DE583538C - Elektromagnetischer Lautsprecher mit einem mehrere Polpaare aufweisenden Magnetsystem und einem in die Luftspalte zwischen den Polpaaren hineinragenden, parallel zu deren End-flaechen hin und her beweglichen Anker - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein elektromagnetisch betätigter Lautsprecher. Die allgemeine Tendenz bei Lautsprecherkonstruktionen geht zur Zeit dahin, die Membran und die Einzelteile des elektromagnetischen Systems so auszubilden und anzuordnen, daß die Reaktionskräfte in der ganzen Kombination auf ein Minimum reduziert werden und geringer bleiben als die Kräfte, die von der Luft auf die Membran während deren Schwingung ausgeübt werden. D er Betätigungsmechanismus bzw. der beweglicheTeil der sogenannten elektrodynamischen Lautsprecher folgt dieser Tendenz, weil der für diese Art von Laut-Sprechern charakteristische Spulenanker sich in einer zu den Polendflächen parallelen Bahn bewegt, so daß keine Notwendigkeit besteht, für die Ankerspule eine federnde Rückzugskraft vorzusehen, etwa von der Art, wie sie

ao beispielsweise zur Steuerung des Ankers in einem elektromagnetischen System mit ausgeglichenem Anker erforderlich ist. Indessen sind elektrodynamische Lautsprecher teuer in der Herstellung, erfordern einen elektrisch erregten Feldmagneten und haben auch sonst noch Nachteile. Infolgedessen hat man mehrfach versucht, die Ankerspule durch einen hin und her gehenden magnetischen Anker zu ersetzen, der so angeordnet ist, daß er eine ähnliche Bewegung wie die Spule ausführen kann, d. h. in einer zu den Polendflächen parallelen Bahn. Indessen ist es bisher nicht gelungen, einen Lautsprecher dieser Art herzustellen, welcher über den gesamten Frequenzbereich hin wirksam und zur Wiedergabe der tiefsten und höchsten Frequenzen mit genügender Klangtreue imstande wäre. Es hat sich gezeigt, daß dies unter anderem von einer unzweckmäßigen gegenseitigen Lage zwischen Anker und Polendflächen herrührt, die magnetische Kräfte hervorbringt, welche auf die verlangten Ankerbewegungen störend einwirken. Wenn diese Kraft derjenigen, welche die gewünschte Ankerbewegung hervorruft, entgegengesetzt gerichtet ist, so sagt man, daß der Anker magnetische Steifigkeit besitzt. Wirkt die Kraft dagegen in der gleichen Richtung wie die die gewünschte Ankerbewegung

hervorrufende Kraft, so spricht man von magnetisch negativer Steifigkeit. Magnetische Steifigkeit ist eine Reaktionskraft von der Art, welche vermindert oder eliminiert werden muß, wenn die im folgenden beschiiebene Art von Lautsprechern die oben erläuterte Tendenz verfolgen will. Magnetisch negative Steifigkeit äußert sich vorzugsweise in Verzerrung. Wenn der Anker nicht in gehöriger Weise in to bezug auf die Polendflächen angeordnet ist, so wächst während des Maximalausschlages des Ankers der zwischen den Polen an dem einen Ende des Ankers bestehende Kraftfluß nicht in dem gleichen A^erhältnis, in dem der Kraftfluß zwischen den Polen an dem anderen Ankerende fallt. Infolgedessen bleibt der Gesamtfluß nicht konstant, und es gibt eine oder mehrere Ankerstellungen, in denen der Gesamtnuß ein Maximum hat und in die der Anker sich zu stellen sucht. Ist die Ruhestellung des Ankers eine zentrale und sucht er diese Stellung einzunehmen, weil in ihr der Gesamtfluß den größten Wert hat, so besitzt der Anker magnetische Steifigkeit. Ist dagegen der Gesamtfluß in einer Außenstellung des Ankers ein Maximum, so sucht der Anker in diese Stellung zu gelangen und in ihr zu verbleiben, in welchem Fall er eine magnetisch negative Steifigkeit besitzt.
Erfindungsgemäß wird eine Betätigungsvorrichtung für Lautsprecher vorgesehen, welche ihren Ausgangspunkt in der.oben beschriebenen Art von Vorrichtungen hat, bei denen der magnetische Anker sich in einer zu den Polendflächen parallelen Bahn bewegt. Die Anordnung ist jedoch in bezug auf den Anker, die Polschuhe oder in bezug auf beide so abgeändert und in anderen Einzelheiten so ausgebildet, daß die magnetische Steifigkeit des Ankers auf das erforderliche Ausmaß verringert ist, vorzugsweise auf Null. Die Vorrichtung arbeitet daher wirksam über den ganzen Frequenzbereich und gibt höchste und tiefste Frequenzen mit bemerkenswerter Klangtreue wieder. Die Herabsetzung der magnetischen Steifigkeit des Ankers befähigt den letzteren, unmittelbar und vollkommen jeder Kraft zu folgen, welche ihn zu verschieben sucht, ohne daß er irgendeine Tendenz, sich selbst in seine Ausgangs- oder eine andere Stellung zurückzubringen, zeigt. Durch passende Anwendung der Maßnahmen, welche diesen Erfolg herbeiführen, kann man entweder die magnetische Steifigkeit des Ankers vollkommen beseitigen oder auch bis zu einem gewissen Grade beibehalten, um" sie -gegebenenfalls als eine schwache Rückzugskraft für den Anker zu benutzen.

Erfindungsgemäß ist der Anker, der in die Luftspalte zwischen den Polpaaren des Magnetsystems hineinragt und parallel zu deren Endflächen hin und her beweglich ist, in magnetisch ganz oder nahezu voneinander unabhängige Teile unterteilt, und es sind der Abstand der Polpaare in der Bewegungsrichtung des Ankers sowie die Länge der Ankerteile und der Abstand voneinander so bemessen, daß die Ankerteile bei der Mittelstellung des Ankers weniger als die Hälfte der Polendflächen überlappen. Auf diese Weise befindet sich der eine Ankerteil seitwärts seiner zugehörigen Polendflächen und außerhalb des Luftspaltes zwischen diesen, wenn der andere Ankerteil sich genau zwischen den zu ihm gehörenden Polendflächen befindet.

Die Unterteilung des Ankers in magnetisch ganz oder nahezu voneinander unabhängige Teile läuft darauf hinaus, magnetisch voneinander unabhängige Anker vorzusehen (einen für jeden Luftspalt), die jedoch so miteinander vereinigt sind, daß sie sich als eine Einheit bewegen. Hierdurch ergibt sich eine magnetische Kopplung zwischen den Polwicklungen auf entgegengesetzten Seiten des Ankers, und dadurch lassen sich Resultate erzielen, die bedeutend besser sind als in dem Falle, in dem die magnetische Kopplung durch einen Anker verhindert wird, der von einem Ende bis zum anderen durch und durch magnetisch ist und daher einen Weg für den magnetischen Kraftfluß in der Längsrichtung des Ankers ermöglicht.

Durch die erfindungsgemäß gewählte Lage der Ankerteile gegenüber den Polendflächen in der Mittelstellung des Ankers wird die magnetische Steifigkeit des Ankers wesentlich verringert bzw. beseitigt.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen des elektromagnetischenLautsprechers dargestellt, deren Anker so ausge- too bildet sind, daß die Ankerteile in den Luftspalten ganz oder nahezu voneinander magnetisch unabhängig sind.

Abb. ι ist eine Seitenansicht eines Lautsprechers mit einem permanenten Feldmagneten;

Abb. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Abb. 1;

Abb. 3 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform mit einem elektrisch erregten Feldmagneten;

Abb. 4 und S sind weitere Ausführungsformen mit mehr als zwei Polschuhen auf jeder Seite des Ankers;

Abb. 6 stellt eine Einzelheit dar, welche χ

erkennen läßt, wie der Anker aus einem einzigen Metallstück gestanzt werden kann; Abb. 7 ist eine Seitenansicht einer weiteren

Ausführungsform, teilweise im Schnitt, und

Abb. 8 ein Schnitt längs der Linie 8-8 in Abb. ₇;

Abb. 9 bis 24 sind Diagramme und Kurven,

welche zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung dienen.

In Abb. ι bis 2 ist ι ο ein permanenter Hufeisenmagnet, an dessen Enden mittels Bolzen 110. dgl. lamellierte Polschuhe 12 und 13 befestigt sind, von denen der erstere einen Nord- und der letztere einen Südpol darstellt. Die Polschuhe 12 und 13 sind gegabelt, so daß sie Doppelpole bilden, die bzw. mit N₁ und N₂ und mit S₁ und S₂ bezeichnet sind. An den Polen N₁ und S₂ sind Spulen 14 bzw. 15 angeordnet, welche zweckmäßig in entgegengesetztem Sinne gewickelt sind. Sie erzeugen daher entgegengesetzt gerichtete Kraftflüsse, wenn sie entsprechend den elektrischen Impulsen erregt werden, die durch den Lautsprecher in Schallwellen umgewandelt werden sollen, z. B. wenn die Spulen mit dem Ausgangskreis eines Radioempfängers o. dgl. verbunden werden.

In den Luftspalten zwischen den Polen JV₁, Λ^Γ ₂ und S₁, S₂ ist der Anker 16 angeordnet, welcher zwei magnetische Teile 17 und 18 besitzt, z. B. Blöcke oder Streifen aus Siliziumstahl o. dgl. Der eine dieser Teile ist in der Nähe der Pole N₁, S₁ angeordnet und der andere in der Nähe der Pole N₂, S₂. Die Ankerteile 17 und 18 sind in bezug-auf die genannten Pole so angeordnet, daß sie in der dargeteilten Weise die Polendflächen teilweise überdecken. Die magnetischen Teile 17 und 18 sind miteinander durch unmagnetische Stäbe 19 aus Material hohen Widerstandes, z. B. Neusilber, Chromnickel ο. dgl., verbunden, die über die Teile 17 und 18 hinausragen und als Träger 19' für den Anker dienen. Die heraus ragenden Teile 19' sind an ihren Enden mit Blattfedern 20 und 21 verbunden, welche ihrerseits mit ihren anderen Enden mittels Schrauben 21 o. dgl. an den Polschuhen 13 und 12 befestigt sind. Die Federn 20 und 21 bestehen zweckmäßig aus irgendeinem leichten Metallblech, z. B. Duraluminium, und sind an ihren Seiten mit Versteifungsflanschen versehen, die sich jedoch nicht bis zu den Enden der Federn erstrecken, so daß die letzteren sich hier frei biegen können. Der Zweck der Flanschen ist die Verhinderung von Eigenschwingungen der Federn mit Hörbarkeitsfrequenz. Der Antriebsstab 22 ist an seinem einen Ende in geeigneter Weise mit dem Anker 16 verbunden und an seinem anderen Ende mit der Membran 23, welche vorzugsweise die übliche konische Form hat.

Abb. 6 läßt erkennen, wie der Anker 16 aus einem einzigen Stück magnetischen Materials gestanzt werden kann. Die Stäbe 19 sind so dünn wie möglich gehalten, so daß sie zwischen den magnetischen Teilen 17 und 18 Verbindungen von hohem Widerstand bilden. Der Antriebsstab 22 und die Vorsprünge 19' können in ähnlicher Weise aus demselben Stück gestanzt werden, wodurch sich eine wirtschaftliche Herstellung ermöglichen läßt.

Da die Ankerteile 17 und 18 magnetisch voneinander unabhängig sind, so besteht zwischen ihnen kein Weg für einen Kraftfluß von nennenswerter Größe. Der zwischen den Polen N₁ und S₁ hervorgerufene Fluß geht unmittelbar durch den Luftspalt zwischen ihnen und quer durch das Stück 17, während der Fluß zwischen den Polen A^r ₂ und S₂ quer durch das Stück 18 hindurchgeht. Infolgedessen sind die Wicklungen auf den gegenüberliegenden Seiten des Ankers magnetisch miteinander gekoppelt, anstatt magnetisch gegeneinander abgeschirmt zu sein, wie es der Fall sein würde, wenn der ganze Anker ein magnetischer Leiter wäre oder wenn die Teile 17 und 18 miteinander magnetisch verbunden wären.

Angenommen, der normale Fluß des Hufeisenmagneten 10 habe die Richtung der punktierten Pfeile gemäß Abb. 1, und der Strom in den Spulen 14 und 15 fließt entgegen bzw. im Sinne des Uhrzeigers, dann wird durch . den Strom ein Kraftfeld in der Richtung der ausgezogenen Pfeile induziert, welches sich an den Polen N₁ und S₁ dem Feld des Magneten überlagert und das letztere verstärkt, dagegen an den Polen .V₂ und S₂ dem Feld des Magneten entgegenwirkt und das letztere schwächt. Infolgedessen wird das Stück 17 und der Anker 16 in Abb. 1 nach links gezogen. Die Amplitude der Bewegung des Stückes 17 ist natürlich der Intensität des elektromagnetischen Feldes proportional, welches durch den Stromnuß in den Spulen 14 und 15 hervorgerufen wird. Fließt umgekehrt durch die Spulen 14 und 15¹ ein Strom im Uhrzeigersinne bzw. entgegengesetzt dazu, so wird die Feldrichtung umgekehrt, d. h. der Fluß zwischen den Polen N₂ und S₂ wächst, während der Fluß zwischen den Polen N₁ und S₁ abnimmt, so daß der Anker 16 zwischen die Pole N₂ und S₂ gezogen wird.

Der Streufluß, welcher die Bewegung des Ankers .verzögert, ist durch Abschrägen der äußeren Kanten der vier Polschuhe gemäß Abb. ι herabgesetzt, so daß die Polendflächen in der Bewegungsrichtung des Ankers im wesentlichen die gleiche Größe wie die Ankerteile 17 und 18 haben. Es ist zweckmäßig, die Ankerteile ebenso groß wie die Polendflächen zu machen. Wegen dieser wirksamen Übertragung und Ausnutzung des Arbeitsflusses kann ein einfacher permanenter Magnet benutzt werden.

Abb. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Lautsprecher mit einem elektrisch erregten Feldmagneten. Bei dieser Ausführungsform ist der Magnet lamelliert und be-

steht aus zwei gleichen Teilen 24 und 24', welche miteinander durch einen Niet 25 o. dgl. verbunden sind, so daß die Polschuhe in festen Abständen zueinander gehalten werden. Das magnetische Feld zwischen den Polen JV₁, S₁ bzw. N₂, S₂ wird durch einen konstanten Strom in der auf dem Magnetkern 24, 24' angeordneten Erregerwicklung 26 erzeugt. Der Anker 16 ist in dem Luftspalt zwischen den Polen in gleicher Weise wie in Abb. 1 angeordnet, abgesehen davon, daß die Federn 20 und 21 an besonderen Armen 27 und 28 befestigt sind. Bei dieser Anordnung sind die Kraftflußwege die gleichen, wie oben beschrieben, nur sind die Polstücke und die Ankerteile so ausgebildet, daß der Streufluß noch weiter herabgesetzt wird, und zwar ist dies dadurch erreicht, daß der Weg, den der Streufluß normalerweise einschlagen würde, verao längert worden ist, so daß die Intensität des Streuflusses herabgesetzt wird.

Abb. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen der Erfindung bei Lautsprechern, welche mehr als zwei Pole auf jeder Seite des Ankers besitzen. Lameliierte Polschuhe 12 und 13 sind an den Enden des Hufeisenmagneten 10 mittels Bolzen 11 befestigt und derart geschlitzt, daß vier gegenüberliegende Pole entstehen, welche mit JV₁, A^r ₂, IV₃, Ά^Γ ₄ bei Polschuh 12 und mit S₁, S₂, S₃ und .S₄ bei Polschuh 13 bezeichnet sind. An den Nordpolen sind Spulen 27 und an den Südpolen Spulen 28 angeordnet, die so gewickelt sind, daß der Kraftfluß in den vier linken Polen wächst und in den vier rechten Polen abnimmt, oder umgekehrt. Wenn der Kraftfluß zwischen N₃-S₃ und N₄-S₄ wächst und zwischen N₁-S₁ und N₂-S₂ abnimmt, so bewegt sich der Anker von links nach rechts, wobei die Ankerstücke 31 und 32 derart in bezug auf die Pole angeordnet sind, daß sie durch Jen anwachsenden Fluß in eine Lage gebracht werden, in der sie die Pole N₃-S₃ und N₄-S₄ überdecken, während die Ankerteile 29 und 30 von den Polen JV₁-S₁ und JV₂-S₂ weggezogen werden. Umgekehrt bewegt sich der Anker von rechts nach links, wenn dei Fluß zwischen JV₁-S₁ und JV₂-S₂ wächst und zwischen JV₃-S₃ und N₄-S₄ abnimmt. In Abb. 5 sind die Spulen 33 und 34 so miteinander verbunden und auf den zugehörigen Nord- und Südpolen derart angeordnet, daß der Kraftfluß in der durch die Pfeile angedeuteten Weise zwischen N₂-S₂ bzw. JV₄-S₄wächst, während der Fluß zwischen JV₁-S₁ bzw. JV₃-S₃ abnimmt, und umgekehrt. Sind die Ankerstücke 35, 36, 37 und 38 in bezug aufeinander und auf die Pole so angeordnet, wie es die . Zeichnung erkennen läßt, so ruft eine Strom-Schwankung in den Spulen eine hin und her gehende Bewegung des Ankers hervor.

Anstatt zur Änderung der Flußverteilung Spulen auf den Polschuhen des Feldmagneten anzuordnen, kann man die Spulen auch auf dem Anker anordnen. Dies ist dargestellt in Abb. 7 und 8,' in denen die Polschuhe 12' und 13' den Polschuhen 12 und 13 in Abb. 1 entsprechen, jedoch keine Spulen tragen.

Die Spulen 14', 15' sind vielmehr auf den Ankerstücken 17' und 18' angeordnet. Die Ankerstücke sind in der oben beschriebenen Weise magnetisch, voneinander unabhängig, jedoch mittels der Stäbe 39 zu einer Einheit zusammengefügt. Zwei dieser Stäbe sind an dem einen Ankerende mit Federn 20' verbunden, welche den Federn 20 der Abb. 1 entsprechen, und die beiden anderen Stäbe sind an dem anderen Ankerende mit Federn 21' verbunden, welche der Feder 21 in Abb. 1 entsprechen. Die Spulen 14'und 15'sind so gewickelt, daß bei ihrer Erregung der Fluß zwischen den Polen am einen Ende des Ankers wächst, während der Fluß am anderen Ende abnimmt, und umgekehrt. Hieraus resultiert eine hin und her gehendeBewegung des Ankers, wenn die Spulen 14' und 15' durch veränderliche Ströme erregt werden.

Die Anwendung eines unterteilten Ankers, d. h. eines solchen, welcher von einem Luftspalt bis zum nächsten im magnetischen Sinne unstetig ist, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, bringt einen größeren Wirkungsgrad und eine bessere Wiedergabe der höheren und tieferen Frequenzen mit sich. Es ist jedoch noch die magnetische Steifigkeit des Ankers zu betrachten. Zur Erläuterung' dienen die Abb. 9 und 24, welche die Ursache der Steifigkeit und ihre Beseitigung darlegen. Hat der Anker eine mit dem Abstand des Mittelpunktes der Polendflächen übereinstim- ioo mende wirksame Länge, wie es in der herkömmlichen Praxis geschieht und in Abb. 9 dargestellt ist, so ist die magnetische Steifigkeit des Ankers, oder mit anderen Worten, die Kraft, welche den Anker in seine Mittelstellung zu ziehen sucht, wesentlich größer, als man erwartet. Der Grund hierfür wird klar, wenn man den Fluß zwischen den Polen an dem einen Ankerende mit dem Fluß zwischen den Polen am anderen Ende für verschiedene Ankerstellungen betrachtet. Angenommen, der Anker nach Abb. 9 wäre in die Stellung gemäß Abb. 10 gebracht worden, in der die Außenfläche des Ankerstückes 17 mit den Außenkanten der Pole JV₁ und S₁ zusammenfällt. Ausgehend hiervon mögen die Flußänderungen betrachtet werden, welche zwischen den Polen N₁ und S₁ statthaben, wenn der Anker einen vollständigen Ausschlag nach rechts bis zu der in Abb. 11 gezeichneten Stellung ausführt, bei der die Außenfläche des Ankerstückes 18 mit den

Außenkanten der Pole N₂ und S₂ zusammenfällt. Danach mögen für die gleiche Bewegung des Ankers die zwischen den Polen A^r ₂ und S_s stattfindenden Flußänderungen betrachtet werden. Bei der folgenden Erörterung werden lediglich die durch die Ankerbewegung verursachten Flußänderungen betrachtet, weil lediglich diejenige magnetische Steifigkeit des Ankers zu erörtern ist, welche

ίο von denjenigen Flußänderungen herrührt, die durch die Ankerbewegung ohne Rücksicht auf die bewegende Kraft hervorgerufen werden.

In Abb. 12 ist die Ausgangsstellung des Ankerstückes 17 in ausgezogenen Linien und seine Endstellung in punktierten Linien dargestellt. Der Betrag der Verschiebung ist durch die senkrechten Linien χ und y angedeutet. Die Flußänderungen zwischen den Polen N₁ und S₁, welche während der Bewegung des Ankerstückes 17 in die punktierte Lage gemäß Abb. 12 statthaben, sind in der Abb. durch die Kurve α dargestellt. Die Abszissen stellen die Verschiebung des Anker-Stückes 17 und die Ordinaten stellen den Fluß im Luftspalt dar. Bei Beginn der Bewegung, d h. wenn das Ankerstück 17 in der ausgezogenen Stellung ist, hat der Kraftfluß ein Maximum, welches durch den Punkt g¹⁷ der Kurve dargestellt ist. Bei der Bewegung des Ankerstückes 17 nach rechts nimmt der Fluß allmählich ab. Es hat sich gezeigt, daß die die Abnahme des Flusses darstellende Kurve die gezeichnete Form hat. Der Fluß am Ende des Ausschlages, d.h. wenn das Ankerstück 17 in der punktierten Stellung gemäß Abb. 12 ist, wird durch den Kurvenpunkt h¹⁷ dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß, wenn das Ankerstück seine Bewegung nach rechts weiter fortsetzen würde, der Fluß weiterhin abnehmen und die Kurve sich in einer abwärts gerichteten Schleife bis zum Nullfluß fortsetzen würde, wie durch den punktierten Kurventeil rechts von der Linie y angedeutet ist.

Der Punkt h¹⁷ liegt an einer verhältnismäßig steil abfallenden Stelle der Kurve und etwas oberhalb der Kurvenpunkte des flacheren rechten Kurventeiles; mit anderen Worten, während der Fluß bei der ausgezogenen Stellung des Ankerstückes 17 ein Maximum aufweist, erreicht er nicht das entsprechende Minimum, wenn das Ankerstück 17 in der punktiert gezeichneten Stellung ist, vielmehr müßte der Ankerteil 17 noch weiter nach rechts verschoben werden, damit der Punkt h¹⁷ eine Lage in dem tieferen Kurventeil erreicht, welche mit derjenigen des Punktes g¹⁷ in dem oberen Teil der Kurve verglichen werden könnte. Versuche haben gezeigt, daß die Kurve α eine solehe Gestalt hat, daß, wenn der Punkt h¹⁷ eine tiefere Lage auf der Kurve hätte, z.B. beim Punkt A¹⁷, dann die Kurve zwischen den Punkten g·¹⁷ und h¹⁷ nahezu ein symmetrischer Teil einer Sinuskurve wäre, welcher sich vom Mittelpunkt eines positiven Scheitels zu dem Mittelpunkt eines benachbarten negativen Scheitels erstreckt. Liegt indessen der Punkt h¹⁷ an einer verhältnismäßig abschüssigen Stelle der Kurve a, wie in Abb. 12, so ist die Kurve, wenn sie auch zwischen den Punkten g¹⁷ und h¹⁷ sinusförmig ist, doch nicht symmetrisch. Der Grund, warum der Kraftfluß an derpunktiertgezeichneten Stellung 17 (Abb. 12, dargestellt durch den Punkt h¹⁷) nicht näher an Null liegt, ist darin zu suchen, daß ein beträchtlicher Streufluß vorhanden ist, wie Abb. 11 erkennen läßt. Diese Abb. zeigt auch, daß der Fluß bei einer weiteren Bewegung des Ankerstückes 17 nach rechts weiter abnehmen würde. Dies ist klar, wenn man die Darstellung des Flusses in Abb. 11 mit derjenigen in Abb. 18 vergleicht, in der ein ähnliches Ankerstück in einer weiter nach rechts verschobenen Stellung dargestellt ist.

Nunmehr möge die Flußänderung zwischen den Polen am anderen Ende des Ankers während der gleichen Bewegung betrachtet werden. Bei Beginn dieser Bewegung hat das Ankerstück 18 die voll ausgezogene Stellung gemäß Abb. 13 und bewegt sich in die go durch die punktierten Linien angedeutete Stellung. Während dieser Bewegung ändert sich der Fluß in derselben Art wie in bezug auf das Stück 17, aber in entgegengesetztem Sinne, wie es die Kurve b in Abb. 13 darstellt. Der Punkt h¹⁸ auf dieser Kurve stellt den Fluß zu Beginn des Ausschlages des Ankerstückes 18 dar und liegt etwas oberhalb der Kurvenpunkte auf dem flacheren linken Kurventeil, der punktiert dargestellt ist. Mit anderen Worten, wenn das Stück 18 seinen Ausschlag beginnt, so ist der Fluß merklich oberhalb Null, und zwar aus dem gleichen Grunde, aus dem der Fluß am anderen Ankerende wesentlich über Null liegt, wenn das Ankerstück 17 seine punktierte Stellung gemäß Abb. 12 erreicht.

Werden nun die unsymmetrischen Kurven a und b gemäß Abb. 14 superponiert, so sieht man, daß, wenn der Anker seine Bewegung von links nach rechts ausführt und sich der Mittelstellung nähert, der Fluß zwischen den Polen rechter Hand in einem schnelleren Verhältnis wächst, als der Fluß zwischen den Polen linker Hand abnimmt. Die Kurven a und b schneiden sich daher in einem Punkt, der merklich oberhalb der den durchschnittlichen Fluß darstellenden Linie i liegt. Überschreitet der Anker seine Mittelstellung, so wächst der Fluß zwischen den Polen rechter Hand in einem geringeren Grade, als der Fluß zwischen den Polen linker Hand abnimmt.

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Um eine vollkommene Ausbalanzierung des Ankers zu erreichen und jede Rück'zugskraft in irgendeiner Richtung zu vermeiden, müßte der Fluß zwischen den Polen am einen Ende des Ankers genau im gleichen Verhältnis wachsen, wie der Fluß zwischen den Polen am anderen Ankerende abnimmt, und umgekehrt. Mit anderen "Worten, der GesamtfLuß an beidenAnkerenden müßte stets den gleichen Wert ίο haben. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn die Bedingungen so sind, wie oben beschrieben, denn beim Superponieren der Kurven α und b ergibt sich, eine Kurve wie die mit a -j- b in Abb. 15 bezeichnete. Diese Kurve zeigt, daß in der Mittelstellung des Ankers der Gesamtfluß größer ist als in irgendeiner anderen Stellung. Da nun der Anker sich in die Stellung zu bringen sucht, in der der Gesamtfluß am größten ist, so ist es klar, daß der Anker stets in seine Mittelstellung gemäß Abb. 9 zurückzukehren sucht, wenn er nach irgendeiner Richtung aus dieser Lage verschoben worden ist. Wäre dagegen die Kurve α -f- b in Abb. 15 eine gerade Linie, welche erkennen ließe, daß der Gesamtfluß konstant bleibt, oder mit anderen Worten: würde der Fluß zwischen den Polen am einen Ankerende im gleichen Verhältnis anwachsen, wie er am anderen Ende abnimmt, und umgekehrt, so würde der Anker jeweils in derjenigen Stellung stehenbleiben, in die er verschoben worden ist, ohne die Neigung, in dieMittelstellungzurückzukehren, zu zeigen. Dies kann herbeigeführt werden, indem man die wirksame Länge des Ankers so verkürzt, daß die Endstücke in bezug auf die Polendflächen eine nach innen verschobene Lage aufweisen. Der Betrag, um den der Anker verkürzt werden muß, und der Einfluß der Verkürzung auf die Wirkungsweise des Lautsprechers möge an Hand der folgenden Erläuterung auseinandergesetzt werden, wobei vorausgesetzt wird, daß der in Abb. 16 dargestellte Anker 17', i8'- derart verkürzt ist, daß die magnetische Steifigkeit auf Null herabgedrückt wird. Abb. 17 bis 22 entsprechen den Abb. 10 bis 15 und zeigen die Flußänderungen, welche für den verkürzten Anker 17', iS' der Abb. 16 bei der gleichen Art von Bewegung statthaben, d. h. bei einer solchen, bei der der Anker, ausgehend von einer Anfangsstellung, in der die Außenfläche des Ankerstückes 17' mit den äußeren Kanten der Pole N₁ und S₁ (Abb. 17) zusammenfällt, sich in eine Stellung bewegt, in der die Außenfläche des Ankerstückes 18' mit den äußeren Kanten der Pole JV₂ und .S₂ (Abb. 18) zusammenfällt. Abb. 19 zeigt, daß, wenn das Ankerstück 17' seine Bewegung nach rechts beginnt, der Fluß seinen größten, durch den Punkt g¹⁷' dargestellten Wert auf der Kurve a' hat. Gelangt indessen das Stück 17' am Ende seines Ausschlages in die durch die punktierten Linien in Abb. 19 dargestellte Lage, so ist die Verschiebung nunmehr x'-y' anstatt x-y wie vorher, und der Fluß für die rechte Endstellung des Stückes 17' wird durch den Kurvenpunkt W dargestellt. Da die Kurve a' langer ist als die Kurve α in Abb.12, so liegt der Punkt W tiefer als der Kurvenpunkt h¹⁷ in Abb. 12. Ebenso ist es hinsieht-Hch der Fluß änderungen zwischen den Polen am anderen Ankerende. Der Punkt h¹⁸' (Abb. 20) liegt auf der Kurve b' tiefer als der Punkt h^1B auf der Kurve b in Abb. 13. Werden nun die Kurven«' und b' superponiert wie in Abb. 21, so stellt sich heraus, daß sie vollkommen symmetrisch sind und sich auf der den durchschnittlichen Fluß darstellenden Linie i schneiden. Dies rührt daher, daß die Punkte h¹⁷ und h¹⁸ (Abb. 12 und 13) auf ihren zugehörigen Kurven derart gesenkt worden sind, daß sie nunmehr die Lage hⁱ⁷', h¹⁸' (Abb. 19 und 20) einnehmen. Infolgedessen stellen die zwischen den Verschiebungslinien gelegenen Kurventeile einen vollständig symmetrischen Teil einer Sinuskurve dar, und zwar einen solchen, der sich vom Mittelpunkt eines positiven Scheitels zu dem Mittelpunkt eines benachbarten negativen Scheitels erstreckt. Werden zwei derartige Sinuskurventeile mit entgegengesetzter Phase überlagert, so sind sie vollkommen symmetrisch. Die Summe der Kurven a' und b ergibt eine Kurve a! -\- V, welche vollkommen gradlinig ist (Abb. 27). Der Fluß zwischen den Polen am einen Ankerende wächst während des ganzen Ausschlages genau im gleichen Verhältnis, wie der Fluß zwischen den Polen am anderen Ankerende abnimmt, und umgekehrt, und der Gesamtfluß bleibt konstant. Ganz gleichgültig, xoo in welcher Stellung der Anker sich befindet, es gibt keine andere Stellung, in welcher der Gesamtfluß größer wäre, und infolgedessen hat der Anker keine Tendenz, in die Mittelstellung oder irgendeine andere Stellung zurückzukehren.

Für andere Verschiebungen, welche größer als χ— y sind, sind die Kurven allerdings nicht vollständig symmetrisch, und ihre Summe ist keine gerade Linie vom einen no Ende bis zum anderen. Der Motor ist jedoch für eine Maximalbewegung des Ankers von der in Abb. 17 gezeigten Lage zu der in Abb. 18 dargestellten entworfen, und infolgedessen können die außerhalb der Linien x' und 37' liegenden Kurventeile in Abb. 21 außer Betracht bleiben. Es ist einleuchtend, daß für Ankerbewegungen über Strecken, welche kürzer sind als der Abstand x' — y', z. B. über x" nach y" (Abb. 21), die Kurven nach wie vor sinusförmig sind und symmetrisch liegen, so daß ihre Summe eine gerade Linie ergibt und

infolgedessen keine Rückzugskraft für den Anker vorhanden ist.

Es ist klar, daß es zur Verwirklichung der Bedingungen, unter denen die Punkte k¹"¹ und h¹⁸ auf ihre neuen Stellungen h¹⁷ und h^ls auf den Kurven gesenkt werden, erforderlich ist, die wirksame Länge des Ankers in Abb. 9 um einen Betrag zu verkürzen, welcher den Maximalausschlag von der Strecke x-y auf die to Strecke x'-y' vergrößert. Wird die Differenz dieser Strecken mit d bezeichnet, so muß jedes

Ende des Ankers in Abb. 9 um den Betrag —

verkürzt werden, wie Abb. 16 erkennen läßt.

Hierdurch wird erreicht, daß jedes Ankerende in bezug auf die zugehörigen' Polendflächen um einen solchen Abstand verschoben wird, daß, wenn ein Ankerende von den zugehörigen Polendflächen zurückgezogen wird, der Fluß schneller absinkt und einen tieferen Punkt auf seiner Kurve erreicht, als wenn die wirksame Länge des Ankers größer wäre. Es mag darauf hingewiesen werden, daß, wenn die Gesamtlänge des Ankers um einen größeren Betrag als d verkürzt wird, dann die Punkte h¹⁷ und h¹⁸ in eine noch tiefere Lage auf ihren zugehörigen Kurven verschoben werden und daß beim Superponieren der Flußkurve sich eine unsymmetrische Bedingung ergeben würde wie in Abb. 14, nur daß die Kurven sich unterhalb der durchschnittlichen Flußlinie schneiden würden. Die Summenkurve würde eine nach unten konvexe Linie bilden anstatt einer nach oben konvexen wie in Abb. 15. Ein derartiger Anker würde daher die Neigung haben, sich in eine der äußeren Stellungen anstatt in die Mittelstellung zu bringen. Der Anker hätte daher eine magnetisch negative Steifigkeit, so daß es vorzuziehen ist, den Anker um den Betrag d und nicht um mehr zu verkürzen, so daß die magnetische Steifigkeit ungefähr Null wird.

Die Beziehung zwischen dem Anker und

den Polflächen ist gegenseitig, und der gewünschte Erfolg kann anstatt durch Verkürzen der gesamten Ankerlänge auch dadurch erreicht werden, daß man den Abstand der Polpaare voneinander vergrößert.

Abb. 23 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Streufluß von jedem Polendflächenpaar zu den zurückgezogenen Ankerenden bei einer Anordnung ähnlich der in Abb. 9 dadurch herabgesetzt ist, daß die inneren Kanten der Polschuhe in der bei 40 angedeuteten Weise abgeschrägt sind. Dies ist eine Zwischenlösung zwischen der Anordnung gemäß Abb. 9, wo die Kanten nicht abgeschrägt sind, und einer solchen, bei der der Abstand zwischen den Polschuhpaaren

So vergrößert ist, weil die Vergrößerung dieses Abstandes auf dasselbe hinauskommt wie die Abschrägung der Innenkanten mit einem solchen Winker, daß die inneren Teile der Polendflächen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit aufgehoben werden. -

Selbstverständlich können die Ankerstücke 17 und 18 auch anstatt die inneren Polendflächen die äußeren, wie in Abb. 24, überdecken. Ein Anwachsen des Flußes zwischen den Polen N₁ und S₁, begleitet von einem Abfall zwischen den Polen N₂ und S₂, bewirkt eine Verschiebung des Ankers nach rechts und umgekehrt. Um die magnetische Steifigkeit bzw. die Rückzugskraft in einem Anker von dieser Art zu beseitigen, muß die wirksame Ankerlänge, d. h. der Abstand zwischen den Innenflächen der Ankerstücke 17 und 18, um den Betrag d vergrößert werden, oder mit anderen Worten, die Innenfläche eines jeden der Stücke 17 und 18 muß nach außen um den

Betrag — verschoben werden, um die Streuung

des Flusses zu den zurückgezogenen Enden zu kompensieren.

Die magnetische Steifigkeit bzw. die Ankerrückzugskraft kann also durch eine geeignete Beziehung zwischen der wirksamen Ankerlänge und den Polendflächen vermindert werden. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, die wirksame Länge des Ankers zu verringern oder zu vergrößern (zu verringern bei einem Anker der in Abb. 9 dargestellten Art und zu vergrößern bei einem Anker gemäß Abb. 24), so daß der Streufluß kompensiert wird. Eine andere Möglichkeit ist die, den Abstand zwischen zwei Polendflächenpaaren in bezug auf die wirksame Ankerlänge zu vergrößern oder zu vermindern oder die Polendflächen so abzuändern, daß der gleiche Effekt hervorgerufen wird. Die Wirkung von Reluktanzänderungen in jedem Kraftlinienweg zwischen gegenüberliegenden Polendflächen, die von der Permeabilitätsänderung des Ankermaterials herrühren, sind als unerheblich vernachlässigt worden. Gegebenenfalls können durch Versuche Kurven aufgenommen und diese Permeabilitätsänderungen annäherungsweise berücksichtigt werden.

Durch einen passenden Mittelweg zwischen den Maßnahmen, welche eine Ankerrückzugs- no kraft hervorrufen, und denjenigen, welche sie vermeiden, kann man dem Anker des Motors eine Rückzugskraft beliebigen Grades geben, so daß er immer eine schwache Tendenz zeigt, in seine Mittellage zurückzukehren. Wäre beispielsweise die gesamte Länge des Ankers 17', 18' in Abb. 18 etwas größer als die gezeichnete, so würde der Anker eine schwache Zentrierung aufweisen, und die Kurve a' -\-V in Abb. 22 würde schwach nach oben konvex sein, aber nicht in einem so ausgesprochenen Maße wie die Kurve α -j- & in Abb. 15.

Der Grund, weshalb die vorliegende Anordnung so empfindlich hinsichtlich der relativ wirksamen Ankerlänge ist, liegt darin, daß bei ungeeigneter Ankerlänge der Streufluß, im Vergleich zum Hauptfluß betrachtet, groß ist. Wird ein Antrieb der vorliegenden Art zur Betätigung einer unmittelbar wirkenden konischen Membran benutzt, so muß er so entworfen werden, daß er eine Maximalbewegungsamplitude der Membran für die tiefsten vorkommenden Frequenzen herbeiführt. Derzeit sind in der Praxis Bewegungsamplituden von ungefähr ³/₄mm erforderlich. Derartige Amplituden sind gebräuchlich bei elektrodynamischen Lautsprechern, welche mit höher Schallstärke arbeiten, und kommen bei Frequenzen in dem Bereich von 40 bis 100 Hertz vor. Soll bei einem Motor der vorliegenden Art der Anker eine Bewegungsamplitude von ao ^s/₄mm haben, so müssen die Polendflächen eine Ausdehnung von ungefähr 1,50mm haben. Weiterhin ist es nicht möglich, die Größe des Luftspaltes auf mehr als ¹Z₈ bis ¹/₄mm herabzusetzen. Die Wirkung, welche der Streufluß unter diesen Umständen auf die Vorrichtung ausübt, wird deutlicher, wenn man sie mit den Bedingungen vergleicht, die bei einem üblichen Antrieb der Rotationstype bei den üblichen Frequenzen vorherrschen, bei denen der Anker und das Feld so entworfen sind, daß der Streufluß nur einen geringen Prozentsatz des Hauptflusses ausmacht. Der Streufluß ist von geringerer Bedeutung bei Antrieben mit Polflächen von größerer Ausdehnung, und wenn die Polfläche groß genug ist im Verhältnis zu den sonstigen Bedingungen, so kann der Streufluß überhaupt vernachlässigt werden.

Die Federn von der bei 20 und 21 dargestellten Art sind außerordentlich günstig zur Befestigung des Ankers, weil jede Feder den Anker mit einem Träger verbindet, welcher vollständig auf einer Seite des Ankers gelegen ist. Die Wirkung ähnelt derjenigen einer Auslegerfeder, und die Ankerbewegung ist sehr viel ungezwungener, als wenn der Anker beispielsweise mittels federnder Glieder festgehalten würde, deren jedes sich auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers befindet, an seinem einen Ende starr getragen wird und mit seinem anderen Ende an einem mittleren Punkt des Ankers angreift. Bei einer derartigen Anordnung wären die federnden Glieder bei der Hinundherbewegung des Ankers beträchtlichen radialen Spannungen unterworfen und würden daher die Bewegungsfreiheit des Ankers merklich vermindern.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Elektromagnetischer Lautsprecher mit einem mehrere Polpaare aufweisenden Magnetsystem und einem in die Luftspalte zwischen den Polpaaren hineinragenden, parallel zu deren Endflächen hin und her beweglichen Anker, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (16) in magnetisch ganz oder nahezu voneinander unabhängige Teile (17, 18) unterteilt und der Abstand der Polpaare (12, 13) in der Bewegungsrichtung des Ankers sowie die Länge der Ankerteile und deren Abstand voneinander so bemessen sind, daß die Ankerteile bei der Mittelstellung des Ankers weniger als die Hälfte der Polendflächen überlappen, so daß, wenn der eine Ankerteil (18) sich genau zwischen seinen zugehörigen Polendflächen befindet, der andere Ankerteil (17) sich seitwärts der anderen Polendflächen und außerhalb des Luftspaltes zwischen den letzteren befindet.
2. 2. Elektromagnetischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei derjenigen Ankerstellung, in welcher der Fluß durch den einen Ankerteil (17') und den zugehörigen Luftspalt ein Maximum hat, der andere Ankerteil (18') sich im Kraftlinienfeld des Flusses durch den anderen Luftspalt, jedoch völlig außerhalb des letzteren befindet und seine dem Luftspalt zugewandte Seitenfläche von diesem einen gewissen Abstand hat.
3. 3. Elektromagnetischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Luftspalte hineinragenden Ankerteile (17, 18) durch unmagnetische Teile unterteilt sind.
4. 4. Elektromagnetischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerteile (17, 18) und die Polendflächen in Richtung der Ankerbewegung nahezu die gleiche Länge haben.
5. 5. Elektromagnetischer Lautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Polendflächen in Richtung der Ankerbewegung nahezu mit dem maximalen Ausschlag des Ankers (16) übereinstimmt.
6. 6. Elektromagnetischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (17) an seinen Enden (19') von Federn (20, 21) getragen wird, deren jede ganz auf einer Ankerseite angeordnet ist.
7. 7. Elektromagnetischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (16) aus in Abstand voneinander angeordneten Teilen (17,18) aus magnetischem Material besteht, die durch Verbindungen (19) aus dem gleichen Material, aber von so geringem Querschnitt verbunden sind, daß die Teile (17, 18) voneinander magnetisch unabhängig sind.
8. 8. Elektromagnetischer Lautsprecher

   nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerteile (17, 18) stabförmig sind, wobei ihre Längsachse parallel zu den entsprechend langgestreckten Polendflächen und rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Ankers (16) verläuft (Abb. 2).
9. 9. Elektromagnetischer Lautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (20, 21) als Federblätter ausgebildet sind, deren Blattebene rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung des Ankers (16) steht (Abb. 2).

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen