DE587309C

DE587309C - Verfahren und Anordnung zum Antrieb von Vorrichtungen, welche die bei elektrischem Strom-durchgang durch ein aus einem Halbleiter und einem denselben beruehrenden Halbleiter oder Leiter bestehendes Aggregat zwischen den Beruehrungsflaechen auftretende elektrostatische Anziehungskraft ausnutzen

Info

Publication number: DE587309C
Application number: DER83648D
Authority: DE
Original assignee: KNUD RAHBEK DIPL ING
Current assignee: KNUD RAHBEK DIPL ING
Priority date: 1931-11-10
Filing date: 1931-12-22
Publication date: 1933-11-02
Also published as: US2025123A; GB402589A; FR745270A; NL34891C

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.

Die Anziehung ist von der durch den Strom in der Berührungsfläche erzeugten Potentialdifferenz abhängig und bei zunehmender Spannung stark steigend.

Die Anziehung ist von einem entsprechend starken Reibungswiderstand gegen Gleiten der beiden Flächen einander gegenüber begleitet.

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.

Derartige Aggregate schienen für die Konstruktion einfacher und billiger Telegraphen-, Fernsprech-, Oszillograph- und

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.

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.

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.

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.

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.

In der Zeichnung sind schematisch verschiedene Anordnungen veranschaulicht, welche dazu dienen, den hier erstrebten Zweck zu erreichen.
Es zeigen

Abb. ι und 2 schematisch zwei verschiedene Anordnungen,

Abb. 3 die durch die Anordnung nach Abb. 2 erzielte Kurvenform des wechselnden Stroms,

Abb. 4 eine dritte Anordnung,

Abb. 5 die hier benutzte Kurvenform des wechselnden Stroms,

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.

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.

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.

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 ergibt

Claims

. annähernd "eine ebenso gleichmäßige Anziehungskraft wie ein Gleichstrom.

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.

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.

Bei einer derartigen Kurvenform ist die zwischen den Aggregatteilen entstandene Anziehungskraft erheblich gleichmäßiger als bei einer reinen Sinusspannung.

Durch Anwendung mehrphasiger Ströme

läßt sich eine weitgehendere Egalisierung der Anziehungskraft ₆und hiermit eine bedeutend erhöhte Anziehung und Reibung zwischen den Teilen des Aggregats erzielen.

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. ·»

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.

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.

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.

Patentansl'Rücu κ :

i. Verfahren zum Antrieb von Vorrichtungen derjenigen Art, welche die bei elektrischem Stromdurchgang durch ein

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.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aggregat Wechselstrom zugeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aggregat eine Wechselspannung eckiger Kurvenform zugeleitet wird.
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.
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.
6. Anordnung zur Ausnutzung des Verfahrens nach Anspruch ι bis 3, gekennzeichnet durch eine mit dem' Aggregat parallel geschaltete Gasentladungsröhre.
7. Anordnung zur Ausnutzung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung durch einen Stromwender an sich bekannter Art erzeugt wird.
8. Anordnung zur Ausnutzung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aggregat mehrphasige Ströme zugeleitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen