DE2512268B2 - Elektromagnetischer Schallerzeuger - Google Patents
Elektromagnetischer SchallerzeugerInfo
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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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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Schallerzeuger mit einer Membran mit einem
daran befestigten Anker aus magnetisierbarem Material, der parallel im Abstand zu den in einer Ebene
liegenden Polflächen eines elektromagnetischen Kreises angeordnet ist, welcher von einem Rahmen gehalten
wird, an dem auch die Membran entlang ihres Umkreises befestigt ist.
Aus der FR-PS 5 27 303 ist ein Schallerzeuger mit einer Membran oekannt, die nicht mit einem Anker,
sondern mit einem nicht aus magnetisierbarem Material bestehenden Anschlagstift versehen ist, der vom
Mittelpunkt der Membran winkelrecht von der Membran herausragt und dessen freier Endteil rein
mechanisch von einer auf einer elastischen Feder angebrachten, den eigentlichen Anker darstellenden
Platte aus magnetisierbarem Material beeinflußt wird, sobald die Feder durch Anlegen von Gleich- oder
Wechselspannung an die Spulen eines elektromagnetischen Kreislaufes in Vibration gebracht wird. Dadurch
wird zum Betrieb im elektrischen Kreislauf ein elektrischer Kontakt betätigt.
Ein Schallerzeuger mit einer Membran, die einen kleinen, mit dem Mittelpunkt der Membran verbundenen,
angespitzten Stoßzapfen, entsprechend einer Nocke, aufweist, der rein mechanisch durch einen Hebel
dadurch beeinflußt wird, daß der in einem festen Punkt drehbar gelagerte Hebel am entgegengesetzten Ende
durch ein elektromagnetisches System und eine Feder in Hin- und Herbewegung entsprechend von Schwingungen
gebracht wird, ist aus der FR-PS 545 670 bekannt. Das andere untere Ende des Hebels drückt bei seiner
entsprechenden Hin- und Herbewegung dadurch den Zapfen aus seiner Ruhelage nach unten und somit auch
den Mittelpunkt der Membran aus seiner Ruhestellung heraus, so daß die Membran dadurch einen schrillen
Schall erzeugt
Die US-PS 5 40 969 beschreibt eine telefonische Einrichtung, bei welcher ein Anker eines elektromagnetischen
Schallerzeugers nicht aus magnetischem Material, sondern aus elektrisch gut leitendem Material, ι. B.
Kupfer, ist. Der Anker stellt eine kurzgeschlossene Wicklung dar, die mit dem magnetischen Feld eines
Magneten induktiv zusammenwirkt. Dadurch entstehen induktive Spannungen in einer Spule, so daß variierende
Spannungen an Ausgangsanschlüssen dir Spule entstehen.
Die Bewegung des Ankers verläuft dabei in der Hauptebene des Ankers.
Ein elektromagnetischer Schallerzeuger der eingangs
Ein elektromagnetischer Schallerzeuger der eingangs
is genannten Art ist aus der FR-PS 6 80 855 bekannt, die
sich auf einen Schallerzeuger für Wechselstrom oder für intermittierenden Gleichstrom, z. B. für eine Autohupe
bezieht, in der ein U-förmiger Elektromagnet (elektromagnetischer Kreis) mit einem aus magnetisierbarerr
Material hergestellten Anker zusammenwirkt, der zum Mittelpunkt einer Membran festgespannt ist, und der
sich zu beiden Seiten dieses Mittelpunktes in Abstand von der Membran und an dieser entlang erstreckt. Der
Anker ist dabei im Verhältnis zur Mittelebene des elektromagnetischen Kreises und auch zu einer zur
Ebene der Membran rechtwinkligen Ebene symmetrisch angeordnet
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallerzeuger der eingangs genannten Art zu schaffen,
der dafür ausgebildet ist, eine im Verhältnis zu den räumlichen Abmessungen des Schallerzeugers und
zuzuführender geringer elektrischer Leistung besonders große Schallstärke zu leisten, und zwar innerhalb eines
großen Frequenzbereiches.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das eine Ende des Ankers mit der Membran nahe
deren Mittelpunkt steif verbunden ist und daß der elektromagnetische Kreis so angeordnet ist, daß die
Membran durch die Anziehung des Ankers eine derartige Biegung erfährt, daß sich die eine Hälfte der
Membran in der Richtung auf den elektromagnetischen Kreis zu beugt, während sich die andere Hälfte in der
Richtung von diesem weg beugt.
Hierdurch wird erreicht, daß sich, wenn die Wechselstromquelle an die Spulen des elektromagnetischen
Kreises angeschlossen wird, die Schallstärke durch eine zweckmäßige Zusammenwirkung zwischen
1) der Drehbewegung des Ankers um die senkrecht zur Bewegungsebene des Ankers befindliche Knotenlinie
der Membran und 2) den translatorischen Bewegungen des Ankers und der Membran auf die Polflächen zu und
von diesen weg vergrößert, wobei diese Bewegungen hauptsächlich im Takt mit den zwei Höchstwerten des
Wechselstroms erfolgen und nur durch die mechanisehen Spannungen der Membran sowie etwa durch die
stoßweisen Anschläge des Ankers an die Polflächen begrenzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann auf der der Membran zugekehrten Oberfläche des
Ankers ein aus der Oberfläche herausragender Kopf angeordnet sein. Dadurch wird erreicht, daß der
herausragende Knopf, der eine senkrecht zur Oberfläche des Ankers zweckmäßige Höhe hat, auf die
Membran einen Druck ausübt und die Bewegungsgeschwindigkeit der Membran in der Richtung von den
Polflächen weg erhöht, während durch die Bewegung der Membran in der Richtung gegen die Polflächen ein
Teil der kinetischen Energie der Membran durch den
Knopf zur Beschleunigung der Drehbewegung der Zunge gegen die Polflächen übertragen werden kann.
Zweckmäßig liegen die Polflächen des elektromagnetischen Kreises in einer mit der Ebene der Membran
einen rechten oder fast rechten Winkel bildenden Ebene, wodurch eine Konstruktion erzielt wird, die
hauptsächlich mit der, die durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet wird, technisch äquivalent
ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. la bis Ie schematisch einen Schnitt durch den
Membranmittelpunkt des Schallerzeugers und durch die Längsachse des Ankers in fünf verschiedenen Stellungen
der Bewegung der Membran zwischen deren Außenstellungen,
Fig.2a bis 2e entsprechende Schnitte durch ein
geändertes Ausführungsbeispiel des Schallerzeugers und
Fig.3 ein Oszillogramm, das die translatorische Bewegung des Mittelpunktes der Membran senkrecht
zu deren Ebene sowie eine entsprechende Stromkurve für den zugeführten Wechselstrom darstellt.
In F i g. la bis Ie und 2a bis 2e ist 1 eine Membran aus
dünnem, vorzugsweise nichtmagnetischem Material mit geringer Steifheit, z. B. aus gewalzter Bronze mit einer
Stärke von 0,05 mm, welche Membran an ihrem kreisförmigen, rechteckigen oder quadratischen Umkreis
entlang an einem mechanisch steifen Gestell 2 befestigt ist, das einen elektromagnetischen Kreis 3
trägt, dessen Spule oder Spulen 3' mit einer nicht gezeigten Wechselstromquelle z. B. mit 50 Hz verbunden
werden können. Der Anker 4 ist als eine längliche Zunge ausgebildet, deren einer Endteil 5 mit der
Membran 1 nahe ihrem geometrischen Mittelpunkt 6 steif verbunden ist, und deren freier Endteil 7 sich
parallel zu den Polflächen 8 bzw. 9 des elektromagnetischen Kreises 3 in einem zweckmäßigen Abstand von
diesen erstreckt. Fig. la stellt die Membran 1 in ihrer einem Punkt a im Oszillogramm der Fig.3 entsprechenden
Ruhestellung dar, zu welchem Zeitpunkt man den Wechselstrom einschaltet. Die Zunge 4 dreht sich
im ersten Augenblick um ihren in der Membran 1 steif verbundenen Endteil 5, indem sich die Membran um ihre
Knotenlinie beugt, die sich senkrecht zur Bewegungsebene der Zunge befindet, und die durch den
Mittelpunkt 6 der Membran verläuft, indem sich die eine Hälfte der Membran in der Richtung auf den
elektromagnetischen Kreis zu beugt, während sich die andere Hälfte in der Richtung von demselben weg
beugt. Die Bewegung des freien Endteils 7 der Zunge wird von den in der Membran entstandener, mechanischen
Spannungen oder eventuell durch den Anschlag an die Polfläche 8 durch den Endteil 7 gestoppt, was im
Oszillogramm durch einen der F i g. Ib entsprechenden Punkt b gezeigt wird. Eine kleine rückwärtsgehende
Bewegung des Mittelpunktes 6 der Membran im Oszillogramm der F i g. 3 deutet das Prellen des Endteils
7 an die Polfläche 8 an. Danach wird der Endteil 5 der Zunge durch sich steigerndes magnetisches Anziehen
wegen des immer kürzeren Abstands zwischen der Zunge 4 und der Polfläche 9 mit großer Geschwindigkeit
an diese Polfläche angesaugt, so weit, wie es die in der Membran entstandenen mechanischen Spannungen
erlauben, etwa bis der Endteil 5 die Polfläche 9 trifft, wie durch einen Punkt c in F i g. 3 dargestellt, indem die
Membran 1 gleichzeitig in die in Fig. Ic gezeigte
Stellung übergeht, in der sie ein einem Bogen zwischen ihren Befestigungsstellen im Gestell 2 und mit Scheitel
im Mittelpunkt 6 der Membran gespannt wird. Eine kleine rückwärtsgehende Bewegung im Oszillogranim
der F i g. 3 am Punkt c deutet das Prellen des Endteils 5 an die Polfläche 9 an. Die plötzlich gestoppte Bewegung
des Mittelpunktes der Membran auf die Polfläche 9 zu und etwa der Anschlag an diese bewirken, daß der
Anker 4 und dadurch die Membran 1 die Bewegungsrichtung wechselt und mit großer Geschwindigkeit von
den Polflächen 8 und 9 weggezwungen werden, wonach die Membran durch eine Zwischenstellung, die in
Fig. Id dargestellt und im Oszillogramm durch einen
Punkt d angedeutet ist, in eine andere in Fig. Ie und
durch den Punkt ein Fig.3 gezeigte Außenstellung
geführt wird, die die in der Membran entstandenen mechanischen Spannungen und die Massenwirkung der
Zunge bestimmen; und in dieser Stellung führt die Membran eine Anzahl von freien Schwingungen durch,
wie zwischen dem Punkt e und einem Punkt e'gezeigt, wobei die maximale magnetische Kraft die Zunge 4 und
die Membran 1 in der Richtung auf die Polflächen 8 und 9 zu wieder beeinflußt, wonach eine periodisch
wiederholte Bewegung mit einer Frequenz, die doppelt so groß wie die aufgedrückte Frequenz ist, solange der
Wechselstrom an die Spulen 3' angeschlossen ist, anhält (vgl. F ig. 3).
Diese periodischen Schwingungen, die mit großer Geschwindigkeit durchgeführt werden, erzeugen eine
besonders kräftige Schallstärke im Verhältnis zu den räumlichen Abmessungen des Schallerzeugers und der
zugeführten Wechselstromleistung. Versuche mit Prototypen des Schallerzeugers mit Membrangrößen von
rd. 6x7 cm haben gezeigt, daß eine zugeführte
Leistung von 2 — 3 Voltampere einen sehr durchdringenden Signalton mit einem großen Gehalt an
Übertönen ergibt, die von den freien Schwingungen der Membran in den in Fig. Ie gezeigten Stellungen
herrühren. Ein solcher Schallerzeuger läßt sich in Massenherstellung zu einem niedrigen Preis herstellen,
und er eignet sich besonders für die Verwendung im Freien, z. B. als Hupen für Mopeds. Erhöht man die
Leistung auf rd. 6 Voltampere, so wird der Signalton für das Ohr fast unerträglich, namentlich wegen der
Anschläge der Membran an die Polflächen, auch der Gehalt von Übertönen steigt recht erheblich. Ein Vortei
list, daß der Schallerzeuger keine elektrischen Schaltungen enthält und ohne Polarisierung und mit Frequenzverdoppelung
arbeitet. Der Schallerzeuger kann mit Frequenzen von 16 Hz bis auf etwa 200 Hz arbeiten.
Fig. 2a —2e zeigen eine Ausführungsform des Schallerzeugers gemäß der Erfindung, wobei die
Polflächen 8 und 9 des elektromagnetischen Kreises 3 in einer hauptsächlich senkrecht zur Ebene der Membran 1
liegenden Ebene angeordnet sind. Dieser Schallerzeuger funktioniert hauptsächlich wie oben unter Bezugnahme
auf Fig. la—Ie beschrieben, und Bezeichnungen und Bezugszahlen sind dieselben, die in den
erwähnten Figuren benutzt wurden. Der Übersichtlichkeit wegen ist die Befestigung der Membran 1 und des
elektromagnetischen Kreises 3 nur durch die Signaltur
der festen Verbindung mit dem Gestell 2 angedeutet.
Hin Fachmann wird verstehen, daß man zweckmäßig die Polfliichen 8 und 9 sowohl in Fig. Ia-Ie als in
F i g. 2a - 2e im Verhältnis zur Ruhestellung der Zunge schrägstellen kann, so daß sie gleichzeitig vom Anker in
dessen angezogener Stellung getroffen werden. Die Polfläche 9 kann in Fig. la —Ie sogar vorteilhaft
verschoben sein, so daß sie später als die Polfläche 8 getroffen wird, wodurch sich die translatorischen
Bewegungen der Membran und dadurch auch die Lautstärke steigern können.
Dem in Fig. 2a-2e gezeigten Schallerzeuger können solche Abmessungen gegeben werden, daß sich eine
' dem Zweck oder den Verhältnissen angepaßte Lautstärke ergibt, z. B. zur Verwendung in Häusern oder
Wohnungen statt der üblichen elektrischen Klingeln, im Verhältnis zu welchen man eine große Betriebssicherheit
und einen niedrigen Preis erzielt, sowohl wegen des einfachen und robusten Aufbaus des Schallerzeugers als
auch wegen der Weglassung der elektrischen Vibratorschaltung und der Glocken, die oft nachgestellt werden
müssen.
In einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Schallerzeugers kann auf seiner der Membran 1
zugekehrten Oberfläche ein Knopf 10 angeordnet sein, der eine zweckmäßige Höhe hat, und der von der
erwähnten Oberfläche herausragt und in einem Bruchteil von den Bewegungen der Membran 1 wie in
Fig. Id und Ie gezeigt mit der Membran 1 zur
Beschleunigung der Bewegungen der Membran bzw. der Zunge zusammenwirkt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Elektromagnetischer Schallerzeuger mit einer Membran aus einem daran befestigten Anker aus
magnetisierbarer)! Material, der parallel im Abstand zu den in einer Ebene liegenden Polflächen eines
elektromagnetischen Kreises angeordnet ist, welcher von einem Rahmen gehalten wird, an dem auch
die Membran entlang ihres Umkreises befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine
Ende (5) des Ankers (4) mit der Membran (1) nahe deren Mittelpunkt (6) steif verbunden ist und daß der
elektromagnetische Kreis (3) so angeordnet ist, daß die Membran (1) durch die Anziehung des Ankers (4)
eine derartige Biegung erführt, daß sich die eine Hälfte der Membran (1) in der Richtung auf den
elektromagnetischen Kreis (3) zu beugt, während sich die andere Hälfte in der Richtung von diesem
weg beugt
2. Elektromagnetischer Schallerzeuger nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß auf der der
Membran (1) zugekehrten Oberfläche des Ankers (4) ein aus der Oberfläche herausragender Kopf (10)
angeordnet ist.
3. Elektromagnetischer Schallerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen
(8, 9) des elektromagnetischen Kreises (3) in einer mit der Ebene der Membran (1) einen rechten
oder fast rechten Winkel bildenden Ebene liegen.
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