DE112017008059B4

DE112017008059B4 - Eine härtbare trägerschicht einschliessende akustikschutzabdeckung

Info

Publication number: DE112017008059B4
Application number: DE112017008059.2T
Authority: DE
Inventors: Andrew J. Holliday
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: KR102318787B1; WO2019059896A1; KR20200056413A; CN111133767B; JP2020534753A; DE112017008059T5; US10945061B2; CN111133767A; US20200280781A1

Abstract

Akustikschutzabdeckungsbaugruppe (100) für eine akustische Vorrichtung, umfassend:eine Membran (322, 522) in einem Schallweg (308) mit einer ersten und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite einem akustischen Hohlraum (306) und die zweite Seite der Membran (322, 522) einer Öffnung (12, 316) des Schallweges (308) zugewandt ist; undmindestens eine geschichtete Anordnung (320), die eine härtbare Trägerschicht (324) umfasst, die mit einer der ersten Seite oder der zweiten Seite der Membran (322, 522) entlang deren Peripherie verbunden angeordnet ist, und die ferner zwei äußere Klebstoffschichten (326, 328, 526, 528) umfasst, wobei die erste äußere Klebstoffschich (326)t an die härtbare Trägerschicht (324) gebunden ist und die zweite äußere Klebstoffschicht (328) an die Membran (322, 522) gebunden ist, wobei die härtbare Trägerschicht (324) einen Polymerklebstoff umfasst und wobei die mindestens eine geschichtete Anordnung (320) mindestens einen Teil einer Wandung für den Schallweg (308) definiert, undwobei die härtbare Trägerschicht (324) eine Schersteifigkeit von mindestens 8.000 gf bei einer Dehnung von 0,5 mm aufweist.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Akustikschutzabdeckungen, die Membranen einschließen. Genauer, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Offenbarung auf eine Schutzabdeckungsbaugruppe, dieeine Membran und eine härtbare Trägerschicht enthält.
HINTERGRUND
Akustikabdeckungstechnologie wird in vielen Anwendungen und Umgebungen eingesetzt, um empfindliche Komponenten von Akustikvorrichtungen vor Umgebungsbedingungen zu schützen. Verschiedene Komponenten einer Akustikvorrichtung funktionieren am besten, wenn sie nicht mit Schmutz, Wasser oder anderen Verunreinigungen aus der äußeren Umgebung in Berührung kommen. Insbesondere akustische Wandler (zum Beispiel Mikrofone, Lautsprecher) können empfindlich gegenüber Verschmutzung sein. Aus diesen Gründen ist es häufig notwendig, aktive Teile einer Akustikvorrichtung mit einer Akustikabdeckung zu versehen.
Moderne elektronische Geräte, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Radios, Fernseher, Computer, Tablets, Kameras, Spielzeug, unbemannte Fahrzeuge, Mobiltelefone und andere mikroelektromechanische Systeme (MEMS), schließen ein: Interne Wandler, zum Beispiel Mikrofone, Klingeln, Lautsprecher, Summer, Sensoren, Beschleunigungsmesser, Gyroskope und dergleichen, die über Öffnungen mit der äußeren Umgebung kommunizieren. Öffnungen, die sich in der Nähe dieser Wandler befinden, ermöglichen die Übertragung oder den Empfang von Schall, schaffen aber auch einen Eintrittspunkt für Flüssigkeit, Schmutz und Partikel, die Schäden an der elektronischen Vorrichtung verursachen können. Schutzabdeckungsbaugruppen wurden entwickelt, um die interne Elektronik, einschließlich der Wandler, vor Schäden durch das Eindringen von Flüssigkeiten, Schmutz und Partikeln durch die Öffnungen zu schützen.
Membranen, wie zum Beispiel expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE), wurden auch als Schutzabdeckungen verwendet. Eine Schutzabdeckung kann den Schall auf zwei Arten übertragen: Erstens mittels Durchlass von Schallwellen, was als resistive Schutzabdeckung bezeichnet wird; zweitens mittels Vibration, um Schallwellen zu erzeugen, was als vibroakustische oder reaktive Schutzabdeckung bezeichnet wird. Die Erhöhung der Elastizität einer Membran in einer Akustikschutzbaugruppe gegen Wassereintritt kann die Leistungsfähigkeit der Baugruppe, Schall richtig zu übertragen, mindern.
Bekannte Akustikschutzabdeckungen umfassen nichtporöse Folien und poröse Membranen, wie expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE). Akustikschutzabdeckungen werden auch in US 6512834 B1 und US 5828012 A beschrieben.
Die Japanische Offenlegungsschrift JP 2015-142282 A offenbart eine wasserdichte Komponente, die mit einer wasserdichten, schalldurchlässigen Folie versehen ist. Auf die Oberfläche mindestens einer Seite der wasserdichten, schalldurchlässigen Folie ist eine Trägerschicht geklebt. Die Trägerschicht besteht aus einem Polyolefinsystemharzschaum mit einem Verlustmodul von weniger als 1,0 × 10⁷ Pa.
Das US-Patent Nr. US 6188773 B1 offenbart ein wasserdichtes Mikrofon, das ein Mikrofongehäuse einschließt, das versehen ist mit einer Aufnahmekammer mit einem Schallaufnahmeöffnungsteil, einer in der Aufnahmekammer untergebrachte Mikrofoneinheit und einer wasserdichten Membran, die luftdicht an dem Schallaufnahmeöffnungsteil angebracht ist.
Die US-Offenlegungsschrift US 2014/0270273 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Steuerung und Einstellung eines Niederfrequenzgangs eines MEMS-Mikrofons. Das MEMS-Mikrofon schließt eine Membran und eine Vielzahl von Belüftungsöffnungen ein. Die Membran ist so konfiguriert, dass die auf die Membran wirkenden Schalldrücke eine Bewegung der Membran bewirken.
Die US-Offenlegungsschrift US 2015/0163572 A1 offenbart ein Lautsprecher- oder Mikrofonmodul, das eine akustische Membran und mindestens ein Druckventil einschließt.
Aus der US 2017 / 0026742 A1 ist ein wasserdichtes schallübertragendes Element bekannt, welches eine wasserdichte schalldurchlässige Membran und eine Trägerschicht umfasst. Die Trägerschicht umfasst einen Harzschaum auf Polyolefinbasis. Die Trägerschicht hat einen Verlustmodul von 1,0x107 Pa oder weniger und einen Verlustfaktor von 1,0 x 10" oder mehr. Die wasserdichte schallübertragende Membran ist zum Beispiel eine gestreckte poröse Polytetrafluorethylen-Membran. Die wasserdichte schalldurchlässige schalldurchlässige Membran kann eine Klebeschicht enthalten.
Aus der US 2017 / 0157573 A1 ist ein wasserdichtes Element bekannt, welches eine erste Klebstoffschicht, eine zweite Klebstoffschicht und eine poröse Schicht umfasst. Die poröse Schicht befindet sich zwischen der ersten Klebstoffschicht Klebstoffschicht und der zweiten Klebstoffschicht. Die erste Klebstoffschicht und die zweite Klebstoffschicht haben jeweils in der Draufsicht eine Rahmenform. Die poröse Schicht hat eine periphere Oberfläche, die von außen durch die erste Klebstoffschicht und die zweite Klebstoffschicht abgeschirmt ist.
Aus der US6512834 B1 ist eine Abdeckungsbaugruppe bekannt, die Schutz vor der Umgebung für Übertragungsgeräte bietet, wie beispielsweise Mikrofone, Lautsprecher, Summer, Klingeln und dergleichen. Die Abdeckungsbaugruppe hat eine mikroporöse Schutzmembran, die im äußeren Bereich in der Nähe der Kanten zwischen zwei klebenden Trägersystemen festgehalten wird. Ein nicht verklebter Bereich, der von dem verklebten äußeren Bereich umgeben ist, ist vorgesehen, so dass sich die Schutzmembran als Reaktion auf akustische Druckwellen verschieben oder bewegen kann. Das Design der Schutzmembran in Verbindung mit der Konfiguration ermöglicht es, dass Schallenergie mit sehr geringer Dämpfung durch die Schutzmembran hindurchgeht, während sie in der Lage ist, dem Eindringen von Flüssigkeiten langfristig standzuhalten.
Aus der US 5828012 A ist eine schalldurchlässige Abdeckvorrichtung bekannt. Die Abdeckungseinheit besteht aus einer schützenden Membranschicht und einer porösen Trägermaterialschicht, die zumindest im äußeren Bereich in der Nähe ihrer Kanten selektiv miteinander verbunden sind. Ein innerer, unverbundener Bereich, der von dem verbundenen äußeren Bereich umgeben ist, ist vorgesehen, damit die Schutzmembran und die poröse Trägerschicht unabhängig voneinander schwingen oder sich bewegen können. [0010] Ein anhaltendes Problem besteht darin, dass die Membranen vieler Akustikabdeckungen schwierig zu installieren sind, ohne die Membranen zu deformieren oder zu beschädigen. Die Erhöhung der Elastizität einer Membran in einer Akustikschutzbaugruppe kann jedoch die Leistungsfähigkeit der Baugruppe, Schall richtig zu übertragen, mindern.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schutzabdeckungsbaugruppe für eine Akustikvorrichtung offenbart. Die Schutzabdeckungsbaugruppe umfasst eine Membran in einem Schallweg mit einer ersten und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite zu einem akustischen Hohlraum und die zweite Seite der Membran zu einer Öffnung des Schallweges weist. Die Membran ist mit mindestens einer geschichteten Baugruppe verbunden, die eine härtbare Trägerschicht einschließt, wobei die geschichtete Baugruppe mittels der härtbaren Trägerschicht mit der ersten oder der zweiten Seite der Membran entlang ihres Umfangs verbunden ist. Die härtbare Trägerschicht besteht aus einem Polymerklebstoff, der bei Wärmeeinwirkung aushärtet und steif wird, und die geschichtete Baugruppe definiert zumindest einen Teil einer Wandung für den Schallweg. Die Baugruppe kann in einer Akustikvorrichtung verwendet werden, um jede geeignete schallempfindliche Akustikvorrichtung, wie ein mikroelektomechanisches (MEMS-) Mikrofon, einen akustischen Sensor oder einen akustischen Lautsprecher zu schützen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Schutzabdeckung ein duroplastischer Klebstoff, der aus einem Phenol-, Epoxid-, Harnstoff-, Polyurethan-, Melamin- oder Polyesterharz besteht. Die geschichtete Baugruppe kann benachbart zu der härtbaren Trägerschicht eine Klebstoffschicht einschließen, wobei die härtbare Trägerschicht steifer ist als die Klebstoffschicht. In mindestens einer Ausführungsform kann die Steifigkeit der härtbaren Trägerschicht durch eine Schersteifigkeit von mindestens 8.000 Gramm Kraft (gf) definiert werden. In einigen Ausführungsformen muss die Schersteifigkeit der härtbaren Trägerschicht mindestens 12.900 Gramm Kraft (gf) oder mindestens 13.000 gf betragen. Die Schutzabdeckungsbaugruppe kann ferner mindestens einen Teil einer Wandung für einen akustischen Hohlraum definieren, der bevorzugt in einer Ringform angeordnet ist, die den akustischen Hohlraum umgibt.
Die Schutzabdeckungsbaugruppe kann ferner eine Klebstoffschicht, die gegenüber der Membran an die härtbare Trägerschicht gebunden ist, oder mehrere härtbare Trägerschichten einschließen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die äußere Schicht der Schutzabdeckungsbaugruppe eine zweite härtbare Trägerschicht einschließen, die an eine zweite Seite der Membran entlang ihrer Peripherie geklebt ist, und eine Klebstoffschicht kann benachbart zu der zweiten härtbaren Trägerschicht hinzugefügt werden, wobei die härtbare Trägerschicht ein duroplastischens Polymer ist. Die Membran der Schutzabdeckungsanordnung kann, wie oben beschrieben, mikroporös oder vorzugsweise aus mindestens einem Polyester, Polyethylen, Fluorpolymer, Polyurethan oder Silikon gebildet sein. In speziellen Ausführungsformen kann die Membran aus mindestens einem der folgenden gebildet sein: expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE); expandierten Olefinen, wie expandiertem Polyethylen oder expandiertem Polypropylen; Fluorpolymeren wie Polyvinylidenfluorid („PVDF“), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer („FEP“) oder Tetrafluorethylen-(Perfluoralkyl)-Vinylether-Copolymer („PFA“); aus verschiedenen Polyestern gebildete Folien, zum Beispiel Polyethylen („PE“), Polyethylen hoher Dichte („HDPE“), Polyethylen niedriger Dichte („LDPE“), Polyethylenterephthalat („PET“), biaxial orientiertes Polyethylenterephthalat („BoPET“); Polypropylen („PP“) und biaxial orientiertes Polypropylen („BOPP“); Silikonmaterialien, zum Beispiel Ethylen-Propylen-Dien-Monomer („EPDM“); und geeignete Verbundwerkstoffe aus beliebigen der oben genannten.
Die oben beschriebenen Schutzabdeckungsbaugruppen können eine Einfügungsdämpfungsspitze von höchstens 1 dB bei 4 kHz aufweisen, wenn die Baugruppe einer Kompressionskraft von 10 N ausgesetzt wird. Bevorzugter können die Schutzabdeckungsbaugruppen eine Einfügungsdämpfungsspitze von höchstens 1 dB bei 4 kHz aufweisen, wenn die Baugruppe einer Kompressionskraft von 15 N ausgesetzt wird. Ausführungsformen der Schutzabdeckungsbaugruppe können auch eine härtbare Trägerschicht verwenden, die sich bis zu einer Dehnung von 0,5 mm reversibel verformen kann, wenn sie einer Scherkraft von mehr als 8,0 kg ausgesetzt wird.
Ausführungsformen von Schutzabdeckungen, wie sie hier beschrieben sind, können auch einem Kriechen widerstehen. Zum Beispiel kann mindestens eine Ausführungsform einer Schutzabdeckungsbaugruppe eine Trägerschicht einschließen, die gegen kriechfest ist, so dass sich die härtbare Trägerschicht um weniger als (oder einen Betrag gleich) 90 Mikrometer, bevorzugt um 23 Mikrometer oder weniger, und bevorzugter um 11 Mikrometer oder weniger verformt, wenn sie während einer Dauer von mindestens 10 Minuten einer Scherkraft von 2,5 kgf ausgesetzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird in Anbetracht der beigefügten nicht einschränkenden Figuren besser verstanden werden.

1 zeigt eine Vorderansicht einer elektronischen Vorrichtung aufweisend eine Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Schutzabdeckungsbaugruppe aus 1 gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Schutzabdeckungsbaugruppe in 1 und 2, aufgenommen entlang der Linie A-A, wie sie in der elektronischen Vorrichtung von 1 zusammengesetzt ist.
4 ist eine Seitenschnittansicht eines ersten Beispiels einer Schutzabdeckungsbaugruppe in Verbindung mit entfernbaren Schichten gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen.
5 ist eine Seitenschnittansicht eines zweiten Beispiels einer Schutzabdeckungsbaugruppe in Verbindung mit entfernbaren Schichten gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen.
6 ist ein Diagramm, das die Einfügungsdämpfung (d.h. die Schalldruckpegeldifferenz verglichen mit einem ungehinderten Mikrofon) unter variierender Kompressionskraft für Ausführungsformen einer Akustikschutzabdeckung grafisch darstellt.
7 ist ein Diagramm, das die Einfügungsdämpfungen und die Kriechfestigkeit der härtbaren Schichten für verschiedene Ausführungsformen von Akustikschutzabdeckungen unter einer Scherbelastung grafisch darstellt.
8 ist ein Diagramm, das die Einfügungsdämpfungen und die Schersteifigkeit für verschiedene Ausführungsformen der härtbaren Schichten von Akustikschutzabdeckungen unter einer Scherbelastung grafisch darstellt.

GENAUE BESCHREIBUNG
Verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen beziehen sich auf eine Schutzabdeckungsbaugruppe für eine elektronische Vorrichtung, die eine poröse Membran mit einer geschichteten Baugruppe einschließlich einer härtbaren Trägerschicht, die mit der porösen Membran verbunden ist, einschließt. In einer Ausführungsform ist die härtbare Trägerschicht ein Polymerklebstoff, der zumindest einen Teil einer Wandung eines Schallweges definiert, der durch die akustische Membran verläuft.
Poröse Membranen
Die hier beschriebenen porösen expandierten Membranen können expandierte Fluorpolymere, wie expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE), oder expandierte Olefine, wie expandiertes Polyethylen oder expandiertes Polypropylen, sein. Andere Fluorpolymere können einschließen: Polyvinylidenfluorid („PVDF“), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer („FEP“), Tetrafluorethylen-(Perfluoralkyl)-Vinylether-Copolymer („PFA“), o. ä. können verwendet werden, da diese Fluorpolymere ähnlich wie ePTFE hydrophob, chemisch inert, temperaturbeständig sind und gute Verarbeitungseigenschaften aufweisen. Andere geeignete akustische Materialien können Folien aus verschiedenen Polyestern sein, zum Beispiel Polyethylen („PE“), Polyethylen hoher Dichte („HDPE“), Polyethylen niedriger Dichte („LDPE“), Polyethylenterephthalat („PET“), biaxial orientiertes Polyethylenterephthalat („BoPET“); Polypropylen („PP“), biaxial orientiertes Polypropylen („BOPP“), Silikonmaterialien, e.g. Ethylen-Propylen-Dien-Monomer („EPDM“), und geeignete Verbundwerkstoffe aus beliebigen der oben genannten . Um den notwendigen Schutz zu gewähren, sollten die porösen, expandierten Membranen Feuchtigkeit und andere Flüssigkeiten gegenüber beständig sein. In einer Ausführungsform sind die porösen expandierten Membranen hydrophob, können aber durch Hinzufügen einer Beschichtung oder Schicht hydrophil sein. Gleichzeitig lassen die porösen, expandierten Membranen Luft ohne signifikante Schalldämpfung passieren. In einer Ausführungsform können ePTFE-Membranen verwendet werden wie in der US-Publikation Nr. 2007/0012624 und der US-Publikation Nr. 2013/0183515 beschrieben, deren gesamter Inhalt und Offenbarung hiermit durch Bezugnahme einbezogen ist.
Einhergehend mit Leichtgewichtseigenschaften können die porösen Membranen auch dünn sein. Dies ermöglicht, die Membranen in elektronischen Geräten mit kleinem Querschnitt zu verwenden. In einer Ausführungsform weisen die porösen Membranen eine Dicke, gemessen von der ersten bis zur gegenüberliegenden Oberfläche, d. h. der zweiten Oberfläche, von weniger als oder gleich 20 Mikrometern, zum Beispiel weniger als oder gleich 10 Mikrometern, weniger als oder gleich 5 Mikrometern, weniger als oder gleich 2 Mikrometern, weniger als oder gleich 1 Mikrometer auf. Eine dünne Membran trägt zu einer guten akustischen Leistung bei.
Zusätzlich zu den Dünne- und Leichtgewichtseigenschaften weisen die Membranen auch Eigenschaften auf, die zur Schallübertragung bei gleichzeitiger Verhinderung von Wassereintritt geeignet sind. Die Membran kann eine sehr offene Struktur haben, die eine große Bandbreite an Porengrößen aufweisen kann. Eine nominale Porengröße solcher Membranen kann im Bereich von 0,05 bis 5 µm liegen, zum Beispiel von 0,05 bis 1 µm. Das Porenvolumen kann im Bereich von 20 bis 99 Prozent liegen, zum Beispiel bevorzugt im Bereich von 50 bis 95 Prozent. In einer Ausführungsform kann die Membran eine mikroporöse Membran sein, die eine durchgehende Materialbahn ist, die zu mindestens 50% porös ist (d. h. aufweisend ein Porenvolumen ≦ 50%), wobei 50% oder mehr der Poren nicht mehr als 5 µm im Nenndurchmesser betragen. Die Luftdurchlässigkeit kann im Bereich von 0,15 bis 50 Gurley-Sekunden liegen, zum Beispiel von 1 bis 10 Gurley-Sekunden. Der Wassereintrittsdruckwiderstand kann im Bereich von 5 bis 200 psi, zum Beispiel von 20 bis 150 psi, liegen. Der langfristige Wassereintrittsdruck dieser Membranen kann bei 1 Meter Wasserdruck eine Dauer von mehr als 0,5 Stunden, zum Beispiel mehr als 4 Stunden bei 1 Meter Wasserdruck, aufweisen.
Härtbare Trägerschichten
Gemäß mindestens einer Ausführungsform enthalten Akustikschutzabdeckungen eine härtbare Trägerschicht, die mit einer Seite der porösen Membran verbunden ist. In einigen Ausführungsformen können zwei härtbare Trägerschichten an einander gegenüber liegende Seiten der porösen Membran gebunden sein. Die härtbare(n) Trägerschicht(en) kann (können) eine härtbare Polymerschicht oder ein härtbarer Polymerklebstoff sein, zum Beispiel ein wärmehärtbares Polymer, der als härtbarer Trägerschichtvorläufer vor einem Wärmebehandlungsschritt, der die Schicht zu einer gehärteten Trägerschicht härtet, die ihre Form unter Spannung halten kann, an die Membran gebunden werden kann. Die härtbare Trägerschicht wird bei einer Temperatur von bis zu 200°C, die unter dem Schmelzpunkt der Membran liegt, gehärtet. In speziellen Ausführungen wird die härtbare Trägerschicht bei Temperaturen von bis zu 170°C oder bis zu 130°C oder bis zu 110°C ausgehärtet. Nach der Härtung kann die härtbare Trägerschicht eine verbundene Membran sowohl unter Kompression als auch unter Scherung gegen Verformung stützen.
Geeignete härtbare Trägerschichten schließen ohne hierauf beschränkt zu sein Polymerklebstoffe und insbesondere duroplastische Klebstoffe ein. Geeignete härtbare Klebstoffen können die folgenden Klassen von Klebstoffen einschließen: Zum Beispiel Nitril-Phenol, Epoxid, Polymer, Acryl, Silikon, Polyurethan oder Kombinationen wie Acryl/Silikon/Epoxid. Einige spezifische härtbare Polymere schließen ein: Nitril-Phenol-Klebstoff 583, geliefert von 3M, Inc., Epoxid-Klebstoff 3232, geliefert von Rogers Corporation, Inc., Epoxid-Klebstoff RFA 7001, geliefert von HB Fuller, Inc., Polymer-Klebstoff RFA 1005, geliefert von HB Fuller, Inc., Klebstoff TS8905, geliefert von Avery Dennison, Inc., Acryl-/Silizium-/Epoxid-Klebstoff LC2824, geliefert von Lintec, Inc., Polyurethan-Klebstoff EM9002, geliefert von HB Fuller, Inc., Klebstoff 7970-39, geliefert von Adhesives Research Inc. und Nitril-Phenol-Klebstoffe 58480, 58471 und 58470, geliefert von Tesa, Inc..
Akustikschutzabdeckungsbaugruppe
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen Akustikschutzabdeckungen eine Baugruppe aus einer beliebigen geeigneten Membran und einer härtbaren Trägerschicht. Die Membran der Schutzabdeckungsbaugruppe lässt die Schallenergie mit minimaler Dämpfung passieren, während die härtbare Trägerschicht (oder -schichten) der Schutzabdeckungsbaugruppe eine Verformung der Membran während der Installation der Schutzabdeckungsbaugruppe, oder wenn die Schutzabdeckungsbaugruppe unter Kompression oder Scherung innerhalb einer Vorrichtung platziert wird, verhindert. Die Schutzabdeckungsbaugruppe kann verschiedene spezifische Schichtanordnungen aus einer oder mehreren härtbaren Trägerschichten und/oder zusätzlichen Klebstoffschichten zur Befestigung der Schutzabdeckungsbaugruppe an einer Vorrichtung einschließen. Vor dem Einbau kann die Schutzabdeckungsbaugruppe mit ablösbaren Folien vorbereitet werden, um den Klebstoff zu konservieren und die Membran zu schützen.
Insbesondere vermögen Ausführungsformen von Akustikschutzabdeckungen wie hierin beschrieben Schallenergie mit minimaler Dämpfung durchzulassen und gleichzeitig einer linearen Kompression von mindestens 10N, bevorzugt mindestens 15N, über eine Klebstofffläche von 1,6 x 3,3 mm standzuhalten. Die relative Steifigkeit der härtbaren Trägerschicht (oder Schichten, bei einem 2-Schicht-Aufbau) stützt die Membran und verhindert, dass sich die Spannung in der Membran ändert, wenn die Akustikschutzabdeckungsbaugruppe eingebaut und einer Kompressionskraft ausgesetzt wird. Ausführungsformen von Akustikschutzabdeckungen, wie hierin beschrieben, sind im Allgemeinen auch gegen Scherspannungen beständig, und zwar aus dem gleichen Grund, aus dem sie Kompressionsspannungen standhalten, wobei sie sowohl eine erhöhte Schersteifigkeit gegenüber einer herkömmlichen Membran ohne ausgehärteten Klebstoff und eine erhöhte Kriechfestigkeit aufweisen, wenn sie einer konstanten Scherspannung ausgesetzt sind.
1 zeigt eine äußere Vorderansicht einer elektronischen Vorrichtung 10, die als Mobiltelefon aufweisend eine kleine Öffnung 12 dargestellt ist. Die Öffnung kann ein enger Schlitz oder eine kreisförmige Öffnung sein. Obwohl eine Öffnung 12 gezeigt ist, versteht sich, dass die Anzahl, Größe und Form der Öffnungen in der elektronischen Vorrichtung 10 variieren kann. In einer Ausführungsform beträgt der maximale Durchmesser der Öffnung 12 von 0,1 mm bis 500 mm, zum Beispiel von 0,3 mm bis 25 mm oder von 0,5 mm bis 13 mm. Die Schutzabdeckungsbaugruppe 100 ist dargestellt als die Öffnung 12 abdeckend, um das Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz oder anderen Partikeln in die elektronische Vorrichtung 10 zu verhindern. Die Schutzabdeckungsbaugruppe 100 eignet sich für jede Öffnungsgröße und ist nicht besonders begrenzt. Die hier offenbarten Strukturen können gleichermaßen bei Öffnungen für den Schalldurchgang in Schutzabdeckungen in beliebigen vergleichbaren elektronischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Laptops, Tabletts, Kameras, tragbarer Mikrofone oder ähnliche, Anwendung finden. Um die Montage der Schutzabdeckungsbaugruppe 100 zu ermöglichen, ist die Größe der Schutzabdeckungsbaugruppe größer als der maximale Durchmesser der Öffnung 12.
Die Schutzabdeckungsbaugruppe 100 ist in 2 genauer dargestellt. Wie gezeigt, umfasst die Schutzabdeckungsbaugruppe 100 einen aktiven Bereich 104, der von einem gestützten Bereich 102 umgeben ist. Der aktive Bereich 104 umfasst lediglich die Membran und lässt den Schall leicht durch diese hindurch passieren. Der gestützte Bereich 102 umfasst die Membran, die zwischen äußeren Klebeschichten zur Verbindung der Schutzabdeckungsbaugruppe 100 mit der elektronischen Vorrichtung 10 angeordnet ist, und mindestens eine zwischen der Membran und einer Klebeschicht an die Membran gebundene härtbare Trägerschicht zur mechanischen Stützung der Baugruppe.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Beispielbaugruppe 300 einer Schutzabdeckungsbaugruppe 100, die eine geschichtete Baugruppe 320 enthält, die in ein Gehäuse 310 der elektronischen Vorrichtung 10 eingesetzt ist. Die Öffnung 316 in dem Gehäuse 310 entspricht der Öffnung 12 (1) und definiert einen Schallweg 308, über dem die Schutzabdeckungsbaugruppe 100 angeordnet wird, der eine äußere Umgebung 314 von einer inneren Umgebung 312 des Gehäuses 310 trennend, und äußere Umgebung 314 von einem akustischen Hohlraum 306 trennend. Das Gehäuse 310 ist um die Elektronik 302 herum angeordnet und so konfiguriert, dass es die Elektronik 302 schützt, zum Beispiel eine Leiterplatte oder dergleichen für ein Mobilgerät, ein Mobiltelefon, ein Tablett usw., wobei die geschichtete Baugruppe 320 angeordnet ist, um den Eintritt von Wasser oder Schmutz in die innere Umgebung 312 zu verhindern und insbesondere einen Wandler 304 zu schützen. Der Wandler 304 ist unterhalb der aktiven Fläche 104 innerhalb der Öffnung 12 zur Schallerzeugung oder zum Schallempfang angeordnet.
Die geschichtete Baugruppe 320 umfasst eine Membran 322, eine härtbare Trägerschicht 324 und zwei äußere Klebstoffschichten 326, 328. In einer Ausführungsform ist die geschichtete Baugruppe 320 mit einer einzigen Trägerschicht 324 direkt mit der Membran 322 verbunden, wobei die äußeren Klebstoffe 326, 328 jeweils an die härtbare Trägerschicht und an die Membran gebunden sind. Die äußeren Klebstoffe 326, 328 verbinden die geschichtete Baugruppe 320 mit der inneren Elektronik 302 und dem Gehäuse 310 und verhindern gleichzeitig Wassereintritt aus der äußeren Umgebung 314 in die innere Umgebung 312. Im Allgemeinen wird die Anzahl der Schichten und die damit einhergehende Dicke der geschichteten Baugruppe 320 minimiert, um die elektronische Vorrichtung, in der die Akustikschutzabdeckungsbaugruppe angeordnet wird, zu miniaturisieren; je nach Topologie der inneren Elektronik 302 und der Gehäusegröße 310 können jedoch zusätzliche Schichten, wie zum Beispiel Dichtungsschichten oder dergleichen, zwischen den äußeren Klebstoffen 326, 328 und der inneren Schaltung und/oder dem Gehäuse vorgesehen werden. Die äußeren Klebstoffe 326, 328 sind im Allgemeinen nicht wasserdurchlässig und können zusätzlich hydrophob sein.
Zwischen dem Wandler 304 und der äußeren Umgebung 314 können akustische Wellen entlang des Schallweges 308 durch den akustischen Hohlraum 306 und durch die Membran 322 geleitet werden. Der Schallweg 308 wird allgemein definiert durch die Öffnung 316 im Gehäuse 310. Diese Öffnung 316 ist im Allgemeinen ungefähr gleich groß wie ein unversperrerter Teil der Membran 322; die härtbare Trägerschicht 324 und die äußeren Klebstoffschichten 326, 328 können jedoch interne Hohlräume definieren, die grösser sind als die Öffnung 316.
Der Schallweg 308 kann auch eine Entlüftung bereitstellen. Die Entlüftung kann für einen Druckausgleich zwischen dem akustischen Hohlraum 306 und der äußeren Umgebung 314 sorgen. Die Entlüftung ist nützlich, wenn Druckunterschiede zwischen dem akustischen Hohlraum 306 und der äußeren Umgebung 314 auftreten, die die Fähigkeit des der geschichteten Baugruppe 320, akustische Wellen passieren zu lassen, beeinträchtigen. Zum Beispiel kann eine Temperaturänderung im akustischen Hohlraum 306 eine Ausdehnung oder Kontraktion der Luft innerhalb des akustischen Hohlraums verursachen, was tendenziell die geschichtete Baugruppe 320 verformen und akustische Verzerrung verursachen würde. Durch Bereitstellung eines porösen oder mikroporösen Materials für die Membran 322 kann die geschichtete Baugruppe 320 zur Luftdurchleitung geeignet gemacht werden, um Druck auszugleichen. Die Äquilibrierungsrate der Schutzabdeckungsbaugruppe kann ausreichend hoch sein, um Eintritt oder Austritt von Luft in den akustischen Hohlraum mittels Entlüftung zu ermöglichen, um eine derartige Verzerrung im Wesentlichen zu verhindern oder zu mindern. Diese Luftdurchlässigkeit ist insbesondere mit dünneren Membranen korreliert, die während der Installation oder Verwendung für Verformungen oder Beschädigungen anfällig sein können. Durch die Bereitstellung einer härtbaren Trägerschicht 324, die mit der Membran 322 verbunden ist, kann die geschichtete Baugruppe 320 Fälle von Reißen, Delamination oder Verformung der Membran während der Installation oder Verwendung erheblich reduzieren.
In einer Ausführungsform kann die Gesamtdicke des geschichteten Baugruppe 320 von 50 µm bis 1000 µm betragen, zum Beispiel von 120 µm bis 300 µm. Ohne dass dies einschränkend wäre kann in einigen beispielhaften Anwendungen eine Schutzabdeckungsbaugruppe in Kombination mit einem MEMS-Wandler mit vergleichsweise geringer Dicke verwendet werden, zum Beispiel in der Größenordnung von 100 µm bis 1000 µm. Somit kann eine elektronische Vorrichtung mit der Schutzabdeckungsbaugruppe 100 sehr dünn sein, zum Beispiel von 0,2 bis 1,2 mm, was sich für viele Anwendungen mit kleinem Formfaktor eignet, wie zum Beispiel elektronische Handgeräte.
Weitere Beispiele für Schutzabdeckungsbaugruppen in Verbindung mit abnehmbaren Schutzschichten sind in den 4 und 5 vor dem Einbau in eine elektronische Vorrichtung dargestellt. Zum Beispiel zeigt 4 eine Anordnung 400 der geschichteten Baugruppe 320 (3) zwischen zwei Trennfolien 402, 404. In der Praxis kann die geschichtete Baugruppe 320 mit einer elektronischen Vorrichtung (zum Beispiel Vorrichtung 10, 1) zusammengebaut werden, indem eine erste Trennfolie 404 entfernt und die Schutzabdeckungsbaugruppe darin platziert wird; und dann die zweite Trennfolie 402 entfernt wird, bevor die Schutzabdeckungsbaugruppe in die elektronische Vorrichtung eingebaut wird. Im Allgemeinen wird die geschichtete Baugruppe 320 mit einer elektronischen Vorrichtung so zusammengebaut, dass die härtbare Trägerschicht 324 „nach unten“ positioniert wird, d. h. dem Wandler des elektronischen Geräts zugewandt ist und einen Teil einer Wandung des akustischen Hohlraums bildet (zum Beispiel des akustischen Hohlraums 306, 3). In einigen alternativen Ausführungsformen kann die härtbare Trägerschicht jedoch in die entgegengesetzte Richtung weisen.
5 zeigt eine ähnliche Baugruppe 500 einer Schutzabdeckungsbaugruppe 520 in Verbindung mit abnehmbaren Schutzschichten gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Schutzabdeckungsbaugruppe 520 schließt ein: Eine Membran 522 und zwei härtbare Trägerschichten 524, 530, die an gegenüberliegende Seiten der Membran geklebt sind. Äußere Klebstoffschichten 526, 528 sind mit den härtbaren Trägerschichten 524, 530 verbunden, ebenfalls an gegenüberliegenden Seiten der Membran 522 , und zwischen den Trennfolien 504, 502. Bei Verwendung kann die Schutzabdeckungsbaugruppe 520 mit einer elektronischen Vorrichtung (zum Beispiel der elektronischen Vorrichtung 10, 1) auf dieselbe Weise zusammengebaut werden wie die geschichtete Baugruppe 320 (3-4).
Verfahren und Beispiele
Probenvorbereitung für Steifigkeits- und Kriechprüfungen
Die Steifigkeitsversuche wurden mittels Kleben jeder Probe an zwei Prüfplatten durchgeführt. Um die Proben mit der ersten Prüfplatte zu verbinden, wurde eine 0,016 Zoll dicke Aluminiumplatte auf einer Heizplatte erhitzt. Die Einstellung der Heizplatte variierte von Raumtemperatur bis etwa 200°C, je nach den Verarbeitungsempfehlungen der Klebstoffdatenblätter. Zum Beispiel wurde die Heizplatte auf etwa 100°C eingestellt, um von H.B. Fuller, Inc. bereitgestellten Flexel™ EM9002-Klebstoff zu verbinden. Eine ein Quadratzoll große Klebstoffprobe wurde mit einem Handroller auf der Aluminiumplatte befestigt, während sie sich auf der Heizplatte befand. Dann wurde ein mit dem Klebstoff bereitgestellter Trennfilm entfernt und eine passende Aluminiumplatte mit einem Handroller an der gegenüberliegenden Seite des Klebstoffs befestigt.
Nachdem die Aluminiumplatten mit dem Klebstoff aneinander befestigt waren, wurde die Baugruppe in einen Ofen platziert. Zeit und Temperaturen für den Härtungsprozess wurden wiederum auf der Grundlage der Empfehlungen auf den Datenblättern angepasst. Zum Beispiel wurde für die Flexel™ EM9002-Probe der Ofen auf 110°C eingestellt, und die Probe wurde im Ofen mindestens 1,5 Minuten lang gehärtet.
Kriechfestigkeitsprüfung
Kriechfestigkeit wurde mit einem Stable Micro Systems, Inc., TA.XT plus Textur-Analysator gemessen. Eine konstante Scherspannung von 2,5 kgf wurde angelegt, während die Dehnung über einen Zeitraum von 10 Minuten aufgezeichnet wurde. Die durchschnittliche gemessene Dehnung über die letzten 100 s des Tests wurde zum Vergleich der Kriechleistung der Klebstoffe verwendet.
Schersteifigkeitsprüfung
Die Schersteifigkeit wurde mit einem Stable Micro Systems, Inc., TA.XT plus Textur-Analysator gemessen. Die Probe wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,01 mm/s gedehnt, während die resultierende Scherkraft gemessen wurde. Um die Proben zu vergleichen, wurde die durch eine 0,5 mm Dehnung erzeugte Kraft aufgezeichnet.
Änderung der Einfügungsdämpfung aufgrund der Kompressionsprüfungen:
Aus jedem Prüfklebstofftyp (siehe Tabelle 1) wurden kreisförmige Akustikabdeckungen gebildet, jeweils aufweisend einen Innendurchmesser (ID) von 1,6 mm und einen Außendurchmesser von 3,3 mm. Die „Einschicht“-Konstruktionen wurden auf einer Seite durch einen Klebstoffring aus druckempfindlichem Klebstoff (PSA) (alle PSA-Schichten waren Nitto Denko 5065R), und auf der anderen Seite durch einen Ring aus dem mit PSA zusammenlaminierten Prüfklebstoff unterstützt. Der Prüfklebstoff wurde neben der akustischen Membran angebracht. Die bei allen Proben verwendete akustische Membran war eine mikroporöse ePTFE-Membran, erhältlich bei W.L. Gore & Associates, Inc., mit geeigneten Schutz-, Akustik- und Struktureigenschaften, zum Beispiel mikroporöses ePTFE mit einer Dicke in der Größenordnung von 1-20 µm und einem akustischen Übertragungsverlust von weniger als 1,5 dB bei 1 kHz. Die „Zweischicht“-Konstruktionen wurden auf beiden Seiten durch Kleberinge aus dem mit PSA zusammenlaminierten Prüfklebstoff gestützt, mit dem Prüfklebstoff neben der akustischen Membran. Die nach außen gerichteten PSA-Schichten wurden so konzipiert, dass die Proben bei Raumtemperatur vorübergehend an der Prüfhaltevorrichtung befestigt werden konnten. Zum Vergleich wurden Proben erstellt, die von PSA-Kleberringen auf beiden Seiten der Membran gestützt wurden.
Um Proben mit Prüfklebstoffen zu erstellen, wurde das ID-Merkmal zunächst durch die auf PSA laminierte Prüfklebstoffschicht geschnitten. Die akustische Membran wurde dann mit Hilfe einer beheizten Presse auf den Prüfklebstofflaminiert, um den Prüfklebstoff an der akustische Membran zu befestigen. Anschließend wurde ein ID-Merkmal durch eine zweite Klebstoffschicht geschnitten. Bei der „1-Schicht“-Konstruktion war die zweite Klebstoffschicht ein PSA. Bei „2-Schicht“-Konstruktionen bestand die zweite Klebstoffschicht aus demselben Prüfklebstoff und einem PSA, und es wurde ein zusätzlicher Heiz-Pressschritt durchgeführt, um die zweite Schicht des Prüfklebstoffs an der akustischen Membran zu befestigen.
Die Probe wurde auf eine erste Befestigungsplatte mit einer Öffnungsgröße von 1,3 mm montiert. Die erste Befestigungsplatte wurde auf eine zweite Probenplatte montiert, so dass die Probe zwischen den Befestigungsplatten gebunden war. Die zweite Befestigungsplatte hatte eine auf die erste Öffnung und die Probenmitte ausgerichtete 0,9-mm-Öffnung. Hinter der zweiten Öffnung wurde mittels Löten ein Knowles® SPA2410LF5H-Messmikrofon (Knowles Electronics, LLC. Itasca, IL, USA) montiert. Zusätzliche Haltevorrichtungen, einschließlich einer Feder, sorgten mittels Zug der ersten Befestigungsplatte gegen die zweite Befestigungsplatte für eine Kompressionskraft. Eine Rändelschraube und ein FC22-Kraftsensor, erhältlich von TE Connectivity Corporation, ermöglichten die Steuerung der Kraft zwischen den beiden Befestigungsplatten, die auf die Probe wirken.
Die Befestigungssvorrichtung wurde in einem echofreien Versuchskasten des Typs 4232 von B&K (Brüel & Kjaer, Nærum, Dänemark) in einem Abstand von 6,5 cm von einem internen Treiber oder Lautsprecher platziert. Dieser Abstand wurde mittels Befestigung der Vorrichtung auf einer Grundplatte mit Verriegelungsstiften eingehalten. Der Lautsprecher wurde zur Erzeugung eines externen Stimulus mit 0,5 Pa Schalldruck (88 dB SPL) über den Frequenzbereich von 100 Hz bis 11,8 kHz angeregt. Das Messmikrofon maß die akustische Antwort als Schalldruckpegel in dB über den Frequenzbereich. Zur Kalibrierung des Tests wurden Messungen mit Proben von Kleberingen ohne akustische Membran durchgeführt.
Bei der Erstinstallation wurde die Kraft mit der Rändelschraube 15 Sekunden lang auf 5N eingestellt, um sicherzustellen, dass die PSA-Schichten vollständig gegen beide Befestigungsplatten abdichten. Nach 15 Sekunden wurde die Kraft auf 2N reduziert. Damit sich die Klebstoffbewegung legen konnte, gab es eine Minute Verzögerung zwischen der Einstellung der Kompressionskraft und der Initialisierung der Lautsprecheranregung. Dieselbe Probe wurde dann mit einer Kompressionseinstellung von 5N, 10N und 15N geprüft.

Verschiedene Schutzabdeckungsbaugruppen wurden wie oben beschrieben vorbereitet und geprüft. Die spezifischen Materialien, ihre Parameter und ihre Leistungsmerkmale sind nachstehend gemäß den Tabellen 1 und 2 und gemäß der folgenden Beschreibung zusammengefasst. Der 1-Schichtaufbau bezieht sich auf Baugruppen, wie sie in den 3-4 gezeigt sind; und der 2-Schichtaufbau bezieht sich auf Baugruppen, wie in 5 oben gezeigt. Im Folgenden werden die zur Bildung der einzelnen Muster verwendeten Verfahren beschrieben. Tabelle 1: Beispielparameter

Beispiel	Anbieter	Klebstoff	Zusammensetzung	Konstruktion
Vergleichend	Nitto Denko, Inc.	5605R	Acryl-PSA	2-Schicht
Beispiel 1	3M, Inc.	583	Nitril-Phenolisch	2-Schicht
Beispiel 2	3M, Inc.	583	Nitril-Phenolisch	1-Schicht
Beispiel 3	Rogers Corp.	3232	Epoxid	2-Schicht
Beispiel 4	Rogers, Corp.	3232	Epoxid	1-Schicht
Beispiel 5	HB Fuller, Inc.	RFA 7001	Epoxid	2-Schicht
Beispiel 6	HB Fuller, Inc.	RFA 7001	Epoxid	1-Schicht
Beispiel 7	HB Fuller, Inc.	RFA 1005	Polymer	2-Schicht
Beispiel 8	HB Fuller, Inc.	RFA 1005	Polymer	1-Schicht
Beispiel 9	Avery Dennison, Inc.	TS8905	Polymer-Verbundwerkstoff	2-Schicht
Beispiel 10	Lintec, Inc.	LC2850	Acryl/Silikon/Epoxid	2-Schicht
Beispiel 11	Lintec, Inc.	LC2850	Acryl/Silikon/Epoxid	1-Schicht
Beispiel 12	Lintec, Inc.	LC2824	Acryl/Silikon/Epoxid	2-Schicht
Beispiel 13	Lintec, Inc.	LC2824	Acryl/Silikon/Epoxid	1-Schicht
Beispiel 14	HB Fuller, Inc.	EM9002	Polyurethan	2-Schicht
Beispiel 15	HB Fuller, Inc.	EM9002	Polyurethan	1-Schicht
Beispiel 16	Adhesives Research, Inc.	7970-39	Duroplast-Klebstoff	1-Schicht
Beispiel 17	Tesa, Inc.	58480	Nitril-Phenolisch	2-Schicht
Beispiel 18	Tesa, Inc.	58480	Nitril-Phenolisch	1-Schicht
Beispiel 19	Tesa, Inc.	58471	Nitril-Phenolisch	2-Schicht
Beispiel 20	Tesa, Inc.	58471	Nitril-Phenolisch	1-Schicht
Beispiel 21	Tesa, Inc.	58470	Nitril-Phenolisch	2-Schicht
Beispiel 22	Tesa, Inc.	58470	Nitril-Phenolisch	1-Schicht

Tabelle 2: Beispielperformanz

Beispiel	Kriechfestigkeit bei 2,5 kgf (mm) (500-600s)	Schersteifigkeit bei 0,5 mm Dehnung	Durchschnitt Einfügungsdämpfung bei 4kHz und 2N Kompression (dB)	Durchschnitt Einfügungsdämpfung bei 4kHz und 15N Kompression (dB)	Änderung der Einfügungsdä mpfung durch Kompression (dB)
C.	0,150	7,000	86,04	79,68	6,36
1	0,007	13,518	86,24	86,59	-0,35
2	0,007	13,518	86,53	86,36	0,17
3	0,005	14,201	85,94	85,61	0,34
4	0,005	14,201	85,65	85,99	-0,34
5	0,005	13,920	85,10	82,05	3,05
6	0,005	13,920	86,98	83,01	3,97
7	0,010	13,388	85,87	86,56	-0,69
8	0,010	13,388	86,46	86,78	-0,33
9	0,090	8,000	87,03	80,96	6,08
10	0,004	13,967	86,66	86,30	0,37
11	0,004	13,967	85,97	86,77	-0,81
12	0,010	13,522	85,95	86,62	-0,68
13	0,010	13,522	85,10	86,31	-1,21
14	0,010	12,982	86,13	86,67	-0,54
15	0,010	12,982	86,13	86,44	-,032
16	0,010	13,426	84,76	82,04	2,73
17	0,009	12,929	86,14	87,44	-1,30
18	0,009	12,929	86,89	87,36	-0,47
19	0,011	13,858	85,77	86,13	-0,35
20	0,011	13,858	86,44	86,25	0,20
21	0,022	12,928	86,65	86,17	0,48
22	0,022	12,928	86,64	86,39	0,25

Experimentelle Ergebnisse:
Die Proben wurden auf kompressionsbedingte akustische Verluste auf der Grundlage eines kalibrierten Ausgangsschalldrucks von 88 dB geprüft, und über einen Bereich von Frequenzen und Kompressionszuständen geprüft. Im Allgemeinen wurden die Auswirkungen der Kompression am meisten bei höheren Frequenzen festgestellt (siehe das sich auf Avery Dennison TS8905, einen von Avery Dennison, Inc. erhältlichen Verbundkleber, beziehende Beispiel 9). Um die Leistung von Proben untereinander zu vergleichen, wurde die Einfügungsdämpfung bei 4kHz aufgezeichnet. Um Verzerrungen zu vermeiden, ist es wichtig, dass sowohl die akustischen Gesamtverluste minimiert werden als auch die akustischen Verluste über den gesamten Druckbereich konsistent sind. Daher wurde die Veränderung der kompressionsbedingten Einfügungsdämpfung als Differenz der 4kHz-Einfügungsdämpfung bei Kompressionspegeln von 2N und 15N berechnet. Zur Veranschaulichung ist 6 ein Diagramm 600, in dem die Einfügungsdämpfung bei verschiedenen Kraftpegeln und über das Frequenzband für das Beispiel 9 grafisch dargestellt ist, mit ausgeprägten Kurven, die die Änderung der Einfügungsdämpfung bei 2N (602), 5N (604), 10N (606) und 15N (608) Kompression zeigen.
Im Allgemeinen waren die Leistungen von 1-Schicht- und 2-Schicht-Konstruktionen in Bezug auf Kriechfestigkeit und Schersteifigkeit ähnlich (7-8). Wie dargestellt, wiesen die meisten geprüften Materialien nur geringe Veränderungen der kompressionsbedingten Einfügungsdämpfung (d. h. Einfügungsdämpfungsspitze) unter beide 10N Kompressionskraft bei 4 kHz auf, typischerweise um weniger als 1 dB. Die meisten geprüften Materialien zeigten auch weniger als 1 dB Änderung der kompressionsbedingten Einfügungsdämpfung bei 4 kHz unter 15N Kompressionskraft. Darüber hinaus wiesen fast alle geprüften Materialien eine Kriechfestigkeit von weniger als 0,03 mm Kriechen von 500-600 s bei einer konstanten aufgezwungenen Scherkraft von 2,5 kgf auf (7), selbst wenn sie weniger als 1 dB Änderung der Einfügungsdämpfung zwischen 2N und 15N Kompressionskraft aufwiesen. Diese Materialien wiesen auch eine hohe Schersteifigkeit auf, wenn sie einer Scherbelastung von 0,5 mm ausgesetzt waren, mit Werten in der Größenordnung von etwa 13.000 gf bei einer Dehnung von 0,5 mm und darüber ( 8). 1-Schicht-Konstruktionen weisen die Vorteile einer einfachen Verarbeitung, einer einfachen Befestigung an Membranen mit geringer Oberflächenenergie und geringerer Kosten auf, während 2-Schicht-Konstruktionen im Allgemeinen bessere technische Ergebnisse in Bezug auf Kompressions- und Scherfestigkeit erzielen.
Akustikabdeckunqsbeispiele:
Vergleichendes Beispiel:
Ein 1,6 mm großes Loch mit Schnitt durch eine Schicht aus 5605R-Kleber, erhältlich von Nitto Denko, unter Verwendung eines Standard-CO2-Lasers. Eine der Trennfolien, mit denen der Klebstoff versehen ist, wurde entfernt, und eine Schicht einer ePTFE-Membran wurde bei Raumtemperatur mit einem Handroller auf den freiliegenden Klebstoff laminiert. Dann wurde die zweite Trennfolie entfernt und eine 6,5 mm dicke, mit einer Silikontrenn beschichtete PET-Folie von Flexconn, Inc. angebracht. Ein weiteres 1,6-mm-Loch wurde mit einem CO2-Laser in eine zweite Schicht aus 5605R-Kleber geschnitten. Eine der mit dem Klebstoff bereitgestellten Trennfolien wurde entfernt und der Klebstoff bei Raumtemperatur auf die zweite Seite der Membran so laminiert, dass die beiden 1,6 mm-Löcher ausgerichtet waren. Schließlich wurde mit einem CO2-Laser ein 3,3-mm-Kreis durch alle Schichten, mit Ausnahme der 6,5-mm-Silikon-Trennfolie, geschnitten, um die äußere Abmessung der Akustikabdeckung zu erzeugen.
Beispiel 1:
Eine härtbare 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde mit dem folgenden Verfahren hergestellt: Eine Schicht aus 583-Thermoklebefilm zur Verwendung als härtbare Trägerschicht, erhältlich bei 3M, Inc. wurde auf eine Schicht aus 5605R-Kleber als äußere Klebeschicht, die bei Nitto Denko, Inc. erhältlich ist, bei Raumtemperatur mit einem Handroller laminiert. Ein 1,6 mm großes Loch wurde mit einem CO2-Laser durch das Laminat geschnitten. Die mit dem 583-Film bereitgestellte Trennfolie wurde dann entfernt, und eine Schicht aus ePTFE-Membran wurde wie oben beschrieben 10 s lang auf die härtbare 583-Klebstoffschicht laminiert, unter Verwendung einer Geo Knight 394 Shuttle-Presse, erhältlich bei Geo Knight & Co, Inc., eingestellt auf 40 psi und 100°C. Ein zweites 1,6-mm-Loch wurde mit einem CO2-Laser durch dasselbe Laminat geschnitten. Die mit dem 583-Film bereitgestellte Trennfolie wurde entfernt und der Film auf die zweite Seite der Membran so laminiert, dass die beiden 1,6-mm-Löcher ausgerichtet wurden, unter Verwendung derselben Shuttle-Presse bei denselben Einstellungen. Schließlich wurde mit einem CO2-Laser ein 3,3-mm-Kreis durch alle Schichten, mit Ausnahme der 6,5-mm-Silikon-Trennfolie, geschnitten, um die äußere Abmessung der Akustikabdeckung zu schaffen, mit einer der mit dem 5605R-Klebstoff bereitgestellten Trennfolien als Deckschicht. Um den 583-Klebstoff zu härten, wurde die geschichtete Baugruppe dann zwischen zwei Schichten aus bei Insulectro, Inc. erhältlichen Druck-/Temperaturausgleichsplatten platziert, die dann zwischen zwei Aluminiumplatten platziert wurden. Die geschichtete Baugruppe wurde dann etwa 2 h lang in einen Ofen bei 170°C gelegt, damit die Platten auf Temperatur kommen und der Klebstoff härten konnte.
Beispiel 2:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde mit dem folgenden Verfahren hergestellt: Eine Schicht aus 583-Thermoklebefilm zur Verwendung als härtbare Klebstoffschicht, erhältlich bei 3M, Inc. wurde bei Raumtemperatur mit einem Handroller auf eine Schicht aus 5605R-Klebstoff zur Verwendung als externer Klebstoff, erhältlich von Nitto Denko, laminiert. Ein 1,6 mm großes Loch wurde mit einem CO2-Laser durch das Laminat geschnitten. Die mit dem 583-Film bereitgestellte Trennfolie wurde dann entfernt, und die ePTFE-Membran, wie in Beispiel 1 bereitgestellt, wurde 10 s lang auf die härtbare Klebstoffschicht laminiert, unter Verwendung einer Geo Knight 394 Shuttle-Presse, erhältlich bei Geo Knight & Co, Inc., eingestellt auf 40 psi und 100°C. Ein zweites 1,6 mm großes Loch wurde durch eine Schicht aus 5605R-Klebstoff geschnitten. Die mit der äußeren Klebstoffschicht bereitgestellte Trennfolie wurde entfernt und der Film wurde so auf die zweite Seite der Membran laminiert, dass die beiden 1,6-mm-Löcher ausgerichtet waren, unter Verwendung der Shuttle-Presse bei gleichen Einstellungen. Schließlich wurde mit einem CO2-Laser ein 3,3 mm großer Kreis durch alle Schichten, mit Ausnahme der 6,5 mm dicken Silikon-Trennfolie, geschnitten, um die äußere Abmessung der Akustikabdeckung zu erzeugen, mit einer der mit dem 5605R-Kleber bereitgestellten Trennfolien als Deckschicht. Um den 583-Klebstoff zu härten, wurde die geschichtete Baugruppe dann zwischen zwei Schichten aus bei Insulectro, Inc. erhältlichen Druck-/Temperaturausgleichsplatten platziert, die dann zwischen zwei Aluminiumplatten platziert wurden. Die geschichtete Baugruppe wurde dann etwa 2 h lang in einen Ofen bei 170°C gelegt, damit die Platten auf Temperatur kommen und der Klebstoff härten konnte.
Beispiel 3:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde hergestellt gemäß Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um RXP 3232 Bondply handelte, erhältlich bei Rogers Corporation, und der Härtungsprozess bei 150°C durchgeführt wurde.
Beispiel 4:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um RXP 3232 Bondply handelte, erhältlich bei Rogers Corporation, und der Härtungsprozess bei 150°C durchgeführt wurde.
Beispiel 5:
Ein 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Flexel™ RFA7001 handelte, erhältlich bei H. B. Fuller, und der Härtungsprozess bei 110°C durchgeführt wurde.
Beispiel 6:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Flexel™ RFA7001 handelte, erhältlich bei H. B. Fuller, und der Härtungsprozess bei 110°C durchgeführt wurde.
Beispiel 7:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Flexel™ RFA1005 handelte, erhältlich bei H. B. Fuller, und der Härtungsprozess bei 110°C durchgeführt wurde.
Beispiel 8:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Flexel™ RFA1005 handelte, erhältlich bei H. B. Fuller, und der Härtungsprozess bei 110°C durchgeführt wurde.
Beispiel 9:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um TS8905 handelte, erhältlich bei Avery Dennison, und der Härtungsprozess bei 110°C durchgeführt wurde. Außerdem wurde der Klebstoff nicht auf den 5605R-Klebstoff laminiert, da der TS8905 bei Raumtemperatur auch nach dem Härtungsschritt noch etwas klebrig ist.
Beispiel 10:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Adwill LC2850(25) handelt, erhältlich bei Lintec Corporation, und der Härtungsprozess bei 130°C durchgeführt wurde.
Beispiel 11:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Adwill LC2850(25) handelte, erhältlich bei Lintec Corporation, und der Härtungsprozess bei 130°C durchgeführt wurde.
Beispiel 12:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Adwill LC2824H(25) handelte, erhältlich bei Lintec Corporation, und der Härtungsprozess bei 130°C durchgeführt wurde.
Beispiel 13:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Adwill LC2824H(25) handelte, erhältlich bei Lintec Corporation, und der Härtungsprozess bei 130°C durchgeführt wurde.
Beispiel 14:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Flexel™ EM9002 handelte, erhältlich bei H.B. Fuller, und der Härtungsprozess bei 110°C durchgeführt wurde.
Beispiel 15:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um Flexel™ EM9002 handelte, erhältlich bei H.B. Fuller, und der Härtungsprozess bei 110°C durchgeführt wurde.
Beispiel 16:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um ARclad® IS-7970-39 handelte, erhältlich bei Adhesives Research , und der Härtungsprozess bei 160°C durchgeführt wurde.
Beispiel 17:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um HAF 58480 handelte, erhältlich bei Tesa®, und der Härtungsprozess bei 100°C durchgeführt wurde.
Beispiel 18:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um HAF 58480 handelte, erhältlich bei Tesa®, und der Härtungsprozess bei 100°C durchgeführt wurde.
Beispiel 19:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um HAF 58471 handelte, erhältlich bei Tesa®, und der Härtungsprozess bei 200°C durchgeführt wurde.
Beispiel 20:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um HAF 58471 handelte, erhältlich bei Tesa®, und der Härtungsprozess bei 200°C durchgeführt wurde.
Beispiel 21:
Eine 2-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um HAF 58471 handelte, erhältlich bei Tesa®, und der Härtungsprozess bei 200°C durchgeführt wurde.
Beispiel 22:
Eine 1-Schicht-Akustik-Klebstoffprobe wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass es sich bei dem duroplastischen Film um HAF 58470 handelte, erhältlich bei Tesa®, und der Härtungsprozess bei 200°C durchgeführt wurde.
Die Erfindung wurde nun genau beschrieben ob der Klarheit und des Verständnisses. Fachleute werden sich aber darüber bewusst sein, dass im Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche bestimmte Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können.
In der vorstehenden Beschreibung wurden zu Erläuterungszwecken zahlreiche Details aufgeführt, um ein Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für den Fachmann wird es jedoch offensichtlich sein, dass bestimmte Ausführungsformen ohne einige dieser Details oder mit zusätzlichen Details praktiziert werden können.
Nachdem mehrere Ausführungsformen offenbart wurden, werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen, alternative Konstruktionen und Äquivalente verwendet werden können, ohne vom Geist der Ausführungsformen abzuweichen. Darüber hinaus wurde eine Reihe bekannter Verfahren und Elemente nicht beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Dementsprechend sollte die obige Beschreibung nicht als Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung oder der Ansprüche verstanden werden.
Wo ein Wertebereich angegeben ist, versteht sich, dass jeder dazwischenliegende Wert bis zum kleinsten Bruchteil der Einheit der Untergrenze, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt, zwischen der Ober- und der Untergrenze dieses Bereichs ebenfalls ausdrücklich angegeben ist. Jeder engere Bereich zwischen irgendwelchen angegebenen Werten oder nicht angegebenen Zwischenwerten in einem angegebenen Bereich und jedem anderen angegebenen oder dazwischenliegenden Wert in diesem angegebenen Bereich ist eingeschlossen. Die Ober- und Untergrenzen dieser kleineren Bereiche können unabhängig voneinander in den Bereich eingeschlossen oder ausgeschlossen werden, und jeder Bereich, in dem entweder keine oder beide Grenzen in den kleineren Bereichen enthalten sind, wird ebenfalls von der vorliegenden Erfindung erfasst, vorbehaltlich einer speziell ausgeschlossenen Grenze in dem angegebenen Bereich. Wenn der angegebene Bereich eine oder beide Grenzen einschließt, sind auch Bereiche eingeschlossen, die eine oder beide der eingeschlossenen Grenzen ausschließen.
Wie hier und in den beigefügten Ansprüchen verwendet, enthalten die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“/„die“/„das“ Pluralverweise, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Auch die Worte „umfassen“, „umfassend“, „enthält“, „enthaltend“, „schließen ein“, „einschließend“ und „schließt ein“ sollen, wenn sie in dieser Spezifikation und in den folgenden Ansprüchen verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Komponenten oder Schritten angeben, schließen aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Komponenten, Schritten, Handlungen oder Gruppen nicht aus.

Claims

Akustikschutzabdeckungsbaugruppe (100) für eine akustische Vorrichtung, umfassend: eine Membran (322, 522) in einem Schallweg (308) mit einer ersten und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite einem akustischen Hohlraum (306) und die zweite Seite der Membran (322, 522) einer Öffnung (12, 316) des Schallweges (308) zugewandt ist; und mindestens eine geschichtete Anordnung (320), die eine härtbare Trägerschicht (324) umfasst, die mit einer der ersten Seite oder der zweiten Seite der Membran (322, 522) entlang deren Peripherie verbunden angeordnet ist, und die ferner zwei äußere Klebstoffschichten (326, 328, 526, 528) umfasst, wobei die erste äußere Klebstoffschich (326)t an die härtbare Trägerschicht (324) gebunden ist und die zweite äußere Klebstoffschicht (328) an die Membran (322, 522) gebunden ist, wobei die härtbare Trägerschicht (324) einen Polymerklebstoff umfasst und wobei die mindestens eine geschichtete Anordnung (320) mindestens einen Teil einer Wandung für den Schallweg (308) definiert, und wobei die härtbare Trägerschicht (324) eine Schersteifigkeit von mindestens 8.000 gf bei einer Dehnung von 0,5 mm aufweist.
Baugruppe gemäß Anspruch 1, wobei der Polymerklebstoff ein duroplastischer Klebstoff ist, der ein Phenolharz, Epoxidharz, Harnstoffharz, Polyurethanharz, Melaminharz oder Polyesterharz umfasst.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die härtbare Trägerschicht (324) steifer ist als die erste äußere Klebstoffschicht (326).
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die härtbare Trägerschicht (324) eine Steifigkeit von nicht weniger als 12.900 gf, bevorzugt nicht weniger als 13.000 gf, bei einer Dehnung von 0,5 mm aufweist.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die geschichtete Anordnung (320) mindestens einen Teil einer Wandung für den akustischen Hohlraum (306) definiert, vorzugsweise eine Ringform, die den akustischen Hohlraum (306) umgibt.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die härtbare Trägerschicht (324) an die erste Seite der Membran (322) gebunden ist.
Baugruppe gemäß Anspruch 6, wobei die härtbare Trägerschicht (324) eine erste härtbare Trägerschicht (524) ist, und ferner umfassend eine zweite härtbare Trägerschicht (530), die an die zweite Seite der Membran (322, 522) entlang ihres Umfangs gegenüber der ersten härtbaren Trägerschicht (524) gebunden ist.
Baugruppe gemäß Anspruch 7, ferner umfassend eine zweite Klebstoffschicht (528) neben der zweiten härtbaren Trägerschicht (530), wobei die härtbare Trägerschicht ein duroplastisches Polymer umfasst.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Membran (322, 522) mikroporös ist, vorzugsweise wobei die Membran (322, 522) ein Polyester, Polyethylen, Fluorpolymer, Polyurethan oder Silikon umfasst.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Baugruppe (100) eine Einfügungsdämpfungsspitze von nicht mehr als 1 dB bei 4 kHz aufweist, wenn die Baugruppe (100) einer Kompressionskraft von 10 N ausgesetzt wird.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Baugruppe (100, 500) eine Einfügungsdämpfungsspitze von nicht mehr als 1 dB bei 4 kHz aufweist, wenn die Baugruppe (100, 500) einer Druckkraft von 15 N ausgesetzt wird.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sich die härtbare Trägerschicht (324) bei einer Scherkraft von mehr als 8,0 kg reversibel zu einer 0,5 mm Dehnung verformt.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die härtbare Trägerschicht (324) kriechfest ist, so dass sich die härtbare Trägerschicht (324) um 90 Mikrometer oder weniger, vorzugsweise um 23 Mikrometer oder weniger, und noch bevorzugter um 11 Mikrometer oder weniger verformt, wenn sie einer Scherkraft von 2,5 kgf für eine Dauer von mindestens 10 Minuten ausgesetzt wird.
Baugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Akustikvorrichtung ein mikro-elektrisch-mechanisches (MEMS) Mikrofon, einen Wandler, einen akustischen Sensor oder einen akustischen Lautsprecher umfasst.