DE3718018A1

DE3718018A1 - Elektronischer akustischer signalgeber

Info

Publication number: DE3718018A1
Application number: DE19873718018
Authority: DE
Inventors: Alfred Meisner; Erwin Potthof; Henry Fluhrer
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1988-12-08
Also published as: GB2205159B; FR2616028A1; GB2205159A; GB8810704D0; JPS63306799A; DE3718018C2; US4841493A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen akustischen Signalgeber mit einer piezokeramischen Scheibe auf einer Metallmembran und mit einer Leiter platte, welche die elektronischen Bauteile trägt.

Signalgeber dieser Art sind beispielsweise aus der DE-OS 27 02 381 bekanntgeworden. Dort ist ein piezo elektrischer Signalgeber dargestellt, bei welchem in einem Gehäuse eine Leiterplatte vorgesehen ist, auf der die elektronischen Bauteile angebracht sind. Ferner sind auf dieser Leiterplatte mehrere Stützelemente vor gesehen, welche eine Metallmembran und eine dort aufge klebte piezokeramische Scheibe tragen. Von den Leiter bahnen der Leiterplatte sind zwei Drähte zur Kon taktierung von Metallmembran und piezokeramischer Scheibe vorgesehen.

Aus dem DE-Gm 79 20 782 ist ferner ein piezoelektrischer Signalgeber bekanntgeworden, bei welchem die piezo keramische Scheibe auf eine Trägerplatte aufgeklebt und die letztere in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Anschlußdrähte der Metallmembran und der piezo keramischen Scheibe sind an einer Ausformung des Gehäuses elektrisch angeschlossen. Dort sind dann Kontaktstifte vorgesehen, die eine Verbindung zu den elektronischen Bauteilen herstellen. Das genannte Gehäuse des Signal gebers besitzt eine zentrale Öffnung und wirkt zusammen mit der Metallmembran als Helmholtzresonator.

Gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektronischen akustischen Signalgeber vorzuschlagen, der in einfacherer Weise montierbar und in seinem Aufbau billiger ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vor geschlagen, daß auf der Leiterplatte die Metallmembran leitend befestigt ist, wobei die Leiterplatte unterhalb der Metallmembran eine Abstrahlöffnung besitzt.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorge sehen, daß auf der Leiterplatte neben den Leiterbahnen für die Bauelemente und mit diesen elektrisch verbunden, eine ringförmige Leiterbahn mit einem etwa gleich großem Durchmesser wie die Metallmembran aufgebracht ist, der als Leiterbahn und Träger für die Metallmembran dient.

Wesentlich für die Erfindung ist die Leiterplatte, auf der unmittelbar die Metallmembran angebracht ist, wobei es im Sinne der Erfindung wichtig ist, daß die Metall membran leitend auf der Leiterplatte befestigt ist. Dies geschieht über eine ringförmige ausgebildete Leiterbahn, die mit den Leiterbahnen der Leiterplatte leitend verbun den ist, andererseits aber einen leitenden Kontakt zur Metallmembran herstellt. Die Befestigung der Metallmembran auf der ringförmigen Leiterbahn kann durch Verlöten oder durch Kleben mittels eines Leitklebers erfolgen. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Leiterplatte selbst einen Teil des Klangkörpers darstellt und aufgrund ihrer Wirkung als Resonanzkörper zu einer Verstärkung der Lautstärke und zu einem Absinken der Abstrahlfrequenz führt.

In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß alle Bauelemente der Ansteuerschaltung des Signalgebers sowie die Metallmembran auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet sind und daß die Leiter platte mit den Bauelementen und der Metallmembran im SMD-Verfahren automatisch bestückt und verlötet wird.

Aufgrund der vorstehend erläuterten Merkmale ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Signalgeber leicht montierbar und billig in der Herstellung ist sowie darüber hinaus ein sehr günstiges Abstrahlverhalten sowohl hinsicht lich der Lautstärke als auch des Frequenzganges besitzt.

Ein Problem bei der Fertigung und bei der Festlegung des Klangverhaltens eines piezoelektrischen Signalgebers sind die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallmembran und der piezokeramischen Scheibe. Die bisher verwendeten Kleber mußten das unterschiedliche Dehnungsverhalten der beiden Materialien ausgleichen. Für Anwendungen des Signalgebers bei Umgebungstempera turen bis zu 125°C, wie dies zum Beispiel in Herdschalt uhren der Fall ist, waren die üblichen Kleber nicht mehr ausreichend zur Erfüllung der vorgenannten Aufgabe geeignet. Es wurde nun gefunden, daß sich Metall-Legierungen mit gleichem Wäremeausdehnungskoeffizienten wie die piezokeramische Scheibe gut für den vorgenannten Zweck eignen, da der Klebstoff nicht mehr in so starkem Maße beansprucht wird. Als Metall-Legierungen, die für den vorstehenden Zweck geeignet sind haben sich solche, bestehend aus 28% Nickel, 18% Kobalt, Rest Eisen oder aus 42% Nickel, Rest Eisen bewährt.

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Signalgeber in einem ersten Ausführungs beispiel

Fig. 2 eine Ansicht des Signalgebers von der Seite

Fig. 3 einen Schnitt durch den Signalgeber nach Fig. 1 entlang der Linie III-III vergrößert;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Signalgeber eines zweiten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist eine Leiterplatte 1 dargestellt, auf der Leiterbahnen 2 und elektronische Bauelemente 3 für die Ansteuerschaltung des Signalgebers aufgebracht sind. Die Leiterbahnen laufen in Anschlußfahnen 4 aus, über die die Stromversorgung der Ansteuerschaltung erfolgt. Mit 5 ist eine ringförmige Leiterbahn bezeichnet, welche mit den elektrischen Bauelementen über Bahnen 6 in lei tender Verbindung steht. Auf dieser ringförmigen Leiter bahn 5 ist eine Metallmembran 7 elektrisch leitend be festigt, auf der letzteren wiederum eine piezokeramische Scheibe 8 aufgeklebt. Die elektrische Verbindung zwischen der piezokeramischen Scheibe 8 und der Leiterplatte stellt ein metallischer Streifen 9 dar, welcher sowohl auf der keramischen Scheibe als auch auf einer Leiterbahn verlötet ist.

Auf der Leiterplatte 1, auf der zunächst die Leiterbahnen 2 und 5 in üblicher Weise aufgebracht wurden, wird im SMD-Verfahren automatisch mit den Bauelementen und der Metallmembran, auf die bereits die piezokeramische Scheibe 8 aufgeklebt ist, bestückt. Durch die Anordnung der Bauelemente und der Metallmembran auf der gleichen Seite der Leiterplatte wird diese au tomatische Bestückung sehr erleichtert. In einem nach folgenden Verarbeitungsschritt werden die Bauelemente und die Metallmembran verlötet.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Leiterplatte 1 unter halb der Metallmembran 7 eine Öffnung 10 besitzt, durch welche der Schall der Metallmembran abgestrahlt wird. Zur Verstärkung der Abstrahlenergie ist unterhalb der Leiterplatte das Gehäuse eines Helmholtzresonators 11 angeordnet. Dieser besitzt - in der Zeichnung nicht dargestellt - in seiner Gehäusewandung 11′ eine kleine Abstrahlöffnung, deren Durchmesser wesentlich geringer als die Öffnung 10 in der Leiterplatte ist.

Während die piezokeramische Scheibe 8, welche an ihrer Oberfläche metallisiert ist, ihre eine elektrische Ver bindung über die Metallmembran 7 und die ringförmige Leiterbahn 5 zu der Leiterplatte 1 besitzt, ist ihre zweite Seite über den Metallstreifen 9, der mit einem Lötpunkt 12 auf der Scheibe 8 und mit einem Lötpunkt 13 auf der Leiterplatte befestigt ist, mit dem anderen Potential auf der Leiterplatte 1 verbunden.

Man erkennt aus Fig. 3, daß durch die Befestigung der Metallmembran 7 auf der Leiterplatte 1 die akustische Energie der Metallmembran nicht nur durch die Öffnung 10, sondern auch über die Leiterplatte 1 selbst übertragen wird. Die Leiterplatte stellt aufgrund ihrer Größe einen bedeutsamen Resonanzboden für den Signalgeber dar. Durch dessen räumliche Ausdehnung wird auch die Ab strahlfrequenz des Signalgebers deutlich herabgesetzt, was bei piezoelektrischen Signalgebern mit relativ hoher Abstrahlfrequenz sehr erwünscht ist.

Wie bereits erwähnt, kann die Verbindung der Metallmem bran 7 zu der ringförmigen Leiterbahn 5 nicht nur durch Verlöten, sondern auch durch Verkleben mit einem Leit kleber erfolgen. Im Sinne der Erfindung ist es jedoch auch möglich, einen nicht leitenden Kleber zu verwenden und die leitende Verbindung entweder durch in den Kleber eingestreute Metallpartikel zu erzeugen oder durch einen separaten Verbindungsdraht (bzw. Metallstreifen) herzustellen.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Signalgebers dargestellt, welches gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel noch eine Verbilligung in der Her stellung durch Wegfall des Helmholtzresonators bei etwa gleicher Klangqualität und -leistung ergibt. In diesem Falle ist die Membran 7 nicht scheiben- sondern töpfchen förmig ausgebildet und die Abstrahlöffnung 10 der Leiter platte (1) ist von kleinerem Durchmesser als im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, so daß ein Hohlraum mit ähnlichem Resonanzverhalten wie bei dem Helmholtz resonator entsteht.

Claims

1. Elektronischer akustischer Signalgeber mit einer piezokeramischen Scheibe auf einer Metallmembran, und mit einer Leiterplatte, welche die elektronischen Bauteile trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (1) die Metallmembran (7) leitend befestigt ist, wobei die Leiterplatte unter halb der Metallmembran eine Abstrahlöffnung (10) besitzt.

2. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (1) neben den Leiter bahnen für die Bauelemente (3) und mit diesen elektrisch verbunden, eine ringförmige Leiter bahn (5) mit einem etwa gleich großen Durchmesser wie die Metallmembran (7) aufgebracht ist und als Träger für die Metallmembran dient.

3. Signalgeber nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauelemente der Ansteuerschaltung sowie die Metallmembran auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet sind.

4. Signalgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit den Bauelementen und der Metallmembran im SMD-Verfahren bestückt und verlötet ist.

5. Signalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Metallmembran (7) abgewandte Seite der piezokeramischen Scheibe (8) über einen Metall streifen (9) mit einer Leiterbahn auf der Leiter platte (1) verbunden ist.

6. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmembran (7) mit der Leiterplatte (1) verklebt ist.

7. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Metallmembran (7) abgewandten Seite der Abstrahlöffnung (10) in der Leiterplatte (1) ein Helmholtzresonator (11) angeordnet ist.

8. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmembran (7) töpfchenförmig ausgebildet ist, derart daß an einer Seite der Leiterplatte (1) ein Resonanzraum gebildet wird und daß die Leiter platte eine Abstrahlöffnung (10) aufweist.

9. Verwendung einer Metall-Legierung für die Metall membran mit etwa gleichem Wärme-Ausdehnungskoeffi zienten wie die piezokeramische Scheibe (8) für Signalgeber nach Anspruch 1.

10. Verwendung einer Metall-Legierung nach Anspruch 8, bestehend aus 28% Ni, 18% Co, Rest Fe oder aus 42% Ni, Rest Fe.