WO1981002963A1 - Device for generating un acoustic signal - Google Patents

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WO1981002963A1
WO1981002963A1 PCT/DE1981/000056 DE8100056W WO8102963A1 WO 1981002963 A1 WO1981002963 A1 WO 1981002963A1 DE 8100056 W DE8100056 W DE 8100056W WO 8102963 A1 WO8102963 A1 WO 8102963A1
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assignment
signal generator
feedback
generator according
rubber rings
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PCT/DE1981/000056
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Inventor
M Koslar
Original Assignee
Siemens Ag
M Koslar
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency

Definitions

  • Signal generator for generating an acoustic signal.
  • the invention relates to a signal generator for generating an acoustic signal, containing a single or bimorph oscillating piezoelectric ceramic disk serving as an electromechanical transducer and provided with metal coatings, the main coating of which covers one of its two large sides practically over the entire surface with the output of an active component (transistor ), whose counter-assignment, which only covers part of the other large-area side, is connected to a potential reference point and whose feedback assignment, which covers the other part of this side while leaving an insulation distance, are connected to the input (base) of the active component (transistor), so that this circuit acts as a feedback amplifier (emitter follower).
  • a signal generator for generating an acoustic signal, containing a single or bimorph oscillating piezoelectric ceramic disk serving as an electromechanical transducer and provided with metal coatings, the main coating of which covers one of its two large sides practically over the entire surface with the output of an active component (transistor ), whose counter-assignment, which
  • Unimorphic or bimorphic piezoelectric transducers are known from the catalogs BEE 78 -004 A with the title: "TDK unimorph type transducer for electronic buzzer” and BFE 87 -006 A (7/1978) with the title: “TDK piezoelectric buzzers”.
  • the piezoelectric element is attached to a metal plate, which also acts as the main assignment.
  • the piezoelectric element in these known transducers consists of piezoceramic material and is in the form of a circular disk. The assignment is also plotted as a circular area on this disc.
  • bimorph transducers whose piezoelectric element, however, consists of two interconnected Bck 1 Lk / 3.4.1980
  • the feedback assignment is connected to the base of a transistor, while the main assignment is connected to the output of this transistor and the counter assignment, which covers only part of the end face of the piezoceramic disk, is connected to a potential reference point.
  • Bimorphic piezoelectric transducers of the known type still have a diameter between 16.5 mm and 30 mm in order to give an audio frequency of about 3.0 kHz.
  • transducer elements are too large to use these transducer elements as signal generators for generating an acoustic signal if, for example, this signal generator is to be used in a device for measuring or determining a voltage consisting of two handles, as described, for example, in GB-PS 1562578 ( VPA 77 P 8011) is described.
  • an acoustic 'display means' is also to be used, for those cases in which, for example, the light-emitting diodes are not visible due to bright sunlight and the test person is nevertheless to receive a warning signal.
  • US Pat. No. 2,635,199 describes a piezoelectric crystal device in which electrodes are attached to both sides of a piezoelectric crystal plate made of quartz, which is generally single-crystal.
  • the quartz crystal plate can be circular or rectangular.
  • the electrodes are applied to the entire surface on one side of such a quartz single-crystal wafer and on the other side the entire surface is divided into two electrodes. An inner part of this counterelectrode is occupied on the same side by a surface part of another electrode that extends around it.
  • Such piezoelectric crystal devices are used to be used in the MHz range.
  • the arrangement of the electrodes serves to suppress the interference of undesired types of vibration.
  • the present invention is not suggested by this known device because the types of vibration of a quartz single crystal in the MHz range are different than the types of vibration in the kHz range for a piezoceramic body, that is to say a polycrystalline body.
  • the latter are bending vibrations, but not any kind of thickness shear vibrations or longitudinal vibrations of the piezoelectric quartz body.
  • the present invention has for its object to provide a signal generator for generating an acoustic signal, the electromechanical converter from one Piezoceramic disk exists, the dimensions being as small as possible, even in the easily audible audio frequency range of the order of about 3 kHz; this converter is to be used in a circuit as a feedback amplifier.
  • the signal transmitter of the type specified at the outset is characterized according to the invention in that the piezoceramic disk is rectangular in shape, that the counter-assignment, with the exception of a free area provided in its center, covers the large opposite side to the main assignment of the piezoceramic disk, that the feedback assignment is arranged in the free area and that the piezoceramic disk is elastically fastened transversely to its longitudinal extent in the axes of the vibration nodes for the immovable vibration-capable mounting.
  • the free space and feedback assignment are preferably rectangular in shape with rounded narrow sides, circular or elliptical.
  • the free area can also protrude from the narrow side of the rectangular piezoceramic disk into the counter-assignment in strips and contain the feedback assignment in it.
  • the elastic fastening of the piezoceramic disk is preferably carried out by means of rubber rings which loop around the piezoceramic disk in a notch arranged in the longitudinal edges.
  • the rectangular piezoceramic disk is advantageously fastened on a metal plate that exceeds its dimensions, the elastic fastening being carried out on this metal plate (unimorph element).
  • the rubber rings contain in the places that with the Be Contact, preferably electrically conductive segments and thus result in the supply of current to the coatings acting as electrodes.
  • the ceramic disc is advantageously held in such a way that the rubber rings are mounted in V-shaped guide rails.
  • V-shaped guide rails advantageously also serve as a power supply to the conductive segments of the rubber rings.
  • the present invention surprisingly achieves that the dimensions of the rectangular ceramic disc in the order of L.B.D of about
  • Figure 1 shows a bimorph piezoelectric transducer.
  • 2 shows a unimorph converter
  • FIG. 3 shows a plan view of a rectangular transducer, the vibration nodes being shown
  • FIG. 4 shows a rectangular converter with a differently shaped free area
  • 5 shows a rectangular transducer with a further different configuration of the open area
  • 6 the attachment of the transducer according to the invention
  • 7 shows the fastening of the transducer according to the invention in section VII-VII in FIG. 6
  • Fig. 8 shows another embodiment of the attachment of the rectangular converter.
  • Fig. 1 denotes the bimorph transducer consisting of two rectangular piezoceramic disks. Towards the drawing level, the lower ceramic disk is provided with the main covering 9 practically over the entire surface.
  • the counter assignment 2 extends with the exception of the free area 3 on the entire side of the dimorphic converter 1 opposite the main assignment 9
  • Free space 3 - the feedback assignment 4 is arranged - leaving a distance which serves for insulation.
  • the piezoceramic disk 1 is on a metal plate 8 which projects beyond its dimensions and which, e.g. is made of brass and is well sprung.
  • the metal plate 8 serves as the main assignment.
  • the counter assignment 2 is provided with a free area 3 on the entire large area of the ceramic disk 1.
  • the feedback assignment 4 is plotted inside the open space.
  • the free area within the counter slip 2 is circular, as is the one arranged therein
  • the free area 3 is elliptical within the counter assignment 2, as is the feedback assignment 4 arranged therein.
  • the free surface 3 projects approximately from a narrow side 10 of the rectangular piezoceramic disk 1 the middle of the surface into the counter assignment 2.
  • the feedback assignment 4 is arranged within this free area.
  • notches 7 are shown on the long sides of the ceramic disc 1, which are attached according to the selected geometric arrangements so that the vibration nodes 5 of the piezoceramic disc 1 are detected.
  • the distances a from the two narrow sides of the rectangular ceramic disk 1 to the vibration nodes 5 each amount to about a quarter of the entire length of this disk, while the distance b between the vibration nodes 5 is about 0.5 to 0.55 the length of the piezoceramic disk.
  • FIGS. 6 and 7 show how the piezoceramic disk 1 can advantageously be held along its vibration node planes (see FIG. 5).
  • the contacting of the assignments can be carried out by means of wires, as indicated in FIG. 8 by the power supply wires 21 and 22.
  • the rubber rings 6 can also be equipped with conductive segments 11 and 12. Rubber rings with parts made conductive are known per se and are commercially available. The conductivity is caused by the storage of metal particles, for example.
  • the rubber rings lie in V-shaped guide rails 13 which, by extending them from the piezoceramic disk 1, form the required Helmholtz resonator above the bending vibrator.
  • the guide rails 13 may also serve at the same time as current leads to the conductive segments 11 and 12 of the rubber rings 6.
  • the guide rails 13 are provided with pins 15 and 16 which are connected to the conductor tracks of the printed circuit are soldered (not shown in detail here).
  • Fig. 8 another type of mounting the piezo vibrator is shown.
  • the piezoceramic disc 1 which is attached to a metal plate 8 acting as the main electrode and is provided on the opposite side with the counter electrode 2 and the feedback electrode 4, is via the metal plate 8 in resilient, rail-shaped guides 17 and 18, which are made, for example, of silicone rubber , held.
  • a power supply wire 23 serves as the power supply to the metal plate 8 and thus to the ceramic disk 1.
  • the guides 17 and 18 are held by blocks 19 and 20, which consist, for example, of insulating material and can be part of the housing. This type of mounting of the plate is useful if the vibration node coincides with the edge area of the metal plate 8, as shown in FIG. 3. Blocks 19 and 20 together form the required Helmholtz resonator.

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Abstract

Device for generating acoustic signals using as an electromechanical transducer element a piezoelectric quadrangular ceramic plate (1) which is covered on the face opposite to the main layer (9) with a layer having on its center an opening (3) provided for the reactive coupling layer (4).

Description

Signalgeber zur Erzeugung eines akustischen Signals.Signal generator for generating an acoustic signal.
Die Erfindung betrifft einen Signalgeber zur Erzeugung eines akustischen Signals, enthaltend eine als elektromechanischer Wandler dienende, mit Metallbelegungen versehene uni- oder bimorphe schwingfähig gelagerte Piezokeramikscheibe, deren Hauptbelegung, die eine ihrer beiden großflächigen Seiten praktisch ganzflächig bedeckt, mit dem Ausgang eines aktiven Bauelements (Transistors), deren Gegenbelegung, die nur einen Teil der anderen großflächigen Seite bedeckt, mit einem Potentialbezugspunkt und deren Rückkopplungsbelegung, die den anderen Teil dieser Seite unter Freilassen eines Isolationsabstandes bedeckt, mit dem Eingang (Basis) des aktiven Bauelements (Transistors) verbunden sind, so daß diese Schaltung als rückgekoppelter Verstärker (Emitterfolger) wirkt.The invention relates to a signal generator for generating an acoustic signal, containing a single or bimorph oscillating piezoelectric ceramic disk serving as an electromechanical transducer and provided with metal coatings, the main coating of which covers one of its two large sides practically over the entire surface with the output of an active component (transistor ), whose counter-assignment, which only covers part of the other large-area side, is connected to a potential reference point and whose feedback assignment, which covers the other part of this side while leaving an insulation distance, are connected to the input (base) of the active component (transistor), so that this circuit acts as a feedback amplifier (emitter follower).
Unimorphe bzw. bimorphe piezoelektrische Wandler sind aus den Katalogen BEE 78 -004 A mit dem Titel: "TDK unimorph type transducer for electronic buzzer" und BFE 87 -006 A (7/1978) mit dem Titel: "TDK piezoelectric buzzers" bekannt.Unimorphic or bimorphic piezoelectric transducers are known from the catalogs BEE 78 -004 A with the title: "TDK unimorph type transducer for electronic buzzer" and BFE 87 -006 A (7/1978) with the title: "TDK piezoelectric buzzers".
Bei einem unimorphen Wandler ist das piezoelektrische Element auf einer Metallplatte befestigt, die auch als Hauptbelegung wirkt. Das piezoelektrisdE Element bei diesen bekannten Wandlern besteht aus piezokeramischem Material und ist kreisscheibenförmig. Die Belegung ist ebenfalls als kreisförmige Fläche auf dieser Scheibe aufgetragen.In a unimorph transducer, the piezoelectric element is attached to a metal plate, which also acts as the main assignment. The piezoelectric element in these known transducers consists of piezoceramic material and is in the form of a circular disk. The assignment is also plotted as a circular area on this disc.
Entsprechendes gilt für bimorphe Wandler, deren piezoelektrisches Element jedoch aus zwei miteinander verbundenen Bck 1 Lk / 3.4.1980 piezoelektrischen Keramikscheiben besteht, bei denen die Belegung auf der einen Seite die gesamte Fläche der Kreisscheibe bedeckt (Hauptbelegung), während auf der anderen Seite zwei voneinander durch eine Isolierstrecke getrennte Belegungen vorhanden sind, von denen eine als Gegenbelegung und die andere als Rückkopplungsbelegung dienen.The same applies to bimorph transducers, whose piezoelectric element, however, consists of two interconnected Bck 1 Lk / 3.4.1980 There are piezoelectric ceramic disks in which the assignment on one side covers the entire area of the circular disk (main assignment), while on the other side there are two assignments separated from each other by an insulating section, one of which serves as counter assignment and the other as feedback assignment.
Die Rückkopplungsbelegung ist mit der Basis eines Transistors verbunden, während die Hauptbelegung mit dem Aus gang dieses Transistors und die Gegenbelegung, die nur einen Teil der Stirnseite der Piezokeramikscheibe bedeckt mit einem Potentialbezugspunkt verbunden ist.The feedback assignment is connected to the base of a transistor, while the main assignment is connected to the output of this transistor and the counter assignment, which covers only part of the end face of the piezoceramic disk, is connected to a potential reference point.
Die Schaltung mit einem solchen Signalgeber als rückgekoppelter Verstärker (Emitterfolger) ist aus den oben genannten Schriften ebenfalls bekannt.The circuit with such a signal generator as a feedback amplifier (emitter follower) is also known from the abovementioned documents.
Die Anordnung der Belegungen bei den bekannten Wandlern führt dazu, daß beispielsweise unimorphe Wandler einen Durchmesser von etwa 35mm aufweisen müssen, um im Bereich hörbarer Schwingungen (ca. 3,0 kHz) einen gutwahrnehmbaren Ton zusammen mit einem oberhalb des piezoelektrischen Biegeschwingers angeordneten Helmholtzschen Resonators zu ergeben.The arrangement of the assignments in the known converters results in, for example, unimorph transducer must 35mm have a diameter of from about to audible in the area S c hwingungen (about 3.0 kHz) a gutwahrnehmbaren clay together with a disposed above the piezoelectric flexural resonator Helmholtz To result in resonators.
Bimorphe piezoelektrische Wandler der bekannten Art weisen immerhin noch einen Durchmesser zwischen 16,5mm bis 30mm auf, um dabei ehe Tonfrequenz von etwa 3,0 kHz zu ergeben.Bimorphic piezoelectric transducers of the known type still have a diameter between 16.5 mm and 30 mm in order to give an audio frequency of about 3.0 kHz.
Diese Abmessungen sind zu groß, um diese Wandlerelemente als Signalgeber zur Erzeugung eines akustischen Signals zu verwenden, wenn dieser Signalgeber beispielsweise in einer aus zwei Griffen bestehenden Vorrichtung zum Messen oder Bestimmen einer Spannung verwendet werden soll, wie sie beispielsweise in der GB-PS 1562578 (VPA 77 P 8011) beschrieben ist.These dimensions are too large to use these transducer elements as signal generators for generating an acoustic signal if, for example, this signal generator is to be used in a device for measuring or determining a voltage consisting of two handles, as described, for example, in GB-PS 1562578 ( VPA 77 P 8011) is described.
Bei solchen Spannungsprüfgeräten soll neben einer optischen Anzeige durch Leuchtdioden auch ein akustisches 'Anzeigemittel' verwendet werden, und zwar für die Fälle, wenn beispielsweise durch helle Sonneneinstrahlung das Aufleuchten der Leuchtdioden nicht sichtbar ist und die Prüfperson dennoch ein Warnsignal erhalten soll.In such voltage testers, in addition to an optical display by means of light-emitting diodes, an acoustic 'display means' is also to be used, for those cases in which, for example, the light-emitting diodes are not visible due to bright sunlight and the test person is nevertheless to receive a warning signal.
In der US-PS 2,635,199 ist eine piezoelektrische Kristallvorrichtung beschrieben, bei der auf einer piezoelektrischen Kristallplatte aus Quarz, die in aller Regel einkristallin ist, auf beiden Seiten Elektroden angebracht sind. Die Quarzkristallplatte kann dabei kreisförmig oder rechteckig sein. Die Elektroden sind auf einer Seite einer solchen Quarz-Einkristallscheibe die gesamte Fläche bedeckend und auf der anderen Seite die gesamte Fläche in zwei Elektroden aufteilend aufgetragen. Dabei ist ein innerer Teil dieser Gegenelektrode auf der gleichen Seite von einem um ihn herum reichenden Flächenteil einer anderen Elektrode belegt. Derartige piezoelektrische KristallEinrichtungen werden benutzt, um im MHz-Bereich verwendet zu werden. Die Anordnung der Elektroden dient dazu, die Interferenz von ungewünschten Schwingungsarten zu unterdrücken. Die vorliegende Erfindung wird durch diese bekannte Einrichtung nicht nahegelegt, weil die Schwingungsarten eines Quarz-Einkristalls im MHz-Bereich anders sind als die Schwingungsarten im kHz-Bereich bei einem piezokeramisehen Körper, also einem polykristallinen Körper. Bei letzterem handelt es sich um Biegeschwingungen, nicht aber um irgendwelche Arten von Dickenscherungsschwingungen oder longitudinalen Schwingungen des piezoelektrischen Quarzkörpers.US Pat. No. 2,635,199 describes a piezoelectric crystal device in which electrodes are attached to both sides of a piezoelectric crystal plate made of quartz, which is generally single-crystal. The quartz crystal plate can be circular or rectangular. The electrodes are applied to the entire surface on one side of such a quartz single-crystal wafer and on the other side the entire surface is divided into two electrodes. An inner part of this counterelectrode is occupied on the same side by a surface part of another electrode that extends around it. Such piezoelectric crystal devices are used to be used in the MHz range. The arrangement of the electrodes serves to suppress the interference of undesired types of vibration. The present invention is not suggested by this known device because the types of vibration of a quartz single crystal in the MHz range are different than the types of vibration in the kHz range for a piezoceramic body, that is to say a polycrystalline body. The latter are bending vibrations, but not any kind of thickness shear vibrations or longitudinal vibrations of the piezoelectric quartz body.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Signalgeber zur Erzeugung eines akustischen Signals anzugeben, dessen elektromechanischer Wandler aus einer Piezokeramikscheibe besteht, wobei die Abmessungen auch im gut hörbaren Tonfrequenzbereich in der Größenordnung von etwa 3 kHz so klein wie möglich sind; dieser Wandler soll in einer Schaltung als rückgekoppelter Verstärker verwendet werden.The present invention has for its object to provide a signal generator for generating an acoustic signal, the electromechanical converter from one Piezoceramic disk exists, the dimensions being as small as possible, even in the easily audible audio frequency range of the order of about 3 kHz; this converter is to be used in a circuit as a feedback amplifier.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Signalgeber der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Piezokeramikscheibe rechteckförmig ausgestaltet ist, daß die Gegenbelegung mit Ausnahme einer in ihrer Mitte vorgesehenen Freifläche die großflächige Gegenseite zur Hauptbelegung der Piezokeramikscheibe bedeckt, daß in der Freifläche die Rückkopplungsbelegung angeordnet ist und daß die Piezokeramikscheibe zur unverrückbaren schwingungsfähigen Lagerung quer zu ihrer Längsausdehnung in den Achsen der Schwingungsknoten elastisch befestigt ist.To achieve this object, the signal transmitter of the type specified at the outset is characterized according to the invention in that the piezoceramic disk is rectangular in shape, that the counter-assignment, with the exception of a free area provided in its center, covers the large opposite side to the main assignment of the piezoceramic disk, that the feedback assignment is arranged in the free area and that the piezoceramic disk is elastically fastened transversely to its longitudinal extent in the axes of the vibration nodes for the immovable vibration-capable mounting.
Vorzugsweise sind Freifläche und Rückkopplungsbelegung rechteckförmig mit abgerundeten schmalen Seiten, kreisrund oder elliptisch ausgebildet.The free space and feedback assignment are preferably rectangular in shape with rounded narrow sides, circular or elliptical.
Die Freifläche kann auch von einer Schmalseite der rechteckförmigen Piezokeramikscheibe in die Gegenbelegung streifenförmig hineinragen und in ihr die Rückkopplungsbelegung enthalten.The free area can also protrude from the narrow side of the rectangular piezoceramic disk into the counter-assignment in strips and contain the feedback assignment in it.
Die elastische Befestigung der Piezokeramikscheibe erfolgt vorzugsweise durch Gummiringe, die in an den Längskanten angeordneten Kerben rastend die Piezokeramikscheibe umschlingen.The elastic fastening of the piezoceramic disk is preferably carried out by means of rubber rings which loop around the piezoceramic disk in a notch arranged in the longitudinal edges.
Die rechteckförmige Piezokeramikscheibe ist mit Vorteil auf einer ihre Abmessungen überschreitenden Metallplatte befestigt, wobei die elastische Befestigung an dieser Me tallplatte erfolgt (unimorphes Element).The rectangular piezoceramic disk is advantageously fastened on a metal plate that exceeds its dimensions, the elastic fastening being carried out on this metal plate (unimorph element).
Die Gummiringe enthalten an den Stellen, die mit den Be legungen in Berührung kommen, vorzugsweise elektrisch leitfähige Segmente und ergeben damit die Stromzufünrung zu den als Elektroden wirkenden Belegungen.The rubber rings contain in the places that with the Be Contact, preferably electrically conductive segments and thus result in the supply of current to the coatings acting as electrodes.
Die Keramikscheibe wird mit Vorteil in der Weise gehalten, daß die Gummiringe in V-förmigen Führungsschienen gelagert sind.The ceramic disc is advantageously held in such a way that the rubber rings are mounted in V-shaped guide rails.
Diese V-förmigen Führungsschienen dienen vorteilhafterweise auch als Stromzuführung zu den leitenden Segmenten der Gummiringe.These V-shaped guide rails advantageously also serve as a power supply to the conductive segments of the rubber rings.
Durch die vorliegende Erfindung wird in überraschender Weise erreicht, daß die Abmessungen der rechteckförmigen Keramikscheibe in der Größenordnung L.B.D von etwaThe present invention surprisingly achieves that the dimensions of the rectangular ceramic disc in the order of L.B.D of about
20mm.7mm.0,4mm liegen, wobei dennoch ein auch bei Nebengeräuschen gut hörbares akustisches Signal mit einer Frequenz von etwa 3 kHz erzeugt wird. Es ist bekannt, daß es günstig ist, eine Tonfrequenz erzeugende Quelle (hier der Biegeschwinger) mit einem Helmholtz-Resonator, der auf die erzeugte Tonfrequenz abgestimmt ist, in ihrer Lautstärke erheblich zu verstärken.20mm.7mm.0.4mm, but an audible signal with a frequency of about 3 kHz is easily audible even with background noise. It is known that it is favorable to amplify the volume of a source generating an audio frequency (here the flexural oscillator) with a Helmholtz resonator which is tuned to the generated audio frequency.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained below with reference to the accompanying drawings. Show it
Fig. 1 einen bimorphen piezoelektrischen Wandler; Fig. 2 einen unimorphen Wandler;Figure 1 shows a bimorph piezoelectric transducer. 2 shows a unimorph converter;
Fig. 3 in Draufsicht einen rechteckförmigen Wandler, wobei die Schwingungsknoten gezeigt sind;3 shows a plan view of a rectangular transducer, the vibration nodes being shown;
Fig. 4 einen rechteckförmigen Wandler mit anders geformter Freifläche; Fig. 5 einen rechteckförmigen Wandler mit einer weiteren anderen Ausgestaltung der Freifläche; Fig. 6 die Befestigung des erfindungsgemäßen Wandlers; Fig. 7 die Befestigung des erfindungsgemäßen Wandlers gemäß Schnitt VII-VII in Fig. 6; Fig. 8 eine andere Ausführungsform der Befestigung des rechteckförmigen Wandlers.4 shows a rectangular converter with a differently shaped free area; 5 shows a rectangular transducer with a further different configuration of the open area; 6 the attachment of the transducer according to the invention; 7 shows the fastening of the transducer according to the invention in section VII-VII in FIG. 6; Fig. 8 shows another embodiment of the attachment of the rectangular converter.
In Fig. 1 ist mit 1 der aus zwei rechteckförmigen Piezokeramikscheiben bestehende bimorphe Wandler bezeichnet. Zur Zeichenebene hin ist die untere Keramikscheibe praktisch ganzflächig mit der Hauptbelegung 9 versehen. Die Gegenbelegung 2 erstreckt sich mit Ausnahme der Freifläche 3 auf der gesamten, der Hauptbelegung 9 gegenüberliegenden Seite des Dimorphen Wandlers 1. Innerhalb desIn Fig. 1, 1 denotes the bimorph transducer consisting of two rectangular piezoceramic disks. Towards the drawing level, the lower ceramic disk is provided with the main covering 9 practically over the entire surface. The counter assignment 2 extends with the exception of the free area 3 on the entire side of the dimorphic converter 1 opposite the main assignment 9
Freiraumes 3 ist - unter Freilassung eines der Isolation dienenden Abstandes - die Rückkopplungsbelegung 4 angeordnet.Free space 3 - the feedback assignment 4 is arranged - leaving a distance which serves for insulation.
Gemäß Fig. 2 ist die Piezokeramikscheibe 1 auf einer sie in ihren Abmessungen überragenden Metallplatte 8, die z.B. aus Messing besteht und gut federnd ist, befestigt . Die Metallplatte 8 dient als Hauptbelegung. Auch hier ist die Gegenbelegung 2 mit einer Freifläche 3 auf der gesamten großen Fläche der Keramikscheibe 1 angebracht. Innerhalb der Freifläche ist die Rückkopplungsbelegung 4 aufgetragen.According to FIG. 2, the piezoceramic disk 1 is on a metal plate 8 which projects beyond its dimensions and which, e.g. is made of brass and is well sprung. The metal plate 8 serves as the main assignment. Here too, the counter assignment 2 is provided with a free area 3 on the entire large area of the ceramic disk 1. The feedback assignment 4 is plotted inside the open space.
Gemäß Fig. 3 ist die Freifläche innerhalb der Gegenbelegong 2 kreisförmig, ebenso wie die darin angeordnete3, the free area within the counter slip 2 is circular, as is the one arranged therein
Rückkopplungsbelegung 4. Die Lagerung einer solchen rechteckigen Keramikscheibe kann längs ihrer Schmalseiten erfolgen, weil die geometrischen Abmessungen so gewählt sind, daß die Schwingungsknoten 5 längs den Schmalseiten verlaufen.Feedback assignment 4. The storage of such a rectangular ceramic disk can take place along its narrow sides because the geometrical dimensions are chosen such that the vibration nodes 5 run along the narrow sides.
Gemäß Fig. 4 ist die Freifläche 3 innerhalb der Gegenbelegung 2 elliptisch, ebenso wie die darin angeordnete Rückkopplungsbelegung 4.According to FIG. 4, the free area 3 is elliptical within the counter assignment 2, as is the feedback assignment 4 arranged therein.
Gemäß Fig. 5 ragt die Freifläche 3 von einer Schmalseite 10 der rechteckförmigen Piezokeramikscheibe 1 etwa in der Mitte der Fläche in die Gegenbelegung 2 hinein. Innerhalb dieser Freifläche ist die Rückkopplungsbelegung 4 angeordnet. In Fig. 5 sind Kerben 7 an den langen Seitender Keramikscheibe 1 gezeigt, die entsprechend der gewählten geometrischen Anordnungen so angebracht sind, daß die Schwingungsknoten 5 der Piezokeramikscheibe 1 erfaßt sind. Die Abstände a von den beiden Schmalseiten der rechteckförmigen Keramikscheibe 1 bis zu den Schwingungsknoten 5 betragen etwa je bis ein Viertel der gesamten Länge dieser Scheibe, während der Abstand b zwischen den Schwingungsknoten 5 etwa 0,5 bis 0,55 der Länge der Piezokeramikscheibe ausmacht.5, the free surface 3 projects approximately from a narrow side 10 of the rectangular piezoceramic disk 1 the middle of the surface into the counter assignment 2. The feedback assignment 4 is arranged within this free area. In Fig. 5 notches 7 are shown on the long sides of the ceramic disc 1, which are attached according to the selected geometric arrangements so that the vibration nodes 5 of the piezoceramic disc 1 are detected. The distances a from the two narrow sides of the rectangular ceramic disk 1 to the vibration nodes 5 each amount to about a quarter of the entire length of this disk, while the distance b between the vibration nodes 5 is about 0.5 to 0.55 the length of the piezoceramic disk.
In den Figuren 6 und 7 ist gezeigt, wie die Piezokera-mikscheibe 1 längs ihrer Schwingungsknotenebenen (vgl.Fig.5) vorteilhafterweise gehalten werden kann.FIGS. 6 and 7 show how the piezoceramic disk 1 can advantageously be held along its vibration node planes (see FIG. 5).
Um die Keramikscheibe 1 herum und in die Kerben 7 (Fig.5) eingelegt sind Gummiringe 6 vorhanden. Die Kontaktie rung der Belegungen kann mittels Drähten erfolgen, wie in Fig.8 durch die Stromzuführungsdrähte 21 und 22 angedeutet. Zur Kontaktierung mit den Belegungen 4 und 9 können die Gummiringe 6 aber auch mit leitfähigen Segmenten 11 und 12 ausgestattet sein. Gummiringe mit leitfähig gemachten Teilen sind an sich bekannt und im Handel erhältlich. Die Leitfähigkeit wird durch Einlagerung von z.B. Metallpartikeln bewirkt. Die Gummiringe liegen in V-förmigen Führungsschienen 13, die durch ihre Verlängerung von der Piezokeramikscheibe 1 weg den erforderlichen Helmholtz-Resonator oberhalb des Biegeschwingers bilden. Die Führungsschienen 13 dienen ggf. gleichzeitig auch als Stromzuführungen zu den leitenden Segmenten 11 und 12 der Gummiringe 6. Für ihre Verbindung und mechanische Halterung an einer gedruckten Schaltungsplatte 14 sind die Führungsschienen 13 mit Zapfen 15 und 16 versehen, die mit den Leiterbahnen der gedruckten Schaltung verlötet sind (hier nicht im einzelnen gezeigt). In Fig. 8 ist eine andere Art der Halterung des Piezo schwingers gezeigt. Die Piezokeramikscheibe 1, die auf einer als Hauptelektrode wirkenden Metallplatte 8 befestigt ist und auf der gegenüberliegenden Seite mit derGegenelektrode 2 und der Rückkopplungseiektrode 4 versehen ist, ist über die Metallplatte 8 in federnden, schienenförmigen Führungen 17 und 18, die beispielsweise aus Silikon-Gummi bestehen, gehalten. Als Stromzuführun zur Metallplatte 8 und damit zur Keramikscheibe 1 dient ein Stromzuführungsdraht 23. Die Führungen 17 und 18 werden von Blöcken 19 und 20 gehalten, die z.B. aus Isoliermaterial bestehen und ein Teil des Gehäuses sein können. Diese Art der Halterung der Platte ist sinnvoll, wenn der Schwingungsknoten mit dem Randbereich der Metallplatte 8 zusammenfällt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Blöcke 19 und 20 bilden zusammen den erforderlichen Helmholtzschen Resonator.There are rubber rings 6 around the ceramic disc 1 and inserted into the notches 7 (FIG. 5). The contacting of the assignments can be carried out by means of wires, as indicated in FIG. 8 by the power supply wires 21 and 22. For contacting the assignments 4 and 9, the rubber rings 6 can also be equipped with conductive segments 11 and 12. Rubber rings with parts made conductive are known per se and are commercially available. The conductivity is caused by the storage of metal particles, for example. The rubber rings lie in V-shaped guide rails 13 which, by extending them from the piezoceramic disk 1, form the required Helmholtz resonator above the bending vibrator. The guide rails 13 may also serve at the same time as current leads to the conductive segments 11 and 12 of the rubber rings 6. For their connection and mechanical mounting on a printed circuit board 14, the guide rails 13 are provided with pins 15 and 16 which are connected to the conductor tracks of the printed circuit are soldered (not shown in detail here). In Fig. 8 another type of mounting the piezo vibrator is shown. The piezoceramic disc 1, which is attached to a metal plate 8 acting as the main electrode and is provided on the opposite side with the counter electrode 2 and the feedback electrode 4, is via the metal plate 8 in resilient, rail-shaped guides 17 and 18, which are made, for example, of silicone rubber , held. A power supply wire 23 serves as the power supply to the metal plate 8 and thus to the ceramic disk 1. The guides 17 and 18 are held by blocks 19 and 20, which consist, for example, of insulating material and can be part of the housing. This type of mounting of the plate is useful if the vibration node coincides with the edge area of the metal plate 8, as shown in FIG. 3. Blocks 19 and 20 together form the required Helmholtz resonator.
10 Patentansprüche 8 Figuren 10 claims 8 figures

Claims

Patentansprüche Claims
1. Signalgeber zur Erzeugung eines akustischen Signals, enthaltend eine als elektromechanischer Wandler dienende, mit Metallbelegungen versehene uni- oder bimorphe schwingfähig gelagerte Piezokeramikscheibe, deren Hauptbelegung, die eine ihrer beiden großflächigen Seiten praktisch ganzflächig bedeckt, mit dem Ausgang eines aktiven Bauelements (Transistors), deren Gegenbelegung, die nur einen Teil der anderen großflächigen Seite bedeckt, mit einem Potentialbezugspunkt und deren Rückkopplungsbelegung, die den anderen Teil dieser Seite unter Freilassen eines Isolationsabstandes bedeckt, mit dem Eingang (Basis) des aktiven Bauelements (Transistors) verbunden sind, so daß diese Schaltung als rückgekoppelter Verstärker (Emitterfolger) wirkt, d a du r c h g e k e nn z e i chn e t, daß die Piezokeramikscheibe (1) rechteckförmig ausgestaltet ist, daß die Gegenbelegung (2) mit Ausnahme einer in ihrer Mitte vorgesehenen Freifläche (3) die großflächige Gegenseite zur Hauptbelegung (9) der Piezokeramikscheibe (1) bedeckt, daß in der Freifläche (3) die Rückkopplungsbelegung (4) angeordnet ist und daß die Piezokeramikscheibe (1) zur unverrückbaren schwingungsfähigen Lagerung quer zu ihrer Längsausdehnung in den Achsen der Schwingungsknoten (5) elastisch befestigt ist.1. Signal generator for generating an acoustic signal, comprising a piezoelectric ceramic disk which is provided as an electromechanical transducer and is provided with metal coatings and has a single or bimorph oscillating vibration, the main coating of which covers one of its two large sides practically over the entire surface with the output of an active component (transistor), whose counter-assignment, which only covers part of the other large-area side, with a potential reference point and whose feedback assignment, which covers the other part of this side while leaving an insulation distance, are connected to the input (base) of the active component (transistor), so that these Circuit acts as a feedback amplifier (emitter follower) since you rchgeke nn zei chn et that the piezoceramic disc (1) is rectangular, that the counter-assignment (2), with the exception of a free area (3) provided in the middle, the large opposite side to the main assignment (9) of the piezoceramic disc (1) covers that the feedback assignment (4) is arranged in the free area (3) and that the piezoceramic disc (1) is elastically fastened transversely to its longitudinal extent in the axes of the vibration nodes (5) for the immovable vibration-capable mounting .
2. Signalgeber nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e nn ze i c hn e t, daß Freifläche (3) und Rückkopplungsbelegung (4) rechteckförmig mit abgerundeten schmalen Seiten ausgebildet sind (Fig. 1, 2).2. Signal generator according to claim 1, d a d u r c h g e k e nn ze i c hn e t that free space (3) and feedback assignment (4) are rectangular with rounded narrow sides (Fig. 1, 2).
3. Signalgeber nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t, daß Freifläche (3) und Rückkapplungsbelegung (4) kreisrund ausgestaltet sind (Fig.3).3. Signal generator according to claim 1, so that the free space (3) and feedback arrangement (4) are circular (Fig. 3).
4. Signalgeber nach Anspruch 1, d a d u r c h ge k e nn z e i c h n et, daß Freifläche (3) und Rückkopp lungsbelegung (4) elliptisch ausgestaltet sind (Fig. 4).4. Signal generator according to claim 1, characterized ge ke nn draw et that free space (3) and feedback configuration (4) are elliptical (Fig. 4).
5. Signalgeber nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, daß die Freifläche (3) von einer Schmalseite (10) der rechteckförmigen Piezokeramikscheibe (1) in die Gegenbelegung (2) streifenfδrmig hineinragt und in ihr die Rückkopplungsbelegung (4) enthält (Fig.5)5. Signal generator according to claim 1, dadurchgeke nn characterized in that the free area (3) from a narrow side (10) of the rectangular piezoceramic disk (1) protrudes into the mating (2) stripes and contains in it the feedback assignment (4) (Fig. 5 )
6. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a dur c h g e k e nn z e i c hn e t, daß die elasti sche Befestigung durch Gummiringe (6) erfolgt, die in an den Längskanten der Piezokeramikscheibe (1) angebrachten Kerben (7) rastend die Piezokeramikscheibe (1) umschlingen (Fig. 6, 7).6. Signal generator according to one of claims 1 to 5, since dur chgeke nn zeic hn et that the elastic fastening is carried out by rubber rings (6) which in the longitudinal edges of the piezoceramic disc (1) notches (7) latching the piezoceramic disc ( 1) loop around (Fig. 6, 7).
7. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a dur c h g e k e nn z e i c h n e t, daß die recht eckförmige Piezokeramikscheibe (1) auf einer ihre Abmessungen überschreitenden Metallplatte (8) befestigt ist und daß die elastische Befestigung an dieser Metallplatte (8) erfolgt (Fig. 2, 8).7. Signal generator according to one of claims 1 to 6, since dur chgeke nn records that the right corner-shaped piezoceramic disc (1) is attached to a metal plate (8) exceeding its dimensions and that the elastic attachment to this metal plate (8) takes place (Fig . 2, 8).
8. Signalgeber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a du r c h ge k e n n z e i c h n e t, daß die Gummiringe (6) an den Stellen, die mit den Belegungen (3, 4, 9) in Berührung kommen, elektrisch leitfähige Segmente (11, 12) enthalten und damit die Stromzuführung zu den als Elektroden wirkenden Belegungen (3, 4, 9) als Druckkontakt ergeben (Fig. 7).8. Signal generator according to one or more of claims 1 to 7, since you rch indicates that the rubber rings (6) at the points that come into contact with the occupancies (3, 4, 9), electrically conductive segments (11, 12) and thus give the current supply to the coatings (3, 4, 9) acting as electrodes as a pressure contact (Fig. 7).
9. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1. bis 8, d adu r c h g e k e nn z e i c hn e t, daß die Keramikscheibe (1) mit den Gummiringen (6) in V-förmigen Führungsschienen (13) gelagert sind (Fig. 6). 9. Signal generator according to one of claims 1 to 8, adu rchgeke nn zeic hn et that the ceramic disc (1) with the rubber rings (6) in V-shaped guide rails (13) are mounted (Fig. 6).
10. Signalgeber nach Anspruch 9, d a d u r c h g ek e n n z e i c hn e t, daß die V-förmigen Führungsschienen (13) als Stromzuführungen zu den leitenden Segmenten (11, 12) der Gummiringe (6) dienen (Fig. 6, 7). 10. Signal generator according to claim 9, dadurchg ek ennzeic hn et that the V-shaped guide rails (13) serve as current leads to the conductive segments (11, 12) of the rubber rings (6) (Fig. 6, 7).
BezugszeichenlisteReference list
1 Piezokeramikscheibe1 piezoceramic disc
2 Gegenbelegung2 counter-allocation
3 Freifläche in der Gegenbelegung3 open spaces in the counter occupancy
4 Rückkopplungsbelegung4 feedback assignment
5 (Achsen der) Schwingungsknoten 6 Gummiringe5 (axes of) vibration nodes 6 rubber rings
7 Kerben zur Aufnahme der Gummiringe7 notches for the rubber rings
8 Metallplatte8 metal plate
9 Hauptbelegung9 main occupancy
10 Schmalseite der Piezokeramikscheibe10 Narrow side of the piezoceramic disc
11 Leitfähige Segmente der Gummiringe 6 für Kontakt mit Hauptbelegung 911 Conductive segments of the rubber rings 6 for contact with the main assignment 9
12 Leitfähige Segmente der Gummiringe 6 für Kontakt mit Rückkopplungsbelegung 4 13 V-förmige Führungsschienen 14 Gedrückte Schaltung 15 16 Zapfen für Verbindung mit gedruckter Schaltung 17 18 Führungen 19 20 Halteblöcke 21 22 Stromruführungsdrähte 23
Figure imgf000014_0001
12 conductive segments of the rubber rings 6 for contact with feedback assignment 4 13 V-shaped guide rails 14 pressed circuit 15 16 pins for connection with printed circuit 17 18 guides 19 20 holding blocks 21 22 power lead wires 23
Figure imgf000014_0001
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