CH672386A5 - - Google Patents

Description

  
 



   BESCHREIBUNG



   Die Erfindung betrifft einen akustischen Signalgeber, bei welchem elektrische Schwingungen in einer aus einer Trägerscheibe und einem Piezo-Element zusammengesetzten Membran Schallwellen erzeugende mechanische Schwingungen hervorrufen, wobei die Membran mit ihrer Randpartie in einer Halterung abgestützt ist, welche in einem die Membran aufnehmenden und mit einer Abdeckung versehenen Gehäuse vorgesehen ist.



   Akustische Signal- und Schallgeber sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. In diesen werden elektrische Schwingungen in analoge akustische Schwingungen umgesetzt, wobei die elektrischen Schwingungen zunächst in einer schwingungsfähigen Vorrichtung mechanische Schwingungen erzeugen, welche ihrerseits in der Luft Schallwellen erzeugen, welche vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden können, wenn sie in dem vom menschlichen Ohr erfassbaren Frequenzbereich (16 Hz bis 20' 000 Hz) liegen.



   Geräte, bei welchen durch mechanische Schwingungen Schallwellen erzeugt werden, sind in verschiedenen Ausführungen, sogar z.B. als Mikrophon, bekannt. Es seien hier nur das Kohle-Mikrophon, das dynamische Mikrophon und das Kondensator-Mikrophon beispielsweise genannt.



   Als weiterer Signalgeber ist der Piezo-Schallgeber bekannt, welcher als Warn- und Signal-Geber in vielen Gebieten der Technik Eingang gefunden hat und anstelle optischer Signalgeber verwendet wird. Er zeichnet sich durch eine verhältnismässig kleine Stromaufnahme aus und kann somit dort, wo wegen der hohen Stromaufnahme mechanischer Schwinger optische Signalgeber verwendet werden mussten, mit Vorteil eingesetzt werden. Der Piezo-Schallgeber besteht im wesentlichen aus einer am Rand eingespannten Membran, die aus einer elektrisch leitenden metallischen Scheibe besteht, auf welcher auf der einen Seite ein scheibenförmiges Piezo-Element befestigt ist.



  Das Piezo-Element besteht aus piezokeramischem Material, mit einer Materialstärke von einigen Zehntel Millimeter.



   Damit solche Piezo-Signalgeber Schallstärken von 80 dB und mehr erzeugen können, ist die Einspannung der Membran von besonderer Bedeutung und muss besonders sorgfältig vorgenommen werden, da bereits geringfügige Abweichungen in der Einspannung zu erheblichen Schallverlusten führen können.



  Dabei ist es auch erforderlich, den im Bereich der Membran befindlichen Luftraum in geeigneter Weise auszubilden. Da die Membran in einem Gehäuse eingebaut ist, müssen Öffnungen zur Aussenatmosphäre vorgesehen werden, um die erforderliche Schalleistung zu erreichen. Dies hat jedoch zur Folge, dass durch diese Öffnungen Feuchtigkeit eindringen kann, durch welche die Funktion des Schallgebers gestört oder ganz unterbrochen wird. Solange diese Piezo-Schallgeber in Schalttafeln und in Räumen mit normaler Luftfeuchtigkeit verwendet werden, bleiben sie über lange Zeiträume funktionstüchtig. Wenn aber hohe Luftfeuchtigkeit oder sogar Wasser im Bereich der Piezo-Schallgeber auftreten, sind Störungen unvermeidlich.



   Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, akustische Signalgeber der eingangs beschriebenen Art so weiter auszugestalten, dass sie problemlos und unter Beibehaltung ihrer Schalleistung in Räumen hoher Luftfeuchtigkeit und beim Auftreten von Spritzwassern funktionieren.



   Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Membran gehäusestirnseitig durch eine Isolationsschicht abgedeckt ist, die im Gehäuse eingespannt ist und das Piezo-Element vor Benetzung durch Wasser schützt. Zweckmässig wird hierbei die Membran auf einem, vorzugsweise ein Schneidenlager bildenden Kontaktring abgestützt und gehäusestirnseitig durch einen elastischen Dichtungsring abgedichtet, welcher zum Anpressen der Membran auf dem Kontaktring unter einer vorbestimmten Vorspannung steht. Dadurch wird er  reicht, dass die Schalleistung nicht beeinträchtigt wird und eine Einspannung hoher Lebensdauer erreicht wird.



   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines akustischen Signalgebers in überflutungsgeschützter Ausführung,
Fig. 2 einen Teilschnitt des akustischen Signalgebers nach Fig. 1 und
Fig. 3 ein Detail der Abdichtung der Membran des akustischen Signalgebers nach Fig. 1.



   Der in Fig. 1 dargestellte akustische Schallgeber weist ein zylinderförmiges Gehäuse 1 auf, das an dem einen Ende 2 durch einen Gehäusesockel 3 abgeschlossen ist. Am anderen Ende 4 ist das Gehäuse durch eine kappenförmige Abdeckung 5 abgeschlossen, welche aus einem Deckelteil 6 und einem Ringteil 7 zusammengesetzt ist. Der Ringteil 7 weist am Innenumfang ein Innengewinde 8 auf, mit welchem die Abdeckung 5 auf ein am Aussenumfang des Gehäuses 1 angeordneten Aussengewinde 9 aufgeschraubt ist. Im Deckelteil 6 sind zudem mehrere Öffnungen 10 vorgesehen, die zweckmässig am Rand des Deckelteils 6 angeordnet sind, damit bei horizontaler Geberachse 11 eingedrungene Feuchtigkeit oder Wasser wieder abfliessen kann.



   Am Mittelteil 12 des Gehäuses 1 ist ein Haltering 15 aufgeschraubt, mit dem das Gehäuse 1 in einer Platte, z.B. einer Schalttafel, festgeklemmt werden kann, wobei ein Auflagering 16 unter eine Schulter 17 des Gehäuses 1 gelegt und das Gehäuse 1 zusätzlich durch im Haltering 15 angeordnete Fixierschrauben 18 in der Platte 13 gehalten ist.



   Im Gehäusesockel 3 sind die elektrischen Zuleitungen 19, 20 eingelegt, die sich bis zu einer Leiterplatte 25 zur Speisung einer Steuerung erstrecken, die auf der Leiterplatte 25 angeordnet ist.



   Der akustische Schallgeber wird anhand von Fig. 2 beschrieben, der den oberen Teil von Fig. 1 in vergrösserter Darstellung zeigt. Gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnen gleiche Teile.



   Der aktive Teil des Schallgebers ist eine Membran 30, die als Schichtkörper ausgebildet ist, siehe Fig. 3. Die Membran 30 weist eine gegen die Aussenluft gerichtete, isolierende Trägerscheibe 31 aus einem Kunststoff, beispielsweise aus einem Epoxyharz, auf, auf welcher gehäusesockelseitig eine Metallschicht 32, beispielsweise eine Kupferschicht, aufgebracht, beispielsweise aufgedampft ist. Auf der Metallschicht 32 ist ein scheibenförmiges Piezo-Element 33 befestigt. Die Trägerscheibe 31 kann lose oder auch fest mit den übrigen Teilen der Membran 30 verbunden sein.



   Die Membran 30 ist auf einem metallische Kontaktring 34, beispielsweise aus Messing, abgestützt, wobei der Kontaktring ein Schneidenlager 35 bildet, auf dem die Metallschicht 32 abgestützt ist. Auf diese Weise wird die eine Seite des Piezo-Elementes 33 mit der einen der Zuleitungen 19, 20 verbunden. Die Verbindung der andern Seite des Piezo-Elementes 33 mit der andern Zuleitung erfolgt mittels einer Kontaktfeder 36, die sich mit dem einen Ende auf dem Piezo-Element 33 und auf dem andern Ende auf der Leiterplatte 25 abstützt, wobei sie durch einen in der Leiterplatte 25 befestigten Führungsstift geführt ist.



   Der Kontaktring 34 stützt sich auf dem Rand der Leiterplatte 25 ab, welche auch am Innenumfang des Gehäuses 1 angeordneten Lagerstegen 38 abgestützt ist.



   Auf dem Rand der Trägerscheibe 31 ist ein elastischer Dichtungsring 39, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet, welcher auf der der Membran 30 abgewandten Seite einen Druckring 40 trägt, der einen Bund 41 aufweist, mit welchem der O-Ring teilweise umfasst wird. Eine weitere Umfassung des O-Rings 39 erfolgt durch einen Schutzkragen 42, welcher das andere Ende 4 des Gehäuses 1 bildet.



   Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass am montierten Schallgeber durch den Druckring 40 ein vorbestimmter Druck ausgeübt wird. Da der Dichtungsring 39 innenseitig durch den Bund 41 teilweise umfasst ist, presst sich der Dichtungsring 39 einerseits gegen den Schutzkragen 42 und andererseits gegen die Trägerscheibe 31 der Membran 30. Dadurch werden zwei Dichtstellen 43, 44 gebildet, die die Metallschicht 32 und das Piezo-Element 33 zuverlässig gegen den mit der Aussenluft verbundenen Innenraum 45 abdichten. Hierbei ist es zweckmässig, dass die resultierende Druckkraft an der Dichtstelle 43 senkrecht über dem vom Kontaktring 34 gebildeten Schneidenlager 35 liegt. Der Druckring 40 kann nur soweit durch die Abdeckung 5 zusammengedrückt werden, bis eine auf der Innenseite des Ringteils 7 angeordnete Schulter 46 auf der Stirnseite des Schutzkragens 42 aufliegt.

  Durch diese Art der Abdichtung der Metallschicht 32 und des Piezo-Elementes 33 kann erreicht werden, dass keine ungünstige Beeinflussung des Schwingverhaltens der Membran 30 auftritt.



   Ausser einem Innenraum 45 zwischen dem Deckelteil 6 und der Membran 30 ist zwischen der Membran 30 und der Leiterplatte 25 ein weiterer Innenraum 47 gebildet. Die beiden Innenräume 45, 47 beeinflussen das Schwingverhalten der Membran 30 ebenfalls. Eine Erhöhung der Lautstärke kann dadurch erreicht werden, dass ausser den Öffnungen 10 zum Innenraum 45 in der Leiterplatte 25 weitere Öffnungen 48 angebracht sind, die eine Verbindung zu einem geschlossenen Raum 49 im Inneren des Gehäuses 1 bilden.



   Wesentlich ist bei dem beschriebenen akustischen Signalgeber, dass durch die Trägerscheibe 31 der Membran 30, welche zugleich eine Isolationsschicht bildet, und durch den Dichtungsring 39 ein vollständiger Abschluss des Piezo-Elementes 33 und des weiteren Innenraumes 47 gegenüber der Umgebung erreicht wird.



   Das Gehäuse 1 ist zweckmässig aus Kunststoff hergestellt.



   Dagegen kann die Abdeckung 5 sowohl aus Kunststoff als auch aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, gefertigt sein. Dagegen ist der Druckring 40 aus Kunststoff hergestellt. Dadurch wird die Bildung eines elektrischen Kriechweges wesentlich erschwert, wenn Flüssigkeit in den Innenraum 45 eindringt, da dann der Dichtungsring 39 auch auf der der Membran 30 abgewandten Seite isoliert ist.



   Der beschriebene akustische Signalgeber ist wesentlich kleiner, als es in den Figuren 1-3 dargestellt ist. In Wirklichkeit weist die Abdeckung 5 einen Durchmesser auf, der 30 mm und weniger betragen kann. Trotz der erreichten vollständigen wasser- und feuchtigkeitsgeschützten Ausführung können dieselben Schalleistungen, d.h. bis etwa 85-95 dB erreicht werden.



  Zudem wird auch ein Schutz vor Berührung des Piezo-Elementes 33 und anderen schädlichen Einflüssen erreicht. 

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Akustischer Signalgeber, bei welchem elektrische Schwingungen in einer aus einer Trägerscheibe und einem Piezo-Element zusammengesetzten Membran Schallwellen erzeugende mechanische Schwingungen hervorrufen, wobei die Membran mit ihrer Randpartie in einer Halterung abgestützt ist, welche in einem die Membran aufnehmenden und mit einer Abdeckung versehenen Gehäuse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (30) gehäusestirnseitig durch eine Isolationsschicht (31) abgedeckt ist, welche im Gehäuse (1) eingespannt ist und das Piezo-Element (33) vor Benetzung und Berührung sowie anderen Einflüssen schützt.
2. 2. Akustischer Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (30) gehäusesockelseitig auf einem, vorzugsweise ein Schneidenlager (35) bildenden Kontaktring (34) abgestützt und gehäusestirnseitig durch einen elastischen Dichtungsring (39) abgedichtet ist, welcher zum Anpressen der Membran (30) unter einer vorbestimmten, vorzugsweise zur Membranebene vertikalen Vorspannung steht.
3. 3. Akustischer Signalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (39) auf der der Membran (30) abgewandten Seite durch einen Druckring (40) geführt und gepresst ist.
4. 4. Akustischer Signalgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (40) den Dichtungsring (39) am Innenumfang mindestens teilweise, z.B. durch einen Bund (41), umfasst.
5. 5. Akustischer Signalgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (39) am Aussenumfang durch einen, mit dem Gehäuse verbundenen Schutzkragen (42) umgeben ist.
6. 6. Akustischer Signalgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzkragen (42) sich über den Dichtungsring (39) hinaus erstreckt und an seinem Ende eine Führung für den Druckring (40) bildet.
7. 7. Akustischer Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) stirnseitig durch eine Abdeckung (5) abgedeckt ist, welche am Gehäuse (1) befestigt, z.B. aufgeschraubt, aufgeschnappt, gepresst oder geklebt ist.
8. 8. Akustischer Signalgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (5) am Innenumfang eine Schulter (46) aufweist, welche auf dem Ende des Schutzkragens (42) aufliegt, zwecks Begrenzung der von dem Dichtungsring (39) auf die Membran (30) ausgeübten Presskraft.
9. 9. Akustischer Signalgeber nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Druckring (40) zusammengedrückte Dichtungsring (39) zwei Dichtstellen (43, 44) bildet, welche an den Membran (30) bzw. an dem Schutzkragen (42) liegen.
10. 10. Akustischer Signalgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) am Innenumfang Lagerstege (38) zur Abstützung des Kontaktringes (34) aufweist.
11. 11. Akustischer Signalgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kontaktring (34) und den Lagerstegen (38) eine Leiterplatte (25) mit einer Steuerung für die Ersetzung der Membranschwingungen angeordnet ist, bei welcher der Kontakt mit der Membran (30) einerseits durch den Kontaktring (34) und andererseits durch eine Kontaktfeder (36) gebildet ist, welche vorzugsweise durch einen in der Leiterplatte befestigten Führungsstift (37) geführt ist.
12. 12. Akustischer Signalgeber nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in der Gehäuseabdeckung (5) als auch in der Leiterplatte (25) Öffnungen (10, 48), vorzugsweise im Randbereich der beidseits der Membran (30) gebildeten Innenräume (45, 46), vorgesehen sind, zwecks Erreichung einer optimalen akustischen Wirkung.