DE3319423C2

DE3319423C2 - Lautsprechermembran

Info

Publication number: DE3319423C2
Application number: DE19833319423
Authority: DE
Inventors: Michael 4000 Düsseldorf Bolz
Original assignee: Visaton Peter Schukat
Current assignee: Visaton Peter Schukat
Priority date: 1983-05-28
Filing date: 1983-05-28
Publication date: 1985-03-28
Also published as: CA1210338A; DE3319423A1; EP0126841A3; EP0126841A2

Abstract

Eine Lautsprechermembran aus zwei Papierschichten, zwischen denen eine Zwischenschicht aus einem mit kleinen Unterbrechungen (6) versehenen Kunststoff mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 25000 daN/cm2 vorgesehen ist, die eine Dicke von mindestens dem Einfachen bis höchstens dem Dreifachen der Dicke einer der Papierschichten aufweist und diese flächig miteinander verbindet. Die Membran ist besonders leicht und formsteif.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lautsprechermembran der dem Oberbegriff des Anspruchs } entsprechenden Art.

Werkstoffe für Lautsprechermembranen müssen außer einem bestimmten Dämpfungsverhalten ein möglichst niedriges Flächengewicht aufweisen, damit die Membran den Verlagerungen der Spule trägheitsarm folgen kann, und außerdem eine möglichst hohe Formsteifigkeit (Biegefestigkeit) besitzen, damit die Membran sich unter den Kräften der Spule beim Beschleunigen nicht verformt und nicht »atmet«, d. h. unerwünschte Nebenschwingungen zeigt.

Zur Herbeiführung dieser Eigenschaftskombination ist es bereits frühzeitig unternommen worden, die Membran als Laminatstruktur auszubilden, die einen Sandwich-Effekt zeitigt und bei der die Zwischenschicht zur Verringerung des Flächengewichts eine aufgelockerte Struktur zeigt

Der Ausdruck »kleine Unterbrechungen« soll in diesem Zusammenhang besagen, daß die Zwischenschicht aus Kunststoff keine massive, kompakte Kunststoffschicht sein soll, sondern daß die Kunststoffschicht Ausnehmun gen oder Hohlräume aufweisen soll, die ihr Gewicht herabsetzen. Die Abmessungen der »kleinen Unterbrechun gen« sollen etwa in der Größenordnung der Schichtstärken 'iegen, wobei die zwischen den Unterbrechungen stehenbleibenden Bereiche von höchstens gleicher, vorzugsweise jedoch geringerer Größenordnung sein sollen. Die Verbindung der beiden Papierschichten miteinander soll durch die zwischen den kleinen Unterbrechungen ' stehenbleibenden Bereiche, Stege oder Wände des Kunststoffs erfolgen, in denen dieser dann allerdings massiv

In der DE-PS 9 74 931 ist eine Lautsprechermembran nach dem Oberbegriff beschrieben, die aus erstarrtem Schaum besteht und zwei äußere Häute etwa aus Papier einer Dicke von einigen Hundertstel Millimeter, höchstens jedoch einem Zehntel der Membrandicke aufweist, die den Schaumkörper überall festhaftend überziehen.

en Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannten Membranen noch nicht befriedigen können. Entweder ist der Schaum fest und besitzt ein entsprechend hohes Raumgcwicht — dann ist die Membran zwar formsteif aber zu schwer und zu träge. Oder der Schaum ist besonders leicht — dann ist die Membran zwar nicht träge, dafür aber ist die Scherfestigkeit der zwischen den beiden Deckschichten gelegenen Schaumschicht zu gering und der Sandwich-Effekt, d. h. der Gewinn an Formsteifigkeit, zu gering.

b5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membran der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art so weiterzuentwickeln, daß bei geringem Gewicht eine höhere Formsteifigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Merkmaie gelöst.

ft Wegen des hohen Elastizitätsmoduls des Kunststoffs, d. h. seiner hohen Formsteifigkeit im Verein mit der

i§ geringen Dicke der Zwischenschicht ergibt sich eine Verbindung der Päpierschichten, die nur sehr geringe

% Scherungen zuläßt, wodurch ein deutlicher Sandwich-Effekt d. h. ein deutlicher Gewinn an Formsteifigkeit des

ö| Dreischichtenmaterials, zu verzeichnen ist Die hohe Formsteifigkeit und die »Löchrigkeit« des Kunststoffs sind

Ia_x für die Erfindung wesentlich, was z. B. daraus hervorgeht daß mittels eines dauerelastischen Kontaktklebers

!·? ganzflächig verklebte Papierschichten die erstrebten Effekte nicht ergeben: sie sind wegen der massiven Zwi-

fö schensehicht zu schwer und haben wegen der Dauerelastizität derselben keine gute Biegefestigkeit

*" Die kleinen Unterbrechungen können beispielsweise in der Zwischenschicht vorhandene Blasen sein (An-

S spruch 2), wenn die Zwischenschicht aus einem vor oder bei der Zusammenfügung des Materials geschäumten

i| Kunststoff besteht. Hierbei müssen nicht notwendig in der Zwischenschicht offene Durchgänge von einer

IS Papierschicht zur anderen vorhanden sein. Das Material hat aber innere Aushöhlungen und auch eine über die

i: Fläche ungleichmäßige Massenverteilung. Ein anderes in Betracht kommendes Ausführungsbeispiel (Anil spruch 3) sieht vor, daß die kleinen Unterbrechungen dadurch erzeugt werden, daß die Zwischenschicht als

% Gitterwerk ausgebildet ist. Das Ausgangsmaterial für die Zwischenschicht kann also beispielsweise eine durchlö-

% cherte Folie, ein Gewebe oder ein entsprechend lockeres Vlies oder Fadengelege sein. In diesem Fall befinden

% sich also auch beim fertigen Membranmaterial in der Zwischenschicht durchgehende Unterbrechungen, in deren

% Bereich keine Verbindung der einander benachbarten Seiten der Papierschichten gegeben ist

% Es ist zwar nicht grundsätzlich ausgeschlossen, daß die Zwischenschicht mit Hilfe eines separaten scherfesten

% Binde- oder Klebemittels mit den Papierschichten verbunden ist, docii sieht die bevorzugte Ausführungsform

% eins !!«mittelbare Verbindung der Zwischenschicht mit den Papierschichten vor (Anspruch 4). ,?>ies empfiehlt

Ii sich schon wegen der geringen Dicke der Zwischenschicht aber auch wegen der erstrebten maximale η Scherfe-

If stigkeit und der Einfachheit der Herstellung.

y Eine bevorzugte Bemessung der Zwischenschicht besteht darin, daß diese etwa die gleiche bis doppelte Dicke

Il wie eine der Papierschichten aufweist

% Normalerweise werden die beiden Papierschichten etwa gleiche Dicke aufweisen und gleich ausgebildet sein,

i;j schon um im wesentlichen gleiche Eigenschaften der Membran bei Beanspruchung in den beiden Richtungen

% senkrecht zur Membranfläche zu gewährleisten. Unterschiedliche Papierschichten sind jedoch für bestimmte

% Anwendungsfälle nicht ausgeschlossen.

''■'.: Vorzugsweise ist der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polystyrol (Ansprüche 6, 7),

y,. welches durch seinen hohen Elastizitätsmodul von 30 000daN/cm² eine erhebliche Steifigkeit besitzt und

H außerdem sehr leicht durch thermische Einwirkung plastifizierbar und unmittelbar mit den Papierschichten

verbindbar ist

;>■■ Herstellungsmäßig von besonderem Vorteil ist die Verwendung eines flachgedrückten geschäumten Flächenmaterials (Anspruch 8) als Zwischenschicht

' Derartiges Material liegt beispielsweise aus Polystyrol in feinporig geschäumten Bahnen vor und wird bei der v,

ί Herstellung des Membranmaterials zwischen die Papierschichten gelegt und dann der Einwirkung von Druck

: und Wärme ausgesetzt wobei es teilweise aufschmilzt und sich mit dem Papier verbindet. Die Blasen in dem

geschäumten Flächenmaterial sorgen dafür, daß es nicht zu einer ganzflächigen kompakten Schicht zwischen

' den Papie, schichten kommt, sondern daß bei geeigneter Steuerung des Verfahrens die Schaumstruktur am

fertigen Membranmaterial noch zu erkennen ist

Die Steifigkeit einer Sandwich-Struktur hängt von der Widerstandsfähigkeit der Deckschichten gegen Beanspruchungen in ihrer Ebene ab. Es versteht sich daher, daß für die erfindungsgemäße Lautsprechermembran möglichst feste Papiere verwendet werden, also nicht etwa vliesähnliche oder löschpapierähnliche Sorten.
Die Flächenmasse sollte im Bereich von 20 bis 100 g/m² liegen.

Weiterhin hängt die Festigkeit efner Sandwich-Struktur von der Güte der Verankerung der Schichten aneinander ab. Damit insbesondere bei der Verwendung von Polystyrol, welches unter der Einwirkung von Temperatur und Druck mit den Papierschichten zusammengefügt wird, eine gute Haftung erzielt wird, sollte das Papier auf der entsprechenden Seite eine gewisse Mindestrauhigkeit aufweisen (Anspruch 10).

Eine Papierart die sich in Versuchen als besonders geeignet herausgestellt hat, ist Pergamentpapier (Anspruch 11), welches eine besonders hohe Zug- und Druckfestigkeit aufweist.

Eine bevorzugte Verfahrensweise zur Herstellung der Lautsprechermembran ist in Anspruch 12 wiedergegeben.

Das Zusammenpressen von mehrschichtigen Materialien für ^autsprechermembranen zwischen Heizplatten ist an sich aus der DE-OS 25 00 397 bekannt Allerdings bestehen die Deckschichten bei der darin beschriebenen Lautsprechermembran aus Kunststoffolien und nicht aus Papier. Die Arbeitsweise ist im übrigen so, daß sich zwischen den Deckschichten eine kompakte Kunststoffschicht ausbildet, was erfindungsgemäß gerade vermieden werden soll.

Ein mehrschichtiger Aufbau einer Membran für einen Lautsprecher geht auch aus der DE-OS 28 51 745 hervor. Auch hierbei bestehen indessen alle drei Schichten aus kompaktem Kunststoffmaterial.

In der Zeichnung ist die Herstellung und Prüfung von erfindungsgemäßen Lautsprechermenibranen schema- t>o tisch angedeutet.

In Fig. 1 sind die übereinander angeordneten Papierschichten mit einer Schaumstoff-Zwischenschicht im Ausgangszustand dargestellt;

F i g. 2 zeigt das Zusammenpressen zu einem in sich zusammenhängenden La./iinat;

F i g. 3 und 4 zeigen entsprechende Schnittansichten mit einer Gitterzwischenschicht; F i g. 5 zeigt eine Prüfanordnung für die Biegesteifigkeit.

In Fig. 1 sind zwei Papierschichten 1, 2 zu erkennen, zwischen welchen ein Bahnmaterial 11 aus einem geschäumten Polystyrol angeordnet ist, dessen Ausgangsdicke die Dicke der Papierschichten erheblich über-

steigt. In dem Bahnmaterial 11 sind sehr viele innere Leerstellen in Form von Blasen 6 vorhanden, die durch relativ dünnwandige Zwischenbereiche 7 aus massivem Kunststoffmaterial verbunden sind. Der Volurnenantcil der Blasen 6 übersteigt den des Kunststoffmaterials bei weitem, so daß das Bahnmaterial 11 vor dem Pressen insgesamt eine Dichte von etwa 0,02 bis 0,1 g/cm³ aufweist. Der mittlere Bläschendurchmesser beträgt etwa 0.1 mm. Die Dickenverhältnisse vor dem Pressen sind in Fig. 1 etwa maßstäblich dargestellt, denn die Papierstärke beträgt in einem Ausführungsbeispiel etwa 0,06 mm, die Stärke des Bahnmaterials 11 etwa 3 mm.

Die drei Schichten 1, 2, 11 werden sodann zwischen beheizte Preßplatten 4, 5 gebracht, die die Schichten zusammenpressen bis das Bahnmaterial 11 zu einer Zwischenschicht 3 zusammengedrückt ist. die nur noch etwa die doppelte Dicke wie die einzelnen Papierschichten 1,2 aufweist. Die unterbrochene Struktur des Ausgangs-

ίο materials bleibt in der Zwischenschicht 3 jedoch erhalten, d. h. die Zwischenschicht 3 schmilzt nicht zu einer kompakten Schicht zusammen, sondern weist nach wie vor erkennbare kleine Unterbrechungen in Gestalt flachgedrückter Blasen bzw. Leerstellen 6' auf. zwischen denen das kompakte Kunststoffmaterial der Blasenwände vorhanden ist, welches sich unter der Einwirkung von Druck und Wärme unmittelbar mit den Papierschichten 1,2 verbindet. Die Zwischenschicht 3 bildet scherfeste Stege zwischen den Papierschichten 1,2.

Nachstehend sind Arbeitsbeispiele wiedergegeben, bei denen als Zwischenschicht 3 geschäumtes Polystyrolmaterial in Bahnform und für die Papierschichten 1,2 für Schreibzwecke vorgesehenes, entsprechend gestrichenes weißes Papier verwendet wurden, um Lautsprechermembranen für einen Baßlautsprecher und einen Mittel/ Hüciiiuner herzustellen. Für die Angaben über Glätte und Rauhigkeit wird auf das »Pspicrlexikcn«. Verlag Dr. Sandig. 2. AufL (1971) S. 1274—1277 verwiesen. Bei der Glättemessung nach Bekk wird eine Papierprobe zwischen eine plangeschliffene Glasscheibe und eine definiert belastete Gummischeibe gelegt und der Druckverlust an einer in der Glasscheibe mündenden Zuleitung einer Unter- oder Überdruckkammer beobachtet. Bei der Rauhigkeitsmessung nach Bendtsen wird der Luftdurchsatz zwischen der Papieroberfläche und einer kreisförmigen Stahlkante bestimmt.

BaQ Mittel/Hoch

Papier für die Schichten 1 und 2

Glätte auf der der Zwischenschicht 3 zugewandten Seite jo in Bekksekunden

Rauhigkeit auf der der Zwischenschicht 3 zugewandten Seite nach Bendtsen

Dichte des geschäumten Polystyrolmaterials Dicke des geschäumten Polystyrolmaterials vor dem Pressen

115 Flächenmasse des geschäumten Polystyrolmaterials Flächenmasse des fertigen Membranmaterials

50 g/m² 63	30 g/m-' 17.7
608 l/min	425 l/min
0,04 g/cm³ 6 mm 240 g/m² 340 e/m²	0,04 g/cm³ 3 mm 120 g/m² 180 g/m²

Die aufeinandergelegten Schichten 1, 2,3 wurden zwischen auf 110—12O⁰C beheizten Preßflächen 4, 5 bei einem Druck von 3000 Pa ca. 10 Sekunden gepreßt. Das Material wurde in einer einfachen Vorrichtung (Fi g. 5) auf seine Biegefestigkeit geprüft. 2 cm breite Probestreifen 15 wurden flach auf 5 cm voneinander entfernte Stützen 8,9 gelegt und in der Mitte mit einem Gewicht 10 belastet. Die Biegefestigkeit errechnet sich dann aus dem Quotienten Gewicht 1 O/Durchbiegung S, wobei die Durchbiegungen natürlich gering gehalten wurden. Es ergab sich

BaB Mittel/Hoch

Biegefestigkeit bei einer herkömmlichen Membran OJ-0.4 N/mm 0,1 N/mm
aus massiver Pappe

bei einer Membran aus dem vorstehend beschriebenen Material 03 N/mm 0,2 N/mm

(12"-Chassis) (4"-Chassü;

Masse bei einer herkömmlichen Membran aus massiver Pappe 22 g 1.6 g

bei einer Membran aus dem vorstehend beschriebenen Material 17 g 0.8 g

Die neue Membran ist also steifer und leichter als die bekannten Membranen. Die dadurch erzielte Verbesserung der akustischen Eigenschaften ist im Vergleich deutlich hörbar.

In den F i g. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Zwischenschicht 3' aus einem lockeren Gewebe 12 aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht Zwischen dem Kett- und Schußstück verbleiben offene Stellen 13 in der Größenordnung von 0,2— 1,0 mm, während die Fäden Durchmesser von 0.1 —0,4 mm aufweisen. Nach dem Zusammenpressen zwischen den erwärmten Preßplatten 4,5 ergibt sich eiwa ho die in F i g. 4 angedeutete Struktur, bei der die Papierschichten 1,2 an den über die Fläche gleichmäßig verteilten Stellen 14 mit der Zwischenschicht 3' verbunden sind. Das Material des Gewebes 12 hat hinsichtlich des F.lastizitätsmoduls die gleichen Eigenschaften wie das Material des geschäumten Polystyrols 11.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

65

Claims

Patentansprüche:

1. Lautsprechermembran aus zwei Papierschichten, die durch eine Zwischenschicht aus einen mit kleinen Unterbrechungen versehenen Kunststoff miteinander ganzflächig verbunden sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zwischenschicht (3) aus Kunststoff mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 25 000 daN/cm² besteht und eine Dicke aufweist, die mindestens das Einfache und höchstens das Dreifache der Dicke einer der Papierschichten (1,2) beträgt

2. Lautsprechermembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Unterbrechungen Blasen (6) sind.

ίο 3. Lautsprechermembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Unterbrechungen die

Hohlräume eines Gitterwerks sind.

4. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) unmittelbar mit den Papierschichten (1) verbunden ist

5. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche ' bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) etwa die gleiche bis doppelte Dicke wie eine der Papierschichten (1,2) aufweist.

6. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff ist

7. Lautsprechermembran nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Polystyrol ist

8. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein flachgedrücktes geschäumtes F'ächenmaterial ist

9. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierschichten (1,2) eine Flächenmasse von 20 bis 100 g/m² aufweisen.

10. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die Papierschichten (1,2) auf der der Zwischenschicht (3) zugewandten Seite eine Rauhigkeit von mindestens 400 ml/ min nach Bendtsen aufweisen.

11. Lautsprechermembran nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierschichten (1,2) aus Pergamentpapier bestehen.

12. Verfahren zur Herstellung einer Lautsprechermembran nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flächenmaterial aus einem aufgeschäumten Polystyrol mit einer Dichte von 0,02 bis

jo 0,1 g/cm³ υΐιΛ einer Dicke von 1 bis 6 mm zwischen den Papierschichten (1,2) unter einem Druck von 0,005 bis 0.1 daN/cm² zwischen Preßplatten (4,5) von einer Temperatur von 90 bis 12O⁰C während einer Zeit von 2 bis 20 Sekunden zusammengedrückt und die drei Schichten (1,2,3) zu einem Laminat miteinander verbunden werden.