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Zubereitung von Mikrofon-Kohle Die Erfindung ibezieht sich auf die
Zubereitung von Mikrofon-Kohle und insbesondere auf ein, Verfahren zur Stabilisierung
der elektrischen Kennzeichen der Kohle während ihrer Zubereitung für die Verwendung
in Fernsprechmikrofonen.
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Der Widerstand und die Druckcharakteristik des Kohlegrieskörpers in
einem Fernsprechmikrofon, durch die es befähigt wird, d.ie Luftdruckwellen der menschlichen
Stimme in elektrische Impulse, die mittels Draht übertragen werden können, u.rnzuformen,
sind ebenso, wie andere Betriebskennzeichen der Kohle, eine Funktion der Oberflächenbeschaffenheit
der Körner ;und der Menge und Art des an dieser Oberfläche anhaftenden Gases. Diese
Oberfläche unterliegt aber einer Umwandlung während der Benutzung in einem Übertrager,
z. B. als Fernsprechmikrofon.
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Es ist insbesondere bekannt, daß der Widerstand der Kohlekörner sowohl
mit der Zeit als auch mit der Benutzungsdauer zunimmt. Um jedoch Über-
trager
herzustellen, bei welchen während ihrer ganzen Lebensdauer die Kohle am wirksamsten,
zur Verwendung kommt, ist es vorteilhaft, Kqhlekörner mit stabilem Widerstand verfügbar
zu machen. Weiterhin ist es vorteilhaft, ein Verfahren zur Stabilisierung ihres
Widerstandes zu schaffen, so daB die Kohle während ihrer Benutzungszeit nahezu gleichbleibenden
Widerstand hat.
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Es ist deshalb vorgeschlagen worden, die Oberfläche der Kohle vorher
abzureiben, da die nicht
vorbehandelte Kohle sich im Gebrauch entsprechend
ändert und infolgedessen mit der Zeit einen höheren Kontaktwiderstand entwickelt.
Das Verfahren der Vorbereitung der Oberfläche abringt eine Stabilisierungswirkung
dadurch, daß es die mechanische Betriebsalterung der Kohle vermindert und daher
die unerwünschten Schwankungen der elektrischen Kennzeichen der Kohle, und zwar
die Erhöhung des Widerstandes sowie die Herabsetzung der Modulation und des Gütegrades
verringert.
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Die genauen physikalischen Veränderungen, die beim Gebrauch der Kohle
auftreten und die allgemein als Alterung bezeichnet werden, sind nicht vollständig
bekannt. Eine Theorie, die Gasabsorptionstheorie, hebt die Veränderung des Gasgehaltes
der Oberfläche hervor. Eine zweite Theorie betont statt dessen die Anwesenheit von
submikroskopisch kleinen, Sphäroiden von Kohlenwasserstoff auf der Oberfläche, welche
selbst bei der erhöhten Temperatur des albschließenden Röstverfahrens nicht reduziert
und während der Alterung zerrieben werden., wodurch der Kohlenwasserstoff, der mehr
als Isolator wirkt, .sich über die Oberfläche ausbreitet und damit den Widerstand
erhöht. Andere Theorien beruhen teils auf der Vorstellung, daß submikroskopische
Kohleteilchen aus der Oberfläche herausbrechen, teils beruhen sie auf allgemeinen
Kombinationen dieser erwähnten verschiedenen Wirkungen.
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Die vorliegende Erfindung ist indessen nicht von der Gültigkeit irgendeiner
dieser Theorien abhängig, und bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist davon auszugehen, daß der Gebrauch der Worte Alterung und abreiben mit Bezug
auf die Kohlenoberfläche nicht in Bezeichnungen irgendeiner dieser Theorien auszulegen
ist, sondern im Sinne der Offenbarung und der sich daraus ergebenden bekannten günstigen
Ergebnisse.
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Es ist früher vorgeschlagen worden, die Oberfläche der Kohlekörner
durch verschiedene Verfahren aufzurauhen, beispielsweise durch Eintauchen in Säurebäder
oder durch Brennen und Rösten. der Kohle, wodurch der Wasserstoffgehalt der Kohle
gesteuert ,wird. Man nahm an, @daß das doppelte Röstverfahren, bei :dem die Kohle
auf einer Höchsttemperatur vorgeröstet und dann einer Abschlußröstung unterworfen
wurde, die Kohle genügend stabilisieren würde. Während die Erhöhung der Temperatur
des Röstverfahrens die Alterung der Kohle tatsächlich aufhält, so verringert sie
außerdem in großem Maße die Modulationscharakteristik der Kohle, so @daß eine optimale
Höchsttemperatur besteht, deren Überschreitung unerwünscht ist. Daher scheint Rösten
oder Brennen allein ungeniigend zu sein, um eine Betriebsalterung der Kohle zu verhüten.
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Ein Ziel dieser Erfindung ist die Stabilisierung der elektrischen
Kennzeichen von Mikrofon-Kohle. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Stabilisierung
der Mikrofon-Kohle nach einem Verfahren, das keine ;besondere Ausrüstung verlangt
und nicht lange dauert. Diese Ziele werden in Übereinstimmung mit dieser Erfindung
durch Vibrieren der Kohlekörner in einem geschlossenen Rautn erreicht, wobei die
Zuführungsgeschwindigkeit der Kohle in dem Raum und die Intensität der Vibration
sorgfältig geregelt werden. Bei einem Merkmal dieser Erfindung wird die Kohle durch
Vibration der Kohlekörner in einem geschlossenen Raum stabilisiert.
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Nach einem anderen Merkmal dieser Erfindung werden in enger Anpassung
aufeinander die Zuführungsgeschwindigkeit der Kohle in diesem Raum und die Intensität
der Vibration der Kohle genau geregelt.
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Nach einem weiteren Merkmal dieser Erfindung werden die Kohlekörner
durch schnelle Vibration unter einer gasförmigen Atmosphäre in einem geschlossenen
Raum stabilisiert.
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Nach einem weiteren -Merkmal der Erfindung wird die Stabilisierung
unter geringster Beeinträchtigung der Modulationscharakteristik der Kohle durchgeführt.
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In einer beispielsweisen Apparatur, die für dieses Verfahren gebraucht
werden kann, wird die Kohle durch ein enges Rohr einem größeren Zylinder zugeführt;
das Ende des Rohres ragt in den Zylinder bis nahe an die gegenüberliegende innere
Wand des Zylinders hinein. Der Zylinder ist an einen vibrierenden Anker eines Elektromagnets
angeschlossen. Die Zuführungsgeschwindigkeit der Kohle kann durch Regelung des Spaltes
zwischen dem Ende des engen Rohres und der gegenüberliegenden inneren Wand des Zylinders
gesteuert werden, während die Intensität der Vibration durch Regelung der an die
Wicklungen; des Elektromagnets angelegten Spannung gesteuert wird.
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Vollständige Klarlegung des Verfahrens nach der Erfindung und dessen
Durchführung und das Verständnis der verschiedenen wünschenswerten Merkmale desselben
ergeben sich aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung in Verbindung
mit den, Zeichnungen.
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Fig. i ist eine perspelctiv ische Ansicht einer beispielsweisen Vorrichtung,
die zur praktischen Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung benutzt werden
kann; Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht, zum Teil im Schnitt, des Zylinders und
des eingesetzten Rohre; der in Fig. i dargestellten Vorrichtung; Fig.3 ist ein Schaubild,
welches die relativen Widerstandsänderungen von Kohle, die nach vorbekannten Verfahren
behandelt wurde, und von Kohle, die der Erfindung gemäß stabilisiert worden ist,
wiedergibt.
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In Fig. i wird eine geeignete Vorrichtung zur Vibration der Kohlekörner
in einem geschlossenen Raum gezeigt. Diese Vorrichtung, welche als Beispiel für
verwendbare Ausführungen dient, enthält einen Behälter für die Kohlekörner io, der
als Trichter i i dargestellt ist, aus -dem die Körner durch eine biegsame Rohrleitung
12 in ein kurzes, festes Rohr 13 fließen, welches einen Teil der Vibrationseinrichtung
bildet. Der Behälter ii wird durch die biegsame Rohrleitung 12 gegen Vibration geschützt.
Das
kurze Rohr 13 reicht in ein weiteres Rohr 14 hinein und leitet die Kohlekörner 1o
in das Rohr 14 durch einen gesteuerten und am besten aus Fig. 2 erkennbaren Auslaß
15, der durch eine Offnung zwischen dem offenen Ende des Rohres 13 und der unteren
Innenwand des Rohres 14 gebildet wird. Sowohl Rohr 13 als auch Rohr 14 können vorteilhaft
aus einem rostfreien Stahl oder einem ähnlichen Werkstoff bestehen. Das schwächere
Rohr 13 wird in einem mit einem Gewinde versehenen Rohrstück 16 gehalten, welches
mit dem Rohr 13 durch Löturig verbunden ist. Die Öffnung 15 wird durch Heben oder
Senken des Rohres 13 gesteuert, wobei sich der Abstand zwischen dem Rohr 13 und
der Innenwand des Rohres 14 ändert; eine Schraubenmutter 17 und eine Klemmschraube
18 sind vorgesehen, um eine Veränderung des Auslasses 15 während des Betriebes zu
verhüten.
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Das vibrierendeRohr 13 und das daran befestigte Ausgangsrohr 14 werden
durch eine einzelne Konsole 18a gehalten, welche mit einem Sockelstück einen Winkel
von 9o° bildet und, daran mittels Schrauben 20 befestigt ist. Die Vibrationsvorrichtung
wird in ununterbrochener Vibration durch den elektromagnetischen Mitnehmet, einem
Elektromagnet 21, der mit Wechselstrom von geregelter Frequenz und Stromstärke angetrieben
wird, gehalten. Der elektromagnetische Mitnehmet 21 wird durch ein Stützglied 22
gehalten, welches an dem Sockel 19 befestigt ist. Die genaue Größe des Luftspaltes
zwischen dem elektromagnetischen Mitnehmer 21 und der als Anker wirkenden Konsole
18a wird durch eine Schraube 23, passende Muttern und Scheiben 24, zwischen der
als Anker wirkenden Konsole 18a und dem Stützglied 22 festgelegt.
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Der Sockel 19 ist mit Federn und Stützen 25 auf einer schrägen Grundplatte
26 befestigt, wobei das Auslaßrohr genügend nach unten geneigt wird, so daß die
Kohle in Aufnahmebehälter oder über Widerstandsmeßzellen in Aufnahmegefäße fließen
kann. Der Neigungswinkel wird vorteilhaft einen Wert zwischen 5 und 1o° haben.
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Die Kohlestabilisation findet bei dieser Vorrichtung in dem Vibrationsrohr
13 und in dem Auslaß 15 statt, durch welche die Kohlekörner 1o in das Entlade- oder
Auslaßrohr 14 eintreten. Der Stabilisationsgrad wird durch die Stärke der Vibration
der Vorrichtung und die Zuführgeschwindigkeit der Kohlekörner geregelt. Die Vibrationsstärke
wird durch Einstellen der Eingangsspannung des elektromagnetischen Mitnehmers 21
und durch Einstellung des Luftspaltes zwischen dem elektromagnetischen Mitnehmet
21 und dem vibrierenden Anker 18a geregelt. DieZuführgeschwindigkeit derKohle wird
durch die Einstellung des Auslasses 15 geregelt.
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Bei einer besonderen Vorrichtung, die mit einer Spannung von 11o Volt
und 6o Perioden arbeitete, eine Spannungsregelung aufwies und eine Auslaßöffnung
15 hatte, die durch, Zurückdrehen des kleineren Rohres 13 mit einem Innendurchmesser
von 6,35 mm von dem Auslaßrohr 14 mit einem Innendurchmesser von 25 mm um eine Viertelumdrehung
gebildet wurde, wobei der Träger des kleineren Rohres 12'/Q Gewindegänge je Zentimeter
aufwies, wurde festgestellt, daß der Widerstand der in Luft vibrierten Kohlekörner,
die einen Durchmesser in der Größenordnung von o,18 bis 0,21 mm hatten, sich bei
Anlegung von Spannung an. den elektromagnetischen Mitnehmer 21 entsprechend der
folgenden Tabelle ändert:
| 'vlitnehmerspannung 6o Hz Prozentuale |
| Volt Widerstandszunahme |
| ,j o 20'10 |
| 40 300/0 |
| 50 420/0 |
| 6o 6o % |
| 70 900/0 |
| 80 1150/0 |
| 9o 16o 0/0 |
| 100 2100/0 |
| 1 1 o 26O % |
Bei einem durchgeführten Stabilisierungsverfahren zur Herstellung von Kohlekörnern
für die Verwendunig bei Telefonhörern war der Anfangswiderstand der uristabilisierten
Kohle 22 Ohm; die Spannung wurde so gewählt, daß bei der Ausgangsstabilisierung
ein Widerstandswert von 43 ± 3 Ohm erhalten wurde, was einer Widerstandserhöhung
von im wesentlichen ioo% entspricht. Das Ausmaß der' gewünschten Stabilisierung
ist jedoch von dem Gerät, in Verbindung mit welchem die Kohle Verwendung finden
soll, abhängig, da sowohl das Gerät als: auch der Kohlewiderstand gemeinsam zur
Erreichung der größten Leistungsfähigkeit für die Lebensdauer des Gerätes bestimmend
sind. Durch dieses Verfahren kann der gewünschte Grad der ,Stabilisierung durch
Regelung der Auslaßöffnung und durch Einstellung der Spannung erreicht werden.
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Es ist zu bemerken, daß die prozentuale Veränderung des Widerstandes
bei der Anwendung dieses Verfahrens auch von der Atmosphäre abhängt, in der die
Stabilisation durchgeführt wird. Der Kontaktwiderstand, der zusammen mit dem spezifischen
Widerstand der Kohle den wirklichen Widerstand bildet, ist zum Teil von dem absorbierten
oder Oberflächengas abhängig. So können gewisse harte Anthrazit-Mikrofon-Kohlen
von hoher Qualität, welche besonders schwer in Luft zu stabilisieren sind, in einer
Gasatmosphäre, beispielsweise Stickstoff oder Wasserstoff, auf den verlangten Widerstandswert
stabilisiert werden.
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Die oben beschriebene Einrichtung ist nur ein Muster von denen, die
zur Stabilisation von Koh.lekörnern in-Übereinstimmung mit dieser Erfindung gebraucht
werden können. Andere Verfahren der Vibration von Kohlekörnern, die benutzt werden
könnten, bewirken, daß die Kohlekörner in einem geschlossenen Raum eine hin und
her gehende Bewegurig ausführen, indem sie beispielsweise durch schräges Schaufeln
zum Auf- und Niederspringen oder .dazu veranlaßt werden, längs einem vi@brierenr
den Rohr in Aufwärtsrichtung zu wandern. Dem
Fachmann werden noch
andere Vibrationsverfahren gegenwärtig sein.
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Die für dieses Verfahren,gebrauchte Kohle wird zuerst in irgendeiner
der Fachtechnik bekannten Art zubereitet. Dazu gehört die Verwendung von Kohle,
die aus sorgfältig ausgewählter und geprüfter Anthrazitkohle stammt, welche gebrochen,
gemahlen, nach Stückgröße gesiebt, gewaschent und getrocknet wurde, anschließend
einer Vorröstung in Wasserstoffatmosphäre unterworfen wurde und abschließend ebenfalls
in einer Wasserstoffatmosphäre geröstet und dann in der Luft für eine gewisse Zeit
ausgebreitet wurde, bevor der Stabilisationsprozeß beginnt. Anschließend wird die
Kohle einer wie oben beschriebenen Stabilisierungsvorrichtung zugeführt, w=orin
sie stabilisiert wird. Die Oberfläche wird einer Umformung durch die Berührung der
Körner untereinander und mit der Fläche des abgeschlossenen Raumes unterzogen. Nachdem
die Kohle die Stabilisierungsvorrichtung verlassen hat, geht sie durch einen Widerstandsmesser,
welcher nachprüft, ob ihr Widerstand sich auf den gewünschten Wert erhöht hat; danach
kann die Kohle zur Installation an Fernsprechgeräten oder anderen in der Technik
bekannten Übertragungsmitteln verwendet werden. Bei der nach diesem Verfahren stabilisierten
Kohle wurde keineVerminderung derModulationscharakteristikkennzeichen festgestellt,
in gewissen Fällen sogar eine Erhöhung. .
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Fig.3 zeigt die vergleichsweisen Widerstandänderungen, die auf der
mechanischen Alterung bei fortdauernder Benutzung über eine vier Jahre äquivalente
Zeitspanne beruhen, wie sie bei Laboratoriumsversuchen bei Prüfung im Vergleich
mit wirklichen betriebsmäßigen Durchführungen ermittelt wurden. Es ist leicht zu
erkennen, daß die nichtstabilisierte Kohle, für welche die Linie 30 gilt, bei Gebrauch
eine annähernd 15oo/oige Widerstandszunahme erfährt, während sich der Widerstand
der stabilisierten Kohle, die durch Linie 31 dargestellt wird, um weniger als io
°/o vermehrt. Die .bei diesen Prüfungen gebildete Kohle war bei iooo° C vorgeröstet
und die Abschlußröstung fand bei 1175° C statt. Die Stabilisierung wurde mit einer
in Fig. i dargestellten Vorrichtung in Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
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Es ist verständlich, daß die oben beschriebenen Vorrichtungen für
die Prinzipien der Erfindung beispielhaft sind; zahlreiche andere Vorrichtungen
können von einem Fachmann entworfen werden, ohne von dem Geist und dem Umfan; der
Erfindung abzuweichen.