DE2442854A1 - Elektrodynamischer wandler, insbesondere schallwandler - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Rüger

7300 Esslingen (Neckar), Fabrikstraße 24, Postfach 348

6. September 1974 _T , ,

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Elektrodynamiacher Wandler, insbesondere Schallwandler

Elektrodynamische Wandler erfordern ein permanentes Magnetfeld und einen im Magnetfeld befindlichen elektrischen Leiter. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird das magnetische Feld in einem engen Luftspalt konzentriert und der elektrische Leiter in Gestalt einer Drahtspule oder eines linearen, zumeist mäanderförmigen Leiters im Magnetfeld beweglich angeordnet. Sollen flächenförmige Gebilde durch den elektrischen Leiter angetrieben werden oder umgekehrt, dann kann der Leiter durch mäander- oder spiralförmige Anordnung auf der Fläche, z.B. einer Membran, nach dem Prinzip der gedruckten Schaltung aufgebracht werden. In diesem Falle befindet sich der Leiter im Streufeld eines oder mehrerer parallel liegender Magnete oder Magnetpole, die abwechselnd gepolt sind. Der Aufwand solcher Magnetsysteme ist erheblich und die Magnetisierung der Dauermagnete bereitet Schwierigkeiten. Um diesen zu begegnen, wurde der elektrische Leiter in Form einer gedruckten Schaltung auf einer kegelförmigen Membran spiralförmig aufgebracht und in einem kegelmantelförmigen Luftspalt eines Magnetsystems frei beweglich angeordnet. Die kegelförmige Membran trug auf beiden Seiten die gedruckte

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Schaltung, um den Stromanschluß am Rande der Membran vornehmen zu können. Das permanente Magnetfeld war jeweils senkrecht zum Kegelmantel gerichtet. Die Kraftwirkung war in die Kegelerzeugende gerichtet und ergab eine Kraftkomponente in der gewünschten Bewegungsrichtung der Membran in der Kegelachse.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Umwandlungsprinzipien und ermöglicht den flächenförmigen Antrieb, z.B. von Membranen von Schallwandlern bei sehr geringem konstruktivem Aufwand.

Im wesentlichen sieht nun die Erfindung vor, daß auf einem flächenförmig ausgedehnten Magnetpol ein Oberflächenrelief in Form von geradlinig-parallel oder bogenförmig-parallel verlaufenden sattelförmigen Rippen gebildet ist und darüber flächenparallel ein formgleicher Magnetpol in solchem Abstand angeordnet ist, daß ein Luftzwischenraum entsteht, in dem eine am Rande abgestützte Membran sich frei bewegen kann und ein darauf angebrachter elektrischer Leiter so verteilt und gerichtet ist, daß die etwa rechtwinkelig zueinander stehenden magnetischen Kraftlinien zwischen dem Luftspalt der benachbarten Flächen der sattelförmigen Rippen beim Stromfluß durch den Leiter eine Kraftwirkung bzw. bei Bewegung der Membran eine elektromotorische Kraft in einer Richtung ergeben.

Da Kraftlinien immer nach der kürzesten Entfernung verlaufen, stehen die Kraftlinien benachbarter Luftspalte im Winkel zueinander, bei einem Profilquerschnitt der Rippen, deren Spitze einen Winkel von 90° einschließt, beträgt er 90°. Diese Winkelstellung wird erfindungsgemäß ausgenützt, für die bei mäanderförmiger Leiteranordnung entgegengesetzte Stromrichtung benachbarter Leiter die einheitliche Kraftrichtung zu gewinnen, obwohl nur ein einheitlicher magnetischer Pol vorhanden ist. Bei

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der geschilderten Anordnung ist die Magnetisierung ohne Mehraufwand wie bei den herkömmlichen Systemen mit Ringspal tmagnet durchzuführen. Durch den engen Luftspalt ist ein hoher Wirkungsgrad erzielbar.- ■-

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist auf der Membran der Leiter nach Art einer gedruckten Schaltung aufgebracht. Ferner ist es vorteilhaft, wenn ein zentraler Magnet die magnetomotorische Kraft für die Magnetpole mit sattelförmigen Rippen liefert. Es ist schließlich auch zweckmäßig, wenn seitlich angeordnete Magnete die magnetomotorische Kraft liefern. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt das Magnetsystem eine Reihe von in gleichem Sinn magnetisieren Magnetstäben.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen

die Figuren 1 bis 8, die auch verschiedene Ausführungsformen von Leiterbahnen und von Magnetsystemen darstellen, u.zw.

Fig.1 einen Querschnitt durch eine Membran mit den Leiterbahnen im Magnetfeld, die

Fig.2a und

2b stellen ein Magnetsystem dar, das eine Anzahl parallel liegender Magnetstäbe aufweist, die gleichsinnig gepolt sind, in den

Fig.3a und

3b ist ein Magnetsystem mit einem Dauermagnet und daran anschließenden Polplatten dargestellt,

Fig.4 zeigt in axonometrischer Darstellung die Bestandteile eines vollständigen Schallwandlers,

Fig.5 dient der Darstellung der Leiterbahnen in Mäanderform auf der Membran, in

Fig.6 sind die Leiterbahnen in konzentrischen Kreisen dargestellt,

Fig.7 zeigt einen Wandler mit seitlich angeordneten Magneten und in

Fig.8 ist eine Teilansicht der Membran dargestellt.

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In Fig.1 ist die Membran 1 zu rechtwinkelig zueinander stehenden streifenförmigen Partien gebogen und mit längslaufenden elektrischen Leiterbahnen 2 versehen, deren Stromrichtung abwechselt. Die Richtung des magnetischen Kraftflusses ist mit B bezeichnet. Durch die verschiedenen Stromrichtungen in benachbarten Bahnen entstehen die Kräfte P, deren Vektoren aufeinander senkrecht stehen. Die Kraftkomponenten P₂ liegen in der gewünschten Richtung für die Membranbewegung. Die Komponenten P- hingegen können durch die Steifigkeit der Membran keine nennenswerte Bewegung hervorrufen.

In den Fig.2a und 2b ist ein Magnetsystem schematisch dargestellt, in dem Magnetstäbe 3 parallel im Abstand angeordnet sind. Die Polung ist gleichsinnig. Die Polschuhe 4 aus weichmagnetischem Werkstoff sind so geformt, daß ein Luftspalt 5 jeweils über den dachförmigen Magnetstäben entsteht. Am Boden ist eine Platte 6 aus weichmagnetischem Material vorgesehen, die durch eine nicht gezeichnete, magnetische Verbindung zu den Polschuhen 4 den magnetischen Kreis herstellt.

Die Fig.3a und 3t veranschaulichen ein Magnetsystem mit einem Magnet 7 in Form eines massiven Zylinders. Auf der ebenen Polfläche des Magneten ruht eine wellenförmig gebogene Platte 8 aus weichmagnetischem Werkstoff. In einem Rahmen 9 z.B. aus Kunststoff, ist die' Membran 10 eingespannt, die ebenfalls gewellt ist. Darüber ist eine gewellte Platte 11 aus weichmagnetischem Werkstoff angeordnet. Die Wellungen stimmen so überein, daß sich die Membran 10 frei beweglich zwischen dem Teil 8 und dem Teil 11 befindet. Der magnetische Schluß von der Rückseite des Magneten 7 zum Teil 11 wird über seitliche Streben 12 aus weichmagnetischem Werkstoff hergestellt. Der Magnet in Form eines massiven Zylinders kann ersetzt werden durch einen Ringmagnet oder eine Magnetplatte mit Löchern.

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In Pig.4 ist ein Wandler in Teilen dargestellt, der der Ausführung gemäß den Pig.3a und 3b entspricht. Die wellenförmig gebogenen Platten können aus perforiertem Blech bestehen.

In Pig.5 ist eine Membran 13 dargestellt, die Leiterbahnen, z.B. nach dem Verfahren gedruckter Schaltungen aufweist. Vom Anfang 14 der Leiterbahn verläuft diese mäanderförmig nach einem einmaligen Durchgang ein zweites Mal (strichliert dargestellt), so daß der Anschlußpunkt 15 erreicht wird. Die Membran kann aus thermoplastischem Kunststoff bestehen und nach dem Präge- oder Ziehverfahren die erforderlichen Rippen erhalten. Die Pig.6 zeigt die Leiterbahnen für ringförmige Anordnung der Membran 13'·

In Pig.7 ist ein Wandler dargestellt, der seitliche Magnete 16,1? aufweist. Von den Magneten gehen eine obere 18 und eine untere Polplatte 19 aus, die aus gewelltem Blech bestehen, das Längsschlitze oder zahlreiche Löcher aufweist, die dem Schalldurchtritt dienen. Die Mem- · bran 20 ist auf einem Lager 21 abgestützt und kann sich zwischen den Platten 18,19 frei bewegen.

Die Erfindung ist für alle Arten von Schallwandlern, wie Schallstrahler, z.B. Lautsprecher, insbesondere für höhere Prequenzen, Kopfhörer, Mikrophone, anwendbar.

Bei Hochtonlautsprechern ist es vorteilhaft, die Anordnung, bestehend aus Polplatten und dazwischenliegender Membrane zu wölben, z.B. in Gestalt eines Zylindermantels oder eines Teiles davon, um eine Schallstrahlung in breitem Winkel zu erzielen.

In Pig.8 ist eine Teilansicht der Membran dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind nur zwei Rippen 22 und 23 veranschaulicht, die eine satteldachförmige Porm haben. An den Enden sind etwa halbkegelförmige Teile 24,25, 26,27 vorgesehen. Der elektrische Leiter 29 beginnt bei 28, läuft entlang der Basis; der Rippe, macht die Wölbung des

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Kegelteiles 24 mit, und verläuft an der entgegengesetzten Fläche der Rippe, kehrt bei 32 um, worauf der weitere Weg wie bei der ersten Rippe vorgenommen wird. Nach Umkehr am Kegel 25 wird der Leiter bei 33 an der Oberkante der Rippe geführt, kehrt um, und verläuft, wie die Pfeile andeuten, um bei 31 zu enden.

Diese Leiterführung wird in der Praxis so oft wiederholt, als das Verfahren der gedruckten Schaltung es ermöglicht. In Pig.8 ist nur die oberste und die unterste elektrische Leiterbahn gezeichnet. Dazwischen sind zahlreiche Leiterbahnen zu denken, die im Sinne der Darstellung nach Fig.8'geschaltet sind. Leiterbreiten von 0,1 mm bei
Leiterabständen von ebenfalls 0,1 mm sind zu beherrschen. Durch die erzielbare Leiterlänge können Impedanzen des
V/andlers von einigen hundert Ohm erzielt werden.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Elektrodynamischer Wandler, insbesondere Schallwandler, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem flächenförmig ausgedehnten Magnetpol ein Oberflächenrelief in Form von geradlinig-parallel oder bogenförmig-parallel verlaufenden sattelförmigen Rippen gebildet und darüber flächenparallel ein formgleicher Magnetpol in solchem Abstand angeordnet ist, daß ein LuftZwischenraum entsteht, in dem eine am Rande abgestützte Membran sich frei bewegen kann und ein darauf angebrachter elektrischer Leiter so verteilt und gerichtet ist, daß die etwa rechtwinkelig zueinander stehenden magnetischen Kraftlinien zwischen dem Luftspalt der benachbarten Flächen der sattelförmigen Rippen bei Stromfluß durch den Leiter eine Kraftwirkung bzw. bei Bewegung der Membran eine elektromotorische Kraft in einer Richtung ergeben.
2. 2. Elektrodynamischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Membran der Leiter nach Art einer gedruckten Schaltung aufgebracht ist.
3. 3. Elektrodynamischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Magnet die magnetomotorische Kraft für die Magnetpole mit sattelförmigen Rippen liefert.
4. 4. Elektrodynamischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich angeordnete Magnete die magnetomotorische Kraft liefern.
5. 5. Elektrodynamischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem eine Reihe von in gleichem Sinn magnetisierte Magnetstäbe besitzt.

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