Elac KST Probleme

[achim]

Hallo Gemeinde,
ich bin neu hier und will mich mal kurz vorstellen. Bin von Beruf Zahntechnikermeister, 56 Jahre alt und restauriere seit knapp drei Jahren Radios, Tefis und Plattenspieler aus den 50er Jahren.
Ich hab mich hier angemeldet weil ich bei einem Problem nicht weiterkomme und hier vielleicht Tipps bekommen kann.

Ich habe es mir das Ziel gesetzt, die raren noch funktionierenden mono Elac Tonabnehmersysteme vom Typ KST  nachzubauen. Das würde prinzipiell auch ganz gut klappen, es gibt aber Probleme.

Nach einiger Recherche über die piezoelektrischen Eigenschaften von Seignettesalz war schnell klar, dass das mit Hobbymitteln nicht zu leisten ist. Kristallzucht, Kristallwachstumsrichtung, Schnittwinkel, Bedampfung, ect. - das wird nichts.
So bin ich ausgewichen auf Bariumtitanat, das Material also das in den etwas späteren Keramiksystemen verwendet wurde.
Nachdem rund 100 solcher Plättchen beschafft waren konnten die Versuche losgehen.
Inzwischen sind fast alle Probleme gelöst, bis auf zwei:

Das Ausgangssignal der damit nachgebauten Systeme ist merklich geringer als das der Originale. Das könnte prinzipbedingt sein, da der piezoelektrische Effekt bei Seignettesalz ausgeprägter ist.
Das zweite, gravierendere Problem ist der Klang. Es ist zwar kein Problem die prinzipielle Funktion herzustellen, der Klang bleibt aber hinter dem Original zurück. Die Tiefen sind deutlich geringer, der ganze Klang mittenbetont und etwas schrill.

Das KST 8/9 ist ja ein Mono System und im Original liegt das Kristallplättchen waagerecht im Gehäuse. Bei der Auslenkung der Nadel wird es also über die Breitseite verformt, was mir seltsam erscheint.
Ein versuchsweise eingesetztes Plättchen aus Bariumtitanat in der derselben Position ergab ein minimales Ausgangssignal mit großen Verzerrungen und stark gequetschtem Klang.
Das einzige, mir bekannte Monosystem auf Keramikbasis ist das ElektroVoice 51. Bei dem steht das Plättchen senkrecht im Gehäuse, nicht waagerecht. Die Stereosysteme sind mechanisch ganz anders aufgebaut, können hier alsonicht als Orientierung dienen.
Versuchsweise hab ich das dann beim Elac System auch so gemacht und das Ergebnis war unvergleichlich besser.
Nun begannen endlose Versuchsreihen mit unterschiedlich harten und weichen Gummilagern, alles eben was man als Stellschraube für den Klang vermuten könnte. Das Ergebnis war bescheiden. Das scheinen keine wesentlichen Faktoren zu sein. Bis auf geringfügige Änderungen in der Höhe des Ausgangssignals ergaben sich durch die diversen Lager, geänderte Hebelverhältnisse, Bedämpfungen, ect. keine signifikanten Unterschiede.
Auch ein Wechsel der Bariumtitanatplättchen gegen einen anderen Hersteller gab keine nennenswerten Änderungen.

Ich hänge jetzt also fest, komme nicht weiter. Woran kann es liegen? Irgendwo muss ein prinzipieller Fehler liegen.
Vielleicht hat ja jemand eine Idee.
Danke und viele Grüße,

Achim

[saarfranzose]

Hallo Achim, schön dich hier auch zu sehen :-) Ich hoffe deine Erwartungen an das Forum werden erfüllt.

[Franz Bernhard]

Hallo Achim,

ich habe mich zwar noch nie mit dem Versuch beschäftigt, Tonabnehmersysteme zu bauen, aber beim Lesen deines Beitrages kamen mir folgende Gedanken.

Der Frequenzgang deines Piezoabnehmers wird von Dir als zu hochfrequent beschrieben. Da die Geometrie des Piezokristalls einen unmittelbaren Einfluß auf das abzugebende Signal hat, ist eine Abhängigkeit der Geometrie vom Frequenzgang zu vermuten. Das Plättchen ist deutlich empfindlicher auf die hohen Frequenzen, was auf die Geometrie des Plattchens zurückzuführen ist. D.h. es ist die Überlegung wert, das Plättchen in der Form zu ändern. Um die tiefen Frequenzen zu verstärken, würde ich intuitiv die Dicke des Plättchen vergrößern und als zweiten Schritt die Fläche des Elementes vergrößern, evtl das Plättchen länger als breit machen. 

Vielleicht kann auch ein Physiker unter uns, nicht wahr Harald?, auch die Ermittlung des Frequenzganges eines solchen Piezokristalls mittels Formel oder Messmethode angeben. Schließlich sind Quarze mit bestimmten Eigenfrequenzen ausgestattet.

Natürlich kann eine Ursache auch das Material haben. Aber auch da ist der Physiker gefragt.

Einen Einfluss wird auch die Länge der Nadel und deren Postion auf dem Plättchen haben.

Klar ist nach Deinen Ausführungen, dass die Lagerung des Kristalls nur eine geringfügigen Einfluss hat. Das entspricht auch meinem laienhaften Verständnis der Zusammenhanges.


Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte. Kannst Du, obwohl das Teil so klein ist wie ein Milchzahn, ein Bild einstellen?

[Daniel]

Hallo,

mir fällt wenig brauchbares ein. Nur soviel, dass ein Zahntechnikermeister für unser Hobby eine geniale Bereicherung ist.
Während meiner Lehre hatte ich einen regen Kontakt zu dem ortsansässigen Zahntechniklabor.
Gemeinsam haben wir während der Mangelwirtschaft so manches Problem gemeinsam gelöst.
Einige der vielen Werkstoffe konnten wir in der ganzen Bandbreite für Reparaturen, Neubauten u. ä. nutzen.

Zähne haben wir nicht einsetzen können.
Natürlich finde ich es  ehrgeizig ein Abtastsystem herstellen zu stellen und finde  sensationell.
Trotzdem denke ich das dies ein sehr komplexes Unterfangen ist und würde mich freuen darüber mehr zu lesen.

[Uli]

Hallo Achim, willkommen hier!
Beitragen kann ich leider nix, wohl aber Dir viel Erfolg wünschen und wenn er Dir beschieden ist, Interesse anmelden

[achim]

Vielen Dank für die Beiträge und die Resonanz und die nette Begrüßung hier,
Hallo Jupp und Uli, schön euch hier zu treffen....

Ohne Bilder ist es etwas schwer zu beschreiben. Es handelt sich um dieses System hier das in vielen Elac, PE und Harting Plattenspielern verwendet wurde.
Da es viel mehr funktionierende Plattenspieler als Systeme gibt war der Gedanke reizvoll so etwas nachzubauen. Von der Sache her sollte das  eigentlich nicht so problematisch sein.
Ich bin mir nicht sicher ob ich das Funktionsprinzip richtig verstanden habe, deshalb mal ganz von vorne.

   

[achim]

Das System von der Unterseite gesehen. In die rote Unterschale ist ein Gummilager eingelassen das meines Erachtens als Drehlager aufzufassen ist.
In dem vorderen Teil aus durchsichtigem Kunststoff steckt ein weiteres, baugleiches Gummilager. Dieses Lager ist mechanisch mit dem Seignettekristall verbunden.
Die Nadel wird mit ihren zwei Stiften in diese beiden Lager gesteckt. Wird die Nadel durch die Rillen der Platte ausgelenkt, dann führt sie eine geringe Drehbewegung um das hintere Lager in der roten Unterschale aus und überträgt diese Bewegung über das vordere Gummilager und die Mechanik aus durchsichtigem Kunststoff auf den Kristall.
So weit mein Verständnis. Seht ihr das auch so?

   

   

   

   

[achim]

Das geöffnete System mit der geheimnisvollen Paste die den Kristall vor Feuchtigkeit schützen soll. Die muss ich erst mal rauswaschen. Morgen gehts weiter.

   

[anton]

Willkommen im Forum Achim!

So wie Du es beschreibst, sollte es richtig sein. Das hintere Gummilager nimmt die Nadel auf und macht sie beweglich, das vordere Gummilager gibt die Bewegungsimpulse an den Kristall weiter.

Mich würden die Plättchen interessieren, die Du als Ersatz verwendest und wie Du die Kontakte daran befestigt hast. Die Seignettesalz Kristalle bestehen aus mehreren Lagen und dazwischen wurde ein Staniol gelegt, welches die elektrischen Impulse auf die Tonarmleitung überträgt. Vielleicht ist hier ein Problem zu sehen, z. B. dass die Ersatzplättchen aus Bariumtitanat zu starr sind.

Wenn man z. B. die physikalischen Eigenschaften aus der mechanischen Schallerzeugung mit eine Schalldose und Glimmermembran ableitet, wird die Tonwiedergabe weicher, je weicher die Glimmermembran gelagert ist. Die hohen Töne werden intensiver, je starrer die Membran ist. Nun arbeiten die Kristallsysteme und das Barium zwar nach einem anderen Prinzip, als die mechanische Tonwiedergabe, eine Verbindung wäre aber m. E. hier möglich.

In vielen älteren Philips Systemen sind auch Seignette Salzkristalle verbaut, die das gleiche Problem der Feuchtigkeitesempfindlichkeit haben. In den Systemen, wie sie im Philips Mignon Plattenschlucker zum Einsatz kamen, wurden in späteren Jahren Keramikplättchen eingebaut, ob das Bariumtitanat war, weiß ich nicht. Auf jeden Fall hatten diese Plättchen die gleiche Form und Anordnung wie die Kristallplättchen, in längsrichtung gelagert und waren in die gleichen Gehäuse eingebaut.

Das Gel in den Systemen hatte übrigens nach meinem Wissen nicht die Aufgabe Feuchtigkeit abzuhalten, sondern sollte Vibrationen und Klirren verhindern, es wurde sozusagen als Dämpfung gegen Nebengeräusche eingesetzt. Aber einen Beleg für diese Aussage kann ich jetzt auch nicht nennen. Dummerweise scheint aber eben dieses Gel den Prozess der Zerstörung der Kristalle zu beschleunigen, vermutlich weil es Feuchtigkeit bindet und der Kristall nicht mehr trocknen kann. Das mag auch ein Alterungsprozess des Gels sein, dass seine vorherigen Eigenschaften verändert hat.

[Vagabund]

Achim, Du lässt aber auch wirklich nichts aus.

Herzlich Willkommen im RBF, es freut mich, Dich auch hier bei uns zu haben. Du wirst uns eine große Bereicherung sein und auch selbst sehr unterschiedliche und sehr interessante Beiträge hier zum Lesen bekommen.

Achim ist übrigens der Hersteller unserer Silikon-Tellerauflagen für die Dual 1003/1004.

Sehr interessant für mich ist den inneren Aufbau eines KST mal zu sehen und ich bin sehr interessiert an einer Lösung. Ich habe auch einen schönen Elac-Kofferplattenspieler, der leider durch das defekte Tonsystem unbrauchbar geworden ist. Vielleicht kommst Du auf eine Lösung. Da ich mich damit aber nicht befasst habe, kann ich in die Richtung leider nicht helfen, ausser vielleicht mit einem alten kaputten System, welches schon arg verzerrt.

Herzlich Willkommen und zu jeder Zeit einen schönen Aufenthalt hier im RBF.

[Dietmar]

Hallo Achim, herzlich Willkommen hier.
Ja , da hast du ein Thema was viele Interessiert. Leider kann ich nicht mithelfen, da keine Ahnung. Diese Pampe sieht mir nach Silikon aus, gabs das damals schon??

[Franz Bernhard]

Hallo,

das Thema ist mir nicht aus dem Kopf gegangen.

Kannst Du versuchen, den Widerstand des Piezoplächen zu messen? Die Anordnung könnte sein:

Vom Frequenzgenerator als Stromquelle läuft der Strom über einen Schutzwiderstand  in das Plättchen und dann wieder zurück zu Frequenzgenerator. Parallel um Plättchen schaltest Du ein Röhrenvoltmeter, das frequenzabhängig die Spannung messen kann.

Nun kannst Du den Spannungsabfall am Plättchen in Abhängigkeit von der Frequenz messen. Der Spannungsabfall ist proportional zum Widerstand, den ich Frequenz abhängig vermute. Wenn du nun den Widerstandsverlauf über der Frequenz z.B. von 50Hz bis 5000 Hz aufzeichnest, erhälst Du eine Kurve, die Auskunft über die Übertragungseigenschaften gibt.

Wenn du nun das Plättchen änderst, sieht Du sofort, ob der Frequenzgang für tiefe Frequenzen empfindlicher wird.

[achim]

Vielen Dank für die zahlreichen Antworten.
Danke Franz für die Idee mit der Messung. Leider scheitert das bei mir an mangelnder Ausrüstung.
Anton, danke für die Begrüßung, auf die Plättchen komme ich gleich noch zurück.
Philipp, du auch hier  - die Welt ist klein.

Das System ist jetzt sauber und hier beginnen bei mir bereits die ersten Verständnisprobleme.
Es ist eines der wenigen Exemplare die ich besitze bei dem der Ausgangspegel stark reduziert ist obwohl das Kristallplättchen vordergründig keine Zerstörungen aufweist. Es scheint mehrere Varianten gegeben zu haben. Hier ist das Kristallplättchen zusätzlich mit einer Lackschicht vor Luftfeuchtigkeit geschützt.

Ich hab die einzelnen Bauteile jetzt einfach mal nach Gutdünken benannt

   

[achim]

Da es ja ein Mono-System ist, ist die Schallinformation in Seitenschrift aufgezeichnet. Die Plattenrille bewegt die Nadel nur in horizontaler Richtung. Demnach würde das Kristallplättchen über die Breitseite verbogen. Wenn das so sein sollte, dann erscheint mir aber die Art der Fixierung des Plättchens in der Gabel widersinnig, denn eine Sicherung gegen Herausrutschen oder Wandern des Plättchens in der Gabel gibt es nur in vertikaler, nicht in horizontaler Richtung. Das erscheint irgendwie seltsam.
Hat da jemand eine Erklärung?

[achim]

Dieses Bild zeigt zum vergleich ein Electro Voice 51 Tonabnehmersystem. das einzige, mir bekannte, Mono-System das mit einem Keramikplättchen arbeitet. Es handelt sich dabei wohl um die denkbar konstruktiv primitivste Variante eines Tonabnehmers. Dennoch funktioniert er einwandfrei. Ich hab ihn mehrfach in Tefis verbaut und er steht klanglich anderen keramischen Abnehmern nicht nach.
Wie man sieht ist die Nadel unmittelbar und starr mit dem Keramikplättchen verbunden. es gibt ein einfaches Gummilager und die Fixierung des Keramikplättchens im hinteren Teil erfolgt einfach durch starre Klemmung in den Kontaktfahnen die nach außen geführt sind.
Wie man erkennen kann, steht das Keramikplättchen hier aber senkrecht zur Nadel, nicht waagerecht wie beim KST-System mit dem Kristallplättchen.
Da ich kein anderes Mono-Keramiksystem kenne, kann man leider auch nichts vergleichen. Stereosysteme haben ja zwei Plättchen die im Winkel von 45° angeordnet sind. Das hilft leider nicht weiter.

Kann es sein, dass Kristallplättchen prinzipiell über die Breitseite gebogen werden und Keramikplättchen über die Schmalseite?
Leider habe ich auch kein anderes Mono-Kristallsystem das man zu einem Vergleich heranziehen könnte. 
Vielleicht hat ja jemand von euch schon mal ein defektes Mono-Kristallsystem zerlegt und erinnert sich an den internen Aufbau?

   

[achim]

Zu den Keramikplättchen: ich weiß gar nicht ob die von mir verwendeten Plättchen aus Bariumtitanat  bestehen.
Angeblich wurde dieses Material aber dafür verwendet. Die Plättchen stammen direkt aus fabrikneuen Tonabnehmern die zum Spottpreis direkt in China erhältlich sind. Bleibt man von der Menge her knapp unter 50 Stück, dann ist der Versand gratis und der Stückpreis beträgt grade mal gut 2 Euro. Da es sich um Stereoabnehmer handelt bekommt man für das Geld also fast 100 Plättchen und dazu noch 50 Saphirnadeln die man gut in KST Systeme der 100er Reihe implantieren kann.

Von daher denke ich, dass die Plättchen selbst nicht das Problem darstellen sollten. Versuche mit keramikpöättchen aus anderen Systemen ergaben ja auch kein besseres Ergebnis.

   

   

   

   

[anton]

Zur allgemeinen Info hier mal ein Datenblatt zu ELAC Kristallsystemen. Interessant v. A. der Punkt "Rückstellkraft und Auflagekraft":

   

   

   

   

Hier ein wie von mir weiter oben beschriebenes Keramiksystem von Philips, überwiegend im Philips Mignon verbaut. Im Unterschied zum ELAC, ist hier der Keramikstreifen nicht liegend, sondern hochkant gelagert. Das mag aber dem Unstand zu folgen, dass im gleichen Gehäuse vorher Kristallstreifen verbaut waren:

   

Hier nun ein Philips AG3036 Kristallsystem, nun mit liegendem Kristallstreifen:

   

Hier noch ein (leider unscharfes-) Bild der Nadel mit Keramikstreifen solo:

   

Die Wahl, ob die Kristallstreifen oder Keramikstreifen liegend oder senkrecht verbaut wurden, lag evtl. an der Verwendung, d. h. das Einsatzgebiet. Während man bei Schellackbetrieb die höheren Töne gerne dämpfen wollte, war im HiFi Vinylbetrieb die Betonung der hohen Töne relevant.

[achim]

Danke Anton, besonders für das Datenblatt. Könntest du mir davon evtl. einen hochauflösenden Scan zukommen lassen?

Zitat:" Die Wahl, ob die Kristallstreifen oder Keramikstreifen liegend oder senkrecht verbaut wurden, lag evtl. an der Verwendung, d. h. das Einsatzgebiet. Während man bei Schellackbetrieb die höheren Töne gerne dämpfen wollte, war im HiFi Vinylbetrieb die Betonung der hohen Töne relevant."

Anton, das erscheint mir unwahrscheinlich. Man kann die Kristall, bzw. Keramikstreifen nicht einfach um 90° gedreht einbauen.
Die Ladungsverschiebung findet nur in einer Richtung statt und die Streifen sind ja aus zwei Hälften mittig zusammengekittet.
Bei den Kristallstreifen die anscheinend ja immer liegend eingebaut wurden, müsste die Kittstelle dann in der Schmalseite erfolgen. das ist aber nicht der Fall. Wie man auf deinen Bildern sehen kann, scheinen die Keramikstreifen immer hochkant eingebaut worden zu sein. Vielleicht hängt das mit der Kristallstruktur oder so zusammen.
Demnach lag ich mit der hochkanten Montage der Keramikplättchen ja richtig. Ich kann keinen prinzipiellen Unterschied erkennen zwischen den gezeigten keramischen Monosystemen und dem auf Keramik umgebauten Elac System.

Beim Lesen deines Datenblattes ist mir aber aufgefallen dass da was von Abschlusswiderstand von 0,5 - 1MOhm steht.
Was ist darunter zu verstehen? Ist dieser Widerstand evtl. im System integriert? Ich konnte nie einen solchen entdecken, oder haben diese Staniol-ähnlichen Kontaktbänder spezielle Eigenschaften?
ich hab die Kontaktierung einfach mit hauchdünnem Kupferdraht ausgeführt. kann hier eine Ursache liegen?

Gruß,
Achim

[Franz Bernhard]

Hallo Achim,

hier eine weitere Theorie, die nicht auf der Elektrik, sondern auf die reiner Mechanik, also Statik und Festigkeitlehre beruht.

Annahme 1: Die Stelle, an der Du den Kontakt anbringst, hat einen Einfluß auf den Klang und die Lautstärke.
Annahme 2: Die Steifigkeit des Kristalls hat einen Einfluß auf den Klang und die Lautstärke.

Die tiefen Töne haben die größte Amplitude. Die Nadel überträgt die Amplitude auf den Kristall, der sich je nach Amplitude verformt und so wird die Amplitde über den Piezoeffekt elektrisch verwertbar. Wenn nun die tiefen Töne nicht wiedergegeben werden, wird der Kristall an der Kontaktstelle nicht ausreichend stark verformt.

Es ergeben sich zwei grundsätzliche Möglichkeiten:
a) Die Kontaktstellen werden am Kristall anders platziert. Sie sollten dort liegen, wo der Kristall die größte, ungestörte Verformung hat.

Deine schönen Bilder legen nahe, dass die Nadel eine Querbiegung in den Kristall einbringt. Im Kristall entsteht ein Spannungszustand aus Biege- und Schubspannung, der die elektisch relevante Verformung auslöst. An der Stelle an der die Kraft eingebracht wird, ist die Verformung am größsten. Wenn nun die Verformung an der Kontaktstelle nicht groß genug ist, könntest Du die Kontaktstelle in Richtung Krafteinleitung verschieben und so die Klangeigenschaften ändern.

Das findet seine Grenzen durch die Störung des Kristalls durch die Krafteinleitung als solche.

b) Der Kristall wird weicher gestaltet.

Die Krafteinleitung der Nadel in den Kristall senkrecht, d.h. als reine Biegung, oder quer, d.h. als Biegung mit Schubanteil ist ein grundsätzlicher Unterschied. In Querrichtung ist der Kristall deutlich steifer, verformt als weniger. Hier spielt das Flächenträgheitsmoment als geometrische Größe die entscheidende Rolle.

1) Krafteinleitung senkrecht in den Kristall
Die Breite des Kristall geht linear in die Verformung ein: je schmaler des weicher
Die Länge geht linear in die Verformng ein.
Die Dicke geht mindestens quadratisch in die Verformung ein, d.h. eine Halbierung der Dicke bewirkt mindestens eine Vervierfachung der Verformung.

Die Kontaktierung sollte in Kraftrichtung liegen. Wenn die Nadel senkrecht auf den Kristall drückt, sollten die Kontakte obere und unterhalb liegen.
=> Die Lautstärke steigt und die Empfindlichkeit für die Tiefen ebenfalls.

2) Bei Krafteinleitung quer in den Kristall
Diese Krafteinleitung ist auf deinen Bilder zu sehen.
Die Breite des Kristalls geht mindenstens quadratisch in die Verformung ein, d.h. eine Halbierung der Breite bewirkt eine Vervierfachung der Verformung.
Die Länge geht linear in die Verformng ein.
Die Dicke geht inear in die Verformung ein.

Auch hier sollte die Kontaktierung wieder in Kraftrichtung liegen, um dem Kristall die größte Verformung zu geben.

Du hast also bei fehlenden Tiefen die Möglichkeit, den Kristall dünner, schmaler oder länger zu machen, wenn die Änderung der Kontaktierung zu keinem befriedigenden Ergebnis führt.

Die Steifigkeits des Grundmaterials spielt grundsätzlich in die Übertragung hinein. Bei unterschiedlichen Kristalltypen ist der  Elastitzitätsmodul ggfs. deutlich anders und damit brauchst du auch unterschiedliche geometrische Formen des Kristalls.

Eine weitere Möglichkeit ist, die Kraft, die von der Nadel kommt, zu vergrößern. Hier hilft das Hebelgesetz. An der gezeigten Nadel sind zwei Halterungen. Wenn man den Abstand der beiden verkürzt, sieht der Kristall eine größere Kraft.

[omega]

Hallo,
zur beobachteten jeweils andersartigen Befestigung des Piezoelementes in Kristall- und Keramiksystemen:
hier glaube ich, gelesen zu haben, daß eine Variante (Kristall ?) verdreht/tordiert werden muß, die andere (Keramik ?) gebogen werden muß, um jeweils die optimale Spannungsabgabe entsprechend der eingeleiteten Schwingung zu erzielen.
Nur so ne Idee? Eine Quelle hierzu habe ich momentan nicht gefunden.
Viele Grüße
Michael