Verfahren und Einrichtung zum Antrieb von Vorrichtungen, welche die bei elektrischem Stromdurchgang durch ein aus einem Halbleiter und einem denselben berührenden Halbleiter oder Leiter bestehendes Aggregat zwischen den Berührungsflächen auftretende elektrostatische Anziehungskraft ausnutzen. Ans einer Reihe von Patenten, zum Bei- spiel dein schweiz. Patent \r. 98 6:ö1, ist es l),.kannt, dass gewisse Stoffe, die soge- nannten Halbleiter, z. B.
Achat, Schiefer, rie -isse Holz- und Papiersorten, Gelatine u. a., auf berührende Leiter oder Halbleiter eine :erhebliche Anziehung ausüben, wenn ein pa,sender Strom die sieh berührenden Ober flächen durelifliesst.
Die Aiizic-hrin- ist von der durch den Strom in der Berührungsfläche erzeugten Potentia.ldiffc#renzabhängig und bei zuneh- inender Spannung stark steigend.
Die Anziehung ist von einem entsprechend Marken Reibungswiderstand gegen Gleiten der beiden Flächen aneinander begleitet.
Es mirrle bereits in verschiedener Weite v < r@uelit, diese Wirkung in der Technik au -,- zunutzen, wobei einerseits erstrebt wurde, die beim Stromdurchgano- durch ein aus einem derartigen Halbleiter und einem den selben über eine gewisse Berührungsfläche berührenden Halbleiter oder Leiter bestehen des Aggregat zwischen den Berührungs flächen auftretende elektrostatische Anzie hungskraft :
dahin nutzbar zu machen, den einen der Aggregatteile dem andern zu nä hern, auf welchem Prinzip Elektroskope, Relais oder andere Vorrichtungen sich koxi- struieren lassen, während anderseits versucht wurde, durch ein derartiges mechanisches Bewegen der Aggregatteile einander gegen über, dass sie längs eines Teils ihrer Ober flächen stets miteinander in Berührung sinc'., die variierende Reibung zwischen den bei den Aggregatteilen zwecks Konstruktion elektromechanischer Vorrichtungen auszu nutzen,
welche durch Anwendung eines ge ringen Stromes (Bruchteile von 1VIilliampere) imstande -#vareii. erhebliche mechanische Zug- kräfte auszulösen. Diese Wirkung liess sich besonders leicht dadurch erzielen, dass der eine der Aggregatteile als ein rotierender Zylinder oder ein rotierende Scheibe, wäh rend der zweite Teil als ein Band oder eine Scheibe ausgebildet und mittelst Federkraft oder in andeier Weise gegen den rotierenden Teil gedrückt gehalten wurde.
Derartige Aggregate schienen für die Konstruktion einfacher und billiger Telegra phen-, Fernsprech-, Oszillographen- und an derer Apparate zur Anwendung gelangen zu können, welche im Verhältnis zu andern be kannten 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 Ulirwefh: oder dergleichen erzeugt werden konnten, während die zur Steuerung besagter Kräfte erforderlichen elektrischen Ströme ganz ge- ring waren.
Während somit die auf dem genannten Prinzip sich gründenden technischen Anwen dungen beim ersten Blick von grosser Be- .deutung zu sein schienen, stellte es sich indessen heraus, dass die wohlgelungenen Laboratoriumsversuche in der Praxis un übersteigbaren Schwierigkeiten begegneten, indem die Eigenschaften der angewandten Aggregate sich änderten, sobald sie auch nur verhältnismässig kurze Zeit (Stunden oder Tage) in Gebrauch waren.
Insbesondere kin- 4erten sich die wirksamen Oberflächen der massen, dass die Anziehungskraft, auf wel cher die ganze Anwendung beruhte, entweder bedeutend abnahm oder abnorm gross wurde und in beiden Fällen die praktische Anwend barkeit der Einrichtung vernichtete.
Es wurde versucht, diesem Übelstand durch besondere Behandlung der Oberfläche mit Reinigungsmitteln teils mechanischer, teils chemischer Art abzuhelfen; sämtliche Versuche, Konstruktionen herzustellen, vvel- chie imstande waren, längere Zeit hindurch zu arbeiten, erwiesen sich jedoch als er folglos. Fortdauernde Versuche und Untersuchun gen der sich hier geltend machenden Ver hältnisse haben nunmehr ergeben, dass die Änderung, welche die Aggregate infolge des Durchganges des Stromes erleiden, an scheinend elektrochemischen Änderungen zu zuschreiben 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 ge währleisten.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch er reicht, dass durch das Aggregat ausschliess lich Ströme wechselnder Richtung in solcher Weise geleitet werden, dass ein bleibender Überschuss elektrochemischer Veränderung des Aggregates vermieden wird.
Praktische Versuche haben ergeben, dass es zur Erreichung dieses Zweckes nicht ge nügt, ganz einfach Wechselspannung an das Aggregat ,anzulegen. Man muss sich viel mehr sichern, dass die Kurvenform des Wech selstromes eine derartige ist, dass die von positiven und negativen Impulsen her rührenden wechselnden, elektrochemischen Wirkungen sich völlig aufheben. Dies lässt sich in verschiedener Weise erzielen.
In der Zeichnung sind schematisch ver schiedene Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung bei spielsweise veranschaulicht.
Es zeigen: Fig. 1 und 2 schematisch zwei verschie dene solcher Einrichtungen.
Fig. 3 die durch die Einrichtung nach Fig. 2 erzielte Kurvenform des wechselnden Stromes, Fig. a eine dritte Ausführungsform, Fig. 5 die hier benutzte Kurvenform des wechselnden Stromes, Fig. 6 eine vierte Ausführungsform, Fig. 7 die durch dieselbe erzielte Kurven form des wechselnden Stromes, und Fig. 8 bis 10 drei weitere Ausführungs formen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann, um zu vermeiden, da.ss ein aus einem Halbleiter 1 und einem darüber angeordneten 11etallband 2 bestehendes Aggregat durch infolge des Durchganges des elektrischen Stromes ent stehende elektrochemische Änderungen ver ändert wird, in die Verbindungsleitunge:a zwiselren dem Aggregat 1, ? und einem Wechselstromgenerator 3 ein Kondensator 4 mit genügend hohem Isolationswiderstand, zum Beispiel ein Glimmerkondensator, ein gesehaltet werden.
Dieser Kondensator ver hindert das Auftreten von Gleichstrom, der infolge der Gleichrichterwirkung des Aggre gates in Verbindung mit der mehr oder we niger unsymmetrischen Kurvenform des Wechselstromes sonst leicht vorkommt. Falls hier die Spannungsamplitude oder die Fre- nuenz geändert werden soll, müssen Mittel vorgesehen sein, um die charakteristischen Daten des Generators 3 ändern zu können.
An und für sich ist jedes Verfahren an wendbar, durch welches Gleichstrom verhin dert werden kann, .das Aggregat zu durch fliessen. Dies lässt sich zum Beispiel auch durch Anwendung einer geeigneten Kurven form des Wechselstromes erzielen.
Die variierende Spannung hat indessen ein variierende Anziehungskraft und Rei bung zwischen den einander berührenden Flächen des Aggregates zur Folge. Wünscht man die hierdurch auftretende pulsierende Anziehungskraft auszugleichen, so können verschiedene Verfahren verwendet werden, von denen nachstehend beispielsweise einige erwähnt seien.
In der in Fig. ? gezeigten Einrichtung wird eine rotierende Kommutatoranordnung 5 verwendet, mittelst welcher bezweckt wird, rinen aus einer Gleichstromquelle 6 fliessen den Gleichstrom in \Wechselstrom umzu formen. Dem Kommuta.tor kann eine 'Weeh- selspannung V entnommen werden, deren Kurvenform die in Fig. 3 gezeigte eckige Form aufweist. Eine Spannung dieser Form ergibt annähernd eine eben so gleichmässige Anziehungskraft wie ein Gleichstrom.
Die Höhe der Spannungsamplitude kann durch Verstellen des Abgriffes der Batterie 6 ge ändert werden, während die Frequenz durch Änderung der Drehzahl des Kommutators 5 geändert werden kann.
In Fig. 4 ist eine Einrichtung gezeigt, bei welcher das Aggregat 1, 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 Polarisationsspannung am Aggregat 1, 2 bleibende elektrochemische Veränderungen im letzteren hervorruft, ist ein Stromwender in dem das Aggregat mit der Polarisations batterie 6 verbindenden Kreislauf eingeschal tet, bestehend aus einem Schlüssel 20, der zwischen zwei Kontakten 21, 22 geschwun gen werden kann.
Der Schlüssel 20 kann von einer Daumen scheibe 23 in Verbindung mit einer Feder 24 bewegt werden. In Fig. 5 ist die durch die Vorrichtung erzielte Kurvenform der Pola- risationsspannung V veranschaulicht. Durch Einstellen des Stromabnehmers 25 lässt sich die Amplitude regulieren. Durch Austausch der Daumenscheibe mit einer andern aus einem Satz verschieden geformter Daumen seheiben lässt sich auch die relative Dauer der positiven und negativen Impulse ändern.
Bei der in r'ig. 6 gezeigten Einrichtung, bei welcher das Aggregat 1, 2 mit einem Potentiometer 7, das in einen Stromkreis ein geschaltet ist, welcher einen Vorschaltwider- stand 8 enthält, und mit einer zum Potentio- meter 7 parallel eingeschalteten Gasent ladungsröhre 9 verbunden ist, welcher Strom kreis an einen von einem Wehselstromgene- rator 11 gespeisten Transformator 10 ange schlossen ist,
wird die Gasentladungsröhre bei Zündung 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 1, 2 durchfliessenden Wechselspannung V, wie in Fig. 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 Ein stellen des Potentiometers bestimmten Bruch teil -derselben angibt.
Bei einer derartigen Kurvenform ist die zwischen den Aggregatteilen entstandene An ziehungskraft erheblich gleichmässiger als bei einer reinen Sinusspannung.
Durch Anwendung mehrphasiger Ströme lässt sich eine weitgehendere Egalisierung der Anziehungskraft und hiermit eire bedeutend erhöhte Anziehung und Reibung zwischen den Teilen des Aggregates erzielen.
Fig. 8- stellt beispielsweise eine Vorrich tung dar, bei welcher zweiphasiger Wechsel strom verwendet wird, dessen Phasen gegen seitig um<B>90'</B> verschoben sind. Von einem Transformator 12 wird Strom einem pas send bemessenen Kondensator 13 und einem. Widerstand 14 zugeleitet, in welchen auf an sich bekannte Weise zwei gleich grosse, jedoch gegenseitig um 90 phasenverschobene Spannungen vorkommen, die je einer Hälfte des Aggregates 1, 2 zugeführt werden, wel ches im dargestellten Beispiel aus einem Halbleiter 1 und zwei Leitern 2 besteht,
die auf einer isolierenden Tragplatte<B>15</B> an geordnet und je über Kondensatoren 4 mit dem aus dem Transformator 12, dem Kon densator 13 und dem Widerstand 14.<B>be-</B> stehenden Stromkreis verbunden sind.
In Fig. 9 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher drei auf einer isolierenden Trag platte 16 angeordnete Metallamellen 2' den einen Aggregatteil bilden, während der zweite Teil aus einem Halbleiter 1 besteht. Die drei Metallamellen sind über Konden satoren 4 an je eine Phase eines dreiphasigen Wechselstromnetzes angeschlossen. Die An ziehung 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 La melle abnimmt und in der dritten Lamelle zunimmt.
Wird gewünscht, mittelst der im Aggre gat entstehenden Anziehung oder Reibung zu erwirken, da,ss eine Membran, ein Schreib stift oder dergleichen sich im Takt mit der Wechselspannung bewegt, so kann man vor teilhaft zweiphasigen Strom anwenden und die gewöhnlich angewandte federnde Gegen kraft fortlassen. Man kann so zum Beispiel, wie in Fig. 10 gezeigt, einen tönenden Schall erzeuger konstruieren.
Zwei durch ein Schaltungsschema., wie das in Fig. 8 gezeigte, erzeugte phasenver schobene Spannungen werden ' je einem Aggregat 1, 2 zugeführt, welche Aggregate zwei Halbleiter aufweisen, die als Zylin der X ausgebildet sind, welche in den durch Pfeile 17 angegebenen Richtungen bewegt werden. Über die Zylinder 1 ist ein Metall band 2 gelegt, das mit je einer Seite einer Membran 18 verbunden ist. Da die Span nung und somit auch die Anziehung im einen Aggregat Maximum ist, wenn sie am andern Null ist, werden die beiden Metall bänder 2 die Membran bald nach der einen, bald nach der andern Seite im Takt des Wechselstromes führen, und die Membran wird einen Ton erzeugen, dessen Sehwin- gungszahl zweimal so gross ist wie die Pe riodenzahl des Wechselstromes.
In. sämtlichen in Fig. 6 bis 10 gezeig ten Einrichtungen lässt sich sowohl die Am plitude, als auch die Dauer der wechselnden Impulse regulieren durch Mittel zum Re gulieren des betreffenden Stromgenerators.