DE2005197B2 - Elektrischer tongenerator, insbesondere fuer batteriegespeiste elektrische weckeruhren - Google Patents

Description

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In der DT-OS 15 16 514 ist ein Tongenerator mit einem elektroakustischen Wandler beschrieben, der eine auf eine Tonfrequenz abgestimmte Membran, einen die Membran erregenden Elektromagneten mit einer Erregerwicklung für die Membran und eine mit dieser Erregerwicklung rückgekoppelte Steuerwicklung aufweist, wobei Steuer- und Erregerwicklung im Steuerbzw. Arbeitskreis eines mit einem Transistor versehenen Sperrschwingers liegen, der vorzugsweise durch die gleiche Batterie wie die Weckeruhr mit Strom versorgt wird. Bei diesem Tongenerator ist das Elektromagnetsystem nach Art eines Topfmagneten toroidförmig ausgebildet, wobei der Kern des toroidförmigen ferromagnetischen Körpers aus einem Permanentmagneten besteht und in dem Hohlraum zwischen dem ^ft5 Kern und dem äußeren Mantel koaxial die Erreger- und eine Steuerspule untergebracht sind. Der offenen Seite des Elektromagnetsystems gegenüberliegend befindet sich eine mit ihrem Rand auf der Kapsel aufliegende bzw. dort eingespannte Membran, zweckmäßig aus Stahlblech, deren Mitte einen geringen Abstand vom Ende des Kerns hat

Schließlich ist es aus der DT-AS 12 77 077 bekannt, auf den Anker eines Tongenerators einen Permanentmagneten aufzukleben, um die Tonqualität des Tongenerators zu verbessern.

Mit den vorgenannten Bauprinzipien lassen sich Tongeneratoren mit geringen Abmessungen und einer geeigneten Tonhöhe von einigen hundert Hertz herstellen; die Herstellung eines solchen Tongenerators ist jedoch schwierig. Auch hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad des Tongenerators noch relativ gering ist. Eine Ursache hierfür ist darin zu suchen, daß der in dem Magnetsystem, zu dem Luftspalt zwischen Membran und Kern in Reihe liegende Dauermagnet eine Permabilität nahe 1 hat, sein magnetischer Widerstand somit sehr hoch ist, so daß sich nur ein relativ schwaches magnetisches Wechselfeld in dem dazu in Reihe liegenden Luftspalt zwischen Membran und Kern ausbilden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tongenerator zu schaffen, dessen Tonfrequenz veränderbar ist nach dem individuellen Geschmack des Benutzers, wobei der Wirkungsgrad des Tongenerators hoch sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispiclcn näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Tongenerator in einer Seitenansicht,

Fig.2 den in Fig. 1 dargestellten Tongenerator in einer Ansicht von oben,

F i g. 3 den Tongenerator nach F i g. 1 und 2 in einem Längsschnitt,

F i g. 4 den in F i g. 3 dargestellten Tongenerator in einar Ansicht von oben bei abgenommener Membran,

Fig.5 den in den Tongenerator einsetzbaren Ringkörper zur Befestigung der elektronischen Schaltung in einer Ansicht von unten,

Fig.6 den Kern des Tongenerators mit einem an seinem unteren Ende vorgesehenen Schraubgewinde und einem Schraubenschlitz,

F i g. 7 die Anordnung des Tongenerators in einem Uhrgehäuse mit einem verstellbaren äußeren Permanentmagnetsystem in einer schematischen Ansicht von unten und

F i g. 8 das zum Verändern der Tonhöhe vorgesehene Permanentmagnetsystem an der Wand des Uhrgehäuses in Pfeilrichtung in F i g. 7 gesehen.

Der Tongenerator besteht im wesentlichen aus einer geschlossenen, flachen zylindrischen Dose 1, zweckmäßig aus ferromagnetischem Material, deren eine Stirnfläche von einer am Rande aufgeklebten Stahlmembran 2 abgeschlossen ist. Die Figuren stellen den Tongenerator etwa in natürlicher Größe dar. Die Wandstärke von Boden und Zylinderfläche der Dose kann etwa 1 mm betragen und die Dicke der Stahlmembran etwa 0,05 mm. In der Mitte der Dose iiegt die aus Erreger- und Steuerspule bestehende Wicklung 3, die von einem ferromagnetischen, zylindrischen Kern 4 durchsetzt wird, dessen eines Ende mit dem Boden der Dose verbunden ist und dessen anderes Ende eine kurze Verbreiterung 5 aufweist, mit der dieser

Kern der Membran 2 in geringem Abstande gegenüberliegt Am Boden der Dose 1 befindet sich ein geschlossener dünner Isolierring 6 und darüber ein ebenfalls dünner mit einem Ausschnitt versehener Trägerring 7 aus Isoliermaterial, der an seiner Oberseite S die elektronischen bzw. elektrischen Bauelemente 8 des Tongenerators trägt Die Unterseite dieses Trägerringes 7 ist nach Art einer geopuckten Schaltung hergestellt und weist die einzelnen Leitungsverbindungen 9 zu den elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen 8 auf. Der Außendurchmesser des Trägerrin« 7 ist etwas größer als der Innendurchmesser der Dose 1 ausgeführt, so daß der Trägerring in die Dose selbsthaltend einsprengbar ist. An der Oberseite des Trägerringes 7 vorgesehene Lötstifte 10 dienen zum ι s Anlöten der Spulenzuleitungen, und weiterer aus der Dose nach außen führender Leitungen 11, 12, zur Verbindung mit der Spannungsquelle bzw. eines die Anlage ein- und abschaltenden Schalters.

Zum Aufkleben der Membran wird diese zweckmäßig ao mittels eines starken Elektromagneten auf einer ebenen Unterlage aufgespannt und die mit dem Isolierring versehene Dose auf diese Membran aufgeklebt. Die Membran hat in diesem Zustand keine ausgeprägte Eigenfrequenz. a₅

In dieser Form würde mit dem Elektromagnetsystem eine relativ tiefe Frequenz erregt werden. Die Membran weist an ihrer Außenseite einen Permanentmagneten 13 auf, der zweckmäßig aufgeklebt ist. Sein Durchmesser beträgt etwa 10 mm und seine Höhe etwa 2 bis 3 mm. y> Dieser Magnet ist axial magnetisiert, so daß also entweder der Nordpol oder der Südpol auf der Membran aufliegt und der andere Pol frei nach außen liegt.

Wie bereits erwähnt, beträgt die Dicke der Stahlmembran etwa 0,05 mm. Der Luftspalt zwischen der Membran 2 und der Verbreiterung 5 des Kernes 4 ist ebenfalls seh» gering. Andererseits ist der magnetische Widerstand der Membran in Richtung der Membranebene relativ groß. Das Feld des Permanentmagneten verläuft daher überwiegend von der Oberseite des Permanentmagneten durch die Membran hindurch zu der zylindrischen Begrenzung des Kernes 4 und insbesondere der Verbreiterung 5, so daß die Membran mit großer Kraft von dem Kern 4, 5 angezogen wird. 4J Diese Kraft kann beispielsweise durch Änderung des Abstandes des Kernes 4, 5 von dtr Membran 2 verändert werden. Die Fig.6 zeigt einen solchen verstellbaren Kern, und zwar weist dieser an seinem unteren Ende ein Feingewinde 14 auf, mit dem er in eine entsprechende Gewindebohrung der Dose 1 einschraubbar ist. Ein Schraubschlitz 14' am unteren Ende des Kernes 4 ermöglicht es. den Kern zu vci drehen und damit den Abstand der Verbreiterung 5 von der Membran 2 auf eine bestimmte Entfernung und damit die Frequenz auf eine bestimmte Tonhöhe einzustellen

Die vorgeschlagene Anordnung des Permanentmagneten ergibt aber auch bezüglich der Ausbildung des magnetischen Wechselfeldes optimale Verhältnisse. Wegen des relativ hohen magnetischen Widerstandes der Membran in Richtung der Membranebene verläuft ein großer Teil dieses Feldes vom unteren Pol des Kernes 4, bzw. den Boden 6 der Dose 1 zu der Membran 2 um von dort über den dünnen Luftspalt zu der oberen Zylinderfläche der Verbreiterung 5. Zur Verstärkung dieses Wechselfeldes kann im mittleren Teil der Membran auf ihrer Unter- und/oder Oberseite noch pine dünne Platte aus hoch permeablem Material oder auch aus gewöhnlichem Weicheisen vorgesehen sein. Der Durchmesser dieser Platte kann etwa gleich dem des Permanentmagneten und die Dicke in der Größe von etwa 1 mm und darunter gewählt werden.

Eine andere Lösung für die Veränderung der Tonhöhe des Tongenerators ist in den Fig.7 und 8 dargestellt Hier ist die Dose 1 des Tongenerators an einer Wand 15, z. B. einer Weckeruhr, befestigt In dem Gehäuse 16 dieser Weckeruhr befindet sich in Höhe des Permanentmagneten 13 ein horizontaler Schlitz 17, in dem ein Schieber 18 nach der Seite verstellt werden kann, und zwar durch einen an der Außenseite der Wand 16 vorgesehenen Handgriff 19. Dieser Schieber 18 trägt auf der Innenseite zwei Permanentmagnete 20, 21 von etwa der gleichen Größe und Dicke wie der Permanentmagnet 13, die an einem Blech 18' aus Weicheisen angeklebt sind, das an dem Schieber 18 angeschraubt oder sonstwie befestigt ist. Die Anordnung ist so gewählt, daß entweder der Permanentmagnet 20, wie in F i g. 7 dargestellt oder der Permanentmagnet 21 vor den Magneten 13 an der Membran 2 geschoben werden kann. Zu erwähnen ist noch, daß die beiden Permanentmagnete 20 und 21 mit verschiedener Polung an dem Schieber 18 befestigt sind, so daß z. B. der Magnet 20 mit einem Nordpol und der Permanentmagnet 2t mit einem Südpol dem Nordpol des Permanentmagneten 13 gegenübersteht.

Bei der in F i g. 7 dargestellten Lage des Schiebers 18, liegt der Permanentmagnet 20 mit seinem Nordpol dem Nordpol des Permanentmagneten 13 an der Membran gegenüber. Beide Magnete stoßen sich daher ab und die Membran wird in Richtung auf den Kern 4, 5 des Magnetsystems hin verschoben. Dies bewirkt, daß die Kraft zwischen der Membran und dem Permanentmagneten 4, 5 durch Verringerung des Luftspaltes wesentlich erhöht wird. Die Tonhöhe des Generators wird daher wesentlich heraufgesetzt. Durch Verschie" ben des Schiebers 18 kann nun der Permanentmagnet 20 aus dem Bereich des Magneten 13 nach der Seite verschoben werden, wobei in einer Mittelstellung beide Permanentmagnete 20,21 auf den Permanentmagneten 13 einwirken, so daß sich ihre Wirkung aufhebt. Steht umgekehrt der Permanentmagnet 21 dem Permanentmagnet 13 gegenüber, so wird der Permanentmagnet 13 von dem Permanentmagneten 21 angezogen. Damit wird der zwischen der Membran 2 und dem )och 4, 5 vorhandene Luftspalt wesentlich vergrößert, wodurch sich die Anziehungskraft zwischen dem Permanentmagneten 13 und dem Joch 4, 5 verringert. In diesem Falle ist der Tongenerator auf eine relativ niedrige Eigenfrequenz eingestellt.

Zu erwähnen ist noch, daß es für die Wirkungsweise des Tongenerators sehr wesentlich ist, daß die von der Membran abgeschlossene Kapsel möglichst geschlossen ist, so daß sich im Inneren dieser Kapsel ein geschlossenes Luftpolster bildet, das einer adiabatischen Kompression und Dilatation unterworfen ist. Auf diese Weise werden Strömungsverluste durch Ein- und Austreten von Luft aus der Dose vermieden. Es ist also notwendig, die Kapsel, insbesondere die Leitungsdurchführungen für die Stromzuleitung 11 und 12, nach der Herstellung luftdicht abzuschließen.

Ein besonderer Vorteil des Tongenerators besteht darin, daß er eine außerordentlich gute Schallabstrahlung aufweist und daß keinerlei Trichter oder äußere Räume zur Verbesserung dieser Schallabstrahlung notwendig sind.

Der Tongenerator kann, wie bereits erwähnt, nicht

nur in Verbindung mit einer Selbsterregeranordnung, wie beschrieben benutzt werden, sondern auch beispielsweise nur mit einer Erregerspule versehen sein, wobei die primäre Frequenzerzeugung durch eine andere Einrichtung erfolgt. S

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Tongenerator, insbesondere für batteriegespeiste elektrische Weckeruhren, mit einem insbesondere rotationssymmetrischen, von einer ferromagnetischen Membran abgeschlossenen Hohlkörper, in dessen Inneren nach Art eines Topfmagneten ein in geringem Abstand von der Membran gelegener ferromagnetischer zylindri- ι ο scher Kern und wenigstens eine den Kern umgebende Erregerspule vorhanden sind und bei dem dem von der Spule erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld ein magnetisches Gleichfeld überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran an ihrer Außenseite koaxial zu dem zwischen Kern und Membran eingerichteten Luftspalt in an sich bekannter Weise einen befestigten Permanentmagneten aufweist, daß Mittel vorhanden sind, um den Abstand zwischen der Membran (2) und dem Kern (4,5) zu verändern, und daß die Membran den Höhlkörper luftdicht abschließt

2. Tongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) an seinem dem Boden des Hohlkörpers (1) zugewandten Ende mit einem Feingewinde (14) versehen ist und der Boden eine zugehörige Gewindebohrung aufweist.

3. Tongenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Boden des ferromagnetischen Hohlkörpers (1) liegende Kernende mit einem Schraubenschlitz (14') versehen ist.

4. Tongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgebung des auf der Membran aufsitzenden Permanentmagneten ferromagnetische Körper (20, 21) vorhanden sind, deren Abstand von dem Permanentmagneten (13) auf der Membran (2) veränderbar ist.

5. Tongenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren ferromagnetisehen Körper aus zwei mit verschiedener Polung an einem Schieber (18) angeordneten Permanentmagneten (20, 21) bestehen, die in geringem Abstand von dem an der Membran (2) angebrachten Permanentmagneten (13) in einer zur Membranebene parallelen Ebene verschiebbar sind.