EP2172061A1 - Elektrostatischer folienschallwandler und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Elektrostatischer folienschallwandler und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP2172061A1
EP2172061A1 EP08774455A EP08774455A EP2172061A1 EP 2172061 A1 EP2172061 A1 EP 2172061A1 EP 08774455 A EP08774455 A EP 08774455A EP 08774455 A EP08774455 A EP 08774455A EP 2172061 A1 EP2172061 A1 EP 2172061A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
electrostatic
sound transducer
film
laterally spaced
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08774455A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Heite
Martin-Philipp Getrost
Rainer Kunz
Thilo-J. Werners
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer MaterialScience AG filed Critical Bayer MaterialScience AG
Priority to EP08774455A priority Critical patent/EP2172061A1/de
Publication of EP2172061A1 publication Critical patent/EP2172061A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/01—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets
    • H04R19/013—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/006—Interconnection of transducer parts
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic film Schallwandwandier, a process for its preparation and its use.
  • One of the essential practical applications for a speaker is the reproduction of speech or music in electroacoustic transmission.
  • the speaker in the chain of transmission elements is the end member, which determines the achievable transmission quality by its properties in most cases.
  • a sound emitting element is a diaphragm, i. a plate with a very small layer thickness, used.
  • a well-known speaker type is the electrostatic loudspeaker, which is used for special applications, for example as a tweeter.
  • two spaced-apart planar electrodes are electrically contacted, connected to a correspondingly designed audio amplifier and a corresponding audio frequency alternating voltage is applied.
  • the electrodes used in this case can be formed as a foil.
  • the structure of the electrostatic loudspeaker thus corresponds to that of a capacitor.
  • the loudspeaker diaphragm can lie between the two electrodes and be controlled by the electric field; but it can also be one of the electrodes.
  • the electrostatic principle two electrodes with the same charge repel, whereas two electrodes with unequal charge attract.
  • the voltage level is a measure of the deflection of the electrodes, a high voltage causes a large deflection, a low voltage causes a small deflection. Changing the polarity of the electrical voltage causes a deflection in the opposite direction.
  • the force acting on the electrodes is not linear, but proportional to the square of the voltage. As a result, a membrane is vibrated and it comes to a tone generation,
  • Such a built-up electrostatic loudspeaker based on film can additionally sandwich, for example, a piezoelectric layer between the electrodes arranged at a distance.
  • a piezoelectric layer between the electrodes arranged at a distance.
  • the piezoelectric material leads between the conductive layers upon application of a variable voltage to a vibration of the surface
  • the disadvantage of such a loudspeaker structure is in the relatively complex production of such a piezoelectric layer between two foils, in which case a loudspeaker constructed in this way is additionally sensitive to mechanical stress.
  • electrostatic loudspeaker is known from EP 0 883 972 B1.
  • This electrostatic loudspeaker has a plate-shaped structure.
  • a porous stator plate is either electrically conductive or plated on at least one side to be electrically conductive.
  • at least one movable membrane is provided with at least one electrically conductive surface.
  • the electrostatic loudspeaker in this case has an arrangement in which the electrically conductive porous stator plates are disposed opposite one another and separated from one another by the membrane. Due to the arrangement with an inner membrane, it is necessary that at least one stator plate is porous, so that the sound waves can leave the electrostatic loudspeaker.
  • the electrostatic loudspeaker described in EP 0 883 972 B1 is disadvantageous in that it can be moved through the porous stator plate Interferences and thus to a limited SchalMeistung can come.
  • both opposing foil electrodes must be provided with an electrical connection, but at least the foil electrode provided as membrane must move.
  • the electrical connection of this membrane electrode formed as a membrane is generally fixed, the mobility of the film electrode is at least limited.
  • both foil electrodes Since generally one of the foil electrodes is movable and the other foil electrode is fixed, ie fixed, in a corresponding electrostatic foil loudspeaker, both foil electrodes must generally be provided with a different connection technique, which makes the production of corresponding foil loudspeakers cumbersome and cost-intensive.
  • both foil electrodes are electrically contacted and occupied with a voltage of up to several thousand volts.
  • the present invention has for its object to provide an electrostatic Foüenschaliwandler available, which preferably allows easy connection of the electrodes.
  • the connection of the Foiien- electrodes should be designed so that preferably no harmonics are generated by the connection of the electrodes.
  • the electrostatic film sound transducer should preferably have a high level of security against contact, without the sound-emitting Foiienkonstrutation is simultaneously formed too thick or detrimental to a sound output.
  • inventive electrostatic film sound converter should be rational to produce in large quantities.
  • an electrostatic film sound transducer comprising at least two laterally spaced planar electrodes and at least one electrically conductive layer, which is not electrically connected to these planar electrodes and which is provided flat and substantially parallel to the two laterally spaced electrodes
  • substantially parallel means that the angle formed between the plane formed by the at least two laterally spaced angeord ⁇ Neten electrodes and the plane formed by the electrically conductive layer is at most 45 °, preferably at most 35 °, more preferably at most 25 °, especially at most 15 °, especially at most 10 °, more particularly at most 5 ° rägt.
  • a film-type changer comprises:
  • a preferably flat substrate preferably a polymeric film
  • An electrically conductive layer which may be designed either as a floating or grounded electrode, as the center electrode.
  • the center electrode which can be designed either as a floating, that is not contacted and galvanically separated from the electrodes, or grounded electrode, is necessary for the function of the film bulkhead sensor, the entire pressure layer structure in itself by electrostatic interactions or on the other to vibrate by piezoelectric effects. A combination of electrostatic interactions and piezoelectric effects is also possible. Electro-technically considered, the center electrode is located between the spaced-apart planar electrodes; considered electrotechnically thus results in the series connection of two capacitors with the center electrode in the middle.
  • the electrostatic film sound transducer according to the invention is constructed essentially as follows:
  • Embodiment 1 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • a preferably flat substrate preferably a polymeric film
  • a preferably flat substrate preferably a polymeric film, as an intermediate layer
  • planar electrodes, the intermediate layer, as far as it is not formed by the substrate as in the embodiment II, and the center electrode according to the invention preferably by printing technique, in particular gravure printing and / or screen printing, and / or squeegee technique and / or spray technique and / or Dispensertechnik and or inkjet method.
  • the layers are produced by screen printing.
  • the substrate may also be provided with a further layer before the electrodes are applied, so that the original substrate can be removed after the completion of the layers,
  • the embodiment I on an original substrate, preferably by printing, first the center electrode, then at least one intermediate layer, then at least two laterally spaced arranged planar electrodes and then serving as the actual substrate layer are applied, wherein the original substrate according to Completion of the layers can be removed.
  • ADJUSTED SHEET (RULE 91) ISA / EP According to the invention and in fundamental difference to the prior art, namely not two opposite planar and mutually movable electrodes are arranged in the manner of a capacitor with a special interlayer construction, but at least two laterally adjacent arranged flat electrodes are selected and a spaced electrically conductive sounding de Electrode used. In this case, the at least two electrically conductive electrodes are located together on one side of the electrically conductive sound-emitting film.
  • the at least two provided laterally arranged electrodes are fixed. Therefore, the connection of these at least two laterally arranged electrodes is simpler than in foil elec- trodes in which the electrodes move. Furthermore, there is less problem with the formation of harmonics (distortion factor).
  • the center electrode has to be electrically conductive but not live, the user of the film sound transducer according to the invention can touch the sound-emitting film without the risk of an electric shock. In particular, it is not necessary to protect the side of the film sound transducer according to the invention with the center electrode, for example by a grid.
  • the invention can be designed to be relatively thin film because of extensive insulation of the arrangement is not required.
  • the size and shape of the respective electrodes as well as the center electrode can vary widely and are generally not limited. Accordingly, the electrodes and the center electrode can be adapted in their respective size to the intended use of the inventive foil sound transducer.
  • the size ratio of electrodes to electrically conductive acoustic foil may also vary.
  • the additive surface of the at least two electrodes prefferably be larger than the surface of the electrically conductive, foam-releasing foil, ie. the at least two electrodes laterally project beyond the center electrode,
  • the additive surface of the at least two electrodes is smaller than the surface of the electrically conductive sound-emitting electrode, d. H. that the cap electrode protrudes laterally beyond the two electrodes.
  • the additive area of the at least two electrodes is substantially equal to the area of the electrically conductive sound-emitting film.
  • the one in which the surfaces of the at least two electrodes and the center electrode are substantially the same size is preferred. If the area of the at least two electrodes is smaller than the area of the electrically conductive electrode, only a lower sound power can be generated, while with a larger area of the at least two electrodes, harmonics can occur compared to the area of the center electrode.
  • the film sound transducer according to the invention can be formed as individual elements such as laterally spaced electrodes or even the center electrode of coated films or multiple layer sequences in the form of extrusions and coextrusions and lamination Vorgä ⁇ gen.
  • At least two laterally spaced-apart electrodes are provided in the sound-emitting element.
  • the distance between the laterally spaced electrodes should at least be chosen so that the dielectric strength is given and no voltage is overturned.
  • the at least two laterally spaced-apart planar electrodes are connected to an audio amplifier.
  • the audio amplifier is an audio source for any alternating voltage, which is suitable for transmitting the audio frequencies to be generated in the form of variable voltage to the respectively connected electrodes and to correspondingly modulate the electric field in the film sound transducer,
  • an earth-free audio frequency alternating voltage can generally be applied to the at least two laterally spaced electrodes.
  • a grounded audio frequency alternating voltage can be applied to the at least two electrodes arranged laterally.
  • a bias voltage can be increased, the sound level is applied to ⁇ addition to the Tonfrequenzcicnaps whereby sic h.
  • a bias voltage is understood to be a DC voltage in the sense of a bias voltage.
  • a bias DC voltage of> 500 V, preferably> 1000 V can be applied between the conductive layers, wherein an audio voltage with a maximum voltage amplitude of> 200 volts can be applied.
  • an audio voltage with a maximum voltage amplitude of> 200 volts can be applied.
  • the maximum voltage amplitude of the audio voltage always remains lower than the applied constant high voltage.
  • the at least two laterally spaced-apart planar electrodes are designed with electrical connections. In this case, care should preferably be taken to ensure adequate electrical insulation and the routing of the connections or the connection to the audio amplifier.
  • the electrostatic film sound transducer can be formed integrally with the drive electronics of the audio amplifier and / or the bias voltage.
  • the corresponding control electronics of the audio amplifier and / or the bias voltage can be provided on a substrate, which also carries the electrostatic film sound transducer, that is, for example, integrally connected to the at least two laterally arranged electrodes.
  • substrates in this case preferably printed circuit boards and / or Piatinen in question, which can also serve as a substrate for the electrostatic film sound transducer.
  • Electrodes themselves may be rectangular, rounded, spiral or comb-like, although other shapes or combinations of shapes are possible. Corresponding forms are shown in Figures 1 to 3: Figure 1: rectangular design Figure 2: rounded design Figure 3: spiral design,
  • the geometric design of the at least two laterally arranged electrodes should preferably be such that the direct distance of the electrodes is substantially greater than the distance to the electrically conductive layer and is selected in the practical embodiment in the millimeter range to centimeter range, while the distance of the electrodes to the electrically conductive layer may be in the range of a few hundredths of a mm to 10 mm.
  • an electrostatic film sound transducer may also have multiple pairs of electrodes and these can be fed only via an Audioqueiie or audio frequency alternating voltage or over several or with Tonfrequenz facialhoven with different phase.
  • the laterally arranged planar electrodes including the connections can be covered with a preferably air-bubble-tight insulation layer.
  • This insulation layer is a layer which preferably has a higher dielectric strength than air.
  • This Isoiations Mrs can be applied in liquid form by means of printing technique or doctor blade technique or spray technique or dispensing or in the form of a thin film.
  • As an insulating layer for example, a known from the board production paint can be used.
  • a film with back electrodes can be used.
  • the laterally arranged electrodes should preferably be covered with the insulating layer very well and free of air entrapment, since the audio frequency alternating voltage or a bias voltage requires a good dielectric constant insulating coverage of the electrodes.
  • the center electrode which may be embodied either as a floating or grounded electrode, which is arranged above the two laterally spaced-apart electrodes, is designed in the form of a layer, wherein this layer is designed to be electrically conductive.
  • the center electrode may be grounded or ungrounded. For safety reasons, it is preferred to form the center electrode grounded.
  • the area conductivity of the center electrode is dependent on the sound-emitting element and may be more than 2,000 ohms / square for small-area elements and less than 500 ohms / square for large-area elements.
  • the surface conductivity is less than 2,000 ohms / square, especially less than 1,000 ohms / square.
  • the electrical conductivity of the center electrode can be obtained in different ways.
  • an electrically conductive layer can be provided on a corresponding film material, for example by means of a vacuum-technical coating.
  • ADJUSTED SHEET (RULE 91) ISA / EP Druckp ⁇ sten.
  • Further application methods for the electrically conductive layer are, for example, so-called sputtering methods, screen printing methods, inkjet methods or gravure printing methods,
  • Preferred conductive polymers are conductive polythiophenes, in particular conductive polyalkylenedioxythiophenes. The preparation is described, for example, in DE 41 18 704 and EP 0 339 340. A preferred conductive polymer is 3,4-polyethylenedioxythiophene.
  • Clevios ® P from HC Starck
  • HC Starck is an aqueous dispersion containing 0.5.% Of 3,4-polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and 0.8 wt.% Polyst- rolsulfonat (PSS), Further preferred intrinsically conductive polymers, conductive polyanilines, including Versicon ® (Allied signal), a polyaniline having a conductivity of 2-4 S / cm or Ormecon ® (Zipper Kessler & Co),
  • pastes containing silver, other metals, carbon, nanoparticles, conductive polymers and / or other electrically conductive materials are commercially available and known to the person skilled in the art.
  • pastes from Agfa Gevaert GmbH in particular the EL-P3000 series, can P4000 series, the EL-P5000 series and the EL-P6000 series, as well as the pastes mentioned in Ormecon L5000, L5001, L5002, L5003, L5004, L5005, L5006, L5007 or 6510- 108-005, or with silver, other metals Pastes filled with carbon or other electrically conductive materials, such as Luxprint 8144, 7152, 7162, 9145, 7102, 7105, 5000 or 7164 from DuPont de Nemours and Company, the pastes from Acheson Industries Ltd, known as Electrodag, such as Electrodag PF -41 0, 725A, 418 SS, PF-407C or 965 SS, or pastes designated L5000
  • pastes according to the invention may also themselves be formulated. According to the invention, 10 to 90% by weight, preferably 20 to 70% by weight, are particularly preferred for formulating a printing paste for producing an electrically conductive coating preferably from 30 to 60% by weight, based in each case on the total weight of the paste, Clevios P, Clevios P, Clevios P AG, Clevios P HCV4, Clevios P HS, Clevios PH, Clevios PH 500, Clevios PH 510 or any mixtures
  • solvents there may be used dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, ethylene glycol, glycerol, sorbitol, methanol, ethanol, isopropanol, N-propan
  • the surface additive and adhesion activator Silquest Al 87, Neo Rez R986, Dynol 604 and / or mixtures of two or more of these substances can be contained.
  • the amount thereof is preferably 0.3 to 2.5 wt .-%, based on the total weight of the screen printing paste.
  • a binder may be added to the paste, preferably as an aqueous emulsion.
  • Bayderm UD-85 from Lanxess or an aqueous suspension of a polyurethane from Bayer Materia! Science, for example Bayhydrol 850. W, Bayhydrol A 145, Bayhydrol A 242, Bayhydrol B 1 30, Bayhydrol Dl 55, Bayhydrol D 270,
  • These binders are preferably used in amounts of about 0.5 to 30% by weight Used 3 to 20 wt .-%,
  • a formulation of a printing paste which is particularly preferred according to the invention for producing the partially transparent electrode comprises:
  • these electrode materials After these electrode materials have been applied to a corresponding substrate, they are then dried at temperatures of for example 80 to 1 20 0 C.
  • ITO indium-tin oxide materials
  • ATO electrically conductive materials
  • nanostructured particles When a CNT-containing printing paste is used, this paste contains nanostructured particles.
  • the term “particles with nanostructures” is understood to mean nanoscale material structures which are selected from the group consisting of single-wall carbon nanotubes (SWCNTs), multi-Walt carbon nanotubes (MWCNTs), nanohorns, nanodisks, nanocones (ie, cone-shaped structures), metallic nanowires, and combinations of the aforementioned particles.
  • Corresponding particles with carbon-based nanostructures can be made, for example, from carbon nanotubes (single-shell and multi-shell), Carbon nanofasem (herringbone, leaflet, helical) and the like exist.
  • Carbon nanotubes. are designated (herringbone, platelet-, screw-type), internationally known as "carbon nanotubes (single-walled and multi-walled) and carbon nanofibers as carbon nanofibers.
  • the electrical conductivity can thus be made suitable or the flexibility and insensitivity to crazing in the conductive layers can thus be improved, i. a suitable elasticity (characterized by the material characteristic E-Mpdul) can be achieved.
  • the center electrode is formed of a metal
  • aluminum is used as the material for the electrically conductive layer.
  • Aluminum is a light metal, which does not disturb the vibrations of the film sound transducer and at the same time can easily be vapor-deposited on a film material.
  • this Folien ⁇ materia! be constructed for example of a thermoplastic material.
  • a corresponding polymeric film can also be used in particular if a graphic design of the film sound transducer is provided. In this case, the graphic design can be provided on • the polymeric film. In this case, the graphic design of the polymeric film can take place only on one side of the film or else on both sides of the film.
  • a graphic design can for
  • ADJUSTED SHEET (RULE 91) ISA / EP Example by screen printing or inkjet done. It is also possible to emboss the foil,
  • the thermoplastic material of the film is selected from the group consisting of polycarbonate (PC), oriented polypropylene (OPP), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, ABS) , Polyvinyl fluoride (PVF), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene (PE), biaxia! ornated polypropylene (BOP) and polyimide (PI).
  • PC polycarbonate
  • OPP oriented polypropylene
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene rubber
  • PVF Polyvinyl fluoride
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PE polyethylene
  • BOP biaxia! ornated polypropylene
  • PI polyimide
  • Particular preference is given to films of polypropylene and polycarbonate, if appropriate in combination with a metal coating, for example an aluminum
  • the requirements for the adhesives used are the good and durable connection of the adhesive partners with the thinnest possible application of material.
  • solvent-based adhesive systems two-component adhesive systems as well as reactive or partially reactive adhesive systems or hot-melt adhesive systems can be used.
  • this can be done by vacuum technology using sputtering technology. or vapor-deposition technology, in particular based on aluminum, or it is possible to use a rolled or electroplated thin aluminum layer or aluminum foil,
  • a carrier preferably a polymeric film, can also be used for the center electrode without coating if it itself is already electrically conductive.
  • Intrinsically conductive polymers are usually ethylenically unsaturated and conjugated, allowing easy charge transport in the polymer molecule. Such polymers are also referred to as organic metals. They have a conductivity of at least 10 '5 , preferably of at least 1 0 '2, particularly preferably of at least 1 Siemens / cm.
  • Suitable intrinsically conductive polymers are selected for example from polymers based on Poiyanilin, Polya nisidin, Polydipheny- lamin, polyacetylene, polythiophene, Pofythiopren, Polythienyienvinylen, bithiophene, Pofypyrrol and Such polymers are often made electrically conductive by doping, either chemically or electrochemically, and by treatment with oxidants such as iodine, sodium peroxydisulfate or bromine or a strong acid, suitable polymers are partially oxidized and thereby electrically conductive
  • oxidants such as iodine, sodium peroxydisulfate or bromine or a strong acid
  • Suitable polymers are, for example, polyradical cations
  • polyradical cations be used in combination with polymeric anionic compounds (polyanions) and that the compositions contain no further cationic substances whose counterions compete for the polyanions and lead to precipitation.
  • the support preferably a polymeric film, onto which the center electrode is applied or which serves as the center electrode, preferably has a thickness of 5 to 500 .mu.m, more preferably 1 0 to 200 .mu.m, in particular 1 5 to 1 00 .mu.m.
  • the center electrode as a whole consists of three or more layers, wherein at least one layer is formed electrically capable of electrical conductivity.
  • the center electrode may be grounded or ungrounded.
  • the electrostatic foil sound transducer according to the invention has at least one further layer between the at least two flatly arranged laterally spaced-apart electrodes and the central electrode.
  • This layer is electrically non-conductive (dielectric layer), This layer may also be air hand.
  • this layer is formed so that there is no electrical contact between the laterally disposed electrodes and the center electrode.
  • the electrostatic film sound transducer according to the invention has a layer which is permeable to air.
  • the electrostatic film sound transducer according to the invention has a layer which is elasticallycompensatable.
  • the electrostatic film bulk converter according to the invention has a layer which has non-polar and polar properties, ie a layer which has electret properties.
  • a layer which has electret properties Under an electret an electrically insulating material is understood in the context of the present invention ⁇ , containing the quasi-permanent electric charge and / or quasi-permanently oriented electric dipoles and som it a quasi-permanent field in its environment and / or in his In Neren ER- testifies.
  • the layer shown above and preferably present it is preferably formed as a foam ⁇ layer, a fleece or an elastic screen printing fabric, a screen printing layer, wherein the choice of suitable materials, the above-mentioned and preferred properties of the layer can be achieved.
  • this electrically non-conductive layer may thus be formed as an elastic foam.
  • both closed-pored and open-pored foam can be used, but open-pore foam is more favorable in terms of the pressure compensation necessary for improving the sound.
  • the non-conductive intermediate layer may be formed as an elastic textile fabric of individual fibers without filler, a so-called nonwoven material. It is pointed out that this nonwoven material is preferably not paper, since the paper is provided with large proportions of non-elastic filler and is thus not suitable,
  • the layer in the electrostatic film sound transducer according to the invention may have a thickness of 20 ⁇ m to 10 mm, particularly preferably 30 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • pastes with which an electrically insulating coating can be produced for example by screen printing, as well as self-formulated pastes.
  • These contain a binder and one or more organic or inorganic fillers. Further, these pastes may be provided with one or more solvents and one or more optional additives.
  • pastes whose constituents are, inter alia, materials having a high dielectric constant are particularly suitable. A high dielectric constant can be achieved for example by an inorganic filler and / or by the selection of a suitable binder, Possible inorganic fillers are those which have a high electrical constant.
  • PbZrO 3 , MgZrO 3 , SrZrO 3 , ZnZrO 3 and TiO 2 or mixtures of two or more of these fillers are used.
  • Preferred according to the invention are BaTiO 3 or PbZrO 3 or mixtures thereof, preferably in quantities of from 5 to 80% by weight, preferably from 10 to 75% by weight, particularly preferably from 40 to 70% by weight. Binders with a high die
  • the dielectric constants are, for example, cyanoresin from Shin Etsu, or also PVDF, which is offered, for example, by DuPont as a ready-formulated binder.
  • the pastes mentioned for 8153, 3571, 501 7A, 501 8, 5036 can be used to produce an insulating layer according to the invention from DuPont.
  • Other commercially available materials are, for example, cyanoresin from Shin Etsu, or also PVDF, which is offered, for example, by DuPont as a ready-formulated binder.
  • the pastes mentioned for 8153, 3571, 501 7A, 501 8, 5036 can be used to produce an insulating layer according to the invention from DuPont.
  • binders For the formulation of a printing paste for producing an insulation layer according to the invention, for example one- or preferably two-component polyurethane systems can be used as binders, while
  • Rhodia Rhodia
  • Degussa Vinylat, eg Vestanat T and B
  • Sapici Benasedo
  • Synthesia Baxenden
  • Dow brand names eg Vorastar
  • Acheson ICI
  • Hausman CIBA
  • Desmodur and Desmophen examples include ethyl acetate, butyl acetate, 1-methoxypropyl acetate-2, ethoxypropyl acetate, toluene, xylene, Solvesso 100, Shellsol A or mixtures of two or more of these solvents!
  • solvents ethyl acetate, butyl acetate, 1-methoxypropyl acetate-2, ethoxypropyl acetate, toluene, xylene, Solvesso 100, Shellsol A or mixtures of two or more of these solvents!
  • additives such as leveling agents and rheology additives can be used to improve the
  • rheology additives reduce the settling behavior of fillers in the paste.
  • rheological additives are known to the person skilled in the art, for example from BYK or Elementis.
  • As a leveling agent for example, additives from Cytec Industries Ine, such as Modaflow Resin or Additol VXL 4930 or an additive mixed with Solvents are preferably used, preferably 40 to 60% Additol XL 480 or Additol XL 490 in Butoxyl.
  • the dielectric layer preferably has a dielectric constant of more than 5, preferably more than 20, more preferably more than 50, most preferably more than 70 aut,
  • Preferred pastes for a printing paste for producing insulating layers according to the invention comprise, for example:
  • a layer according to the invention which is produced by the screen printing method with the pastes described above has a layer thickness of 5 to 50 ⁇ m, preferably 8 to 40 ⁇ m.
  • the electrostatic film sound transducer (1) according to the invention is arranged in a preferred embodiment on a substrate.
  • the substrate can be formed in different ways.
  • the substrate is preferably designed such that it has a corresponding mass or inertia with respect to the sound generated by the electrostatic film sound transducer.
  • the substrate may have the form of a wallpaper-like element, which is attached to a possible wall, floor or ceiling element, for example by means of adhesive technology.
  • such an electrostatic film loudspeaker may be attached to a wall element, e.g. In this basic version, even with an extremely thin layer structure of about 1 to 5 mm, in particular less than 4 mm, and a dimension in the range of 0.5 x 0.5 m, a directional sounding over several meters reached up to 100 m and above.
  • the substrate is fastened to a wall, floor or ceiling element, it is not absolutely necessary for the substrate itself to have a certain inherent rigidity. If the substrate has no inherent rigidity, however, then the mass of the wall, floor or ceiling element to which the substrate is attached should be so large that the substrate in combination with the wall, floor or ceiling element has sufficient inertia opposite the sound. This allows optimal sound radiation.
  • the substrate itself may also be formed as an intrinsically stiff or massively inert element.
  • the electrostatic film sound transducer it is possible to attach the electrostatic film sound transducer in any position, for example in a room or outdoors.
  • the inherently rigid substrate with the corresponding associated electrostatic film sound transducer by means of fastening devices, such as adhesive, screw, clamp or plug-in attachments to other wall,.
  • Floor or ceiling elements be releasably or permanently attached. If the substrate provided according to the invention is intrinsically rigid in such a case, it is not necessary that the elements on which
  • ADJUSTED SHEET (RULE 91) ISA / EP the substrate is fixed, have a certain inertia to the sound.
  • the substrate has a surface weight which corresponds to at least 10 times, preferably at least 1,000 times, the basis weight of all remaining layers of the film sound transducer.
  • the substrate is spatially configured so that the sound is emitted in a targeted manner.
  • the targeted alignment of the erf ⁇ gsdorfen foil sound transducer is advantageous.
  • the substrate provided according to the invention can be designed to be clamped in a frame.
  • a unilateral and a bilateral sound radiation is possible, it being possible, in particular in the above-described embodiment i, in a two-sided Schaliabstrahiung to arrange two inventive film sound transducers back to back and then this arrangement respectively a substrate, so at least two substrates, or may have a common substrate.
  • Under the back is understood to be the substantially non-sound emitting surface, the substrate side of Foiienschallwandlers.
  • the electrostatic foil sound transducer according to the invention can also be attached to the frame in addition to the thermally activatable attachment well by cold glue systems or liquid adhesive or mechanical fastening or ultrasound or friction welding.
  • the substrate is a frame, between which the acoustically active loudspeaker surface (electrically conductive sound-emitting film) is clamped.
  • the frame-constituting substrate is performed in the manner of a guard electrode.
  • an electronic circuit which shorts or switches off the high-voltage supply in the event of a hazard.
  • an abnormally high current flow at the high-voltage supply or a sudden voltage drop which indicates a short circuit between the audio potential and the bia potential, can be detected as dangers.
  • this insulation layer can also be produced by printing technology, in particular gravure printing and / or screen printing, and / or doctor blade technology and / or spray technology and / or dispensing technology and / or inkjet processes.
  • this layer is produced by screen printing.
  • correspondingly deformable screen printing inks for example paints from Proll KG in D-91 781 Weibel are available. ßenburg in Bavaria with the designation Aquapress ® or Noriphan ® preferred for the achievement of visually attractive products.
  • the electrostatic film sound transducer according to the invention can thus be deformed three-dimensionally, wherein the radii of curvature can be smaller than 2 mm, preferably smaller than 1 mm.
  • the deformation angle can be greater than 60 °, preferably greater than 75 °, particularly preferably greater than 90 °, in particular greater than 105 °.
  • a further subject of the present invention is a system comprising at least two electrostatic film sound transducers as described above.
  • the two electrostatic film sound transducers such that the sound radiation does not take place substantially in parallel.
  • the film sound transducers substantially in exactly the opposite direction, so that the sound radiation takes place in exactly the opposite direction.
  • the at least two electrostatic film sound transducers used in the system can be supplied with an audio frequency alternating voltage and / or bias voltage or with two or more differently tuned audio frequency alternating voltages and / or bias voltages.
  • the film sound transducers according to the invention can be produced by the methods and method steps known to the person skilled in the art.
  • a substrate is used on which the two laterally spaced electrodes are applied.
  • ADJUSTED SHEET (RULE 91) ISA / EP tion of the electrodes can be done in different ways. For example, it is possible to stick them to a substrate or otherwise fix them.
  • the center electrode spaced therefrom is fixed spaced from these two electrodes.
  • a fixation can be done for example by a frame in which the center electrode is clamped.
  • the connections of the electrodes take place in a manner known per se to the person skilled in the art.
  • the flat electrodes, the intermediate layer, unless it is formed by the substrate as in the embodiment II, and the center electrode, which can be embodied either as a floating or grounded electrode, are preferred according to the invention preferably by printing technology, in particular gravure printing and / or Screen printing, and / or doctor blade technique and / or spray technique and / or dispensing technique and / or inkjet method produced, according to the invention particularly preferably, the layers are produced by screen printing,
  • Another object of the present invention is the use of an electrostatic film sound transducer as described above or a corresponding system comprising a plurality of these electrostatic Folienhschallwandler, as an active sound element in a building, in land, water or air vehicles for targeted sound and sound reduction in the sense of an antiphase sound.
  • Figure 1 a rectangular configuration of the laterally arranged electrodes
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an exemplary electrostatic film sound transducer element (1) with two approximately equal-area and symmetrically arranged lateral electrodes (3, 4) in plan view and FIG. 4
  • FIG. 5 shows a schematic section A-B of an exemplary electrostatic film sound transducer element (1) with two approximately uniform and symmetrically arranged lateral electrodes (3, 4).
  • FIG. 4 shows a top view of a schematic representation of an exemplary electrostatic film sound transducer element (1) with two approximately uniform and symmetrically arranged laterally arranged electrodes (3, 4).
  • the substrate (2) can be formed in a variety of ways.
  • the substrate (2) requires almost no inherent rigidity and can be attached by glueing to a flat as possible wall, floor or ceiling element, the mass of this wall, floor or ceiling element must be correspondingly large and thus has a certain inertia to sound and allows optimal sound radiation.
  • the substrate [2] can itself be formed as an intrinsically stiff or mass-bearing element and can thus be arranged freely in a room or by means of gluing, screwing, clamping or plug-in fastening or the like fastening techniques according to the prior art on a wall -, Floor or ceiling element releasably or permanently attached.
  • the substrate (2) can be embodied spatially configured and can thus radiate the sound in a targeted manner.
  • the substrate (2) can be designed to be clamped in a frame, whereby depending on the thickness of the substrate (2), a one-sided sound radiation is achieved or bilateral sound radiation can be achieved
  • At least two flat laterally arranged electrodes (3, 4) are formed on the substrate (2).
  • the production of these electrodes (3, 4) can be carried out by methods which are or are used in the field of flexible or rigid printed circuit board technology conductive printing pastes can be used for the production of printing technology or thin conductive foaming elements can be applied laterally side by side,
  • the geometric configuration of the at least two laterally arranged electrodes (3, 4) should preferably be at least such that the direct distance of the electrodes (3, 4) is substantially greater than the isolation distance to the center electrode (7, Figure 5)
  • the practical design is selected in the millimeter range, while the insulation distance in the range of some 1 0 to 1 00 .mu.m, In Figure 4 a uniform and symmetrical training is shown. However, equally non-uniform and asymmetrical designs are possible and the electrode shapes can be rectangular or rounded or spiral-shaped or comb-like; see . Figures 1 to 3.
  • the at least two laterally arranged planar electrodes (3, 4) are designed with electrical connections [10].
  • the electrodes (3, 4) including the terminals (10) are covered with an isotope layer (5).
  • This layer (5) can be applied in liquid form by means of printing technique or Rakeite technique or spray technique or Dispensertechnik or in the form of a thin film, In principle, a film (5) with back-side electrodes (3, 4) can be used.
  • a floating center electrode (7) on an intermediate layer (6) (foam layer ( ⁇ ) or nonwoven element (6) or elastic Siebdruckgesente (6)) on the substrate (2) with the electrodes (3, 4) and the insulating layer (5) are arranged
  • FIG. 5 shows a schematic section A-B of an exemplary electrostatic film sound transducer element (1) with two approximately equal-area and symmetrically arranged lateral electrodes (3, 4).
  • the sound radiation (1 1) takes place in one direction.
  • the sound radiation (1 1) can also take place in the direction opposite to 1 80 degrees, even with suitable substrate formation (2) and suitable electrode configuration (3, 4) and suitable layer selection (5, 6, 7, 8, 9), with preference being given the substrate is in this case clamped in a frame.
  • the foil element (9), consisting of the layers 7 and 8 (FIG. 5), in this exemplary embodiment is connected in a bordering manner to the substrate surface (2).
  • the film element (9) may be provided on the inside with an acrylate coating and this can be realized by a very easy-to-use thermally acting die,
  • cold glue systems or liquid adhesive or mechanical fastening or ultrasonic or friction welding can be used as well
  • the various layers or films (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) are placed in an injection mold and at least provided with a frame.
  • a thermoplastic injection molding grid can be formed in a wide variety of design variants which are well known from loudspeaker cover grille systems in the automotive industry
  • Injection molding techniques can be used. It is very easy to integrate the electrical connections.
  • the schematic section A-B in Figure 5 is only an exemplary embodiment.
  • the laterally arranged electrodes can be any shape.
  • an additional film (not shown) can also be applied via the film sound transducer.
  • This additional film can be graphically designed on the inside and / or outside and this film may be provided with a conductive layer similar to the film element (9), and this capable layer may be grounded and thus used as additional protection against contact in case of damage to the film element (9).
  • center electrode 8 support for the center electrode

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Abstract

Beschrieben wird ein elektrostatischer Folienschallwandler, welcher mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete flächige Elektroden sowie mindestens eine elektrisch nicht mit diesen flächigen Elektroden verbundene flächige und über den beiden lateral beabstandet angeordneten Elektroden angeordnete elektrisch leitfähige Schicht (7) umfasst. Darüber hinaus wird die Herstellung des elektrostatischen Folienschallwandlers und dessen Verwendung beschrieben.

Description

Lyttron Technology GmbH
Elektrostatischer Folienschallwandler und Verfahren zu dessen Herstel- lung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Folienschall- wandier, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung.
Eine der wesentlichen praktischen Anwendungen für einen Lautsprecher ist die Wiedergabe von Sprache oder Musik bei einer elektroakustischen Übertragung. Dabei stellt der Lautsprecher in der Kette der Übertragungsglieder das Endglied dar, das durch seine Eigenschaften in den meisten Fällen die erzielbare Übertragungsgüte bestimmt.
Es gibt verschiedene konventionelle Lautsprechersysteme, bei denen unterschiedliche Umwandlungsprinzipien für die zugeführte elektrische Leistung in eine akustische Leistung eingesetzt werden, Bei den meisten der bekannten Lautsprechertypen wird als schallabgebendes Element eine Membran, d.h. eine Platte mit sehr geringer Schichtdicke, verwendet.
Ein bekannter Lautsprechertyp ist der elektrostatische Lautsprecher, der für spezielle Anwendungen, beispielsweise als Hochtonlautsprecher eingesetzt wird. Hierbei werden zwei beabstandete flächige Elektroden e- iektrisch kontaktiert, mit einem entsprechend gestalteten Audio-Verstärker verbunden und eine entsprechende Tonfrequenzwechselspannung angelegt, Die dabei verwendeten Elektroden können als Folie ausgebildet sein.
Der Aufbau des elektrostatischen Lautsprechers entspricht somit dem eines Kondensators. Dabei kann die Lautsprechermembran zwischen den beiden Elektroden liegen und durch das elektrische Feld gesteuert werden; sie kann aber auch eine der Elektroden sein. Nach dem elektrostatischen Prinzip stoßen sich zwei Elektroden mit gleicher Ladung ab, dage- gen ziehen sich zwei Elektroden mit ungleicher Ladung an. Wird an die Elektroden eines elektrostatischen Lautsprechers eine Spannung angelegt, ist die Spannungshöhe ein Maß für die Auslenkung der Elektroden , Eine hohe Spannung verursacht eine große Auslenkung, eine niedrige Spannung eine kleine Auslenkung . Durch Änderung der Polarität der elekt- rischen Spannung wird eine Auslenkung in die entgegengesetzte Richtung verursacht. Die Kraft, die auf die Elektroden wirkt, ist dabei nicht linear, sondern proportional dem Quadrat der Spannung. Hierdurch wird eine Membran in Schwingung versetzt und es kommt zu einer Tonerzeugung ,
Ein derartig aufgebauter elektrostatischer Lautsprecher auf Folienbasis kann zwischen den beabstandet angeordneten Elektroden zusätziich beispielsweise eine piezoelektrische Schicht sandwichartig einschließen. Bei dieser Ausführung, welche in WO 2005/086528 Al beschrieben ist, führt das piezoelektrische Material zwischen den leitenden Schichten bei der Anlegung einer veränderlichen Spannung zu einer Schwingung der Oberfläche, Der Nachteil eines solchen Lautsprecheraufbaus liegt in der relativ aufwendigen Herstellung einer solchen piezoelektrischen Schicht zwischen zwei Folien, wobei ein derart aufgebauter Lautsprecher darüber hinaus reiativ empfindlich gegen mechanische Beanspruchung ist.
Ein weiterer elektrostatischer Lautsprecher ist aus der EP 0 883 972 B l bekannt. Dieser elektrostatische Lautsprecher weist eine plattenformige Struktur auf . Dabei ist eine poröse Statorplatte entweder elektrisch leitend oder auf mindestens einer Seite plattiert, um elektrisch leitend zu sein . Darüber hinaus ist mindestens eine bewegliche Membran mit mindestens einer elektrisch leitenden Oberfläche vorgesehen. Der elektrostatische Lautsprecher weist dabei eine Anordnung auf, bei welcher die elektrisch leitenden porösen Statorplatten gegenüber liegend und durch die Membran voneinander getrennt a ngeordnet sind. Aufgrund der Anord- nung mit einer i nnenliegenden Membran ist es erforderlich, dass zumi ndest eine Statorplatte porόs ist, damit die Schallwellen den elektrostatischen Lautsprecher verlassen können .
Der in der EP 0 883 972 B l beschriebene elektrostatische Lautsprecher ist dahingehend von Nachteil, als dass es durch die poröse Statorplatte zu Interferenzen und dadurch zu einer eingeschränkten SchalMeistung kommen kann.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lautsprecher auf Folienbasis, welche In der Art eines Kondensators aufgebaut sind, weisen darüber hinaus eine Reihe von weiteren Nachteilen auf. So müssen beide gegenüberstehenden Folienelektroden mit einem elektrischen Anschluss versehen sein, wobei jedoch zumindest die ais Membran vorgesehene Folienelektrode sich bewegen muss. Da der elektrische Anschluss dieser als Membran ausgebildeten Folienelektrode jedoch im Allgemeinen feststehend ist, ist die Beweglichkeit der Folienelektrode zumindest eingeschränkt. Hierdurch werden bei dem Betrieb des Lautsprechers Oberweilen erzeugt. Diese Oberwellen erzeugen unerwünschte Verzerrungen der akustischen Signale und erhöhen somit den Klirrfaktor, welcher ein Maß für die Qualität des erzeugten Tons darstellt.
Da im Allgemeinen eine der Folienelektroden beweglich und die andere Folienelektrode in einem entsprechenden elektrostatischen Folieπlaut- sprecher feststehend, also fixiert, angeordnet sind, müssen beide Folien- elektroden im Allgemeinen mit einer anderen Anεchlusstechnik versehen sein, was eine Herstellung entsprechender Folienlautsprecher umständlich und kostenintensiv macht.
Darüber hinaus sind beide Folienelektroden elektrisch kontaktiert und mit einer Spannung von bis zu mehreren Tausend Volt belegt. Um Benutzer entsprechender Folienlautsprecher zu schützen, sind daher die entsprechenden Elektroden auf Folienbasis mit entsprechenden Schutzvorrichtungen, wie beispielsweise Gittern, zu versehen, so dass ein Benutzer entsprechender Folienlautsprecher die unter Spannung stehenden Folien- elektroden weder bewusst noch unbewußt berühren kann, Die hierbei verwendeten Abschirmungen führen jedoch dazu, dass der Folieniaut- sprecher insgesamt relativ dick ausgebildet ist.
Darüber hinaus werden zur Abschirmung der spannungsführenden Foüen- elektroden häufig Gitter verwendet, welche den erzeugten Schall zwar durchlassen, gleichzeitig jedoch zumindest partiell eine Schailretlexion sowie gegebenenfalls Interferenzen bewirken, wenn der Schall an den jeweiligen Gittern gebeugt wird, Dieses führt insgesamt zu einer unerwünschten Reduktion der Schailleistung und zu einer Verringerung der Güte des Schallsignals,
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatischen Foüenschaliwandler zur Verfügung zu stellen, welcher vorzugsweise ein einfaches Anschließen der Elektroden ermöglicht. Insbesondere soll der Anschluss der Foiien- elektroden so ausgebildet sein, dass durch den Anschluss der Elektroden vorzugsweise keine Oberwellen erzeugt werden.
Darüber hinaus sollte der elektrostatische Folienschallwandler vorzugswei- se eine hohe Sicherheit gegen Berührung aufweisen, ohne dass die schallabgebende Foiienkonstruktion gleichzeitig zu dick beziehungsweise nachteilig für eine Schallabgabe ausgebildet ist.
Darüber hinaus soll der erfindungsgemäße elektrostatische Folienschall- wandler rationell in großen Stückzahlen zu fertigen sein.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen elektrostatischen Folienschallwandler, der mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete flächige Elektroden sowie mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht umfasst, weiche elektrisch nicht mit diesen flächigen Elektroden verbunden ist und welche flächig und im Wesentlichen parallel zu den beiden lateral beabstandet angeordneten Elektroden vorgesehen ist, wobei die mindestens zwei lateral angeordneten flächigen Elektroden elektrisch kontaktiert sind, Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „im Wesentlichen parallel" verstanden, dass der Winkel, welcher zwischen der Ebene, welche durch die mindestens zwei lateral beabstandet angeord¬ neten Elektroden gebildet wird, und der Ebene, welche durch die elektrisch leitfähige Schicht gebildet wird, höchstens 45°, vorzugsweise höchstens 35°, besonders bevorzugt höchstens 25°, insbesondere höchstens 15°, speziell höchstens 10°, noch spezieller höchstens 5°, beträgt. im Sinne der Erfindung umfαsst ein Folienschαllwαndler:
- ein vorzugsweise flächiges Substrat, vorzugsweise eine polymere Folie,
- mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete flächige Elektroden, - mindestens eine Zwischenschicht,
- eine elektrisch leitfähige Schicht, die entweder als floatende oder geerdete Elektrode ausgeführt sein kann, als Mittenelektrode.
Die Mittenelektrode, die entweder als floatende, also nicht kontaktierte und galvanisch von den Elektroden getrennte, oder geerdete Elektrode ausgeführt sein kann, ist für die Funktion des FolienschailwandSers in der Art notwendig, den gesamten Druckschichtenaufbau in sich selbst zum einen durch elektrostatische Wechselwirkungen oder zum anderen durch piezoelektrische Effekte zum Schwingen zu bringen. Eine Kombination e- lektrostatischer Wechselwirkungen und piezoelektrischer Effekte ist ebenfalls möglich . Elektrotechnisch betrachtet liegt die Mittenelektrode zwischen den beabstandet angeordneten flächigen Elektroden; elektrotechnisch betrachtet ergibt sich somit die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren mit der Mittenelektrode in der Mitte.
Dabei ist der erfindungsgemäße eiektrostatische Folienschallwandler im Wesentlichen wie folgt aufgebaut:
Ausführungsform 1:
ein vorzugsweise flächiges Substrat, vorzugsweise eine polymeren Folie,
- darauf mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete flächige Elektroden, - darauf mindestens eine Zwischenschicht, darauf die Mittenelektrode;
oder Ausführungsform II:
- ein vorzugsweise flächiges Substrat, vorzugsweise eine polymere Folie, als Zwischenschicht,
- mit mindestens zwei auf einer Seite der Zwischenschicht lateral beabsfandet angeordneten flächigen Elektroden, - die Mittenelektrode auf der anderen Seite der Zwischenschicht,
Die flächigen Elektroden, die Zwischenschicht, soweit sie nicht wie in der Ausführungsform Il durch das Substrat gebildet wird, und die Mittenelektrode werden erfindungsgemäß bevorzugt durch Drucktechnik, insbesondere Tiefdruck und/oder Siebdruck, und/oder Rakeltechnik und/oder Spraytechnik und/oder Dispensertechnik und/oder InkJet- Verfahren hergestellt.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt werden die Schichten durch Siebdruck hergestellt. -
In der Ausführungsform I kann auch das Substrat derart mit einer weiteren Schicht versehen werden bevor die Elektroden aufgebracht werden, dass das ursprüngliche Substrat nach der Fertigstellung der Schichten entfernt werden kann,
Weiterhin kann zur • Herstellung der Ausführungsform I auf ein ursprüngliches Substrat, vorzugsweise drucktechnisch, zuerst die Mittenelektrode, dann mindestens eine Zwischenschicht, dann mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete flächige Elektroden und anschließend eine als eigentliches Substrat dienende Schicht aufgebracht werden, wobei das ursprüngliche Substrat nach der Fertigstellung der Schichten entfernt werden kann.
Durch diesen Aufbau des erfindungsgemäßen elektrischen Folienschallwandlers, welcher sich grundlegend von den Folienschallwandlern des Standes der Technik unterscheidet, lassen sich die oben genannten Nachteile des Standes der Technik lösen.
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA /EP Erfindungsgemάß und im grundlegenden Unterschied zum Stand der Technik werden nämlich nunmehr nicht zwei gegenüberiiegende flächige und zueinander bewegliche Elektroden in der Art eines Kondensators mit einer speziellen Zwischenschichtkonstruktion angeordnet, sondern es werden mindestens zwei lateral benachbart angeordnete flächige Elektroden gewählt und eine beabstandete elektrisch leitfähige schallgeben- de Elektrode verwendet. Dabei befinden sich die mindestens zwei elektrisch leitfähigen Elektroden zusammen auf einer Seite der elektrisch leitfähigen schallabgebenden Folie.
Durch diesen Aufbau ist es beispielsweise möglich, die zumindest zwei vorgesehenen lateral angeordneten Elektroden mit der gleichen Anschlusstechnik zu belegen, wodurch sich der Folienlautsprecher ieichter und kostengünstiger bauen lässt,
Darüber hinaus sind die zumindest zwei vorgesehenen lateral angeordneten Elektroden feststehend. Daher ist der Anschluss dieser zumindest zwei lateral angeordneten Elektroden einfacher als bei Folienelekfroden, bei welchen sich die Elektroden bewegen, Ferner besteht ein geringeres Problem hinsichtlich der Bildung von Oberwellen (Klirrfaktor).
Da die Mittenelektrode zwar elektrisch leitfähig, jedoch nicht spannungsführend sein muss, kann der Anwender des erfindungsgemäßen Folien- schallwandlers die schallabgebende Folie, ohne die Gefahr eines elekt- rischen Schlages berühren. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die Seite des erfindungsgemäßen Folienschallwandlers mit der Mittenelektrode beispielsweise durch ein Gitter zu schützen.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Folienschaliwandler relativ dünn ausgebildet werden, da eine umfangreiche Isolierung der Anordnung nicht erforderlich ist.
Durch die Möglichkeit, den gesamten Folienschallwandler drucktechnisch, insbesondere Siebdrucktechnisch herzusteiien, kann dieser stan- dαrdisiert und reproduzierbar schnell und kostengünstig in großen Stückzahlen hergesteift werden .
Besondere Ausgestaltung des erfindunasaemäßen Folienschallwandlers
Die Größe und Form der jeweiligen Elektroden sowie der Mittenelektrode können in weiten Bereichen variieren und unterliegen im Aligemeinen keiner Beschränkung. Dem gemäß können die Eiektroden und die Mittenelektrode in ihrer jeweiligen Größe dem Verwendungszweck des erfin- dungsgemäßen Folienschallwandiers angepasst werden. Auch das Größenverhältnis von Elektroden zu elektrisch leitfähiger schallgebender Folie kann variieren .
So ist es in einer ersten Ausführungsform möglich, dass die additive Flä- che der mindestens zwei Elektroden größer ist als die Fläche der elektrisch leiffähigen schaüabgebenden Folie, d .h. dass die mindestens zwei Elektroden seitlich die Mittenelektrode überragen ,
In einer zweiten Ausführungsform ist es möglich, dass die additive Fläche der mindestens zwei Elektroden kleiner ist als die F läche der elektrisch leitfähigen schallabgebenden Elektrode, d. h. dass die Miftenelektrode seitlich die zwei Elektroden überragt.
In einer dritten Ausführungsform ist es möglich dass die additive Fläche der mindestens zwei Elektroden im Wesentlichen gleich ist der Fläche der elektrisch leitfähigen schallabgebenden Folie.
Von den zuvor genannten Ausführungsformen ist diejenige bevorzugt, in welcher die Flächen der zumindest zwei Elektroden und der Mittenelekt- rode im Wesentiichen gleich groß sind. Falls die Fläche der zumindest zwei Elektroden kleiner als die Fläche der elektrisch leitfähigen Elektrode ist, so kann nur eine geringere Schaliieistung erzeugt werden, während bei einer größeren Fläche der mindestens zwei Elektroden im Vergleich zur Fläche der Mittenelektrode Oberwellen entstehen können. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Folienschallwandlers können als einzelne Elemente wie zum Beispiel die lateral beabstandet angeordneten Elektroden oder aber auch die Mittenelektrode aus beschichteten Folien oder aus mehrfachen Schichtfolgen in Form von Extrusionen und Koextru- sionen und Laminationsvorgäπgen gebildet werden.
Lateral angeordnete Elektroden
Erfindungsgemäß sind in dem schallabgebenden Element mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete Elektroden vorgesehen. Unter dem Begriff „latera! beabstandete Elektroden" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Elektrodenanordnung verstanden, in welcher die E- lektroden benachbart so vorgesehen sind, dass sie auf der gleichen Seite der Mittenelektrode liegen, d.h. dass insbesondere keine weitere Schicht zwischen den lateral beabstandeten Elektroden vorgesehen ist.
Der Abstand zwischen den lateral beabstandet angeordneten Elektroden sollte zumindest so gewählt werden, dass die Spannungsfestigkeit gegeben ist und keine Spannung überschlägt.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Folienschallwandlers sind die mindestens zwei lateral beabstandet angeordneten flächigen Elektroden mit einem Audio-Verstärker verbunden. Der Audio-Verstärker ist eine Audio-Quelle für eine beliebige Wechselspannung, welche geeignet ist, die zu erzeugenden Audiofrequenzen in Form von variabler Spannung auf die jeweils angeschlossenen Elektroden zu übertragen und das elektrische Feld in dem Folienschallwandler entsprechend zu modulieren,
Dabei kann im Allgemeinen an den zumindest zwei laterai beabstandet angeordneten Elektroden eine erdfreie Tonfrequenzwechselspannung angelegt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass an den zumindest zwei lateral beabsfandet angeordneten Elektroden eine geerdete Tonfrequenzwechselspannung angelegt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich zu der Tonfrequenzwechselspannung eine Bias-Spannung an¬ gelegt, wodurch sic h der Schallpegel erhöhen lässt. Unter einer Bias- Spannung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Gleichspan- nung im Sinne einer Vorspannung verstanden .
Hierbei kann eine Biasgleichspannung von > 500V, vorzugsweise > 1 000V, zwischen den leitenden Schichten angelegt werden, wobei eine Audiospannung mit einer maximalen Spannungsamplitude von > 200 Volt an- gelegt werden kann . Selbstverständlich ist dabei zu beachten, dass die maximale Spannungsamplitude der Audiospannung immer geringer bleibt als die angelegte konstante Hochspannung .
Die mindestens zwei lateral beabstandet angeordneten flächigen Elekt- roden werden mit elektrischen Anschlüssen ausgeführt. Dabei sollte vorzugsweise auf eine ausreichende elektrische Isolation und auf die Leitungsführung der Anschlüsse beziehungsweise der Anbindung an den Audioverstärker geachtet werden .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der elektrostatische Folienschallwandler einstückig mit der Ansteuerelektronik des Audio- Verstärkers und/oder der Bias-Spannung ausgebildet sein . In diesem Fall kann die entsprechende Ansteuerelektronik des Audio-Verstarkers und/oder der Bias-Spannung auf einem Substrat vorgesehen sein, wel- ches auch den elektrostatischen Folienschallwandler trägt, also beispielsweise einstύckig mit den mindestens zwei lateral angeordneten E- lektroden verbunden Ist. Als Substrate kommen in diesem Fall vorzugsweise Leiterplatten und/oder Piatinen in Frage, welche auch als Substrat für den elektrostatischen Folienschallwandler dienen können .
Die Elektroden selbst können rechteckig, gerundet, spiralförmig oder kammartig ausgebildet sein, wobei jedoch auch weitere Formen oder Kombinationen von Formen möglich sind. Entsprechende Formen sind in den Abbildungen 1 bis 3 dargestellt: Abbildung 1 : rechteckige Ausgestaltung Abbildung 2: gerundete Ausgestaltung Abbildung 3: spiralförmige Ausgestaitung,
Die geometrische Ausbildung der zumindest zwei lateral angeordneten Elektroden sollte vorzugsweise so erfolgen, dass der direkte Abstand der Elektroden wesentlich größer als der Abstand zu der elektrisch leitfähigeπ Schicht ist und wird in der praktischen Ausführung im Millimeterbereich bis Zentimeterbereich gewählt, während der Abstand der Elektroden zu der elektrisch leitfähigen Schicht im Bereich von einigen Hundertstel mm bis 10 mm betragen kann.
Bei der elektrischen Kontaktierung der Elektroden sollte darauf geachtet werden, dass relativ hohe Spannungen mit sehr geringen Strömen ver- wendet werden . Allerdings sollte die Kontaktstellen gut isolierend abgeschlossen beziehungsweise bedeckt werden, damit keine Oberflächen- kriechströme aufgrund von Luftfeuchtigkeit und Staub oder sonstigen Kontaminationen entstehen können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein elektrostatischer Folien- schallwandler auch mehrfach Elektroden-Paare aufweisen und diese können nur über eine Audioqueiie beziehungsweise Tonfrequenzwechselspannung gespeist werden oder aber über mehrere beziehungsweise mit Tonfrequenzwechselspannungen mit unterschiedlicher Phasenlage.
Die lateral angeordneten flächigen Elektroden inklusive der Anschlüsse können mit einer vorzugsweise luftblasendichten Isolationsschicht abgedeckt werden. Bei dieser Isolationsschicht handelt sich um eine Schicht, die vorzugsweise eine höhere Durchschlagsfestigkeit als Luft aufweist. Diese Isoiationsschicht kann in flüssiger Form mittels Drucktechnik oder Rakeltechnik oder Spraytechnik oder Dispensertechnik oder in Form einer dünnen Folie appliziert werden. Als Isolationsschicht kann beispielsweise ein aus der Platinenfertigung bekannter Lack verwendet werden.
Grundsätzlich kann auch eine Folie mit rückseitigen Elektroden verwendet werden. Die lateral angeordneten Elektroden sollten vorzugsweise sehr gut und lufteinschlussfrei mit der Isolationsschicht abgedeckt sein, da die Tonfrequenzwechselspannüng beziehungsweise eine Bias-Spannung eine gute dielektrische gleichbleibende isolierende Abdeckung der Elektroden erfordert.
Mittenelektrode
Die Mittenelektrode, die entweder als floatende oder geerdete Elektrode ausgeführt sein kann, welche über den beiden lateral beabstandet angeordneten Elektroden angeordnet ist, ist in der Form einer Schicht ausgebildet, wobei diese Schicht elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
Die Mittenelektrode kann geerdet oder nicht geerdet sein. Aus Sicherheitsgründen ist es bevorzugt, die Mittenelektrode geerdet auszubilden.
Die Flächenleitfähigkeit der Mittenelektrode ist abhängig von dem schallabgebenden Element und kann bei kleinflächigen Elementen mehr als 2.000 Ohm/Quadrat und bei großflächigen Elementen weniger als 500 Ohm/Quadrat betragen, Vorzugsweise beträgt die Flächenleitfähigkeit weniger als 2.000 Ohm/Quadrat, insbesondere weniger als 1 .000 Ohm/Quadrat.
Die elektrische Leitfähigkeit der Mittenelektrode kann auf unterschiedliche Weise erhalten werden. So kann beispielsweise eine elektrisch leifä- hige Schicht auf einem, entsprechenden Folienmaterial, beispielsweise durch eine vakuumtechnische Beschichtung, bereitgestellt werden. Dar- über hinaus ist es jedoch auch möglich, die Mittenelektrode durch Walztechnik oder durch Galvanotechnik herzustellen. Alternativ ist es darüber hinaus möglich, die Mittenelektrode drucktechnisch mit ein-er elektrisch leitfähigen Druckpaste herzustellen, Die Druckpaste kann dabei auf einer Paste basieren, die mit Metallen und / oder anderen elektrisch leitfähi- igen Füllstoffen versetzt ist, Bevorzugt sind dabei Silberpasten, Kupferpasten, CNT-enthaltende Pasten (CNT = Carbon-Nano-Tubes), intrinsisch e- lektrisch leitfähige Polymere, Pasten, die intrinsisch leitfähige Polymere enthalten, oder die Kombination aus zwei oder mehreren der genannten
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Druckpαsten. Weitere Auftrαgungsverfαhren für die elektrisch leitfähige Schicht • sind zum Beispiel sogenannte Sputter-Verfahren, Siebdruckverfahren, InkJet-Verfahren oder Tiefdruckverfahren,
Auch die Verwendung eines Folienmaterials aus einem elektrisch leitfähigen Material (beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Polymer) ist möglich. Entsprechende leitfähige Polymere werden weiter unten beschrieben,
Bevorzugte leitfähige Polymere sind leitfähige Polythiopheπe, insbesondere leitfähige Polyalkylendioxythiophene. Die Herstellung ist beispielsweise beschrieben in DE 41 18 704 und EP 0 339 340. Ein bevorzugtes leitfähiges Polymer ist 3,4-Polyethylendioxythiophen. Ein geeignetes Handelsprodukt ist Clevios® P von H. C. Starck, eine wässrige Dispersion mit 0,5 Gew.% 3,4-Polyethylendioxythiophen (PEDOT) und 0,8 Gew.% Polyst- rolsulfonat (PSS), Weitere bevorzugte intrinsisch leitfähige Polymere sind leitfähige Polyaniline, z.B. Versicon® (Allied Signal), ein Polyanilin mit einer Leitfähigkeit von 2-4 S/cm oder Ormecon® (Zipperling Kessler & Co),
Druckpasten, die Silber, andere Metalle, Kohlenstoff, Nanoteilchen, leitfähige Polymere und / oder andere elektrisch leitende Materialien enthalten, sind kommerziell erhältlich und dem Fachmann bekannt, So können beispielsweise Pasten der Agfa Gevaert GmbH, insbesondere die EL-P3000 Serie, die EL-P4000 Serie, die EL-P5000 Serie und die EL-P6000 Serie, sowie die von Ormecon L5000, L5001 , L5002, L5003, L5004, L5005, L5006, L5007 oder 6510- 108-005 genannten Pasten, oder auch mit Silber, anderen Metallen, Kohlenstoff oder anderen elektrisch leitfähigen Materialien gefüllte Pasten, wie beispielsweise Luxprint 8144, 7152, 7162, 9145, 7102, 7105, 5000 oder 7164 von DuPont de Nemours and Company, die als Electrodag bezeichneten Pasten von Acheson Industries Ltd,, wie beispielsweise Electrodag PF-41 0, 725A, 418 SS, PF- 407C oder 965 SS, oder Pasten mit der Bezeichnung L5000, L5001 , L5002, L5003, L5004, L5005, L5006, L5007, L5008W oder 6510-108-005 von Ormecon GmbH, sowie leitfähige Beschichtungs- oder Druckfarbensysteme von Panipol OY verwendet werden.
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Neben fertig formulierten kommerziell erhältlichen Pasten zur Herstellung elektrisch leitfähiger Beschichtungen können erfindungsgemäße Pasten auch selbst formuliert werden, Erfindungsgemäß bevorzugt werden zur Formulierung einer Druckpaste zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 10 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 60 GΘW.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Paste, Clevios P, Clevios PH, Clevios P AG, Clevios P HCV4, Clevios P HS, Clevios PH, Clevios PH 500, Clevios PH 510 oder beliebige Mischun- en davon verwendet, Als Lösemittel können Dimethylsulfoxid (DMSO), N, N- Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid, Ethylenglykol, Glycerin, Sorbitol, Methanol, Ethanol, Isopropanol, N-Propanol, Acton, Methylethyl- keton, Dirnethylaminoethanol, Wasser oder Gemische aus zwei oder drei oder mehreren der genannten Lösemittel verwendet werden, Die Menge an Lösemittel in der Paste kann in weiten Bereichen variieren, So können in einer erfindungsgemäßen Formulierung einer Siebdruckpaste 55 bis 80 Gew,-% Lösemittel enthalten sein, während in einer anderen erfindungsgemäßen Formulierung etwa 35 bis 80 Gew.-% eines Lösemittelgemischs aus zwei oder mehr Lösemitteln verwendet werden. Weiterhin können als Greπzflächenadditiv und Haftaktivator Silquest Al 87, Neo Rez R986, Dynol 604 und/oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Substanzen enthalten sein. Deren Menge beträgt vorzugsweise 0,3 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Siebdruckpaste.
Weiterhin kann der Paste ein Bindemittel zugegeben werden, bevorzugt als wässrige Emulsion. So kann beispielsweise Bayderm UD-85 von Lanxess oder eine wässrige Suspension eines Polyurethans von Bayer Materia! Science verwendet werden, beispielsweise Bayhydrol 850. W, Bayhydrol A 145, Bayhydrol A 242, Bayhydrol B 1 30, Bayhydrol Dl 55, Bayhydrol D 270,
Bayhydrol D 356, Bayhydrol F 245, Bayhydrol FT 145, Bayhydrol PR 1 35,
• Bayhydrol P240, Bayhydrol P340/1 , Bayhydrol PR 241 , Bayhydrol PT 355,
Bayhydrol PT 475 sowie Bayhydrol UV 2282 oder die NeoRez® genannten wässrigen Urethandispersionen von DSM NeoResins B, V. oder Mischungen aus zwei oder mehr der genannten Bindemittel, Diese Bindemittel werden vorzugsweise in Mengen von etwa 0,5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 20 Gew.-% eingesetzt,
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/ EP Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte Formulierung einer Druck- pasie zur Herstellung der teilweise transparenten Elektrode enthält:
Nachdem diese Elektrodenmaterialien auf ein entsprechendes Substrat aufgebracht wurden, werden sie anschließend bei Temperaturen von beispielsweise 80 bis 1 20 0C getrocknet.
Ferner fassen sich auch Indium-Zinn-Oxid-Materialien (ITO) auf dem ent- sprechenden Substrat auftragen, so dass eine entsprechende Elektrode ausgebildet wird. Weiterhin können Schichten elektrisch ieitender Materialien auf Basis von ATO appliziert werden. Hierbei handelt es sich um Antimon-Zinn-Oxide.
Wenn eine CNT-haltige Druckpaste verwendet wird, so enthält diese Paste Teilchen mit Nanostrukturen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff der „Teilchen mit Nanostrukturen" naπoskalige Materialstrukturen verstanden, welche ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Single-Wall-Carbon-Nano-Tubes (SWCNTs), Multi-Walt-Carbon- Nano-Tubes (MWCNTs), Nanohorns, Nanodisks, Nanocones (d. h . kegel- mantelförmige Strukturen), metallischen Nanowires und Kombinationen der zuvor genannten Teilchen . Entsprechende Teilchen mit Nanostrukturen auf der Basis von Kohlenstoff können beispielsweise aus Kohlenstoff- nanoröhrchen (einschalige und mehrschalige), Kohlenstoffnanofasem (fischgräten-, blättchen-, schraubenartige) und dergleichen bestehen . Kohlenstoffnαnoröhrchen . werden international auch als ' Carbon Nanotubes (single-walled und multi-walled) und Kohlenstoffnanofasern als Carbon Nanofibers (herringbone, platelet-, screw-Typ) bezeichnet.
Hinsichtlich metallischer Nanowires wird auf die WO 2007/022226 A2 verwiesen, deren Offenbarung hinsichtlich der dort offenbarten Nanowires durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung eingeschlossen ist. Die in der WO 2007/022226 A2 beschriebenen elektrisch gut leitenden und weitgehend transparenten Silber-Nanowires sind für die vorliegende Erfindung insbesondere geeignet.
Durch die Verwendung von Teilchen mit Nanostrukturen kann derart die elektrische Leitfähigkeit geeignet gestaltet werden beziehungsweise kann derart die Flexibilität und Unempfindlichkeit gegenüber einer Haarrißbildung in den Leitschichten verbessert werden, d.h. eine geeignete Elastizität (gekennzeichnet durch den Materialkennwert E- Mpdul) erreicht werden.
Wenn die Mittenelektrode aus einem Metall gebildet wird, so wird in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Material für die elektrisch leitfähige Schicht Aluminium verwendet. Aluminium ist ein leichtes Metall, welches die Schwingungen des Folienschallwandlers nicht, stört und gleichzeitig leicht auf ein Folienmaterial aufgedampft werden kann.
Wenn ein Folienmaterial verwendet wird, auf welches beispielsweise ein Metall wie Aluminium aufgebracht wird, so kann dieses Folieπmateria! beispielsweise aus einem thermoplastischen Material aufgebaut sein. Eine entsprechende polymere Folie kann insbesondere auch dann verwendet werden, wenn eine graphische Gestaltung des Folienschallwandlers vorgesehen ist. In diesem Fall kann die graphische Gestaltung auf • der polymeren Folie vorgesehen sein. Dabei kann die graphische Gestal- tung der polymeren Folie nur auf eine Seite der Folie oder aber auch auf beiden Seiten der Folie erfolgen. Eine graphische Gestaltung kann zum
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/ EP Beispiel durch Siebdruck oder InkJet erfolgen. Auch ist eine Prägung der Folie möglich ,
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das thermoplastische Material der Folie ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polycarbonat (PC), orientiertem Polypropylen (OPP), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET) , Acrylnitril-Butadiene-Styrol- Kautschukf ABS), Polyvinylfluorid (PVF), Polymethylmethacrylat (PMMA), Po- lyethylen (PE), biaxia! orentiertes Polypropylen (BOP) und Polyimid (PI). Be- sonders bevorzugt sind Folien aus Polypropylen und Polycarbonat, gegebenenfalls in Kombination mit einer Metall-Beschichtung, beispielsweise einer Aluminium-Besc hichtuπg . Die elektrisch leitfähige Schicht kann darüber hinaus auch auf ein entsprechendes Folienmaterial aufgeklebt werden.
Die Anforderungen an die verwendeten Kleber bestehen in der guten und langlebigen Verbindung der Klebepartner bei möglichst dünnem Materialauftrag . Grundsätzlich können dabei lösemittelhaltige Klebesysteme, 2- komponentige Klebesysteme als auch reaktive oder teilreaktive Klebesys- ferne oder Heißschmelzklebesysteme verwendet werden,
In einer weiteren Ausführungsform der Mittenelektrode kann diese vakuumtechnisch mittels Sputtertechnik. oder Aufdampftechnik, insbesondere auf Basis von Aluminium, hergestellt werden oder es kann eine gewalzte oder galvanotechnisch aufgebaute dünne Aluminiumschicht beziehungsweise Aluminiumfolie verwendet werden ,
Ein Träger, vorzugsweise eine polymere Folie, kann für die Mittenelektrode auch ohne Beschichtung verwendet werden, wenn er selbst bereits elekt- risch leitfähig ausgebildet ist.
Intrinsisch leitfähige Polymere sind in der Regel ethylenisch ungesättigt und konjugiert, wodurch ein leichter Ladungstransport im Polymermolekül möglich ist. Derartige Polymere werden auch als organische Metalle be- zeichnet. Sie weisen eine Leitfähigkeit von mindestens 1 0'5, vorzugsweise von mindestens 1 0"2, besonders bevorzugt von mindestens 1 Siemens/cm auf. Geeignete intrinsisch leitfähige Polymere sind beispielsweise ausgewählt aus Polymeren auf Basis von Poiyanilin , Polya nisidin, Polydipheny- lamin, Polyacetylen, Polythiophen, Pofythiopren, Polythienyienvinylen , Bithiophen, Pofypyrrol und Polycroconain und deren Derivaten. Derartige Polymere werden häufig mittels Dotierung elektrisch leitfähig gemacht. Dies kann chemisch oder elektrochemisch erfolgen . Durch Behandlung mit Oxidationsmitteln wie Jod, Natriumperoxydisulfat oder Brom oder einer starken Säure werden geeignete Polymere teilweise oxidiert und da- durch elektrisch leitend. Andere Polymere können durch teilweise Reduktion mit Reduktionsmitteln elektrisch leitfähig gemacht werden . Diese Verfahren sind aligemein bekannt. Die Herstellung von intrinsisch leiffähigem Poiyanilin und Polypyrrol ist beispielsweise in der EP 0 539 1 23 beschrieben . Geeignete Polymere sind z. B . Polyradikalkationen . Für eine erhöhte Stabilität der Formulierungen empfiehlt es sich, dass die Polyradikalkationen in Kombination mit polymeren anionischen Verbindungen (Polyanio- nen) eingesetzt werden und die Zusammensetzungen keine weiteren kationischen Substanzen enthalten, deren Gegenionen um die Polyanionen konkurrieren und zu Ausfällungen führen .
Der Träger, vorzugsweise eine polymere Folie, auf den die Mittenelektro- de aufgebracht wird oder die als Mittenelektrode dient, weist vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 500 μm, besonders bevorzugt 1 0 bis 200 μm, insbesondere 1 5 bis 1 00 μm, auf .
In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass die Mittenelektrode insgesamt aus drei oder mehreren Schichten besteht, wobei mindestens eine Schicht elektrisch ieitfähig ausgebildet ist.
Die Mitteπelektrode kann geerdet oder nicht geerdet sein . Schicht zwischen den mindestens zwei lateral beabstandet angeordneten Elektroden und der Mitteneiektrode: Zwischenschicht
Der erfϊndungsgemaße elektrostatische Folienschallwandler weist zwi- sehen den mindestens zwei lateral beabstσndet angeordneten flachigen Elektroden und der Mitteneiektrode vorzugsweise mindestens eine weitere Schicht auf. Diese Schicht ist elektrisch nicht leitend ausgebildet (dielektrische Schicht) , Bei dieser Schicht kann es sich auch um Luft handein .
Entscheidend ist es, dass diese Schicht so ausgebildet ist, dass es zu keinem elektrischen Kontakt zwischen den lateral angeordneten Elektroden und der Mittenelektrode kommt.
I n einer ersten Ausgestaltung der Schicht weist der erfindungsgemaße elektrostatische Folienschallwandler eine Schicht auf, die luftdurchlässig ausgebildet ist.
In einer zweiten Ausgestaltung der Schicht weist der erfindungsgemaße elektrostatische Folienschallwandler eine Schicht auf, die elastisch komp- π mierbar ist.
In einer dritten Ausgestaltung der Schicht weist der erfindungsgemaße elektrostatische Folienschailwandler eine Schicht auf, die unpolare und poiare Eigenschaften aufweist, also eine Schicht die Elektreteigenschaf- ten aufweist. Unter einem Elektret wird im Rahmen der vorliegenden Er¬ findung ein elektrisch isolierendes Material verstanden, das quasipermanent gespeicherte elektrische Ladungen und/oder quasi- permanent ausgerichtete elektrische Dipole enthalt und som it ein quasipermanentes Feld in seiner Umgebung und/oder in seinem In neren er- zeugt.
In einer vierten Ausgestaltung sind die zuvor in der ersten bis dritten Ausgestaltung erwähnten Merkmale beliebig kombiniert Unabhängig von den oben dargestellten und bevorzugt vorhandenen Eigenschaften der Schicht, wird diese vorzugsweise als eine Schaum¬ schicht, ein Flies oder ein elastisches Siebdruckgebilde, eine Siebdruckschicht, ausgebildet, wobei durch Wahl geeigneter Materialien die oben genannten und bevorzugten Eigenschaften der Schicht erreicht werden. Beispielsweise kann diese elektrisch nicht leitende Schicht somit als elastischer Schaum ausgebildet sein. Grundsätzlich ist hierbei sowohl ge- schlossenporiger als auch offenporiger Schaum verwendbar, jedoch ist offenporiger Schaum hinsichtlich des zur Klangverbesserung notwendigen Druckausgleiches günstiger.
Des Weiteren kann auch die nichtleitende Zwischenschicht als elastisches textiles Flächengebilde aus einzelnen Fasern ohne Füllstoff, einem sogenannten Nonwoven-Materiai, ausgebildet sein. Es wird dabei darauf hin- gewiesen, dass es sich bei diesem Nonwoven-Material vorzugsweise nicht um Papier handelt, da das Papier mit großen Anteilen von nichtelastischem Füllstoff versehen und damit nicht geeignet ist,
Die Schicht in dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Folienschall- wandler kann eine Dicke von 20 μm bis 10 mm, besonders bevorzugt 30 μm bis 200 μm, aufweisen.
Zur Herstellung einer isolierenden Schicht für die dritte Ausgestaltung der Schicht (Schicht, die Elektreteigenschaften aufweist) können kommerziell erhältliche Pasten verwendet werden mit denen eine elektrisch isolierende Beschichtung beispielsweise im Siebdruckverfahren hergestellt werden können sowie selbst formulierte Pasten . Diese enthalten ein Bindemittel und einen oder mehrere organische oder anorganische Füllstoffe. Ferner können diese Pasten mit einem oder mehreren Lösungsmitteln und einem oder mehreren beliebigen Additiven versehen werden. Besonders geeignet sind dabei im Sinne der Erfindung Pasten, deren Bestandteile unter anderem Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante sind. Eine hohe Dielektrizitätskonstante kann beispielsweise durch einen anorganischen Füllstoff erreicht werden oder / und durch die Auswahl eines ge- eigneten Bindemittels, Mögliche anorganische Füllstoffe sind solche, die seibst eine hohe Elektrizitätskonstante haben, Es können BaTiO3, SrTiO3, KNbO3, PbTiO3, LaTaO3, LiNbO3, GeTe, Mg2TiO4, Bi2(TiO3J3, NiTiO3, CaTiO3, ZnTiO3, Zn2TiO4, BaSnO3, Bi(SnO3)3, CaSnO3, PbSnO3, MgSnO3, SrSnO3, ZnSnO3, BaZrO3, CaZrO3,
5 PbZrO3, MgZrO3, SrZrO3, ZnZrO3 sowie TiO2 oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Füllstoffe eingesetzt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt sind BaTiO3 oder PbZrO3 oder Mischungen daraus, vorzugsweise in Füllmengen von 5 bis 80 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 70 Θew.-%. Bindemittel mit einer hohen Die-
10 lektrizitätskonstante sind beispielsweise Cyanoresin von Shin Etsu, oder auch PVDF, das beipielsweise von DuPont als fertig formuliertes Bindemittel angeboten wird, Beispielsweise kann man die 8153, 3571 , 501 7A, 501 8, 5036 genannten Pasten zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Isolationsschicht von DuPont verwenden. Weitere kommerziell erhältliche
1.5 Systeme sind Eiectrodag 452 SS und Electrodag PF-455 von Acheson.
Zur Formulierung einer Druckpaste zur Herstellung einer erfindungsgemäßen isolationsschicht können als Bindemittel beispielsweise Ein- oder bevorzugt Zweikomponentenpolyurethansysteme verwendet werden, bei-
20 spielsweise von Rhodia, Degussa (Vestanat, z.B. Vestanat T und B), Sapici, Benasedo, Synthesia, Baxenden, Dow (Markennamen z.B. Vorastar), Acheson, ICI, Hausman und CIBA, Als Rohstoffe für das Bindemittelsystem können Polyether- oder Polyester-Polyole sowie aromatische und aliphatische Diisocyanate verwendet werden oder der Bayer Material Science AG, be-
25 vorzugt Desmodur und Desmophen. Als Lösemittel können beispielsweise Ethylacetat, Butylacetat, 1 -Methoxypropyiacetat-2, Ethoxypropylacetat, Toluol, XyIoI, Solvesso 100, Shellsol A oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösemitte! verwendet werden, Weiterhin können noch Additive wie Verlaufsmittel und Rheologieadditvie zur Verbesserung der
30 Eigenschaften zugefügt werden, Rheologieadditive vermindern das Absetzverhalten von Füllstoffen in der Paste. Derartige Rheologieadditive sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise von BYK oder Elementis. Ais Verlaufsmittel können beispielsweise Additive von Cytec Industries Ine, wie Modaflow Resin oder Additol VXL 4930 oder ein Additiv gemischt mit Lösungsmitteln verwendet werden, bevorzugt 40 bis 60 % Additol XL 480 oder Additol XL 490 in Butoxyl.
Die dielektrische Schicht weist vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 5, bevorzugt mehr als 20, besonders bevorzugt mehr als 50, ganz besonders bevorzugt mehr als 70 aut,
Bevorzugte Pasten für eine Druckpaste zur Herstellung erfmdungεgemäßer Isolationsschichten enthalten beispielsweise:
Eine erfindungsgemäße Schicht die im Siebdruckverfahren mit den oben beschriebenen Pasten hergestellt wird hat eine Schichtdicke von 5 bis 50 μm, bevorzugt 8 bis 40 μm .
Substrat
Der erfindungsgemäße elektrostatische Folienschallwandler ( 1 ) ist in einer bevorzugten Ausführungsform auf einem Substrat angeordnet. Das Substrat kann dabei auf unterschiedliche Art und Weise gebildet sein .
Das Substrat ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es eine entsprechende Masse bzw, Trägheit gegenüber dem von dem elektrostatischen Folienschallwandler erzeugten Schall aufweist. In einer ersten Ausführungsform kann das Substrat die Form eines tapetenhaften Elementes aufweisen, welches beispielsweise mittels Klebetechnik an einem möglichen Wand-, Boden- oder Deckenelement befestigt wird.
Beispielsweise kann gemäß einer einfachen konkreten Ausführung ein solcher elektrostatischer Folienlautsprecher an einem Wandelement befestigt werden, z.B. „auftapeziert" werden. Dabei wird in dieser Basisausführung bereits mit einem extrem dünnen Schichtaufbau von ca. 1 bis 5 mm, insbesondere weniger als 4 mm, und einer Abmessung im Bereich von 0,5 x 0,5 m eine gerichtete Beschallung über mehrere Meter bis zu 100 m und darüber erreicht.
Sollte das Substrat in einer derartigen Ausführungsform an einem Wand-, Boden- oder Deckenelement befestigt sein, ist es nicht zwingend erforderlich, dass das Substrat selbst eine bestimmte Eigensteifigkeit aufweist. Wenn das Substrat keine entsprechende Eigensteifigkeit aufweist, dann sollte jedoch die Masse des Wand-, Boden- oder Deckenelementes, an welchem das Substrat befestigt ist, so groß sein, dass das Substrat in Verbindung mit dem Wand-, Boden- oder Deckenelement eine ausreichende Trägheit gegenüber dem Schall aufweist. Hierdurch wird eine optimale Schallabstrahlung ermöglicht.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Substrat aber auch selbst als eigensteifes bzw. masseträges Element ausgebildet werden. In solch einem Fall ist es möglich, den elektrostatischen Folienschallwandler an einer beliebigen Position, beispielsweise in einem Raum oder auch im Frei- en, anzubringen. In solch einem Fall kann das eigensteife Substrat mit dem entsprechend zugeordneten elektrostatischen Folienschallwandler mittels Befestigungsvorrichtungen, wie beispielsweise Kleb-, Schraub-, Klemm- oder Steckbefestigungen an anderen Wand-,. Boden- oder Deckenelementen lösbar oder unlösbar befestigt sein. Wenn das erfin- dungsgemäß vorgesehene Substrat in solch einem Fall selbst eigensteif ausgebildet ist, ist es nicht erforderlich, dass die Elemente, an welchen
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP das Substrat befestigt ist, eine bestimmte Trägheit gegenüber dem Schall aufweisen.
In einer Ausführungform ist es bevorzugt, wenn das Substrat ein Flächen- gewicht aufweist, welches mindestens dem 10-fachen, vorzugsweise mindestens dem 1 000-fachen, des Flächengewichts aller restlichen Schichten des Folienschallwandlers entspricht.
In einer weiteren Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist das Sub- strat räumlich so ausgebildet, dass der Schall gezielt abgestrahlt wird. In solch einem Fall ist auch die gezielt ausgerichtete Anordnung des erfin- duπgsgemäßen Folienschallwandlers von Vorteil.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das erfindungsgemäß vorgesehene Substrat in einen Rahmen eingespannt ausgeführt sein. Je nach Abhängigkeit der Dicke des Substrats ist dabei eine einseitige sowie eine beidseitige Schallabstrahlung möglich, wobei es, insbesondere bei der oben beschriebenen Ausführungsform i, bei einer zweiseitigen Schaliabstrahiung auch möglich ist, zwei erfindungsge- mäße Folienschallwandler Rücken an Rücken anzuordnen und diese Anordnung dann jeweils ein Substrat, also mindestens zwei Substrate, oder ein gemeinsames Substrat aufweisen kann. Unter Rücken wird dabei die im Wesentlichen nicht Schall abgebende Fläche, die Substratseite des Foiienschallwandlers verstanden.
Der erfindungsgemäße elektrostatische Folienschallwandler kann an dem Rahmen neben der thermisch aktivierbaren Befestigung auch gut durch Kaltklebesysteme oder Flüssigkleber oder eine mechanische Befestigung oder Ultraschall beziehungsweise Reibschweißen befestigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Substrat ein Rahmen ist, zwischen dem die akustisch aktive Lautsprecherfläche (elektrisch leitfähige schallabgebende Folie) eingespannt ist. Diese Variante ermöglicht es beispielsweise, großräumige Gebäude oder Freiräume zu beschallen. Hier ist das einen Rahmen darstellende Substrat in der Art einer Schutzelektrode ausgeführt.
Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Schutzelektrode besteht auch die Möglichkeit, eine elektronische Schaltung vorzusehen, welche im Gefahrenfalle die Hochspannungsversorgung kurzschließt beziehungsweise abschaltet. Als Gefahrenfaii kann beispielsweise ein anormai hoher Stromfluss an der Hochspannungsversorgung oder ein plötzlicher Spannungsabfall, der auf einen Kurschluss zwischen Audio-Potential und Biaε- Potential schließen lässt, detektiert werden.
Ergänzend ist es möglich, eine weitere äußere nichtleitende Isolationsschicht aufzubringen, die zusätzlich eine Schutzwirkung gegen das im Foheniautsprecher herrschende Hochspannungspotential bewirkt. Eine solche Isolationsschicht kann beispielsweise in Form eines Isolationsla- ckes aufgetragen werden, oder es kann als zusatzliche Isolationsschicht eine nichtleitende Kunststofffolie verwendet werden, die als äußerste Schicht des Folienlautsprechers aufgetragen wird. Diese Isolationsschicht kann erfindungsgemäß jedoch auch durch Drucktechnik, insbesondere Tiefdruck und/oder Siebdruck, und/oder Rakeltechnik und/oder Spraytechnik und/oder Dispensertechnik und/oder Inkjet-Verfahren hergestellt werden. Vorzugsweise wird diese Schicht durch Siebdruck hergestellt.
Es ist möglich, den erfindungsgemäßen elektrostatischen Folienschall- wandler dreidimensional zu verformen. Die präzise dreidimensionale Verformung von grafisch gestalteten Kunststoff-Folien mit sehr kurzen Taktzeiten von wenigen Sekunden kann nach dem Stand der Technik mit dem isosfatischen Hochdruckverformungsverfahrens (HDVF) erfolgen, welches in der EP 0 371 425 B l (Verfahren zur Herstellung tiefgezogener Kunst- stoff-Formteile) im Detail beschrieben wird und die Verwendung von kalt- reckbaren Folien, beispielsweise Folien mit der Bezeichnung Bayfol® CR (PC/PBT Folie) oder Makrofol® DE der Firma Bayer AG, erforderiich macht. Neben der unterhalb Tg (Tg = Glasubergangstemperatur) verformbaren thermoplastischen Kunststoff-Foiie sind entsprechend verformbaren Sieb- druckfarben, beispielsweise Farben der Firma Proll KG in D-91 781 WeI- ßenburg in Bayern mit der Bezeichnung Aquapress® oder Noriphan® bevorzugt für das Erzielen optisch attraktiver Produkte. Der erfindungsgemäße elektrostatische Folienschallwandler kann damit dreidimensional verformbar sein, wobei die Krümmungsradien kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner als 1 mm sein können. Der Verformungswinkel kann dabei größer als 60°, bevorzugt größer als 75°, besonders bevorzugt größer als 90°, insbesondere größer als 105° sein.
System:
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System, umfassend mindestens zwei elektrostatische Folienschallwandler wie oben beschrieben.
Die mindestens zwei elektrostatischen Folienschallwandler können dabei so angeordnet werden, dass die Schallabstrahlung im Wesentlichen parallel erfolgt, Darüber hinaus ist es auch möglich, die zwei elektrostatischen Folienschallwandler so anzuordnen, dass die Schallabstrahlung im Wesentlichen nicht parallel erfolgt. Insbesondere ist es möglich, die Folienschallwandler im Wesentlichen in genau die entgegengesetzte Richtung anzuordnen, so dass die Schallabstrahlung in genau entgegengesetzter Richtung erfolgt. Dabei können die mindestens zwei in dem System verwendeten elektro- statischen Folienschallwandler mit einer Tonfrequenzwechselspannung und/oder Bias-Spannung oder mit zwei oder mehrerer unterschiedlich zueinander angestimmten Tonfrequenzwechselspannungen und/oder Bias- Spannungen versorgt werden.
Verfahren zur Herstellung
Die erfindungsgemäßen Folienschallwandler lassen sich mit den dem Fachmann an sich bekannten Verfahren und Verfahrensschritten herstellen.
Im Allgemeinen wird ein Substrat verwendet, auf welchem die zwei lateral beabstandet angeordneten Elektroden aufgebracht werden. Die Befesti-
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/ EP gung der Elektroden kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielweise ist es möglich, diese auf einem Substrat festzukleben oder anderweitig zu fixieren.
Die hiervon beabstandet angeordnete Mittenelektrode wird beabstandet von diesen zwei Elektroden fixiert. Eine Fixierung kann beispielsweise durch einen Rahmen erfolgen, in welchen die Mittenelektrode eingespannt wird. Die Anschlüsse der Elektroden erfolgt auf für den Fachmann an sich bekannte Art und Weise.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden jedoch die flächigen Elektroden, die Zwischenschicht, soweit sie nicht wie in der Ausführungsform Il durch das Substrat gebildet wird, und die Mittenelektrode, die entweder als floatende oder geerdete Elektrode ausgeführt sein kann, erfindungsgemäß bevorzugt durch Drucktechnik, insbesondere Tiefdruck und/oder Siebdruck, und/oder Rakeltechnik und/oder Spraytechnik und/oder Dispensertechnik und/oder InkJet-Verfahren hergestellt, Erfindungsgemäß besonders bevorzugt werden die Schichten durch Siebdruck hergestellt,
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines elektrostatischen Folienschallwandlers wie er oben beschrieben ist oder eines entsprechenden Systems, welches mehrere dieser elektrostatischen Foliehschallwandler umfasst, als aktives schallgebendes Element in einem Gebäude, in Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugen zur gezielten Beschallung und zur Schallreduktion im Sinne einer gegenphasigen Beschallung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben; wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind:
Im Einzelnen zeigen:
Abbildung 1 : eine rechteckige Ausgestaltung der lateral angeordneten Elektroden
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Abbildung 2: gerundete Ausgestaltung der angeordneten Elektroden
Abbildung 3: spiralförmige Ausgestaltung der angeordneten Elektroden
Abbildung 4: eine schematische Darstellung eines beispielhaften elektrostatischen Folienschallwandlerelementes (1 ) mit zwei etwa gieichflächigen und symmetrisch angeordneten lateralen Elektroden (3, 4) in Draufsicht und
Abbildung 5: einen schematischen Schnitt A-B eines beispielhaften elektrostatischen Folienschallwandlerelementes (1 ) mit zwei etwa gleichflächigen und symmetrisch angeordneten lateralen Elektroden (3, 4).
In Abbildung 4 wird eine εchematische Darstellung eines beispielhaften elektrostatischen Folienschallwandlerelementes (1 ) mit zwei etwa gleich- flächigen und symmetrisch angeordneten lateral angeordneten Elektroden (3, 4) in Draufsicht aufgezeigt.
Das Substrat (2) kann dabei in vielfältiger Art und Weise gebildet werden. In der Ausführung in Form eines tapetenartigen Elementes benötigt das Substrat (2) nahezu keine Eigensteifigkeit und kann mittels Klebetechnik an einem möglichst ebenen Wand-, Boden- oder Deckenelement befestigt werden, wobei die Masse dieses Wand-, Boden- oder Deckenelementes entsprechend groß sein muss und derart eine gewisse Trägheit gegenüber Schall aufweist und eine optimale Schallabstrahlung ermögiicht.
Das Substrat [2] kann aber selbst als eigensteifes beziehungsweise massenträges Element ausgebildet werden und kann derart frei in einem Raum angeordnet werden oder kann mittels Kleb-, Schraub-, Klemm- o- der Steckbefestigung oder dergleichen Befestigungstechniken nach dem Stand der Technik an einem Wand-, Boden- oder Deckenelement lösbar oder unlösbar befestigt werden.
In einer weiteren erfinderischen Ausbildung kann das Substrat (2) räumlich gestaltet ausgebildet werden und kann derart gezielt den Schall ab- strahlen. In einer weiteren Ausbildung kann das Substrat (2) in einen Rahmen eingespannt ausgeführt werden, womit je nach Ausbildung der Dicke des Substrates (2) eine einseitige Schallabstrahlung erzielt oder bei beidseitiger Ausbildung auch eine beidseitige Schallabstrahlung erzielt werden kann
Auf dem Substrat (2) sind zumindest zwei flächige lateral angeordnete Elektroden (3 , 4) ausgebildet, Die Herstellung dieser Elektroden (3, 4) kann nach Verfahren erfolgen, welche im Bereich der flexiblen oder star- ren Leiterplattentechnik angewendet werden, oder es können leitfähige Druckpasten zur drucktechnischen Herstellung verwendet werden oder es können dünne leitfähige Foüenelemente lateral nebeneinander appliziert werden ,
Die geometrische Ausbildung der zumindest zwei lateral angeordneten Elektroden (3, 4) sollte vorzugsweise zumindest so erfolgen, dass der direkte Abstand der Elektroden (3, 4) wesentlich größer als der Isolationsabstand zu der Mittenelektrode ( 7, Abbildung 5) ist, und wird in der praktischen Ausführung im Millimeterbereich gewählt, während der Isolations- abstand im Bereich einige 1 0 bis 1 00 μm liegt, In Abbildung 4 wird eine gleichflächige und symmetrische Ausbildung aufgezeigt. Es sind jedoch genauso ungleichflächige und unsymmetrische Ausführungen möglich und die Elektrodenformen können rechteckig oder gerundet oder spira™ lenförmig oder kammartig ausgeführt werden; vgl . Abbildungen 1 bis 3.
Die zumindest zwei lateral angeordneten flächigen Elektroden (3, 4) werden mit elektrischen Anschlüssen [ 1 0) ausgeführt.
Die Elektroden (3, 4) inklusive der Anschlüsse ( 1 0) sind mit einer Isotati- onsschicht (5) abgedeckt. Diese Schicht (5} kann in flüssiger Form mittels Drucktechnik oder Rakeitechnik oder Spraytechnik oder Dispensertechnik appliziert werden oder in Form einer dünnen Folie, Grundsätzlich kann auch eine Folie (5) mit rückseitigen Elektroden (3, 4) verwendet werden . In der einfachsten Ausführungsform kann nunmehr eine floatende Mittenelektrode (7) über einer Zwischenschicht (6) (Schaumschicht (ό) oder Vlieselement (6) oder elastisches Siebdruckgebilde (6)) auf dem Substrat (2) mit den Elektroden (3, 4) und der Isolationsschicht (5) angeordnet werden,
In Abbildung 5 wird ein schematischer Schnitt A-B eines beispielhaften elektrostatischen Folienschallwandlerelementes (1 ) mit zwei etwa gleichflάchigen und symmetrisch angeordneten lateralen Elektroden (3, 4) aufgezeigt.
Die Schallabstrahlung (1 1 ) erfolgt dabei in eine Richtung. Grundsätzlich kann die Schallabstrahlung (1 1 ) jedoch auch bei geeigneter Substratausbildung (2) und geeigneter Elektrodengestaltung (3, 4) und geeigneter Schichtwahl (5, 6, 7, 8, 9) auch in die 1 80 Grad entgegengesetzte Richtung erfolgen, wobei bevorzugt das Substrat in diesem Fall in einen Rahmen eingespannt ausgeführt wird.
Das Folienelement (9), bestehend aus den Schichten 7 und 8 (Abbildung 5), ist in dieser beispielhaften Ausführungsform berandend mit der Substratoberflάche (2) verbunden. Dabei kann das Folienelement (9) innenseitig mit einer Acrylatbeschichtung versehen sein und diese kann durch einen sehr einfach anzuwendenden thermisch wirkenden Prägestempel realisiert werden, Neben der thermisch aktivierbaren Befestigung können Jedoch ebenso gut Kaltklebesysteme oder Flύssigkleber oder eine mechanische Befestigung oder Ultraschall beziehungsweise Reibschweißen verwendet werden, Es können auch die diversen Schichten beziehungsweise Folien (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden und zumindest mit einem Rahmen versehen werden. Es kann zusätzlich ein thermoplastisches Spritzgussgitter in den unterschiedlichsten und aus Lautsprecherabdeckgittersystemen im Automobilbau bestens bekannten gestalterischen Ausführungen ausgebildet werden, Dabei können auch
Zweischneckenspritzgussmaschinen mit unterschiedlichen thermoplastischen Materialien und Eigenschaften verwendet werden und es
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP 3.1
können Einlegespritzgussfechniken verwendet werden . Dabei können sehr einfach die elektrischen Anschlüsse mit integriert werden .
Der schematische Sc hnitt A-B in Abbildung 5 ist nur eine beispielhafte Ausführung . Grundsätzlich ' können die lateral angeordneten Elektroden
(3, 4) auch bis zu dem Substratrand (2) geführt werden und grundsätzlich können die flächigen Elemente (2, 3, 4, 5, 6, 7 , 8, 9) als Schichten oder aus Folien oder aus beschichteten Folien oder aus mehrfachen Schicht- foigen in Form von Extrusionen und Koextrusionen und Laminationsvor- gangen gebildet werden ,
Aus optischen und gestalterischen und f unktionellen Gründen kann es noch sinnvoll sein, den Folienschallwandler grafisch zu gestalten , Es kann jedoch ebenso eine zusätzliche Folie (nicht gezeichnet) über den Folien- schallwandler appliziert werden , Diese zusätzliche Folie kann innenseitig und/oder außenseitig grafisch gestaltet werden und diese Folie kann ähnlich wie das Folienelement (9) mit einer leitfähigen Schicht versehen sein und diese ieitfähige Schicht kann an Masse angeschlossen werden und kann derart als zusätzlicher Schutz gegen Berührung im Falle der Be- Schädigung des Folienelements (9) verwendet werden .
Bezugszeichenliste:
1 elektrostatischer Folienschallwandler 2 Substrat
3, 4 lateral angeordnete Elektroden
5 Isolationsschicht
6 Zwischenschicht
7 Mittenelektrode 8 Träger für die Mittenelektrode
9 Folienelement bestehend aus Schicht 7 und 8
1 0 elektrische Anschlüsse 1 1 Schallabstrahlu ng

Claims

Patentansprüche:
1 . Elektrostatischer Foiienschallwandler ( 1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Foiienschallwandler (1 ) mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete flächige Elektroden (3, 4) sowie mindestens eine elektrisch nicht mit diesen flächigen Elektroden (3, 4) verbundene flächige und über den beiden lateral beabstandet angeordneten Elektroden (3, 4) angeordnete Mittenelektrode (7 ) umfasst, wobei die mindestens zwei lateral angeordneten flächigen Elektroden (3, 4) elektrisch kontaktiert (1 0) si nd.
2. Elektrostatischer Folienschallwandler ( 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er folgende Komponenten umfasst:
- ein vorzugsweise flächiges Substrat (2), vorzugsweise eine poly- meren Folie,
- mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete flächige Elektroden (3, 4), - mindestens eine Zwischenschicht (6),
- eine Mittenelektrode ( 7)
3. Elektrostatischer Folienschallwandler ( 1 ) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau: - ein vorzugsweise flächiges Substrat (2), vorzugsweise eine poly- meren Folie,
- darauf mindestens zwei lateral beabstandet angeordnete flächige Elektroden (3, 4),
- darauf mindestens eine Zwischenschicht (6), - darauf eine Mittenelektrode (7).
4. Elektrostatischer Folienschaüwandler (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden Aufba u:
- ein vorzugsweise flächiges Substrat (2), vorzugsweise eine poly- meren Folie, als Zwischenschicht (ό). - mit mindestens zwei auf einer Seite der Zwischenschicht lateral beabstandet angeordneten flächigen Elektroden (3, 4),
- einer Mittenelektrode (7) auf der anderen Seite der Zwischenschicht.
5. Elektrostatischer Folienschallwandler (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den zumindest zwei lateral beabstandet angeordneten Elektroden (3, 4) eine Tonfrequenzwechselspannung angelegt ist.
ό. Elektrostatischer Foüenschallwandler ( 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Tonfrequenzwechselspannung eine Bias-Spannung angelegt ist.
7. Elektrostatischer Folienschallwandler ( 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei lateral beabstandet angeordneten flächigen Elektroden (3, 4) und der Mittenelektrode (7) eine weitere Schicht, Zwischenschicht (6), vorgesehen ist.
8. Elektrostatischer Folienschallwandler ( 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) eine Dicke von 20 μm bis 1 0 mm, aufweist.
9. Elektrostatischer FoüenschaJIwandler ( 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrostatische Folienschallwandler zusätzlich ein Substrat (2) aufweist, auf welches die laterai beabstandeten angeordneten Elektroden (3, 4) angeordnet sind.
1 0 , Verfahren zur Herstellung eines elektrostatischen Folienschallwand- lers (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei lateral beabstandet angeordneten Eiektroden (3, 4) auf einem Substrat angeordnet werden und davon beabstandet eine Mittenelektrode (7) angeordnet wird.
1 . Verfahren zur Herstellung eines elektrostatischen Folienschallwand- lers (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei lateral beabstandet angeordneten flächige Elektroden (3,4), und die eine Mittenelektrode (7) durch
Drucktechnik, insbesondere Tiefdruck und/oder Siebdruck, und/oder Rakeltechnik und/oder Spraytec hnik und/oder Dispensertechnik und/oder InkJet-Verfahren, vorzugswiese durch Siebdruck, hergestellt werden .
2. Verfahren zur Hersteliung eines elektrostatischen Foüenschallwand- lers ( 1 ) nach Anspruch 1 0, dadurch gekennzeic hnet, dass die mindestens zwei lateral beabstandet angeordneten flächige Elektroden (3,4), und die eine Mittenelektrode (7) durch Drucktechnik, Insbesondere Tiefdruck und/oder Siebdruck, und/oder Rakeltechnik und/oder Spraytechnik und/oder Dispensertechnik und/oder InkJet- Verfahren, vorzugswiese durch Siebdruck, hergestellt werden. 3. Verfahren zur Herstellung eines elektrostatischen Foüenschallwand- lers ( 1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2), die mindestens zwei lateral beabstandet angeordneten flächige Elektroden (3,4), und die eine Miftenelektrode (7 ) durch Druckfechnik, insbesondere Tiefdruck und/oder Siebdruck, und/oder Rakeltechnik und/oder Spraytechnik und/oder Dispensertechnik und/oder InkJet-Verfahren, vorzugswiese durch Siebdruck, hergestellt werden. 4. Elektrostatischer Folienschallwandler ( 1 ), erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 0 bis 1 3. 5. System, umfassend mindestens zwei elektrostatische Folienschali- wandier ( 1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder Anspruch 1 4, 6. System nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass die min- desfens zwei elektrostatischen Folienschallwandler (1 ) so angeord- net werden, dass die Schaiiabstrahlung (11) im Wesentlichen parallel erfolgt.
17, System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die min- destens zwei elektrostatischen Folienschailwandler (1) so angeordnet sind, dass die Schaiiabstrahlung (11) im Wesentlichen in nicht paralleler Weise erfolgt.
18. Verwendung eines elektrostatischen Folienschallwandlers (1) ge- maß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder Anspruch 14 und/oder ei¬ nes Systems gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, als aktives schaligebendes Element in einem Gebäude, in Land-, Wasser- o- der Luftfahrzeugen zur gezielten Beschallung und zur Schallredukti- oπ im Sinne einer gegenphaslgen Beschallung.
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