DE1193259B - Elektrostatischer Wandler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GlOj

Deutsche Kl.: 42 g-5/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H37886IX a/42g
13. November 1959
20. Mai 1965

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Wandler für die Abtastung oder Erzeugung von Schwingungen in zwei verschiedenen Bewegungsrichtungen, insbesondere einen Tonabnehmer zur Abtastung von Zweikomponentenschrift, bestehend aus relativ zueinander beweglichen, als Brücke geschalteten Kondensatorbelägen, von denen zwei elektrisch vorgespannt sind, während an zwei weiteren die der Bewegung proportionale Wechselspannung abnehmbar bzw. anlegbar ist.

Zur Umformung von mechanischer in elektrische Energie oder umgekehrt sind bereits Wandler bekannt, welche in einer einzigen Richtung ansprechen und eine lineare Verschiebung in eine entsprechende elektrische Spannung oder umgekehrt umsetzen können. Zur Erzielung eines zwei Ansprechrichtungen im Raum aufweisenden Wandlers erweist sich die einfache mechanische Kupplung zweier je in einer der beiden Richtungen ansprechender Wandler als unbefriedigend, da sie mit schwerwiegenden Mangeln bezüglich der Übersprechdämpfung verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in zwei Richtungen mit hoher Empfindlichkeit ansprechenden sowie in der Bauart einfachen und mechanisch widerstandsfähigen elektrostatischen Wandler der eingangs definierten Art zu schaffen.

Die Erfindung besteht darin, daß der Wandler aus zwei starren, relativ zueinander und nach zwei verschiedenen Richtungen im Raum beweglichen Teilen besteht, deren Metallteile bzw. Metallbeläge vier untereinander gleiche, veränderliche Kondensatoren bilden.

Auf diese Weise wird ein nach zwei Richtungen wirksamer elektrostatischer Wandler erhalten, der sich auch durch kleine Trägheitsmomente der schwingenden Teile und infolgedessen durch eine hohe Ansprechempfindlichkeit auszeichnet. Der elektrostatische Wandler nach der Erfindung eignet sich daher besonders vorteilhaft als Tonabnehmer und Schneiddose für Schallplatten, als Aufzeichner von Bewegungen und als nach zwei Richtungen abhörendes Mikrophon.

Zweckmäßig ist von den beiden starren Teilen der eine feststehend angeordnet und der andere letzterem gegenüber beweglich gelagert, wobei der bewegliche Teil aus zwei eine nicht verformbare Einheit bildenden Hohlkörpern besteht, deren Flächen elektrisch mit einer Anschlußklemme verbunden sind, während diesen Flächen gegenüber an dem feststehenden starren Teil zwei Paare von der Form der Hohlkörper angepaßten Platten angeordnet sind, die eben-Elektrostatischer Wandler

Anmelder:

Marcel Herve, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt,

München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Als Erfinder benannt:
Marcel Herve, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 14. November 1958 (779 155) ■

falls mit je einer Anschlußklemme in elektrischer Verbindung stehen und in vier Quadranten durch zwei zueinander senkrechte, sich in der Wandlerachse schneidende Ebenen geteilt sind.

Der aus zwei Hohlkörpern bestehende Teil kann als Träger einer Tonnadel für stereophonische Schallplattenwiedergabe bei gleichzeitiger Steigerung der zwei Wandler-Ausgangsspannungen durch je einen Verstärker dienen. Auch können die Flächen des aus zwei Hohlkörpern bestehenden beweglichen Teils zur Benutzung des Wandlers als nach zwei Richtungen auf akustische Schwingungen ansprechendes Mikrophon durch einen an ihr breites Ende angesetzten leichten, aber starren, die Ansprechempfindlichkeit erhöhenden Ballon ergänzt sein.

Ferner kann erfindungsgemäß der eine der beiden Sätze von Kondensatoren in der Form von flachen Metallringen auf zwei mit Abstand konzentrischen Zylindern, von denen der äußere fest angeordnet und der andere beweglich gelagert ist, angebracht sein und der andere Kondensatorsatz einen beweglichen, auf dem inneren Zylinder vorgesehenen ringförmigen, breiten und nach einer Zylinderdurchmesserebene gehälfteten Metallbelag und einen auf dem festen Zylinder sitzenden, senkrecht zur Teilungsebene des beweglichen Metallbelages durch eine Zylinderdurchmesserebene gehälfteten, ebenfalls ringförmigen und breiten Metallbelag umfassen sowie dabei jeder dieser metallischen Ringe und Beläge mit einer Anschlußklemme in elektrischer Verbindung

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stehen, während der bewegliche Zylinder sowohl um glied 7 aus Isolierstoff miteinander verbunden sein seine Achse frei drehbar wie auch frei axial ver- können. Die Erregerspannung kann auch zwischen schiebbar ist und auf das gleichzeitige Auftreten je zwei Platten 1,2,5,6, z. B. zwischen den Platten 1 einer linearen und einer drehenden Bewegung bei und 5 einerseits und den Platten 2 und 6 andererseits, Benutzung als Bewegungsempfänger anspricht bzw. 5 zugeführt werden. Die beiden zusammengefaßten die gleiche komplexe Bewegung bei Verwendung als Platten können aus einem einzigen Metallstück geMotor zur Wirkung bringt. Mit dem dreh- und ver- fertigt sein. Jede ebene Fläche der beiden Hohlschiebbaren Zylinder kann eine Tonnadel für stereo- körper 3, 4 des beweglichen Wandlerteiles trägt dann skopische Schallplattenwiedergabe verbunden sein. eine gesonderte Metallschicht.

Die Zeichnung veranschaulicht den elektrostati- io Wenn man dem aus den Hohlkörpern 3,4 besehen Wandler nach der Erfindung beispielsweise in stehenden beweglichen Teil des Wandlers eine Bemehreren Ausführungsformen. wegung mitteilt, treten an den Ausgangsklemmen des

F i gl. 1 a und 1 b zeigen eine erste Bauart im Wandlers zwei elektrische Spannungen auf, welche

Querschnitt und in Stirnansicht, und den Bewegungskomponenten nach zwei rechtwinklig

F i g. 1 c gibt schaubildlich den aus zwei pyrami- 15 aufeinanderstellenden Achsen proportional sind, die

denstumpffönnigen Körpern bestehenden beweg- mit der gemeinsamen Achse der beiden Hohlkörper

liehen Teil des Wandlers nach Fig. la und Ib 3, 4 eine drei rechte Winkel aufweisende dreiseitige

wieder. Von einer zweiten Bauart ist in Pyramide bilden. Wenn die Erregerspannung zwi-

F i g. 1 d der bewegliche Teil im Schaubild und in sehen den Belägen der Hohlkörper 3, 4 angelegt

F i g. 1 e der ganze Wandler in Stirnansicht wieder- 20 wird, treten die elektrischen Ausgangsspannungen

gegeben; zwischen den Platten 1, 2 einerseits und zwischen

F i g. 2 a läßt im Schnitt eine weitere Ausführungs- den Platten 5, 6 andererseits auf. Wenn die Erregerform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wandlers spannung zwischen den feststehenden Platten zugeerkennen, und führt wird, werden sie an dem beweglichen Teil 1,2

F i g. 2 b zeigt dessen beweglichen Teil in Stirn- 25 des Wandlers abgenommen; die Aufgaben der be-

ansicht; weglichen und der festen Teile sind also hierbei ver-

F i g. 3 a und 3 b geben im Schnitt und in Stirn- tauscht.

ansicht eine Abänderung des Wandlers nach F i g. 1 a Wie F i g. 1 d und 1 e zeigen, können die beiden

bis 1 c wieder, bei welcher der bewegliche Teil statt Hohlkörper des beweglichen Teils des Wandlers

aus zwei Pyramidenstümpfen aus zwei kegeligen 30 nach F i g. 1 a bis 1 c auch je durch einen im Quer-

Körpern zusammengesetzt ist, und aus schnitt kreuzförmigen, vierflügeligen Körper 3 bzw. 4

F i g. 3 c ist die Ergänzung dieses Wandlers durch und die feststehenden Platten mit Dreiecklängsschnitt

einen an den einen Kegelstumpf angesetzten Ballon durch im Querschnitt rechtwinklige Platten 1, 2, S, 6

ersichtlich; ersetzt sein. Wird andererseits bei einem mit Holil-

Fig. 4a und 4b lassen schaubildlich und im 35 körpern 3, 4 versehenen Wandler der Öffnungswinkel

Schnitt einen als Tonabnehmer für Schallplatten aus- der Hohlkörper sehr groß angenommen, so ergibt

gebildeten Wandler erkennen; sich eine Ausführungsform nach Fig. 2a und 2b,

F i g. 5 a, 5 b und 5 c zeigen eine zylindrische Bau- bei welcher die Platten 1, 2, 5, 6 nicht wie nach

art des Wandlers nach der Erfindung im Schaubild F i g. 1 a und 1 b die Körper 3, 4 einschließen, son-

sowie im Querschnitt. 40 dem zwischen diesen liegen. Man kann die Körper 3

Bei dem elektrostatischen Wandler nach Fig. la und 4, statt pyramidenstumpf förmig auch kegelig und

bis 1 c besteht der bewegliche Teil aus zwei gleichen dementsprechend die Platten 1, 2, S, 6 gewölbt aus-

pyramidenstumpfförmigen Hohlkörpern 3, 4 aus Iso- bilden, wie F i g. 3 a und 3 b zeigen, was nicht nur

lierstoff, z. B. Polystyrol, die an ihrer Außenfläche die Herstellung des Wandlers durch die einfachere

je eine Metallschicht aufweisen und am verjüngten 45 Fertigung der Drehkörper erleichtert, sondern auch

Ende durch ein kugelförmiges Kupplungsglied 7 zu jedes störende Ansprechen des Wandlers auf eine

einer starren Einheit verbunden sind. Der feste Teil Drehbewegung um seine Symmetrieachse beseitigt,

des Wandlers umfaßt vier gleiche Platten 1, 2, S, 6, Um für bestimmte Anwendungen des Wandlers

welche unter Zwischenfügung von Isolierstücken zu nach der Erfindung, z. B. als auf zwei verschiedene

einem Quader zusammengefügt sind. Sie weisen einen 50 Richtungen im Raum ansprechendes Mikrophon, den

Längsschnitt von der Form eines gleichschenkligen Empfindlichkeitsgrad seiner Wirkungsweise zu stei-

Dreiecks mit ausgehöhlter Spitze auf und bilden an gern, kann der bewegliche Teil des z. B. nach

dieser Spitze zwei als Lager des Kupplungsgliedes 7 F i g. 3 a und 3 b ausgebildeten Wandlers dadurch

dienende Kugelkalotten. Die vier Platten bestehen ergänzt sein, daß beispielsweise der Hohlkörper 3,

aus Isolierstoff und einer den Kegelstumpfkörpern 3,4 55 wie in F i g. 3 c durch gestrichelte Linien veranschau-

gegenüberliegenden Metallauskleidung. Der feste und licht ist, über die den feststehenden Wandlerteil

der bewegliche Teil des Wandlers bilden durch ihre bildenden Platten hinaus durch einen leichten und

Metallbeläge und durch die zwischen den Hohl- starren Ballon3', z.B. aus plastischem Werkstoff,

körpern 3,4 und den Platten 1, 2, 5, 6 bestehenden verlängert ist, der bei Benutzung des Wandlers als

Luftspalte zwei in F i g. 1 a beiderseits des Kupp- 60 Mikrophon durch die Schallwellen eine Bewegung

lungsgliedes 7 liegende Sätze von Kondensatoren. erfährt.

Die Erregerspannung, welche eine Gleichspannung Gemäß F i g. 4 a kann, um den beweglichen Teil

oder eine Wechselspannung mit einer über dem des Wandlers nach jedem Verschwenken in seine

Übertragungsbereich des Wandlers liegenden Fre- Gleichgewichtslage zurückzuführen, die im allgemei-

quenz sein kann, wird zwischen den beiden beweg- 65 nen dem elektrischen Gleichgewichtszustand der

liehen Hohlkörpern 3, 4 angelegt, die statt aus Iso- beiden Kondensatorbrücken entspricht, ein als elasti-

lierstoff und einer aufgebrachten Metallschicht auch sches Rückstellglied wirksamer Kautschukring T

je ganz aus Metall geformt und durch ein Kupplungs- vorgesehen sein, der mit den beiden Hohlkörpern 3

und 4 verbunden und zwischen den feststehenden gewölbten Platten 1, 2, 5, 6 festgehalten ist. Zum gleichen Zweck kann nach Fi g. 4 b die zur Lagerung des drehbaren Teiles in dem festen Wandlerteil in der Art eines Kardangelenks dienende Kugel 7 durch einen kleinen, elastisch biegsamen Stab 7" ergänzt sein, der den beweglichen Teil nach einer Auslenkung in die Ruhelage zurückführt.

Der elektrostatische Wandler nach der Erfindung ist nicht nur für den in F i g. 3 a angedeuteten Fall der Schaffung eines nach zwei Richtungen ansprechenden Mikrophons, sondern auch sonst überall da verwendbar, wo es auf die Übersetzung von mechanischer in elektrischer Energie oder umgekehrt mit zwei verschiedenen Wirkungsrichtungen ankommt. Beispielsweise eignet er sich besonders mit Vorteil als Schneiddose und als Tonabnehmer für die Aufzeichnung bzw. Abtastung von Schallplatten. Nach Hinzufügung einer kleinen, in der Mitte einer der beiden großen Endflächen seines drehbaren Teiles befestigten Masse und einer starken Rückholfeder für den Drehteil kann der Wandler auch als Beschleunigungsmesser, ferner als Steuergerät für einen Servomechanismus und auf Grund der allgemeinen Eigenschaften der gleichzeitig Empfänger und Geber von Energie darstellenden elektrostatischen Übertrager auch als elektrostatischer Motor verwendet werden.

Fig. 4a und 4b zeigen als Ausführungsbeispiel für diese Mehrfachverwendungsmöglichkeit eine Ausgestaltung als Tonabnehmer bei einem Plattenspieler. In diesem Fall besteht der drehbare Teil des Wandlers aus zwei hohlen Kegelstumpfkörpern 3, 4, die aus Leichtmetall geformt und durch einen kleinen inneren Rand versteift sind. Die Abtastnadel 8, die sich aus einem kleinen, dünnen, sehr leichten Rohr und einem in diesem gefaßten Diamantstift zusammensetzt, ist längs eines Durchmessers der größeren Endfläche eines der Kegelstumpfkörper befestigt. Die Ausgangsspannungen werden zwischen feststehenden gewölbten Platten 1, 2 einerseits und zwischen den feststehenden gebogenen Platten 5, 6 andererseits abgenommen. Ein in Fig. 4a und 4b nicht dargestellter Abschirmmantel umschließt den ganzen Wandler in einem bestimmten Abstand und schützt ihn gegen störende elektrische Felder. Ferner kann ein ebenfalls nicht veranschaulichter staubdichter plastischer Film den beweglichen Teil des Wandlers von der Außenluft abschließen.

Wenn die Längssymmetrieebene der gewölbten 5<> Platten 1,2 senkrecht ausgerichtet ist, wird die Abtastnadel 8 die senkrechte und die waagerechte Komponente einer in Tiefen- und Seitenschrift beschrifteten Schallplattenrille wiedergeben; wenn man die gewölbten Platten 1, 2 um 45° um ihre Achse dreht, kann eine nach dem 45°/45°-Verfahren aufgezeichnete Rille abgetastet werden, wie sie bei stereophonischen Schallplatten üblich ist.

Man kann den nach zwei Richtungen ansprechenden Wandler auch so ausbilden, daß man physikalisch die Wirkungen der beiden in ihm vereinigten, nur je nach einer Richtung wirksamen Einzelwandler trennt, wie dies z. B. aus Fig. 5a bis 5c ersichtlich ist. Fig. 5a zeigt nur den ruhenden und Fig. 5b nur den beweglichen Teil und F i g. 5 c im Querschnitt den Zusammenbau dieser beiden Teile eines derartigen Wandlers. Bei diesem Wandler trägt ein beweglicher leichter Isolierstofizylinder 20 zwei ringförmige Metallbeläge 14 und 15, welche den im feststehenden Isolierstoffzylinder 21 angebrachten Ringen 11,12 gegenüberstehen. Die Ringe 11,13 sind elektrisch miteinander verbunden und weisen eine als Erregerspannung wirksame Potentialdifferenz gegenüber dem Ring 12 auf. Die Ringe 11 bis 15 bilden den einen Wandler. Der andere besteht aus den auf dem beweglichen Zylinder aufgebrachten halbzylindrischen Metallbelägen 18 und 19 und den sie umhüllenden ruhenden Metallringen 16 und 17 des Zylinders 21. Der in F i g. 5 b für sich dargestellte bewegliche Wandlerteil 20, 14, 15, 18, 19 ist in der Achsrichtung des Zylinders 20 senkrecht zur Ebene ABCD verschiebbar. Der Wandler spricht auf eine in F i g. 5 b von oben nach unten erfolgende Verschiebung und auf eine Drehung um die Achse des Zylinders 20 an.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrostatischer Wandler für die Abtastung oder Erzeugung von Schwingungen in zwei verschiedenen Bewegungsrichtungen, insbesondere Tonabnehmer zur Abtastung von Zweikomponentenschrift, bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen und mit als Brücke geschalteten Kondensatorbelägen versehenen Teilen, bei dem zwei Kondensatorbeläge elektrisch vorgespannt sind, während an zwei weiteren die der Bewegung proportionale Wechselspannung abnehmbar bzw. anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil aus zwei eine nicht verformbare Einheit bildenden Hohlkörpern (3, 4) besteht und daß im feststehenden Teil der Form der Hohlkörper angepaßte Platten (1, 2, 5, 6) angeordnet sind, die durch zwei zueinander senkrechte, sich in der Wandlerachse schneidende Ebenen in vier Quadranten geteilt sind (F i g. 1 a bis 1 c).

2. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus zwei Hohlkörpern (3,4) bestehende bewegliche Teil eine Abtastnadel (8) für die Abtastung stereophonischer Schallplatten trägt (Fig. 4a und 4b).

3. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus zwei Hohlkörpern (3,4) bestehende bewegliche Teil zur Benutzung des Wandlers als nach zwei Richtungen auf akustische Schwingungen ansprechendes Mikrophon auf einer Seite einen leichten Ballon (3') trägt (Fig. 3a).

4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine (11 bis 15) der beiden Sätze von Kondensatoren (11 bis 15 und 16 bis 19) in der Form von flachen Metallringen auf zwei mit Abstand konzentrischen Zylindern (20, 21), von denen der äußere (21) fest angeordnet und der andere (20) beweglich gelagert ist, angebracht ist und der andere Kondensatorsatz (16 bis 19) einen beweglichen, auf dem inneren Zylinder (20) vorgesehenen ringförmigen, breiten und nach einer Zylinderdurchmesserebene gehälfteten Metallbelag (18,19) und einen auf dem festen Zylinder (21) sitzenden, senkrecht zur Teilungsebene des beweglichen Metallbelages durch eine Zylinderdurchmesserebene gehälfteten, ebenfalls ringförmigen und breiten Metallbelag (16, 17) umfaßt sowie dabei jeder dieser

metallischen Ringe und Beläge mit einer Anschlußklemme in elektrischer Verbindung steht, während der bewegliche Zylinder (20) sowohl um seine Achse frei drehbar wie auch frei axial verschiebbar ist und auf das gleichzeitige Auftreten einer linearen und einer drehenden Bewegung bei Benutzung als Bewegungsempfänger anspricht bzw. die gleiche komplexe Bewegung bei Verwendung als Motor zur Wirkung bringt (F i g. 5 a bis 5 c).

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5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem dreh- und verschiebbaren Zylinder (20) eine Tonnadel für stereoskopische Schallplattenwiedergabe verbunden ist (F i g. 5 a bis 5 c).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1029 582;
USA.-Patentschrift Nr. 2 843 679;
Radio & Television News, August 1955, S. 37.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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