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Verfahren zur Herstellung einer Membran In dem Patent 503 827
ist eine Membran beschrieben worden, deren natürliche, flach gewölbte Schalengestalt
durch elastische "Zwangsspannungen so zurückgebogen wird, daß die Tiefe der Schale
sich verringert, ein Zustand, der in mehreren Arbeitsgängen oder in einem einzigen
herbeigeführt werden kann. An anderer Stelle ist die erstgenannte Herstellungsart
bereits ausführlicher erklärt worden.
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Der im folgenden erörterte Vorschlag zeigt eine zweite Methode, der
Membran in einem einzigen Arbeitsgang die akustisch wichtigen Eigenschaften zu verleihen,
also die rückwölbenden Zwangsspannungen zusammen mit der Dauerwölbung hervorzurufen.
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Abb. i zeigt im Schnitt eine Membran, die in einen Rahmen B fest eingespannt
ist. Die Membran sei kreisförmig und am ganzen Umfange eingespannt gedacht. Notwendig
ist beides nicht. Man unterscheidet einen flachen Mittelteil M und eine Randzone
F, vorzugsweise von kegelförmiger Gestalt. Drückt man den Mittelteil M mit einem
Stempel S von oben aus der flachen Form I in eine gewölbte II (Abb. 2), während
die Membran an ihrem äußersten Umfange oder an der Fassung B unterstützt wird, so
biegt sich gleichzeitig der Rand F elastisch nach unten durch. Sobald nun die Membran
vom Druck des Stempels S entlastet wird, federt der Rand F zurück, nimmt die benachbarten
Teile von M mit und erzeugt damit selbsttätig die elastischen Zwangsspannungen in
der Membran, die ihre natürliche Schalengestalt verflachen oder die Wölbung sogar
nach oben durchspringen lassen (III, Abb.3).
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Es handelt sich also um zwei aufeinanderfolgende selbständige Vorgänge,
die zu einem Arbeitsgange vereinigt sind. Der zweite Vorgang, das Hervorrufen der
Zwangsspannungen, wird von dem ersten eingeleitet und beim Zurückgehen des Stempels
ausgelöst.
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Bei dem bereits in dem Hauptpatent beschriebenen Verfahren des ganz
flachen Wölbens ohne besondere Randzone F übernehmen Teile der eigentlichen Membran,
deren Materialbeanspruchung beim Prägevorgang unterhalb der Streckgrenze geblieben
ist, vor allem die Randgegend, die Rolle der Kraftspeicherung zur Durchführung des
Rückwölbevorganges. Die Wölbungstiefe (Abb. q.) federt beim Heben des Stempels S
von f1 auf f' zurück. Sie muß deswegen ganz klein sein, weil bei zu tiefer Auswölbung
das Material in allen Teilen der Membran über die Streckgrenze hinaus beansprucht
wird, so daß eine Rückfederung. so gut wie gar nicht eintritt.
Es
entsteht dann lediglich eine durch ihre starr gewölbte Form versteifte Membran,
der natürlich nachträglich noch im besonderen Arbeitsgange die akustisch wichtigen
Elastizitätseigenschaften verliehen werden können.
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Man kann mit der Wölbungstiefe etwas weiter gehen, ohne statt der
semi-elastischen Prägung eine starre zu erzeugen, wenn man auch hier eine Randzone,
bei W (Abb. q), vom Stempeldruck frei läßt, also dort keine scharfe Kante ausprägt,
und wenn man nur einen Stempel benutzt, den konvexen, ohne einen den Prägedruck
unmittelbar abfangenden konkaven Gegenstempel (Matrize). Statt dessen wird die Membran
an ihrem äußeren Rande oder an der Fassung abgestützt und damit die Rückfederung
nach Aufhören des Prägedruckes begünstigt.
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Eine andere Art, die Zwangsspannungen zugleich mit der Wölbung zu
erzeugen, besteht darin, daß man nicht die Membran selbst unmittelbar auswölbt,
sondern die Wölbung mittelbar durch Einengung des Umfanges entstehen läßt.
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Wenn man z. B. (Abb. 5) die Fassung B anwärmt, bevor man die Membran
einspannt und diese selbst während des Einspannens, etwa durch Anfeuchten mit einer
Kühlflüssigkeit, abkühlt, so » wirft« sich die Membran, wenn der Temperaturausgleich
eingetreten ist. Gleichzeitig entstehen am Rande die Zwangsspannungen (Pfeile in
Abb. 5), die die Membran hindern, die ungezwungeneWölbungstiefe so auszubilden,
wie sie der Einengung der Peripherie bei voller Freiheit am Rande entsprechen würde.
Ist die Schrumpfung und damit .die Wölbung nur gering, so sind .die Lagen i und
z (Abb. 5) gleichwertig, und die Membran springt unter einem Druck auf die konvexe
Seite, von der einen in die andere Lage. Bei stärkerer Einengung dagegen wird der
Werkstoff zum Teil über die Streckgrenze hinaus beansprucht wie bei der Herstellung
durch direkte serni-elastische Prägung, und es wiegt eine der Lagen i und a vor.
Die Membran kehrt dann bei Verbiegung immer wieder in diese Lage zurück.
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Die Einengung der Fassung oder des Randes der Membran selbst und damit
deren Wölbung unter gleichzeitiger Erzeugung der Zwangsspannungen kann natürlich
auch auf rein mechanischem Wege mittels Schraub-und Keilvorrichtungen erfolgen.
Von einer genaueren Schilderung derartiger Einrichtungen möge hier abgesehen werden.
-Eine besondere Herstellungsweise verdient Beachtung und soll deshalb ausführlicher
erörtert werden. Wenn :man den Rand einer Membran zwischen zwei Fassungsringe B
einspannt und dabei einen erheblichen Druck auf die Randzone ausübt, so wird im
allgemeinen diese gestreckt und die Membran stramm gespannt, also das Gegenteil
von dem erreicht, was hier angestrebt wird. Das Bild ändert sich aber, wenn man
eine Vergrößerung des Durchmessers der Randzone künstlich hindert. Dann wird diese
gezwungen, sich ohne Änderung des mittleren Durchmessers radial nach innen und außen
zu verbreitern. Material aus der Randzone »fließt« also auch in das Innere, und
infolgedessen wölbt sich die Membran. Die Breitenausdehnung der gequetschten Randzone
gegenüber der Vergrößerung ihres mittleren Durchmessers wird beispielsweise begünstigt,
wenn man die Fassungsringe B auf den an der Membran anliegenden Flächen mit kreisförmigen
oder gekreuzten Rillen R versieht (Abb.6 und 7). Die Methode spricht deswegen so
an, weil sie durch dieselben Fassungsringe ausgeübt wird, die man meistens sowieso
braucht, unrl weil man gleichzeitig eine sehr innige Verbindung zwischen Membran
und Fassung herstellt.
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Man kann die Einengung auch hervorrufen, indem man eine Ringzone quetscht,
die nicht am äußeren Umfange der Membran liegt, so daß für das gepreßte Material
überwiegend die Neigung besteht, radial nach innen wegzufließen. Abb. S zeigt eine
Ausführungsform, in der die Quetschung zwischen Ringstempeln T vorgenommen wird.
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Die so erzeugte Wölbung hängt in erster Linie von der Stärke des Druckes,
dann aber auch von manchen Zufälligkeiten, wie z. B. den natürlichen Unterschieden
im Material, ab. Um diese auch hier auszuschalten, kann es zweckmäßig sein, das
freie Wölben durch Einengen mit dem Drücken zu verbinden. Man übt zunächst auf die
Fassungsringe, wenn nötig, mit der hydraulischen Presse einen so starken Druck aus,
daß die Membran sich wölbt. Dann behandelt man sie, wie früher geschildert, indem
man ihr durch Pressen mit Stempeln »Fasson« gibt, eine bestimmte Wölbung, und ihr
durch Aufdrücken entsprechender Zwangsspannungen die gewünschte Resonanzkurve verleiht.
Diese Kurve pflegt bei dem zuletzt beschriebenen Vorgehen besonders flache, also
akustisch günstig verlaufende Maxima aufzuweisen.
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Eine Herstellungsweise, die insofern zu den bereits an anderer Stelle
behandelten Verfahren gehört, als sie mehrere Arbeitsgänge umfaßt, werde an dieser
Stelle beschrieben, da sie mit allen beiden in diesem Patent behandelten Arbeitsmethoden
verwandt ist. Die Membran wird zunächst in die Form i (A bb. g) gedrückt, gleichgültig,
ob mit starrer oder semi-elastischer Prägung. Zwängt man dann die Membran über die
ebene Strecklage hinweg nach oben durch in
Lage 2 und wiederholt
nach Bedarf das Durchdrücken, so spielt sich die Membran von selbst bezüglich ihres
Durchinessers Z und ihrer Zwangsspannungen ein. Im allgemeinen ist sie schon nach
dein ersten Durchdrücken sprunghaft geworden, indem sie unter einen gewissen Druck
auf die jeweilige konvexe Seite in die entgegengesetzte Lage überspringt. Zweckmäßig
sieht man auch bei dieser Bearbeitungsart eine Randzone F vor, die Formbarkeit und
Widerstandsfähigkeit in sich vereinigt und neben ler Tiefe der Vorwölbung bestimmend
ist für die Eigenschaften der fertigen Membran.
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Mit Rücksicht auf unbeabsichtigte und unkontrollierbare 1?inflüsse
ist es auch zweckmäßig, den Membranen erst nach ihrer Einspannung die günstigen
Eigenschaften zu verleihen und sie dann womöglich nicht mehr aus ihrer Fassung zu
entfernen, sie vielmehr mit dieser zusammen in das akustische lnstrument einzubauen.
Unerläßlich für die Durchführung der Verfahren ist die Einspannung nicht, vorausgesetzt,
daß in der Fabrikation Maßnahmen getroffen werden, um die Nachteile innerhalb der
zulässigen Toleranzen für die Oualität der akustischen Instrumente zu halten.