DE1259389B - Piezoelektrischer Wandler zur Umwandlung elektrischer Signale in Schallwellen und umgekehrt - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04r

Deutsche Kl.: 21a2-8

Nummer: 1259 389

Aktenzeichen: B 73369 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 3. September 1963

Auslegetag: 25. Januar 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler zur Umwandlung elektrischer Signale in Schallwellen, und umgekehrt, mit einem starren Ring, mit einer am Umfang des Ringes befestigten Membran und mit einem Streifen aus keramischem piezoelektrischem Material, der in der Mitte der Membran befestigt ist und auf zwei einander gegenüberliegenden rechtwinklig zur Verschiebungsrichtung der Membran verlaufenden Seiten Elektroden trägt.

Es sind Wandler bekannt (deutsche Patentschrift 939 589 und USA.-Patentschriften 2 416 887 und 2 552 878), bei denen als Wandlerelement ein Rochelle-Salzkristall verwendet ist. Der Kristall ist quadratisch und als sogenannter Twister ausgebildet. Die Schwingungen erfolgen in den Diagonalrichtungen des Kristalls. Sie werden entweder auf den Ecken des Kristalls zugeordneten Membranen übertragen oder über Brücken abgenommen. Es ist auch bekannt, eine derartige Wandleranordnung in einen Ring einzufassen. Die Ankopplung dieser Wandler an die Membran ist jedoch relativ aufwendig und erfordert entsprechend viel Platz.

Es sind weiterhin Wandler bekannt (deutsche Gebrauchsmuster 1 815 439 und 1 807 953), die stabförmige piezoelektrische Elemente aufweisen, deren Mitten mit einer Membran verbunden sind und die von in Abstand voneinander befindlichen Stützen getragen werden. Die Anordnung ist in einem viereckigen Gehäuse eingebaut. Durch das Gehäuse haben diese Wandler jedoch relativ große Abmessungen und ein entsprechendes Gewicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wandler möglichst klein und gewichtsarm zu gestalten.

Die Aufgabe ist dadurch gelöst, daß sich der Streifen quer zum Ring erstreckt und mit beiden Enden am Ring nächst dem Umfang der Membran befestigt ist.

Die erfindungsgemäße Konstruktion gestattet es, dem piezoelektrischen Element eine maximale Größe in bezug zur Membran zu geben, und dennoch entsteht ein sehr leichtes Gebilde mit hohem Wirkungsgrad, sehr geringen Abmessungen und äußerst geringem Materialverbrauch.

Der Träger besteht zweckmäßig aus einem starren Ring. Der piezoelektrische Streifen erstreckt sich zweckmäßig nach Art eines Auslegers von einem Punkt des Trägers radial nach innen und ist mit dem Mittel der Membran verbunden. Der Streifen kann sich aber auch von zwei gegenüberliegenden Punkten über die Membran erstrecken und mit dessen Mittel verbunden sein. Zweckmäßig setzt der piezoelektri-Piezoelektrischer Wandler zur Umwandlung
elektrischer Signale in Schallwellen
und umgekehrt

Anmelder:

S. G. Brown Limited,

Watford, Hertfordshire (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

8000 München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:

Victor Hubert Alexander Diederichs,

Watford, Hertfordshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 28. November 1962,

vom 16. August 1963 (45 052)

sehe Streifen unter Vermittlung eines nachgiebigen Kissens am Träger an. Der Streifen besteht zweckmäßig aus einem bleizirkonat-bleititanat-keramischen Material und besitzt üblicherweise rechteckige Form und weist an den Flachseiten Elektroden auf. Der Querschnitt ist im Vergleich zur Länge klein. Die Elektroden sind zweckmäßig Silberelektroden. Der piezoelektrische Streifen ist mit einer Reihe von sich nach unten erstreckenden Vertiefungen versehen, welche mit Graphit überzogen sind, so daß das Element während seiner Tätigkeit polarisierbar ist. Für die Erfindung in Betracht kommende Bleizirkonat-Bleititanat-Materiale sind im Handel verfügbar, und zwar in einer Breite von etwa 1,52 mm und einer Stärke von etwa 0,64 mm. Sollen hörbare Signale an die Elektroden weitergegeben werden, so sind diese mit einer kleinen Membran verbunden, um verstärkte Hörfrequenzen an einen Kopfhörer oder einen kleinen Lautsprecher zu vermitteln. Ein Wandler der geschilderten Art ist von äußerst geringem Gewicht, verglichen mit dem der bisher verwendeten elektrodynamischen Wandlern.

Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen piezoelektroakustischen Wandlers, und zwar

709 720/364

F i g. 1 die Draufsicht eines Telephonkopfhörers,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig.l,

F i g. 3 eine Draufsicht auf das Gerät der F i g. 1 bei abgenommener Abschlußscheibe, S

F i g. 4 und 5 ähnliche Ansichten wie F i g. 2 und 3.

Die Zeichnung zeigt eine Miniatureinheit eines Telephonkopfhörers. Eine kreisförmige Membran 10 aus Metall besitzt zentrisch eine konisch verlaufende Ausbuchtung 11 und ist peripher mit Hilfe von Klebstoff zwischen einem starren Plastikring 12 und einer starren Plastikblendscheibe 13 befestigt. Ein piezoelektrisches Element 14 in Form eines Streifens aus bleizirkonat - bleititanat - multimorphem - keramischem Material ist im Mittel durch Klebstoff mit dem Mittel der Membran 10 verbunden. Die Enden des Streifens 14 sind in Silikon-Elastomer-Kissen 15 eingebettet, welche in Ausnehmungen 16 des Ringes 12 eingelassen sind. Die Kissen 15 sind mit Hilfe von Klebstoff in den Ausnehmungen 16 gehalten. Der Streifen 14 hat Silberelektroden an zwei gegenüberliegenden Flachseiten, welche parallel zur Ebene der Membran liegen. An die Silberelektroden sind Drähte 17 und 18 angeschweißt, welche um Anschlußklemmen 19 und 20 einer Endscheibe 21 herumgewickelt sind. Die Endscheibe ist vermittels Klebstoff auf dem Ring befestigt. Die Scheibe 13 stellt einen akustischen Schirm dar. Sie ist mit nicht gezeichneten Öffnungen versehen, um Luftschwingungen zu übertragen und ist in üblicher Weise mit einem Reyonschirmgitter 22 versehen.

Bei Verwendung eines Bleizirkonat-Bleititanat-Materials ist es möglich, eine Hörmuschel zu schaffen, die etwa 2,8 cm Durchmesser aufweist und einen großen Hörfrequenzbereich für Telephonkopfhörer umfaßt. Eine Hörmuschel der beschriebenen Art kann für Lautsprecher an Hörapparaten von Schwerhörigen benutzt werden, und zwar als Mikrophon. In diesem Falle ist die Endscheibe mit Öffnungen versehen oder überhaupt weggelassen, so daß die Membran auf beiden Seiten offenliegt, also ein geräuschunterdrückendes Mikrophon ergibt.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine Abwandlung der Ausführungen der Fig.l bis 3. Gleiche Teile der F i g. 4 und 5 sind mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in den F i g. 1 und 2. Nach F i g. 5 liegt das piezoelektrische Material in Form eines kurzen Streifens 30 aus Bleizirkonat-Bleititanat-Material vor, welches mit seinem einen Ende an einen Fortsatz 31 aus Polymethyl-Methacrylat angeschlossen ist, um so ein kombiniertes Element zu bilden, welches zwischen den beiden Kissen oder Ringen 15 verläuft. Der Streifen 30 ist mittels Klebstoff mit dem Mittel der Membran 11 verbunden. Das ganze Gerät arbeitet in ähnlicher Weise, wie an Hand der Beschreibung der F i g. 1 bis 3 ausgeführt. Die Ringe oder Kissen 15 gestatten Winkelabweichungen an den beiden Befestigungspunkten, wenn auf Grund von vorliegenden elektrischen Oszillationen das piezoelektrische Material einer Biegungsbeanspruchung unterliegt. Das Gerät nach den F i g. 4 und 5 ermöglicht es, etwa 40% an piezoelektrischem Material gegenüber den Ausführungsformen der F i g. 1 bis 3 einzusparen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer Wandler zur Umwandlung elektrischer Signale in Schallwellen, oder umgekehrt, mit einem starren Ring, mit einer am Umfang des Ringes befestigten Membran und mit einem Streifen aus keramischem piezoelektrischem Material, der in der Mitte der Membran befestigt ist und auf zwei einander gegenüberliegenden rechtwinklig zur Verschiebungsrichtung der Membran verlaufenden Seiten Elektroden trägt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Streifen (14) quer zum Ring (12) erstreckt und mit beiden Enden am Ring nächst dem Umfang der Membran (10) befestigt ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (12,13) ein starrer Ring ist.

3. Wandler nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (30) sich radial vom Mittel des Diaphragmas zum Träger (12,13) erstreckt und mit seinem einen Ende nach Art eines Auslegers starr an dem Träger befestigt ist.

4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (14) sich diametral über die Membrane erstreckt und mit beiden Enden am Träger (12,13 bzw. 15) verbunden ist.

5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (14 bzw. 30) unter Vermittlung eines nachgiebigen Kissens (15) mit dem Träger (12,13) verbunden ist.

6. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von mehreren Punkten des Trägers (12, 13) sich zwei oder mehrere piezoelektrische Streifen radial in das Innere des Ringes erstrecken und mit der Membrane (10) verbunden sind.

7. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element aus Bleizirkonat-Bleititanat besteht.

8. Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Streifens (30) durch ein Glied aus anderem Material, z. B. einem festen Polymer wie Polymethyl-Methacrylat gebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 939 598;
deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1 815 439,
953;

britische Patentschrift Nr. 727 905;
USA.-Patentschriften Nr. 2 552 878, 2 416 887.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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