DE976429C - Schaummembran fuer Lautsprecher und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

• Schaummembran für Lautsprecher und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Membran für Lautsprecher aus zum Erstarren gebrachtem Schaum, der aus Lacken oder lackühnlichen Stoffen durch Zusatz von gasförmigen Beimengungen erzeugt ist. Sie besteht darin, daß als Ausgangsmasse für den Schaum solche Stoffe verwendet sind, welche als nicht zu Schaum verarbeitete Masse im völlig erstarrten Zustand eine nach Brinell gemessene Härte von mindestens 13 kglmm2 und eine hohe Elastizitätskonstante aufweisen, und daß die aus dem Schaum gebildete Membran eine Dichte von o, i bis 0,3 und eine Dicke von höchstens d = 3 (i-e-flB0) mm besitzt, wobei f die Fläche der Membran in Quadratzentimetern ist.
• Lautsprechermembranen sollen große Steife, aber gleichzeitig auch größte Leichtigkeit besitzen, keine Eigenschwingungen abgeben, möglichst als Kolben schwingen, aber dennoch alle Frequenzen des Tonspektrums gleichmäßig wiedergeben, den äußerst rasch wechselnden Vorgängen der natürlichen Musik leicht folgen können, vor allem aber deren nicht stationäre Teile richtig wiedergeben, bei denen sowohl Frequenzen als Amplitude rasch wechseln, welche den weitaus größten Teil ausmachen. Darüber hinaus soll die Membran eine mechanische Widerstandsfestigkeit besitzen, so daß sie Tausende von Stunden bis zehntausend Schwingungen je Sekunde abstrahlen kann, ohne Schaden zu erleiden.
• Es gelang zwar, wenn auch erst verhältnismäßig spät, zwei der wichtigsten Forderungen nach größter Steife und Leichtigkeit, die zunächst miteinander nicht vereinbar erscheinen, in der Schaummembran bis zum gewissen Grade zu verbinden, wobei die bekannte hohe Schalldämmungsfähigkeit der Schaumstoffe eine entscheidende Bedeutung hatte. Aber auch mit diesem Fortschritt allein gelang es nicht, solchen Membranen die anderen, wichtigeren Eigenschaften zu erteilen, welche die Grundbedingung einer originalgetreuen Tonwiedergabe sind, nicht zum wenigsten, weil Schäume zarte und wenig beständige Gebilde an sich sind.
• Die Verwendung von Kunststoffen, wie Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukten zurErzeugung von Schaummembranen für Lautsprecher ist an sich bekannt.
• Die Schwierigkeiten, die der Lösung dieser Aufgabe entgegenstehen, erhellen sich, wenn man daran festhält, daß eine genaue physikalische Abbildung der Schwingungsvorgänge nötig wäre, um eine gehörrichtige Wiedergabe erzielen zu könen.
• Es waren neue Erkenntnisse notwendig, welche die Lösung brachten, nämlich daß einmal die physikalische Abbildung nur bis zu den Grenzen zu gehen braucht, welche durch die physiologischen Eigenschaften des Ohres gegeben sind.
• Bei der Unzahl von Schaumstoffen, ihren Formen und Eigenschaften besteht eine außerordentliche Zahl von Möglichkeiten, diese für Klangkörper zu verwenden. Eine vollständige Lösung der Aufgabe ist aber, wenn überhaupt möglich, an sehr eng begrenzte, durch einander und füreinander bestimmte Bedingungen gebunden. Die neue Erfindung erfüllt diese durch entsprechenden Aufbau, Struktur,Materialien, Bemessungen, Herstellungsverfahren: die Membran braucht nicht absolut starr zu sein. Sie soll wenigstens für die höheren Frequenzen durch eine gewisse Schwingungsfähigkeit empfindlich sein, auch bei der Wiedergabe von rasch wechselnden Vorgängen voll und dennoch genügend gedämpft ansprechen.
• Um eine solche Membran mit all den erstrebten Eigenschaften zu erhalten, geht man in an sich bekannter Weise von Lacken oder lackähnlichen Stoffen aus, die durch Zusatz von gasförmigen Beimengungen verschäumt und dann zum Erstarren gebracht werden. Nach den kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung werden als Ausgangsmasse nur solche Materialien verwendet, die als Masse im völlig erstarrten Zustand eine nach B r i n e l 1 gemessene Härte von mindestens 13 kg/mm2 und eine hohe Elastizitätskonstante aufweisen. Die Schaummembran soll daher eine Dichte von o,i bis 0,3 und eine Dicke von höchstens d = 3 (1-e-1/60) mm besitzen, wobei f die Fläche der Membran in Quadratzentimetern ist. Durch diese in engen Grenzen liegenden Nennwerte wird nicht nur eine genügende Schwingungsfähigkeit und Dämpfung, vor allem Strahlungsdämpfung, sondern auch eine große Dauerbeständigkeit erreicht.
• Zur Herstellung solcher Schaummembranen eignen sich besonders Lacke und lackähnliche Massen auf der Grundlage von Phenolharzen, Phenolformaldehyd- oder Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukten, zweckmäßig im Endprodukt in gehärteter Form. Eine weitere Verbesserung der Elastizitäts- und Härteeigenschaften ist durch Zusatz von Stoffen hoher Elastizitätskonstanten und geringen spezifischen Gewichts zu. erreichen,, wie Glimmer, harte Kohle (Glanzkohle), Borcarbid, Beryllium, Leichtmetalle, wie Aluminium, auch in Verbindung mit Bor. Besonders geeignet erweisen sich diese Zusätze in Form von dünnsten Blättchen. Es ist aber auch möglich, sie in Faserform zu verwenden. Zu beachten ist, daß die Zusätze nur in solcher Menge verwendet werden, daß eine gute Schaumbildung gewährleistet wird. Vorzugsweise beträgt die Menge des Zusatzes 15%; dann ist noch eine gute Schwingungsfähigkeit der Membran gesichert.
• Von Vorteil ist es, wenn besondere Bedingungen für die Struktur und Größe der Bläschen eingehalten werden. Die Größenverteilung soll so sein, daß die Lücken zwischen den größeren durch kleinere ausgefüllt werden. Die obere Grenze der Größe der Gasbläschen ist die Stärke der Membran, kleinere als o,i mm sind ungünstig. Dabei ergeben sich Schaumwände mit einer Dicke zwischen o,oa und o,o8 mm. Diese Struktur sorgt für eine gleichmäßige Fortleitung der Schwingungen von der Erregungsstelle bei genau begrenzter innerer Dämpfung und gewährt eine hohe Dauerbeständigkeit.
• Weiterhin trägt es zur Verbesserung der Wiedergabe und zur Haltbarkeit der Membran bei, wenn das Gerüst mindestens auf einer Seite mit einer sehr dünnen, aber festen Haut überzogen ist, die mit dem Gerüst fest verbunden ist. Diese Maßnahme ist für Schaummembranen an sich bekannt. Die Häute müssen schaumundurchlässig sein, eine davon aber zweckmäßig gasdurchlässig. Die Stärke der Häute soll höchstens ein zehntel Gesamtdicke oder höchstens 2o bis 30% des Gesamtgewichtes ausmachen. Bereits festes Papier von o,oa bis 0,04 mm ist geeignet, wobei die untere Grenze zu bevorzugen ist.
• Bei den erfindungsgemäßen Schaummembranen werden Einschwingzeiten der Eigenschwingungen der Membran auf wenige Millisekunden herabherabgedrückt, also bis unter die Ansprechempfindlichkeit des Ohres für Töne, weshalb diese Eigentöne nicht mehr zum Bewußtsein kommen. Trotzdem wird durch die Erhöhung des Strahlungswiderstandes mit dessen Wirksamkeit im Schallfeld auch bei geringer innerer Dämpfung ein hoher Wirkungsgrad bedingt. Damit wird zum ersten Male die mit wichtigste Bedingung der originalgetreuen Wiedergabe, die immer wieder angestoßenen Störtöne der Eigenschwingungen unschädlich zu machen, erfüllt, welche sonst das Original völlig in den besonders wichtigen Ausgleichsvorgängen teilweise überdecken und den berüchtigten Lautsprecherklang bedingen.
• Am zweckmäßigsten erzielt man die erfindungsgemäßen Membranen, wenn man Schaum aus Lacken und lackähnlichen Verbindungen durch Schaumtreiben in der Hitze herstellt unter Benutzung der nachstehend beschriebenen Arbeitsvorschriften: Man geht dabei von streichfähigen Massen durch Zusatz von Lösungs- und Verteilungsmitteln in der gerade notwendigen Menge, z. B. bei Phenolformaldehydkondensationsprodukten etwa 70 %, aus, in der das Gas abgebende Treibmittel in für das für die Membran notwendige Volumen notwendige Menge gleichmäßig verteilt ist. Die Körnung wird so eingestellt, daß jedes Körnchen gerade die zu seiner Größe notwendige Gasmenge erzeugt. Das kann durch Mahlen und Sieben erhalten werden. Feinste Teilchen werden ausgeschieden, damit der Schaum nicht zu kleine Poren erhält. Bei Ammoniumcarbonat bewegen sich die Korngrößen um o,o5 mm bei einem Gesamtgehalt von 4%. Gegegebenfalls werden feinste, feste Teilchen aus leichten sehr harten Stoffen in einem Flächendurchmesser bis höchstens i mm und einer Stärke bis unter 1/ioo mm in Mengen, welche die Schaumbildung nicht stören, im Mittel i5 %, zugegeben.
• Diese so vorbereitete Masse wird in der für die Membranbildung bemessenen Schichtstärke auf eine schaumdichte, dünne, feste Unterlage, welche auch aus dünnster Metallfolie bestehen kann, gleichmäßig aufgebracht. Das kann auch geschehen, wenn die Folie sich bereits auf der Form befindet. Darauf wird die Schicht vorgetrocknet, gegebenenfalls in Stufen, schließlich auf der Form in Membrangestalt schnell bis zur völligen Schaumtreibung erhitzt und ebenso abgekühlt. Zur Sicherung der Form wird eine äußere Begrenzung im Abstand der endgültigen Membr anstärke aufgebracht, welche gasdurchlässig sein soll und aus dünnem, festem Papier bis zu o,o2 mm Dicke oder leichtem Metall, z. B. als Drahtnetz, bestehen kann. Ein Abschluß am Rand ist notwendig, damit der Schaum nicht entweichen kann Am zweckmäßigsten ist die Verwendung von aushärtbaren Kunststoffen als Grundlage. Es müssen Treibmittel verwandt werden, die einen genügend hohen Blasendruck erst bei Temperaturen oberhalb des Härtungsbeginns erreichen, bei denen außerdem eine genügende Verflüssigung der Masse für die Schaumbildung eintritt, aber zugleich eine langsamer fortschreitende Härtung, welche ein Zusammenfließen oder ein Entweichen von Bläschen verhindert. Nach der in wenigen Minuten erfolgenden Durchhärtung wird schnell abgekühlt und die Membran von der Form befreit. Die Schnellhärtung kann durch besondere Härtungsbeschleuniger gefördert werden. Die Temperatur liegt meist bei etwa igo° C. Bei solchen Stoffen, welche in der fertigen Membran die notwendige Härte ergeben können, aber nicht aushärtbar sind, wie Polymetacrylsäure und ihre Derivate, Polystyrole, ist es schwer, Treibmittel zu erhalten, welche bei den Erweichungstemperaturen dieser Substanzen den geeigneten Blasendruck noch haben oder eine Schaumbildung aufrechterhalten. Zweckmäßig wird das Lösungsmittel nur bis zu den Resten entfernt, welche der Masse dafür noch die notwendige Zähigkeit verleihen, worauf nach eingetretener Schäumung bei sinkender Temperatur zur Erhaltung des Schaumes weiter getrocknet und schnell abgekühlt wird.
• Ein wesentliches Mittel zur Sicherung, Entstehung, Ablösung der Membran ist die Verwendung einer Tragform aus gut wärmeleitendem Material geringer Stärke, unter i mm, wie Aluminium, Kupfer in einer Dicke einiger Zehntelmillimeter. Zweckmäßig ist die etwas biegsame Form an einer Seite geschlitzt. Nötigenfalls kann sie auf ein stärkeres Gerüst aufgesetzt werden.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Membran für Lautsprecher aus zum Erstarren gebrachtem Schaum, der aus Lacken und lackähnlichen Stoffen durch Zusatz von gasförmigen Beimengungen erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmasse für den Schaum solche Materialien verwendet sind, welche als nicht zu Schaum verarbeitete Masse im völlig erstarrten Zustand eine nach B r i n e 11 gemessene- Härte von mindestens 13 kg/rnm2 und eine hohe Elastizitätskonstante aufweisen, und daß die aus dem Schaum gebildete Membran eine Dichte von o,i bis 0,3 und eine Dicke von höchstens d = 3 (1-e-fie0) mm besitzt, wobei f die Fläche der Membran in Quadratzentimetern ist.
2. 2. Membran nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerüstsubstanz im wesentlichen aus harten, zu Lacken verarbeitbaren Stoffen, besonders im gehärteten Zustand, besteht, wie aus Phenolformaldehydkondensationsprodukten bzw. Harnstoffformaldehydkondensationsprodukten.
3. 3. Membran nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumbläschen höchstens die Größe von der Dicke der Membran erreichen, im Mittel gleiche Größe besitzen, die Zwischenräume mit kleineren ausgefüllt sind, so daß gleiche Wandstärke erreicht wird, wozu die Hautdicke der Bläschen zwischen o,o2 bis höchstens o,o8 mm betragen soll.
4. Membran nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumgerüst mit einer sehr dünnen schaumundurchlässigen Haut überzogen ist.
5. 5. Verfahren zum Herstellen von Membranen nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Lackrohstoffen gegebenenfalls unter gleichmäßiger Verteilung leichter, fester Teilchen großer Härte mit Hilfe von gerade ausreichenden Mengen von Lösungs-bzw. Verteilungsmitteln eine streichfähige Masse hergestellt wird und diese unter Zusatz von Treibmitteln in Körnungen und Mengen, entsprechend der gewünschten Bläschengröße und in der für die Membranbildung bemessenen Menge und Schichtdicke, auf eine schaumdichte, feste, dünne Unterlage gleichmäßig aufgebracht, vorgetrocknet und alsdann auf einer der schließlichen Membran gleichen Form rasch zur Schaumtreibtemperatur erhitzt und ebenso abgekühlt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Begrenzung im Abstand der Membranstärke, welche gasdurchlässig ist und aus festem, dünnem Papier bzw. Metall etwa in Form eines dünnen Drahtnetzes besteht, angebracht wird.
7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als gasabgebende Treibmittel Ammoniumcarbonat oder andere leicht zersetzliche Stoffe, wie Oxalate, in gekörnter Form verwendet werden. B.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von in an sich bekannten Härtungsbeschleunigern die Membran in wenigen Minuten über den Beginn der Härtungstemperatur bis zur vollen Schaumbildung derart erhitzt wird, daß eine gewisse Härtung die Schaumbildung nicht beschränkt, aber ein Zusammenfließen von Bläschen verhindert wird (bei Ammoniumcarbonat i90° C), worauf nach der Aushärtung rasch abgekühlt wird.
9. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von harten, nicht aushärtbaren Grundstoffen, wie Polymetacrylsäure und deren Derivaten, Polystyrolen, bei denen die Treibmittel schon vor der genügenden Erweichungstemperatur den nötigen Druck entfalten könnten, in der Masse nach dem Vortrocknen noch eine so geringe Menge des Lösungsmittels belassen wird, daß sie bei Erreichung der Schaumbildungstemperatur die notwendige Zähigkeit besitzt, welche zum Schaumauftreiben genügt, worauf das Ganze bei niedriger Temperatur durchgetrocknet und rasch abgekühlt wird. io. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Lackrohstoffen und Härtungstemperaturen, bei denen diese sich teilweise unter Gasbildung zersetzen und Schaum bilden können, diese in abgeschlossener Form unter ergänzendem Zusatz von Treibmitteln für diese Temperaturen zur völligen Schaumbildung gehracht und danach rasch abgekühlt werden. i i. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis io, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tragform aus dünnem, die Wärme gut leitendem Metall in der Stärke von wenigen Zehntelmillimetern verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Niederländische Patentschrift Nr. 50893; deutsche Patentschriften Nr. 636 658, 657 241; französische Patentschrift Nr. 833 384; britische Patentschriften Nr. 5 13 289, 596 893, 510707; USA.-Patentschriften Nr. 1824 664, 190 1 63 i.