DE2508556C2 - Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen elektroakustischen Wandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

In den Fig. 1 und 2 ist ein bekannter Wandler (vgl. DE-OS 19 02 849) dargestellt, bei welchem ein elas'isches Stützelement c um den Umfang eines zylindrischen Körpers b herum angeordnet ist. Um den Umfang des elastischen Stützelementes c ist eine piezoelektrische Membran a derart angeordnet, daß der elastische Körper c radial nach innen gedrückt wird. An beiden Enden des zylindrischen Körpers b sind Halteplatten d angebracht, die aus einem starren Material bestehen. Wenn der piezoelektrischen Membran α ein Wechselstrom zugeführt wird, dehnt sich die piezoelektrische Membran a abwechselnd aus und zieht sich zusammen, und zwar entlang ihrem Umfang. Demgemäß schwingt die piezoelektrische Membran in einer radialen Richtung.

In der F-" i g. 3 ist ein weiterer bekannter piezoclektri- v, scher Wandler dargestellt, bei welchem ein elastisches Stützelement 3 auf einer Grundplatte 4 angebracht ist. die eine Vielzahl von Poren aufweist, die eine vorgegebene Konfiguration und eine vorgegebene Größe haben. Eine piezoelektrische Membran 2 ist über dem elaansehen Stützelement 3 angeordnet, und beide Enden dieser Membran 2 sind auf einer Grundplatte 4 durch Halteelemente 1 befestigt. Das elastische Stützelement 3 übt somit einen Druck auf die Membran 2 aus. Wenn ein Wechselstrom an die Membran 2 angelegt wird, so b^r, dehnt sich die Membran 2 abwechselnd aus und zieht sich zusammen und zwar in einer Richtung entlang ihrer Ebene. Deshalb schwingt die piezoelektrische Membran Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Art eines bekannten piezoelektrischen elcktroakust'schcn Wandlers,

F i g. 4 eine perspektivische Dars.":'lung einer Anord nung eines Halleelementes und einer durch dieses HaI-teelemcnt fest gehaltenen piezoeieKtrischen Membran ohne die Krümmung des Halteclementes gemäß der Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in der Fig. 5.

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Halteelcmentcs, welches gekrümmt werden soll, und

F 1 g. 9 eine perspektivische Darstellung des Halteelementes gemäß Fig.8. welches sattelförmig gekrümmt ist.

In der F i g. 4 ist ein Halteelement 1 und einer dadurch gehaltenen piezoelektrischen Membran 2 dargestellt. Das Halteclemenl besteht aus einem steifen Material, wie Metall oder Hartkunststoff. Die Membran 2 besteht aus einer dünnen Folie eines polymeren Materials mit einem hohen Molekulargewicht, wie Polyvinylidenfluorid (PVF₃), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylchlorid (PVC), Nylon-U oder Polypeptid (PMG).

In der F i g. 5 ist eine Ausführugsform gemäß der Erfindung dargestellt, welche dadurch hergestellt wird, daß die in der Fig.4 dargestellte Anordnung derart gekrümmt wird, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Es können auch zwei gegenüberliegende Seiten des Haltcelcmcntes 1 vorab gekrümmt bzw. gebogen werden und dann die piezoelektrische Membran 2 an ihrem

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Randbereich mil clem I lalteeleir.enl I gemäß der Darstellung fest verbunden werden.

Die F i g. 6 zeigl einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig.5. Die piezoelektrische Membran 2 schwingt innerhalb des Bereiches, der durch die zwei strichpunktierten Linien dargestellt ist.

In der Fig.7 ist eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt. Das Halteelement 1 besteht aus einem steifen Material, wie Metall oder Hartplastik und weist Seitenteile la auf, welche sich entlang einer λ'-Achse erstrecken, und weiterhin Seitenteile Xb, welche sich entlang einer V-Achse erstrecken. Die Seilenteile la und die Seitenteile Xb sind in entgegengesetzter Richtung bezüglich einer Z-Aehse gekrümmt. Wie aus der Darstellung hervorgeht, sind die Seitenteile is la nach oben gekrümmt, während die Seitenteile Ib nach unten gekrümmt sind. Die Membran 2 aus einer dünnen Folie eines polymeren Materials mit einem hohen Molekulargewicht ist fest mit ihren Rändern an dem Halteeiement 1 befestigt, so daß die Konfiguration 3ines Sattels entsteht.

In den Fig.8 und 9 ist jeweils ein Haiteeiement ϊ |- dargestellt, und zwar bevor und nachdem es einer Bear-

f beitung unterworfen wurde, bei welcher es eine ge-

krümmte Konfiguration erhält. Ähnlich wie im Falle der Membrananordnung gemäß F i g. 5 können zwei Verfahren zur Herstellung der sattelförmigen piezoelektrischen Membrananordnung gemäß Fig. 7 angewandt werden. Ein Verfahren besteht darin, das Halteeiement gemäß Fig.8 einer Bearbeitung zu unterwerfen, uru eine gekrümmte Konfiguration zu erhallen, nachdem die Membran fest an dem flachen Halleelement befestigt wurde. Das andere Verfahren besteht darin, das Halteelement einer Bearbeitung zu unterziehen, um eine gekrümmte Konfiguration gemäß F 1 g. 9 zu erhalten und dann die Membran mit ihren Rändern fest an dem Halleelement anzubringen.

Bei allei oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Halteelement rechteckig, wobei die vier Seiten des Halteelementes aus einem Stück bestehen, und die gekrümmten Seiten sind in bezug auf ihre Mitte symmetrisch gekrümmt. Diese Punkte sind jedoch bei der piezoelektrischen Membrananordnung des clektroaküstischen Wcndlers gemäß der Erfind, ng nicht notwendig. Das Halteelement kann quadratisch oder ringförmig sein, die Seiten des Hal'eelcmenics müssen nicht notwendigerweise aus einem Stück bestehen und die Krümmung muß nicht notwendigerweise symmetrisch sein. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß selbst dann, wenn ein? Krümmung nur in einem Absclimti lic-s Hül- >ü lcelemcnlcs vorhanden ist, die Aufgabe der Erfindung in gewissem 1 'mfung gelöst wird

Wenn im Beirieb ein Wechselstrom an die Membran 2 angelegt wird, dehnt sich die Membran 2 abwechselnd aus und zieht sich zusammen. Da die Membran 2 gemäß v> der Krümmung des Hdlteclemcnles 1 gebogen ist. wird der Vorgang des Ausdehncns und des /.usammenziehens in eine Schwingung umgewandelt, wie es in der Fig. 6 durch zwei strichpunktierte Linien angedeutet ist. Bei dieser Anordnung ist ein elastisches Slützelement nicht unbedingt erforderlich, um das Ausdehnen und das Zusammenziehen der Membran 2 in eine Schwingung umzuwandeln.

Hierzu J 3IaIt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer elektroakustischer Wandler mit einer durch ein steifes Halteelement gehaltenen piezoelektrischen Membran, die gekrümmt gehalten wird, um das durch den piezoelektrischen Effekt hervorgerufene Dehnen und Zusammenziehen der Membran in eine Schwingung senkrecht zur Hauptebene der Membran umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteclemenl (1) gekrümmt ist, und eine öffnung umgibt, über die die Membran gespannt ist.

2. Wandler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelcmcnt (1) die F'orm eines Viereckes hat, bei dem zwei gegenüberliegende Seiten gekrümmt sind.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, Qa j die Krümmung der beiden gegenüberliegenden Seiten symmetrisch ;r bezug auf deren Mitte ist.

4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (1) die Form eines Viereckes hat, wobei die jeweils gegenüberliegenden Seiten gekrümmt sind.

5. Wandler nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das eine gegenüberliegende Seitenpaar (Xa) entgegengesetzt gekrümmt ist als das andere (Xb).

6. Wandi - nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Teil des Halteelementes (1) ringförmig ausgebildet ist.

2 in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Membran 2.

Bei dem bekannten Wandler nach DE-OS 19 02 849 wird die Krümmung und Spannung der Membran dadurch erreicht, daß zwischen einem Basiselement und der Membran ein schaumstoffhaltiges elastisches Stützelement angebracht ist. Das Basiselement ist wie die Membran zylinderförmig. Ein derartiges elastisches Stützelement ruft einen mechanischen Widersland hervor, der für den guten Schwingungswirkungsgrad der Membran schädlich ist. Außerdem altert das elastische Stützelement mit der Zeit, so daß seine Elastizität verlorengeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen cluktroakuslischen Wandler anzugeben, bei dem der auf die piezoelektrische Membran wirkende mechanische Widerstand bei zumindest g'eichbieibendem Wandlerwirkungsgrad und guter Frequenzcharakteristik verringert wird.

Der erfindungsgemäße Wandler besitzt das Merkmal des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Da das die Membran abstützende Halteelement gekrümmt ist, wird der Membran eine Spannung erteilt, was die akustischen Eigenschaften verbessert, ohne den Wirkungsgrad des Wandlers zu beeinträchtigen.

Bevorzugte Weittcbildungen des erfindungsgemäßen Wandlers sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wandlers werden nachstehend unter Bezugnahme auf die jo Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines bekannten piezoelektrischen elektroakustischen Wandlers, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 in der Fig.