DE1235194B

DE1235194B - Schallgenerator

Info

Publication number: DE1235194B
Application number: DE1965M0063915
Authority: DE
Inventors: Andre Micheloud
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-01-28
Filing date: 1965-01-22
Publication date: 1967-02-23
Also published as: CH409715A; FR1420084A

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

Als Erfinder benannt:
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

Patentansprüche:

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;

deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1868 246.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 510/181 2.67

ι Bundesdruckerei Berlin