-
Rohrartiger Arm für Tonarme von Platten-
-
spielern
Die Erfindung betrifft rohrartige Arme iUr
Tonarme von Plattenspielern.
-
Der Jungste Trend bei Tonarmen fUr Plattenspieler ist auf Verringerung
der Masse gerichtet und auf Vergrößerung der Nachgiebigkeit eines Schwingungssystems,
us die Spurhaltigkeit einer Patrone zu verbessern.
-
Mit der Nachgiebigkeit einer Patrone bzw. eines Schwingungssystems
wird die Resonanzfrequenz im niedrigen Bereich entsprechend der Nachgiebigkeit der
Patrone und der äquivalenten Masse des Tonarms (einschließlich der Patrone) an der
Nadelspitze derart herabgesetzt, daß Störgeräusche infolge Verziehung oder Exzentrizität
einer Platte häufig auigenommen werden. Das heißt, die vergrößerte Nachgiebigkeit
hat ein vermindertes Signalrauschverhältnis zur Folge. Es ist daher erforderlich,
die Resonanz im niedrigen Bereich auf ein unschädliches Niveau einzustellen, im
allgemeinen einen Bereich von 10 - 15 Hertz, während die äquivalente Masse auf die
Nadel gering gehalten wird.
-
Zum Vermindern der äquivalenten Masse an der Nadel spitze werden gewöhnlich
Komponenten des Tonarms, wie röhrenartiger Arm und Tonkopfgehäuse im Gewicht vermindert.
Bauteile mit reduzierter Wandstärke filr geringeres Gewicht haben eine geringe Steifigkeit,
die ihrerseits das Auftreten unerwünschter Erscheinungen, wie partielle Vibration
ermöglicht und dadurch die Tonqualität herabsetzt. Um rohrartige Arme und Tonkopfgehäuse
von geringem Gewicht und Rohrsteifigkeit zu erhalten, sind Werkstoffe mit hohen
spezifischem Elastizitätsmodul erforderlich.
-
Gemaß dem Stande der Technik bei der Herstellung rohrartiger Arme
und Kopfgehäuae werden Aluminium und Titan verwendet, weil sie einen relativ hohen
Elastizitätsmodul haben. Die Verwendung von Patronen mit verstärkter Nachgiebigkeit
erfordert Jedoch, daß die rohrartigen Arme und Kopfgehäuse aus einem Werkstoff hergestellt
werden, der einen höheren spezifischen Elastizitätsmodul hat als Aluminium und Titan.
-
Aus Faserkohle hergestellte rohrartige Arme und Kopfgehäuse sind bekannt.
Faserkohle selbst hat einen ausreichend hohen spezifischen Modul, läßt sich Jedoch
nicht ohne Binder zu Bauteilen formen. Gewöhnlich wird Kunststoff zum Binden der
Faserkohle verwendet. Die Zugabe von Kunststoffbinder zu Faserkohle vermindert Jedoch
den spezifischen Elastizitätsmodul auf eine Größe, die gleich oder geringer als
die von Aluminium und Titan ist. Aus diesem Grunde ist das Faserkohle Verbundmaterial
als Werkstoff für rohrartige Arme und Kopfgehäuse nicht befriedigend.
-
Ein Ziel der Erfindung ist es daher, einen rohrartigen Arm von hoher
Leistung zu schaffen, der aus einem starren Verbundwerkstoff von geringem Gewicht
mit hohem spezifischem Elastizitätsmodul hergestellt ist.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein rohrartiger Arm fUr fflnenTonarm
eines Plattenspitlers vorgesehen, der einen Verbundwerkstoff aus thermoplastischem
Kunststoff und Graphitpulver aufweist. Der Werkstoff wird erhalten durch einfaches
Kneten der Komponenten, und die Partikel von Graphitpulver sind im wesentlichen
parallel zur Oberfläche des rohrartigen Arms gerichtet.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Werkstoff in Form
eines Rohres wenigstens an dessen Oberfläche oxidiert. Er kann auch karbonisiert
sein.
-
Um Partikel von Graphitpulver mit erheblichem Maß an Ausrichtung zu
erhalten, kann das geknetete Gemisch vorzugsweise zu einer Platte ausgerollt und
dann die Platte zu einem Rohr geformt werden.
-
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert, und zwar zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Gemisch von
Graphitpartikeln in Kunststoff eingebettet; Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine
Platte eines Verbundmaterials, worin Graphitpartikel innerhalb einer Kunststoffmasse
ausgerichtet sind; Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen rohrartigen Arm gemäß der
Erfindung; Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig.3; und Fig. 5 schematisch
eine Ansicht eines Tonarmsystems.
-
Zu den hier verwendeten thermoplastischen Kunststoffen gehören Polyvinylchlorid,
Polyvinyldenchlorid, Vinylchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisate, Vinyldenchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisato,
Vinylchloridvinylacetat-Mischpolyieri sate usw. und deren Mischungen. Die Kunststoffe
können in einen pechartigen Zustand durch Trockendestillation vor dem Kneten mit
Graphitpulver gemäß der Erfindung gebracht werden.
-
Das Graphitpulver ist von vielen Herstellern erhältlich.
-
Flockiges Graphitpulver ist besonders bevorzugt. Das Graphitpulver
kann vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als bzw. bis
zu 20 Mikron haben, insbesondere 0,1 bis 5 Mikron.
-
Das Gewichtsverhältnis von Kunststoff zu Graphit variiert von 1 zu
9 bis 9 zu 1, vorzugsweise 3 zu 7 bis 7 zu 3.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend gezeigt.
-
Polyvinylchlorid (im folgenden kurz "PVC") wird als typischer thermoplastischer
Kunststoff verwendet. In einer Knetvorrichtung werden 30 Gewichtsteile PVC mit 70
Gewichtsteilen Graphitpulver gemischt und geknetet bei einer Temperatur von 130
bis 2000C. Die erste innige Mischung wird weitergemischt und ausgerollt zu einer
Platte bei ähnlicher Temperatur. Diese Platte zeigt einen Youngschen Modul (Elastizitätsmodul)
E von 6000 kg/mm2 (5,9 x 101 X /m2) und eine Dichte < von 1,8 g/cm3. Der spezifische
Elastizitätsmodul berechnet alß ZErz beträgt 5,7 x 10) m/sec, welcher Wert io3 höher
liegt als der spezifische Modul von Titan, nämlich 5,2 x 103 m/sec. Die rohe,aber
bereits ausgerichtete Platte wird zu einem Rohr geformt, obwohl dieser Verfahrensschritt
in der nachfolgenden Beschreibung fortgelassen wurde, weil diese der Darstellung
von Meßwerten dient.
-
Die vorgewalzte Platte wird dann einer Vorsinterung oder Oxidation
unterzogen durch allmähliches Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine
Temperatur von 100 bis 5000C, vorzugsweise 250 - 3000C mit einer Rate von 1 - 100C/std.
-
Das oxidierte Erzeugnis hat einen Youngschen Modul E von 9000 kg/mm3,
eine Dichte p von 1,8 g/cm3 und einen spezifischen Modul < von 7,0 x 103 m/sec.
-
Die oxidierte Platte wird weiter einer Karbonisation oder Graphitation
unterzogen durch Erhitzen in nicht-oxidierender Atmosphäre oder im Vakuum auf eine
Temperatur von etwa 1200°C oder höher bei einer Rate von 10 - 20°C/std. Die karbonisierte
Platte zeigt einen Youngschen Modul E von 16000 kg/==2 und eine Dichtet von 1,8
g/cx3. Der spezifische Elastizitätsmodul von 9,33 x 103 i/sec. ist etwa 2 mal höher
als der von Aluminium und Titan. Die Graphitation der Platte bei etwa 25000C erhöht
den Youngschen Modul 1,5 mal auf 24000 kg/ge3.
-
Das Ausrichten der Graphitpulverpartikel ist wesentlich, um die oben
angegebenen erwünschten Werte zu erhalten. Wenn PVC mit Graphitpulver geknetet und
das resultierende Gemisch durch beispielsweise Extrudieren in die gewünschte Form
gebracht wird ohne vorherige Ausrichtung, so ergibt sich ein Erzeugnis mit schlechtem
Youngschen Modul. Wenn z.B.
-
30 Teile PVC mit 70 Teilen Graphitpulver geknetet wurden, und das
Gemisch dann durch einen Strangpreßvorgang ZU einer Platte geformt wurde, zeigte
diese Platte einen Youngschen Modul von etwa 1.300 kg/mm2. Dieser Wert ist kleiner
als 1/4 desJenigen der oben beschriebenen Platte mit orientierten Graphitteilchen.
Nachfolgende Karbonisation dieser nichtorientierten Platte ergab einen Youngschen
Modul von etwa 4000 kg/mm2 und damit etwa 1/6 desJenigen einer Graphitorientierten
Platte nach der Karbonisation.
-
Weiter wurde gefunden, daß der innere Verlust (tan 6 ) des Verbundwerkstoffs
nach der Erfindung höher als der bei Aluminium oder Titan ist. Je höher der innere
Verlust, umso geringer ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens unerwUnschter Resonanz.
-
Die Meßergebnisse verschiedener Eigenschaften zeigen, daß das Verbundmaterial
gemäß der Erfindung relativ geringes Gewicht, hohe Steifigkeit, einen hohen spezifischen
Elastizitätsmodul und einen guten inneren Verlust aufweist.
-
Wie oben beschrieben, mUssen zum Herstellen eines rohrartigen Arms
ohne Beeinträchtigung der Charakteristiken des Verbundwerkstoffs nach der Erfindung
die Graphitpulverpartikel in dem erzeugten rohrartigen Arm ausgerichtet sein. Ein
Strangpreßverfahren, wie es Ublicher Weise gemäß dem Stande der Technik bei der
Herstellung von rohrartigen Armen verwendet wird, ist daher nicht anwendbar, weil
die Graphitpartikel dann im wesentlichen nicht ausgerichtet sind, so daß das geformte
Erzeugnis weniger steif ist.
-
In Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch ein geknetetes oder inniges Gemisch
gezeigt, worin eine Kunststoffmasse 1 Graphitflocken 2 in willkUrlicher Anordnung
enthält. Die Graphitpartikel in Flockenform können Jeweils als Scheibe mit großem
Verhältnis Durchmesser zu Dicke betrachtet werden. Die innige Mischung zeigt eine
willkUrliche Verteilung der Graphitflocken 2 in der Kunststoffmasse 1.
-
Die innige Mischung wird dann bei erhöhten Temperaturen zu einer Platte
ausgewalzt mittels Walzen, Pressen oder dergleichen. Fig. 2 zeigt eine solche ausgewalzte
Platte 3, in welcher die Graphitflocken 2 parallel zur Oberfläche der Platte 3 ausgerichtet
sind. Walzen ist ein typisches, aber nicht das einzig mögliche Verfahren, um den
Graphitpartikeln einen erheblichen Grad an Ausrichtung zu erteilen. Die Dicke der
Platte 3 kann zweckmäßig entsprechend der gewünschten Wandstärke des rohrartigen
Arms gewählt werden.
-
Danach Wird die Platte 3 unter hoher Temperatur und Druck zu einem
Rohr 5 gewllnschten Durchmessers gerundet, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Die
gegentiberliegenden Enden der Platte können an der Stoßstelle 4 in beliebiger geeigneter
Weise, wie etwa durch Druck und Wärme oder durch Verwendung eines Klebstoffs verbunden
werden. Ein Rohr kann auch derart hergestellt werden, daß eine Platte in Gestalt
eines langen schmalen Bandes spiralig um einen Kern gewickelt wird.
-
Weiter besteht die Möglichkeit, zwei Platten an gegenilberliegende
Seiten eines zylindrischen Kerns anzulegen und dann durch Pressen oder Kompression
bei erhöhten Temperaturen zu formen. Das Rohr kann in einer gegebenen Länge des
rohrartigen Arms hergestellt oder durch Zerschneiden eines langen Zylinders auf
gegebene Längen erhalten werden. In Jedem der Fälle sind die Graphitpartikel parallel
zur Oberfläche des rohrartigen Arms ausgerichtet, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt.
-
Es wird auf diese Weise ein starrer Rohrkörper erhalten.
-
Nachdem der rohrartige Arm 5 gemäß Fig. 3 und 4 geformt wurde, wird
dieser einer Vorsinterung oder Oxidation durch Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre
bei einer Temperatur von etwa 2500C und einer Rate von 1 - 100C/std. unterzogen.
Weiter wird der rohrartige Arm 5 einer Karbonisation oder Graphitation durch Erhitzen
in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 12000C und einer
Rate von 10 - 200C/std.
-
unterzogen. Die Steifheit des rohrartigen Arms wird durch Karbonisation
vergrößert, während der innere Verlust proportional vermindert wird.
-
Der rohrartige Arm 5 ist während der Verfahrensstufe des Vorsinterns
oder Oxidierens verformungsempfindlich. Deshalb sollte der Arm in geeigneter Weise
abgestützt werden, z.B.
-
durch Einsetzen eines Kerns (aus einem Werkstoff, der bei
einer
Temperatur oberhalb 2500C sich nicht verformt) in den Hohlraum des Rohrs oder durch
UmhUllen des Rohrs mit einem StUtzmantel. Da das Rohr nach der Oxidation selbsttragend
ist, erfordert die anschließende Karbonisation keine Abstützung mehr.
-
Die Karbonisationstemperatur kann mehr als 12000C betragen.
-
Die Steifigkeit eines bei 2500°C graphitisierten Rohres ist 1,5 x
größer als nach Graphitisierung bei 12000C.
-
Fig. 5 zeigt ein vollständiges Tonarmsystem. Der rohrartige Arm 5
gemäß der Erfindung hat ein Tonkopfgehäuse 6, das aus dem gleichen Werkstoff wie
der rohrartige Arm 5 hergestellt sein kann, und ein Gegengewicht 7 am gegenüberliegenden
Ende, und er wird von einem Stützarm 8 getragen.
-
Ein Muster wurde hergestellt durch Mischen und Kneten eines Polyvinylchlorid-Polyvinylacetat-Copolymers
mit Graphitpulver in einem Gewichtsverhältnis von 1 zu 2. Das resultierende innige
Gemisch wurde ausgewalzt, um einen erheblichen Grad an Ausrichtung der Graphitpartikel
zu erhalten. Messungen wurden nach dem Auswalzen, Oxidieren und Karbonisieren vorgenommen.
-
Die Ergebnisse sind der nachstehenden Tabelle zu entnehmen: Tabelle
Dichte Youngscher Spezifischer Innerer Verlust Modul Modul #(g/cm³) E (kg/mm²) #E/#(m/sec)
tan# Ausgewalzt 1,8 6 000 5.7 x 103 0,05 Oxidiert 1,8 9 000 7 x 103 0,02 Karbonisiert
1,9 16 000 9.33 x 1O3 0,015 Aluminium 2,7 7 400 5.18 x 103 0,003 Titan 4,4 12 000
5.22 x 103 0,003
Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich,
daß die Orientierung der Graphitpulverpartikel in der Kunststoffmasse in einer Richtung
im wesentlichen parallel zur Oberfläche einen gewichtamäßig leichten rohrartigen
Arm ergibt, derhohe Steifigkeit besitzt, d.h. einen rohrartlgen Arm von geringer
äquivalenter Masse auf die Nadelspitze. Solch ein rohrartiger Arm neigt dazu, nur
in geringem Maße Starsignale infolge Vorformung oder Exzentrizität einer Platte
aufzunehmen und gewährleistet eine Wiedergabe mit verbe.sertei Signal/Störverhältnis
in Verbindung mit einer Patrone von hoher Nachgiebigkeit bzw. Spurfolge. Der rohrartige
Arm gemäß der Erfindung hat einen derartigen inneren Verlust, daß unerwünschte Resonanz
oder Teilschwingung kaum auftreten.
-
Weiter ist der verwendete Verbundwerkstoff einfach herstellbar durch
Kneten relativ kostengünstiger Ausgangskomponenten, Ausrichtung der Partikel erfolgt
durch Auswalzen oder ähnliche geeignete Verfahren, und der Werkstoff wird durch
ein Übliches Verfahren geformt. Diese Faktoren tragen zu einer Kostenverminderung
bei.