DE1948659A1 - Method and device for generating periodic mechanical vibrations - Google Patents
Method and device for generating periodic mechanical vibrationsInfo
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Description
"Verfahren und Vorrichtung zum Erzengen von periodischen mechanischen Schwingungen""Method and device for the production of periodic mechanical vibrations "
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von periodischen Schwingungen mittels elektrischer Energie, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for generating periodic oscillations by means of electrical energy, and a device for carrying out the method.
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von periodischen Schwingungen "bekannt, "bei denen ein ferromagnetischer Körper einem wechselnden magnetischen Feld ausgesetzt wird. Die Steuerung des magnetischen Feldes erfolgt mit Hilfe von aktiven Verstärkerelementen, wieThere are methods and devices for generating periodic oscillations "known" in which a ferromagnetic Body is exposed to a changing magnetic field. The control of the magnetic field takes place with the help of active amplifier elements, such as
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Elektronenröhren oder Transistoren, die in einem elektrischen Stromkreis mit weiteren passiven Elementen, wie Hagnetspulen,, Kondensatoren und ohm'sehen Widerständen angeordnet sind.Electron tubes or transistors that work in an electrical Circuit with other passive elements, such as magnetic coils, Capacitors and ohmic resistors are arranged.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Yorrichtung anzugeben, die gestatten, eine mechanische Schwingung ^ zu erzeugen, wobei abgesehen von der Stromquelle auf jegliche aktive Elemente verzichtet werden kann, und die Energieverluste, hervorgerufen durch ohm'sche Widerstände, auf ein ivüninrum reduziert sind, damit der Wirkungsgrad möglichst gross ist.It is the object of the invention to provide a method and a device indicate that allow a mechanical vibration ^ to be generated, with the exception of the power source on any active elements can be dispensed with, and the energy losses, caused by ohmic resistances, on an ivüninrum are reduced so that the efficiency is as high as possible.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Schwingen anzuregender elektrisch leitender EÄrper dem Einfluss wenigstens eines durch die Bewegung dieses Korpers selbsttätig wechselnden, elektrischen Feldes ausgesetzt wird«The method according to the invention is characterized in that an electrically conductive body to be excited to vibrate Influence at least one thing through the movement of this body is automatically exposed to alternating electrical fields "
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine von mindestens zwei gegenüberliegenden Elektroden zum Bilden einermechanischen Schwingungsanordnung beweglich und federnd angeordnet istf dass mindestens die Bewegungsstrecke dieser beweglichen Elektrode in Richtung auf die andere Elektrode durch diese selbst begrenzt ist, wobei beim Auf treffen der beiden Elektroden aufeinander ein Ladungsausgleieii stattfindet» und dass di© beiden Elektroden zum Anschliessen an den" Pluspol bzw., den Minuspol einer Stromquelle bestimmt sind-The inventive device for carrying out this method is characterized in that at least one opposite at least two electrodes is arranged to be movable to form a mechanical vibrating assembly and resiliently f that the movement distance is at least said movable electrode limited in the direction of the other electrode by themselves, wherein in When the two electrodes meet, a charge equalization takes place and that the two electrodes are intended to be connected to the positive pole or the negative pole of a power source.
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Die Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf die "beiliegende Zeichnung "beispielsweise näher erläutert. Ss zeigernThe invention is explained in more detail below with reference to the "accompanying drawing", for example. Show Ss
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung mit zwei Elektroden, von denen die eine zum Ausführen von mechanischen Schwingungen angeregt werden kann,Fig. 1 shows a basic representation of a device with two electrodes, one of which can be excited to carry out mechanical vibrations,
Pig. 2 eine andere Ausführungsform mit zwei Elektroden, die beide zum Schwingen angeregt werden können,Pig. 2 another embodiment with two electrodes that both can be excited to vibrate,
Fig. 3 eine ähnliche Ausführung mit drei Elektroden, wovon zwei "beweglich sind, undFig. 3 shows a similar embodiment with three electrodes, of which two "are movable, and
Fig. 4 eine weitere Ausführung mit drei Elektroden, von denen nur eine beweglich ist.4 shows a further embodiment with three electrodes, only one of which is movable.
Uh ein schwingfähiges Gebilde zu erhalten, ist es notwendig, eine Masse federnd zu lagern, damit die Masse ihre kinetische Energie an das federnde Organ abgeben kann, wobei dann nach der vollständigen Abgabe der kinetischen Energie der Masse, die im federnden Organ gespeicherte statische Energie wiederum vollständig an die Masse in Form von kinetischer Energie abgegeben wird. Zur Aufrechterhaltung der Schwingung ist es weiter notwendig, die unweigerlich entstehenden Energieverluste zu ersetzen.To obtain a structure that can vibrate, it is necessary to to mount a mass resiliently so that the mass can give its kinetic energy to the resilient organ, and then after the complete release of the kinetic energy of the mass, the static energy stored in the resilient organ is in turn completely transferred to the mass in the form of kinetic energy. It is further to maintain the vibration necessary to replace the inevitably occurring energy losses.
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In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung mit einer schwingfähigen Anordnung zum Antrieb eines Uhrwerkes prinzipiell dargestellt. Auf einer elastischen Zunge 1 ist eine Elektrode 2, die gleichzeitig hauptsächlich die schwingende Masse ist, befestigt. Das andere Ende der Zunge 1 ist mit einem Block 3 starr verbunden. Die Elektrode kann in Richtung des Pfeiles 4 hin- und herschwingen, wenn sie dazu angeregt wird. Hiezu ist_ eine zweite Elektrode 5 auf Abstand gegenüber der beweglichen Elektrode 2 vorgesehen, die mittels einem Träger 6 ebenfalls am Block 3 befestigt ist..'., .In Fig. 1 is a device with an oscillatable Arrangement for driving a clockwork shown in principle. An electrode 2, which at the same time is mainly the oscillating mass, is attached to an elastic tongue 1. That the other end of the tongue 1 is rigidly connected to a block 3. The electrode can swing back and forth in the direction of arrow 4, when stimulated to do so. For this purpose there is a second Electrode 5 at a distance from movable electrode 2 provided, which by means of a carrier 6 also on block 3 is attached .. '.,.
Die Zunge 1 und der Träger 6 sind elektrisch leitend, damit durch die Anschlüsse 7 und 8 den Elektroden ,Strom aus einer nicht dargestellten Spannungsquelle zum Aufladen dieser Elektroden zugeführt"werden kann. Der Block 3 besteht aus Isoliermaterial.The tongue 1 and the carrier 6 are electrically conductive so through the terminals 7 and 8 the electrodes, power from one voltage source (not shown) for charging these electrodes can be supplied ". The block 3 consists of Insulating material.
Die beiden gegenüberliegenden Elektroden 2 und 5 bilden einen Kondensator, dessen Kapazität von der G-rb'sse der einander gegenüberliegenden Flächen der Elektroden und dem Abstand zwischen diesen abhängig ist. Ueber die Anschlüsse 7 und 8 lädt sich dieser Kondensator auf, so dass die Elektrode 5 ein positives und die Elektrode 2 ein negatives Potential aufweist. Durch die Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den beiden Elektroden werden diese gegeneinandergezogeii, wobei die bewegliche Elektrode 2 entgegen der Kraftwirkung der elastischen Zunge 1 bis zur Elektrode 5 bewegt wird. 'The two opposing electrodes 2 and 5 form a capacitor, the capacitance of which is dependent on the size of the opposing surfaces of the electrodes and the distance between them. This capacitor is charged via the connections 7 and 8, so that the electrode 5 has a positive potential and the electrode 2 has a negative potential. The effect of the electric field between the two electrodes pulls them against one another, the movable electrode 2 being moved as far as the electrode 5 against the force of the elastic tongue 1. '
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Sobald die Elektroden einander berühren, wie dies gestrichelt dargestellt ist, wird die Potentialdifferenz zwischen diesen "beiden ausgeglichen und das elektrische Feld wird rasch abgebaut. Die Elektrode 2 ist nur noch der Kraftwirkung der gespannten elastischen Zunge 1 ausgesetzt und kann daher zurückschwingen, wobei sie dank der Trägheit- über ihren Buhezustand hinaus in die ebenfalls gestrichelt dargestellte zweite Endlage gelangt. ·As soon as the electrodes touch each other, as shown in dashed lines, the potential difference between them "Both are balanced and the electric field is rapidly reduced. The electrode 2 is only exposed to the force of the stretched elastic tongue 1 and can therefore swing back, where, thanks to the inertia, they move beyond their state of repose into the one also shown in dashed lines second end position reached. ·
Die Spannungsquelle mit der die Elektroden verbunden sind, ist hochohmig oder durch einen vorgeschalteten ohm!sehen Widerstand absichtlich hochohmig gemacht worden, damit im Zeitpunkt der Berührung der Elektroden der Kurzschlusstrom begrenzt und andererseits der Kondensator, gebildet durch die Elektroden, nachdem sich diese beiden infolge der Eückbewegung der be-.weglichen Elektrode nicht mehr berühren, verzögert wieder aufgeladen wird. Dieser Innenwiderstand ist so gross, dass der Kondensator frühestens nach Erreichen der Mittelstellung der Elektrode 2 auf praktisch die volle Spannung der Spannungsquelle aufgeladen wird.The voltage source to which the electrodes are connected is high-resistance or through an upstream ohm ! See resistance has been intentionally made high-resistance, so that the short-circuit current is limited at the time the electrodes are touched and, on the other hand, the capacitor, formed by the electrodes, after these two no longer touch each other as a result of the moving electrode's backward movement, is recharged with a delay. This internal resistance is so great that the capacitor is charged to practically the full voltage of the voltage source after reaching the middle position of the electrode 2 at the earliest.
Bei der Wahl des wirksamen Innenwiderstandes ist auch zu berücksichtigen, dass sich die Kapazität dieses Kondensators ändert, wodurch ebenfalls die Ladezeit verändert wird.When choosing the effective internal resistance, it is also important to consider that the capacitance of this capacitor changes, which also changes the charging time.
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In der fig. 2 ist eine andere Ausführungsform prinzipiell dargestellt. Sie unterscheidet sich von der ersteren lediglich in der ebenfalls federnden Anordnung der zweiten Elektrode 5', welche an einer elastischen Zunge 1' befestigt ist, so dass beide Elektroden 2 und 5' einander entgegengesetzte Bewegungen ausführen können, wobei sie sich jeweilen zwecks Ladungsaustausch pro Schwingungsvorgang einmal berühren«, wie dies gestrichelt gezeichnet ist. Auch diese Elektroden sind zum Anschluss an eine nicht dargestellte hochohmige. Spannungsquelle bestimmt, .In fig. 2 another embodiment is shown in principle. It only differs from the former in the also resilient arrangement of the second electrode 5 ', which is attached to an elastic tongue 1 'so that both electrodes 2 and 5' move in opposite directions can perform, with each other for the purpose of charge exchange touch once per oscillation process «, as shown in dashed lines. These electrodes are also used for Connection to a high-resistance, not shown. Voltage source certainly, .
Bei der Ausführungsform gemäss der Fig. 3 sind zwei von einem Steg 9 auf Abstand gehaltene Elektroden 10 und 11, elektrisch voneinander isoliert, am freischwingenden Ende einer elastischen Zunge 12 angeordnet. Diese Elektroden sind über flexible Leiter 13 und 14 mit den Anschlussklemmen 15 bzw. elektrisch leitend verbunden, damit ihnen von einer nicht dargestellten Spannungsquelle entsprechende Ladungen zugeführt werden können.In the embodiment according to FIG. 3, there are two of one Web 9 spaced electrodes 10 and 11, electrically isolated from one another, at the free-swinging end of a elastic tongue 12 arranged. These electrodes are connected via flexible conductors 13 and 14 to the connection terminals 15 and electrically connected so that corresponding charges are supplied to them from a voltage source (not shown) can be.
Zwischen diesen beiden beweglichen Elektroden 10 und 11 ist eine ortsfeste dritte Elektrode 17 elektrisch isoliert angeordnet. Zwischen den beiden äusseren Elektroden 10 und 11 besteht eine Spannungsdifferenz und wenn durch einen einmaligen äusseren Einfluss beispielsweise die Elektrode 10 mit derBetween these two movable electrodes 10 and 11 is a stationary third electrode 17 is arranged in an electrically insulated manner. There is between the two outer electrodes 10 and 11 a voltage difference and if by a one-time external influence, for example, the electrode 10 with the
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mittleren Elektrode 17 in Berührung gebracht wurde, so nimmt die letztere dieselbe Polarität an und anschliessend wird die Elektrode 10 von der Elektrode 17 abgestossen und gleichzeitig die Elektrode 11 von der Elektrode 17 angezogen, weil diese beiden letzteren entgegengesetzte Ladungen aufweisen. Diese beiden in derselben Richtung wirkenden Kräfte lenken die Zunge 12 in der entgegengesetzten Richtung aus, bis die Elektrode 11 mit der Elektrode 17 in Berührung gelangt, wobei ein Ladungsaustausch erfolgt und sich der vorerwähnte Vorgang in umgekehrter Richtung wiederholt.middle electrode 17 was brought into contact, so takes the latter has the same polarity and then the electrode 10 is repelled by the electrode 17 and at the same time the electrode 11 is attracted to the electrode 17 because the latter two have opposite charges. These two forces acting in the same direction direct the Tongue 12 in the opposite direction until the electrode 11 comes into contact with the electrode 17, a charge exchange takes place and the aforementioned Repeat the process in reverse.
Im Gegensatz zu den beiden ersterwähnten Ausführungsbeispielen wirken bei der Ausführungsform nach der Pig« 3 in jeder Bewegungsrichtung der schwingenden Masse Kräfte auf diese ein und während dem kurzzeitigen Berühren der Elektroden 10, 17 und 11, 17 fliesst nur ein kleiner Ausgleichsstrom, welcher unabhängig vom Widerstand des Stromkreises Elektrode 10, Leiter 13, Anschlussklemme 15, Spannungsquelle, Anschlussklemme 16, Leiter 14 und Elektrode 11 ist. Die Spannungsquelle muss lediglich die durch die Elektrode 17 srtossweise von der Elektrode 11 aufgenommenen Elektronen, die sie an die Elektrode 10 abgibt, nachliefern. Der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung ist daher ausserordentlich.gut. "In contrast to the two first-mentioned embodiments, in the embodiment according to the Pig «3 act in every direction of movement the vibrating mass forces on them and during the brief contact with the electrodes 10, 17 and 11, 17 only a small equalizing current flows, which is independent of the resistance of the circuit electrode 10, conductor 13, terminal 15, voltage source, terminal 16, conductor 14 and electrode 11. The voltage source only needs to be abruptly transferred by the electrode 17 Electrode 11 captured electrons which they transfer to the electrode 10 deliver, deliver later. The efficiency of this device is therefore extraordinary. "
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Die Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Ausführung gemäss der Fig. 3, indem die beiden äusseren Elektroden 18 und 19 ortsfest angeordnet sind und die mittlere Elektrode 20 an dem fr ei schwingend en Ende der Zunge 21 "befestigt ist. Die Elektrode 20 ist gegenüber dem restlichen Teil der Anordnung elektrisch isoliert. Die Funktion dieser Ausführung ist grundsätzlich dieselbe, wie jene gemäss der Fig. 3, lediglich mit dem Unterschied, dass sich die.mittlere Elektrode 20 zwischen den beiden ausseren Elektroden 18 und 19 hin- und herbewegt.FIG. 4 shows a modification of the embodiment according to FIG Fig. 3, in that the two outer electrodes 18 and 19 are fixedly arranged and the middle electrode 20 on the is attached to a swinging end of the tongue 21 ". The electrode 20 is electrically isolated from the remainder of the arrangement. The function of this version is fundamental the same as that according to FIG. 3, only with the difference that the middle electrode 20 moves back and forth between the two outer electrodes 18 and 19.
An den Stirnseiten der Elektroden sind Kontaktspitzen 22, und 24 aus einem äbbrandfesten, leitenden Material angeordnet. Sie ermöglichen, dass sich bei Verwendung einer Spannungsquelle von beispielsweise 1000 Volt, sich die Elektroden zum Ladungsaustausch nicht vollständig nähern müssen, indem schon bei genügend kleiner Distanz zwischen den Kontaktspitζen ein Funken überspringt, der zum Ladungsausgleich genügt. Auf diese Weise wird die harmonische S chwingungs bewegung der Masse nicht durch das Aufeinanderprallen·der Elektroden gestört..Contact tips 22 and 24 made of a burn-resistant, conductive material are arranged on the end faces of the electrodes. They allow yourself to be when using a voltage source of, for example, 1000 volts, the electrodes do not have to come close to each other for charge exchange by already being at sufficiently small distance between the contact tips a spark skips, which is sufficient to balance the charge. In this way the harmonic oscillation of the mass is not disturbed by the collision of the electrodes ..
Zum teilweisen Auskoppeln der Schwingungsenergie kann ein TJebertrager in den Stromkreis eingeschaltet werden, welcher die beim Ladungswechsel entstehenden Stromstösse in eine Wechselspannung umsetzt, die an den Klemmen der Sekundärwicklung dieses Uebertragers abgenommen werden kann. An derFor partial decoupling of the vibration energy, a TJtransfers are switched on in the circuit, which converts the current surges that occur during the charge change into an alternating voltage that is applied to the terminals of the secondary winding this transmitter can be removed. At the
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federnden Zunge kann eine Klinke angeordnet sein, die in die asymmetrische Verzahnung eines Rades eingreift, wobei das letztere bei jeder Schwingung um einen Zahn weitergeschaltet wird.resilient tongue can be arranged a pawl which engages in the asymmetrical toothing of a wheel, the the latter is advanced by one tooth with each oscillation.
Da zum Erzeugen der notwendigen Kraft zum Schwingen der Elektroden eine Spannungsquelle mit relativ hoher Spannung, wenigstens 100 Volt, notwendig ist, wird mit Vorteil ein Isotropen-G-enerator verwendet, derartige Spannungsquellen können auf kleinstem Raum untergebracht werden, und geben dennoch eine Klemmenspannung von mehr als 1000 Volt ab.Since a voltage source with a relatively high voltage is used to generate the force required to oscillate the electrodes, at least 100 volts is necessary, an isotropic generator is advantageously used, such voltage sources can be accommodated in the smallest of spaces, and still deliver a terminal voltage of more than 1000 volts.
Der elektrische Stromkreis dieser oben beschriebenen Vor;-richtungen ist sehr einfach und die notwendigen Richtungsänderungen des elektrischen Feldes werden durch die Bewegungen der Elektroden von selbst ausgeführt. Der grosse Vorteil dieser Vorrichtung ist, dass ein Schwingungsgenerator auf kleinstem Raum untergebracht werden kann und welcher dennoch mit einem sehr guten Wirkungsgrad arbeitet.The electrical circuit of these devices described above is very simple and the necessary changes in direction of the electric field are made by the movements the electrodes run by itself. The big advantage of this device is that it has a vibration generator can be accommodated in the smallest of spaces and which still works with a very high degree of efficiency.
Die oben beschriebene Vorrichtung kann insbesondere auch zum Antrieb eines Uhrwerkes verwendet werden.The device described above can in particular also be used to drive a clockwork.
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