DE587309C - Method and arrangement for driving devices which utilize the electrostatic attraction force occurring between the contact surfaces when electrical current passes through an assembly consisting of a semiconductor and a semiconductor or conductor that touches the same - Google Patents

Method and arrangement for driving devices which utilize the electrostatic attraction force occurring between the contact surfaces when electrical current passes through an assembly consisting of a semiconductor and a semiconductor or conductor that touches the same

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DE587309C DER83648D DER0083648D DE587309C DE 587309 C DE587309 C DE 587309C DE R83648 D DER83648 D DE R83648D DE R0083648 D DER0083648 D DE R0083648D DE 587309 C DE587309 C DE 587309C
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Description

Es Ist bereits bekannt, daß gewisse Stoffe, die sogenannten Halbleiter, z. B. Achat, Schiefer, gewisse Holz- und Papiersorten, Gelatine u. a. auf berührende Leiter oder S Halbleiter eine erhebliche Anziehung ausüben, wenn ein passender Strom die sich berührenden Oberflächen durchfließt.It is already known that certain substances, the so-called semiconductors, e.g. B. agate, Slate, certain types of wood and paper, gelatine and others. on touching conductors or S semiconductors exert a significant attraction when a suitable current flows flowing through contacting surfaces.

Die Anziehung ist von der durch den Strom in der Berührungsfläche erzeugten Potentialdifferenz abhängig und bei zunehmender Spannung stark steigend.The attraction is from that created by the current in the touch area Dependent on potential difference and rising sharply with increasing voltage.

Die Anziehung ist von einem entsprechend starken Reibungswiderstand gegen Gleiten der beiden Flächen einander gegenüber begleitet. The attraction is of a correspondingly strong frictional resistance to sliding of the two surfaces opposite each other.

Es wurde bereits in verschiedener Weise versucht, diese Wirkung in der Technik auszunutzen, wobei einerseits erstrebt wurde, die beim Stromdurchgang durch ein aus einem derartigen Halbleiter und einem denselben über eine gewisse Berührungsfläche berührenden Halbleiter oder Leiter bestehendes Aggregat zwischen den Berührungsflächen auftretende elektrostatische Anziehungskraft dahin nutzbar zu machen, den einen der Aggregatteile dem anderen zu nähern, auf welchem Prinzip Elektroskope, Relais oder andere Vorrichtungen sich konstruieren lassen, während andererseits versucht wurde, durch ein derartiges mechanisches Bewegen der Aggregatteile einander gegenüber, daß sie längs eines Teiles ihrer Oberflächen stets miteinander in Berührung sind, die variierende Reibung zwischen den beiden Aggregatteilen zwecks Konstruktion elektromechanischer Vorrichtungen auszunutzen, welche durch Anwendung eines geringen Stromes (Bruchteile von Milliampere) imstande waren, erhebliche Zugkräfte auszulösen. Diese Wirkung ließ sich besonders leicht dadurch erzielen, daß der eine der Aggregatteile als ein rotierender Zylinder oder eine rotierende Scheibe, während der zweite Teil als ein Band oder eine Scheibe ausgebildet und mittels Federkraft oder in anderer Weise gegen den rotierenden Teil gedrückt gehalten wurde.Attempts have already been made in various ways to exploit this effect in technology, on the one hand, the aim was to reduce the current passage through one of such a semiconductor and one of the same Existing semiconductors or conductors touching a certain contact surface Electrostatic attraction force occurring between the contact surfaces to make usable to bring one of the assembly parts closer to the other, on what principle electroscopes, Relays or other devices can be constructed while trying on the other hand was, by such a mechanical movement of the assembly parts opposite one another that they along part of their Surfaces are always in contact, the varying friction between the to use both parts of the unit for the construction of electromechanical devices, which by applying a small current (fractions of a milliampere) were able to trigger considerable tensile forces. This effect could be achieved particularly easily by having one of the assembly parts as a rotating cylinder or a rotating disk, while the second part as a belt or a disk formed and by means of spring force or in some other way against the rotating part was held down.

Derartige Aggregate schienen für die Konstruktion einfacher und billiger Telegraphen-, Fernsprech-, Oszillograph- undSuch aggregates seemed for the construction of simpler and cheaper telegraph, Telephone, oscilloscope and

anderer Apparate zur Anwendung gelangen zu können, ,welche im Verhältnis zu anderen bekannten Konstruktionen für ähnliche Zwecke den sehr erheblichen Vorteil aufwiesen, daß die übertragenen mechanischen Kräfte nicht durch elektrische Ströme zu erzeugen waren, sondern von einem Motor, einem Uhrwerk o. dgl. erzeugt werden könnten, während die zur Steuerung besagter ίο Kräfte erforderlichen elektrischen Ströme ganz gering waren.to be able to use other apparatuses, which in relation to others known constructions for similar purposes had the very significant advantage, that the transmitted mechanical forces cannot be generated by electrical currents were, but by a motor, a clockwork o. The like. Could be generated, while the control said ίο forces required electrical currents were very small.

Während somit die auf dem Prinzip sich gründenden technischen Anwendungen beim ersten Blick von großer Bedeutung zu sein schienen, stellte es sich indessen heraus, daß die wohlgelungenen Laboratoriumsversuche in der Praxis unübersteigbaren Schwierigkeiten begegneten, indem die Eigenschaften der angewandten Aggregate sich änderten, sobald sie auch nur verhältnismäßig kurze Zeit (Stunden oder Tage) in Gebrauch waren. . Insbesondere änderten sich .die wirksamen Oberflächen dermaßen, daß die Anziehungskraft, auf welcher die ganze Anwendung beruhte, entweder bedeutend abnahm oder abnorm groß wurde und in beiden Fällen die praktische Anwendbarkeit der Vorrichtung vernichtete.While the technical applications based on the principle in seemed to be of great importance at first glance, however, it turned out that the successful laboratory experiments in practice insurmountable difficulties met by changing the properties of the aggregates used, as soon as they have been in use for even a relatively short time (hours or days). . In particular, the effective surfaces changed to such an extent that the force of attraction, on which the whole application was based, either significantly decreased or abnormal became large and in both cases the practicality of the device destroyed.

Es wurde versucht, diesem ■ Übelstand durch besondere Behandlung der Oberfläche mit Reinigungsmitteln teils mechanischer, teils chemischer Art abzuhelfen; sämtliche Versuche, Konstruktionen herzustellen, welche imstande waren, längere Zeit hindurch zu arbeiten, erwiesen sich jedoch als erfolglos. Fortdauernde Versuche und Untersuchungen der sich hier geltend machenden Verhältnisse haben nunmehr ergeben, daß die Änderung, welche die Aggregate infolge des Durchganges des Stromes erleiden, anscheinend elektrochemischen Änderungen zuzuschreiben sind.Attempts have been made to remedy this ■ problem by treating the surface in a special way remedy with cleaning agents partly mechanical, partly chemical; all Attempts to make constructions that were able to withstand long periods of time work, but turned out to be unsuccessful. Ongoing trials and studies of the conditions prevailing here have now shown that the change which the aggregates result from the passage of the current, apparently due to electrochemical changes.

Vorliegende Erfindung bezweckt nun zu vermeiden, daß beim Durchgang des Stromes elektrochemische Änderungen im Aggregat auftreten, um die, wertvollen Eigenschaften desselben zu erhalten und seine praktische Verwendbarkeit zu gewährleisten.The present invention now aims to avoid that when the current passes Electrochemical changes occur in the aggregate to the, valuable properties to preserve the same and to ensure its practical usability.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ausschließlich wechselnde Ströme in solcher Weise durch das Aggregat geleitet werden, daß eine überschüssige elektrochemische Wirkung in der einen oder anderen Beziehung völlig vermieden wird. Praktische Versuche haben ergeben, daß es zur Erreichung dieses Zwecks nicht genügt, ganz einfach Wechselstrom zu verwenden, man muß sich vielmehr sichern, daß .die Kurvenform des Wechselstroms eine derartige ist, daß die von positiven und negativen Impulsen herrührenden wechselnden elektrochemischen Wirkungen sich völlig aufheben. Dies läßt sich in verschiedener Weise erzielen.This is achieved according to the invention in that only alternating currents be passed through the unit in such a way that an excess electrochemical Effect in one or the other relationship is completely avoided. Practical tests have shown that it is not enough to simply use alternating current to achieve this purpose, Rather, one must ensure that the waveform of the alternating current is such is that the alternating electrochemical effects resulting from positive and negative impulses cancel each other out completely. This can be achieved in a number of ways.

In der Zeichnung sind schematisch verschiedene Anordnungen veranschaulicht, welche dazu dienen, den hier erstrebten Zweck zu erreichen.
Es zeigenIn the drawing, various arrangements are schematically illustrated, which are used to achieve the purpose sought here.
Show it

Abb. ι und 2 schematisch zwei verschiedene Anordnungen,Fig. Ι and 2 schematically two different arrangements,

Abb. 3 die durch die Anordnung nach Abb. 2 erzielte Kurvenform des wechselnden Stroms,Fig. 3 the curve shape of the alternating obtained by the arrangement according to Fig. 2 Current,

Abb. 4 eine dritte Anordnung,Fig. 4 a third arrangement,

Abb. 5 die hier benutzte Kurvenform des wechselnden Stroms,Fig. 5 the waveform of the alternating current used here,

Abb. 6 eine vierte Anordnung, Abb. 7 die durch dieselbe erzielte Kurvenform des wechselnden Stroms und Abb. 8 bis 10 drei weitere Anordnungen. Wie in Abb. 1 dargestellt, kann, um zu vermeiden, daß ein aus einem Halbleiter 1 und einem darüber angeordneten Metallband 2 bestehendes Aggregat durch infolge des Durchganges des elektrischen Stroms entstehende elektrochemische Änderungen verändert wird, in die Verbindungsleitungen zwischen dem Aggregat 1, 2 und einem Wechselstromgenerator 3 ein Kondensator 4 mit genügend hohem Isolationswiderstand, z. B. ein Glimmerkondensator, eingeschaltet werden. Dieser Kondensator verhindert das Auftreten von Gleichstrom, der infolge der Gleichrichterwirkung des Aggregats in Verbindung mit der mehr oder weniger unsymmetrischen Kurvenform des Wechselstroms sonst leicht vorkommt.Fig. 6 a fourth arrangement, Fig. 7 the curve shape obtained by the same of the alternating current and Fig. 8 to 10 three further arrangements. As shown in Fig. 1, in order to avoid that a semiconductor 1 and an overlying metal band 2 existing unit by resulting from the passage of the electric current electrochemical changes is changed in the connecting lines between the aggregate 1, 2 and an alternator 3 a capacitor 4 with a sufficiently high insulation resistance, e.g. B. a mica capacitor, to be switched on. This capacitor prevents that Occurrence of direct current resulting from the rectifying effect of the aggregate otherwise easily occurs with the more or less asymmetrical waveform of the alternating current.

An und für sich ist jedes Verfahren verwendbar, durch welches Gleichstrom verhindert werden kann, das Aggregat zu durchfließen. Dies läßt sich z. B. auch durch Anwendung einer geeigneten Kurvenform des Wechselstroms erzielen.Any method that prevents direct current can be used in and of itself can be to flow through the unit. This can be z. B. also through application achieve a suitable waveform of the alternating current.

Die variierende Spannung hat indessen eine variierende Anziehungskraft und Reibung zwischen den einander berührenden Flächen des Aggregats zur Folge. Wünscht man die hierdurch auftretende pulsierende Anziehungskraft auszugleichen, können verschiedene Verfahren verwendet werden, von denen nachstehend beispielsweise einige erwähnt seien.The varying tension, however, has varying attraction and friction between the contacting surfaces of the unit result. If you want the pulsating that occurs as a result To compensate for attraction, various methods can be used by some of which may be mentioned below, for example.

In der in Abb. 2 gezeigten Anordnung wird eine rotierende Kommutatoranordnung 5 verwendet, mittels welcher bezweckt wird, einen aus einer Gleichstromquelle 6 fließenden Gleichstrom in Wechselstrom zu umformen. Dem Kommutator kann eine Wechselspannung V entnommen werden, deren Kurvenform die in Abb. 3 gezeigte eckige Form aufweist. Eine Spannung dieser Form ergibtIn the arrangement shown in FIG. 2, a rotating commutator arrangement 5 is used, by means of which the purpose is to convert a direct current flowing from a direct current source 6 into alternating current. An alternating voltage V can be taken from the commutator, the curve of which has the angular shape shown in Fig. 3. A tension of this shape results

Claims (8)

. annähernd "eine ebenso gleichmäßige Anziehungskraft wie ein Gleichstrom.. approximately "an equally uniform force of attraction like a direct current. In Abb. 4 ist eine Anordnung gezeigt, bei welcher das Aggregat i, 2 als ein Teil einer Lautsprecheranlage verwendet wird, wobei das Band 2 einen Schallerzeuger 19 betätigt. Um zu verhindern, daß die für den Betrieb der Vorrichtung erforderliche Polarisations spannung am Aggregat 1, 2 bleibende elektrochemische Veränderungen im letzteren hervorruft, ist ein Stromwender in dem das Aggregat mit der Polarisationsbatterie 6 verbindenden Kreislauf eingeschaltet, bestehend aus einem Schlüssel 20, der zwischen zwei Kontakten 21, 22 geschwungen werden kann. Der Schlüssel 20 kann von einer Daumenscheibe 23 in Verbindung mit einer Feder 24 bewegt werden. In Abb. 5 ist die durch die Vorrichtung erzielte Kurvenform der Polarisationsspannung V veranschaulicht. Durch Einstellen des Stromabnehmers 25 sowie durch Änderung der Form der Daumenscheibe 23 läßt sich sowohl die Amplitude als die Dauer der wechselnden Spannungsimpulse ändern.In Fig. 4 an arrangement is shown in which the unit 1, 2 is used as part of a loudspeaker system, the band 2 actuating a sound generator 19. In order to prevent the polarization voltage required to operate the device on the unit 1, 2 causing permanent electrochemical changes in the latter, a commutator is switched on in the circuit connecting the unit to the polarization battery 6, consisting of a key 20, which is between two Contacts 21, 22 can be swung. The key 20 can be moved by a thumb disk 23 in conjunction with a spring 24. The curve shape of the polarization voltage V obtained by the device is illustrated in FIG. By adjusting the current collector 25 and by changing the shape of the thumb disk 23, both the amplitude and the duration of the alternating voltage pulses can be changed. Bei der in Abb. 6 gezeigten Anordnung, bei welcher das Aggregat 1, 2 mit einem iOtentiometer 7, das in einem- Stromkreis eingeschaltet ist, welcher einen Vorschaltwiderstand 8 enthält, und mit einer zum Potentiometer 7 parallel eingeschalteten Gasentladungsröhre 9 verbunden ist, welcher Stromkreis einem von einem Wechselstromgenerator 11 gespeisten Transformator 10 angeschlossen ist, wird die Gasentladungsröhre bei Anzündung derselben einen Spannungsabfall im Vorschaltwiderstand hervorrufen und sich selbst auf einer Spannung halten, welche in der Nähe der Zündspannung liegt, wodurch eine Kurvenform der das Aggregat i, 2 durchfließenden Wechselspannung V, wie in Abb. 7 mit vollen Linien gezeigt, erzielt wird, wobei die punktierten Wellengipfel V die Wechselspannung des' Generators angeben und die Spannung V" die Zündspannung der Gasentladungsröhre oder einen durch Einstellen des Potentiometers bestimmten Bruchteil derselben angibt.In the arrangement shown in Fig. 6, in which the unit 1, 2 is connected to an iOtentiometer 7, which is switched on in a circuit which contains a series resistor 8, and to a gas discharge tube 9 connected in parallel to the potentiometer 7, which circuit is connected to a transformer 10 fed by an alternator 11, the gas discharge tube will cause a voltage drop in the series resistor when it is ignited and will hold itself at a voltage which is close to the ignition voltage, creating a waveform of the alternating voltage V flowing through the unit i, 2 , as shown in Fig. 7 with full lines, is achieved, the dotted wave peaks V indicating the alternating voltage of the 'generator and the voltage V " indicating the ignition voltage of the gas discharge tube or a fraction thereof determined by adjusting the potentiometer. Bei einer derartigen Kurvenform ist die zwischen den Aggregatteilen entstandene Anziehungskraft erheblich gleichmäßiger als bei einer reinen Sinusspannung.In the case of such a curve shape, the force of attraction created between the assembly parts is considerably more even than with a pure sinusoidal voltage. Durch Anwendung mehrphasiger StrömeBy using multiphase currents läßt sich eine weitgehendere Egalisierung der Anziehungskraft 6und hiermit eine bedeutend erhöhte Anziehung und Reibung zwischen den Teilen des Aggregats erzielen.a more extensive equalization of the force of attraction 6 and thus a significantly increased attraction and friction between the parts of the unit can be achieved. Abb. 8 stellt beispielsweise eine Vorrichtung dar, bei welcher zweiphasiger Wechselstrom verwendet wird, dessen Phasen gegenseitig, um 900 verschoben sind. Von einem Transformator 12 wird Strom einem passend bemessenen Kondensator 13 und einem Widerstand 14 zugeleitet, in welchen auf an sich bekannte Weise zwei gleich große, jedoch gegenseitig um 90 ° phasen verschobene Spannungen vorkommen, die je einer Hälfte des Aggregats 1, 2 zugeführt werden, welches im dargestellten Beispiel aus einem Halbleiter 1 und zwei Leitern 2 besteht, die auf einer isolierenden Tragplatte 15 angeordnet und je über Kondensatoren 4 mit dem aus dem Transformator 12, dem Kondensator 13 und dem Widerstand 14 bestehenden Stromkreis - verbunden sind. ·»Fig. 8 for example, illustrates a device which is used in which two-phase alternating current whose phases are mutually shifted by 90 the 0th From a transformer 12, current is fed to a suitably sized capacitor 13 and a resistor 14, in which two voltages of the same size but mutually phase-shifted by 90 ° occur in a manner known per se, each of which is fed to one half of the unit 1, 2, which in the example shown consists of a semiconductor 1 and two conductors 2, which are arranged on an insulating support plate 15 and each connected via capacitors 4 to the circuit consisting of the transformer 12, the capacitor 13 and the resistor 14. · » In Abb. 9 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher drei auf einer isolierenden Tragplatte 16 angeordnete Metallamellen 2 den einen Aggregatteil bilden, während der zweite Teil aus einem Halbleiter 1 besteht. Die drei Metallamellen sind über Kondensatoren 4 je einer Phase eines dreiphasigen Wechselstromnetzes angeschlossen. Die Anziehung zwischen Lamellen und Halbleiter wird durch diese Bauart außerordentlich ausgeglichen werden, indem stets eine der Lamellen große Anziehung ausüben wird, während die Anziehung in der zweiten Lamelle abnimmt und in der dritten Lamelle zunimmt.In Fig. 9 a device is shown in which three on an insulating support plate 16 arranged metal lamellas 2 form one unit part, while the second Part consists of a semiconductor 1. The three metal fins are over 4 capacitors each connected to one phase of a three-phase AC network. The attraction between lamellae and semiconductor is through this type of construction can be compensated for by always having one of the slats large Will exert attraction while the attraction in the second lamella decreases and increases in the third lamella. Wird gewünscht, mittels der im Aggregat entstehenden Anziehung oder Reibung zu erwirken, daß eine Membran, ein Schreibstift o. dgl. sich im Takt mit der Wechselspannung bewegt, kann man vorteilhaft zweiphasigen Strom anwenden und die gewöhnlich angewandte federnde Gegenkraft fortlassen. Man kann z. B., wie in Abb. 10 gezeigt, einen tönenden Schallerzeuger konstruieren.If you wish to achieve this by means of the attraction or friction that occurs in the unit, that a membrane, a pen or the like. Moves in time with the alternating voltage, one can advantageously two-phase Apply current and omit the resilient counterforce usually applied. Man can e.g. B., as shown in Fig. 10, construct a sound generator. Zwei durch ein Schaltungsschema, wie · das in Abb. 8 gezeigte, erzeugte phasenverschobene Spannungen werden je einem Aggre- ■ gat ι, 2 zugeführt, welche aus zwei Halbleitern bestehen, die als Zylinder 1 ausgebildet sind, welche wie in der durch Pfeile 17 angegebenen Richtung bewegt werden. Über den Zylinder 1 ist ein Metallband 2 gelegt, das mit je einer Seite einer Membran 18 verbunden ist. Da die Spannung und somit auch die Anziehung im einen Aggregat Maximum ist, wenn sie im· anderen Null ist, werden die beiden Metallbänder 2 die Membran bald nach der einen, bald nach der anderen Seite im gleichen Takt mit dem Wechselstrom führen, und die Membran wird einen Ton erzeugen, dessen Schwingungszahl zweimal größer ist als die Periodenzahl des Wechselstroms.Two out of phase created by a circuit diagram such as that shown in Figure 8 Voltages are each fed to a unit, 2, which consists of two semiconductors exist, which are designed as a cylinder 1, which as in the arrow 17 specified direction. A metal band 2 is placed over the cylinder 1, which is connected to one side of a membrane 18 each. Because the tension and thus the attraction in one aggregate is also maximum when it is zero in the other, the two metal strips 2 become the membrane soon after one, soon after the other Side in the same rhythm with the alternating current, and the membrane becomes one Generate a tone whose number of vibrations is twice greater than the number of periods of the Alternating current. Patentansl'Rücu κ : Patent application κ: i. Verfahren zum Antrieb von Vorrichtungen derjenigen Art, welche die bei elektrischem Stromdurchgang durch eini. Method for driving devices of the type which the electrical current passage through a aus einem Halbleiter und einem denselben über eine gewisse Berührungsfläche berührenden Halbleiter oder Leiter bestehendes Aggregat zwischen den Berührungsflächen auftretende elektrostatische Anziehungskraft ausnutzen, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Aggregat ausschließlich· wechselnde Ströme derart geleitet werden, daß ein bleibender Überschuß elektrochemischer Veränderung des Aggregats vermieden wird.from a semiconductor and one of the same over a certain contact area contacting semiconductor or conductor existing aggregate between the contact surfaces Exploit occurring electrostatic attraction force, characterized in that by the unit exclusively · alternating currents are conducted in such a way that a permanent excess electrochemical modification of the unit is avoided. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aggregat Wechselstrom zugeleitet wird.2. The method according to claim i, characterized in that the unit is alternating current is forwarded. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aggregat eine Wechselspannung eckiger Kurvenform zugeleitet wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the unit an alternating voltage with an angular curve shape is supplied. 4. Anordnung zur Ausnutzung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß· sowohl Amplitude als Dauer der wechselnden Impulse in an sich bekannter Weise regulierbar sind.4. Arrangement for utilizing the method according to claim 1 to 3, characterized characterized in that · both amplitude and duration of the alternating pulses in an can be regulated in a known manner. 5. Anordnung zur Ausnutzung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch a-5 gekennzeichnet, daß ein Kondensator mit dem Aggregat in Serie geschaltet wird.5. Arrangement for utilizing the method according to claim 1 to 3, characterized in a-5 characterized in that a capacitor is connected in series with the unit. 6. Anordnung zur Ausnutzung des Verfahrens nach Anspruch ι bis 3, gekennzeichnet durch eine mit dem' Aggregat parallel geschaltete Gasentladungsröhre.6. Arrangement for utilizing the method according to claim ι to 3, characterized by a gas discharge tube connected in parallel with the unit. 7. Anordnung zur Ausnutzung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung durch einen Stromwender an sich bekannter Art erzeugt wird.7. Arrangement for utilizing the method according to claim 3, characterized in that that the alternating voltage is generated by a commutator of a known type. 8. Anordnung zur Ausnutzung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aggregat mehrphasige Ströme zugeleitet werden.8. Arrangement for utilizing the method according to claim 1 to 3, characterized characterized in that multiphase currents are fed to the unit. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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