DE655734C

DE655734C - Electric vibration generator with a coordinated mechanical vibration system

Info

Publication number: DE655734C
Application number: DEW88957D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-05-11
Filing date: 1932-05-11
Publication date: 1938-01-21

Description

REICHS NTAMTREICHS NTAMT

Die Erfindung betrifft elektrische Schwingungserzeuger, bei denen die Frequenz der erzeugten Schwingungen durch ein mechanisches Schwingungssystem bestimmt ist. Es ist bereits ein solches mechanisches Schwingungssystem vorgeschlagen worden, bei welchem ein Stab um seine Achse Torsionsschwingungen ausführt, deren Periode durch tangential angreifende Federn bestimmt ist. Ein Ende des Stabes trägt einen Anker, dessen Enden sich auf die Polschuhe eines elektromagnetischen Systems zu und von diesem wieder fort bewegen. Dieser Teil des Systems bildet den Motorteil, welcher den Stab in Schwingungen hält. Das andere Ende des Stabes trägt einen ähnlichen Anker, welcher mit den Polschuhen eines zweiten elektromagnetischen Systems zusammenwirkt, das den Generatorteil bildet. Auf Grund der Bewegung des zweiten Ankers werden in den die Pole des zweiten elektromagnetischen Systems umgebenden Spulen Wechselströme erzeugt. Anordnungen dieser Art werden zur Erzeugung hochfrequenter Ströme verwendet und sind für die Erzeugung niedriger Frequenzen auf Grund der Tatsache ungeeignet, daß in einem elektromagnetischen Generator, in welchem sich der-Luftspalt zwischen Anker und Polschuhen ändert, die erzeugte Spannung nicht eine lineare Funktion der Ankerverschiebung darstellt. Infolgedessen ist bei niedrigen Frequenzen die erzeugte Schwingung keine reine Sinusschwingung.The invention relates to electrical vibration generators, where the frequency of the generated vibrations is determined by a mechanical vibration system. It is already Such a mechanical vibration system has been proposed, in which a rod about its axis torsional vibrations executes whose period is determined by tangentially acting springs. An end the rod carries an armature, the ends of which are on the pole pieces of an electromagnetic Move the system to and from it. This part of the system forms the motor part, which the rod in Sustains vibrations. The other end of the rod carries a similar anchor, which interacts with the pole pieces of a second electromagnetic system which forms the generator part. Because of the movement of the second armature will be in the the poles of the second electromagnetic system surrounding coils generated alternating currents. Arrangements of this kind are used for production high frequency currents are used and are unsuitable for the generation of low frequencies due to the fact that in an electromagnetic generator in which the air gap between the armature and Pole pieces changes, the tension generated is not a linear function of the armature displacement represents. As a result, the vibration generated at low frequencies is not a pure sine wave.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schwingungserzeuger der beschriebenen Art, der reine Sinusschwingungen niedriger Frequenz, beispielsweise von 20 Perioden je Sekunde oder weniger, erzeugen kann. Ein, derartiger Generator ist insbesondere für Fernsehzwecke geeignet, bei welchen eine gleichbleibende niedrige Frequenz genau sinusförmigen Verlaufs für Synchronisierungszwecke erforderlich ist.The invention relates to a vibration generator of the type described, the pure sinusoidal oscillations of low frequency, for example of 20 periods per second or less, can generate. Such a generator is particularly useful for television purposes suitable, in which a constant low frequency precisely sinusoidal course required for synchronization purposes is.

Nach der Erfindung wirken sowohl der Motorteil als auch der Generatorteil elektrodynamisch, und beide Teile enthalten einen elektrisch leitenden Rotor in Form eines Zylinders oder einer Scheibe, welcher unter Einwirkung einer Wechselspannung der zu erzeugenden Frequenz Drehschwingungen derart ausführt, daß sie die Kraftlinien eines magnetischen Feldes gleichbleibender Stärke schneidet. Bei' einer derartigen Anordnung ändert sich die erzeugte Spannung nach einer linearen Funktion mit der Schwingungsamplitude des Rotors, so daß eine reine Sinusschwingung bei allen Frequenzen erzeugt wird.According to the invention, both the motor part and the generator part act electrodynamically, and both parts contain an electrically conductive rotor in the form of a cylinder or a disk, which under the action of an alternating voltage of the to be generated Frequency performs torsional vibrations in such a way that they the lines of force of a magnetic field of constant strength cuts. In 'such an arrangement, the voltage generated changes after one linear function with the oscillation amplitude of the rotor, so that a pure sine oscillation is generated at all frequencies.

Die Erfindung ist beispielsweise in den Abbildungen veranschaulicht.The invention is illustrated, for example, in the figures.

Das Ausführungsbeispiel nach den Abb. 1 (Längsschnitt) und 2 zeigt zwei zylindrischeThe embodiment according to Fig. 1 (longitudinal section) and 2 shows two cylindrical

Gehäuseteile ι und 2 aus Metall, die durch eine Überwurfmutter 3 miteinander verbunden sind. In dem Teil 1 ist eine Spule 5 auf einen Kern 4 aufgebracht,' dessen eines Ende mit dem Gehäuse 1 metallisch verbunden ist, während das andere Ende durch eine ScheibeB abgeschlossen wird, die gleichzeitig auch'dj'e Spule 5 abschließt. An den Umfang der Scheibe 6 setzt sich eine die Spule 5 umgebende Buchse 7, ebenfalls aus Metall, an, die also konzentrisch zur Gehäusewand verläuft, sich aber nicht bis an das Ende des Gehäuses ι erstreckt und zwischen diesem und ihrer Mantelfläche einen Luftraum bildet. Da also die Teile 1, 4, 6 und 7 aus magnetischem AVerkstoff bestehen, bilden sie einen magnetischen Kreis, der durch die Spule 5 erregt werden kann.. Die andere Seite der Spule ist von der Platte 6^a aus nichtmagnetischem Werkstoff abgeschlossen. Symmetrisch zum Teil ι ist Teil 2 des Gehäuses ausgebildet.Housing parts 1 and 2 made of metal, which are connected to one another by a union nut 3. In part 1, a coil 5 is applied to a core 4, one end of which is metallically connected to the housing 1, while the other end is closed by a disk B, which at the same time also closes the coil 5. At the circumference of the disk 6 is a sleeve 7 surrounding the coil 5, also made of metal, which is concentric to the housing wall, but does not extend to the end of the housing and forms an air space between this and its outer surface. Since the parts 1, 4, 6 and 7 are made of magnetic material, they form a magnetic circuit that can be excited by the coil 5. The other side of the coil is closed off by the plate 6 ^a made of non-magnetic material. Part 2 of the housing is formed symmetrically to part ι.

In dem freien Luftraum zwischen den Spulen und der Gehäusewandung befindet sich nun ein frei schwingender Teil, der aus zwei durch eine Welle 10 miteinander verbundenen zylindrischen, ebenfalls symmetrisch zueinander ausgebildeten Metallbuchsen 8 und 9 besteht. Die Welle 10 kann aus zwei miteinander verbundenen, aber lösbaren Teilen bestehen, um die Zylinder 8 und 9 durch axiales Auseinanderziehen voneinander trennen zu können. Die Verbindung muß jedoch so fest sein, daß bei den Drehschwingungen keine Verschiebungen der Teile gegeneinander eintreten. In the free air space between the coils and the housing wall is located now a freely oscillating part, which consists of two connected to one another by a shaft 10 cylindrical metal bushings 8 and 9 which are also symmetrical to one another consists. The shaft 10 can consist of two interconnected but detachable parts, in order to be able to separate the cylinders 8 and 9 from one another by pulling them apart axially. However, the connection must be so tight be that the torsional vibrations do not shift the parts against each other.

Im Innenteil der Zylinder 8 und 9 sind in der Verlängerung der Achse Drehzapfen 11 und 12 vorgesehen, die in Steinlagern, beispielsweise Achatlagern, laufen. Diese Lager werden von im Innern der Spulenkerne 4 in der Achsrichtung einstellbaren Stiften 13 und 14 getragen. Die Zylinder 8 und 9 liegen also frei und ohne Berührung mit den benachbarten Wänden in den Luftspalten der beiden magnetischen Kreise. Am oberen Ende des oberen Zylinders 8 und am unteren Ende des unteren Zylinders 9 sind Federn 15 und 16 spiralig um die Achse angeordnet, mit ihren äußeren Enden an den Zylindern 8, 9 und mit ihren inneren Enden an Isolierstücken 17 befestigt, die ihrerseits an den mit dem Gehäuse i, 2 fest verbundenen Kernen 4 sitzen. Die Federn 15 und 16 besitzen entgegengesetzten Windungssinn, so daß sich bei Drehung der fest durch die Welle 10 verbundenen Zylinder 8 und 9 um ihre Achse die eine Feder dehnt, die andere dagegen zusammenzieht. Diese Federn 15, 16 sind mit von dem Gehäuse i, 2 isolierten Klemmen 18, 19 elektrisch leitend verbunden.In the inner part of the cylinders 8 and 9 there are pivot pins 11 in line with the axis and 12 are provided, which run in stone bearings, for example agate bearings. These camps are adjustable in the interior of the coil cores 4 in the axial direction pins 13 and 14 worn. The cylinders 8 and 9 are therefore exposed and without contact with the neighboring ones Walls in the air gaps of the two magnetic circuits. At the top of the upper cylinder 8 and at the bottom of the Lower cylinder 9 springs 15 and 16 are arranged spirally around the axis, with their outer ends attached to the cylinders 8, 9 and with their inner ends attached to insulating pieces 17, which in turn sit on the cores 4 firmly connected to the housing 1, 2. The springs 15 and 16 have opposite directions of winding, so that when rotated of the cylinders 8 and 9, which are fixedly connected by the shaft 10, have one spring around their axis stretching, the other pulling it together. These springs 15, 16 are part of the housing i, 2 isolated terminals 18, 19 electrical conductively connected.

An den beiden Zylindern 8, 9 können noch zwei weitere Spiralfedern 20 und 21 angeordnet werden, deren innere Enden mit der Welle io und deren äußere Enden mit dem Ge-Two further spiral springs 20 and 21 can also be arranged on the two cylinders 8, 9 whose inner ends with the shaft io and their outer ends with the

■ häuse i, 2 verbunden sind und gleichfalls ent-.gegengesetzten Windungssinn haben. Die 'Anordnung der Federn ist aus Abb. 2 ersicht-■ housing i, 2 are connected and also opposite Have a sense of twist. The arrangement of the springs is shown in Fig. 2.

■ lieh, in der nur die beiden Zylinder 8, 9, die zugehörigen Federn, die Welle 10 und der Kern 4 unter Fortlassung des Gehäuses 1, 2 dargestellt sind.■ borrowed, in which only the two cylinders 8, 9, the associated springs, the shaft 10 and the core 4 with the omission of the housing 1, 2 are shown.

Der Zylinder 8 ist an dem einen Ende über Federn 15 mit der Klemme 18, an dem anderen über die Feder 20 mit dem Gehäuse 1,2 verbunden, während die beiden Enden des Zylinders 9 mit der Klemme 19 bzw. dem Gehäuse i, 2 in leitender Verbindung stehen. Gewünschtenfalls können die äußeren Enden einer oder beider Federn 20 und 21 mit von dem Gehäuse 1, 2 isolierten Klemmen elektrisch leitend verbunden sein, so daß dann kein Strom durch das Gehäuse fließt. Die Enden der Spulen 5 sind an in der Zeichnung nicht dargestellte besondere Klemmen angeschlossen. Die Zylinder 8, 9 und die Welle 10 bilden also eine in sich geschlossene Masse und mit den Federn 15, 16, 20 und 21 ein mechanisches Schwingungssystem. Die einzelnen Teile dieses Systems sind so bemessen, daß das Gesamtsystem eine bestimmte Eigenfrequenz, beispielsweise 10 Hertz, besitzt.The cylinder 8 is at one end via springs 15 to the clamp 18, at the other connected via the spring 20 to the housing 1, 2, while the two ends of the Cylinder 9 with the terminal 19 or the housing i, 2 are in conductive connection. If desired, the outer ends of one or both of the springs 20 and 21 can be provided with the housing 1, 2 insulated terminals electrically conductively connected, so that then no current flows through the housing. The ends of the coils 5 are at in the drawing special terminals not shown connected. The cylinders 8, 9 and the shaft 10 thus form a self-contained mass and with the springs 15, 16, 20 and 21 a mechanical one Vibration system. The individual parts of this system are dimensioned so that the overall system has a certain natural frequency, for example 10 Hertz.

Wenn nun Strom von der Klemme 18 durch das Gehäuse des Zylinders 8 fließt und gleichzeitig durch Erregung der Spule 5 ein magnetisches Feld geschaffen wird, so wird der Zylinder 8 und der mit ihm gekuppelte Zylinder 9 um die Achse eine gewisse Drehbewegung ausführen, so daß an den Enden des zweiten Zylinders 9, also zwischen der Klemme 19 und dem Gehäuse 2, eine Botentialdiffeirenz entsteht.If now current flows from the terminal 18 through the housing of the cylinder 8 and at the same time a magnetic field is created by exciting the coil 5, the Cylinder 8 and the cylinder 9 coupled to it have a certain rotational movement about the axis perform so that at the ends of the second cylinder 9, that is, between the Terminal 19 and the housing 2, a potential difference arises.

Wenn also Wechselstrom von 10 Perioden auf den Zylinder 8 einwirkt und die Eigenfrequenz dieses Systems ebenfalls 10 Hertz beträgt, so schwingen die Zylinder 8 und 9 zehnmal in der Sekunde um ihre Achse. Eine Wechselspannung der gleichen Frequenz wird daher im Zylinder 9 erzeugt.So if an alternating current of 10 periods acts on the cylinder 8 and the natural frequency If this system is also 10 Hertz, cylinders 8 and 9 vibrate ten times a second around its axis. An alternating voltage of the same frequency will be therefore generated in cylinder 9.

Eine Schaltung, in der die beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung ungedämpfter elektrischer Schwingungen verwendet werden kann, ist in Abb. 3 veranschaulicht.A circuit in which the device described for generating undamped electrical vibrations can be used is illustrated in Fig. 3.

Links in Abb. 3 sind schematisch die beiden Zylinder 8 und 9 und die zugehörigen Zuleitungen dargestellt. Die im Zylinder 9 auf Grund seiner Schwingungen erzeugten Spannungsschwankungen werden durch einen Transformator 23 dem Gitterkreis einer Elektronenröhre F₁ zugeführt, die mit zwei weiteren Verstärkerröhren F₂ ^un<I F₃ gekoppelt ist. Die Kopplung wird in bekannter Weise unmittelbar von der Anode einer Röhre auf dasOn the left in Fig. 3, the two cylinders 8 and 9 and the associated supply lines are shown schematically. The voltage fluctuations generated in the cylinder 9 due to its vibrations are fed through a transformer 23 to the grid circuit of an electron _{tube F 1} , which is coupled to two further amplifier tubes F ₂ ^un <IF _3. The coupling is carried out in a known manner directly from the anode of a tube to the

Gitter der nächsten Röhre bewirkt. Die verschiedenen Teile der Röhren erhalten geeignete Potentiale von einem Spannungsteiler 22, dessen Enden über Klemmen 26 an eine Gleichstromquelle, beispielsweise gleichgerichteten und geglätteten Wechselstrom, angeschlossen sind. Die dargestellten Röhren sind indirekt beheizt; die Heizfäden können durch eine an die Klemmen 27 geschaltete Wechselstromquelle gespeist werden. Die im Ausgangskreis des Verstärkers auftretenden Ströme werden durch einen Transformator 24 den Enden des Zylinders 8 zugeführt.Grid of the next tube causes. The different parts of the tubes are given appropriate ones Potentials from a voltage divider 22, the ends of which are connected via terminals 26 to a direct current source, for example rectified and smoothed alternating current. The tubes shown are heated indirectly; the filaments can go through an alternating current source connected to the terminals 27 can be fed. The one in the starting circle Currents occurring in the amplifier are fed to the ends of the cylinder 8 through a transformer 24.

Der Zylinder 9 bildet mit dem zugehörigen magnetischen Feld einen elektrischen Generator, der den Verstärker speist, während der Zylinder 8 mit seinem Magnetfeld einen Motor darstellt, der durch den vom Verstärker gelieferten Strom angetrieben wird. Durch Verwendung eines geeigneten Verstärkungsgrades in dem Verstärker V₁, V₂, V₃ können die elektrischen und mechanischen Verluste der Schwingungssysteme ausgeglichen und die Schwingungen aufrechterhalten werden.The cylinder 9 forms an electrical generator with the associated magnetic field, which feeds the amplifier, while the cylinder 8 with its magnetic field represents a motor which is driven by the current supplied by the amplifier. By using a suitable gain in the amplifier V ₁ , V ₂ , V ₃ , the electrical and mechanical losses of the vibration systems can be compensated and the vibrations can be maintained.

Überschüssige Energie, die nicht zur Aufrechterhai tung der Schwingungen gebraucht wird, kann an den Ausgangsklemmen 25 abgenommen und beispielsweise für Synchronisier ungsz wecke beim Fernsehen verwendet werden.Excess energy that is not needed to maintain the vibrations can be removed from the output terminals 25 and, for example, for synchronizing can be used for purposes of watching television.

Beim Zusammenbau der Schwingungsvorrichtung ist darauf zu achten, daß die Federn 15, 16, 20 und 21 derart befestigt werden, daß sich die einzelnen Spiralgänge nicht be-When assembling the vibration device, make sure that the springs 15, 16, 20 and 21 are attached in such a way that that the individual spiral passages do not move

35· rühren, die Federn ihre wirksame Länge also nicht nennenswert ändern, wenn die Zylinder 8 und 9 mit der Maximalamplitude schwingen, die im praktischen Betrieb erforderlich ist. Da die Masse und der nachgiebige Teil des schwingenden Systems b.eide fest miteinander verbunden sind, ist die Eigenfrequenz des Systems im wesentlichen unabhängig von der Schwingungsampl.itude der Zylinder 8 und 9; die Bewegung der Zy-35 · stir, so the springs do not change their effective length appreciably when the cylinders 8 and 9 oscillate with the maximum amplitude required in practical operation is. Since the mass and the flexible part of the oscillating system are both firmly connected to each other, the The natural frequency of the system is essentially independent of the oscillation amplitude the cylinders 8 and 9; the movement of the

+5 linder erfolgt also im wesentlichen sinusförmig. Da die in dem Generatorteil erzeugte elektromotorische Kraft proportional der Bewegung der Zylinder 8 und 9 ist, ist der Spannungsverlauf der erzeugten elektrischen Schwingungen gleichfalls sinusförmig und die Frequenz äußerst konstant.+5 linder is essentially sinusoidal. Because the electromotive force generated in the generator part is proportional to the movement is the cylinder 8 and 9, the voltage curve of the generated electrical oscillations is also sinusoidal and the Frequency extremely constant.

Eine Einstellung der Eigenfrequenz des mechanischen Schwingungssystems kann in gewissen Grenzen durch Drehen der beiden Teile 1 und 2 des Gehäuses gegeneinander erfolgen. Durch Drehung in einem Sinne werden alle vier Federn gespannt, durch Drehung in dem anderen Sinne entspannt.The natural frequency of the mechanical vibration system can be adjusted in certain limits by turning the two parts 1 and 2 of the housing against each other. By turning in one sense, all four springs are tensioned; by turning in the other sense, they are relaxed.

Die Schwingungsachse der Zylinder 8, 9 geht durch den Schwerpunkt der Zylinder hindurch, sie stellt diejenige Achse dar, um die das Trägheitsmoment der Zylinder ein Minimum ist. Auf diese Weise wird ein maximaler elektrischer Wirkungsgrad für jede gegebene wirksame Masse des Schwingungssystems erzielt.The axis of oscillation of the cylinders 8, 9 goes through the center of gravity of the cylinders, it represents the axis around which the cylinder's moment of inertia is a minimum is. In this way there is a maximum electrical efficiency for any given effective mass of the vibration system achieved.

Anstatt die beweglichen Leiter des Motors und des Generators als Metallzylinder auszubilden, können sie auch die Form gewickelter Spulen besitzen, deren Windungsebenen radial zur Zylinderachse verlaufen. Die Rückführungsleiter gehen dann durch den Kern der Spulen 5 hindurch. Bei dieser Ausgestaltung können gegebenenfalls die Transformatoren 23, 24 fortgelassen werden.Instead of making the moving conductors of the motor and the generator as metal cylinders, they can also have the form of wound coils, the winding planes of which are radial run to the cylinder axis. The return ladder then goes through the core of the Coils 5 through. In this embodiment, the transformers can, if necessary 23, 24 can be omitted.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 sind die das Schwingungssystem bildenden beweglichen Leiter 8, 9 als durch eine Welle 10 miteinander verbundene Scheiben ausgebildet. Die Enden der W^Telle 10 sind in Steinen an den Teilen 13, 14 gelagert. Die mit den Scheiben 8, 9 zusammenwirkenden magnetischen Kreise enthalten je einen ringförmigen Polteil 28, einen ringförmigen Teil 29 der Abschlußplatte 30, die zylindrische Wand 31 und den mittleren ringförmigen Teil 32, der mit einem ringförmigen Polteil 33 verbunden ist. Die magnetischen Felder werden durch je eine Spule 5 geschaffen, deren jede eine der Scheiben 8 und 9 umgibt. Spiralfedern 15 und 16 sind mit ihren inneren Enden am Umfange der Scheibe 8 bzw. 9 und mit ihren äußeren Enden an den Gehäusen der Spulen 5 befestigt. Die äußeren Enden der Federn sind elektrisch leitend an Klemmen 18 bzw. 19 angeschlossen. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 und 2 besitzen die Federn 15 und 16 entgegengesetzten Windungssinn. Zwei weitere Federn 20 und 21, die gleichfalls entgegengesetzten Windungssinn haben, sind zwischen der Welle 10 und dem ringförmigen Polteil 28 befestigt. Die Scheibe 9 schwingt in dem Luftspalt zwischen den Teilen 28 und 33 und erzeugt infolgedessen Potentialdifferenzen zwischen der Klemme 19 und dem Gehäuse 30. Diese Potentialdifferenzen werden verstärkt und der Klemme 18 und dem Gehäuse wieder zugeführt. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the movable conductors 8, 9 forming the vibration system are designed as disks connected to one another by a shaft 10. The ends of the W ^T elle 10 are stored in blocks on the parts 13, 14th The magnetic circuits cooperating with the disks 8, 9 each contain an annular pole part 28, an annular part 29 of the end plate 30, the cylindrical wall 31 and the central annular part 32 which is connected to an annular pole part 33. The magnetic fields are created by a coil 5, each of which surrounds one of the disks 8 and 9. Spiral springs 15 and 16 are fastened with their inner ends to the circumference of the disk 8 and 9, respectively, and with their outer ends to the housings of the coils 5. The outer ends of the springs are connected to terminals 18 and 19 in an electrically conductive manner. As in the embodiment of Fig. 1 and 2, the springs 15 and 16 have opposite directions of winding. Two further springs 20 and 21, which also have opposite directions of winding, are fastened between the shaft 10 and the annular pole part 28. The disk 9 oscillates in the air gap between the parts 28 and 33 and consequently generates potential differences between the terminal 19 and the housing 30. These potential differences are amplified and fed back to the terminal 18 and the housing.

Zweckmäßig werden Mittel vorgesehen, die eine magnetische Kopplung zwischen dem Motor und dem Generator verhindern.Appropriately means are provided that a magnetic coupling between the Prevent the engine and the generator.

Claims

Claim:

Electric vibration generator with a tuned to the frequency to be generated mechanical oscillation system that oscillates around an axis passing through its center of gravity and consists of an engine part and a generator part, which are mechanically

are coupled to the other, characterized in that the engine part and generator part, each as an electrically conductive rotor in the form of a cylinder or a Seheibe are designed in such a way under the action of an alternating voltage to be generated Frequency Torsional vibrations in a magnetic field of constant strength that they run the lines of force of this Cut the field.

For this purpose I sheet drawings