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Die
Erfindung betrifft einen Gehörschutzstöpsel mit
einem Piezoelement zur Umwandlung von elektrischen Signalen in Schwingungen.
Die Erfindung betrifft ferner verschiedene Verfahren zur Herstellung
derartiger Gehörschutzstöpseln.
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Gehörschutzstöpsel, die
als Gehörschutz und
gleichzeitig als Ohrhörer
dienen, sind vielfältig
im Einsatz. Ein verbreitetes Prinzip besteht darin, dass ein Gehörschutzstöpsel an
einer seiner beiden Stirnseiten einen elektroakustischen Schallwandler
aufweist. Damit die Schallwellen auf das Trommelfell gelangen können, weist
der Gehörschutzstöpsel innen einen
Kanal auf, der den Schall vom elektroakustischen Schallwandler über die
Luft zum Trommelfell weiterleitet. Dieses Prinzip mit einem kleinen
Lautsprecher und einem einseitig offenen Kanal zur Luftschallleitung
ist aus der
DE 39 16
995 C2 ,
DE
88 00 792 U1 und
JP
2001326985 A bekannt. Derartige Gehörschutzstöpsel mit integriertem Ohrhörer weisen
oftmals hervorragende akustische Eigenschaften auf, sind jedoch
sehr aufwendig in ihrer Bauweise und deshalb kostenträchtig in
ihrer Herstellung. Des besseren Verständnisses wegen sei angemerkt, dass
die vorgenannten Gehörschutzstöpsel noch eine
Einrichtung aufweisen, um zusätzlich
als Mikrofon einsetzbar zu sein.
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Die
DE 28 49 152 B1 zeigt
einen gattungsgemäßen Gehörschutzstöpsel mit
einem Piezoelement zur Umwandlung von elektrischen Signalen in Schwingungen.
Mit anderen Worten ausgedrückt,
ist das Piezoelement für
den Hörbetrieb
ausgelegt. Darüber
hinaus dient das Piezoelement auch als Mikrofon. Der Gehörschutzstöpsel umfasst
zunächst
ein pfropfenartig ausgebildetes, starres Gehäuse aus Metall oder hartem
Kunststoff, welches zur Einführung
in den äußeren Gehörgang ausgebildet
ist. In dem Hohlraum des Gehäuses
ist das Piezoelement mit einem Gewicht nach Art eines eingespannten Balkens
gehaltert. Dadurch sollen Rückkopplungseffekte
verringert werden, wenn das Piezoelement als Mikrofon eingesetzt
wird.
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Ferner
sei dargelegt, dass Gehörschutzstöpsel mit
einem Piezoelement bekannt sind, die ausschließlich für den Einsatz als Mikrofon
beschrieben sind. Hierzu sei die
DE 28 10 716 A1 genannt, bei der das Piezoelement
in einem starren Plastikkörper eingebaut
ist. Derartige Gehörschutzstöpsel liegen
jedoch weiter von der Erfindung entfernt, weil sie nicht für die Funktion
eines Ohrhörers
konzipiert sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gehörschutzstöpsel mit einem Piezoelement
zur Umwandlung von elektrischen Signalen in Schwingungen zu schaffen,
der einfach aufgebaut und kostengünstig in der Herstellung ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Ferner wird die Aufgabe durch die nebengeordneten Verfahrensansprüche gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass die Kosten
des Gehörschutzstöpsels mit
einem Piezoelement zur Umwandlung von elektrischen Signalen in Vibrationen
und akustische Schwingungen aufgrund einer einfachen Ausbildung reduziert
sind. Denn das Piezoelement ist in einfacher Weise in festem, schwingungsübertragenden Kontakt
mit dem Gehörschutzstöpsel-Material.
Die Schwingungen des Piezoelements übertragen sich auf den Gehörschutzstöpsel. Der
Gehörschutzstöpsel umfasst
einen Abschnitt, der in den äußeren Gehörgang eingeführt wird
und der für
eine umlaufende Abdichtung innerhalb des Gehörganges ausgebildet ist. Über diesen
Kontakt zwischen dem Gehörschutzstöpsel und
dem äußerem Gehörgang kommt
es zu einer Körperschall-Übertragung,
durch welche der Hörbetrieb
sichergestellt ist. Darüber
hinaus tritt ein unterstützender
Effekt in der Form ein, dass der Gehörschutzstöpsel, angeregt durch das Piezoelement selbst,
Schallwellen erzeugt, die von dem Gehörschutzstöpsel auf das eingeschlossene
Luftvolumen des Gehörganges
abgestrahlt werden und auf das Trommelfell übertragen werden.
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Gemäß einem
nebengeordneten Verfahrensanspruch sind folgende Schritte vorgesehen:
- • Fixierung
eines Piezoelements innerhalb einer Negativform eines Gehörschutzstöpsels,
- • Umschäumung oder
Umspritzung des Piezoelements mit fließfähigem Kunststoff.
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Hierdurch
lässt sich
kostengünstig
ein Gehörschutzstöpsel mit
integriertem Piezoelement herstellen.
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Gemäß einem
weiteren, nebengeordneten Verfahrensanspruch sind folgende Schritte
vorgesehen:
- • Herstellung eines Gehörschutzstöpsels mit
einer Aussparung, die der geometrischen Form des Piezoelements angepasst
ist,
- • Einpressen
des Piezoelements in die Aussparung unter Erhalt einer Pressverbindung
und/oder Einklebung des Piezoelements in die Aussparung.
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Dieses
Verfahren eignet sich gut für
die Integration eines Piezoelementes in einen sogenannten persönlich angepassten
Gehörschutzstöpsel.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehörschutzstöpsel-Material durch die Schwingungen
des Piezoelementes verformbar. Das Piezoelement, welches in festem,
schwingungsübertragenden
Kontakt mit dem Gehörschutzstöpsel-Material
ist, verformt das Gehörschutzstöpsel-Material. Hierdurch
wird Körperschall
auf die Weich- und Knorpelteile des äußeren Gehörganges übertragen und Luftschall an
das eingeschlossene Luftvolumen des Gehörganges abgegeben.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehörschutzstöpsel-Material elastisch und biegsam. Hiermit
unterstützt
man die Funktion als Gehörschutz,
weil man eine gute Abdichtung des äußeren Gehörganges erzielt. Ferner erreicht man
damit die gewünschte
Körperschallübertragung.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der feste Kontakt mit dem
Material des Gehörschutzstöpsels erhalten
durch eine Umschäumung
oder Umspritzung des Piezoelementes mit einem Kunststoff. Während des
Umschäumens
oder Umspritzens ist der Kunststoff flüssig und erzeugt eine Klebeverbindung
mit der Oberfläche
des Piezoelements.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Piezoelement in einer
Aussparung des Gehörschutzstopfens
eingepresst und/oder eingeklebt. Auch hierbei ist ein fester Kontakt
des Piezoelements mit dem Gehörschutzstöpsel-Material
sichergestellt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Gehörschutzstöpsel ein Lamellengehörschutzstöpsel. Sie
sind kostengünstig
in der Herstellung. Ferner kann ein Piezoelement einfach in einen
Lamellengehörschutzstöpsel integriert
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Gehörschutzstöpsel ein persönlich angepasster
Gehörschutzstöpsel, der
der Form des Gehörganges
einer Person angepasst ist. Ein persönlich angepasster Gehörschutzstöpsel kann
ebenfalls leicht mit einem Piezoelement ergänzt werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
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1 einen
Gehörschutzstöpsel mit
einem Piezoelement, als Prinzipskizze in der Vorderansicht im Schnitt;
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2 den
in 1 gezeigten Gehörschutzstöpsel, der in einen Gehörgang eingesetzt
ist, als Prinzipskizze in der Vorderansicht im Schnitt;
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3 einen
Gehörschutzstöpsel, ähnlich des
zuvor dargestellten, der sich jedoch stärker an einem serienreifen
Produkt orientiert, in der Vorderansicht;
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4 eine
Negativform zum Spritzgießen
eines Gehörschutzstöpsels, mit
einem zur Umspritzung mit Kunststoff vorgesehenen Piezoelement,
in einer perspektivischen Schnittdarstellung;
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5 einen
sogenannten persönlich
angepassten Gehörschutzstöpsel, perspektivisch
dargestellt;
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6 einen
persönlich
angepassten Gehörschutzstöpsel, ähnlich dem
in 5, der in einen Gehörgang eingesetzt ist, als Prinzipskizze
in der Vorderansicht im Schnitt;
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7 ein
käufliches
Piezoelement, in der Vorderansicht;
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8 das
in 7 dargestellte käufliche Piezoelement, in der
Seitenansicht im Schnitt;
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9 das
für ein
Gehörschutzstöpsel-Muster
verwendbare Piezoelement, welches aus dem käuflichen Piezoelement herausgeschnitten
wurde, in der Vorderansicht.
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Die 1–3 beziehen
sich auf einen Gehörschutz 1,
der als Lamellengehörschutzstöpsel ausgebildet
ist. Die Lamellen 2 sind in diesen Fig. jeweils eingezeichnet.
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Wie
in 1 dargestellt, weist ein Gehörschutzstöpsel 1 ein Piezoelement 10 zur
Umwandlung von elektrischen Signalen in Schwingungen auf. Mit anderen
Worten ausgedrückt,
weist der Gehörschutzstöpsel 1 zusätzlich die
Funktion eines Ohrhörers
auf. Das Piezoelement 10 ist in festem, schwingungsübertragenden
Kontakt mit dem Gehörschutzstöpsel-Material.
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Die 2 illustriert
am besten die Funktion des Gehörschutzstöpsels 1.
Die Schwingungen des Piezoelements 10 übertragen sich auf den Gehörschutzstöpsel 1.
Der Gehörschutzstöpsel 1 umfasst einen
Abschnitt mit den Lamellen 2, der in den äußeren Gehörgang 20 eingeführt ist
und für
eine umlaufende Abdichtung innerhalb des Gehörganges 20 ausgebildet
ist. Über
diesen Kontakt zwischen den Lamellen 2 des Gehörschutzstöpsels 1 und
dem äußeren Gehörgang 20 kommt
es zu einer Körperschall-Übertragung.
Dieser Körperschall
wird zum Innenohres übertragen
und wahrgenommen. Darüber hinaus
tritt ein unterstützender
Nebeneffekt in der Form ein, dass der Gehörschutzstöpsel 1, angeregt durch
das Piezoelement 10 selbst, Schallwellen erzeugt, die von
dem Gehörschutzstöpsel 1 auf
das eingeschlossene Luftvolumen des äußeren Gehörganges 20 abgestrahlt
und auf das Trommelfell übertragen
werden.
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Das
Gehörschutzstöpsel-Material
ist durch die Schwingungen des Piezoelementes 10 verformbar.
Hierdurch wird zum einen Körperschall
auf die Weich- und Knorpelteile des äußeren Gehörganges 20 übertragen
und zum anderen Luftschall an das eingeschlossene Luftvolumen des
Gehörganges 20 abgegeben.
Das Gehörschutzstöpsel-Material
ist elastisch und biegsam. Mit diesem Material unterstützt man
die Funktion als Gehörschutz,
weil damit der äußere Gehörgang gut
abgedichtet wird. Ferner erreicht man damit die gewünschte Körperschallübertragung.
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Der
feste Kontakt mit dem Gehörschutzstöpsel-Material
ist erhalten durch eine Umspritzung des Piezoelementes 10 mit
einem Kunststoff. Eine Umschäumung
des Piezoelementes mit einem Kunststoff ist alternativ möglich. Die 4 betrifft
die diesbezügliche
Herstellung eines Gehörschutzstöpsels. Die
Herstellung beinhaltet die Schritte:
- • Fixierung
eines Piezoelements 10 innerhalb einer Negativform 30 des
Gehörschutzstöpsels 1. Gemäß der Darstellung
ist das Piezoelement 10 mit zwei Anschlussleitungen 11 versehen.
Jede Anschlussleitung 11 weist eine Isolierung 12 auf. Zusammen
mit einer weiteren Ummantelung ergibt dies eine Kabelleitung 13 für das Piezoelement 10.
- • Umschäumung oder
Umspritzung des Piezoelements 10 mit fließfähigem Kunststoff.
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Die
Negativform 30 ist in einer ersten Spritzgussformhälfte 31 und
zweiten Spritzgussformhälfte 32 eingearbeitet.
Der Einfachheit halber sind die Einzelheiten des Spritzgießens nicht
mit dargestellt.
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Die 5 und 6 betreffen
einen Gehörschutzstöpsel 1 in
Form eines persönlich
angepassten Gehörschutzstöpsels. Der
persönliche
Gehörschutzstöpsel weist,
wie am besten in 6 zu sehen ist, einen Abschnitt
auf, der der Form des Gehörganges 20 einer
Person angepasst ist. Über
diesen Abschnitt wird zum einen Körperschall und zum anderen
Luftschall übertragen.
Die Funktion ist der eines Lamellengehörschutzstöpsels, wie zuvor an Hand von 2 beschrieben
wurde.
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Das
Piezoelement 10 ist in einer Aussparung des Gehörschutzstopfens 1 eingepresst
und eingeklebt. Dies wurde erreicht mit folgenden Schritten:
- • Herstellung
eines Gehörschutzstöpsels 1 mit
einer Aussparung, die der geometrischen Form des Piezoelements 10 angepasst
ist,
- • Einpressen
des Piezoelements 10 in die Aussparung unter Erhalt einer
Pressverbindung und/oder Einklebung des Piezoelements 10 in
die Aussparung.
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Im
Nachfolgenden werden Details der Gehörschutzstöpsel beschrieben. Dies erfolgt
an Hand von Mustern von Gehörschutzstöpseln, wie
sie vom Anmelder hergestellt wurden.
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Für die Herstellung
der Gehörschutzstöpsel-Muster
wurde von käuflichen
Piezoelement-Scheiben 16 ausgegangen. Die 7 und 8 zeigen
eine solche Piezoelement-Scheibe 16.
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Für diese
Piezoelement-Scheibe 16 liegen folgende Angaben vor:
- • Ausbildung:
Bei dem Piezoelement handelt es sich um ein Bauteil, bei dem eine
Piezokeramikscheibe 19 auf eine kreisförmige Messingscheibe 18 aufgebracht
ist. Die Piezokeramikscheibe 19 hat, wie in 7 illustriert,
einen Durchmesser D von 15 mm und eine Stärke von 0,2 mm. Der Durchmesser
d der Messingscheibe beträgt
20 mm, die Stärke
beträgt
0,23 mm.
- • Technische
Daten
• Resonanzfrequenz:
6,4KHz
• Impedanz
bei Resonanz: 200 Ohm (Anmerkung: Seitens des Anmelders wurden höhere Werte
gemessen.)
• Kapazität: 12nF
- • Bezugsmöglichkeit
• Das Piezo-Element
ist unter der Bezeichnung EPZ-20MS64 und der Artikel-Nr. 712918-U4
bei dem Versandhandelsunternehmen „Conrad Electronic" erhältlich.
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Weil
das käufliche
Piezoelement 16 zu groß für einen
unmittelbaren Einbau ist, wurde für die Herstellung eines Gehörschutzstöpsel-Musters
nur ein Abschnitt verwendet, der herausgeschnitten wurde. In 7 sind
zwei dicke Strichpunktlinien 17 dargestellt, die die Schnittlinien
für das
Herausschneiden eines Abschnittes illustrieren. Der herausgeschnittene
Abschnitt ist in 9 dargestellt. Er ist das Piezoelement 10,
das zur Herstellung eines Gehörschutzstöpsel-Musters
verwendbar ist.
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Zunächst wird
die Herstellung eines ersten Musters beschrieben. Das erste Muster
betrifft einen Lamellengehörschutzstöpsel, wie
er prinzipiell in den 1–3 dargestellt
ist. Ausgegangen wurde von einem käuflich erhältlichen Gehörschutzstöpsel. Er ist
unter der Warenbezeichnung UltraFit® Earplugs – Aearo
E·A·R® im
Handel erwerblich. Die Herstellung erfolgte nach folgenden Schritten:
- • Anbringung
einer Längsbohrung,
die einen Durchmesser von 2 mm aufweist.
- • Einfügung des
in 9 dargestellten Piezoelements 10.
- • Einklebung
dieses Piezoelements 10 mit Silikon.
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Ferner
wird die Herstellung eines zweiten Musters beschrieben. Das zweite
Muster ist ein persönlich
angepasster Gehörschutzstöpsel, wie
er prinzipiell in den 5 und 6 dargestellt
ist. Ausgegangen wurde von einem käuflich erhältlichen Gehörschutzstöpsel. Er
wird von der Firma „Sonomax Hearing
Healthcare Inc." unter
der Warenbezeichnung SonoCustom® vertrieben.
Der SonoCustom®-Gehörschutzstöpsel weist
außen
einen Gummimantel und innen ausgehärtetes Silikon auf. Das Silikon
wurde in flüssiger
Form in den Gummimantel gespritzt, während sich der Gummimantel
im Gehörgang
einer Person befand. Nach der Aushärtung des Silikons lag der
persönlich
angepasste Gehörschutzstöpsel mit
Gummimantel vor. Der Einbau des Piezoelements erfolgte nach folgenden
Schritten:
- • Einscheiden
eines Schlitzes mit einem Messer.
- • Einfügung des
in 9 dargestellten Piezoelements 10.
- • Einklebung
dieses Piezoelements 10 mit Silikon.
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- 1
- Gehörschutz
- 2
- Lamellen
- 10
- Piezoelement
- 11
- Anschlussleitung
- 12
- Isolierung
der Anschlussleitung
- 13
- Kabelleitung
- 16
- käufliche
Piezoelement-Scheibe
- 17
- Schnittlinie
für das
Herausschneiden eines Abschnittes
- 18
- Messingscheibe
- 19
- Piezokeramikscheibe
- 20
- Gehörgang
- 21
- Ohrmuschel
- 30
- Negativform
- 31
- erste
Spritzgussformhälfte
- 32
- zweite
Spritzgussformhälfte