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Vibrationsapparat, insbesondere zur Erzeugung und Aufnahme von Schallwellen.
Um mit Hilfe von Wechselstrom oder pulsierendem Gleichstrom eine hin und her gehende
Be«regung zu erzeugen, hat man Einrichtungen geschaffen, bei denen ein elektrischer
Leiter in einem konstanten magnetischen Felde unter dem Einfluß der in ihm fließenden
Ströme quer zu den Kraftlinien dieses Feldes hin und her bewegt wird. Die Stromzuführung
zu dem bewegten Leiter erfolgt bei diesen Einrichtungen entweder direkt mittels
Schleifbürsten oder flexiblen Zuleitungen oder aber transformatorisch mittels Hilfs-
~%icklungen.
Der bewegte Leiter selbst ist hierbei durch Tragvorrichtungen - z. B. wenn es sich
um die Erzeugung von Schallschwingungen handelt durch eine Membran -so gehalten,
daß er stets wieder in eine mittlere Ruhelage zurückgeführt wird. Der Stromleiter
greift entweder direkt oder mittels starrer Gestänge o. dgl. an der Stelle an, auf
welche seineArbeitsleistung übertragenwerden soll. Dadurch ist bedingt, daß die
Bewegungsamplitude an dieser Stelle gleich ist der Bewegungsamplitude des bewegten
Leiters selbst. Es ist jedoch fast nie möglich, mit einer derartigen Anordnung das
Optium des Wirkungsgrades des Apparates zu erzielen, vielmehr müßte dazu die Möglichkeit
bestehen, die Bewegungsamplitude an der Erregerstelle (am Stromleiter) irgendwie
im aufsteigenden oder absteigenden Sinne in eine andere Bewegungsamplitude an der
Arbeitsstelle zu übersetzen.
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Bei der Schallerzeugung mit Hilfe eines derartigen Vibrators z. B.
ist es nötig, für Schallwellen in Luft eine größere und für Schallwellen in Flüssigkeiten
eine kleinere Bewegungsamplitude an der Schallmembran zu erzeugen, als sie der Stromleiter
selbst ausführt. Das gleiche gilt für den Schallempfang, wobei die Bewegungsamplitude
an der Membran für Luftschall in der Regel abwärts, für Wasserschall aufwärts übersetzt
werden muß, um mit gutem Wirkungsgrad in elektrische Energie umgeformt werden zti
können.
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Die Amplitudenübersetzung bildet hier jedoch nur in Verbindung mit
dem Vibrationsapparat nach den Ansprüchen i bis 3 Gegenstand der Erfindung.
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Anfänge zu einer Lösung dieses Problems bei solchen Vibratoren sind
bekannt geworden in Form von Einrichtungen, bei denen die Stromleiter durch flexible
Kupplungen (biegsame Scheiben) mit den eigentlichen Strahlern (Schallmembranen)
verbunden waren. Dabei ist man sich aber nicht der Tatsache bewußt geworden, daß
die flexible Kupplung an sich nicht genügt, weil sie Energieverluste bedingt, die
im Interesse des Wirkungsgrades des Apparates vermieden werden müssen.
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Die Erfindung besteht darin. daß der im magnetischen Felde bewegte
Stromleiter als ein selbständiges Schwingungsgebilde oder als Teil eines solchen
ausgebildet ist.
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Das soll selbstverständlich besagen, daß die Abstimmung dieses Schwingungsgebildes
so gewählt sein muß, daß seine Resonanz (bei gekoppelten Schwingungssystemen seine
Kopplungsresonanz) bei der Übertragung der Schwingungsbewegung von der Schallentstehungsstelle
zum Strahler ausgenutzt wird; denn Schwingungsgebilde schlechthin sind auch bei
den vorerwähnten flexiblen Kupplungen vorhanden, jedoch ist ihr Übertragungswirkungsgrad
wegen des Fehlens der Resonanzbeziehungen minderwertig.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß dieGröße der Bewegungsamplitude
des Stromleiters j e nach der Form des Schwingungsgeblildes, dem er angehört, und
j e nach der Massenverteilung an demselben in ein beliebiges Verhältnis zur Größe
der Bewegungsamplitude an der Arbeitsstelle gebracht werden kann. Vorzugsweise wird
die Einrichtung so getroffen, daß der Stromleiter als in sich starres Gebilde ausgeführt
und mittels elastischer Glieder mit dem Arbeitsorgan, im Falle - der Schallerzeugung
oder Schallaufnahme also mit der Schallmembran, verbunden wird. Erforderlichenfalls
legt man bei Schallapparaten an die Verbindungsstelle dieser elastischen Glieder
mi`t der Membran zu deren und der Mediummasse noch eine besondere Masse. Diese Massensumme
ist alsdann zum Teil zu dem eben beschriebenen, zum Teil zu dem durch die Schallmembran
gebildeten Schwingungsgebilde zu rechnen. Diese besondere Masse kann durch die Befestigungsmittel
an der Membran (Bolzen, Schrauben o. dgl.) gebildet sein. Durch Variation des Verhältnisses
der Massensumme zu dem durch den Stromleiter gebildeten freien Massenteil kann,
abgesehen vom Kopplungsgrad der beiden Gebilde miteinander, auch das Übersetzungsverhältnis
für die Bewegungsamplitude an beiden Stellen beliebig eingestellt werden. Eine Einstellung
dieses Verhältnisses ist auch durch bestimmte Formgebung des Schwingungsgebildes
selbst bei in ihm verteilt angeordneter Masse angängig, was insbesondere dann von
Wichtigkeit ist, wenn der Stromleiter selbst in seiner Gesamtheit das Schwingungsgebilde
darstellt.
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Ist nun der Stromleiter gegebenenfalls zusammen mit seinem Träger
als Schwingungsgebilde ausgeführt, welches alsdann die nicht in Abstimmung schwingende
Membran bei ihren Bewegungen zwangläufig steuert, so erhält man ein einwelliges
Gebilde, dessen Frequenz durch die Eigenfrequenz des Schwingungsgebildes bestimmt
ist.
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Sehr wesentliche Verbesserungen in der Wirkungsweise derartiger Vibrationsapparate
lassen sich weiterhin erzielen durch die Anwendung des bekannten Prinzips der gegenseitigen
Abstimmung. Wirkt ein als Schwingungsgebilde ausgebildeter oder einen Teil eines
solchen bildender Stromleiter mit einem zweiten elastischen Glied zusammen, z. B.
mit einer Membran, wie es bereits bei der Verwendung solcher Apparate zur Schallerzeugung
oder zum Schallempfang erwähnt ist, so stimmt man zweckmäßig die beiden Schwingungsgebilde
unter Berücksichtigung ihrer
gegenseitigen Einwirkung aufeinander
ab. Die hierbei in dein nunmehr mehrwellig gewordenen System auftretenden Kopplungsfrequenzen
läßt man beim Schallsignalverkehr (lern Signalton entsprechen, wobei man so viele
verschiedene Signaltöne verwenden kann, als Kopplungswellen auftreten. Um einen
breiten Bereich des Wellenspektrums zu über-(lecken, macht man die Kopplung zwischen
den gekoppelten Schwingungsgebilden nicht zu fest. Die Signalfrequenz legt man alsdann
zweckmäßig zwischen die Kopplungsfrequenzen.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar in ihrer Anwendung auf Schallapparate.
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Die Abb. i zeigt einen Vibrationsapparat, bei welchem der bewegte
Leiter in seiner Gesamtheit mit dem vorerwähnten Teil der Membran-- und Mediummasse
zusammen ein Schwingungsgebilde darstellt. In den Abb. 2 und 3 dagegen bildet der
Leiter nur einen :Massenteil eines Schwingungsgebildes.
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in der Abb. i bezeichnet i eine Schallmembran, die bei 7 fest gelagert
ist. Senkrecht auf dieser Schallmembran an ihr befestigt stellt eine Stromspirale
2, die zweckmäßig aus Kupferbronze oder einem ähnlichen 'Material von guten elastischen
Eigenschaften hergestellt ist. Anfang und Ende der Spirale sind miteinander elektrisch
leitend verbunden. Die Spirale reicht in den Luftraum zwischen den Polen eines permanenten
Magneten .M hinein. Der Wechselstrom wird ihr auf transformatorischein Wege mit
Hilfe vier Wechselstroniwicklung 3 zugeführt.
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Bei der Einrichtung nach der Abb. 2 wird der bewegte Leiter gebildet
durch einen ringförmigen .Kupferzylinder 2. Er ragt, ähnlich wie bei Abb. i die
Spirale, in (:en Luftraum zwischen den Polen eines permanenten Magneten hinein.
Der Wechselstrom wird dein Kupferzvlinder transforrnatorisch durch die Primärspule
3 zugeführt. Der Zylinder 2 ist durch einen elastischen Bügel 5 an der Membran i
befestigt. An Stelle der transformatorischen Zuführung können auch unter Fortlassung
der Spule 3 Bürsten oder flexible "Zuleitungen treten. Dann intiß der Kupferzylinder
aufgeschnitten oder durch eine Spul:: ersetzt sein.
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In der Abb.3 wird der Stromleiter ehenfalls durch eine Spule 2 gebildet.
Er schwingt in dein ringförmigen Spalt zwischen den Polen eines Elektromagneten
von Topfform, der durch die Gleichstromwicklung G erregt wird. Der zum Betriebe
erforderliche Wechselstrom in 2 wird transformatorisch erzeugt durch einen in die
Wechselstromspule 3 gesandten primären Wechselstrom. Die Spule 2 ist auf eine elastische
Membran g aufgesetzt, welche ihrerseits unter Zwischenschaltung eines den zweiten
Massenteil des Schwingungsgebildes darstellenden Metallgewichts 8 an der eigentlichen
Schallmembran befestigt ist.
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Sollen Einrichtungen nach der Erfindung lediglich zum Schallempfang
dienen, dann werden sie zweckmäßig in kleiner Form ausgeführt. Da es hierbei nicht
ohne weiteres möglich ist, Anzeigeapparate (Telephone o. dgl.) von genügend kleinem
Widerstand zu bauen, um sie direkt an den einen durch nur eine oder wenige Windungen
gebildeten schwingenden Leiter anzulegen, so führt man denselben als Spule höherer
Wendungszahl aus und trägt gegebenenfalls durch an sich bekannte Mittel dafür Sorge,
claß die einzelnen Windungen nicht beim Schwingen sich in schädlicher Reibung gegeneinander
bewegen.