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Mehrschichtmembran, insbesondere für Schallwandler
Die Erfindung bezieht sich auf eine Membran, die gute Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und klimatische Einflüsse mit hoher Elastizität bei genügender Steifigkeit und innerer Dämpfung vereint.
Bisher hat man in der Elektroakustik sowohl zur Schallaufnahme als auch zur Schallwiedergabe Wand- ler benützt, die vorzugsweise mit nichtmetallischen Membranen ausgerüstet sind. Das Material, aus dem diese Membranen derzeit hergestellt werden, ist vorwiegend Papier, es werden aber auch insbesondere für
Mikrophone Membranen aus Kunststoffen hergestellt. Keiner dieser beiden Grundstoffe für die Membran- erzeugung ist jedoch vollkommen, denn Papiermembranen sind hygroskopisch und nicht genügend steif, wogegen Kunststoffmembranen zwar gegen Feuchtigkeit unempfindlich sind, jedoch zu geringe innere
Dämpfung aufweisen, so dass es leicht zu Partialschwingungen auf der Membrane kommt, die als Klirr- erscheinung hörbar werden und Resonanzstellen besonders zur Geltung kommen.
Es was daher naheliegend, Papiermembranen zu imprägnieren, um den Anforderungen an eine mög- lichst klimafeste Membran weitgehend nachkommen zu können. Dieser Weg ist auch tatsächlich beschrit- ten worden, doch ist es hiebei kaum möglich, bei der Serienerzeugung ein gleichmässiges Endprodukt zu erhalten. Dies ist aber, insbesondere im Hinblick auf die steigende Forderung an Übertragungsgüte sehr wichtig, denn bei der Serienherstellung z. B. von Rundfunkempfängern wäre es unwirtschaftlich, den Nie- derfrequenzteil jedes Gerätes auf die jeweiligen Eigenschaften (Frequenzgang, Resonanzfrequenz u. a.) des
Lautsprechers abzustimmen.
Die Erfindung betrifft nun eine aus mehreren Schichten zusammengesetzte Membran,-die die vor- stehend angeführten Nachteile nicht besitzt und sie besteht darin, dass bei einer Mehrschichtmembran, die aus wenigstens einer Kunststoffolie und wenigstens einer Gewebelage besteht, die unter Anwendung von Druck und Wärme zu einer einheitlichen Membran vereinigt sind, die Gewebelage aus gesponnenem (gezwirntem) Material natürlicher oder synthetischer Herkunft, wie Seide, Baumwolle, Kunstseide od. dgl. besteht.
BeiunterAnwendungvon Wärme undDruckhergestelltenSchichtgebilden aus Metalldrähten und Kunst- stoffolien ist es nicht unbedingt sicher. dass zwischen den beiden Stoffkomponenten eine vor allemdauernde
Haftung besteht, oder bestehen bleibt, besonders dann, wenn dieses Schichtgebilde häufigenVerformun- gen wie Verbiegungen usw. ausgesetzt wird. Es tritt dabei früher oder später ein gegenseitiges Loslösen der Metalldrähte von der Kunststoffumhüllung auf, so dass erstere dann mehr oder weniger frei beweglich der Umhüllung liegen.
Werden solche Schichtgebilde als Schallwandlermembranen verwendet, so können infolge der be- triebsmässigen dauernden Verformungen derselben besagte Erscheinungen ohne weiteres auftreten, und die sich damit ergebenden Inhomogenitäten führen alsbald zu nicht linearen Verzerrungen bei der Schallum- wandlung.
Diese Nachteile können überwunden werden, wenn, wie oben angegeben, die Gewebe erfindungsge- mäss aus gesponnenem (gezwirntem) Material natürlicher oder synthetischer Herkunft hergestellt werden.
Das sich dabei ergebende faserige Gefüge der Gewebeeinlage verbindet sich fester und dauerhafter mit dem Kunststoff als Metall, so dass eine bleibende Homogenität des Schichtgebildes gewährleistet er- scheint.
Bei geeigneter Temperatur und Wahl des Gewebes und der Vorrichtung bettet sich der Kunststoff, der
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Struktur des Gewebes folgend, in dieses so ein, dass kaum mehr zu erkennen ist, auf welcher Seite des Gewebes die Kunststoffolie aufgebracht wurde. Dabei bleibt die Folie in sich geschlossen, so dass kein Luftdurchtritt durch die Membran möglich ist. Das nach der Erfindung hergestellte Produkt ist klimafest, d. h. es ist gegen Temperatur-und Feuchtigkeitseinflusse unempfindlich, es ist masshaltig und von hoher Gleichmässigkeit hinsichtlich seiner akustischen und mechanischen Eigenschaften. Die erfindungsgemässe Membran ergibt eine ausgezeichnete Schallumsetzung, da sie sowohl die für Schallwandlermembranen erforderliche innere Dämpfung als auch eine sehr gute Steifigkeit besitzt.
Man kann gemäss der Erfindung nicht nur Membranen herstellen, bei denen bloss eine Seite eines Gewebes mit der Kunststoffolie versehen ist, sondern die Kunststoffolie auch beiderseits des Gewebes aufbringen. In weiterer Verfolgung des Erfindungsgegenstandes kann man, insbesondere, wenn es sich um grossflächige Membranen handelt, mehrere Gewebelagen und Kunststoffolien vorsehen, die abwechselnd aufeinanderliegend angeordnet sind.
Bei mehreren Schichten können die Kunststoffolien zum Teil die ganze, zum Teil z. B. nur den Mittelteil bedecken, so dass verschiedene Steifigkeit der Fläche erzielt wird.
Zur Herstellung erfindungsgemässer Membranen genügen verhältnismässig einfache Vorrichtungen, die im nachstehenden bei der ausführlichen Beschreibung der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläu- tert werden.
Es zeigen die Fig. 1 und 2 jeweils eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Mehrschichtmembranen geeignete Vorrichtungen im Schnitt, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine aus Gewebe und Kunststoffolie bestehende Membran, Fig. 4 einen solchen, bei dem das Gewebe beiderseits mit einer Kunststoffolie belegt ist, Fig. 5 hingegen den umgekehrten Fall, bei dem die Kunststoffolie innen liegt, in Fig. 6 ist schliesslich ein Schnitt durch eine Membran aus mehreren Schichten dargestellt. Fig. 7 stellt den Schnitt durch einen Membranteil dar, bei dem die Schichtenverschiedene Abmessungen aufweisen.
Im nachstehenden soll nun die Herstellung einer Mehrschichtmembran gemäss der Erfindung näher beschrieben werden. Die in Fig. l dargestellte Vorrichtung gestattet es, eine Mehrschichtmembran in einem Pressvorgang zu erzeugen. In einem topfförmigen Gefäss 1, dessen Durchmesser angenähert dem Durchmesser der herzustellenden Membran entspricht bzw. bei nicht kreisförmigen Membranen angenähert dem Verlauf der Membranform folgt, ist ein das Gefäss zum Teil ausfüllender, elastischer Körper 2, vorzugsweise aus Gummi, eingesetzt. Die Dicke dieses als Pressgummi bezeichneten Einsatzes richtet sich nach der Grösse der Verformung. Es ist zweckmässig, die Gummieinlage nicht zu dünn zu wählen, um das Ausfüllen des Hohlraumes bei tiefen Membranformen zu ermöglichen.
Auf den Gummikörper werden nun in gewünschter Reihenfolge die einzelnen Schichten der herzustellenden Membran aufgelegt, im dargestellten Beispiel handelt es sich um das Gewebe 3 und um die Folie 4.
Selbstverständlich kann die Reihenfolge auch umgekehrt sein und es können abwechselnd auch mehr als zwei Schichten aufeinanderfolgen. Dies hängt ganz vom gewünschten Endprodukt ab. Auf die nun lose aufeinanderliegenden Schichten wird nun ein Stempel 5 der vorher auf die der thermoplastischen Folie entsprechenden Temperatur gebracht wurde und der mit einem Griff 6 versehen sein kann, aufgesetzt.
Dieser Stempel ist etwas kleiner als der Querschnitt des topfförmigen Gefässes 1, so dass er leicht einsetzbar ist. Der Stempel 5 ist auf der den zu verformendenSchichten zugewendeten Seite entsprechend der zu bildenden Membranform ausgenommen. Die ganze Anordnung wird nun unter eine Presse gestellt, die den Druck P auf den Stempel ausübt. Infolgedessen wird nun der Pressgummi in die Form des Stempels 5 hineingedrückt und mit ihm die auf ihn aufliegenden Schichten 3,4.
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wünschten Eigenschaften zu geben. Es ist neben der mechanischen Verformung auch eine Erhitzung der Membranschichten erforderlich.
Diese Erwärmung wird, wie erwähnt, vorher oder ameinfachsten auf elektrischem Wege erfolgen,'indem man in den Stempel 5 eine (in Fig. l nicht näher dargestellte) elektrische Heizung einbaut, deren Zuführungsdrähte durch den Griff 6 geführt sein können.
Mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung erfolgt die Herstellung einer Mehrschichtmembran nach dem Vakuumziehverfahren. Die Vorrichtung besteht zweckmässigerweise aus einem aus zwei Teilen 10 und 11 zusammengesetzten Gefäss, dessen unterer Teil 11 mit einem Anschluss 9 für eine Vakuumpumpe versehen ist und dessen oberer Teil nach der Membranform ausgeformt ist. In dem ausgeformten Oberteil 10 sind enge Bohrungen 12 vorgesehen, die in das Innere des Gefässes führen. Die Schichten, aus denen die Membran zusammengesetzt ist, werden auf die Oberseite der Vorrichtung aufgelegt und mittels eines Dichtungsringes 8 am Rande fixiert.
Lässt man nun die Vakuumpumpe, die bei 9 an die Vorrichtung angeschlossen ist. arbeiten, so werden durch den Luftdruck die Schichten, aus denen sich die Membran zu-
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sammensetzt, gegen den ausgeformten Teil 7 der Vorrichtung gepresst. Dieser Teil 7 kann beispielsweise elektrisch beheizt sein, um die thermoplastische Folie zu erweichen, die Erwärmung kann aber auch durch Wärmestrahlung oder durch Hochfrequenzerhitzung erfolgen. Nach der Abkühlung, die wegen der geringen Massen sehr rasch erfolgt, kann die fertiggeformte Membran aus der Vorrichtung herausgenommen werden. An Stelle des Vakuums kann Überdruck auf der andern Seite der Membran einwirken, der leichter und in grösserer Stärke herstellbar ist als Vakuum.
In den Fig. 3-6 sind nun verschiedene Schichtmembranen, die nach einem der beiden vorbeschriebenen Verfahren herstellbar sind, im Schnitt dargestellt. So zeigt Fig. 3 den Querschnitt durch einen Teil einer Membran, die bloss aus einer Gewebeschichte 3 und einer thermoplastischen Folie 4 besteht. Die Darstellung bezieht sich, ebenso die in den Fig. 4-6, auf den Zustand vor der Verformung, da nach derselben in den meisten Fällen kaum noch feststellbar ist, wo die Folie aufgebracht wurde.
In Fig. 4 ist ein aus drei Schichten gebildeter Membranteil im Schnitt gezeigt, bei dem die Gewebeschichte 3 beiderseits von einer Folie 4 bedeckt wird. In Fig. 5 ist der umgekehrte Fall dargestellt, bei dem zwei Gewebeschichten 3 eine thermoplastische Folie 4 einschliessen. In Weiterverfolgung des Erfindungsgedankens können vorzugsweise für grosse Membranen, insbesondere solche für Tieftonlautsprecher, mehrere Lagen aus Gewebe und Folie abwechselnd übereinander angeordnet werden (s. Fig. 6). Man erhält dann ein sehr starres, aber dennoch leichtes Gebilde, das bei grosser innerer Dämpfung auch eine ausgezeichnete Stabilität aufweist, das weder zu subharmonischen Schwingungen neigt noch irgendeine Empfindlichkeit gegen Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen besitzt.
Alle diese aus Gewebe und Kunststoffolie zusammengesetzten Membranen sind ausserdem vollkommen masshaltig und können in grosser Gleichmässigkeit auch in hohen Stückzahlen hergestellt werden.
In Fig. 7 ist eine Grossflächenmembran dargestellt, die ein Gewebe 13 mit einer Folie 14aufweist, auf die ein kleineres Band 16 aus Gewebe und eine Folie 17 aufgebracht sind. Dadurch entsteht eine Lautsprechermembran mit weichem Rand.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung für Membranen der Schallwandler beschränkt, sondern kann überall dort angewendet werden, wo eine ebene oder etwa ebene Fläche sowohl elastisch, mechanisch widerstandsfähig, nicht luftdurchlässig, klimafest usw. sein soll.