DE3041742C2

DE3041742C2 - Luftschallgeber

Info

Publication number: DE3041742C2
Application number: DE19803041742
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ing.(grad.) 8000 München Eith; Peter Dipl.-Phys. Kleinschmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-11-05
Filing date: 1980-11-05
Publication date: 1982-10-28
Also published as: DE3041742A1

Description

50

55

60 Metallmembran (4) einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung 7* hat, der um mehr als 50% größer als derjenige Tk des Keramikmaterials der Folie (6) ist, wobei die Folie (6) bei erhöhter Temperatur auf der Oberfläche der Metallmembran (4) festwerdend angebracht ist und sich auf derjenigen Seite der Metallmembran (4) befindet, an der im Prägevorgang zur Herstellung der Prägung (3) der Prägestempel (9) angelegen hat.

11. Luftschallgeber nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß das Material der Metallmembran (4) V₂A, Messing, Neusilber oder Bronze ist.

12. Luftschallgeber nach Anspruch 10 und 11, gekennzeichnet dadurch, daß ein Prägestempel (91) mit gewölbter Bodenfläche (91") verwendet ist

13. Luftschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke der Folie (6) das 1- bis l^fache der Dicke der Metallmembran (4) beträgt

14. Luftschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß auf der der Metallmembran (44) abgewandten Seite des Rings (42) eine Platte (51) angebracht ist die das Innenvolumen des Rings (42) abschließt und in der sich ein Loch (52) befindet, womit der Ring (42), die Metallmembran (44) und diese Platte (51) zusammen einen Helmholtz-Resonator bilden.

15. Luftschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß die auf der Keramikfolie (6) befindlichen Elektroden (7) durch Kathodenzerstäubung oder chemische Abscheidung aufgebracht sind.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftschallgeber, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Es sind als »Buzzer« bezeichnete Luftschallgeber bekannt, die z. B. in Weckeruhren anstelle der früher verwendeten Glocken eingebaut sind. Der Wirkungsgrad der von ihnen erzeugten Schall-Leistung ist so hoch, daß sie auch aus Batterien gespeist werden können, die dennoch lange Lebensdauer haben. Für einen solchen Luftschallgeber wäre es günstig, wenn das Optimum seiner Schall-Abgabe im Bereich von 1 bis 2 kHz liegt, nämlich im Maximum der Schall-Empfind lichkeit des menschlichen Gehörs und im Maximum der Aufmerksamkeit des Menschen für Schall-Wahrneh mung liegt. Solche Luftschallgeber bestehen im allgemeinen aus einer Metallmembran, auf der sich fest angebracht eine Scheibe aus Piezokeramik, wie z. B. Bleizirkonat-Titanat, befindet. Anlegen elektrischer Wechselspannung an die auf beiden Seiten der Keramikscheibe aufgebrachten Elektroden führt bekanntlich zu einer Kontraktions- und Dilations-Bewegung in der Keramikscheibe und damit zu Membranschwingungen von Metallmembran und Piezokeramik-Scheibe zusammengenommen. Die Metallmembran wird in geeigneter Weise gehaltert, damit die schwingende Membran ihre Schwingungsenergie an die Luft abzugeben vermag.

Derartige, voranstehend umrissene Luftschallgeber sind z.B. aus »Valvo-Handbuch, Piezooxide«, 1971, Seiten 35 und 36, aus den Firmendruckschriften »Piezokeramik« der Rosenthal Technik AG, Werkgruppe 3, Seite 19 sowie »PAGE« der Fa. Kyozera (Japan)

bekannL Zum Beispiel ist im »Valvo-Handbuch« ein Schallaufnehmer beschrieben, dessen Membran eine ringförmige Sicke hat, die nahe dem Rand der wesentlich kleineren Keramikscheibe ist und mit der sich die Scheibe bei der Montage justieren bißt

Ein weiterer elektroakustischer Wandler, der insbesondere als Mikrofon, d.h. als Luftschall-Aufnehmer, konzipiert ist, geht aus der DE-AS 22 02 254 hervor. Die den ganzen Rand entlang vorliegende Einspannung der Metallmembran ist dort ein Ringschneidenlager, gegen das der Rand der Membran mit einem Ring angedrückt wird. Diese Ringschneidenlagerung ist für den dort beschriebenen Empfänger für Luftschall nicht nur ausreichend, sondern -auch besonders vorteilhaft, da sie nur geringe Dämpfung der Membran bewirkt, die (als Empfänger) nur geringe Schwingungsamplituden ausführt, diese aber mit möglichst großem mechanischelektrischen Wirkungsgrad in elektrisches Signal umwandeln können muß. Ein solches Ringschneidenlager ist jedoch wenig geeignet für einen Lu.tschall-Geber, der zu vergleichsweise großen Schwingungsamplituden anzuregen ist, um trotz an sich ungünstiger Anpassung nennenswert Luhschall-Energie erzeugen zu können. Das beim Wandler nach der DE-AS 22 02 254 verwendete Prinzip von Metallmembran und darauf befestigter piezoelektrischer Scheibe entspricht den vorangehend zitierten und beschriebenen Lutschall-Wandler.

Um eine weite Verbreitung und vielfältige Anwendung oben beschriebener Luftschali-Geber zu ermöglichen, ist es erforderlich, daß diese nicht nur in einfachster Weise herzustellen sind (damit sie konkurrenzfähig zu konventionellen Schallgebern sind), sondern sie sollen auch möglichst klein sein, damit sie auch in kleinste Geräte eingebaut werden können, und zwar ohne daß sie geringere Leistungsfähigkeit haben und der von ihnen abgegebene Luftschall bei zu hohen Frequenzen, z. B. höher als 5 kHz, liegt

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen Luftschall-Geber anzugeben, der für den Tonfrequenzbereich von 0,5 bis 5 kHz, insbesondere von 1 bis 2 kHz, zu verwenden ist, dabei besonders klein ist und dennoch hohe Schall-Leistung abgibt. Zudem soll dieser Luftschall-Geber in einfachster Weise herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird mit einem Luftschall-Geber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß nur eine sehr gute Abstimmung der charakteristischen Bemessungsgrößen untereinander und dieser Bemessungsgrößen in bezug zui den konstruktiven Aufbau des ganzen Laufschallgebers Verbesserung und Optimierung eines dem Prinzip nach an sich bekannten Luftschallgeber zu erreichen ist. Durch die erfindungsgemäße Verringerung der Dicke der Metallmembran und durch Verwendung einer vergleichsweise zu einer im Stand der Technik verwendeten Scheibe wesentlich dünneren Folie aus Piezokeramik lassen sich die Außenabmessungen eines solchen Luftschallgebers verringern, ohne daß eine höhere Resonanzfrequenz desselben in Kauf zu nehmen ist. Die Verkleinerung der Dickenwerte von Melallmembran und Keramikscheibe genügen aber bei weitem nicht, zu einem brauchbaren, leistungsfähigen Luftschallgeber kleiner Abmessung und dennoch niedriger Frequenz zu kommen. Wichtig für die Erfindung ist weiterhin, daß der dem Prinzip nach aus dem Stand der Technik bekannte Außenring eine wie angegeben vielfach höhere Masse wie ebenfalls angegebener Proportionierung von Höhe und Innen- und Außendurchmesser desselben zueinander hat, und vor allem auch, daß der Rand der Metallmembran derart fest mit dem Rand des in sich steifen Ringes verbunden ist, daß erreicht werden kann, daß die Metallmembran mit der darauf befestigten Keramikfolie im am Ring befestigten Zustand eben und plan ist (was zu niedrigster Frequenz führt). Dies kann durch eine Befestigung der Membran am Ring erfolgen, durch die die Membran wenigstens in Vorgang dieser Montage unter Zugspannung gesetzt wird. Insbesondere kann die Planität der Membran auch dadurch erreicht werden, daß eine radial gerichtete Zugkraft eingeprägt wird. Die Befestigung der Ränder von Metallmembran und Ring miteinander muß dazu eine Zugfestigkeit haben, die weit höher ist als die vergleichbare elastische Zugfestigkeit der Membran in sich, d. h. im Bereich ihres Randes. Bezüglich der angegebenen Zugfestigkeit ist dies so zu verstehen, daß ein Anteil der Randbefestigung von Metallmembran und Ring miteinander den auf diesen Randanteil entfallenden Zug der Membran bei Ausführung der Prägung und gegebenenfalls auch danach aufzunehmen vermag.

Weiter ist es für die Erfindung von großer Bedeutung, wenn die bereits am Rand des Ringes mit ihrem Rand befestigte Metailinembran durch eine ringförmige Prägung unter Zugspannung gesetzt wird. Dabei muß die Prägung so nahe wie möglich dem Rand des Ringes angeordnet sein, d. h. so nahe wie dies sinnvoll technisch ausführbar ist. Diese Prägung wird mit einem Stempel ausgeführt, der auf die bereits mit ihrem Rand am Ring befestigte Membran gedrückt wird. Wird z. B. dieser Stempel von der Innenseite des Ringes her gegen die Membran gedrückt, d. h. die Membran nach außen und vom Rand des Ringes weggedrückt, kann der Stempel und damit der Durchmesser der Prägung sinnvollerweise nicht größer als der Innendurchmesser des Ringes sein.

Durch die angegebene Prägung der Metallmembran, und zwar* nach deren Befestigung am Ring, kommt die Membran unter radiale Zugspannung, durch die eine Straffung der schwingenden Membranfläche erreicht wird. Diese Straffung ist eine Lösung, mit der eine plane, ebene (am Rand eingespannte) Membran mit niedrigster Resonanzfrequenz derselben zu erreichen ist.

Gerade bei erfindungsgemäß sehr dünner Metallmembran und Folie aus Keramik, die miteinander fest zu verbinden sind, kann leicht — wenn auch unbemerkt — bereits störende Abweichung von planer, ebener Membran auftreten.

Die Metallmembran unter Zug auf den Ring aufzubringen, kann z. B. dadurch erfolgen, daß — wie dies noch im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen näher erörtert wird — ein weiterer Ring übergeschoben wird, mit dessen Überschiebung gleichzeitig die zwischen beiden Ringen eingeklemmte Metallmembran an ihrem Rande gewaltsam über den inneren Ring gezogen wird. Die zusätzlich oder alternativ vorgesehene Prägung der Metallmembran nach Jeren Befestigung am Ring kann vorzugsweise mit

^h5 Hilfe eines Stempels durchgeführt werden. Der Ring mit der daran befestigten Membran und der Stempel werden derart gegeneinander bewegt, daß der Stempel einen Prägedruck auf die Membran ausübt. Der Stempel

kann dabei von innerhalb des Ringes die Membran nach außen drücken oder der Stempel kann auch von außen auf die Membran drücken und diese nach innen in den Ring pressen.

Um eine im Ergebnis ebene und plane Metallmem- ■"> bran mit darauf befestigter Keramikfolie in am Ring befestigtem Zustand zu haben, ist außerdem noch darauf zu achten, daß die (zuvor noch ebene) Metallmembran durch das Befestigen der Keramikfolie an der Membran keine Wölbung erhält. Bei einem Ankleben der in Keramikfolie an der Membran unter Anwendung erhöhter Temperatur und erst recht beim Anlöten der Keramikfolie entstehen Verformungen von Membran und Folie, wenn unterschiedliche Temperaturkoeffizienten der thermischen Ausdehnung für das Keramikmaterial und für das Metall der Membran vorliegen, so daß nach Abkühlung dauerhaft eine Wölbung zurückbleibt. Solche nachteiligen Verformungen können dadurch vermieden werden, daß ein Metall für die Membran verwendet wird, das einen Temperaturkoeffizienten Tk besitzt, der nicht wesentlich verschieden von dem Temperaturkoeffizienten der Ausdehnung der Piezokeramik ist, deren 7* wie bei Glas ungefähr 70 · 10~⁷ beträgt Bezüglich des Temperaturkoeffizienten der Keramik besteht praktisch keine Auswahl. Als passendes Material kann ein handelsübliches Metall mit einem Tk von ungefähr 100 · 10-⁷ verwendet werden, das als Einschmelzlegierung angeboten wird.

Die voranstehend als nachteilig geschilderten Umstände können bei der Erfindung jedoch auch in jo vorteilhafter Weise genutzt werden. Bei dem bereits beschriebenen Prägen der am Ring bereits befestigten Metallmembran kann der Fall eintreten, daß die über die Fläche des Prägestempels hinweg unter Zugspannung gelangende Membran dennoch eine von außen gesehen geringfügig konvexe Restwölbung zurückbehält (auch wenn der Boden des Prägestempels plan ist). Solche Restwölbung beruht auf unvollständiger Biegeverformung am Prägerand. Hat nun (wie dies generell der Fall ist) das Metall der Membran einen größeren Temperaturkoeffizienten als die Keramik, so befestigt man die Keramikfolie auf der inneren konkaven Seite der Metallmembran. Bei Abkühlung von Membran und Keramikfolie miteinander, nämlich von der erhöhten Temperatur des Klebevorgangs auf Raumtemperatur, kontrahiert das Material der Membran in stärkerem Maße und die erwähnte Restwölbung wird beseitigt und es resultiert eine ebene Membran mit daran befestigter Keramikfolie.

Es kann aber noch ein weiterer Vorteil aus den oben so beschriebenen Umständen genutzt werden, der es ermöglicht, auch Messing, Neusilber, Bronze V2A-Stahi u. dergl. für die Metallmembran zu verwenden. Da diese Metalle wesentlich größeren Temperaturkoeffizienten der Ausdehnung als die Piezokeramik haben, genügt es, bewußt eine Wölbung beim Vorgang der Prägung in die am Rand an dem Ring bereits befestigte Membran einzuprägen. Es wird hierzu ein Prägestempel mit konvexer Bodenfläche verwendet, zu dem insbesondere noch ein passender Gegenstempel verwendet werden &o kann. Die Wölbung wird so groß gewählt, daß nach Anbringung und Abkühlung der Keramikfolie diese beiden ein ebenes planes Gebilde sind.

Bezüglich der Festigkeit der Anbringung der Metallmembran am Ring ist noch darauf hinzuweisen, *>·> daß diese Befestigung einer derart hohen Zugspannung widerstehen können muß, die diejenige Zugspannung in der Membran erheblich übersteigt, die beim Prägen der Membran eintritt, die wiederum so hoch ist, daß das Material der Membran kurzzeitig erheblich über der Fließgrenze liegender mechanischer Spannung ausgesetzt wird. Nach Ausbildung der Prägung bleibt dann aus der .Prägeverformung eine Restzugspannung in der Membran zurück, die dann fortdauernd auf den innerhalb der Prägung befindlichen Anteil der Membran in Radialrichtung einwirkt (und die auch einer späteren Wölbung der Membran entgegenwirkt).

Für einen bisher bekannten Luftschallgeber mit piezokeramischer Scheibe war die Auswahl einer geeigneten Piezokeramik völlig unproblematisch. Bei der vorliegenden Erfindung mit nur noch dünner Folie als Keramikbelegung der Metallmembran (u. a. um niedrige Frequenz bei kleiner Abmessung zu erhalten) ist es notwendig, ein Piezokeramikmaterial mit hoher piezoelektrischer Kopplung (Kopplungsfaktor k > 0,6) und mit möglichst hoher Dielektrizitätszahl (ε_Γzwischen 2000 und 5000) zu verwenden. Solches Piezokeramikmaterial wird von der Siemens Aktiengesellschaft listenmäßig in den Handel gebracht. In diesem Zusammenhang ist auch darauf hinzuweisen, daß der Aubringung der Elektroden auf den für die Erfindung vorgesehenen Keramikfolien besondere Aufmerksamkeit gewidmet wird. Die Elektroden müssen sehr dicht, d. h. ohne Zwischenschicht, unmittelbar auf der freien Oberfläche der Keramik der Folie aufliegen, damit keine Reihenkapazität zwischen dem hochdielektrischen Keramikmaterial und der jeweiligen Metallelektrode auftreten kann. Solche Elektrodenbelegungen lassen sich auf der Keramikoberfläche vorzugsweise durch Sputtern und/oder chemisches Abscheiden des Elektrodenmetalls herstellen. Elektroden aus Einbrennsilber sind zwar ebenfalls verwendbar, jedoch ist dabei bereits eine gewisse Verschlechterung des Ergebnisses in Kauf zunehmen.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand der Figuren gegebenen Beschreibung hervor.

F i g. 1 bis 3 zeigen drei variierte Ausführungsformen der Erfindung.

Fig.4 zeigt ausschnittsweise eine Ausführungsform zur Randbefestigung der Metallmembran am Ring.

F i g. 5 zeigt ein Zwischenstadium der Herstellung eines erfindungsgemäßen Luftschallgebers, und zwar zum Zeitpunkt der Prägung mit Prägestempel mit gewölbter Bodenfläche und zugehörigem Gegenstempel.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftschallgebers 1. Dieser hat einen vorzugsweise aus Metall bestehenden Ring 2, eine Metaümembran 4 und eine Folie 6 aus Piezokeramik, die zumindest auf der äußeren Oberfläche mit einer (durch einen dickeren Strich zeichnerisch kenntlich gemachten) Elektrodenbelegung 7 versehen ist Die mit T dargestellte Gegenelektrode ist in gleicher Weise wie die Belegung 7 auf der Keramikfolie 6 aufgebracht und mit der Metallmembran 4 leitend verbunden. Wie bereits oben angegeben, ist die Metallmembran 4 mit ihrem Rand 5 an dem Ring 2 befestigt, wobei der hier dargestellten Ausführungsform dieser Rand der Metallmembran noch über die Oberkante des Rings 2 hinweg bis auf dessen äußere Mantelfläche reicht Dort an dieser Mantelfläche kann der Rand 5 der Metalimembran 4 angelötet, angeklebt oder auch wie in der Figur angedeutet durch einen weiteren Ring T gehalten sein. Dieser Ring 2' liegt dicht auf dem Rand 5 der Metallfolie 4 auf und hält diesen am Ring 2 fest Der Ring 2' kann in

vielfältiger Weise aufgesetzt sein, z. B. aufgeschrumpft oder auch nur aufgeschoben sein. Durch Aufschieben erfährt die Metallmembran 4 bereits eine erste Zugspannung in radialer Richtung ihrer Flächenausdehnung.

Zunächst liegt die Metallmembran 4 nach fester Anbringung am Ring 2 in einer Ebene. Diese Lage ist in der Figur mit 4' gestrichelt angedeutet.

Die in der Fig. 1 gezeigte, bereits mit Prägung versehene Form der Metallmembran 4 ist dadurch erreicht, daß ein mit 9 bezeichneter, gestrichelt dargestellter Stempel in Richtung des Pfeiles 9' durch das Innere des Rings 2 hindurch gegen die Metallmembran 4 gedruckt wird, wodurch diese dann die dargestellte ringförmige Prägekrümmung 8 am Außenrand des Prägestempels 9 erhält.

Diese Prägung der Metallmembran 4 bewirkt, daß durch die dabei auftretende radiale Zugspannung in der Metallmembran 4, und zwar innerhalb des durch die Prägebiegung 8 gebildeten Rings, zu einer ebenen Fläche gestrafft wird. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die Metallmembran 4 auch außerhalb der Prägebiegung 8 bis hinein in die Randbefestigung am Ring 2 Zugspannung erhält.

Die Kraft, mit der der Prägestempel 9 gegen die Membran 4 (oder der Ring 2 mit der Membran 4 gegen den Prägestempel 9) zu drücken ist, muß derart hoch sein, daß insbesondere im Bereich der Prägebiegung 8 die elastische Zugfestigkeit des Materials der Membran 4 überschritten wird und vorübergehendes Fließen des Materials eintritt. Bei Rücknahme dieser Eindruckkraft des Prägestempais bleibt dann aufgrund der Prägebiegung 8 eine Restzugspannung in der Metallmembran 4 zurück, die weiterhin für ebene, plane Form der Membran mit Folie sorgt Ein solcher Luftschallgeber hat bei kleinstem Außendurchmesser die niedrigste (Grund-)Resonanzfrequenz bei gegebener Dicke von Membran und Folie (deren minimale Dickenwerte natürlich eine Grenze technisch vernüftiger Realisierbarkeit haben).

Dadurch, daß man einen Prägestempel 9 mit vergleichsweise zum freien Innendurchmesser des Rings 2 größtmöglichem Außendurchmesser verwendet hat, liegt der Ring der Prägebiegung 8 so nahe dem Befestigungsrand der Membran 4 am Ring 2, wie dies mit einfachen Mitteln technisch ausführbar ist. Dies begünstigt niedrige Resonanzfrequenz bei sonst gleichen Abmessungen.

Die schon oben erwähnte Keramikfolie 6 mit ihrer Elektrode 7 kann (wie hier dargestellt) auf der Innenseite der Metallmembran 4 (wie hier in F i g. 1 dargestellt) oder kann auch auf der Außenseite angebracht sein. Für die Anbringung der Keramikfolie 6 ist Kleben, insbesondere Heißkleben mit AV8 der Fa. Ciba, zu bevorzugen. Die Folie 6 kann auch angelötet oder auf eine thermoplastische Beschichtung der Metallmembran 4 aufgeschmolzen oder mittels einer duroplastischen Zwischenfolie heiß aufgeklebt werden. Bereits oben ist erwähnt, daß die Metallmembran 4 eine geringfügige Restwölbung nach Durchführung der Prägung mit dem Stempel 9 zurückbehalten kann, insbesondere dann, wenn aus Gründen billigerer Herstellung ein Gegenstempel zum Stempel 9 weggelassen ist Diese Restkrümmung ist in der Darstellung der Figur nach oben gerichtet Bringt man nun — wie schon oben angedeutet — die Keramikfolie auf der innenliegenden Unterseite der Membran durch Heißkleben an, so zieht sich d^e Keramikfolie bei geringerem Tk der thermischen Ausdehnung weniger zusammen, als dies ein Metall wie Messing, Bronze oder Edelstahl tut. Im abgekühlten Zustand bleibt eine noch mehr der idealen ebenen Form angenäherte plane Metallmembran 4 mit daran befestigter Folie 6 zurück.

F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit jedoch nach innen geprägter Metallmembran 24. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Metallmembran 24 an ihrem Rande lediglich auf der ringförmigen Stirnfläche des Rings 2 befestigt, z. B. angeklebt. Der hier zu verwendende Prägestempel 29 hat einen vergleichsweise zum Innendurchmesser Rides Rings 2 um soviel geringeren Außendurchmesser, daß beim Prägen die Folie am Innenrand des Rings 2 nicht abgeschert wird.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, die der Ausführungsform nach F i g. 2 ähnlich ist. Hier ist jedoch ein Ring 32 mit einer Abschrägung 33 des oberen Randes in der Art einer Innenkonusfläche (wie dargestellt) vorgesehen. Die Metallmembran 34 ist mit ihrem Rand 5 — wie beim Beispiel der F i g. 1 — wieder an der Außenmantelfläche des Rings 32 befestigt. Bei der Ausführungsform der Fig.3 mit nach innen geprägter Metallmembran kann der Prägestempel 39 sogar einen etwas größeren Außendurchmesser haben als der Innendurchmesser Ri des Rings 32. Aus der Darstellung der Fig.3 ist ersichtlich, daß die Prägung 38 sogar größeren Innendurchmesser als der Ring 32 haben kann, wenn nur die Abschrägung 33 des Rings 2

J<> genügend spitzwinklig ausgeführt ist

Eine Ausführungsform nach den Fig.2 und 3 mit nach innen geprägter Membran hat den Vorzug, daß die im Ring 2,32 weiter innenliegende schwingende Fläche der Metallmembran 24, 34 zusätzlich auch einen

i> gewissen Schutz gegen Beschädigung, etwa beim Einbau eines solchen Luftschallgebers, hat.

Fig.4 zeigt eine Teilansicht eines ansonsten nicht weiter in den Details ausgeführten Beispiels mit in einer Nut 43 des Rings 42 eingebördeltem Rand der Metallmembran 44.

In F i g. 3 ist zusätzlich noch eine Weiterbildung eines wie erfindungsgemäßen Luftschallgebers dargestellt, die auch bei einem Luftschallgeber nach den übrigen Figuren vorgesehen sein kann. Der bei der Erfindung

^J-' relativ hohe Ring 2, 22, 32 ... ist an seiner der Metallmembran 4, 24,34, 44... abgewandten Seite mit einer Platte 51 verschlossen, die ein im wesentlichen in der Mitte derselben angeordnetes Loch 52 aufweist Das Innenvoiumen zwischen Ring, Metallmembran (mit

>" Keramikfolie) und dieser Platte 51 bildet das Volumen eines Heimholtz-Resonators, wie er aus der Physik und insbesondere von Musikinstrumenten her gut bekannt ist Loch 52 und Innenvolumen sind zueinander und auf die Resonanzfrequenz der eingespannten Metallmembran in bekannter Weise so abgestimmt, daß der erfindungsgemäße Luftschallgeber dieser Weiterbildung eine besonders gute Anpassung an den Schallwiderstand der Luft hat und somit besonders gute Effektivität des Luftschallgebers erreicht ist Insbesondere mit der Maßnahme dieser Weiterbildung läßt sich auch mit einem nach der Erfindung mit sehr kleinen Außenabmessungen (und dennoch niedriger Resonanzfrequenz unter 5 kHz, insbesondere unter 2 kHz) realisierter Luftschallgeber hohe Schall-Intensität an die umgebende Luft abgeben, so daß dieser ohne weiteres auch als Schallgeber einer (sehr klein ausführbaren) Weckeruhr verwendet werden kann.
Fig.5 zeigt den Zeitpunkt des Prägens der

Metallmembran 4 im Verlauf des Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemäßen Luftschallgebers. In der F i g. 5 ist gezeigt, wie gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Gegenstempels 92 mit einem Stempel 91 mit konvex gewölbter Bodenfläche 91" die Membran 4 zusätzlich zu der oben beschriebenen ringförmigen Biegeprägung 8 mit einer geringfügigen Wölbung versehen wird. Für den Fall, daß der Außendurchmesser der noch später (auf der konkaven Innenseite der Metallmembran 4) aufzubringenden Keramikfolie fast gleich groß wie der Durchmesser der ringförmigen Biegeprägung 8 ist, kann sich diese geringfügige Wölbung über die ganze Bodenfläche 91" des Stempels 91 erstrecken. Bei kleinerem Außendurchmesser der Keramikfolie empfiehlt es sich, die geringe Wölbung nur über den Flächenbereich hinweg vorzusehen, der später von der Keramik bedeckt wird und den außerhalb liegenden Ring der Bodenfläche des Stempels 91 (wie beim Stempel 9) eben bzw. plan zu machen.

Nachfolgend wird noch ein Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 1; 2 dargestellt ist, mit Zahlenangaben wiedergegeben: Der Außendurchmesser des Rings 2 beträgt z. B. 20 mm, so daß Ri zwischen 18 bis 19 mm liegt. Der Durchmesser der Biegeprägung 8 beträgt 17 bis 18,5 mm, je nach Größe von Ri. Die Keramikfolie hat einen Durchmesser von rund 15 mm und eine Dicke von 60 bis 90 μΐη bei einer Dicke der Metallmembran von 50μΐη.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 10

1. Luftschallgeber für Tonfrequenzbereiche von 0,5 bis 5 kHz mit einer piezokeramischen Scheibe auf einer Metallmembran, die an ihrem Rande mit einem Ring verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß die piezielektrische Scheibe eine Folie (6) mit einer Dicke kleiner als 100 um ist, daß die Metallmembran (4) eine Dicke kleiner als 100 (im hat, daß der Ring (2) eine Masse hat, die wenigstens das 5fache der Masse von Folie (6) und Metallmembran zusammengenommen ist, daß der Innendurchmesser (Ri)dcs Rings (2) wenigstens fünfmal größer als seine Wandstärke (W) ist und die Höhe (H) des Rings (2) größer als seine Wandstärke ist, daß die Verbindung des Rings (2) und des Randes (5) der Metallmembran (4) miteinander eine den ganzen Rand (5) entlang vorliegende Befestigung ist, die eine Zugfestigkeit hat, die höher ist als die entsprechende elastische Zugfestigkeit der Membran (4) an ihrem Rande, und dadurch, daß die Metallmembran (4) unter Zugspannung befestigt ist und die Metallmembran (4) mit der darauf befestigten piezoelektrischen Folie (6) plan ist, und/oder daß die Metallmembran (4) nach ihrer Befestigung am Ring (2) diesem Ring (2) so nahe wie möglich mit einer ringförmigen Prägung (8) derart versehen ist, daß die Metallmembran (4) unter eine vom Rand (5) und von der Prägung (8) ausgehenden Zugspannung kommt, durch die der innerhalb der Prägung (8) liegende Anteil der Membran (4) eine plane Fläche bildet

2. Luftschallgeber nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß der Ring (2) aus Metall besteht.

3. Luftschallgeber nach Anspruch 1 oder 2, ^ gekennzeichnet dadurch, daß die Membran (4) mit ihrem Rand (5) über den Rand des Rings (2) bis auf dessen Mantelfläche reicht und wenigstens auf der Mantelfläche des Rings befestigt ist

4. Luftschallgeber nach Anspruch 1, 2 oder 3, ίο gekennzeichnet dadurch, daß die Metallmembran (4) am Ring (2) durch Klebung befestigt ist.

5. Luftschallgeber nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Metallmembran (4) am Ring (2) angelötet ist.

6. Luftschallgeber nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Rand der Metallmembran (4) in den Ring (2) eingebördelt ist (F i g. 4).

7. Luftschallgeber nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der über den Rand des Ringes (2) bis auf dessen Mantelfläche reichende Rand (5) der Metallmembran (4) dort mit Hilfe eines weiteren Ringes (2') festgehalten ist, indem dieser Rand (5) der Metallmembran (4) zwischen der Außenmantelfläche des Rings (2) und der Innenfläche dieses weiteren aufgesetzten Ringes (2') eingeklemmt ist.

8. Luftschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis

7, gekennzeichnet dadurch, daß der Ring (42) im Bereich der Befestigung der Metallmembran einen nach innen konisch abgeschrägten oder stufig ausgebildeten Rand hat (F i g. 3).

9. Luftschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis

8, gekennzeichnet dadurch, daß als Material der Metallmembran (4) ein solches mit einem Tk von ungefähr 100 · ΙΟ-⁷ verwendet ist.

10. Luftschallgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß das Material der

45