DE3414722C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Summer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Beispiels eines derartigen bekannten Summers (DE 32 30 060 A1), der die Eigenschaft eines piezoelektrischen Elementes ausnutzt, daß es dann, wenn es von einer elektrischen Kraft erregt wird, mit einer bestimmten Frequenz schwingt.

Dieser Summer umfaßt ein flaches zylindrisches Gehäuse 10, einen Deckel 12, einen Tongenerator 14 und eine gedruckte Schaltungs­ platte 18, die elektronische Bauteile 16, wie beispielsweise einen Widerstand, einen Transistor usw. trägt und diese über leitende Flächen mit einem vorbetimmten Muster miteinander elektrisch verbindet. Der Tongenerator 14 weist ein im wesentli­ chen scheibenförmiges piezoelektrisches Element 20 auf, das an einer im wesentlichen scheibenförmigen elastischen dünnen Platte 22, und zwar an deren Mitte, angebracht ist. Die elastische dünne Platte 22 ist ihrerseits mit einem Klebemittel 24, beispielsweise mit Silikonkautschuk, an einem kreisförmigen Vorsprung 26 fest angebracht, der von der Innenseite der oberen Abschlußwand des Gehäuses 10 ausgeht.

Unter dem Tongenerator 14 ist die gedruckte Schaltungsplatte 18 an ihrer Umfangskante an der Innenwand des Gehäuses 10 festgehalten. Unter der gedruckten Schaltungsplatte 18 ist der Deckel 12 mit seinem Außenrand in die Innenwand des Ge­ häuses 10 gepaßt.

Ein piezoelektrischer Summer mit einem derartigen Aufbau be­ nötigt nicht nur die gedruckte Schaltungsplatte 18, sondern auch eine elektrische Verbindung der Elektrodenteile des Ton­ generators 14 mit der gedruckten Schaltungsplatte 18 über Leitungsdrähte 28. Da der Raum im Gehäuse 10 relativ klein ist, ist eine derartige Verdrahtung schwierig und führt eine derartige Verdrahtung unvermeidlich zu einer Erhöhung der Herstellungskosten des piezoelektrischen Summers.

Um den oben beschriebenen piezoelektrischen Summer kleiner auszubilden, kann versucht werden, die elektronischen Bauteile 16 auf der Leiterseite der gedruckten Schaltungs­ platte 18 zu verlegen, ggf. sie dabei durch Bauteile mit Metall­ elektrodenverbindungsflächen ohne vorstehende Drähte zu er­ setzen, die in den letzten Jahren entwickelt wurden (SMD-Technik); diese Ausbildungen befriedigen jedoch die Anforderungen an eine Ausbildung im Kleinformat nicht vollständig.

Durch die Erfindung soll damit ein piezoelektrischer Summer geschaffen werden, der ohne Erhöhung seiner Herstellungs­ kosten im Kleinformat ausgebildet werden kann und der dennoch eine wirkungsvolle Schwingung des Tongenerators bei geringsten elektroakustischen Umwandlungsverlusten erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Summer umfaßt danach ei­ nen Tongenerator und eine Schwingschaltung, wobei der Tongenera­ tor eine elastische dünne Platte und ein piezoelektrisches Element umfaßt, auf dem leitende Dünnschichtelektroden aus­ gebildet sind und das mit der Platte verbunden ist, und die Schwingschaltung von elektronischen Bauteilen gebildet ist, die mit den Elektroden verbunden sind. Das piezoelektrische Ele­ ment ist in der Nähe des äußeren Umfangsteils seiner oberen Außenfläche mit einem Bereich mit ein bestimmtes Muster aufweisenden lei­ tenden Flächen versehen. An den Stellen dieser Flächen, die die Knotenpunkte der Schwingung des Tongene­ rators bilden, sind die elektronischen Bauteile fest und leitend ange­ bracht, die die Schwingschaltung bilden.

Das piezoelektrische Element und die elastische dünne Plat­ te können scheibenförmig sein, wie aus DE 32 30 060 A1 bekannt.

Vorzugsweise sind äußere Verbindungsleitungen, die den Schwingkreis mit einer Energieversorgung verbinden, an die Knotenpunkte angeschlossen und ist die elastische dünne Plat­ te gleichfalls an den Knotenpunkten am Gehäuse an­ gebracht. Letzteres ist ebenfalls bekannt (Fig. 3 der genannten Offenlegungsschrift).

Im folgenden wird an Hand der zugehörigen Zeichnung ein beson­ ders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Teilschnitt­ ansicht ein Beispiel eines herkömm­ lichen piezoelektrischen Summers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Tongenerator und den Schwingkreis eines Ausfüh­ rungsbeispiels des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Summers, und

Fig. 3 in einer Schnittansicht einen Teil des in Fig. 2 dargestellten piezo­ elektrischen Summers.

Im folgenden wird an Hand der Fig. 2 und 3 ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung beschrieben. Bauteile, die mit den­ jenigen in Fig. 1 identisch sind oder denjenigen in Fig. 1 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte piezoelektrische Summer umfaßt ein flaches, jedoch zylindrisches Gehäuse 10 aus einem Kunstharz oder einem ähnlichen Material, das am unteren Ende offen ist, und einen Tongenerator 14, der ein scheibenförmi­ ges piezoelektrisches Element 20 aufweist, das an einer scheibenförmigen elastischen dünnen Platte 22 angebracht ist. Das piezoelektrische Element 20 besteht vorzugsweise und wie bekannt aus Bariumtitanat oder Bleititanatzirkonat. Durch Aufdampfen ist auf dem piezoelektrischen Element 20 eine dünnschichtartige leitende Schicht 30 ausgebildet, die in eine Treiberelektro­ de 30a und eine Rückkopplungselektrode 30b aufgeteilt ist. Die Elektroden 30a und 30b sind elektrisch mit einer Schwing­ schaltung verbunden, um den Tongenerator 14 mit einer bestimmten Eigenfrequenz in Schwingung zu versetzen.

Die Rückkopplungselektrode 30b, die von der leitenden Schicht 30 gebildet ist, ist unterteilt, um einen leitenden Flächen­ bereich 30c mit einem vorbestimmten Muster zu bilden, auf dem ein Transistor, ein Widerstand und ähnliche elektronische Bauteile 16 fest angebracht sind, die die Schwingschaltung bil­ den. Die Stellen der elektronischen Bauteile 16 sind so be­ stimmt, daß sie mit den Knotenpunkten, d. h. den Stellen, an denen die Schwingungsamplitude gleich Null ist, des Tongene­ rators 14 übereinstimmen.

Die elektronischen Bauteile 16 können herkömmliche, mit Zu­ leitungsdrähten versehene Bauteile sein, es ist jedoch wün­ schenswert, Bauteile mit Metallelektrodenverbindungsfläche ohne vorstehende Zuleitungen zu verwenden, die eine weitere Miniaturisierung des Summers erlauben.

Um die elektrische Charakteristik des piezoelektrischen Sum­ mers beizubehalten, ist es wünschenswert, daß die Zuleitun­ gen 32 für den Außenanschluß mit dem piezoelektrischen Ele­ ment 20 gleichfalls an den Schwingungsknotenpunkten des Ton­ generators 14 angeschlossen sind, und daß auch die elastische dünne Platte 22 am Gehäuse 10 mittels des Klebemittels 24 an den Knotenpunkten des Tongenerators 14 angebracht ist.

Wenn die äußeren Zuleitungsdrähte 32 des piezoelektrischen Summers mit einer bestimmten Energieversorgung verbunden werden, arbeiten die Schwingschaltung, die von den elektroni­ schen Bauteilen 16 gebildet wird, und der Tongenerator 14 so zusammen, daß sie eine selbsterregte Schwingung ausführen. Da das piezoelektrische Element 20 an der elastischen dün­ nen Platte 22 angebracht ist, wird seine Schwingung zu einer Vibrationsbewegung des Generators 14, so daß dieser akusti­ sche Wellen mit einer festen bestimmten Frequenz erzeugt, die durch die Stärke und den Durchmesser des Tongenerators 14 bestimmt ist.

Da die Frequenz der akustischen Wellen festliegt, und da die elastische dünne Platte 22 und das piezoelektrische Element scheibenförmig sind, sind die Knotenpunkte konzentrisch ver­ teilt. Durch die Festlegung der Eigenfrequenz des piezo­ elektrischen Summers können die Knotenpunkte daher relativ einfach berechnet werden. Die elektronischen Bauteile 16 und die Zuleitungsdrähte 32 können dann am piezoelektrischen Ele­ ment 20 an den Knotenpunkten angebracht werden und an diesen Punkten mit dem piezoelektrischen Element 20 verbunden wer­ den, ohne daß sich irgendwelche Schwierigkeiten ergeben.

Es sei dabei darauf hingewiesen, daß die Anordnung der elektronischen Bauteile 16 an den Knotenpunkten des Tonge­ nerators 14 die Eigenfrequenz des Generators 14 nicht nennenswert beeinflußt. Das erlaubt eine wirkungsvolle Vibration des Tongenerators 14 im wesentlichen ohne elektroakustische Um­ wandlungsverluste.

Da keine die elektronischen Bauteile tragende gedruckte Schaltungsplatte (18 in Fig. 1) verwendet wird, wie sie bei dem bekannten Summer benötigt wird, wird nicht nur die Miniaturisierung des piezoelektrischen Summers ver­ einfacht, sondern auch die Notwendigkeit einer schwierigen Verdrahtung zur Verbindung der gedruckten Schaltungsplatte 18 und des Tongenerators 14 im engen Raum im Gehäuse 10 be­ seitigt, was zu einer Erhöhung der Produktivität und einer Verringerung der Herstellungskosten beiträgt.

Claims (5)

1. Piezoelektrischer Summer mit einem Tongenerator und einer Schwingschaltung, wobei der Tongenerator eine elastische dünne Platte und ein piezoelektrisches Ele­ ment umfaßt, auf dem leitende Dünnschichtelektroden ausgebildet sind und das an der elastischen dünnen Platte angebracht ist, und die Schwingschaltung von elek­ tronischen Bauteilen gebildet ist, die mit den Elek­ troden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (20) in der Nähe des Außenrandes seiner oberen Außenfläche mit einem Bereich (30c) lei­ tender Flächen mit einem vorbestimmten Muster versehen ist, und die elektronischen Bauteile (16) fest an Stellen der leitenden Flächen zur Bildung der Schwingschaltung mit diesen leitend verbunden sind, die die Knotenpunkte der Schwingung des Tongenerators (14) dar­ stellen.

2. Piezoelektrischer Summer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (20) und die elasti­ sche dünne Platte (22) scheibenförmig sind.

3. Piezoelektrischer Summer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch äußere Verbindungsleitungen (32), die die Schwingschaltung mit einer Energieversorgung verbinden, und ein die elastische dünne Platte (22) haltendes Gehäuse (10), wobei die Zuleitungen an die Knotenpunkte angeschlossen sind und die elastische dünne Platte an den Knotenpunkten am Gehäuse angebracht ist.

4. Piezoelektrischer Summer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (20) aus Bariumtitanat oder Bleititanatzirkonat besteht.

5. Piezoelektrischer Summer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Bauteile (16) der Schwingschaltung Bauteile mit Metallelektrodenverbindungsfläche sind, die keine vorstehenden Zuleitungsdrähte haben.