DE2512268C3 - Elektromagnetischer Schallerzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sicf~ auf einen elektromagnetischen Schallerzeuger mit einer \' .mbran 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 bekannt, die nicht mit einem Ankei, 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 deich- 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 5 45 670 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, z. B. Kupfer, ist. Der Anker stellt eine kurzgeschlossene Wicklung dar, die mit dem magnetischen Feld eines Magneten induktiv zusammenwirkt. Dadurch entstehen

ίο induktive Spannungen in einer Spule, so daß variierende Spannungen an Ausgangsanschlüssen der Spule entstehen. Die Bewegung des Ankers verläuft dabei in der Hauptebene des Ankers. '

Ein elektromagnetischer Schallerzeuger der eingangs 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 magnetisierbarem 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

so 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 I 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

F i g. 3 ein Osziüogramrn, das die translatorische Bewegung des Mittelpunktes der Membran senkrecht zu deren Ebene sowie eine entsprechende Stromkurve für den zugeführten Wechselstrom darstellt.

In Fig. 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 Eswegung des freien Endteils 7 der Zunge wird von den in der Membran entstandenen mechanischen Spannungen oder eventuell durch den Anschlag an die Polfläche 8 durch den Endteil 7 gestoppt, was im Oszillogramm durch einen der Fi 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 Fig.3 dargestellt, indem die Membran t gleichzeitig in die in Fig. Ic gezeigte Stellung übergeht, in der sie ein einem Bogen zwischen ihren Befestigungsstellen im Gestell 2 umJ mil Schehel im Mittelpunkt 6 der Membran gespannt wird. Eine kleine rückwärtsgehende Bewegung im Oszillogramm 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 dangedeutet ist, in eine andere in Fig. Ie und durch den Punkt e in Fig. 3 gezeigte Außenstellung geführt wird, die die in der Membran entstandenen mechanischen Spannungen und die Miissenwirkung der Zunge bestimmen; und in dieser Stellung führt die Membran eine Anzahl von freien Schwingungen durch, wie zwischen dem Punkt e und einem '-unkt e'gezeigt, wobei die maximale magnetische Kraft Jie 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 vie die aufgedrückte Frequenz ist, solange der Wechselstrom an die Spulen 3' angeschlossen ist, anhält (vgl. Fig.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 Stellu^.gen herrühren. Ein solcher Schallerzeuger läßt sich in Massenherstellung zu einem niedrigen Preis herstellen, und ?r 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 Polfläcuen, 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 "-enutzt 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.

Ein Fachmann wird verstehen, daß man zweckmäßig die Polflächen 8 und 9 sowohl in Fig. la —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. Ia-Ie sogar vorteilhaft

verschoben scm, so daß sie spüler als die Polfläclie 8 getroffen wird, wodurch sich die translatorischen Bewegungen der Membran ;ind dadurch auch d'c Lautstärke steigern können.

Dem in Fig. 2a-2e gezeigten Sehaller/.cuger kön nen 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 Schallcrzcugcrs kann auf seiner der Membran 1 zugekehrten Oberfläche ein Knopf 10 angeordnet sein, der eine zweckmäßige Höhe hai, 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 /unee zusammenwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Schallerzeuger mit einer Membran aus 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, 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 1, 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.