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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf magnetische Wandler
mit im Gleichgewicht befindlichem beweglichem Anker, und insbesondere auf
Mittel zum Schutz des beweglichen Ankers vor Beschädigung,
die die Betriebscharakteristik des Wandlers, hervorgerufen durch
mechanischen Stoß, beeinflußt.
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Bei
heutigen magnetischen Wandlern mit im Gleichgewicht befindlichem
beweglichen Anker arbeitet das oder die Elemente, aus denen der
Anker besteht, normalerweise als ihre eigene Rückstellfeder, welche dem Anker
in seinem Ruhezustand mechanische Stabilität und näherungsweise magnetisches Gleichgewicht
verleiht. Normalerweise ist ein Teil des Ankers von einer elektrischen
Signalspule umgeben und bewirkt, daß der magnetische Signalfluß durch
die Spule geleitet wird. Es ist daher erforderlich, daß der Anker
zusätzlich
zur Bereitstellung der Funktion als Rückstellfeder eine hohe magnetische
Permabilität
und eine niedrige Koerzitivkraft aufweist.
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Wenn
Ankermaterialien hitzebehandelt werden, um ihre magnetischen Eigenschaften
zu entfalten, weisen sie im allgemeinen eine begrenzte mechanische
Streckgrenze auf. Dies begrenzt die Stärke des Ankers in seiner Funktion
als Rückstellfeder. Der
Widerstand eines magnetischen Wandlers mit einem Anker aus solchem
Material gegen mechanischen Stoß ist
in unerwünschter
Weise begrenzt. Insbesondere kann ein Stoß von einer externen Quelle die
Lage des Ankers durch plastische Beschädigung leicht und unumkehrbar
verändern,
so daß sein
magnetisches Gleichgewicht zerstört
wird.
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Das
vorstehende Problem stellt sich in der Hörhilfe- oder Hörgerätetechnik,
bei der die den Tonausgang erzeugenden Geräte (die Empfänger genannt
werden) normalerweise unter Verwendung der Technologie magnetischer
Wandler mit im Gleichgewicht befindlichem magnetischem Anker hergestellt werden.
In der Tat wird die Anfälligkeit
für mechanischen
Stoß gegenwärtig als
zweitwahrscheinlichste Ursache für
den Ausfall bei der Anwendung angesehen, und der Ausfall des Empfänger bewirkt
den Ausfall der gesamten Hörhilfe.
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Frühere Anstrengungen
haben versucht, die Stoßfestigkeit
dieser Wandler durch die Verwendung von Dämpfungskonstruktionen, die
das Ausmaß der Bewegung
oder Auslenkung des schwingungsfähigen
Teil des Ankers, wenn er einem Stoß ausgesetzt wird, begrenzen,
zu erhöhen.
Das U.S.-Patent Nr. 4 272 654, in dem Carlson genannt wird, offenbart
beispielsweise mehrere diskrete oder durchgehende, aus einem Spulenmantel
gebildete Erhebungen als Dämpfungsmittel
für den
inneren Arm eines gebogenen Ankers, von der allgemeinen, im U.S.-Patent
Nr. 3 515 818, in dem einer der vorliegenden Anmelder genannt wird,
offenbarten Art. Das U.S.-Patent Nr. 5 647 013, in dem Salvage und
andere genannt werden, und das U.S.-Patent Nr. 5 757 947, in dem
Van Halteren und andere genannt werden, offenbaren Dämpfungsmittel
für einen
Anker der allgemeinen, im U.S.-Patent Nr. 3 617 653, in dem Tibbetts
und andere genannt werden, offenbarten Art. Das Patent Nr. 5 647
013 offenbart verschiedene Formen von Dämpfungsmitteln, einschließlich von
Gebilden, die in die Ebene des Ankerkörpers und von dieser weg gepreßt werden,
oder Klecksen aus Klebstoff oder anderem aushärtfähigem Material, die an dem
Anker angebracht werden, oder ein Distanzstück, welches eine beschränkte, zwischen
der Spule und dem Permanentmagnetaufbau angeordnete Öffnung aufweist, oder
Mittel zum Ändern
der Form der Spulenöffnung. Das
Patent Nr. 5 757 947 offenbart Dämpfungsmittel, die
einen Teil des Mitnehmerstiftaufbaus bilden, welcher den Wandler
mit einem Diaphragma verbindet, oder statt dessen ein U-förmiges Element,
welches auf einer Seite der Magnetelemente, die von der Spule abgewandt
sind, angeordnet ist. Diese verschiedenen Dämpfungsmittel werden an bezeichneten
Stellen des Ankers vorgesehen, aber in allen Fällen ist die Richtung der Dämpfung parallel
zu dem Mitnehmerstift, d. h. so gerichtet, daß die Auslenkung des Ankers
in der Richtung des permanentmagnetischen Flusses begrenzt wird.
Im allgemeinen ist diese Richtung senkrecht zu einer Hauptebene
des Ankers.
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Bei
der Analyse der mechanischen Stöße wurde
festgestellt, daß die
Wirkungen komplex sind und von der Vektorrichtung des Stoßes abhängen. An
sich kann ein Stoß äußeren Ursprungs
jede beliebige Richtung haben, wie es durch eine versehentlich auf
den Boden fallengelassene Hörhilfe
veranschaulicht wird. Die vorliegenden Anmelder haben herausgefunden,
daß die
volle Wirkung eines gegebenen Stoßes auf die nachfolgenden Betriebseigenschaften,
und auch auf die nachfolgende Festigkeit gegen andere Stöße, in wesentlichem
Maß von
der Richtung des ursprünglichen
Stoßes
ebenso wie von seiner Stärke
abhängt.
Sie haben weiterhin herausgefunden, daß die Dämpfung des Ankers in der Richtung
des Mitnehmerstifts, für
die an sich von den Magneten oder Polstücken, oder von Mitteln wie
in den oben beschriebenen Patenten, gesorgt werden kann, den Anker
nur teilweise gegen Beschädigung schützt. Dies
trifft insbesondere für
gebogene Anker der in dem Patent Nr. 3 515 818 beschriebenen allgemeinen
Art zu.
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Übersicht über die
Erfindung
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Es
wurde festgestellt, daß wenn
ein elementarer Wandler mit gebogenem Anker der in dem Patent 3
515 818 offenbarten allgemeinen Art in Hochkantrichtung, d. h. in
der zu der Richtung des Flußfeldes
senkrechten und zu der Richtung der Ausdehnung seines schwingungsfähigen Teils
senkrechten Richtung gestoßen
wird, mit oder ohne parallele Schutzdämpfung wie oben beschrieben,
am Anker leicht wesentliche plastische Beschädigungen auftraten, obwohl
in diesem speziellen Fall nur eine geringe Änderung des magnetischen Gleichgewichts
des Wandlers aufzutreten schien. Die Beschädigung des Ankers gefährdete jedoch
den Widerstand des Wandlers gegen eine Änderung des magnetischen Gleichgewichts
bei einem nachfolgenden Stoß in
einer anderen Vektorrichtung erheblich. Dies führte zu dem Schluß, daß der Anker
in der Kantenrichtung des Stoßes
gedämpft
werden sollte, was im folgenden als Kantendämpfung bezeichnet wird.
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Es
wurde dann eine Analyse durchgeführt, um
den Winkel der Kantendämpfung
zu bestimmen, der ausreichen würde,
um den Anker nicht nur vor Kantenstößen in der zu dem magnetischen
Fluß und der
Ausdehnungsrichtung des schwingungsfähigen Teils des Ankers senkrechten
Richtung zu schützen, sondern
auch vor Stößen in anderen
möglichen
Vektorrichtungen. Die Analyse ergab, daß für einen Stoß gegebener Stärke in der
Kantenrichtung ein entsprechender Kantenspielraum (der Raum zwischen
den entsprechenden Kanten des Ankers und der Dämpfungsmittel) so bestimmt
werden konnte, daß der
Anker den Stoß elastisch
aushalten konnte. Es wurde jedoch weiterhin herausgefunden, daß dieser
Grad von Kantendämpfung
nicht ausreichend war, um den Anker bei Stößen derselben Stärke, aber
in anderen ebenso möglichen
Vektorrichtungen, zu schützen und
um die Änderung
des magnetischen Gleichgewichts zu vermeiden. In der Tat wurde festgestellt, daß der Kantendämpfungs-Spielraum
um einen großen
Faktor, beispielsweise in der Größenordnung von
drei, vermindert werden mußte,
um ausreichenden praktischen Schutz zu gewähren.
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Auf
der Basis der vorgenannten Beobachtungen umfassen die Merkmale der
vorliegenden Erfindung die Bereitstellung bestimmter Dämpfungsmittel,
die eine Oberfläche
oder Oberflächen,
die so ausgerichtet sind, daß sie
die Kanten-Auslenkungen
des Ankers – d.
h. senkrecht zu der Richtung des permanentmagnetischen Flusses und
zu der Ausdehnungsrichtung des schwingungsfähigen Teils des Ankers – begrenzen,
umfassen.
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Für diese
Kantendämpfung
können
verschiedene Mittel vorgesehen werden, einschließlich von Mitteln, die die
Auslenkungen des Ankers in der sowohl zu der Richtung des permanentmagnetischen Flusses
als auch der Ausdehnungsrichtung des schwingungsfähigen Teils
des Ankers senkrechten Richtung begrenzen.
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Die
erfindungsgemäßen Kanten-Dämpfungsmittel
können
jede beliebige von mehreren Formen annehmen, einschließlich von
Füllstücken oder einem
Körper
mit gegenüberliegenden
Oberflächen, zwischen
denen sich der Anker erstreckt, um in jedem Fall für einen
gewünschten
Kantendämpfungs-Spielraum zu sorgen.
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Zeichnungsbeschreibung
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1 stellt
eine isometrische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines die Erfindung
verkörpernden
Wandlers mit gebogenem Anker dar.
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2 ist
eine Aufsicht auf die Ausführungsform
nach 1.
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3 ist
eine Stirnansicht der Ausführungsform
nach 1.
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4 ist
eine Stirnansicht eines eine zweite Ausführungsform der Erfindung verkörpernden Wandlers
mit gebogenem Anker.
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5 ist
eine isometrische Ansicht der Ausführungsform nach 4.
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6 ist
eine Stirnansicht, die eine Abänderung
im Aufbau der Ausführungsform
nach 4 zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die 1 bis 3 zeigen
eine Wandler-Motoreinheit 10 der in der gleichzeitig anhängigen,
am 8. Februar 2001 eingereichten und an denselben Rechtsnachfolger
wie die vorliegende Patentanmeldung abgetretenen U.S.-Anmeldung mit der Seriennummer
09-779920 offenbarten allgemeinen Art. Ein Anker 12 wird
aus einem flachen Streifen von magnetisch permeablem Blechmaterial
gebildet und gebogen, und danach hitzebehandelt, um einen langgestreckten,
gelagerten aber schwingungsfähigen äußeren Arm 14,
einen langgestreckten schwingungsfähigen inneren Arm 16 und
ein einstückiges Verbindungsteil 18 zu
bilden. Der Arm 16 erstreckt sich durch die Öffnung einer
elektrischen Signalspule 20. Der Arm 14 wird von
einer Brücke 22 gestützt, die einstückig mit
Schenkeln oder Verlängerungen 24, die
durch Schweißstellen 28 an
einem Magnetbügel 26 angeschweißt sind,
gebildet und von diesen gestützt
wird. Falls gewünscht,
kann durch die Stärke der
Brücke 22 hindurch
ein Loch 30 gebildet werden, und durch das Loch kann ein
Epoxydklebstoff in einen freien Zwischenraum 32 zwischen
den gegenüberliegenden
Oberflächen
der Brücke 22 und
des Magnetbügels 26 eingefüllt werden.
Nach dem Aushärten
hilft dieser Klebstoff dabei, die Stoßfestigkeit des Ankers 12 aufrechtzuerhalten,
insbesondere gegen Stoßkomponenten
in der vertikalen (parallelen) Richtung, wie in 3 gezeigt.
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Der
innere Arm 16 des Ankers 12 erstreckt sich in
einen Arbeitsspalt zwischen den Permanentmagneten 34 und 36,
die jeweils an dem Magnetbügel 26 befestigt
sind. Der Arbeitsspalt umfaßt
ein Paar von Spalten 38.
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Ein
Mitnehmerstift 40 ist in eine Ausnehmung in dem äußeren Ende
des Arms 16 eingeschweißt und erstreckt sich zu einem
(nicht gezeigten) Diaphragma, welches in bekannter Weise einen Teil
des Wandlers bildet.
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Füllstücke 42 und 44 sind
mittels eines Klebstoffs an den inneren vertikalen Wänden des
Magnetbügels 26 befestigt.
Ihre Stärke
ist so gewählt,
daß sie
für vorherbestimmte
Dämpfungsspielräume von den
entsprechenden seitlichen, sich gegenüberliegenden Kanten des Arms 16 sorgen.
Die Füllstücke können außerdem dazu
dienen, die Magnete 34 und 36 zu positionieren,
wenn sie in den Magnetbügel 26 eingeklebt
werden.
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Beim
Zusammenbau des Wandlers wird darauf geachtet, daß der Arm 16 im
Verhältnis
zu dem Magnetbügel
kantengenau zentriert wird, so daß nach dem Anschweißen der
Verlängerungen 24 an den
Magnetbügel
die Spielräume 46 im
wesentlichen gleich sind.
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Die 4 bis 6 zeigen
einen Wandler 48, der eine andere Art von Kantendämpfung aufweist,
die dafür
ausgelegt ist, die Zentrierung der Dämpfungsmittel im Verhältnis zu
dem Arm 16 zu unterstützen,
um für
im wesentlichen gleiche Kantenspielräume, die den Spielräumen 46 entsprechen,
zu sorgen. In diesen Figuren beziehen sich dieselben Bezugszeichen,
wie sie in den 1 bis 3 verwendet
wurden, auf die Teile des gleichen in der letzteren Ausführungsform
beschriebenen Aufbaus.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird ein mit im Abstand voneinander befindlichen Armen 52 versehener
und aus einem Metallstreifen durch Stanzen gebildeter U-förmiger Dämpfer 50 an
dem Magnetbügel 26 durch
eine kleine Widerstandschweißung 54 befestigt.
Bei der Herstellung des Wandlers 48 wird zuerst eine Unterbaugruppe
fertiggestellt, indem die Magnete 34 und 36 an
den inneren Oberflächen
des Magnetbügels 26 durch
Kleben befestigt werden, und der Dämpfer 50 wird bevorzugt
in diesem Stadium an dem Magnetbügel
befestigt, indem die Schweißung
bei auf der Öffnung
des Magnetbügels zentriertem
Dämpfer
durchgeführt
wird. Die 4 zeigt den nachfolgenden Zusammenbau
dieser Teile mit angebrachtem Anker 12, wobei darauf geachtet wird,
daß der
Arm 16 gleichmäßig zwischen
den Armen 52 des Dämpfers
zentriert ist. Danach werden starke Laserschweißungen 56 vorgenommen,
um den Dämpfer 50 dauerhaft
an dem Magnetbügel
zu befestigen.
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Falls
gewünscht,
kann der Magnetbügel
von geschlossener Scheibenform, statt der gezeigten U-Form sein.
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Die 6 zeigt
dieselbe Ausführungsform wie
die 4 für
den Fall, daß das
Ende des Arms 16 im Verhältnis zu der aus dem Magnetbügel 26, den
Magneten 34 und 36 und dem Dämpfer 50 bestehenden
Unterbaugruppe im Hinblick auf die Kanten wesentlich unzentriert
zusammengebaut wurde. In diesem Fall wird der Dämpfer 50 in seiner
Ebene gedreht, indem die Schweißung 54 plastisch
verdreht wird, bis die Kantenspielräume des Arms 16 von
den Armen 52 des Dämpfers
wie gezeigt ungefähr
ausgeglichen sind. Der Zusammenbau wird dann durch die Vornahme
der Laserschweißungen 56 beendet.
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Obwohl
die erläuterten
Ausführungsformen der
Erfindung ohne Dämpfungsmittel
vom in den oben genannten Patenten gezeigten Paralleltyp gezeigt
sind, können
solche zusätzlichen
Dämpfungsmittel
zu den Konstruktionen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Kantendämpfung hinzugefügt werden,
um für
den notwendigen Schutz des Ankers vor Beschädigung durch mechanische Stöße zu sorgen.
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Kantendämpfungsmittel
können
nicht nur in Wandlern mit gebogenen Ankern der in dem oben genannten
U.S.-Patent Nr. 3 515 818 offenbarten allgemeinen Art verwendet
werden, sondern auch bei Wandlern mit anderen Arten von Ankern,
einschließlich
beispielsweise derjenigen, die von der in dem oben genannten U.S.-Patent
3 617 653 offenbarten allgemeinen Art sind. Schutz wird jedoch für den in den
Ansprüchen
definierten elektromagnetischen Wandler begehrt.