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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Membranen für
die Verwendung in elektroakustischen Wandlern wie Lautsprechern
bei dem eine Sicke aus einer Zellstruktur mit einem äußeren Umfang eines
Membrankörpers
aus einem Kunstharz mit Hilfe von zwei zusammenpassenden Formteilen
zum Spritzgießen
einer Membran verbunden wird.
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Gewünschte technische Voraussetzungen
für die
Membran zur Verwendung in solchen elektroakustischen Wandlern wie
Lautsprechern und dergleichen sind, daß die Membran einen Membrankörper umfaßt, der leicht
ist und geeignete Dämpfungseigenschaften
hat, wobei er eine hohe Elastizität zeigt, und eine Randeinspannung
umfaßt,
die leicht ist und eine hohe Dämpfung
hat, so daß er
eine optimale Linearität
zeigt. Weitere Voraussetzungen sind, daß die Membran eine ausgezeichnete
Beständigkeit
hat, leicht herzustellen ist, eine reproduzierbare Produktqualität hat und
dennoch kostengünstig
ist. In den letzten Jahren wurde ferner die Wasserbeständigkeit
eine wichtige Eigenschaft von Membranen, die hauptsächlich in
Fahrzeugen verwendet werden.
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Um die vorgenannten technischen Vorraussetzungen
zu verwirklichen, wurden verschiedene Typen von Membranen ohne getrennte
Sicke vorgeschlagen und benutzt. Im speziellen wurde eine Membranstruktur in
verschiedenen Ausführungen
vorgeschlagen, die durch gleichzeitiges Gießen und Verbinden des Membrankörpers mit
der Sicke unter Verwendung des Spritzgießens erhalten wird, im Hinblick
darauf, daß die
Struktur die ausgezeichneten Eigenschaften von Kunstharzmembranen
beibehalten und wirtschaftlich hergestellt werden kann, wobei kaum
eine von ihnen die vorgenannten technischen Voraussetzungen in einem
zufriedenstellenden Maß erfüllen konnte.
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Beispielsweise wurde in der Japanischen
Patent-Offenlegungsschrift Nr. 63-42300 eine Membran vorgeschlagen, bei
der eine Sicke, die durch einen Trimmprozeß in eine vorbestimmte Form
gebracht wird, vorbereitend in zwei Spritzgußformteile eingebracht wird
und gleichzeitig mit dem Spritzgießen des Membrankörpers verbunden
wird, um in diesen integriert zu werden. Bei einer solchen, in dieser
Veröffentlichung
im Detail gezeigten Membran wird die Sicke mit dem Membrankörper verbunden,
indem ein innerer Bereich der Sicke im wesentlichen in die Mitte
bezogen auf die Dicke des Membrankörpers eingeführt wird.
Weil in dieser Verbundstruktur die Position des Verbindungsbereichs
der Sicke nicht immer konstant sein kann, da sie von den Einspritzbedingungen
abhängt,
entstehen dadurch viele Probleme, etwa, daß im schlimmsten Fall die Sicke
in dem Formteil bricht und daß ein
solches gebrochenes Stück
gleichzeitig gegossen und verbunden wird, so daß bei weitem nicht die Membran
gemäß dieser
Veröffentlichung
erhalten wird.
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In der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift
Nr. 2-239799 wurde eine Verbesserung bezüglich der vorangegangenen Probleme
der Veröffentlichung
63-42300 vorgeschlagen.
Da bei dieser Verbesserung als Sickermaterial jedoch ein gewebter
Bespannstoff aus Baumwolle, Seide oder dergleichen aus einer chemischen
Faser mit der gewünschten
Hitzebeständigkeit
eingesetzt wird, besteht weiterhin das Problem in Bezug auf die
ausgezeichnete Linearität,
die mit der optimalen Dämpfung
erhalten werden soll, sowie der angestrebten Wasserbeständigkeit.
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Ferner wurde ein gleichzeitiges Spritzgießen und
Verbinden einer Sicke aus einem festen (aber nicht geschäumten) Elastomer
mit dem Membrankörper
vorgeschlagen, der vorbereitend in eine vorbestimmte Form gegossen
und in die Formteile abgelegt wird. In diesem Fall kann jedoch ein
verbleibender Druck auf die Sicke, der hauptsächlich durch die Kontraktion
nach dem Gießen
bedingt ist, nicht leicht entlastet werden, so daß das Problem
einer deutlichen Verformung auftritt. Wenn das feste (aber nicht
geschäumte)
Material als Sicke verwendet wird, entsteht ferner das Problem,
daß aufgrund
dieses Materials ein spezifischer Ton auftritt und ein abnormaler
Klang erzeugt wird, insbesondere bei der Aufnahme einer großen Eingangsleistung.
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Um das Problem der Sickenverformung
zu beseitigen, wurde ein gleichzeitiges Verbinden der Sicke in Form
eines Schaumgummis mit dem Gießen
des Membrankörpers
in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-102998 derselben
Anmelderin wie im vorliegenden Fall vorgeschlagen, wobei der Offenlegungsschrift
das U.S. Patent Nr. 5 705 108 entspricht. Bei dem dort gezeigten
gleichzeitigen Gießen
und Verbinden ist es wesentlich, daß der Membrankörper eine
ausreichende Hitzebeständigkeit
in Bezug auf eine Gußtemperatur
der Sicke hat. Wenn ein Kunstharz wie Polypropylen oder dergleichen
für den
Membrankörper
eingesetzt wird, das eine verhältnismäßig niedrige
thermische Verformungstemperatur hat, ist es deshalb erforderlich,
die Gußtemperatur
für die
Sicke niedriger einzustellen. Es tritt das Problem auf, daß die Herstellung
zeitaufwendig ist, was zu einer Erhöhung der Kosten führt.
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Ebenfalls von derselben Anmelderin
stammt die
DE 196
26 813 C2 , (entspricht
JP
9-102998 ,)die ein Verfahren zur Herstellung einer Sicke
für eine
Lautsprechermembran offenbart, bei dem die Sicke fest mit der Membran
verbunden wird und welches die folgenden Schritte umfaßt: Anordnen
einer zuvor hergestellten Membran auf einer ersten Form eines Paares
zusammenpassender Formen, Anordnen eines streifenförmigen Grundmaterials
auf dieser Form, wobei das Grundmaterial ein Gemisch aus einem Kautschuk
als einem Hauptbestandteil und einem Schaumbildner ist, und Warmpressen
des Grundmaterials für
die Sicke in eine vorbestimmte Sickenform mit der anderen Form des
Paares zusammenpassender Formen, die gegen die erste Form gepreßt wird,
wobei die warmgepreßte
geschäumte
Sicke gleichzeitig mit dem Schritt des Formens fest mit der Membran
verbunden wird.
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Schließlich sei noch die
DE 196 14 579 C2 erwähnt, die
eine Konusmembran für
dynamische Lautsprecher offenbart. Diese Konusmembran hat eine an
ihrem Rand festgelegte Einfassung in Form einer äußeren Einspannsicke aus geschäumtem Kunststoffmaterial.
Die Herstellung erfolgt durch Aufschäumen der Einspannsicke in situ
auf dem Rand der Konusmembran.
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Die beiden letztgenannten Herstellungsverfahren
weisen ebenfalls das Problem auf, daß der Membrankörper der
Gußtemperatur
der Sicke standhalten muß.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Herstellungsverfahren zu schaffen, das die vorangegangenen
Probleme vermeidet und mit dem man eine Membran erhält, die
leicht ist, eine hohe Elastizität
und eine ausgezeichnete Linearität
aufweist, bei der selbst bei einer großen Eingangsleistung kein abnormaler Klang
induziert wird, die formstabil und dennoch kostengünstig ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die obige Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art
gelöst
werden, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist,
- – Bereitstellung
einer durch Gießen
und Zuschneiden in eine vorbestimmte Form vorgefertigten Sicke aus der
Zellstruktur;
- – Ablegen
der so gefertigten Sicke auf einem der zwei zusammenpassenden Formteile;
- – Anbringen
des anderen Formteils auf das eine Formteil, auf dem die vorgefertigte
Sicke abgelegt ist, wobei zwischen beiden Formteilen ein zum Spritzgießen des
Membrankörpers
erforderlicher, vorbestimmter Spalt freigelassen wird; und
- – Einspritzen
eines Kunstharz-Materials in den Spalt zwischen den Formteilen,
zur Erzeugung der Membran durch Spritzgießen und gleichzeitigen Verbindung
des äußeren Umfangs
des durch Spritzgießen
zu erzeugenden
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Membrankörpers mit wenigstens dem inneren
Umfang der vorbereitend gegossenen Sicke.
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Erläuterungen der vorliegenden
Erfindung werden aus der weiteren detaillierten Beschreibung in
bezug auf Arbeitsschritte der Erfindung ersichtlich, wie sie in
den beigefügten
Zeichnungen gezeigt sind.
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1 und 2 zeigen jeweils Schritte
für die
Anfertigung der Sicke in dem Verfahren zur Herstellung von Membranen
zur Verwendung in elektroakustischen Wandlern gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine schematische, vergrößerte Schnittansicht
der Sicke nach dem Schneiden in dem Herstellungsverfahren der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
eine erläuternde
Ansicht für
den Schritt des gleichzeitigen Gießens in dem Herstellungsverfahren
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Ausschnitt einer vergrößerten Schnittansicht
um einen verbundenen Bereich des Membrankörpers und der Sicke gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung;
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6a–6d sind
erläuternde
Schnittansichten für
die Verbindung zwischen dem Membrankörper und der Sicke;
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7 ist
ein Diagramm, das einen Vergleich der Frequenz-Schalldruck-Eigenschaften der
Membran gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Diagramm gemäß einem
herkömmlichen
Verfahren zeigt; und
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8 ist
eine erläuternde
Ansicht für
einen Test auf Wasserbeständigkeit
der Membran gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung kann eine Membran zur Verwendung in elektroakustischen
Wandlern geschaffen werden, bei der der Membrankörper aus einem Kunstharz fest
mit der Sicke verbunden wird, die eine Zellstruktur hat.
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Als Sickenmaterial wird am besten
ein Schaumgummi unter Berücksichtigung
einer Verwendung eingesetzt, bei der eine hohe Verläßlichkeit
in bezog auf die Wasserbeständigkeit,
Witterungsbeständigkeit
und dergleichen verlangt wird. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist der Einsatz eines vulkanisierten Gummis, thermoplastischen Elastomers
oder dergleichen als Hauptkomponente des Schaumgummis. Als vulkanisierter
Gummi kann einer aus der Gruppe gewählt werden, die aus Styrol-Butadien-Gummi,
Nitril-Butadien-Gummi, Ethylen-Propylenterpolymer-Gummi,
Isopren-Gummi, Chloropren-Gummi, Isobutylen-Isopren-Gummi, Ethylen-Propylen- und
Silicon-Gummi besteht. Als thermoplastisches Elastomer kann eines
aus der Gruppe ausgewählt
werden, die aus Polyethylenen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polyurethanen,
Polyestern, Polyamiden, Polybutadienen, Ethylen-Vinylacetaten und
Polyvinylchlorid besteht.
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Ein zu mischendes Schäummittel
sollte vorzugsweise ein gaserzeugendes mit einer thermischen Zersetzung
sein, und eine gewonnene gegossene und geschäumte Sicke sollte am besten
ein spezifisches Gewicht im Bereich von 0,07–1,2 haben. Als anderes Sickenmaterial
kann ein geschäumtes
Urethan eingesetzt werden.
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Die Zellstruktur der Sicke ist eine
zelluläre
Struktur, die ein geschäumtes
Teil darstellt, in dem Zellen jeweils mit einer Zellwand gebildet
sind. Die zelluläre
Struktur enthält
eine Struktur aus geschlossenen Zellen, in der jede Zelle vollständig von
der Zellwand umgeben ist, und eine andere Struktur aus miteinander
verbundenen Zellen, in der die Zellen jeweils nicht vollständig von
der Zellwand eingeschlossen sind, aber mit der oder den benachbarten
Zellen in Verbindung stehen. Die vorliegende Erfindung übernimmt
die Struktur aus geschlossenen Zellen oder die eines gemischten
Typs aus geschlossenen und miteinander verbundenen Zellen.
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BEISPIELE:
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Zunächst wurde eine Sicke, die
durch Gießen
und Schneiden einer aus der Zellstruktur gebildeten Sicke in eine
vorbestimmte Form erhalten wurde, vorbereitend in ein Formteil 1 von
zwei zusammenpassenden Formteilen zum Spritzgießen eines Membrankörpers abgelegt.
Das andere Formteil 3 wurde mit dem Formteil 1 zusammengeführt, und
die Sicke wurde mit dem Membrankörper
gleichzeitig mit einem Spritzgießen des Membrankörpers mit
einem Kunstharz in eine Ausnehmung zwischen den zusammengeführten Formteilen 1 und 3 verbunden.
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Im einzelnen wurde der Sickengrundkörper 2a,
der aus einer innigen Gummi-Mischung aus beispielsweise Ethylen-Propylenterpolymer-Gummi
mit einem zugeführten
Vulkanisiermittel, Schäummittel
und dergleichen, in eine vorbestimmte Form geformt, wie etwa im
vorliegenden Fall in eine Streifenform. Der Sickengrundkörper 2a wurde
auf dem Formteil 1 von zwei zusammenpassenden Formteilen
plaziert, wie in 1 gezeigt. Danach
wurde, wie in 2 gezeigt,
der Sickengrundkörper 2a aus
der innigen Gummi-Mischung durch das andere Formteil 3 gegenüber dem
zusammenpassenden Formteil 1 gehalten und unter Hitze und
Druck gegossen. Es wurde eine Sicke 2 aus einem geschäumten und
vulkanisierten Gummi in einer vorbestimmten Form erhalten. In diesem
Beispiel wurde die Sicke 2 unter einem Druck von 4 kg/cm2 und einer Temperatur von 200°C über eine
Zeitdauer von 60 Sekunden hergestellt.
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Falls erforderlich, wird der Sicke 2,
der mit dem geschäumten
und vulkanisierten Gummi wie oben angegeben hergestellt wurde, weiter
in eine vorbestimmte Form geschnitten. In 3 ist die Sicke 2 vergrößert gezeigt,
woraus ersichtlich wird, daß die
Sicke 2 Hautschichten 4a und einen Zellbereich 4b aufweist,
die ein geschlossenes Zellenteil bilden. Weiterhin wird diese Sicke 2 entlang
einer Scherlinie 4L geschnitten. Ein Membrankörper 5 wird
mit dem so geschnittenen Abschnitt der Sicke 2 verbunden,
wobei ein Material 5a des Körpers 5 in die Sicke 2 eingearbeitet
wird, wie in 4 gezeigt,
um eine festere Verbindung zu erhalten. Weiterhin ist zu sehen,
daß im
Inneren des Zellteils 4b die geschlossenen Zellen zu einer
Reduzierung des Gewichts der Sicke 2 beitragen.
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Als nächstes wird die Verbindung
der Sicke 2 in bezug auf den Membrankörper 5 im Detail beschrieben.
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Die Sicke 2 aus dem geschäumten und
vulkanisierten Gummi wurde in einer geeigneten Position in dem einen
Formteil 1 der zwei zusammenpassenden Formteile zum Spritzgießen in eine
vorbestimmte Form plaziert und an eine nicht gezeigte Spritzgußmaschine
angeschlossen. Die Sicke 2 wurde an dem einen Formteil 1 mit
Hilfe einer nicht gezeigten, an die Formteile angeschlossenen Vakuum-Absorptionsvorrichtung
befestigt. Das eine Formteil 1 wurde dann zu einer vorbestimmten
Position bewegt. Das andere Formteil 3 wurde auf das Formteil 1 plaziert
mit einem dazwischenliegenden Spalt. Ein Material, das unter Zugabe
von 30% Glimmer zu Polypropylen hergestellt wurde (z.B. ein Produkt
MRP230-LL2B von KURALAY), wurde bei einer Harztemperatur von 230°, einem Einspritzdruck
von 150 MPa, einer Spritzdauer von 0,05 Sekunden, einer Gußtemperatur
von 60°C
und einer Abkühlzeit
von 10 Sekunden in den Spalt eingespritzt. Der Membrankörper 5 wurde,
während
er gegossen wurde, an seinem äußeren Rand
hauptsächlich
mit dem geschnittenen Innenbereich der Sicke 2 verbunden.
Die Verbindung wurde so hergestellt, daß eine feste Haftung durch
gegenseitiges Fusionsbonden der beiden Materialien durchgeführt wurde.
Dann wurde das Gußmaterial
des Membrankörpers 5 dazu
gebracht, in den Zellteil 4b an dem inneren Bereich der
Sicke 2 einzutreten, wobei der Spalt der Formteile zu diesem
Bereich hin fortgesetzt wurde. So wurde die feste Haftung zwischen
der Sicke und dem Membrankörper
erreicht.
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Im obigen Fall wurde festgestellt,
daß bei
einem Membrankörper 5 aus
bekanntem Olefin-Harz, wie das oft angesichts des spezifischen Gewichts,
der Dämpfungseigenschaften
usw. eingesetzte Polypropylen, am besten das gleiche Material wie
das für
den Membrankörper,
das Polymere aus olefinischen Kohlenwasserstoffen einschließt, für den Sickegrundkörper 2a angesichts
der Hafteigenschaften und der Verläßlichkeit verwendet werden
sollte.
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Ferner wird es ermöglicht,
das Gießen
unter einem geringeren Druck durchzuführen, indem der Gußspalt größer gemacht
wird als ursprünglich
für das
Spritzgießen
des Membrankörpers
vorgesehen, und indem das Pressen im wesentlichen gleichzeitig mit
dem Abschluß des
Spritzgießens
ausgeführt
wird, wodurch das Auftreten von Verformungen in der Sicke 2 deutlich
reduziert werden kann und eine stabilere Produktion der Membran
ermöglicht
wird.
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Andererseits zeigen die 6a–6d verschiedene andere
Aspekte des Verbinders der Sicke 2 mit dem Membrankörper 5.
Im einzelnen zeigt ein schraffierter Abschnitt in den entsprechenden
Zeichnungen einen Zustand, in dem das Material 5a der Membran
in den Zellteil 4b der Sicke 2 eingeführt wird.
Das heißt,
während in
den 3-5 die Sicke 2 entlang der Linie 4L an
dem aufsteigenden Teil der Sicke geschnitten und an diesem geschnittenen
Bereich mit dem Membrankörper 5 verbunden
wird, zeigen die entsprechenden Aspekte in den 6a–6d, daß die Sicke 2 an einer
Zwischenposition des inneren flachen Bereichs geschnitten wird,
so daß ein
nach innen gerichteter flacher Abschnitt übrig bleibt. Die Sicke 2 wird
an der inneren Oberfläche eines
solchen flachen inneren Bereichs mit dem Membrankörper 5 verbunden.
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Als nächstes wird ein Leistungstest
der Membran zur Verwendung in dem elektroakustischen Wandler gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Die vorangegangene Membran, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurde, sowie eine bekannte Membran mit einer Verbindung,
bei der ein Haftmittel eingesetzt wurde, wurden jeweils in Lautsprecher
mit dem gleichen Durchmesser von 13 cm eingebaut. Bei beiden Membranen
wurden die Frequenz-Schalldruck-Eigenschaften gemessen, wobei das
Ergebnis in 7 gezeigt ist.
Es wurde festgestellt, daß,
obwohl die erfinderische Membran um etwa 16% (1,0 g) leichter als
die bekannte Membran ist, die charakteristische, mit durchgezogener
Linie dargestellten Kurve der Membran PI gemäß der vorliegenden Erfindung
im wesentlichen die gleichen ausgezeichneten Frequenz-Schalldruck-Eigenschaften
auf dem gleichen oder sogar einem besseren Niveau zeigt wie die
charakteristische, mit gestrichelter Linie dargestellte Kurve der
bekannten Membran OI.
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Ferner wird ein Wasserbeständigkeitstest
der Membran zur Verwendung in dem elektroakustischen Wandler gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Im vorliegenden Fall wurde, wie in 8 gezeigt, die Membran PI
der vorliegenden Erfindung in einer Wasserbeständigkeitstestvorrichtung 7 mittels
einer Membrauflage 8 gelagert, wobei die rückseitige
Oberfläche
der Membran PI nach oben zeigt. Eine bestimmte Wassermenge 9 wurde
auf der rückseitigen
Oberfläche
aufbewahrt. Die Membran wurde in diesem Zustand für 48 Stunden
in ein Regal gestellt und die Wasserbeständigkeit wurde anschließend ausgewertet.
Als Wasserbeständigkeitstestvorrichtung 7 wurde
eine Vorrichtung eingesetzt, in der ein zylindrischer Körper 11 aus
transparentem Acrylharz vorgesehen war und ein Gewicht 10 trug,
mit einer Einlage 12 zur Halterung eines Außenbereichs
der Membran PI.
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Im Ergebnis zeigten sowohl die erfinderische
Membran PI als auch die bekannte Membran OI eine ausgezeichnete
Wasserbeständigkeit,
ohne daß selbst
nach dem Regaltest über
48 Stunden ein Ausschwitzen von Wasser oder eine Verformung auftrat.
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Ferner wurde die Haftstärke des
Verbindungsabschnitts bei der erfinderischen und bei der bekannten Membran
hinsichtlich der Scher festigkeit durch einen Zugtest ausgewertet.
Im Ergebnis zeigte die erfinderische Membran eine höhere Haftfestigkeit
als die bekannte Membran, wie die folgende Tabelle zeigt: TABELLE
| | Scherkraft-Haftfestigkeitsprüfung des
Verbindungsteils (kg/cm2) |
| Erfinderische
Membran: | 2,08 |
| Bekannte
Membran: | 1,48 |
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In bezog auf die Gesamtgüte konnte
ermittelt werden, daß das
erfinderische Produkt eine ausgezeichnete Membran ist, wie die bessere
Güte im
Vergleich zu der der bekannten Membran zeigt. Beim Herstellungsverfahren
können
ferner die Schritte des Auftragens des Haftmittels und des Zusammenbringens
der beiden Bereiche zum Aneinanderhaften ausgelassen werden. Es
konnte die Zuversicht gewonnen werden, daß das Verfahren noch wirtschaftlicher
gemacht werden kann.
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Während
im vorangegangenen der Schaumgummi als Material für die Sicke
beschrieben wurde, ist es möglich,
Schaum-Urethan am besten dann einzusetzen, wenn beabsichtigt ist,
die ausgezeichnete akustische Güte,
die anders als die des Schaumgummis ist, zu nutzen, da Schaum-Urethan den gleichen
oder sogar einen höheren
Grad der Gewichtsminimierung erreicht und dennoch eine ausgezeichnete
Güte bietet,
die anders als des Schaumgummis ist. Dagegen ist Schaum-Urethan
in der Verläßlichkeit,
wie etwa der Wasserbeständigkeit und
den Witterungseigenschaften dem Schaumgummi unterlegen, so daß es in
der Einsatzumgebung eingeschränkt
ist.