DE3718018C2

DE3718018C2 -

Info

Publication number: DE3718018C2
Application number: DE3718018A
Authority: DE
Inventors: Alfred 8500 Nuernberg De Meisner; Erwin 8505 Roethenbach De Potthof; Henry 8500 Nuernberg De Fluhrer
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1990-06-13
Also published as: GB2205159A; US4841493A; JPS63306799A; DE3718018A1; GB8810704D0; GB2205159B; FR2616028A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen akustischen Signalgeber mit einer piezokeramischen Scheibe auf einer Metallmembran und mit einer Leiter platte im Gehäuse des Signalgebers, welche die elektro nischen Bauteile und die Metallmembran trägt, wobei die Leiterplatte unterhalb der Metallmembran eine Abstrahl öffnung besitzt.

Signalgeber dieser Art sind beispielsweise aus der DE-OS 27 02 381 bekanntgeworden. Dort ist ein piezo elektrischer Signalgeber dargestellt, bei welchem in einem Gehäuse eine Leiterplatte vorgesehen ist, auf der die elektronischen Bauteile angebracht sind. Ferner sind auf dieser Leiterplatte mehrere Stützelemente vor gesehen, welche eine Metallmembran und eine dort aufge klebte piezokeramische Scheibe tragen. Von den Leiter bahnen der Leiterplatte sind zwei Drähte zur Kon taktierung von Metallmembran und piezokeramischer Scheibe vorgesehen.

Aus dem DE-Gm 79 20 782 ist ferner ein piezoelektrischer Signalgeber bekanntgeworden, bei welchem die piezo keramische Scheibe auf eine Trägerplatte aufgeklebt und die letztere in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Anschlußdrähte der Metallmembran und der piezo keramischen Scheibe sind an einer Ausformung des Gehäuses elektrisch angeschlossen. Dort sind dann Kontaktstifte vorgesehen, die eine Verbindung zu den elektronischen Bauteilen herstellen. Das genannte Gehäuse des Signal gebers besitzt eine zentrale Öffnung und wirkt zusammen mit der Metallmembran als Helmholtzresonator.

Aus der japanischen Patentanmeldung 54-119 896 A2 in Patents Abstracts of Japan, E-153, 21.11.1979, Volume 3, Nr. 141, ist ein Summer bekanntgeworden, bei welchem eine Metallmembran mit einer piezoelektrischen Scheibe auf einer Leiterplatte angeordnet ist, die im Bereich der piezoelektrischen Scheibe eine Abstrahlöffnung be sitzt. Die Metallmembran ist mit den Leiterbahnen auf der Leiterplatte durch Bonddrähte verbunden.

Gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektronischen akustischen Signalgeber vorzuschlagen, der in noch einfacherer Weise montierbar und in seinem Aufbau billiger ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vor geschlagen, daß auf der Leiterplatte neben den Leiter bahnen für die Bauelemente, und mit diesen elektrisch verbunden, ein Kupferring aufgebracht ist, der einen etwas geringeren Durchmesser als die Metallmembran be sitzt und auf dem diese leitend befestigt ist.

Wesentlich für die Erfindung ist die Leiterplatte, auf der unmittelbar die Metallmembran angebracht ist, wobei es im Sinne der Erfindung wichtig ist, daß die Metall membran leitend auf der Leiterplatte befestigt ist. Dies geschieht über eine ringförmige ausgebildete Leiterbahn, die mit den Leiterbahnen der Leiterplatte leitend verbun den ist, andererseits aber einen leitenden Kontakt zur Metallmembran herstellt. Die Befestigung der Metallmembran auf der ringförmigen Leiterbahn kann durch Verlöten oder durch Kleben mittels eines Leitklebers erfolgen. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Leiterplatte selbst einen Teil des Klangkörpers darstellt und aufgrund ihrer Wirkung als Resonanzkörper zu einer Verstärkung der Lautstärke und zu einem Absinken der Abstrahlfrequenz führt.

In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß alle Bauelemente der Ansteuerschaltung des Signalgebers sowie die Metallmembran auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet sind und daß die Leiter platte mit den Bauelementen und der Metallmembran im SMD-Verfahren automatisch bestückt und verlötet wird.

Aufgrund der vorstehend erläuterten Merkmale ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Signalgeber leicht montierbar und billig in der Herstellung ist sowie darüber hinaus ein sehr günstiges Abstrahlverhalten sowohl hinsicht lich der Lautstärke als auch des Frequenzganges besitzt.

Ein Problem bei der Fertigung und bei der Festlegung des Klangverhaltens eines piezoelektrischen Signalgebers sind die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallmembran und der piezokeramischen Scheibe. Die bisher verwendeten Kleber mußten das unterschiedliche Dehnungsverhalten der beiden Materialien ausgleichen. Für Anwendungen des Signalgebers bei Umgebungstempera turen bis zu 125°C, wie dies zum Beispiel in Herdschalt uhren der Fall ist, waren die üblichen Kleber nicht mehr ausreichend zur Erfüllung der vorgenannten Aufgabe geeignet. Es wurde nun gefunden, daß sich Metall-Legierungen mit gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der der piezokeramischen Scheibe gut für den vorgenannten Zweck eignen, da der Klebstoff nicht mehr in so starkem Maße beansprucht wird. Als Metall-Legierungen, die für den vorstehenden Zweck geeignet sind haben sich solche, bestehend aus 28% Nickel, 18% Kobalt, Rest Eisen oder aus 42% Nickel, Rest Eisen bewährt.

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Signalgeber in einem ersten Ausführungs beispiel

Fig. 2 eine Ansicht des Signalgebers von der Seite

Fig. 3 einen Schnitt durch den Signalgeber nach Fig. 1 entlang der Linie III-III vergrößert;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Signalgeber eines zweiten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist eine Leiterplatte 1 dargestellt, auf der Leiterbahnen 2 und elektronische Bauelemente 3 für die Ansteuerschaltung des Signalgebers aufgebracht sind. Die Leiterbahnen laufen in Anschlußfahnen 4 aus, über die die Stromversorgung der Ansteuerschaltung erfolgt. Mit 5 ist eine ringförmige Leiterbahn bezeichnet, welche mit den elektrischen Bauelementen über Bahnen 6 in lei tender Verbindung steht. Auf dieser ringförmigen Leiter bahn 5 ist eine Metallmembran 7 elektrisch leitend be festigt, auf der letzteren wiederum eine piezokeramische Scheibe 8 aufgeklebt. Die elektrische Verbindung zwischen der piezokeramischen Scheibe 8 und der Leiterplatte stellt ein metallischer Streifen 9 dar, welcher sowohl auf der keramischen Scheibe als auch auf einer Leiterbahn verlötet ist.

Auf der Leiterplatte 1, auf der zunächst die Leiterbahnen 2 und 5 in üblicher Weise aufgebracht wurden, wird im SMD-Verfahren automatisch mit den Bauelementen und der Metallmembran, auf die bereits die piezokeramische Scheibe 8 aufgeklebt ist, bestückt. Durch die Anordnung der Bauelemente und der Metallmembran auf der gleichen Seite der Leiterplatte wird diese au tomatische Bestückung sehr erleichtert. In einem nach folgenden Verarbeitungsschritt werden die Bauelemente und die Metallmembran verlötet.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Leiterplatte 1 unter halb der Metallmembran 7 eine Öffnung 10 besitzt, durch welche der Schall der Metallmembran abgestrahlt wird. Zur Verstärkung der Abstrahlenergie ist unterhalb der Leiterplatte das Gehäuse eines Helmholtzresonators 11 angeordnet. Dieser besitzt - in der Zeichnung nicht dargestellt - in seiner Gehäusewandung 11′ eine kleine Abstrahlöffnung, deren Durchmesser wesentlich geringer als die Öffnung 10 in der Leiterplatte ist.

Während die piezokeramische Scheibe 8, welche an ihrer Oberfläche metallisiert ist, ihre eine elektrische Ver bindung über die Metallmembran 7 und die ringförmige Leiterbahn 5 zu der Leiterplatte 1 besitzt, ist ihre zweite Seite über den Metallstreifen 9, der mit einem Lötpunkt 12 auf der Scheibe 8 und mit einem Lötpunkt 13 auf der Leiterplatte befestigt ist, mit dem anderen Potential auf der Leiterplatte 1 verbunden.

Man erkennt aus Fig. 3, daß durch die Befestigung der Metallmembran 7 auf der Leiterplatte 1 die akustische Energie der Metallmembran nicht nur durch die Öffnung 10, sondern auch über die Leiterplatte 1 selbst übertragen wird. Die Leiterplatte stellt aufgrund ihrer Größe einen bedeutsamen Resonanzboden für den Signalgeber dar. Durch dessen räumliche Ausdehnung wird auch die Ab strahlfrequenz des Signalgebers deutlich herabgesetzt, was bei piezoelektrischen Signalgebern mit relativ hoher Abstrahlfrequenz sehr erwünscht ist.

Wie bereits erwähnt, kann die Verbindung der Metallmem bran 7 zu der ringförmigen Leiterbahn 5 nicht nur durch Verlöten, sondern auch durch Verkleben mit einem Leit kleber erfolgen. Im Sinne der Erfindung ist es jedoch auch möglich, einen nicht leitenden Kleber zu verwenden und die leitende Verbindung entweder durch in den Kleber eingestreute Metallpartikel zu erzeugen oder durch einen separaten Verbindungsdraht (bzw. Metallstreifen) herzustellen.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Signalgebers dargestellt, welches gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel noch eine Verbilligung in der Her stellung durch Wegfall des Helmholtzresonators bei etwa gleicher Klangqualität und -leistung ergibt. In diesem Falle ist die Membran 7 nicht scheiben- sondern töpfchen förmig ausgebildet und die Abstrahlöffnung 10 der Leiter platte (1) ist von kleinerem Durchmesser als im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, so daß ein Hohlraum mit ähnlichem Resonanzverhalten wie bei dem Helmholtz resonator entsteht.

Claims

1. Elektronischer akustischer Signalgeber mit einer piezokeramischen Scheibe auf einer Metallmembran, und mit einer Leiterplatte im Gehäuse des Signal gebers, welche die elektronischen Bauteile und die Metallmembran trägt, wobei die Leiterplatte unter halb der Metallmembran eine Abstrahlöffnung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (1) neben den Leiterbahnen für die Bauelemente (3), und mit diesen elektrisch verbunden, ein Kupferring (5) aufgebracht ist, der einen etwas geringeren Durchmesser als die Metall membran (7) besitzt und auf dem diese leitend be festigt ist.

2. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauelemente der Ansteuerschaltung sowie die Metallmembran auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet sind.

3. Signalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit den Bauelementen und der Metallmembran im SMD-Verfahren bestückt und verlötet ist.

4. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Metallmembran (7) abgewandte Seite der piezokeramischen Scheibe (8) über einen Metall streifen (9) mit einer Leiterbahn auf der Leiter platte (1) verbunden ist.

5. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmembran (7) mit der Leiterplatte (1) verklebt ist.

6. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Metallmembran (7) abgewandten Seite der Abstrahlöffnung (10) in der Leiterplatte (1) ein Helmholtzresonator (11) angeordnet ist.

7. Signalgeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Metall-Legierung für die Metall membran mit etwa gleichem Wärme-Ausdehnungs koeffizienten wie der der piezokeramischen Scheibe (8).

8. Signalgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Legierung aus 28% Ni, 18% Co, Rest Fe oder aus 42% Ni, Rest Fe besteht.