DE3318525A1

DE3318525A1 - Ton-signalgebereinrichtung

Info

Publication number: DE3318525A1
Application number: DE19833318525
Authority: DE
Inventors: Lois P. 46032 Carmel Ind. Sweany
Original assignee: Emhart Industries Inc
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1984-04-05
Also published as: GB2128399B; JPS5974799A; GB8325938D0; GB2128399A; US4604606A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ton-Signalgebereinrichtung mit einem Gehäuse und einem piezoelektrischen Wandler. Speziell handelt es sich dabei um eine derartige Einrichtung, bei welcher der Wandler zusammen mit einer elektrischen Treiberschaltung zu einer kombinierten Einrichtung montiert ist.

Piezoelektrische Wandler werden in großem Umfang als Signalgebereinrichtung in einer großen Anzahl von unterschiedlichen Anwendungsfällen verwendet. Beispiele für derartige Anwendungen sind Rechner, Armbanduhren, Heimgeräte sowie industrielle Maschinen und Systeme. Eine derartige Anwendungsvielfalt bedeutet eine Produktion in großen Stückzahlen, so daß sich durch eine automatische Fertigung wesentliche Kosteneinsparungen erzielen lassen. Bei einem generell eingeführten Verfahren zur Herstellung von Signalgebereinrichtungen mit piezoelektrischen Wandlern erfolgt ein Anlöten von elektrischen Leitungen an den Wandler. Dieser Lötschritt stellt oft eine Unterbrechung im Herstellungsprozeß dar, wodurch die Vorteile einer automatischen Produktion zunichte gemacht werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Wandler für Signalgebereinrichtungen anzugeben, der an gegenwärtig übliche automatische Herstellungsverfahren für hohe Stückzahlen angepaßt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Ton-Signalgebereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteran-"° Sprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Signalgebereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild der in der Ausführungsform nach Fig. 1 enthaltenen Schaltung;

Fig, 3 eine perspektivische Ansicht einer in der Ausführungsform nach Fig. 1 enthaltenen gedruckten Schaltung; und
15

Fig. 4 einen Schnitt in einer Ebene 4-4 der gedruckten Schaltung nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung 10 mit einem Gehäuse 12 und einem piezoelektrischen Wandler 14. Das Gehäuse 12 ist generell zylindrisch ausgebildet und besitzt ein geschlossenes Ende 16 sowie ein offenes Ende 18. Ein Teil der zylindrischen Wand des Gehäuses 12 zwischen Stellen 20 und 22 ist zur Sichtbarmachung' des Gehäuseinneren aufgeschnitten.

Das geschlossene Ende 16 des Gehäuses 12 besitzt einen Durchlaß bzw. eine Schallöffnung 24, so daß durch den piezoelektrischen Wandler 14 erzeugter Schall aus dem

Gehäuse 12 austreten kann. Um die Schallöffnung 24 ist ein zylindrisches Teil 26 angeordnet, das vom geschlossenen Ende 16 des Gehäuses 12 ausgeht und eine Vorrichtung zur schwingungsknotenmäßigen Montage des piezoelektrischen Wandlers 14 bildet« Dieses zylindrische Teil 26 ist zwisehen Punkten 28 und 30 zur Darstellung seines Inneren ebenfalls teilweise weggebrochen dargestellt. Es verläuft

konzentrisch im zylindrischen Gehäuse 12 und ist damit zur Bildung einer akustischen Kammer zur Verstärkung des Ausgangsschalls zwischen dem piezoelektrischen Wandler 14 und dem geschlossenen Ende 16 angeordnet.

Das Gehäuse 12 besitzt weiterhin eine am Innenumfang vorgesehene Schulter 32, die vom geschlossenen Ende 16 weg weist. Diese Schulter 32 dient zur Halterung einer gedruckten Schaltung 34. Diese gedruckte Schaltung 34 besitzt die Form eines ebenen Elementes, das bei Montage auf der Schulter 32 beabstandet im Bereich des Wandlers 14 angeordnet ist. Die gedruckte Schaltung 34 ist mit einer Schaltung 36 und mehreren öffnungen 38 versehen. Jede Öffnung 38 enthält ein federndes elektrisches Kontaktelement 40, 42 bzw. 44, das beim Einbau der gedruckten Schaltung 34 zur Bildung eines elektrischen Kontaktes durch die entsprechende Öffnung verläuft. Das elektrische Kontaktelement 40 bildet einen elektrischen Kontakt mit einem Teil 46 des Wandlers 14. Das elektrische Kontaktelement 42 bildet einen elektrisehen Kontakt mit einem Teil 48 des Wandlers 14, während das elektrische Kontaktelement 44 einen elektrischen Kontakt mit einem Teil 50 des Wandlers 14 bildet. Auf der anderen Seite der gedruckten Schaltung 34 ist eine Abdeckung 52 vorgesehen, welche beispielsweise durch Spritzgießen von Kunststoff hergestellt werden kann und die auf dieser Seite der gedruckten Schaltung 34 befindlichen elektrischen Bauelemente abdeckt, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Nach dem Zusammenbau der gedruckten Schaltung 34 sowie der Abdeckung 52 mit dem Gehäuse 12 wird die gedruckte Schaltung 34 durch die Schulter 32 gehaltert, wobei die Abdeckung 52 das offene Ende 18 des Gehäuses verschließt.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild der in der erfindungsgemäßen Einrichtung enthaltenen Schaltung. Der piezoelektrische Wandler 14 besitzt Elektroden 46, 48 und 50 entsprechend Fig. 1. Die Elektrode 48 stellt eine Rückkopplungselektrode

dar und ist mit der Basis eines Transistors 54 und über einen Widerstand 56 mit einer positiven Eingangsklemme 58 der Signalgebereinrichtung verbunden. Der Kollektor des Transistors 54 ist zusammen mit der Elektrode 50 des Wandlers 14 ebenfalls mit der positiven Eingangsklemme 58 verbunden. Die Elektrode 46 des Wandlers 14 sowie der Emitter des Transistors 54 sind zusammen über einen Widerstand 60 an eine negative Eingangsklemme 62 der Signalgebereinrichtung angeschlossen. Bei dieser Beschaltung wj.rd der piezoelektrische Wandler 14 durch eine Spannung zwischen den Klemmen 58 und 62 erregt, welche in die Elektroden 50 und 46 eingespeist wird. Die resultierende Verzerrung des Wandlers 14 führt zur piezoelektrischen Erzeugung eines Signals an der Klemme 48, welches den Transistor 54 ansteuert, so daß durch diesen Strom fließen kann. Damit ergibt sich ein Kurzschluß der Spannung an den Elektroden 46 und 50, wodurch der Wandler entregt wird. An der Elektrode 48 wird ein weiteres resultierende Signal erzeugt, das nachfolgend den Transistor 54 abschaltet, so daß die Spannung an den Klemmen 58 und 62 wieder an den Elektroden 50 und 46 entstehen kann. Die Beschaltung des piezoelektrischen Wandlers 14 arbeitet daher in einem Rückkopplungsbetrieb zwecks Erzeugung von Schwingungen des Wandlers 14.

Fig. 3 zeigt die Seite der gedruckten Schaltung 34, welche aus Fig. 1 nicht ersichtlich ist. Die Öffnungen 38 enthalten die federnden Kontaktelemente 40, 42 und 44. Fig. 3 ist in Verbindung mit Fig. 4 zu sehen, welche einen Querschnitt der gedruckten Schaltung 34 in der Ebene 4-4 darstellt. Das elektrische Kontaktelement 44 ist aus Fig. 4 genauer ersichtlich. Es besitzt einen elektrischen Kontaktpunkt 64, einen federnden Kontaktarm 65 sowie ein Montageelement 66. Das Montageelement 66 besitzt seinerseits ein paar von elektrischen Anschlüssen 68, welche sich von den Seiten des Elementes 66 ausgehend durch Löcher in der ge-

, druckten Schaltung 34 erstrecken. Auf einer Schaltungsseite 70 der gedruckten Schaltung 34 sind die elektrischen Anschlüsse 68 an der in Fig. 1 dargestellten gedruckten Schaltung angelötet.

Fig. 3 zeigt weiterhin die restlichen Schaltelemente der Rückkoppelschaltung, nämlich den Transistor 54 sowie die Widerstände 56 und 60. Die Anschlüsse 58 und 62 sind ebenfalls in Fig. 3 dargestellt. Sie gehen von der gedruckten Schaltung 34 aus und erstrecken sich durch die Abdeckung 52 nach Fig. 1, so daß ein elektrischer Anschluß möglich ist.

Die erfindungsgemäße Signalgebereinrichtung ist einfach 2g und wenig aufwendig herstellbar. Das Gehäuse 12 mit dem Ende 16, der öffnung 24, dem zylindrischen Teil 26 und der Schulter 32 kann in einfacher Weise billig durch Spritzgießen hergestellt werden, so daß es für einen automatischen Zusammenbau und eine automatische Handhabung geeignet ist. Der Wandler 14 ist am zylindrischen Teil typischerweise durch einen federnden Kleber befestigt. Das zylindrische Teil 26 steht mit dem Wandler 14 längs eines nicht schwingenden Knotens des Wandlers in Kontakt, wodurch eine Dämpfung der Wandlerschwingungen minimal gehalten wird.

Die gedruckte Schaltung 34 kann in großen Stückzahlen in zweckmäßig geformten Horden hergestellt werden, welche etwa 30 bis 40 derartiger Schaltungsplatten enthalten.

Es können dabei bekannte Techniken im Sinne eines minimalen Handhabungsaufwandes zur Anwendung kommen. Die Komponenten einschließlich der Kontaktelemente 40, 42 und 44 können automatisch mittels bekannter Techniken unter Verwendung automatischer Komponenteneinfügungsanlagen zusammengebaut werden. Die Kontaktelemente werden durch Einsetzen und Stauchen der Anschlüsse 68 der Montage elemente 66 durch Löcher auf der gedruckten Schaltung

■t montiert. In diesem Punkt des Herstellungsprozesses befindet sich das flexible federnde Element 65 mit dem Kontaktpunkt 64 in einer in Fig. 4 gestrichtelt dargestellten Stellung 72, in der es sich auf der gleichen Seite der gedruckten Schaltung 34 wie das Montageelement 66 befindet. In der Stellung 72 kann weder der Kontaktpunkt noch der Arm 65 während eines automatischen Tauchlötens der Schaltungsseite 70 der gedruckten Schaltung 34 mit einem flüssigen Lötmittel in Kontakt gelangen. Damit wer-

,Q den Verschmutzungen des Kontaktpunktes 64 sowie Beeinträchtigungen der Federwirkung des federnden Arms 65 vermieden. Das automatische Einsetzen der Kontaktelemente 40, 42 und 44 wird dadurch erleichtert, daß die Kontaktelemente untereinander identisch ausgebildet sind und

₁g auf der gedruckten Schaltung 34 im Bereich ihrer entsprechenden Öffnung 38 in der gleichen Richtung montiert sind. Darüber hinaus ist ein derartiges automatisches Einsetzen an zur automatischen Einfügung von Schaltelementen und Anschlüssen verwendete Verfahren angepaßt.

Wenn alle Schaltelemente einschließlich der Widerstände 56 und 60, des Transistors 54 und der Anschlüsse 58 und 62 zusammen mit den Kontaktelementen 40, 42 und 44 auf der gedruckten Schaltung montiert und an ihren Stellen festgedrückt sind, kann die gedruckte Schaltung durch bekannte automatische Verfahren zur elektrischen Verbindung aller Schaltelemente und Kontaktelemente in einem einzigen Schritt einem Tauchlötverfahren unterworfen werden. Ist dies erfolgt und eine Reinigung durchgeführt,

30' so kann das federnde Element 65 mit dem Kontaktpunkt 64 in einfacher Weise durch die öffnung 38 gebogen werden, so daß es an der gelöteten Seite der gedruckten Schaltung 34 vorbei zu einer Stelle verläuft, an der es mit dem Wandler 14 in Eingriff tritt und einen elektrischen Kontakt bildet, wenn sowohl der Wandler 14 und die gedruckte Schaltung 34 im Gehäuse 12 angeordnet sind. Das Biegen des

-r- 40-

federnden Arras 65 kann durch eine automatische Anlage erfolgen und von der Bauelementeseite der gedruckten Schaltung 34 her erfolgen, wodurch eine Neuorientierung der gedruckten Schaltung vermieden wird.

Wenn die in Fig. 3 dargestellte gedruckte Schaltung fertiggestellt ist, so kann sie automatisch in das den Wandler 14 und die Abdeckung 52 enthaltende Gehäuse 12 eingebaut werden. Die gedruckte Schaltung 34 wird zwischen der Um-

IQ fangsSchulter 32 und der Abdeckung 52 festgehalten. Die Abdeckung 52 kann durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch ein Umbördeln mittels Wärme der Gehäusekante am Gehäuse,befestigt werden. Damit wird die gedruckte Schaltung 34 im Abstand vom piezoelektrischen Wandler 14 gehalten, so daß die federnden Kontaktelemente der Kontaktvorrichtungen 40, 42 und 44 in elektrischen Kontakt mit den entsprechenden Abschnitten des Wandlers 14 treten können.

Leerseit

Claims

Patentanwälte Di'pl.-Ing. H. We ic; κ ma ν ν, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel 8000 MÜNCHEN 86 f POSTFACH 860 820 MOHLSTRASSE 22 TELEFON (0 89) 98 03 52 DXIIIA TELEX 5 22 621 TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÜNCHEN Emhart Industries, Inc« East Washington Street, P.O.Box 706, Indianapolis, Indiana 46206, USA Ton-Signalgebereinrichtung Patentansprüche

1./ Ton-Signalgebereinrichtung mit einem Gehäuse und einem piezoelektrischen Wandler,
gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung (26, 32), mittels welcher der piezoelektrische Wandler (14) im Bereich eines Endes (16) des Gehäuses (12) schwingungsknotenmäßig montierbar ist,

ein im Bereich des piezoelektrischen Wandlers (14) beabstandet von diesem montiertes ebenes Element (34) und eine auf dem ebenen Element (34) vorgesehene Federkontaktvorrichtung (40, 42, 44) zur Herstellung eines federbelasteten elektrischen Kontaktes mit dem piezoelektrischen Wandler (14).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler (14) eben und kreisförmig ausgebildet ist und daß die Montagevorrichtung (26, 32) ein von dem einen Ende (16) des Gehäuses (12) ausgehendes zylindrisches Teil (26) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß das Gehäuse (12) zylindrisch ausgebildet ist und das eine Ende (16) im wesentlichen geschlossen ist und eine Schallöffnung (24) aufweist, daß das zylindrische Teil (26) an dem einen Ende (16) um die Schallöffnung (24) befestigt ist und konzentrisch im Gehäuse (12) angeordnet ist, und daß die Montagevorrichtung (26, 32) eine im Gehäuse (12) vorgesehene, von dem einen Ende (16) weg weisende Umfangsschulter (32) zur Halterung des ebenen Elementes (34) aufweist, wodurch die Federkontaktvorrichtung (40, 42, 44) den piezoelektrischen Wandler (14) elektrisch kontaktiert.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler (14) ein dreipoliger Rückkopplungswandler ist, und daß die Federkontaktvorrichtung (40, 42, 44) drei getrennte Kontakte aufweist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ebene Element (34) eine gedruckte Schaltung ist, und daß auf der gedruckten Schaltung eine mit der Federkontaktvorrichtung (40, 42, 44) verbundene Rückkopplungsschaltung (Fig. 2) zur Ansteuerung <3,es piezoelektrischen Wandlers vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (Fig. 2) auf einer ersten Seite der gedruckten Schaltung (34)

^Q montiert ist und elektrische Leitungen aufweist, die sich zur Bildung von elektrischen Verbindungen durch die gedruckte Schaltung (34) auf deren zweite Seite erstrecken.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkontaktvorrichtung (40, 42, 44)

auf der ersten Seite der gedruckten Schaltung (34) montiert ist und zur Bildung von elektrischen Verbindungen sich durch die gedruckte Schaltung (34) erstreckende elektrische Leitungen aufweist. 5

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Schaltung (34) im Bereich jedes Federkontaktes (40, 42, 44) der Federkontaktvorrichtung eine öffnung (38) aufweist, und daß ^ sich jeder Federkontakt in Form eines federnden elektrischen Kontaktelementes (40, 42, 44) zur elektrischen Kontaktierung des piezoelektrischen Wandlers (14) durch eine entsprechende öffnung (38) erstreckt.

9« Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkontakte (40, 42, 44) in Größe und Gestalt im wesentlichen identisch sind und richtungsmäßig in der gleichen Orientierung auf der

gedruckten Schaltung (34) montiert sind. 20