 ist die obere Polplatte2 als ebene Platte sie können auch schräg ausgeführt sein, wie dies in ausgeführt, die gegenüberliegende Platte 3 ist hin- F i g. 4 mit 13 bezeichnet ist.

gegen topfförmig verformt. Ihre hochgezogenen F i g. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfin-

Ränder bilden mit der Polplatte 2 einen Luftspalt 5, 50 dung mit zwei Erregerspulen 7 und la dar. Der in den der Ringanker 4 eintaucht. Der Ringanker 4 Ringanker 4 ist dabei zwischen zwei Hülsen 14 und ist etwas größer im Durchmesser als die Polplatte 2, 14 a aus unmagnetischem Material festgehalten. Es so daß seine Randzone über den Umfang des An- sind dabei zwei topfförmige Polplatten 2, 3 symmetriebssystems hinausragt. Dies ist deshalb erforder- trisch angeordnet, und die Erregerspule ist geteilt lieh, weil an der Randzone die vorzugsweise schwach 55 ausgeführt, wobei sich beiderseits des Ringankers je gewölbte schallabstrahlende Membran 6 aus nicht- eine Wicklungshälfte 1, la befindet, magnetischem Material z.B. durch Aufstecken, In Fig. 6 ist eine Ausführungsform mit ebenfalls

Kleben oder thermisches Bördeln befestigt ist. Diese zwei Erregerspulen 7 und la veranschaulicht, jedoch Anordnung hat den Vorteil, daß zur Schallabstrah- mit zwei Luftspalten 5 und 9, von denen der Spalt 5 lung mehr als der volle Durchmesser des Wandlers 60 als Arbeitsluftspalt ausgebildet, hingegen im inneren zur Verfügung steht, was bei kleinen Systemen von Luftspalt 9 der Ringanker 4 gelagert ist.

Zu diesem Zweck ist am Rande mindestens einer der Polplatten 2, 3 ein U-förmiges Profil ausgebildet. Der freie Raum um den Dauermagneten kann dabei

Dauermagneten angeordnet. Die Erregerwicklung 7 65 über Bohrungen 30 einerseits mit dem Luftpolster kann entweder direkt auf dem Magnet aufgewickelt hinter der Membran, anderseits mit der Außenluft

oder mit einer größeren Luftkammer in Verbindung stehen.

troakustischen Wandlers dargestellt, F i g. 4 zeigt eine vorzugsweise Ausführung eines bei der Erfindung verwendeten Ringankers und Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Mikrophons gemäß der Erfindung.

Wie Fig. 1 zeigt, bildet der zylindrische Dauermagnet 1 das Zentrum des Wandlers. Er trägt an seinen beiden Stirnflächen, die plangeschliffen sind, je eine Polplatte 2, 3, die im wesentlichen als ebene

ausschlaggebender Bedeutung ist. Die Erregerwicklung 7 ist bei dem in dieser Figur dargestellten Ausführungsbeispiel konzentrisch um den zylindrischen

sein, beispielsweise unter Zwischenlage eines Isolierpapiers, sie kann aber auch auf einem eigenen

F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine mögliche Lagerung des Ankers. Die Polplatte 3 ist am Rande zu einem U-Profil ausgebildet, in dem sich die Erregerwicklung befindet. Der Ringanker4 ist zwischen einer zylindrischen Hülse 14 und einem Ring 14 α, beide aus unmagnetischem Material bestehend, gelagert.

Der Ringanker muß nicht von gleichmäßiger Dicke sein, sondern kann in bestimmten Zonen, z. B. im Bereich des magnetischen Wechselflusses, stärker ausgeführt sein. Dies kann z. B. durch Auflage eines zweiten Ringes mit größerem Innendurchmesser auf dem eingespannten dünneren Ring erfolgen, wobei die beiden Ringe durch Punktschweißen miteinander verbunden werden können. Es kann natürlich auch ein kreisringförmiger Belag aus magnetischem Material, z. B. durch Klebung, auf den dünneren Ankerring aufgebracht sein.

F i g. 8 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Mikrophons nach der Erfindung dar. Der Magnet 1 weist ao eine Bohrung auf, durch welche ein Hohlniet 15 geführt ist, der zur Befestigung der Polplatten 2 und 3 dient. Die Membran 6 ist mit einer kegelförmigen oder ähnlich geformten Randzone 16 versehen, die in elastische Wellungen 17 endigt. Bei 18 ist die Membran am Gehäuse 19 gelagert. Um die Membranschwingung in an sich bekannter Weise zu beeinflussen, sind ein gewölbter Formkörper 20 und ein Formkörper 21 zur Herstellung einer niedrigen Luftkammer hinter der Membran vorgesehen. Durch den Niet IS, in den Dämpfungsmittel 22 und 23 eingebracht sein können und durch Öffnungen 24 im Formkörper 21, die gleichfalls durch Dämpfungsmittel 25 abgedeckt sein können, ist es möglich, daß die Schallwellen in die große Kammer 26 des Gehäuses 19 gelangen. In die Kammer 26 führt in an sich bekannter Weise eine Röhre 27 bei 28 ins freie Schallfeld. Ein Schutzgitter 29 befindet sich vor der Membran. Wird der erfindungsgemäße Schallwandler in ein Gehäuse, z. B. in einen Telephonhörer eingesetzt, so können zweckmäßig, wie in F i g. 6 gezeigt, Öffnungen 30 in den Polplatten vorgesehen sein. Dadurch wird die Rückstellkraft der kleinen Luftkammern hinter der Membran herabgesetzt und der Hohlraum des Gehäuses herangezogen.

Es kann auch mit Hilfe dieser Öffnungen die Beaufschlagung der Rückseite der Membran durch das äußere Schallfeld bewirkt werden, wodurch ein Wandler für gerichteten Schallempfang oder Schallstrahlung entsteht.

Dies stellt aber nicht die einzige Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Wandlers dar. Dieser kann nämlich in jeder Größe, z. B. in Miniaturausführung für Schwerhörigengeräte als auch in einer solchen, daß er zum Einbau in Fernsprechhandapparate geeignet ist, hergestellt werden. Infolge des großen Durchmessers der Membran ergibt sich ein außerordentlich guter akustischer Wirkungsgrad und ein ebensolcher hervorragender Frequenzgang bei kleinsten Verzerrungen, wobei die Herstellungskosten wesentlich geringer sind als bei den bisher üblichen Wandlern.

Die Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht allein beschränkt auf elektroakustische Wandler, sondern sie kann auch z. B. als Schwingungsaufnehmer oder als Schwingungsgeber verwendet werden, wenn der aus dem Magnetsystem herausragende Ringanker mit der tragen Masse des Schwingungsabnehmers oder mit dem für die Kraftübertragung vorgesehenen Kopplungsorgan verbunden wird.

In gleicher Weise kann die Erfindung auf alle Geräte angewendet werden, bei denen eine kreisförmig verteilte Antriebskraft gegeben ist.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Elektroakustischer Wandler nach dem elektromagnetischen Prinzip, der als Ringankersystem ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale:

a) daß der den magnetischen Dauerfluß erzeugende Permanentmagnet aus einem im Zentrum des Systems befindlichen z. B. zylindrischen Stöpsel (1) besteht, an dessen beiden Stirnflächen Polplatten (2,3) anliegen, deren Durchmesser angenähert gleich, aber größer als der Durchmesser des Dauermagneten (1) sind, und im freien Raum zwischen den Polplatten (2,3) wenigstens ein außenliegender Luftspalt (5) ausgebildet ist,

b) daß im Luftspalt (5) ein kreisförmiger Anker (4) (Ringanker) aus magnetischem Werkstoff schwingungsfähig angeordnet ist, dessen innerer Rand an einer Ankerauflage (9) aus unmagnetischem Material aufliegt und dessen äußerer Rand durch den Luftspalt hindurch über den Umfang des Polsystems hinausragt,

c) daß am äußeren Rand des Ankers eine der Schallabstrahlung dienende Membran (6) aus vorzugsweise nichtmagnetischem Material befestigt ist und

d) daß die Erregerwicklung (7) konzentrisch zur Achse des Wandlers angeordnet ist.

2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (5) zwischen einer ebenen (2) und einer topfförmigen Polplatte (3) ausgebildet ist (F i g. 1).

3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Luftspalte (5, 9) vorgesehen sind, die zwischen einer ebenen (2) und zwei topfförmigen Polplatten (3, 10) verschiedenen Durchmesser die ineinander angeordnet sind, auftreten, wobei der Ringanker (4) im inneren Spalt (9) gelagert ist, im äußeren Spalt (5) hingegen frei schwingen kann (Fig. 2).

4. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei im wesentlichen ebenen Polplatten (2, 3) ein U-förmiger, konzentrisch den Dauermagnetstöpsel (1) umgebender Polschuh (8) angeordnet ist, dessen mittlerer Steg unmittelbar auf einer der beiden Polplatten (3) aufsitzt und dessen freie Enden mit der gegenüberliegenden Polplatte (2) je einen Luftspalt (5, 9) einschließen, wobei im inneren Luftspalt (9) der Ringanker (4) gelagert ist, so daß er im äußeren Luftspalt (5) frei schwingen kann (Fig. 3).

5. Elektroakustischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen ebene Polplatte (2), deren Randzone den äußeren Luft-

spalt begrenzt, im Bereiche dieses Luftspaltes gekröpft ist (F i g. 2).

6. Elektroakustischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringanker (4) aus magnetischem Werkstoff in an sich bekannter Weise mit Schlitzen (11,13) versehen ist (F i g. 4).

7. Elektroakustischer Wandler nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (7) im freien Raum zwischen den beiden topfförmigen Polplatten (3,10), vorzugsweise auf der zylindrischen Außenseite der inneren Polplatte (10) angeordnet ist (Fig. 2).

8. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (7) im Inneren des U-förmigen Polschuhes (8) angeordnet ist (F i g. 3).

9. Elektroakustischer Wandler nach den Ansprüchen 3,4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (7) den Innenraum des U-förmigen Polschuhes (8) zur Gänze ausfüllt.

10. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem zwei symmetrisch angeordnete, topfförmige Polplatten vorgesehen sind und die den Dauermagneten umgebende Stütze für den Ringanker aus zwei Hülsen aus nichtmagnetischem Material besteht, zwischen denen der Ringanker (4) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule geteilt ist und beiderseits des Ringankers sich je eine Wicklungshälfte (7, Ία) der Erregerwicklung befindet (Fig. 5).

11. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Rande mindestens einer der Polplatten (2, 3) ein U-förmiges Profil ausgeprägt ist, so daß zwei konzen-Irische Luftspalte (5,9) entstehen, wobei der äußere Luftspalt (5) den Arbeitsluftspalt bildet, wogegen im inneren Luftspalt (9) der Ringanker gelagert ist (Fig. 6).

12. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Raum um den Dauermagneten (1) in an sich bekannter Weise über Bohrungen (30) einerseits mit dem Luftpolster hinter der Membran, anderseits mit der Außenluft oder mit einer größeren Luftkammer in Verbindung steht (Fig. 6).

13. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringanker (4) in einer Ebene liegt, die eine Symmetrieebene für das Magnetsystem bildet.

14. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polplatte (3) am Rande zu einem U-Profil ausgebildet ist, in dem sich die Erregerwicklung (7) befindet, und daß um den Dauermagnetstöpsel (1) eine zylindrische Hülse (14) und ein Ring (14 a) aus unmagnetischem Material vorgesehen sind, zwischen denen der Ringanker (4) gelagert ist (Fig. 7).

15. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 7 und 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringanker (4) im Bereich des magnetischen Wechselflusses einen größeren Querschnitt aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 957 398, 961 810;
britische Patentschrift Nr. 829 608.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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