DE3050025C2 - Rohrartiger Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse - Google Patents

Rohrartiger Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse

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DE3050025C2 DE19803050025 DE3050025A DE3050025C2 DE 3050025 C2 DE3050025 C2 DE 3050025C2 DE 19803050025 DE19803050025 DE 19803050025 DE 3050025 A DE3050025 A DE 3050025A DE 3050025 C2 DE3050025 C2 DE 3050025C2
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Kazuyoshi Tokorozawa Saitama Kobayashi
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Tsunehiro Tsukagoshi
Shinichi Yokozeki
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Description

Die Erfindung betrifft einen rohrartigen Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse, hergestellt aus einer Formmasse, die ein Kunstharz enthält, dem durch Kneten Graphitflocken beigemischt sind, wobei diese im wesentlichen parallel zur Fläche des Bauteils ausgerichtet sind.
Die Herstellung derartiger Bauteile wurde bereits in den deutschen Offenlegungsschriften 28 53 022, 29 26 648,29 33 434,29 33 435 und 29 38 182 beschrieben. Dort wird ein hochmolekulares Kunstharz verwendet.
Die daraus hergestellten Bauteile sind an der Oberfläche oxydie: 1 und karbonisiert Diese Materialien sind relativ leicht und haben einen hohen Elastizitätsmodul sowie hohe innere Verluste. Die daraus hergestellten Bauteile haben für ihre Zwecke an und für sich gute Eigenschaften.
Akustische Bauelemente im weitesten Sinn, beispielsweise Membrane, Tonkopfgehäuse, Tonarme und dergleichen, sollen sich durch ein geringes Gewicht, eine hohe Steifigkeit und eine hohe Elastizität auszeichnen. Zusätzlich ist ein hoher innerer Verlustfaktor wünschenswert. Bei Lautsprechermembranen ermöglichen das geringe Gewicht und die erhöhte Steifigkeit das Reproduzieren des Schalls bis in höhere Frequenzbereiche, und zwar ohne Teilschwingungen. Die inneren Verluste sollen so groß sein, daß ein schneller Anstieg des Schalldrucks im Bereich der Resonanzfrequenzen verhindert wird und daß die Dämpfungseigenschaften verbessert werden. Bei Bauelementen für Schwingungssysteme, beispielsweise Tonkopfgehäusen, Tonarmen und dergleichen, muß die äquivalente Masse an der Nadelspitze so klein wie möglich sein. Das bedeutet, daß derartige Materialien ein geringes Gewicht haben sollen, eine hohe Steifigkeit und eine hohe Elastizität, um eine ausreichende mechanische Stärke auch bei "erringerter Wandstärke zu ergeben. Die inneren Verluste sollen groß genug sein, um Teilschwingungen aufzunehmen.
Bekannte Materialien mit geringerem Gewicht und hoherElastizität sind Aluminium, Titan und Beryllium sowie zusammengesetzte Materialien, beispielsweise mit Kohlenfasern verstärkte Kunststoffe und Graphit in Kunststoffen. Diese Metalle werden bisher insbesondere verwendet, um Membrane und Tonkopfgehäuse zu formen. Sie haben aber e'nen schlechten inneren Verlustfaktor. Materialien, die sich durch einen hohen inneren Verlustfaktor auszeichnen, sind Papier, Kunstharze und daraus zusammengesetzte Materialien. Diese Materialien haben aber eine niedrige Elastizität und daher auch einen geringen spezifischen Elastizitätsmodul EIp. Es besteht daher ein Bedarf an Materialien mit geringem Gewicht, hoher Elastizität und einem hohen inneren Verlustfaktor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rohrartigen Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse vorzuschlagen, der aus einer Formmasse besteht, die sich, verglichen mit den eingangs erwähnten bekannten Formmassen, durch einen weiterhin verbesserten Elastizitätsmodul und einen weiterhin verbesserten inneren Verlustfaktor auszeichnet.
Insgesamt sollen also die akustischen Eigenschaften dieser Bauteile weiterhin verbessert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz aus einer Mischung aus einem Kunstharz mit einer Glasübergangstemperatur höher als die Zimmertemperatur und einem anderen Kunstharz mit einer Glasübergangstemperatur niedriger als die Zimmertemperatur besteht. Die Zimmertemperatur sei dabei bei etwa 200C angenommen.
Materialien mit hol.en Molekulargewichten haben im allgemeinen eine verringerte Elastizität und zeigen einen steilen Anstieg des inneren Verlustfaktors, wenn die Umgebungstemperatur die Glasübergangstemperatur überschreitet. Wird daher eine Mischung aus einem Kunstharz einer hohen Glasübergangstemperatur und aus einem anderen Kunstharz mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur mit Graphit kombiniert, so kann der innere Verlustfaktor eines daraus geformten Gegenstandes dadurch eingestellt werden, daß der Anteil dieser beiden verschiedenen Kunstharze entsprechend gewählt wird.
Beispiele für Kunstharze mit hoher Glasübergangstemperatur, d. h. mit einer Glasübergangstemperatur, die höher ist als die Zimmertemperatur, sind Polyvinylchlorid (PVC), ein Vinylchlorid-Vinylacetat-Mischpolymerisat, eine Vinylchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisat und ähnliche Homopolymere und Copolymere. Beispiele von Kunstharzen mit niedriger Glasübergangstemperatur, d. h. mit einer Glasübergangstemperatur, die niedriger ist als die Zimmertemperatur, sind Polyvinylidenchlorid (PVDC), ein Vinylidenchlorid-Vinylchlorid-Mischpolymerisat, ein Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisat und ähnliche Homopolymere und Copolymere.
Graphitflocken sind scheibenförmig geformt und haben einen verhältnismäßig großen Durchmesser, verglichen mit der Dicke. Die Graphitflocken haben vorzugsweise eine mittlere Korngröße von etwa 20 μπι oder weniger, weiter vorzugsweise von etwa 5 μτη oder weniger. Die Ausrichtung der Graphitflocken in einer Matrix aus Kunstharz verbessert die Elastizität sehr stark. Graphitfleeken können sehr leicht durch Ausrollen einer Mischung aus Graphitflocken und Kunstharz ausgerichtet werden, bevor der betreffende Artikel geformt wird.
Eine wesentliche Verbesserung wird erreicht, wenn 10—90 Gewichtsprozent Graphitflocken mit 90—10 Gewichtsprozent der Kunstharzmischung gemischt werden. Diese Mischungsanteile stellen sicher, daß das Gemisch geformt werden kann und führt auch zu keinem Verspröden des Formlings. Vorzugsweise werden 50—75 Gewichtsprozent Graphitflocken mit 50—25 Gewichtsprozent Kunstharzmischung gemischt. Das Gewichtsverhältnis des Kunstharzanteils mit hoher Glasübergangstemperatur zum Kunstharzanteil mit niedriger Glasübergangstemperatur kann innerhalb eines weiten Bereiches schwanken, und zwar abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes. Die Kunstharze können mit den Graphitflocken unter Verwendung einer Knetmaschine oder einer Walzvorrichtung bei einer erhöhten Temperatur gemischt werden, die über den Erweichungstemperaturen der Kunstharze liegen, im allgemeinen bei einer Temperatur von 130—200° C. Bekannte Weichmacher und/oder Stabilisierungsmittel können beim Kneten zugefügt werden.
Das Ausrollen der Mischung ergibt ein blattförmiges Material. Weil die Graphitflocken parallel zu den Oberflächen des Blattes wegen des Auswalzens ausgerichtet sind, hat das Blatt einen hohen Elastizitätsmodul.
Das Ausrichten der Graphitflocken parallel zu der Oberfläche des Formlings ist wichtig, um einen verbesserten Elastizitätsmodul zu erhalten. Beim Formen einer Graphitmischung mit verschiedenen Kunstharzen soll ein Formungsverfahren Verwendung finden, mit dem die Ausrichtung der Graphitflocken erleichtert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann eine geknetete Mischung von Graphit in geschmolzenen, unterschiedlichen Kunstharzen in Blattform ausgerollt werden, wobei die Graphitflocken parallel zur Oberfläche des Blattes ausgerichtet sind, bevor das Blatt durch Vakuumverformung oder durch Druckluft zum gewünschten Artikel verformt wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann eine geknetete Mischung aus Graphit und aus wenigstens zwei Kunstharzen direkt in eine gewünschte Form durch Preßverformen oder durch andere bekannte Formtechniken geformt werden, sofern Sorge dafür getragen wird, daß die Graphitflocken zumindest teilweise ausgerichtet sind. Direktes Formen kann angewendet werden, wenn das Endprodukt keinen sehr hohen Elastizitätsmodul haben muß.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch eine Formmasse zur Herstellung eines rohrartigen Armes für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse,
F i g. 2 einen Schnitt durch ein aus der Formmasse nach F i g. 1 durch Auswalzen hergestelltes Blatt,
F i g. 3 ein Diagramm, wobei der prozentuale Anteil an zugefügtem PVDC über dem Elastizitätsmodul bzw. dem inneren Verlustfaktor aufgetragen ist,
F i g. 4 einen Teilschnitt durch ein Tonarmsystem,
Fig.5 in auseinandergezogener Darstellung eine Form zur Herstellung eines rohrartigen Armes aus zwei Blättern,
F i g. 6 die Situation von F i g. 5 beim Verformungsvorgang,
F i g. 7 einen Längsschnitt durch einen rohrartigen Arm,
F i g. 8 einen Querschnitt längs der Linie VIII-VIlI von F i g. 7, F i g. 9 perspektivisch ein Tonkopfgehäuse,
F i g. 10 und 11 Schnitte längs der Linien X-X bzw. XI-XI von F i g. 9.
Die neuartige Formmasse wird dadurch hergestellt, daß ein bestimmter Anteil an Graphitflocken einer Mischung aus einem Kunstharz mit hoher Glasübergangstemperatur und einem anderen Kunstharz mit niedriger Glasübergangstemperatur beigemischt wird. Ein geeigneter Weichmacher und/oder ein geeignetes Stabilisierungsmittel werden der Mischung vorzugsweise zugesetzt. Die Mischung wird durch Kneten oder Walzen gemischt, während sie auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der die Kunstharze erweicht werden, im allgemeinen auf eine Temperatur von etwa 130—200° C.
F i g. 1 zeigt, daß eine Kunstharzmatrix 1 Graphitflocken 2 in zufälliger Verteilung enthält, woraus eine Masse 3 entsteht. Tonkopfgehäuse, Tonabnehmergehäuse und dergleichen können durch Druckformen direkt aus dieser Masse geformt werden.
Die geknetete Masse wird anschließend zu einem Blatt 4 ausgerollt, das in F i g. 2 gezeigt ist. Durch das Ausrollen werden die Graphitflocken parallel mit der Blattfläche ausgerichtet, wodurch der Elastizitätsmodul und die Steifigkeit des Blattes erhöht werden. Das Blatt ist ein Ausgangsmaterial, aus dem ein Tonkopfgehäuse, ein Rohr, ein Lautsprechergehäuse, ein Lautsprecherhorn oder ein Plattenspielergehäuse durch Vakuumverformen oder durch Großverformen hergestellt werden können. Das Verformen wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 70— 150° C oder in der Nahe der Erweichungspunkte der Kunstharze durchgeführt.
F i g. 4 zeigt schematisch ein Tonarmsystem. Ein Rohr 21 ist drehbar an einer Stütze 22 gelagert. Am rückwärtigen Ende des Rohres ist ein Gegengewicht 23 befestigt. Am vorderen Ende des Rohres ist ein Tonkopfgehäuse 31 befestigt.
Das Rohr 21 kann aus dem Blatt 4 hergestellt werden. Hierzu zeigt F i g. 5 eine Möglichkeit, wobei zwei Blätter 4 zwischen einen zylinderförmigen Kern 24 und eine obere und untere Formhälfte 25 gelegt werden. Die Formhälften haben halbzylindrische Formhohlräume, die mit der Zylinderfläche des Kerns übereinstimmen. Die Formhälften werden bei einer Temperatur von üblicherweise zwischen 70 und 150°C gegeneinander gepreßt, wie dies F i g. 6 zeigt. Nach dem Wärmeverformen wird ein Überstand 26 abgeschnitten, und der Kern 24 wird abgezogen, so daß ein hohlzylindrisches Rohr erhalten wird. Alternativ kann das ausgewalzte Blatt 4 auch zu einem Rohr gebogen werden, wobei die dann aneinander anstoßenden Kanten 27 miteinander verklebt werden, beisDielsweise durch Klebschmelzen oder durch ein Klebemittel, wie in Fi e. 7 und 8 gezeigt. In beiden Fällen
sind die Graphitflocken 2 axial oder parallel mit der Oberfläche des Rohres 21 ausgerichtet. Sie sind gleichförmig in der Matrix 1 verteilt.
Das Tonkopfgehäuse 31 ist aus dem ausgewalzten Blatt 4 ebenfalls durch einen geeigneten Formprozeß hergestellt, beispielsweise durch Vakuumformen oder durch Druckformen. Die F i g. 9,10 und 11 zeigen, daß die Graphitflocken 2 parallel mit der Fläche des Tonkopfgehäuses 31 ausgerichtet sind. Eine gleichförmige Verteilung der Graphitflocken in der Matrix 1 ist ebenfalls dargestellt. Zwei oder mehr ausgewalzte Blätter 4 können miteinander verklebt werden, bevor sie zu dem Tonkopfgehäuse verformt werden. Alternativ kann das Tonkopfgehäuse auch aus der gekneteten Masse durch Kompression oder durch Preßverformung hergestellt werden. Hierbei sind die Graphitflocken gleichförmig in der Matrix verteilt, aber nicht so stark ausgerichtet.
Das Rohr 21 und das Tonkopfgehäuse 31 können karbonisiert oder graphitisiert werden, um ihre Steifigkeit zu erhöhen.
Das Teil wird hierzu beispielsweise in eine entsprechende Stütze eingesetzt, so daß sie bei der nachfolgenden
Wärmebehandlung nicht verformt werden kann. Es wird dann in einer oxidierenden Atmosphäre schrittweise erwärmt, beispielsweise in Luft auf eine Temperatur von 250—350°C, und zwar mit einer Rate von 1 — 10°C/Std., um ein Vorsintern zu bewirken. Das Teil wird hierbei an seiner Oberfläche oxidiert und bei diesem Vorsintern unschmelzbar gemacht. Das nicht schmelzbare Teil kann dadurch karbonisiert werden, daß es in einer nicht oxidierenden Atmosphäre oder im Vakuum auf eine Temperatur von 1000— 1500°C bei einer Rate von
10—20°C/Std. erwärmt wird. Das Graphitisieren kann durch Erwärmen der nicht schmelzbaren Membran auf eine Temperatur von 2000-30000C unter ähnlichen Bedingungen wie beim Karbonisieren erreicht werden. Das Karbonisieren und Graphitisieren erhöht den Elastizitätsmodul des geformten Teils.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiterhin näher erläutert.
Beispiel 1
Eine Formmasse, bestehend aus Graphit und Kunstharz wird hergestellt. Die Kunstharzmischung besteht aus einem Vinylchlorid-Vinylacetat-Mischpolymerisat, das zur Vereinfachung als »PVC« bezeichnet wird und das eine hohe Glasübergangstemperatur hat. Ein zweiter Bestandteil der Kunstharzmischung besteht aus einem Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisat, das im folgenden als »PVDC« bezeichnet wird und das als Kunstharz mit niedriger Glasübergangstemperatur verwendet wird. Diese beiden Kunstharze werden in unter-
schiedlichen Beträgen miteinander gemischt. Die verschiedenen Kunstharzkombinationen werden mit Graphitflocken in einem festen Gewichtsverhältnis von 1 :2 vermischt sowie mit einem bekannten Weichmacher und einem bekannten Stabilisierungsmittel, jeweils in üblichen Anteilen.
Gewichtsanteile
Graphit 100
Kunstharzkombination 50
Weichmacher (BPBG) 5
Stabilisierungsmittel (Bleistearat) 1
Die sich ergebende Mischung wird bei einer Temperatur von 15O0C geknetet und dann blattförmig ausgewalzt. Der Elastizitätsmodul und der innere Verlust des Blattes werden gemessen. Der Elastizitätsmodul wird bei einer Frequenz von 500 Hz gemessen. Die gemessenen Werte werden über den prozentualen Anteilen an zugefügtem PVDC aufgetragen, d. h. über dem Maß PVDC/(PVC + PVDC) χ 100%. F i g. 3 zeigt das Verhalten des Elastizitätsmoduls und des inneren Verlustfaktors in Abhängigkeit vom prozentualen PVDC-Anteil. Aus F i g. 3 ergibt sich, daß der Elastizitätsmodul £ der gestrichelt eingetragen ist, nur unwesentlich vom prozentualen Anteil an PVDC abhängt Der innere Verlust tan d, der durch die ausgezogene Linie in F i g. 3 wiedergegeben wird, zeigt dagegen einen sehr steilen Anstieg proportional zum Anwachsen des prozentualen PVDC-Anteils.
Diese Materialien haben eine Dichte/? von etwa 1,84 g/cm3.
Beispiel 2
Ein Blatt, das wie vorstehend bei Beispiel 1 beschrieben hergestellt war, wurde durch Erwärmen einer oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 3000C bei einer Rate von 1 — 10°C/Std. karbonisiert, um das Blatt nicht schmelzbar zu machen. Anschließend wurde es in einer nicht oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 12000C bei einer Rate von 10—20°C/Std. erwärmt
Beispiel 3
Ein weiteres ausgewalztes Blatt wurde wie vorstehend beschrieben nicht schmelzbar gemacht und dann in einer nicht oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 2500°C mit einer Rate von 10—20°C/Std. erwärmt Das Blatt wurde dadurch graphitisiert
Die physikalischen Eigenschaften eines typischen Materials der Zusammensetzung nach Beispiel 1 mit einer Kunstharzkombination von 30 Gewichtsprozent PVDC und 70 Gewichtsprozent PVC wurde nach dem Formen (Beispiel 1). nach dem Karbonisieren (Beispiel 2) und nach dem Graphitisieren (Beispiel 3) gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammen mit den Eigenschaften herkömmlicher Materialien aufgeführt
Tabelle 1
Elastizitätsmodul
(xlO'° N/m)
Dichte
(kg/m3)
Spezifischer
Elastizitätsmodul
{ΈΓρ
(x103m/sec)
Innerer
Verlust
tan ΰ
Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3
Aluminium
Beryllium
Kraftpapier
7,0
12,5
18,0
7,1
11,9
23,0
0,2
1840 1790 1790 2690 4390 1800 570
0,05
0,02
0,01
0,003
0,003
0,005
Die Tabelle 1 zeigt an, daß der Zusatz und die Ausrichtung der Graphitflocken bei einem Kunstharzmaterial einen verbesserten Elastizitätsmodul ergibt. Der Zusatz eines Kunstharzes mit niedriger Glasübergangstemperatur vergrößert den inneren Verlust, während das sich daraus ergebende zusammengesetzte Material wegen der Verwendung dieser Komponenten leicht ist. Verglichen mit Metallen wie Aluminium und Titan hat die neuartige Formmasse einen vergleichbaren Elastizitätsmodul und innere Verluste, die wenigstens zehnmal höher sind. Das Karbonisieren und Graphitisieren kann weiterhin den Elastizitätsmodul des Metalles um das 1,8- bzw. 2,5fache über den Ausgangswert vergrößern, wobei der Elastizitätsmodul von Beryllium angenähert wird. Das Anwachsen des Elastizitätsmoduls wird ohne eine Beeinträchtigung der inneren Verluste erreicht, die etwa viemal höher sind als diejenigen der Metalle.
Die neuartige Formmasse zeichnet sich durch ein leichteres Gewicht und durch eine höhere Elastizität aus als Metalle, wie beispielsweise Aluminium und Titan. Trotz dieser vergrößerten Elastizität bleiben die inneren Verluste vergleichbar mit denen von Papier. Die Formmasse ist insbesondere geeignet für die Herstellung von Tonkopfgehäusen, Tonarmen, akustischen Rohren und anderen akustischen Bauelementen, die ein leichtes Gewicht haben sollen und einen hohen Elastizitätsmodul und auch einen ausreichenden inneren Verlust. Abhängig von dem Zweck der jeweiligen Formmasse kann eine optimale Kombination des Elastizitätsmoduls und des inneren Verlustes dadurch erhalten werden, daß das Verhältnis der Kunstharzanteile mit hoher bzw. niedriger Glasübergangstemperatur entsprechend eingestellt wird. Auch kann der Anteil des zugefügten Graphits entsprechend eingestellt werden. Die Formmassen haben den weiteren Vorteil, daß sie aus preisgünstigen, handelsüblichen Ausgangsmaterialien hergestellt werden können. Sie können weiterhin leicht durch bekannte Verfahren geformt werden. Insbesondere ist es wichtig, daß die Formmasse sich durch ein leichtes Gewicht, einen verbesserten Elastizitätsmodul und durch einen guten inneren Verlust auszeichnet.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
io
20
30
35
40
45
:äü
$5
•0
•5

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Rohrartiger Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse, hergestellt aus einer Formmasse, die ein Kunstharz enthält, dem durch Kneten Graphitflocken beigemischt sind, wobei diese im wesentlichen parallel.
zur Fläche des Bauteils ausgerichtet sind und wobe> das Kunstharz aus einer Mischung aus einem Kunstharz mit einer Glasübergangstemperatur höher als die Zimmertemperatur und einem anderen Kunstharz mit einer Glasübergangstemperatur niedriger als die Zimmertemperatur besteht
2. Rohrartiger Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz mit den Graphitflocken nach dem Mischen und Durchkneten blattförmig ausgewalzt
ίο wird, worauf das Blatt in die gewünschte Form geformt wird.
3. Rohrartiger Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Körper karbonisiert ist.
4. Rohrartiger Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Körper graphitisiert ist.
5. Rohrartiger Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstharzmischung aus Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid besteht
DE19803050025 1979-05-28 1980-05-20 Rohrartiger Arm für akustische Geräte oder Tonkopfgehäuse Expired DE3050025C2 (de)

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DE3019121A DE3019121C2 (de) 1979-05-28 1980-05-20 Formmasse

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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NICHTS-ERMITTELT *

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