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Rillenabtaster Die Erfindung bezieht sich auf einen Rillenabtaster,
dessen flach gestalteter Abtastkopf von einem langgestreckten Arm abgestützt wird,
der den Kopf mit einem Fuß verbindet, der drehbar pin eine zu der abzutastenden
Schallplatte senkrechten Welle ist. Unter Rillenabtaster wird nachstehend die Vereinigung
des Abtastkopfes und des Arms verstanden, da der Fuß für die nachstehenden Überlegungen
keine wesentliche Rolle spielt. Die erwähnte Welle wird weiter kurz als Spindel
bezeichnet.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Rillenabtaster,
bei dem die Ebene, gegenüber welcher die Nadel in seitlicher Richtung symmetrisch
schwingt, und die senkrecht auf der Ebene der Schallplatte steht, mit der durch
die Spindel und den Nadelpunkt geführten Ebene einen M'inkel kleiner als
30', z. B. etwa 20°, einschließt. Dies ergibt den Vorteil, daß die
Tangente an der unmodulierten Rille an irgendeiner Abtaststelle nahezu in der vorstehend
erwähnten Symmetrieebene liegt.
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Mit Rücksicht auf eine möglichst geringe Plattenabnutzung und Verzerrung
beim Abtasten werden solche Abtaster heutzutage praktisch ausschließlich verwendet.
Unter Beibehaltung der üblichen Länge des Arms kann das erwünschte Ergebnis durch
eine angemessene Anordnung des mechanisch - elektrischen Transformationssystems
gegenüber der Längsrichtung des Arms und/oder durch dessen Forin, z. l3. durch Anwendung
eines gekrümmten Arms, erhalten werden.
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Die üblichen Ausführungsformen der Abtaster vorstehend erwähnter Art
haben den Nachteil, daß sie zuin Verhüten der durch die Nadelschwingung
herbeigeführten
Bewegungen des Arms in eines zur Spindel senkrechten Ebene (seitliche Bewegungen),
besonders was den Arm betrifft, derart schwer gebaut sind, daß zur Erzielung eines
möglichst vorteilhaften, niedrigen Nadeldrucks, Federn und/oder Gegengewichte benutzt
werden müssen, mit anderen Worten, das Lager der Spindel wird derart belastet, daß
es aus Güteerwägungen erforderlich ist, verhältnismäßig teure, mit wenig Spiel ausgebildete
Lager, wie z. B. Kugellager, zu verwenden.
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Ein weiterer Nachteil solcher Rillenabtaster besteht darin, daß im
Niederfrequenzbereich die Frequenzkennlinie einen solchen Verlauf hat, daß es zweckdienlich
ist, in dieser Hinsicht Verbesserung anzustreben.
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Der Rillenabtaster nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß seine Masse im wesentlichen im Abtastkopf liegt, daß sein Gewicht weniger als
etwa 35 g beträgt, daß die Massenverteilung derart ist, daß die Massen beiderseits
der durch die Spindel und den Nadelpunkt geführten Ebene wenigstens nahezu gleich
sind und daß die Starrheit gegen Torsion des Arms infolge der Nadelbewegung derart
ist, daß die durch diese mitbedingte mechanische Resonanzfrequenz des Rillenabtasters,
weiter unten als Torsionsresonanzfrequenz bezeichnet, unterhalb etwa Zoo Hz liegt.
Die Verwendung eines Gesamtgewichts von weniger als etwa 35 g bringt die Verwendung
eines mechanischelektrischen Transformationssystems mit kleinerem Gewicht mit sich.
Die Verwendung solcher Systeme ist heutzutage möglich, u. a. infolge der Verwendung
piezoelektrischer Elemente oder magnetischer Kreise, die Dauermagnete mit einem
B - H-Maximalwert von mehr als 3- ioe enthalten.
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Infolge der Vereinigung vorstehend erwähnter Merkmale ergibt sich
ein Rillenabtaster, dem die erwähnten Nachteile bekannter Rillenabtaster nicht anhaften
und der außerdem eine Anzahl von Vorteilen hat, so daß sich nicht nur eine besonders
einfache und billige Bauart, sondern auch eine besonders gute Frequenzkennlinie
ergeben können.
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Da die Masse des Rillenabtasters im wesentlichen im Abtastkopf liegt,
wird ein möglichst großes Trägheitsmoment, bezogen auf die Spindel, erzeugt. Da
die Masse des Fußes symmetrisch um die Spindel konzentriert ist, spielt diese Masse
für den hier beachtlichen Einfluß des Trägheitsmoments keine wesentliche Rolle.
Ebensowenig wirkt sich diese Masse aus demselben Grund auf die Größe des Nadeldrucks
aus. Die erwähnte Massenverteilung des Kopfes und des Arms bringt es mit sich, daß
trotz des geringen Gesamtgewichts der beiden von weniger als 35 g die seitlichen
Bewegungen des Arms genügend beschränkt werden können. Außerdem kann dieses Ergebnis
ohne Verwendung von Federn und/oder Gegengewichten erhalten werden, wodurch ein
verhältnismäßig einfaches und billiges Lager, z. B. ein Gleitlager, für die Spindel
verwendbar ist, da das Gewicht des Rillenabtasters nur wenig mehr als der für eine
möglichst geringe Plattenabnutzung erwünschte, geringe Nadeldruck von maximal etwa
25 g zu betragen braucht. Durch die wie vorstehend angegebene Massenverteilung beiderseits
der durch die Spindel und den Nadelpunkt geführten 1?bene kann sichergestellt werden,
daß die Achse, um die der Rillenabtaster infolge der seitlichen Nadelbewegung tordiert
wird (Torsionsachse), sich wenigstens nahezu mit der Welle deckt, mittels welcher
der bewegliche Teil des im Abtastkopf liegenden mechanisch-elektrischen Transfortnationssystetns
gelagert ist (Systemwelle). In diesem Fall bildet die zuletzt erwähnte Welle, wenigstens
nahezu, die Achse, um die der Nadelpunkt tatsächlich schwingt. Infolgedessen wird
der Zustand annähernd erreicht, in dem die Nadelbewegung möglichst wirksam auf das
Transformationssystem übertragen wird. Dies macht sich in der Frequenzkennlinie
im Bereich der niedrigeren Frequenzen zwischen etwa 5oo und 50 Hz in der
Weise bemerkbar, daß die abgegebene Spannung in diesem Bereich wesentlich höher
ist als im entsprechenden Fall ohne die erwähnte Massenverteilung. Der Unterschied
ist maximal etwa 5 dB und durchschnittlich etwa 3 c1B. Der Einfluß der Massenverteilung
bei den höheren Frequenzen ist praktisch nicht merkbar, da die Masse des Rillenabtasters
so groß ist, daß infolge der bei diesen Frequenzen auftretenden, verhältnismäßig
geringen Nadelamplituden der Eittfluß einer unrichtigen Lage der Torsionsachse auf
die Übertragung der Nadelbewegung auf die Systemwelle vernachlässigbar ist. Mit
Rücksicht auf vorstehendes sei darauf hingewiesen, daß der soeben erwähnte, günstige
Einfluß der Massenverteilung nur durch eine passende Wahl der Starrheit gegen Torsion
des Arms des Rillenabtasters erzeugt werden kann, weil diese die Lage der Torsionsachse
mitbedingt. Es hat sich ergeben, daß die Verwendung eines Arms mit einer solchen
geringen Starrheit; daß eine Torsionsresonanzfrequenz von weniger als Zoo Hz entsteht,
erforderlich ist, um den angestrebten idealen, vorstehend beschriebenen Zustand
annähernd zu erreichen.
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Bekanntlich ist die Resonanzfrequenz des Rillenabtasters sowohl durch
die Starrheit als auch die Masse der Einzelteile, im wesentlichen des Arms und des
Abtastkopfes bedingt. Da die im wesentlichen im Abtastkopf liegende Masse bereits
durch das verhältnismäßig geringe Gesamtgewicht des Arms und Kopfes fixiert ist,
muß also zur Erzielung einer niedrigen Torsionsresonanzfrequenz die Starrheit des
Systems gegen Torsion gering sein. Da die' Torsionsstarrheit des Abtastkopfes infolge
des Vorhandenseins des mechanisch-elektrischen Transformationssystetns einen solchen
Wert hat, daß die erforderliche, geringe Torsionsstarrheit des Rillenabtasters sich
infolgedessen nicht ergeben kann, kommt vorstehendes auf die Anforderung hinaus,
daß die erforderliche geringe Torsionsstarrheit vom Arm geliefert werden muß. Durch
Wahl des Werkstoffs und der Abmessungen sowie der Form des nur einige Gramm wiegenden
Arms kann diese Bedingung erfüllt werden. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß die
Starrheit des Arms für die anderen auftretenden Belastungen, z. B. Krümmang
infolge
der Maße des Abtastkopfes, nicht so gering sein darf, claß der Arm nicht mehr fähig
wäre, den Abtastkopf abzustützen.
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Als Werkstoff für den Arm kann z. B. ein thermoerhärtendes oder thermoplastisches
Kunstharz verwendet Nverden, wie dies an sich bekannt ist.
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Da die Torsionsresonanzfreduenz des Rillenabtasters gemäß der 1?rfindung
weniger als 20o Hz beträgt, ergibt sich außer (lern vorstehend erwähnten Vorteil
infolge der Vereinigung mit einer richtigen Massenverteilung der Vorteil, daß die
im Resonanzbereich im .1rm des Rillenabtasters angehäufte Energie verhältnismäßig
gering ist, was erleichtert, daß der Nadelpunkt nach wie vor den Rillen auf die
erwünschte Weise folgt. Ist letzteres nicht stets der Fall, so ist die dabei auftretende
Verzerrung bei der Wiedergabe jedenfalls verna@hl'issigl)ar, da die Ausschwingzeit
des Rillenabtasters auch verhältnismäßig gering ist.
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Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann sich noch ergeben,
wenn das Torsionsmotnent, das bei der Nadelbewegung auf den Rillenabtaster ausgeübt
wird, weitestgehend klein bemessen wird. Da das Torsionsmoment durch den Abstand
des Nadelpunkts von der Torsionsachse und durch die auf den Nadelpunkt ausgeübte
Kraft bedingt ist, wobei letztere für eine bestimmte Art von Rillenabtaster bei
gegebenem Nadeldruck festliegt, kann das Moment nur durch Abkürzung des Kupplungsarms
verkleinert werden. Es ist somit vorteilhaft, daß die Welle, mittels welcher der
bewegliche Teil des Transformationssystems gelagert ist (Systemwelle), wie dies
an sich bei anderen Bauarten bereits bekannt ist, auch beim Rillenabtaster nach
der Erfindung möglichst nahe beim Nadelpunkt liegt.
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Es ist empfehlenswert, die im Abtastkopf liegende Masse weiter derart
zu verteilen, daß der Rillenabtaster in der l-bene durch die Spindel und den Nadelpunkt
gegenüber letzterem zumindest nahezu ausbalanciert ist. Dies hat den Vorteil, daß
es mit llücksicht auf durch Abnutzung bedingtes Lagerspiel nicht erforderlich ist,
hohe Anforderungen an (las Lager der Spindel und das Lager der Welle zu stellen,
um welche der Rillenabtaster in einer zur Spindel senkrechten Richtung, wie üblich,
beweglich ist. Die erwähnte Ausbalancierung kann unbedenklich durchgeführt werden,
weil der Nadeldruck niemals über das Gewicht des Rillenabtasters hinausgehen kann,
d. h. nicht größer als etwa 35 g ist. Mit Rücksicht auf den Wunsch, daß .der Nadeldruck
maximal etwa 25 g ist, ist es ersichtlich, daß in vielen Fällen, in denen das Gesamtgewicht
des Rillenabtasters mehr als 25 g ist, ein Kompromiß zwischen dem Wunsch in bezug
auf die Massenverteilung und dein Wunsch, das Lager weitestgehend billig auszubilden,
geschlossen werden muß. Selbstverständlich erfolgt die Ausbalancierung unter Aufrechterhaltung
der Anforderung der Massenverteilung zur Sicherung der vorteilhaftesten Lage der
Torsionsachse.
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Mechanisch-elektrische Transformationssysteme, die einen piezoelektrischen
Umformer enthalten, eignen sich infolge ihrer flachen und meist rechteckigen Form
vorzüglich zur Verwendung beim Rillenabtaster gemäß der Erfindung. Da es üblich
ist, den Umformer derart im Abtastkopf unterzubringen, daß die größten Flächen parallel
zur abzutastenden Schallplatte zur Anlage kommen, bietet es keine Schwierigkeit,
die Welle, mittels der die Nadelbewegung auf dem Umformer übertragen wird (Systemwelle)
und die meist in Flucht mit dem Umformer liegt, möglichst nahe dem Nadelpunkt anzubringen.
Da die Masse des Umformers im wesentlichen die Masse des Abtastkopfes bedingt und
in einer durch die Systemwelle parallel zur abzutastenden Platte geführten Ebene
nahezu symmetrisch verteilt ist, wird die Torsionsachse jedenfalls zumindest nahezu
in dieser Ebene liegen. Es hängt dabei ausschließlich von der Massenverteilung im
Abtastkopf beiderseits der durch die Spindel und den Nadelpunkt geführten Ebene
und von der Starrheit des Arms des Rillenal>tasters ab, inwiefern die Torsionsachse
in der zuerst genannten Ebene sich mit der Systemwelle deckt und der ideale Zustand
für die Cbertragung der Nadelbewegung annähernd erreicht wird. Selbstverständlich
treten die gleichen Bedingungen auf bei mechanisch-elektrischen Transformationssystemen
anderer Art, die flach ausgebildet sind.
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Bei einer zweckmäßig angewendeten Ausführungsform des Rillenabtasters
nach der Erfindung mit einem Gewicht von weniger als 15 g, z. B. etwa 8 g,
wird ein piezoelektrisches Element verwendet, das derart in einem langgestreckten
Abtastkopf angebracht ist, daß beide Längsachsen sich nahezu decken, wobei der Abtastkopf
derart an einem geraden Arin befestigt ist, daß die Längsachse des Elements einen
Winkel von etwa 20° mit der durch die Spindel und den Nadelpunkt geführten Ebene
einschließt. Die Systemwelle schließt dabei einen Winkel von etwa 30° mit dem Arm
des Rillenabtasters ein. Die gemäß der Erfindung erforderliche Ausbalancierung der
Masse des Rillenabtasters beiderseits der durch die Spindel und den Nadelpunkt geführten
Ebene, die in diesem Fall auf der von der Spindel abgewendeten Seite des Abtastkopfes
liegt, ergibt sich durch Anbringung eines zusätzlichen Gewichts im Abtastkopf einerseits
dieser Ebene, vorzugsweise an einer Stelle, die möglichst weit von der Spindel entfernt
ist, weil auf diese Weise gleichzeitig die Ausbalancierung in dieser Ebene gegenüber
dem Nadelpunkt erleichtert wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung veranschaulichter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. i stellt eine Ausführungsform des Rillenabtasters nach der Erfindung
mit einem Gewicht von etwa 8 g in Druntersicht dar; Fig. 2 ist eine Seitenansicht
des Rillenabtasters stach F ig. i, wobei der Abtastkopf in längs der Ebene B-B senkrecht
zur Zeichnungsebene geführtetn Schnitt angegeben ist; 1i-. 2 a ist ein Querschnitt
durch den Arm eines Rillenabtasters nach den Fig. r und 2; Fig. 3 zeigt den Unterschied
zwischen der Kenn-
Linie eines Rillenabtasters nach den Fig. i und
2 und der desselben Rillenabtasters, bei dem die Massenverteilung nach der Erfindung
nicht vorhanden ist; Fig. 4 und 5 stellen eine andere Ausführungsform des Rillenabtasters
nach der Erfindung in Drunter- und Seitenansicht dar; Fig. 6 und 7 stellen einen
Rillenabtaster nach der Lrfindung in Draufsicht und Seitenansicht dar, wobei der
den Fuß mit dem Abtastkopf verbindende Arin eine gekrümmte Form hat.
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In Fig. i und 2 ist der flach ausgebildete Abtastkopf i des Rillenabtasters
von einem langgestreckten Arm abgestützt, der den Abtastkopf mit einem Fuß 3 verbindet,
der drehbar um eine Welle 4 senkrecht zu der abzutastenden Schallplatte 5 angeordnet
ist. 4° bezeichnet der Vollständigkeit ('ialber die Spindel, um welche der Rillenabtaster,
wie üblich, in einer zur Platte 5 senkrechten Ebene drehbar ist. Der Abtastkopf
enthält ein mechanisch-elektrisches Transformationssystem, das in Form eines piezoelektrischen
Eleinents 6 gestaltet ist, und ein Balanciergewicht 7.
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Das Gewicht des Rillenabtasters(Arm undKopf) geht etwas über den Nadeldruck
von etwa 6 g hinaus und beträgt 8,3 g. Da das piezoelektrische Element 1,6 g wiegt,
das Balanciergewicht 2 g und das Gewicht des Gehäuses des Abtastkopfes 2,7 g, ist
die Masse des Rillenabtasters, d. h. 6,3 g, im wesentlichen im Kopf gelagert. Infolgedessen
ist das Massenträgheitsmoment, bezogen auf die Spindel 4, verhältnismäßig besonders
groß, und trotz der geringen Masse des Rillenabtasters können die seitlichen Bewegungen
des Rillenabtasters in einer zur Spindel ,4 senkrechten Ebene infolge der Abtastbewegung
genügend beschränkt werden, wobei der im Lager der Spindel 4 auftretende Druck so
gering ist, daß ein billiges Gleitlager 8 vorgesehen werden kann und keine Balancierfeder
oder Gegengewicht zum Bewerkstelligen des erwähnten Nadeldrucks erforderlich ist.
Aus demselben Grund kann ein einfaches Lager für die Welle 4° verwendet werden.
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Die Massenverteilung ist infolge des Vorhandenseins des Gewichts 7
derart, daß die Massen beiderseits der durch die Spindel 4 und den Nadelpunkt 9
geführten Ebene A-A zumindest nahezu einander gleich sind. Das Gewicht 7 ist außerdem
an einer Stelle angebracht, die möglichst weit von der Spindel 4 entfernt ist, und
zwar derart, daß die Masse des Rillenabtasters in der durch die Spindel und den
Nadelpunkt geführten Ebene gegenüber diesem Punkt nahezu ausbalanciert ist. Zumindest
ist die Masse derart verteilt, daß infolgedessen ein besonders geringer Druck von
der Spindel auf das dazugehörige Lager ausgeübt wird.
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Die Ebene B-B, gegenüber welcher die Nadel infolge der Abtastbewegung
symmetrisch schwingt, und die senkrecht zur Plattes ist, schließt einen Winkel von
etwa 20° mit der vorstehend erwähnten Ebene A-A ein, so daß unter Beibehaltung der
üblichen Armlänge die Tangente an der unmodulierten Rille an irgendeiner Abtaststelle
nahezu in der vorerwähnten Symmetrieebene liegt. Das piezoelektrisclie 1?lenient
6 ist derart im Kopf untergebracht, daß die Richtung der Welle, in welcher der Nadelhalter
io gelagert ist, d. h. die Systemwelle i i, sich mit der Ebene B-B deckt. Der Nadelhalter
ist weiter am Kristall 12 befestigt, der an der Stelle 13 eingeklemmt ist. Infolge
der vorstehend erwähnten Massenverteilung und der mehr oder weniger symmetrischen
Ausbildung des piezoelektrischen Elements gegenüber der verlängerten Achse i i wird
gesichert, daß die Achse, um die der Rillenabtaster infolge der seitlichen Nadelbelvegung
tordiert wird, die Torsionsachse 14 nahezu in einer durch die Systemachse i i parallel
zur Schallplatte 5 geführten Ebene verläuft. Da außerdem die Starrheit gegen Torsion
im .41-1n 2 infolge der Wahl des :Materials und des U-förmigen Querschnitts (Fig.
2a) so gering ist, daß die dadurch und durch die im Abtastkopf angehäufte :-lasse
des Rillenabtasters bedingte Torsionsresonanzfrequenz unterhalb Zoo Hz liegt, ist
sichergestellt, daß die erwähnte Torsionsachse 14 sich zumindest nahezu mit der
Systemwelle i i deckt. Da auf diese Weise die zuletzt genannte Achse zumindest nahezu
die Achse bildet, uni die der Nadelpunkt tatsächlich schwingt, ist der Zustand annähernd
erreicht, in- dein die Nadelbewegung möglichst wirksam auf das Transforniationssystem
übertragen wird. Die Systemwelle i i liegt, ähnlich wie bei den bekannten Vorrichtungen,
mit Rücksicht auf Abkürzung des I)rehmomentarms des Torsionsnionients, möglichst
nahe beim Nadelpunkt.
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Fig. 3 zeigt den Unterschied zwischen der schematisch gehaltenen Frequenzkennlinie
a eines Rillenabtasters nach der Erfindung und der b eines entsprechenden Rillenabtasters,
bei dein die vorstehend erwähnte Massenverteilung nicht vorhanden ist, da <las
Balanciergewicht 7 entfernt ist. Dies zeigt, daß im zuerst genannten Fall im Frequenzbereich
von 5oo bis 5o Hz die angegebene Spannung höher ist und die hinderlichen Resonanzen
praktisch .verschwunden sind.
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Die Fig. 4 und 5 stellen einen Rillenabtaster nach der Erfindung dar,
dessen Gewicht (Arm und Kopf) 35 g und Nadeldruck etwa 25 g beträgt. Da das Gewicht
des flachen Abtastkopfes, das sich aus dem Gewicht des piezoelektrischen Elements
(i i g), dem Balanciergewicht 15 (6 g) und dem Gewicht des Kopfgehäuses (13 g) zusaininensetzt,
30 g beträgt, liegt die Masse des Rillenabtasters im wesentlichen im Abtastkopf.
Die Linie A-A bezeichnet die durch den Nadelpunkt 16 des Rillenabtasters und die
Spindel 17 geführte, zur abzutastenden Platte 18 senkrechte Ebene. Das piezoelektrische
Element i9 ist wieder derart im Abtastkopf 20 untergebracht, daß die Systemwelle
21 in der Ebene B-B liegt, in welcher die Nadel symmetrisch schwingt. Infolge der
Gestaltung des killenabtasters wird die TorsionsachSe 22 annähernd zeichnungsgemäß
verlaufen.
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Die Fig. 6 und 7 stellen einen killenabtaster nach der Erfindung dar,
bei dem der flach gestaltete Arm 23, der den Abtastkopf 24 und den Fuß 25 verbindet,
gekrümmt ist. Die infolgedessen und infolge der Lage des piezoelektrischen Elements
vorhandene Unsynimetrie der @-Iassenverteilung gegenüber der
durch
den Nadelpunkt 26 und die Spindel 27 geführten Ebene A-A des Rillenabtasters wird
vom Balanciergewicht 28 behoben. Die Systemwelle 29 des piezoelektrischen Elements
30 liegt in der Ebene 13-13, in welcher die Nadel symmetrisch schwingt, deckt sich
jedoch infolge der Gestaltung des Rillenabtasters nicht genau mit der Torsionsachse
31.