DE1235194B - Schallgenerator - Google Patents
SchallgeneratorInfo
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
- G10K9/13—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using electromagnetic driving means
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- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
GlOk
Deutsche Kl.: 74 d - 3/05
Nummer: 1235 194
Aktenzeichen: M63915IXd/74d
Anmeldetag: 22. Januar 1965
Auslegetag: 23. Februar 1967
EHe Erfindung bezieht sich auf einen Schallgenerator mit einem eine Schwingspule und eine Rückkopplungsspule
aufweisenden Transistoroszillator, dessen Schwingspule in einem offenen, einen vormagnetisierten
Kern aufweisenden magnetischen Kreis angeordnet ist, sowie mit einer Membran, die
einen den Luftspalt des magnetischen Kreises wenigstens teilweise überdeckenden Anker aus einem
magnetisierbaren Material trägt und welche bei der Schwingung des Oszillators periodisch durch die
Schwingspule angezogen wird.
Schallgeneratoren, z. B. Signalhupen, mit wenigstens einer Membran und wenigstens einem kinematisch
hiermit verbundenen Anker aus magnetisierbarem Material, der den Luftspalt des magnetischen
Kreises wenigstens teilweise schließt, sind allgemein bekannt.
Es sind ferner Oszillatorschaltungen für die Steuerung derartiger Schallgeneratoren bekannt, welche
jedoch keine oder nur eine ungenügende Synchronisation der mechanischen Eigenfrequenz der schwingenden
Membran erzielen und darüber hinaus eine verhältnismäßig komplizierte Schaltungsanordnung
erfordern, welche für einfache Geräte viel zu aufwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallgenerator dieses Typs zu schaffen, der bei
kleinen Abmessungen und geringem Stromverbrauch einen hohen Wirkungsgrad aufweist und die Aussendung
einer vorgebbaren, konstanten akustischen Frequenz gewährleistet, ohne daß besondere Mittel
zur Frequenzstabilisierung des elektrischen Oszillators erforderlich wären.
Ausgehend von einem Schallgenerator des eingangs beschriebenen Typs kennzeichnet sich die Erfindung
zur Lösung der genannten Aufgabe dadurch, daß auch die erwähnte Rückkopplungsspule innerhalb
des erwähnten, offenen magnetischen Kreises angeordnet ist und daß der Anker in dieser Rückkopplungsspule
während seiner Schwingung Synchronisationsimpulse zur Erzwingung einer Synchronisation
der mechanischen Eigenfrequenz der schwingenden Membran und der Frequenz des elektrisch schwingenden
Oszillators erzeugt.
Durch eine derartige Ausbildung der Oszillatorschaltung und der Vormagnetisierung induzieren die
Änderungen des Luftspaltes zwischen Anker und übrigem magnetischem Kreis während der Schwingungen
der Membran entsprechende Spannungen in der Rückkopplungsspule, und diese induzierten Spannungen
steuern den Transistor unter Erzwingung einer Synchronisation der mechanischen Eigenfre-Schallgenerator
Anmelder:
Andre Micheloud, Bern
Vertreter:
Dr. F. Hadenfeldt, Dr. H. Daube, H. Lienau
und Dr. H. Daube, Rechtsanwälte,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 17
und Dr. H. Daube, Rechtsanwälte,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 17
Als Erfinder benannt:
Andre Micheloud, Bern
Andre Micheloud, Bern
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 28. Januar 1964 (984)
quenz der schwingenden Membran und der Frequenz des elektrisch schwingenden Oszillators.
Vorzugsweise besteht die erwähnte Membran aus einer polygonal geformten Lamelle, die den erwähnten
Luftspalt durchsetzt und an deren dem erwähnten Kern abgewandten Seite der Anker befestigt ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein elektrisches Schaltschema des Transistoroszillators,
F i g. 2 einen Schnitt durch den gesamten Generator in stark vergrößertem Maßstab,
F i g. 3 eine Draufsicht auf den Generator nach
F i g. 2, in verkleinertem Maßstab und teilweise geschnitten, und
F i g. 4 eine Unteransicht auf den Generator nach den F i g. 2 und 3, welche die zum Transistoroszillator
gehörende gedruckte Schaltung zeigt.
Der in den Figuren dargestellte Schallgenerator weist einen isolierenden Träger 1 auf, an dem eine
gedruckte Schaltung 2 befestigt und in den ein vormagnetisierter Teil 3 eingesetzt ist, welcher seinerseits
die Spulen 4 und 5 trägt.
Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, wird der
Träger 1 aus einer mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung versehenen quadratischen Platte sowie
einem an diese Platte angesetzten Rohr la gebildet, das sich nach der einen Seite der Platte koaxial zu
der erwähnten kreisförmigen Öffnung der Platte erstreckt. In dieses Rohr 1 α ist der in Form eines Topfmagneten
mit einem zentralen Kern ausgebildete magnetische Teil 3 eingesetzt, dessen Außendurch-
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messer dem Innendurchmesser des Rohres la angepaßt ist. Dieser topfförmige magnetische Teil besteht
aus vormagnetisiertem Ferrit. In dem den zentralen Kern des Teils 3 umgebenden Kreisringraum 3 α sind
die beiden Spulen 4 und 5 koaxial übereinandergewickelt angeordnet. Ein isolierender Ring 3 b deckt
die Spulen 4 und 5 ab. Die Unterseite des topfförmigen magnetischen Teils 3 weist einen Einschnitt 3 c
auf, welcher einem in das Rohr 1 α des Trägers 1 eingelassenen Spalt 1 b gegenüberliegt und durch den
die Anschlußdrähte für die beiden Spulen 4 und 5 zum Anschluß an die gedruckte Schaltung 2 hindurchgeführt
sind.
Die erwähnte kreisförmige zentrale Öffnung in der quadratischen Platte des Trägers 1 ist, wie in F i g. 2
dargestellt, derart gestuft ausgebildet, daß insgesamt vier kreisringförmige konzentrische Absätze lc, Ie,
Id und If gebildet werden, welche die Öffnung des
Rohres la konzentrisch umgeben und in der angegebenen Reihenfolge einen stufenweise wachsenden
Durchmesser aufweisen.
Die obere Stirnfläche des topfförmigen magnetischen
Teils 3 liegt mit der Fläche des ersterwähnten Kreisringabsatzes 1 c in einer Ebene. Die Höhe der
Stufe zwischen dem Absatz Ic und Ie beträgt beispielsweise
0,2 oder 0,3 mm. Der Kreisringabsatz 1 e dient als Sitz für eine elastische Membran 10. Die
Dicke dieser Membran 10 ist halb so groß wie die Höhe der den AbsatzIe begrenzenden Stufenwand
und wird entsprechend der gewünschten Eigenfrequenz gewählt.
Der Absatz 1/ bildet einen Sitz für eine zweite Membran 11, deren Abstand von der ersten Membran
10 durch die Summe der halben Höhe der den Absatz 1 e begrenzenden Stufenwand und der Höhe
der den Absatz Id begrenzenden Stufenwand gegeben ist. Die Oberseite der Membran 11 liegt mit
dem äußeren Rand des Trägers 1 in einer Ebene. Die Dicke dieser Membran 11 wird, ebenso wie die
Höhe der den Absatz 1/ begrenzenden Stufenwand, entsprechend der gewünschten Eigenfrequenz dieser
Membran 11 gewählt.
Wie in F i g. 3 gezeigt, ist die Membran 10 eine dreieckförmige Platte, die aus Metall besteht, beispielsweise
aus Stahl oder Bronze. Sie stützt sich mit ihren drei Ecken, die etwas abgeflacht sind, auf den
durch den Absatz Ie gebildeten Sitz ab und liegt mit ihrem zentralen Bereich oberhalb des topfförmigen
magnetischen Teils 3. Im Zentrum der Membran 10 ist eine kreisförmige öffnung 10 a eingelassen, in
welche ein entsprechender zylindrischer Vorsprung 12 a eines Scheibchens 12 aus einem magnetisierbaren
Material eingreift. Dieses Scheibchen 12 liegt auf der Oberseite der Membran 10 auf und hat einen
Durchmesser, welcher dem Außendurchmesser des topfförmigen magnetischen Teils 3 entspricht. Das
Scheibchen 12 ist an der Membran 10 beispielsweise mittels Nieten befestigt, die in den zylindrischen
Vorsprung 12 α eingreifen, und dient als beweglicher Anker.
Wie das Schaltschema nach F i g. 1 zeigt, wird der Schallgenerator über einen auf der gedruckten Schaltung
2 angeordneten Transistor 6 gesteuert, dessen Basisvorsprung mittels der Widerstände R 7 und R 8
einstellbar ist. Der Widerstand R 8 ist zwischen die Basis des Transistors 6 und den negativen Pol b
einer Batterie geschaltet, während der Widerstand R1
in Reihe mit der Spule 5 im Basisemitterkreis des Transistors 6 liegt. Der Emitter des Transistors 6 ist
an den positiven Pol α der Batterie geschaltet. Die Spule 4 liegt im Kollektorkreis des Transistors 6 und
bildet die Schwingspule der Oszilltorschaltung, während die Spule 5 die Rückkopplungsspule des Oszillators
darstellt.
Wenn an die Klemmen α und b eine Batterie von
beispielsweise 1,5 V angeschlossen wird, dann erzeugt der Spannungsabfall am Widerstand R 8 eine
ίο genügend hohe positive Basisvorspannung am Transistor,
so daß dieser etwas leitend und damit die Spule 4 durch einen schwachen Strom erregt wird.
Das durch diesen Strom erzeugte Magnetfeld der Spule 4 verstärkt das Feld des Dauermagneten 3, so
daß in der Rückkopplungsspule 5 eine Spannung induziert wird, welche die positive Basisvorspannung
am Transistor 6 und damit den Stromfluß durch die Spule 4 erhöht. Auf diese Weise wird der Transistor 6
über die Rückkopplungsspule 5 so weit in den Ieitehden
Zustand geschaltet, bis er seinen Sättigungspunkt erreicht. Wenn sich der maximale' "Sattigungsstrom
durch die Spule 4 eingestellt hat, dann erfahrt .der
die Spule 5 durchsetzende magnetische Fluß keine weitere Änderung mehr, so daß die durch die Spule 5
zusätzlich erzeugte positive Basisvorspaniiüng,* verschwindet. Das hat zur Folge,, daß djeXeitfähigiceft
des Transistors 6 und damit der Strom durch die Spule 4 abnehmen, wodurch über die Spule 5 nunmehr
eine negative Basisvorspaünung am Transistor
erzeugt wird, welche den Transistor 6 vollständig"in
den Sperrzustand schaltet. Wenn I infolge Aufhörens
des Stroms durch die Spule. 4 keine Mag^etflußanderungen mehr auftreten, wird erneut die'geringe'positive
Basisvorspannung, die durch den Widerstand^? 8 erzeugt wird, wirksam, und der beschriebene", Erregungs-,
Verstärkungs- und Entregungszyklus >viederholt sich. .......
Die auf diese Weise~ im magnetischen Kreis7 des
Generators erzeugten, periodischen Flüßänderungefl bzw. die elektrischen Oszillationen des Spulenstrcäns
bewirken eine periodisch veränderliche magnetische Anziehung auf das Scheibchen 12, das periodisch
gegen die elastische Rückstellkraft der Membran 10 in Richtung auf die Stirnseite des topfförmigen magnetischen
Teils 3 bewegt wird, solange der induzierte Fluß größer als der natürliche Fluß des Dauermagneten
ist, und wieder unter der Wirkung der Membran 10 seine Ruhestellung einnimmt, wenn der
induzierte Fluß verschwindet.
Um die beschriebene Vorrichtung mit einem guten Wirkungsgrad als akustischen Generator mit einer
festen Frequenz bei nur geringem Strombedarf und bei kleinen äußeren Abmessungen verwenden zu
können, ist es erforderlich, daß die Eigenfrequenz der Membran 10 der Frequenz des Oszillators angepaßt
wird.
Diese Synchronisation zwischen elektrischer Oszillatorfrequenz und mechanischer Eigenfrequenz der
Membran 10 wird nun mit Hilfe der Vormagnetisierung, die der magnetische Kreis wegen der Gegenwart
des Ferritmagneten 3 besitzt, sowie mit Hilfe des an der Membran 10 befestigten, den Luftspalt
des magnetischen Kreises teilweise überdeckenden Scheibchens 12 erreicht. Auf diese Weise wird nämlieh
die gewünschte Synchronisation der Frequenzen erzwungen. Die Magnetisierung des Ferritmagneten 3
ist derart orientiert, daß der Durchgang eines Stromes durch die Spule 4 den gleichen Effekt erzeugt
wie eine Verringerung des Luftspaltes durch Annäherung des Scheibchens 12 an den Magneten 3.
Bei jedem Stromdurchgang durch die Spule 4 wird das an der Membran 10 befestigte Scheibchen 12 angezogen,
was eine Verringerung der Reluktanz des magnetischen Kreises und gleichzeitig eine Erhöhung
der in der Spule 5 induzierten Spannung bewirkt, so daß also diese Spannungserhöhung synchron mit der
Bewegung der Membran 10 stattfindet. Diese erzwungene Synchronisation oder Kopplung der elekirischen
und mechanischen Größen ist sehr stark, und die Temperatur hat praktisch keinen Einfluß auf
die Funktion des Generators.
Mit der dargestellten Ausführungsform des akustischen Generators nach der Erfindung läßt sich beispielsweise
eine Vibration der Membran 10 mit etwa 750 Hz erzielen. Diese Frequenz wird als markanter
Brummton wahrgenommen, dessen Intensität jedoch verhältnismäßig schwach ist.
Die Stärke dieses Tons wird nun durch die bereits erwähnte zweite Membran 11 wesentlich verstärkt.
Diese Membran 11 besteht vorzugsweise aus einer dünnen Kunststoffscheibe. Sie weist eine zentrale
Öffnung 11 α auf, in welche eine kleine metallische Hülse 13 eingesetzt ist, deren Enden beidseitig der
Membran radial nach außen umgebogen sind und so die Befestigung der Hülse 13 mit der Membran 11
bewirken. Mit der unteren Stirnfläche liegt die Hülse 13 auf dem Scheibchen 12 auf. Auf diese Weise wird
eine mechanische Verbindung zwischen dem Scheibchen 12 und der oberen Membran 11 hergestellt,
derart, daß die Schwingungen der Membran 10 und des Scheibchens 12 direkt über die Hülse 13 auf die
Membran 11 übertragen werden. Dicke und Elastizität der Membran 11 sind so bemessen, daß eine gute
akustische Verstärkung erzielt wird.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel des Generators schwingt die Membran 11 mit einer Frequenz,
die viermal so groß wie die Schwingungsfrequenz der Membran 10 ist, d. h. also mit etwa 3000 Hz. Zur
Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades empfiehlt es sich, die Membran 11 an ihrem Umfang sorgfältig
einzuspannen, beispielsweise mit Hilfe eines nicht dargestellten Klemmrings, welcher den Rand der
Membran 11 fest gegen den Träger 1 drückt.
Claims (7)
1. Schallgenerator mit einem eine Schwingspule und eine Rückkopplungsspule aufweisenden
Transistoroszillator, dessen Schwingspule in einem offenen, einen vormagnetisierten Kern aufweisenden
magnetischen Kreis angeordnet ist, sowie mit einer Membran, die einen den Luftspalt
des magnetischen Kreises wenigstens teilweise überdeckenden Anker aus einem magnetisierbaren
Material trägt und welche bei der Schwingung des Oszillators periodisch durch die
Schwingspule angezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch die erwähnte Rückkopplungsspule
(5) innerhalb des erwähnten, offenen magnetischen Kreises angeordnet ist und daß der Anker (12) in dieser Rückkopplungsspule (5) während seiner Schwingung Synchronisierungsimpulse
zur Erzwingung einer Synchronisation der mechanischen Eigenfrequenz der schwingenden Membran (10) und der Frequenz
des elektrisch schwingenden Oszillators erzeugt.
2. Schallgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) aus einer
polygonal geformten Lamelle gebildet ist und den Luftspalt durchsetzt, während der Anker (12)
auf der dem übrigen magnetischen Kreis abgewandten Seite der Lamelle befestigt ist.
3. Schallgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamelle
(10) aus Metall besteht.
4. Schallgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische
Kreis aus einem topfförmig ausgebildeten Ferritmagneten (3) mit einem zentralen Kern besteht
und im Innern des zylindrischen Teils (la) eines isolierenden Trägers (1) angeordnet ist,
während die Lamelle (10) auf einem kreisringförmigen Absatz (1 e) des Trägers (1) ruht.
5. Schallgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) kinematisch
mit einer die Schallschwingungen verstärkenden zweiten Membran (11) gekoppelt ist.
6. Schallgenerator nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
Membran (11) aus einer Kunststoffscheibe besteht, parallel im Abstand über der ersten Membran
(10) ebenfalls in einen Kreisringabsatz (1/) des Trägers (1) eingespannt ist und in ihrem
zentralen Bereich ein metallisches Element (13) trägt, das sich auf dem Anker (12) abstützt.
7. Schallgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Membran (11)
hinsichtlich Durchmesser, Dicke und Elastizität derart dimensioniert ist, daß sie mit einem ganzzahligen
Vielfachen der Frequenz der ersten Membran (10) schwingt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1150 008,
1025761;
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1150 008,
1025761;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1868 246.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 510/181 2.67
ι Bundesdruckerei Berlin
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---|---|---|---|
CH98464A CH409715A (fr) | 1964-01-28 | 1964-01-28 | Générateur électro-acoustique |
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Family
ID=4199762
Family Applications (1)
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