DE2606579A1 - Anordnung zum umwandeln elektrischer schwingungen in akustische schwingungen und umgekehrt mit einer membran, die mindestens eine schicht aus piezoelektrischem polymermaterial enthaelt - Google Patents
Anordnung zum umwandeln elektrischer schwingungen in akustische schwingungen und umgekehrt mit einer membran, die mindestens eine schicht aus piezoelektrischem polymermaterial enthaeltInfo
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Description
PHN.7922. 29.1.1976,
: -■ · -■'- . JW/EVH.
•ν. bi.V. Philips' Gloe'ilompemabneKen
«is, nc ■ νο^ϊ "'.ι £. 2k. Ϊ976^Λ"" 2606579
"Anordnung zum ümv/andeln elektrischer Schwingungen in
akustische Schwingungen und umgekehrt mit einer Membran, die mindestens eine Schicht aus piezoelektrischem Polymermaterial
enthält"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umwandeln elektrischer Schwingungen in akustische
Schwingungen und umgekehrt mit einer Membran, die mindestens eine Schicht aus piezoelektrischem PolymermateriaCL
enthält, die in Querrichtung polarisiert und auf beiden Seiten mit Elektroden versehen ist, wobei die
Membran in minestens einem orthogonalen Schnitt wellenförmig ausgebildet ist,
609838/0603
PIIN. 7922.
29.U76.
Eine derartige Anordnung ist aus der U.S.Patentschrift
38 16 774 bekannt. Diese Patentschrift beschreibt
eine Anzahl wellenförmiger Lautsprechermembranen, die meistens aus einem bilaminaren Gefüge piezoelektrischer
Schichten bestehen.
Beim Anlegen einer tonfrequenten Wechselspannung treten in diesen Membranen Beugungserscheinungen auf,
wodurch.sich die Membran in transversaler Richtung bewegt und dadurch als Lautsprecher wirksam wird.
Bei einer dieser Ausbildungen sind wechselweise die zu den aufeinanderfolgenden Tfellenformen gehörenden
Flächen entgegengesetzt polarisiert.
Die Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass jede Flanke der ¥ellenform über ihre ganze Breite in
derselben Richtung polarisiert ist, während in Betriebslage die Richtung des angelegten elektrischen Feldes
gegenüber der Polarisationsrichtung in angrenzenden Flanken wechselweise parallel und antiparallel steht.
Im Gegensatz zu der genannten bekannten Au.sführungsform
bleiben die Richtungen des angelegten elektrischen Feldes sowie des Polarisationsfeldes von Spitze
zu Spitze über die ganze Flanke dieselben . Dadurch wird in Betriebslage infolge einer angelegten Spannung keine
Beugung sondern ausschliesslich Schrumpfung oder Dehnung in der betreffenden Flanke auftreten, wodurch die
g β 9 8 3 8 / 0 θ Q 3
PHN.7922. 29.U76.
Membran eine transversale Bewegung erhält»
Eine Reihe von Ausführungsforraen nach der
Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Polarisationsrichtung in jeder Planke derjenigen mindestens einer
benachbarten Flanke entgegengesetzt ist. Dabei sind nur zwei Elektroden vorhanden, die einander gegenüberliegen
und die ganze Oberfläche der wellenförmigen Membran bedecken.
Es ist möglich, den orthogonalen Schnitt jeder Welle in Form eines V mit flachen Flanken oder trapezförmig
auszubilden.
Die auf diese Weise entstandenen Rillen können parallel, kreisförmig oder ellipsenförmig ausgebildet werden.
Als piezoelektrisches Material ist Polyvinylidenfluorid
durchaus verwendbar·
Wird dieses Material in einer einzigen Schicht verwendet, so lässt sich eine Membran mit V-förmigen
parallel Rillen auf einfache Weise polarisieren. Man geht dan von einer einzigen Folie aus, die auf Flankenbreite
jeweils entgegengesetzt gefaltet wird, wodurch ein gestapeltes Ganzes entsteht, das zwischen die Elektroden
einer Polarisierungsaiiordnung gebracht wird. Nach dem
Polarisieren wird die piezoelektrisch gewordene Folie zu der gewünschten Länge gefaltet.
Bei einem anderen günstig arbeitenden ALisführungsbeispiel
nach der· Erfindung sind alle Flanken in derselben
H 0 9 R °- R / Π Β Π ^
PHN". 7922. 29.1.76. - 4 -'
Richtung polarisiert, wobei jede Flanke mit·einem einander
gegenüberliegenden Elektrodenpaar versehen ist, das von einem entsprechenden Elektrodenpaar mindestens einer benachbarten
Flanke galvanisch getrennt ist, welches letztere Paar in Betriebslage eine entgegengesetzte Polarität gegenüber
dem erstgenannten Elektrodenpaar aufweist,
. Hiermit wird der Vorteil erhalten, dass durch •Parallel- oder Reihenschaltung der Elektroderipaare eine
optimale Anpassung an den betreffenden Verstärker erreicht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird untenstehend näher beschrieber Es zeigen:
.Figo 1 eine Membran mit drei V-förmigen Rillen nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1, Fig. 3 eine entfaltete rechteckige Membran,
Fig. 4 eine Polarisationseinrichtung mit einer
gefalteten Membran nach Fig. 3»
Fig. 5 und 6 eine Einzelheit nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Lautsprechermembran dargestellt, die aus einer Folie aus Polyvinylidenfluorid
besteht, welches Material piezoelektrische Eigenschaften aufweist. Diese Folie ist auf beiden Seiten mit aufgedampften
Metallelektroden (nicht dargestellt) versehen,
609838/0603
PHN.7922. 29.1.76.
Die Membran 1 ist kreisförmig und ist mittels kreisförmiger Rillen - V-fdrmig im Schnitt - in 2 b/e 6
aufgeteilt, die im Schnitt geradlinig sind.
Die äusserste Flanke 6 ist mit einem flachen
Rand 7 versehen^ der auf einem skizzenmässig dargestellten
Gestell 8 befestigt ist. Die Membran 1 ist in Querrichtung polarisiert, d.h. senkrecht zur Folienebene und zwar für
jede Flanke gegenüber seiner benachbarten Flanke entgegengesetzt. Die Flanken 2, h und 6 sind in derselben Richtung
und senkrecht zu der Flanke gemäss dem Pfeil A polarisiert, dagegen die Flanken 3 und 5 gemäss dem Pfeil B in entgegengesetzter
Richtung.
Werden die Elektroden mit einer tonfrequenten elektrischen Wechselspannung verbunden, so erfahren die
Flanken der Membran Aenderungen in der Längsrichtung, wodurch sich die Membran in transversaler Richtung bewegt
und sich als Lautsprecher verhält.
Die Wirkungsweise wird anhand der Fig. 2 näher erläutert, in der eine Einzelheit der Membran nach Fig. 1
dargestellt ist. Die Flanke 10 ist in der Richtung B und die Flanke 12 wieder entsprechend der Flanke 10 in der
Richtung A polarisiert. Die Oberseite der Membran ist mit einer Elektrode 13 versehen} die Unterseite mit einer
Elektrode 1*1·.
Werden die beiden Elektroden an eine Gleichspannung
$09838/0603
PHN". 7922. 29.1.76.
angeschlossen, so geschieht folgendes. Die Flanken 10, 11
und 12 dehnen oder schrumpfen sich und zwar abhängig von der Polarisationsrichtung und der angelegten Gleichspannung,,
Wenn vorausgesetzt wird, dass die Flanke 10 eine Dehnung erfährt, wird die Flanke 11 schrumpfen und die folgende
Flanke 12 wird sich dehnen. Die Flanke 10 wird also langer und nimmt die gestrichelt dargestellte Stellung 10' ein.
Weiter ist vorausgesetzt, dass die Flanke 10 die erste Flanke ist der Membran und an nur edjtier Seite an der
Stelle 15 befestigt ist. Die Flanke 10 wird sich um diesen
Stützpunkt drehen. Der Schnittpunkt 16 (=Schnittlinie) zwischen den Flanken 10 und 11 bewegt sich nach oben und
erreicht die Lage 16', die etwa über den Punkt 16 zu liegen kommt, da die Länge der sich verlängerten Flanke 10'
grosser ist als die der Flanke 10.
Die Flanke 11 wird kürzer und erhält die Lage 11';
der Schnittpunkt 17 (=Schnittlinie) zwischen den Flanken
und 12 bewegt sich nach oben nach Punkt 17' Der Abstand
zwischen diesen Punkten 17 und 17* entsteht also infolge
der Verschiebung der Flanke 10 sowie der Flanke 11,
Wenn das -Vorzeichen der angelegten Gleichspannung sich ändert, werden sich die Flanken in umgekehrter
Richtung - in Fig. 2 nach unten - bewegen und die Punkte 16'
und 17' gelangen unter die zugehörenden Bezugspunkte 16
und 17.
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PHN.7922. 29.1.76.
Eine Membran mit V-förmigen Rillen, die sich
parallel zueinander erstrecken, wodurch also längliche rechteckige Flanken entstehen, ISsst sich auf sehr einfache
Weise polarisieren. Eine derartige Membran ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die Flanken 20, 22 und Zk in
Pfeilrichtung P und die Flanken 21 und 23 in Pfeilrichtung Q polarisiert sind.
Bei der Herstellung dieser Membran wird von einer Folie aus piezoelektrischem Polymermaterial ausgegangen,
das zur Flankenbreite und jeweils entgegengesetzt gefaltet wird. Auf diese Weise entsteht ein gestapeltes
Ganzes, wobei die Flanken 20 b/e 25 in Reihenfolge übereinander
zu liegen kommen.
Dieses Ganze wird zwischen die Elektroden 30
und 31 einer Polarisationsanordnung nach Fig. k- gebracht,
wonach die erforderliche Polarisationsspannung eingeschaltet wird .
Nach diesem Prozess Wird die gefaltete Membran zu der gewünschten Breite entfaltet.
Die in Fig. 2 dargestellte Einzelheit ist in Fig. 5 abermals dargestellt. Dabei ist die Dicke gegenüber
der Breite der Flanke stark übertrieben. Die Flanken 40, h] t
k-2 und 43 sind jeweils entgegengesetzt polarisiert; die
Flanken 40 und kZ in der Pfeilrichtung P1 und die Flanken
41 und 43 in der Pfeilrichtung P2. Gegenüber einander sind
6098^/0-603
PHN. 7922. 29.1.76.
die Elektroden 44 und 45 angebracht. Sie bedecken je alle
Flanken. Zu einem bestimmten Augenblick wird die Elektrode 44 eine positive Spannung und die Elektrode 45 eine
negative Spannung aufweisen, dadurch entsteht zwischen den Elektroden 44 und 45 ein elektrisches Feld E, dessen
Richtung durch einen gestrichelten Pfeil angegeben ist.
Es ist ersichtlich, dass die Richtungen der Polarisierungen P^ und Pp und des angelegten elektrischen
Feldes E in den Flanken wechselweise parallel und antiparallel gegenüber einander stehen; d.h.,„ in den Flanken
und 42 parallel und in den Flanken 41 und 43 antiparallel.
Aendert das Vorzeichen der angelegten Spannung, d.h. wird die Spannung der Elektrode 44 negativ und die
der Elektrode 45 positiv, so läuft das angelegte elektrische
Feld in umgekehrter Richtung und die Polarxsationsrxchtung sowie die Richtung des angelegten elektrischen Feldes in
den Flanken 4O und 42 antiparallel.
In Fig. 6 ist eine andere Äusführungsform der
Membran nach Fig. 1 dargestellt. Dabei sind die Elektroden auf jeder Flanke von den Elektroden der benachbarten Flanke
galvanisch getrennt»
In allen Flanken 50, 51, 52 und 53 gett die
Polarisation in derselben Richtung nach dem Pfeil Ρ·
Die Flanke 50 ist mit dem Elektrodenpaar 54 und
55 versehen; die Flanke 51 mit dem Elektrodenpaar 56 und 57»
603838/0603
PHN.7922.
29.1.76.
die Flanke 52 mit dem Elektrodenpaar 58 und 59 und die
Flanke 53 mxt dem Elektrodenpaar 60 und 61·
In Reihenfolge sind die Elektrodenpaare jeweils
an eine entgegengesetzte Spannung angeschlossen. In den Flanken hat das elektrische Feld in Reihenfolge jeweils
eine entgegengesetzte Richtung. Das heisst, in den Flanken 50 und 52 verläuft das elektrische Feld gemäss
dem gestrichelten Pfeil E- und in den Flanken'51 und 53
verläuft es gemäss dem Pfeil E„, welche Pfeilrichtungen
einander entgegengesetzt sind. Aus Fig. 6 geht deutlich
hervor, dass auch hier die Richtungen der Polarisation P und des angelegten elektrischen Feldes E1 bzw. E„ wechselweise
parallel und antiparallel verlaufen; in den Flanken 50 und 52 parallel und in den Flanken 51 und 53 antiparallel*
Aendert das Vorzeichen der angelegten Spannung, so laufen die Richtungen umgekehrt.
609838/0603
Claims (6)
- PHN-. 7922. 29.1.76.PATEHTAIfSPRTJECHE;Anordnung zum Umwandeln elektrischer Schwingungen in akustische Schwingungen und umgekehrt mit einer Membran, die mindestens eine Schicht aus piezoelektrischem Polymermaterial enthält, die in Querrichtung polarisiert und auf beiden Seiten mit Elektroden versehen ist, wobei die Membran in mindestens einem orthogonalen Schnitt wellenförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Flanke der ¥ellenforra über ihre ganze Breite in derselben Richtung polarisiert ist, während in Betriebslage die Richtung des angelegten elektrischen Feldes gegenüber der Polarisationsrichtung in angrenzenden Planken wechselweise parallel und antiparallel steht,
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung in jeder Flanke der mindestens einer benachbarten Flanke entgegengesetzt ist.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede halbe Welle V-förmig mit flachen Flanken ausgebildet ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass jede halbe "Welle trapezförmig ausgebildet ist.
- 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken alle in derselben Richtung polarisiert sind, wobei jede Flanke mit einem einander gegenüber liegenden Elektrodenpaar versehen ist, das von einemS09838/0603PHN.7922. 29.1.76.entsprechenden Elektrodenpaar mindestens einer benachbarten Flanke galvanisch getrennt ist, welches letztere Paar in Betriebslage eine entgegengesetzte Polarität hat gegenüber dem erstgenannten Elektrodenpaar.
- 6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Material aus Polyvinylidenfluorid besteht."7· Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach Anspruch 3r.\tobe± das Polymermaterial vor der Anordnung der Elektroden in einem Gleichstromfeld polarisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Platte Polymermaterial ausgegangen wird, die wechselweise in entgegengesetzter Richtung zu einer gewünschten Anzahl Streifen gefaltet wird, welche Streifen aufeinander zu liegen kommen, wonach das gestapelte Ganze senkrecht zur Faltrichtung polarisiert wird.
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