DE2951396C2 - Vorrichtung zum Halten und elektrischen Anschließen eines Wandlers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und elektrischen Anschließen eines Wandlers der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art

Solche Wandler können als Tonfrequenz-Wandler in der Form von Lautsprechern, Mikrofonen, Signalgebern oder dgl. ausgebildet sein. Sie bestehen aus einem piezoelektrischen Material in Scheibenform, das bei elektrischer Anregung Schwingungen ausführt oder bei der Aufbringung von Schwingungen elektrische Signale abgibt. Ein solcher Wandler kann aus einem auf einem leitfähigen Träger angeordneten, dünnen piezoelektrischen Element bestehen, das auf geeignete Weise gehaltert und elektrisch angeschlossen werden muß.

Wie der US-PS 38 15 129 zu entnehmen ist, sind zur Herstellung einer Rückkopplungsschaltung drei Anschlüsse am piezoelektrischen Wandler erforderlich, die auf geeignete Weise angeschlossen werden müssen. Die Montage und den Anschluß solcher Wandler zeigen die US-PS 40 82 982 und 33 31 970.

Es hat sich als wünschenswert sowohl für den Zusammenbau als auch für die Montage herausgestellt daß das Wandlerelement in der entsprechenden Halterung lösbar befestigt wird, um einen Austausch auf einfache Weise vornehmen zu können. Eine solche Möglichkeit ist in der US-PS 38 85 173 beschrieben. Obwohl diese bekannte Vorrichtung im großen und ganzen einen Austausch des Wandlerelementes zuläßt, ist sie jedoch verhältnismäßig aufwendig aufgebaut, weil sie mit einer elastomeren Zwischenscheibe arbeitet, die bei den üblichen Herstellungsverfahren nur umständlich montiert werden kann.

Außerdem ist aus der DE-AS 22 09 607 ein elektroakustischer Wandler bekannt, bei dem ein piezoelektrisches Element zwischen einem Sockel und einem Gehäusedeckel am Rand eingeklemmt ist, wobei der Gehäusedeckel um den Sockel umgebördelt und damit unlösbar verbunden ist. Die Anschlüsse des piezoelektrischen Elementes sind mit angelöteten oder angeschweißten Anschlußdrähten versehen, die durch entsprechende Kanäle im Sockel herausgefädelt und mit

einer gedruckten Schaltungsplatte verlötet sind. Diese bekannte Lösung hat jedoch den Nachteil, daß ein Austausch des piezoelektrischen Elementes im Schadensfalle nicht möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Halten und elektrischen Anschließen eines Wandlers vorzuschlagen, die sich durch einfache Montage auszeichnet und die auch im auf eine Schaltungsplatine aufgelöteten Zustand jederzeit zu öffnen ist, um ein eventuell defektes piezoelektrisches Element zu erneuern.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine auseinandergezogene Darstellung der Einzelteile einer ersten Ausführungsforr* der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Wandler, der für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden kann;

F i g. 3 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1 nach ihrer Befestiggung auf einer Schaltungsplatine;

F i g. 4 eine auseinandergezogene Darstellung von Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 5 eine Seitenansicht einer teilweise geschnittenen Vorrichtung aus F i g. 4;

F i g. 6 eine auseinandergezogene Darstellung von Einzelteilen einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

F i g. 7 eine Seitenansicht einer teilweise geschnittenen Vorrichtung gemäß F i g. 6.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Halten und Anschließen ist geeignet für piezoelektrische Wandler mit dünnem Profil, die bei elektrischer Anregung vibrieren bzw. mechanische Schwingungen ausführen. Ein Beispiel des verwendbaren Wandlers zeigt F i g. 2, in der Form einer kreisförmigen Scheibe. Selbstverständlich ist jedoch auch eine andere dünne Wandlerform im Rahmen der Erfindung für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendbar.

F i g. 2 zeigt einen Wandler 10 mit einem piezoelektrischen Element 12, welches auf einem größeren Substrat 14 aus leitfähigeni Material, wie etwa Messing, angeordnet ist. Wenn eine Rückkopplungsschaltung benutzt werden soll, weist das piezoelektrische Element 12 eine elektrisch isolierte Insel 16 auf, die mit der Rückkopplungsschaltung verbunden wird.

Wie F i g. 1 und 3 im einzelnen zeigen, kann die im ganzen mit 20 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer bedruckten Schaltungsplatine 22 verbunden werden, die mehrere Befestigungslöcher 24 und Anschlußlöcher 26 aufweist.

Die Vorrichtung 20 umfaßt einen Sockel 28 mit einem Gehäuse 30. an dem Montierhaken 32 mit Schnappnasen 34 ausgebildet sind. Die Montierhaken können in die Biifestigungülöcher 24 in der Schaltungsplatine 22 einrasten. Diese BesfesMgung ist zunächst herzusteilen, ehe gelötet wir4, worUuf nachfolgend noch eingegangen wird.

Im Inneren des Sockels 28 befindet sich eine aufrechtstehen^ie kreisförmige Lagerrippe 36, auf welcher der Wandle»· 10 im Knotenbsreich ruhen kann. Die LaeerriDDe 36 hat eine Messerkante, so daß der Boden des Wandlers 10 über eine schmale Kontaktlinie unterstützt wird.

Mehrere vertikal stehende Positionierungsrippen 38 sind an der Innenwand des Gehäuses 3O ausgebildet

Diese Posuionierungsrippen 38 lokalisieren den Wandler so, daß er die Gehäuseinnenwand nicht berührt, wodurch sonst seine Vibration gedämpft werden könnte.
Das Innere des Sockelgehäuses 30 weist drei An-Schlußkanäle 40,42, 44 auf, in welchen jeweils eine von drei elastischen Kontaktfedern 46,48, 50 befestigt werden kann. Jede Kontaktfeder 46, 48 und 50 weist eine Arretiernase 52 auf, die an der Schulter 54 in den Anschlußkanälen 40,42 und 44 anliegt und auf diese Weise die Kontaktfedern arretiert. Wenn die Anschlußklemmen zu Beginn in den jeweiligen Anschlußkanälen montiert sind, stehen sie über die Höhe der Lagerleiste 36 hinaus und werden von einer abwärts gerichteten Kraft des Wandlers 10 federnd abwärts gedruckt.

Um die abwärts gerichtete Kraft zu erzeugen und daher die elektrische Verbindung mit den Kontaktfedern herzustellen, ist ein Deckel 56 vorgesehen. Der Deckel 56 hat die Form eines an einem Ende offenen zylindrischen Deckelgehäuses 58 mit einer öffnung 60 an seiner Spitze und mehrerenSchnappbügeln, welche mit den Schnappnasen 34 am Sockelgehäuse 30 kooperieren können.

Die Innenseite des Deckelgehäuses 56 ist mit einer herabreichenden kreisförmigen Rippe 64 ausgerüstet.

die auf die Lagerrippe 36 des Sockels 28 ausgerichtet ist. Die herabreichende Rippe 64 teilt das Deckelgehäuse 58 in eine zentrale Resonanzkammer 66 und eine sie umgebende Ringkammer 68.

Es ist wichtig festzuhalten, daß der Durchmesser der kreisförmigen Lagerrippe 36 und der herabhängenden Rippe 64 so ausgelegt ist, daß er im wesentlichen gleich dem Knotendurchmesser des Wandlers 10 ist. An dieser Knotenstelle oder an diesem Durchmesser liegt normalerweise die Stelle, an der der Wandler 10 nicht vibriert.

Wenn daher der Wandler an dieser Stelle gehalten ist, ist die Dämpfung gering und es wird die größte Vibration und die größte Schallabstrahlung erzielt. Um die Dämpfung weiter zu verringern, sollten die Kontaktfedern 46, 48 und 50 elastisch sein. Zur Verstärkung der Schallabstrahlung ist die Resonanzkammer 66 vorgesehen, die im Kontakt mit dem Wandler 10 verbleibt. Obgleich alle diese Merkmale notwendig sind, um eine optimale Schallabstrahlung zu erreichen, können diese Merkmale entfallen, wenn nur ein geringerer Schallausgang erwünscht sein sollte.

Bei Benutzung kann die gesamte Vorrichtung 20 vor der Montage zusammengesetzt sein. Zuerst werden die Kontaktfedern 36, 48 und 50 in ihre jeweiligen Anschlußkanäle 40, 42 und 44 eingesetzt. Dann wird der Wandler 10 so eingesetzt, daß das piezoelektrische Element 10 auf die elastischen Kontaktfedern 36,48 und 50 und die Lagerrippe 36 zuweist. Der Deckel 56 wird dann auf den Sockel 28 aufgesetzt und die jeweiligen Schnappnasen 34 gelangen mit den jeweiligen Schnappbügeln 42 in Eingriff.

Nach fertigem Zusammenbau wird die Vorrichtung auf die Schaltungsplatine 22 so aufgesetzt, daß die Montierhaken 42 in den jeweiligen Löchern 24 aufgenomme:' sind. Die Schaltungsplatine 22 wird dann im Lö'bad

es verlötet, so daß Lötverbindungen 70 zur elektrischen Verbindung mit nicht dargestellten Leiterzügen auf der Schaltungsplatinc 22 mit dem Wandler 10 hergestellt werden.

Wenn es aus besonderen Gründen erwünscht sein sollte, den Wandler 10 auszutauschen, wird der Deckel 56 durch Lösen der Schnappbügel 62 von den Schnappnasen 34 entfernt. Dies kann viele Male geschehen.

F i g. 4 und 5 zeigen Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform 80 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die auf einer Schaltungsplatine 82 befestigbar ist. Die Schaltungsplatine 82 weist mehrere Montierlöcher 84 sowie Anschlußlöcher 86 auf, deren Zweck nachstehend erläutert wird.

Die Vorrichtung 80 weist einen Sockel 88 mit zwei Montierhaken 90 auf, die von den Montierlöchern aufgenommen werden können. Vier aufrechtstehende Lagerpfosten 92 erstrecken sich von dem Sockel 88 nach oben und bilden eine Plattform für den Wandler 10, is wenn er auf dem Socke! SS befestigt ist. Zwei aufrechtstehende Klammern 94 sind zum Ergreifen des Wandlers 10 auf den Sockel 88 vorgesehen. Die Kombination der vier Pfosten 92 und der zwei Klammern 94 stellt eine Haltevorrichtung für den Wandler 10 dar.

Der Sockel 88 weist drei Anschlußkanäle 96, 98 und 100 auf, von denen jeder eine von drei Kontaktfedern 102, 104 und 106 aufnehmen kann. Jede Kontaktfeder 102,104 und 106 besitzt eine Arretiernase 108, die gegen eine in den Anschlußkanälen 96,98 und 100 ausgebildete Schulter 110 jeweils anliegen können. Auf diese Weise wird jede Kontakfeder 102,104 und 106 in ihrem zugehörigen Kanal arretiert.

Man sieht, daß die Kontaktfedern 102, 104 und 106 elastisch sind und daß sie, wenn sie in den Sockel 88 vor dem Einbringen des Wandlers 10 befestigt sind, sich in eine größere Höhe strecken, als die Höhe der vier aufrechtstehenden Pfosten 92 beträgt. Wenn der Wandler in der Vorrichtung gehalten wird, werden die Kontaktfedern elastisch nach unten gedrückt

Um das Einführen und das Abnehmen des Wandlers 10 zu erleichtern, sind ein Paar Ausschnitte 112 an gegenüberliegenden Seiten des Wandlers 10 vorgesehen, die auf die Klammern 94 ausgerichtet werden können.

Bei Verwendung werden die Kontaktfedern 102,104 und 106 in ihren jeweiligen Anschlußkanälen 96,98 und 100 befestigt. Der Sockel 88 wird dann auf der Schaltungsplatine 82 durch Einsetzen des Montierhaken 90 in die jeweiligen Montierlöcher 84 befestigt Der Bodenabschnitt der Kontakfedern 102,104 und 106 erstreckt sich dann unter die Oberfläche der Schaltungsplatine 82 nach unten.

Die bedruckte Schaltungsplatine kann dann im Lötbad verlötet werden, so daß eine permanente Lötverbindung 140 sich an jeder der Kontaktfedern 102, 104 und 106 ergibt. Der Wandler 10 wird dann auf dem Socke! durch Ausrichten der Ausschnitte 112 auf die Klammern 94 und abwärts drückend befestigt.

Man sieht, daß es nicht notwendig ist ein Rückkopplungssystem mit drei Anschlüssen zu schaffen. Schall kann auch dadurch produziert werden, daß das übliche System mit zwei Anschlüssen benutzt wird.

F i g. 6 und 7 zeigen im einzelnen eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 120, die auf einer bedruckten Schaltungsplatine 122 befestigt werden kann. Diese hat drei öffnungen 124,126 und 128 aus Gründen, die nachstehend deutlich werden.

Die Vorrichtung 120 umfaßt einen einteiligen Sockel 129 aus elektrisch leitfähigem Material. Der Sockel 129 kann gestanzt und dann zu dem Gebilde geformt werden, wie es nachstehend im einzelnen erläutert wird.

Der Sockel 129 weist vier aufrechtstehende Lagerflächen 130 und zwei Stirnplättchen 131 auf. Jedes der Stirnplättchen 131 besitzt ein Paar obere Haltenasen. Die Lagerflächen 130 und die Haltenasen 132 bilden eine Haltevorrichtung, die den Wandler 10 am Sockel 129 hält.

Ein Paar sich abwärts erstreckender Anschlußfahnen 134 und 136 sind an dem Sockel 129 angeformt und abwärts gebogen, so daß sie sich in einen Bereich unter die Stirnplättchen 131 erstrecken. Die Anschlußfahnen 134, 136 sind jeweils in den öffnungen 124, 126 aufgenommen. Jede der Anschlußfahnen 134 und 136 weist eine Auswärtsbiegung 137 auf, damit eine vorübergehend wirksame Befestigung für den Sockel 129 an der gedruckten Schaltungsplatine 122 geschaffen ist, wenn die Anschlußfahnen in den öffnungen 12 und 126 aufgenommen sind. Da der gesamte Sockel einteilig aus leitfähigem Material hergestellt ist. sind die Anschlußfahnen 134 und 136 elektrisch mit der Haltevorrichtung verbunden, welche die Lagerfläche 130 und die Haltenasen 132 umfaßt.

Der Sockel 129 weist ferner einen Abreißabschnitt 138 auf. Der Abreißabschnitt ist mit einer herabreichenden Fahne 140 versehen, die in der Öffnung 128 in der bedruckten Schaltungsplatine aufgenommen werden kann. Am oberen Ende des Abreißabscnnittes 138 befindet sich ein elastischer Federkontakt 142, der das piezoelektrische Element 112 kontaktieren kann.

Aus nachstehend deutlich werdenden Gründen ist es notwendig, daß der Abreißabschnitt vom Rest des Sokkels 129 elektrisch isoliert ist. Dazu ist eine Bruchlinie 144 vorgeformt, damit der Abreißabschnitt 138 vom Sockel 129 abgebrochen werden kann.

Bei Benutzung wird der einteilige Sockel 129 auf der Schaltungsplatine 122 so befestigt daß die Anschlußfahnen 134 und 136 durch öffnungen 124 und 12* reichen und die herabhängende Fahne 140 in der öffnung 129 aufgenommen sind. Die Ausbiegungen 137 in den Anschlußfahnen 134 und 136 verhindern, daß der Sockel 129 sich aus der bedruckten Schaltungsplatine 122 löst Die bedruckte Schaltungsplatine 122 wird dann verlötet, was die drei Lötpunkte 146 ergibt Der Abreißabschnitt 138 wird dann längs der Bruchlinie 144 vom Rest des Sockels 129 getrennt und auf diese Weise elektrisch von diesem isoliert

Das leitfähige Substrat 14 des Wandlers 10 wird auf der Haltevorrichtung zwischen den jeweiligen Halteflächen 130 und den Haltenasen 132 befestigt In dieser Konfiguration kontaktiert die Haltevorrichtung das leitfähige Substrat 14 des Wandlers 10, das elektrisch mit den Anschlußfahnen 134 und 136 verbunden ist Der Abreißabschnitt 138 steht dann in Kontakt mit dem piezoelektrischen Element 12. Auf diese Weise ist eine extrem billige Wandler- Anschlußvorrichtung geschaffen.

Insgesamt wurde eine Vorrichtung zum Halten und elektrischen Anschließen eines Wandlers an die Leiterbahnen einer Schaltungsplatine beschrieben. Der Wandler hat die Form eines dünnen Plättchens mit einem leitfähigen Substrat auf dem ein piezoelektrisches Element angeordnet ist Die Vorrichtung besteht allgemein aus einem Sockel, in welchem der Wandler abnehmbar befestigt ist und der den Wandler elektrisch mit der Schaltung verbindet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Halten und elektrischen Anschließen eines Wandlers, bestehend aus einem leit- s fähigen Substrat und einem darauf angeordneten piezoelektrischen Element, an die Leiterzüge einer Schaltungsplatine, bei der das leitfähige Substrat zwischen einem Sockel und einem darauf montierten Deckel gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sockel (28, 88, 129) mindestens zwei mit den Leiterzügen der Schaltungsplatine (22, 82; 122) verbindbare Kontaktfedern (46. SO; 102,106; !34, 136) angeordnet sind, von denen die eine (46, 102.134) das piezoelektrische Element (12) und die andere (SO, 106,136) das leitfähige Substrat (14) berührt, und daß der Deckel (56) auf dem Sockel (28,88, 129) lösbar befestigt ist und im aufgesetzten Zustand den Wandler (10) gegen die Kontaktfedern (46, 50; 102,106; 134,136) drückt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10) die Form einer kreisförmigen Scheibe hat und eine elektrisch isolierte Rückkopplungsinsel (16) auf dem piezoelektrischen Element (12) aufweist und daß eine dritte Kontaktfeder (48.104) zum federnden Berühren der Insel (16) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (28) eine im wesentlichen zylindrische Kammer mit einer inneren Lagerrippe (36) aufweist, die sich nach oben erstreckt und eine kreisförmige Auflage für den Wandler (10) definiert, daß die Kontaktfedern (46,50,48) im Ruhezustand eine größere Höhe haben als die Lagerrippe (3(5); daß der Deckel (56) mit seinem offenen Ende über den Sockel (28) paßt und eine abwärts erstreklcende kreisförmige innere Rippe (64) aufweist, die auf die Lagerrippe (36) des Sockels (28) ausgerichtet ist und den Wandler (10) von oben so ergreift, daß dieser gegen die Kontaktfedern (46,50,48) gedrückt wird, und daß der Durchmesser der Lagerrippe (36) und der herabreichenden Rippe (64) im wesentlichen der gleiche wie der Knotendurchmesser des Wandlers (10) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (64) des Deckels (56) eine kreisförmige Resonanzkammer (66) und eine diese umgebende Ringkammer (68) bildet und daß der Deckel am oberen Ende der kreisförmigen Resonanzkammer (66) eine öffnung (60) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Deckel (56) und Sockel (28) eine Schnappvorrichtung (34, 62) zum lösbaren Befestigen des Deckels auf den Sockel vorgesehen ist

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Sockels (28) mehrere vertikale Positionierungsrippen (38) ausgebildet sind, die zur Positionierung des Wandlers (10) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der Kontaktfedern (46, 50, 48; 102, 106, 104; 134, 136, 140) zur permanenten elektrischen Verbindung mit den Leiterzügen der Schaltungsplatine (22, 82, 122) ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen einteiligen elektrisch leitfähigen Sockel (129). der auf der Schaltungsplatine (122) befestigt ist und eine Haltevorrichtung (132,130) aufweist, die das leitfähige Substrat (14) kontaktiert und den Wandler (10) am Sokkel lösbar befestigt, und erste Kontaktfedern (134, 136) aufweist die mit den Leiterbahnen der Schaltungsplatine (122) elektrisch verbunden werden können, und durch eine zweite vom Sockel (129) elektrisch isolierte zweite Kontaktfeder (140) die einseitig mit den Leiterzügen der Schaltungsplatine (122) elektrisch verbunden werden kann und andererseits federnd gegen das piezoelektrische Element (12) drückt

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die ersten Kontaktfedern (134, 136) eine sich vom Sockel (129) abwärts erstreckende Anschlußfahne (137) aufweist

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß die ersten Kontaktfedern (134, 136) Mittel zum mechanischen Befestigen des Sokkels (129) auf der Schaltungsplatine (122) aufweist

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß der Wandler (10) die Form eines dünnen Scheibchens (F i g. 2) hat