DE2845611A1 - Signalvorrichtung fuer telefone - Google Patents

Description

Signalvorrichtung für Telefone

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalvorrichtung für Telefone oder dergleichen.

Gegenwärtig geht die Tendenz bei Telefoninstallationen dahin, viele Anschlüsse auf der gleichen Leitung zu haben. Die elektromagnetischen Klingeln oder Glocken, die zur Zeit allgemein bei Telefongeräten verwendet werden, verbrauchen verhältnismässig hohe Energiebeträge, so dass höchstens drei oder vier Geräte mit einer Standardtelefonleitung verbunden werden können, wenn man noch eine Klingelfunktion haben will. Selbst wenn man grössere Beträge an Energie zum Betätigen der Glocken verfügbar hätte, so sind die Standardtelefonleitungen nicht im Stande, diese Energie zu transportieren.

Weitere Begrenzungen für die gegenwärtigen Glocken oder Klingeln entstehen durch ihren Aufbau und ihre Arbeitsweise. Da die Klingel elektromechanisch ist, wird eine Drahtspule verwendet, und aus Gründen der Kompatibilität mit dem Klingelsignal setzt sich diese Spule aus vielen Windungen eines feinenDrahtes zusammen. Diese Spule ist ihrerseits innerhalb eines Magnetkreises befestigt, der aus mehreren verschiedenen magnetischen oder permeablen Elementen besteht. Darüber hinaus muss sie durch sorgfältige Auswahl der Schwingmassen und Federkräfte auf eine bestimmte Klingelfrequenz abgestimmt werden. Aus diesem Grunde muss es ein präzise hergestelltes Gerät von feiner Komplexität und entsprechendem Preis sein.

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Diese Prinzipien der Auslegung und des Betriebs schliessen die Möglichkeit einer Verkleinerung aus. Aus diesem Grunde hatte eine Klingel dieser Grosse und dieses Preises einen Einfluss auf die endgültige physikalische Auslegung von mehr stromlinienförmig und kompakt oder von mehr stilmässig gestalteten Telefonen für die Zukunft. Ebenso hatte die Ausgabe für die Klingel einen Einfluss auf den minimalen Preis derartiger Telefone. Darüber hinaus empfinden einige Leute den üblichen Telefonton als scharf und störend.

Es hat Versuche gegeben, einen Ersatz für die elektrische Klingel zu schaffen. Die Entwicklungsergebnisse fanden eine begrenzte Anwendung in Bürotelefonen und kleinen privaten Telefonsystemen wie die amerikanischen PBX-Systeme. Ausgangssignale geringer Lautstärke, das Fehlen einer Lautstärkesteuerung, die Grössenverhältnisse, die Zuverlässigkeit sowie die Aufnahme von Geräuschen waren alles einschränkende Faktoren. Bei der Auslegung einer Schaltung, um die übliche Telefonklingel zu ersetzen, ist es ein dominierendes Problem, dass ein einfacher Elektroniktonemitter wegen des künstlichen Klanges unerwünscht ist, der erzeugt wird, wenn irgendein elektrisches Geräusch, beispielsweise andere Spannungsimpulse als die Klingelspannung auf der Zuleitung zur Klingel vorhanden sind. Diese Störimpulse können durch das Wählen, durch die Aufnahme des Hörers usw. verursacht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Nachteile des Standes der Technik auszuschalten, und eine Signaleinrichtung für ein Telefon oder ähnliche Geräte zu schaffen, die kompakter und Heiner ist, leichter, einfacher und dennoch wirksamer als die gegenwärtig in Gebrauch befindlichen elektromechanischen Glocken oder Klingeln, wobei ein durchdringender, beständiger aber

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- 8 nicht unangenehmer Ton erzeugt wird.

Obwohl die Vorrichtung nach der Erfindung insbesondere als Ersatz für die üblichen Telefonklingeln verwendbar ist, so kann sie auch in neu hergestellte Telefon eingebaut werden, wobei sich eine Verringerung der Grosse usw. ergibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Die Vorrichtung gemäss der Erfindung enthält einen Halbleiter-Rechteckwellen-Schwingkreis, der eine piezoelektrische Scheibe enthält, die durch die übliche Telefonstromzufuhr betätigt wird, um ein Tonsignal zu erzeugen. Sie ist auf einer Membran innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses in Zusammenwirkung mit einer akustischen Trennwand derart befestigt, dass sich ein akustisches Belastungssystem eines gekrümmten Hornes ergibt. Es ist wichtig, dass der Schwingkreis normalerweise unterbrochen ist und lediglich während der Zeit in Betrieb ist, wenn eine geeignete Signal spannung zugeführt wird. So enthält der Schaltkreis Elemente lediglich zum Zweck des Eliminierens von bestimmten anderen Spannungsimpulsen als der Klingel- oder Signalspannung, die bei der normalen Benutzung des Telefons auftreten, wie beim Wählen, beim Abnehmen des Hörers usw. Der Schaltkreis enthält auch zusätzliche unabhängige Elemente, die als Spannungsbegrenzungs-Netzwerk dienen, Elemente, die einen niedrigen Energieverbrauch sicherstellen, Elemente zum Frequenzabstimmen und Modulieren, erisn stromab angeordneten Dämpfungsantriebskreis in Form eines Brückenverstärkers. Oberhalb oder ausserhalb der akustischen Trenn-

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wand weist das rohrförmige Gehäuse eine Lautstärkensteuerung in Form einer Tondämpfungseinheit auf, die aus relativ zueinander drehbaren Dämpfungsgliedern besteht, welche eine übliche mechanische Tonstärkensteuerung bewirken.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Darstellung des unteren Endes der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, teilweise aufgeschnitten,

Fig. 3 einen axialen Querschnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrösserte axiale Schnittdarstellung des unteren Endes der Vorrichtung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Schaltkreises der Vorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines modifizierten Schaltkreises,

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht der Basis eines üblichen Tischtelefons, wobei das Gehäuse aufgeschnitten ist, um die darin untergebrachte Signalvorrichtung gemäss der Erfindung zu zeigen, und

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Fig. 8 eine Draufsicht einer Befestigungsklemme, die für die Befestigung der Vorrichtung am Telefon verwendet wird.

Der physikalische Aufbau der Vorrichtung ist in Fig. 1-4 dargestellt. Die Vorrichtung enthält ein rohrförmiges Gehäuse 10, das vorzugsweise aus geeignetem festem Plastikmaterial besteht. Dieses Rohrgehäuse weist an seinem einen Ende, welches bei der Gehäuselage gemäss Fig. 1 das niedrigere oder untere Ende ist, gegenüberliegende diametral vorspringend befestigte Ohren 11 mit Durchgangsöffnungen 12 für Schrauben auf. Das untere Ende trägt eine feste durchlöcherte oder Lochplatte 13, die am unteren äusseren Ende des rohrförmigen Gehäuses haftet. Die Löcher 14 derselben sind in drei in einem winkel massigen Abstand angeordneten Gruppen dargestellt, es können jedoch auch andere Anordnungen verwendet werden. Innerhalb des Ende des rohrförmigen Gehäuses 10 und auf der festen Scheibe 13 aufliegend ist eine relativ drehbare Scheibe 15 angeordnet, die drei grosse Segmentöffnungen 16 aufweist, die in wesentliche Koinzidenz mit den entsprechenden Gruppen von Löchern 14 innerhalb der Scheibe 13 gebracht werden können, oder irgendeinen gewählten Bereich derselben durch die nicht durchlöcherten Bereiche freilegen oder abdecken können. Auf diese Weise ist in Form eines Tondämpfers eine mechanische Lautstärkensteuerung vorgesehen, die aus übereinanderliegenden durchlöcherten Trennscheiben besteht, die relativ zueinander beweglich sind, um die dadurch erhaltenen Tondurchgänge vollständig zu verschliessen oder den zu öffnenden Bereich der Durchgänge zu wählen. Um die Scheibe 15 zu drehen, weist sie ein radiales Ansatzstück 17 am Umfang auf, das sich durch einen Segmentschlitz 18 am Rande des Gehäuses 10 hindurch erstreckt und das einen rechtwinkligen Abschnitt 19 aufweist, der durch die Finger ausserhalb des Gehäuses leicht in Eingriff gebracht bzw. betätigt werden kann.

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Die Elemente des Schaltkreises der Vorrichtung sind innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet und bestehen aus einer gedruckten Schaltung 20 (Fig. 3), welche die meisten der elektrischen Bauteile trägt, wobei die gedruckte Schaltung scheibenförmig ist und auf einem kreisförmigen Träger 21 aufliegt, der in der Mitte der Höhe des Rohrgehäuses angeordnet ist. Oberhalb der gedruckten Schaltung 20 ist das rohrförmige Gehäuse mit geeignetem Plastikfüllmaterial gefüllt, um die gedruckte Schaltung in ihrer Lage zu halten und ihre Elemente wasserdicht abzuschliessen.

Unterhalb der gedruckten Schaltung ist innerhalb des Gehäuses 10 eine Kammer 20 ausgebildet, innerhalb welcher die Signalvorrichtung des Schaltkreises befestigt ist, die aus einem scheibenförmigen amorphen piezoelektrischen Keramikelement 23 besteht, das ständig an einer Seite befestigt ist, wobei die obere Seite bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer dünnen, flexiblen Kreismembran 24, vorzugsweise aus Messing, besteht, die auf einem Ringflansch oder einer Ringkante 25 aufliegt und darin innerhalb des Gehäuses zentriert ist (Fig. 3 und 4). Oberhalb oder unterhalb der Membran 24 ist in einer festen axialen Lage eine relativ dicke Metallscheibe 27, vorzugsweise aus Aluminium, befestigt, die als akustische Trennscheibe wirkt. Zwischen den Scheiben 24 und 27 befindet sich ein Hohlraum 26. Diese feste Scheibe 27 wird durch eine nach innen vorspringende Doppelflansch-Anordnung einschliesslich des Flansches 25 von der Seite des Gehäuses her getragen. Die Flansche 25 und 28 tragen winkel massig in einem Abstand angeordnete Paare gegenüberliegender Stifte 29, zwischen denen die Scheibe 27 gehalten wird und die einen radialen Durchgang der Tonwellen in eine umgebende ringförmige Kammer 30 hinein oder aus ihr heraus ermöglichen. Dadurch wird eine Anordnung

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eines gekrümmten Homes geschaffen.

Beim Betrieb wird das piezoelektrische Element 23 durch den Telefonstrom in Betrieb gesetzt und treibt die flexible Membran 24 an, um einen akustischen Strom oder Druckwellen zu erzeugen, welche durch den Hornhohlraum 26 hindurchwandern und in Kontakt mit der Trennscheibe 27 kommen, welche sie durch den Hohlraum 26 hindurch radial nach aussen in die Ringkammer 30 zurückwirft, sodann nach unten und radial nach innen, um sie in der äusseren Kammer 31 zwischen Trennwand 27 und Scheibe 15 zu konzentrieren. Die Lautstärke des von der äusseren Kammer 31 ausgesandten Tones kann durch Einstellen der Scheibe 15 gesteuert werden.

Auf diese Weise ist bei dieser Vorrichtung ein akustisches Ladungssystem nach Art eines gekrümmten Hornes vorgesehen, und zwar aufgrund der Tatsache, dass die Tonwellen um den Rand der Trennscheibe 27 herum einen kurvenförmigen Weg gehen müssen, bevor sie in die äussere Kammer 31 eintreten, und dass sie die Kammer 31 des Gehäuses durch den Lautstärkensteuerungsdämpfer unter Einschluss der drehbaren Scheibe 15 verlassen. Dieses akustische Belastungssystem ergibt einen höheren Wirkungsgrad, so dass erheblich höhere Tonsignalausgänge vom piezoelektrischen Element der Vorrichtung bei erheblich niedrigeren Betriebsströmen erzielt werden.

Der Schaltkreis dieser Einheit oder Vorrichtung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt und weist danach vier Leitungen auf. Die vier Leitungen sind schematisch durch die Farbbestimmungen "rot", "schwarz","grau" und"grau" gekennzeichnet. Diese vier Leitungen sollen die Verbindung der Vorrichtung mit der üblichen Telefonschaltung ermöglichen bzw. erleichtern.

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Die grauen Leitungen können intern durch eine Kurzschlussbrücke (nicht gezeigt) kurzgeschlossen werden oder als weitere Herstellungsmöglichkeit mit einem Widerstand R5 eines Wertes verbunden werden, der für eine bestimmte Klingel eines Telefons bezeichnend ist, welche ersetzt werden soll. Die Grau-Grau-Leitungen sind von üblicher Bauart, und eliminieren die Notwendigkeit eines getrennten und äusseren Widerstandes oder einer Kurzschlussbrücke, wenn diese Vorrichtung anstelle der Standard- bzw. elektromechanischen Klingel oder Glocke eingesetzt wird, welche alle vier Verbindungen benötigt. Die rote und die schwarze Leitung sind die aktiven Anschlüsse, durch welche der Signalfluss zum Schaltkreis der Vorrichtung zugeführt wird. Funktionsmässig sind diese innerhalb des Telefons ähnlich und können umkehrbar geschaltet werden. Das Rot-Schwarz-Schema ist lediglich wegen der üblichen Telefonpraxis angegeben, welche ein direktes, farb-codiertes Ersetzen der Verbindung ermöglicht.

Es ist eine Einrichtung zum Unterbrechen des Schaltkreises für den Normalfall vorgesehen, welche lediglich dann einen Betrieb erlaubt, wenn dem Telefon eine geeignete Signalspannung zugeführt wird. Auf diese Weise ist die rote Leitung des Schaltkreises in Verbindung mit einem Spannungs-Klemmelement Z1 dargestellt, welches eine 60-Volt-1W-Zenerdiode sein kann, um Spannungsimpulse von 60 Volt oder weniger auszuschalten. Ihr einziger Zweck besteht darin, Wähl- und andere Spannungsimpulse zu unterdrücken und zu verhindern, dass die Signalvorrichtung oder -einheit ein unnatürliches Signal durch andere Spannungsimpulse als die Signal spannung erzeugt, was von Störungen herrühren könnte, die durch das Wählen oder den anderen normalen Betrieb des Telefons verursacht werden könnten. Während des Wählens ist die normale 45-Volt-Gleichspannungsquelle

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zum Telefon durch Schalter im Wählmechanismus des üblichen Telefons durch eine Erdverbindung kurzgeschlossen. Daraus ergibt sich ein Anwachsen der Spitze-Spitze-Amplitude auf ein Niederfrequenz-Wechselsignal von 45 Volt. Da die Zenerdiode Z1 einen Stromdurchlass für Signale unter 60 Volt Amplitude nicht zulässt, werden derartige Fehlsignale nicht durchgelassen und haben keinen Einfluss auf den Tonsignal erzeugenden Teil des Schaltkreises.

Ein Widerstand R4, der ein 15K, 0,5 W-Widerstand sein kann, ist in Serie mit einem Spannungsklemmelement in Form einer Zenerdiode Z1 geschaltet und bildet zusammen mit Z2, die eine 62V, 1W-Zenerdiode sein kann, ein Spannungsnetzwerk, das keine Spannungszufuhr über 15 Volt hinaus an den integrierten Schaltkreis in Vorwärts- oder Arbeitsrichtung gestattet und nicht mehr als etwa 0, 7 Volt in umgekehrter Richtung. Da üblicherweise in Telefonen Spitze-Spitze-Wechselstrompotentiale von 300 Volt zu erwarten sind, ist dieses Netzwerk wichtig. Die Elemente R4 und Z2 bewirken auch einen guten Schutz gegen lichtinduzierte Übergänge, die rasch 1000 Volt jeder Polarität an den Vorrichtungsanschlüssen erreichen können. Geräte für die Standardverwendung an Telefonleitungen sind so ausgelegt, dass sie derartigen Übergängen Stand halten, die weniger als der Hälfte des genannten Wertes entsprechen. Die Zenerdiode Z2 ist mit der roten Leitung oberhalb R4 und ebenfalls mit der schwarzen Leitung verbunden, die an der Stelle G geerdet ist. Dieses Spannungsbegrenzungs-Netzwerk bewirkt eine Parallelgleichrichtung und schützt in wirksamer Weise den Ton signalisierenden Teil des Schaltkreises von Spannungen aufgrund von Übergängen.

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Die rote und die schwarze Leitung sind ebenfalls mit dem aktiven Hauptteil des Schaltkreises verbunden, wie angezeigt, der ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter oder CMOS-Hex-Invertei—integrierter Schaltkreis ist, der aufgrund der Erzeugung von Rechteckwellen, seiner Wirtschaftlichkeit, des niedrigen Energieverbrauchs und der leichten Anwendung beim Schaltkreis ausgewählt wurde. Dieser integrierte Schaltkreis enthält sechs Inverter, die mit den Ziffern 1 bis 6 bezeichnet werden. Zwei der sechs Inverter (5 und 6) sind als Rechteckwellen-Antriebsoszillator ausgelegt, wobei die Bauteile aus den Widerständen R1, R2 und R3 sowie dem Kondensator C1 bestehen. Der Kondensator kann eine Kapazität von 0,001 F aufweisen und vom 100 V-MYLAR-Typ sein und die Widerstände können 2,2 MEG Ohm, 1/4 Watt bzw. 50 Kiloohm, TRIMPOT bzw. 100 Kiloohm, 1/4 Watt aufweisen. Das Element R2 ist ein Potentiometer, das einen gewissen Frequenzabstimmungsbereich ermöglicht, um den Schaltkreis an die gewünschte akustische Leistung anzupassen.

Die verbleibenden vier Tore oder Inverter 1,2,3 und 4 bilden eine Dämpfungsantriebsstufe und sind als Brückenverstärker ausgebildet, was den wichtigen Vorteil aufweist, dass dem keramischen piezoelektrischen Kristall P1 zweimal soviel Energie Spitze-Spitze zugeführt wird. Im Falle der vorher erwähnten 15 Volt Energieversorgung würde der Spitze-Spitze-Antrieb an den Kristall P1 30 Volt betragen, eine erhebliche Verbesserung. Der Tonsignalausgang des Kristalls steigt grob mit dem Quadrat der angelegten Spannung an und ist daher etwa viermal so gross als ein Ergebnis des Brückenverstärkers. Der Kristall P1 ist vorzugsweise ein Bleizirkonat-Titanat-Plättchen, das an die Metallscheibe 24 gebunden ist. Dieser Schaltkreis ist mit der Folge einer hohen Wirtschaftlichkeit äusserst einfach und für den angestrebten Zweck dennoch sehr wirkungsvoll. Offensichtlich ist die Frequenz-

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steuerung des Schwingkreises durch R2 unabhängig von der Unterbrecherschaltkreisdiode Z1 .

In Fig. 6 ist ein verschiedener Schaltkreis für eine Signalvorrichtung gemäss der Erfindung dargestellt. Dieser Schaltkreis enthält ebenfalls einen Rechteckwellen-Oszillator-Tonsignalschaltkreisabschnitt und sogar einen noch wirksameren Schaltungsabschnitt, um im Normalfall den Oszillatorabschnitt zu unterbrechen, bis ihm durch das Telefon eine geeignete Signalspannung zugeführt wird. Dies verhindert die Erzeugung eines falschen Tones, wenn auf d&r Leitung zum Schwingkreis irgendein elektrisches Störsignal, beispielsweise andere Spannungsimpulse als die richtige Signal spannung, vorhanden ist.

Beim Schaltungsbeispiel der Fig. 6 ist der Rechteckwellen-Oszillatorabschnitt des Schaltkreises genau der gleiche wie vorher, unter Einschluss der sechs Inverter 1 bis 6, des Kristalls P1, des Kondensators C1 und der Widerstände R2 und R3, die in der gleichen Weise wie vorher innerhalb des Schaltkreises geschaltet sind.

Der Transistor Q1 kann ein Darlington NPN-Typ sein und vervollständigt den Weg des Schwingkreises zu Erde. Normalerweise ist dieser Transistor nichtleitend, wobei der Schwingkreis unterbrochen ist.

Der Widerstand R6, der ein 33K-Widerstand sein kann, und ein Spannung s-Klemmelement in Form der Zenerdiode Z3, welche eine 15 VoIt-1 W-Zenerdiode sein kann, erzeugen bei 15 Volt angelegter Spannung an den Schwingkreisabschnitt jedesmal dann eine parallele Gleichrichtung, wenn dem Telefon eine ausreichende Signal spannung zugeführt wird. Der Widerstand R7, der ein 10K-Widerstand sein kann, und der Kondensator C2, der einen Wert von 0,047 Mikrofarad haben kann,

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parallel zum Oszillator, erzeugen eine zusätzliche Unterdrückung von Störungen, falls der Transistor Q1 einen gewissen Leckstrom während des Auftretens von Hochspannungs-Störimpulsen durchlässt. Der Widerstand R8, der ein 1 M-Widerstand sein kann, verhindert beim Anschalten des Transistors Q1 jeglichen Kollektor-Basis-Leckstrom. Der Kondensator C3, welcher der gleiche ist wie der Kondensator C2, hindert den Transistor vom Einschalten bzw. Leitendwerden während einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung aufgrund von Störimpulsen.

Das Unterbrechungsnetzwerk der eben beschriebenen Schaltungen verhindert, dass der Schwingkreis während Spannungsimpulsen, die von Störungen herrühren, betätigt wird. Dies ist bis zu Störimpulsen von 2 Millijoule (mj) Energie möglich. Das Rest- oder Auslöse-Netzwerk des zu beschreibenden Schaltkreises gestattet ihm, den Schwingkreis auf die folgende Weise zu betätigen.

Die Diode D1, die ein 400 Volt-PIV-Gleichrichter sein kann, richtet das Wechselstromsignal gleich und führt den Wechselstrom während jedes positiven Impulses oder jeder positiven Halbwelle dem Auslösekreis zu. Wenn eine Kl ing el spannung zugeführt wird, lädt sich der Kondensator C4, der ein 2,2-Mikrofarad-Kondensator sein kann, über den Widerstand R9, der ein 470K-Widerstand sein kann, während der positiven Halbperiode auf, und entlädt sich durch den zweiten identischen Widerstand R10 während der negativen Halbperiode. Da der Aufladestrom, der über die 90 Volt-Signalschaltung dem Telefon zugeführt wird, viel grosser ist als der Entladestrom zur Erde, bildet der Kondensator C4 eine Nettoaufladung aus, die bei jeder Periode der dem Telefon gelieferten Signalspannung anwächst. Die Aufladung des Kondensators C4 wird durch ein Spannungs-Klemmelement in Form

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der 15 Volt-Zenerdiode Z 4 begrenzt, welche die gleiche ist wie die Diode Z3. Nach einigen Perioden ist die Spannung auch genügend hoch, um die umgekehrt vorgespannte Emitter-Basis-Verbindung des Signal-NPN-Transistors Q2 abzubrechen, der als 7 Volt-Zenerdiode arbeitet. Ein Verbindungselement dieser Art wurde in diesem Falle deswegen gewählt, da es besser als eine übliche Zenerdiode einen Leckstrom vermeidet. Zu diesem Zeitpunkt wird durch einen 1M-Begrenzungswiderstand R11 der Basis des Transistors Q1 Strom zugeführt, der daraufhin leitet, wobei der Schaltkreis des Oszillatorabschnittes der Gesamtschaltung vervollständigt wird, wobei eine Betätigung des Kristalles P1 ermöglicht wird. Die Auslöseschaltung arbeitet jedoch nicht während der Erzeugung von Spannungsimpulsen aufgrund von Rauschen.

Ein typischer einzelner Störimpuls auf der Telefonleitung dauert etwa 5 bis 10 Millisekunden. Diese Zeitdauer reicht nicht aus, um das Auslösenetzwerk auf den Punkt aufzuladen, dass es den Widerstand Q1 einschaltet, da die Aufladezeit des Netzwerkes vergleichsweise lang ist. Während des Wählens, was die schlimmste Störbedingung darstellt, treten etwa zehnmal pro Sekunde Impulse auf. Dies bedeutet alle 100 Millisekunden einen Impuls, die Entladegeschwindigkeit des Kondensators C4 beträgt jedoch etwa 1/5 der Aufladegeschwindigkeit, so dass lediglich 50 Millisekunden erforderlich sind, um eine Aufladung, die während eines Impulses mit 10 Millisekunden Dauer angesammelt wird, zu entladen, so dass der Kondensator nicht irgendeine Nettoaufladung von einem Impuls zum anderen Impuls ansammelt. Aus diesem Grunde wird der Transistor Q1 während Störimpulssituationen niemals leitend und im Schwingkreis wird kein Ton erzeugt. Die Oszillatorfrequenz kann durch den Widerstand R2 unabhängig vom

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Unterbrechungskreis einschliesslich der Bauteile D1, R9, C4, Z 4, Q2, R11, C3, R8, Q1, R7, C2 und Z3 gesteuert werden.

Signalspannungsimpulse aus der Telefonleitung liegen üblicherweise im Bereich von 80 bis 110 Volt. Die Störspannungsimpu Ise aufgrund der normalen Verwendung des Telefonapparates bewegen sich im allgemeinen zwischen 45 bis 250 Volt. Mit der einfachen und billigen Schaltungsanordnung gemäss Fig. 5 können Störimpulse von 60 Volt Amplitude oder darunter, welche die Mehrheit bilden, unterdrückt werden. Mit der Schaltungsanordnung von Fig. 6 können praktisch alle Störimpulse unterdrückt werden. Es wird daher verhindert, dass diese Störimpulse den Schwingkreis betätigen bzw. betreiben, um durch die Auslöseeinrichtung für den Schwingkreis, der in beiden Formen jeder Schaltung dieser Erfindung enthalten ist, einen Fehlton zu erzeugen. Es werden Spannungen durch die Leitungen empfangen und eine parallele Gleichrichtung derselben durchgeführt, aufgrund des Unterbrechungskreises werden jedoch nur innerhalb eines ausgewählten Bereiches der geeigneten Signalspannungen dem Schwingkreis Spannungen zugeführt. Die Oszillatorfrequenz kann unabhängig vom Unterbrechungskreis gesteuert werden, so dass die Änderung eines Parameters den anderen nicht beeinflusst. Die durch den Schwingkreis erzeugten Rechteckwellen haben einen höheren Anteil an Oberwellen mit einem lauteren Ausgangston. Jede der hier enthaltenen Schaltungen enthält eine getrennte Rechteckwellen-Oszillator-Antriebsstufe, die mit einer stromab angeordneten Dämpfungs- und Treibstufe verbunden ist und wobei lediglich die Dämpfungsstufe dem piezoelektrischen Kristall Energie zuführt.

Beim Ersetzen der üblichen Telefonklingel durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird zweckmässigerweise eine Adapterklemme

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benutzt. Beispielsweise wird, was in Fig. 7 dargestellt ist, die Vorrichtung gemäss der Erfindung am Telefonboden anstelle der üblichen Klingel oder Glocke mit Hilfe einer im wesentlichen rahmenförmigen Klemme B ersetzt, aufweicher Gehäuseansatzstücke liegen, und diese werden durch geeignete Schrauben durch Öffnungen 12 hindurch befestigt. Die Klemme hat eine derartige Form, dass sie durch zwei Schraubenmuttern im Gerät befestigt werden kann, welche zum Befestigen der üblichen Klingel vorgesehen sind, wobei Schrauben 21 mit einer Schraubenöffnung 23 und einer Nut 24 an diagonal gegenüberliegenden Stellungen der Klemme zusammenwirken. Ein Abschnitt 19 hängt durch den üblichen Schlitz hindurch, der für die Einstellungseinrichtung der Glocke vorgesehen ist. Die Klemme weist eine grosse zentrale Öffnung 24 auf, um das untere Ende des Gehäuses freizulegen, das oberhalb einer Serie von Öffnungen O am Boden des Telefongehäuses liegt. Da das Gehäuse üblicherweise auf Füssen F steht, dient die Abstandsfläche S des Pultes oder des Tisches als zusätzlicher Klangkörper für die durch die Vorrichtung ausgesandten Tonwellen. In den meisten Fällen wird unterhalb der Scheibe 13 der Vorrichtung gemäss der Erfindung eine tonreflektierende Oberfläche vorgesehen.

Die Telefonsignalvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung mit ihren mechanischen Elementen und Schaltungselementen, wie sie im vorstehenden beschrieben wurden, ist viel kleiner, leichter, einfacher und wirkungsvoller als die elektromechanische Glocke oder Klingel, welche sie ersetzen soll. Die geringe Grosse und das niedrige Gewicht erleichtern nicht nur das Ersetzen der gegenwärtigen Telefonklingeln, sondern ermöglichen auch die Gestaltung von Telefonapparaten in einem anderen Stil, welche eine kleinere kompakte Form aufweisen und mehr stromlinienförmig sind. Beispielsweise nimmt die Grosse

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der beschriebenen Vorrichtung einschliesslich der beschriebenen zusammengebauten Bauteile ein Volumen von lediglich 22,8 Kubikzentimeter ein. Dies steht etwa 254 Kubikzentimeter Volumen gegenüber, das von einer üblichen Klingel eingenommen wird, die in ein übliches Tischtelefon eingebaut wird.

Es stellte sich beim tatsächlichen Gebrauch heraus, dass die Vorrichtung gemäss der Erfindung eine durchdringende, beständige, angenehme Tonqualität aufweist. Der Ton kann durch eine mechanische Tonstärkensteuerung oder eine Dämpfung über einen kontinuierlich variablen Bereich hinweg zu einem sehr leisen Ton verändert werden, der für die Büroverwendung oder andere ähnliche Anwendungen ein erheblich leiseres Signal ermöglicht.

Die elektromechanische Standard-Klingel ist auf bestimmte Frequenzen der Klingelsignale mechanisch abgestimmt. Dabei handelt es sich um mehrere Frequenzen, die in einem Band von 16 bis 66 Hz liegen. Dies sollte ursprünglich dazu dienen, ein getrenntes Wählen an gemeinsamen Leitungen zu ermöglichen. Da derartige Gemeinschaftsleitungen η icht mehr vorhanden sind, so spielt diese Überlegung eine abnehmende Rolle. Die meisten Gebiete haben verfügbare private Leitungsnetze, jedoch sind einige alte, ungerade Frequenzklingeln noch in Benutzung, da es wirtschaftlich ist, das Gerät zu behalten und da hunderte von tausenden Telefonen mit ungerader (odd) Frequenzklingel in dem Gebiet installiert sind. Um eine Änderung der Klingelversorgungen und der Verbindungen zu vermeiden, wenn individuelle Telefone repariert oder auf einer ungeraden Frequenzleitung installiert werden, muss eine in geeigneter Weise abgestimmte Klingel verwendet werden. Daher besteht die Tendenz, die Erneuerung und den Ersatz der

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Klingel komplex in bestimmten Gebieten des Landes durchzuführen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist andererseits nicht frequenzselektiv und spricht lediglich auf die Anwesenheit der richtigen Signalspannung auf der Leitung an. Dies bedeutet, dass sie bei irgendeiner privaten Leitungsverbindung arbeitet, unabhängig von der Klingelfrequenz. Das ist mit Sicherheit im Hinblick auf die vorher beschriebene Lage wünschenswert.

Wie vorher angezeigt wurde, haben andere Ersatzvorrichtungen für die elektronische Klingel entwickelt oder haben dies versucht. Die sich daraus ergebenden praktischen Systeme bzw. die Hardware wurde auf Büro-oder Amtstelefone und kleine Privatanlagen wie PBX-Systeme beschränkt. Niedrige Lautstärkenausgangssignale, eine fehlende Lautstärkensteuerung, die Grosse, die Zuverlässigkeit und die Störimpulsunterdrückung waren einschränkende Faktoren. Die sehr einfache aber wirkungsvolle Störimpulsunterdrückung, die in der Vorrichtung gemäss der Erfindung eingebaut ist, ist sehr wünschenswert. Andere gingen zu erheblichen Längen über, um diese Fähigkeit zu bewirken, und die Formgebung hat wirtschaftliche und technische Nachteile im Vergleich mit dem hier beschriebenen System.

Einige der anderen Klingeln, die sich in Verwendung befinden, erscheinen elektronisch gut ausgelegt, sie verwenden jedoch Lautsprecher oder Standardtelefonempfänger als Schallwandler. Die gemäss der vorliegenden Erfindung vorgesehene piezoelektrische Einheit bewirkt Vorteile bezüglich des Ausgangstones und der Wirksamkeit über beide Systeme und darüber hinaus den Vorteil höherer Zuverlässigkeit gegenüber einer Hinzufügung von Lautsprechern. Die wasserdichte Anordnung der erfindungsgemässen Schaltungsvorrichtung ist ebenfalls ein grosser Vorteil über andere Klingelsysteme. Auch der Schutz vor

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Übergängen (beispielsweise Licht- oder Blitzübergängen) ist ein integrales Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Offensichtlich hat daher die Signalvorrichtung für Telefone oder andere Geräte gemäss der Erfindung eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften, was es sehr wünschenswert macht, diese anstatt der üblichen elektromechanischen Telefonklingeln einzubauen, sei es als Ersatz der vorhandenen Klingeln bei vorhandenen Telefonapparaten oder als Teil der ursprünglich hergestellten Apparate.

Zusammenfassend bezieht sich die Erfindung auf eine Signalvorrichtung äs Ersatz für die übliche elektromechanisch^ Klingel eines Telefons, entweder als Ersatz für die Klingel bei vorhandenen Telefonen oder als Teil des ursprünglich hergestellten Apparates. Die Vorrichtung enthält Halbleiterschaltkreise zum Ausschalten von Störimpulsen und einen elektronischen Schwingkreis, der bei einem minimalen Stromverbrauch zusammen mit einer mechanischen Anordnung von Bauteilen wirkungsvoll arbeitet, um eine kompakte Einheit mit einem akustischen Belastungssystem in Form eines gekrümmten Hornes zu bilden, und um eine einstellbare Lautstärkensteuerung zu erhalten.

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Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1 . Signalvorrichtung für Telefone oder dergleichen, gekennzeichnet durch

   - ein Gehäuse, eine gedruckte Schaltung, die innerhalb des Gehäuses befestigt ist und Halbleiterschaltungselemente innerhalb eines Schaltkreises enthält, eine piezoelektrisch betätigte flexible Membran, die ebenfalls innerhalb des Gehäuses in einem Abstand zur gedruckten Schaltung befestigt ist und wobei die flexible Membran ein piezoelektrisches Element trägt, das im Schaltkreis verschaltet ist, der folgende Merkmale aufweist:

   - eine Gruppe von Leitungen, die so ausgelegt sind, dass sie mit der Telefonspannungsquelle verbunden sind,

   - einen Rechteckwellen-Tonsignalschwingkreis, der mit den Leitungen verbunden ist und ein Rechteckwellen-Antriebsnetzwerk enthält, wobei die Schwingkreisfrequenz Bauteile steuert, die mit einem Dämpfungsantriebsnetzwerk verbunden sind, welche ein piezoelektrisches Element (23) enthalten,

   - ein Spannungsbegrenzer-Netzwerk, das zwischen die Leitungen und den Schwingkreis geschaltet ist, um die Spannungsimpulse aufzunehmen

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   Deutsche Bank München, Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ 70070010) Postscheck München Nr. 163397-802

   und eine parallele Gleichrichtung zu bewirken, das einen Spannungsbegrenzungs-Widerstand und ein Spannungsklemmelement enthält, und

   - ein Unterbrechernetzwerk, das zwischen die Leitungen und den Schwingkreis geschaltet ist, um den Schwingkreis zu unterbrechen, ausgenommen wenn durch die Leitungen eine geeignete Signalspannung zugeführt wird, um Spannungsimpulse zu unterdrücken, welche das Niveau von unerwünschten Tonausgangssignalen im Telefon erreichen könnten, dem sie zugeführt werden, und wobei zusätzlich zum Spannungsbegrenzungs-Netzwerk und unabhängig von dem Rechteckwellen-Antriebs- und Schwingfrequenz-Steuernetzwerk lediglich für den einzigen Zweck Bauteile vorgesehen sind, um die Lieferung von Spannungen zu verhindern, solange diese nicht im ausgewählten Bereich geeigneter Signalspannungen liegen.
2. 2. Signalvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungs-Netzwerk-Bauteile eine Zenerdiode zum Eliminieren von Spannungen unter einem vorgewählten Bereich enthalten.
3. 3. Signalvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungs-Netzwerk-Bauteile folgende Teile aufweisen:

   - einen normalerweise nichtleitenden Transistor, der zwischen die Spannungsversorgungsleitungen und den Schwingkreis geschaltet ist sowie an Erde angelegt ist,

   - einen Widerstand und eine Zenerdiode, die parallel mit dem Oszillator verbunden sind, um aus den Leitungen eine bestimmte Spannung zu liefern,

   - einen Widerstand und einen Kondensator, die parallel mit dem Schwingkreis verbunden sind, um zusätzliche Spannungsimpulse zu unterdrücken, falls der Transistorwährend Hochspannungsimpulsen einen gewissen Leckfluss erlaubt, und

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   - einen zusätzlichen Widerstand und einen zusätzlichen Kondensator, die durch den Transistor parallel mit dem Oszillator verbunden sind, um das Einschalten desselben durch einen Kollektor-Basis-Leckstrom oder eine hohe Anstiegsgeschwindigkeit der durch die Leitungen zugeführten Spannung zu verhindern,

   - wobei das Spannungsbegrenzungsnetzwerk in einen Auslösekreis eingefügt ist, in welchem:

   - das SpanrAjngs-Klemmelement eine Zenerdiode ist, die parallel mit dem Widerstand und einem Kondensator und in Reihe mit einem zweiten Transistor geschaltet ist, der in Reihe mit dem normalerweise nichtleitenden Transistor geschaltet ist, und in welchem ein Kondensator und ein Widerstand parallel zueinander zwischen dem ersten und dem zweiten Transistor geschaltet sind.
4. 4. Signalvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter-Hex-Inverter-integrierter Schaltkreis mit folgenden Merkmalen ist:

   - das Rechteckwellen-Antriebsnetzwerk weist zwei Inverter auf, wobei ein Widerstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind und die Schwingkreissteuerung in Form eines Potentiometers erfolgt, das parallel geschaltet ist,

   - das Dämpfungsantriebsnetzwerk ist mit dem Ausgang des Rechteckwellenantriebsnetzwerkes verbunden und enthält vier zusätzliche Inverter, die als Brückenverstärker angeordnet sind, der mit dem piezoelektrischen Element (23) verbunden ist.
5. 5. Signalvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse rohrförmig ist und ein Ende als offenen Auslass enthält, wobei

   - die gedruckte Schaltung (20) auf einer ersten Scheibe (21) aufliegt,

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   die in einem axialen Abstand innerhalb des offenen Endes angeordnet ist,

   - die flexible Membran eine zweite Scheibe (24) ist, die innerhalb des Gehäuses (10) axial ausserhalb der ersten Scheibe (21) angeordnet ist, um einen Abstand dazwischen zu bilden und welche das piezoelektrische Element in Form eines scheibenförmigen, amorphen, piezoelektrischen Keramikelementes (23) trägt, das mit der Membran verbunden ist, wobei diese durch das Gehäuse (10) an ihrem Rand gehalten wird, wobei weiterhin dieses Element (23) innerhalb des Schaltkreises mit den Bauteilen der gedruckten Schaltung verbunden ist, und wobei innerhalb des Gehäuses (10) in axialer Richtung ausserhalb der zweiten Scheibe eine feste Trennscheibe vorgesehen ist, damit die auf die Trennscheibe (27) auftreffenden Wellen um seinen Rand gegen das Auslassende des Gehäuses zurückgeworfen werden, wobei eine akustische Belastungscharakteristik für ein gekrümmtes Horn entsteht.
6. 6. Signalvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine einstellbare mechanische Lautstärkesteuerung, die durch das rohi— förmige Gehäuse (10) im Anschluss an das Auslassende gehalten wird und ausserhalb der festen Trennscheibe (27) in einem Abstand angeordnet ist, und besteht aus:

   - in bezug zueinander und übereinander angeordnete drehbare Scheiben (15), welche miteinander zusammenwirkende Öffnungen aufweisen, die so ausgelegt sind, um Durchgänge für Tonwellen zu bilden, wenn sie miteinander in Verbindung stehen, und in wechselndem Ausmaß in eine Koinzidenzstellung hinein und daraus heraus bewegbar sind, um die Grosse zu variieren oder die Durchlässe zu schliessen.
7. 7. Signalvorrichtung nach Anspruch 6 für die Verwendung bei einem Telefon, dadurch gekennzeichnet, dass die Telefonleitungen mit der Vorrichtung verbunden sind und die Einrichtung zum Befestigen des rohr-

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   förmigen Gehäuses (10) am Telefon aus folgenden Teilen besteht:

   - einer Anpassungsklemme mit einer zentralen Öffnung, um die Öffnungen der in bezug zueinander drehbaren Scheiben (15) freizulegen,

   - wobei diese Klemme Einrichtungen für die Verbindung mit dem Telefon aufweist und wobei das Gehäuse (10) Ansatzstücke für die Verbindung mit der Klemme in Zusammenwirkung mit dessen zentraler Öffnung aufweist.

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