DE4103784A1 - Elektrostatischer wandler - Google Patents
Elektrostatischer wandlerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Wand
ler, der aus Membran, Gegenelektrode und zwischen diesen
angeordneten elektrisch isolierenden Teilen besteht.
Elektrostatische Wandler der genannten Art gehören
zum Stand der Technik und sind aus der dafür einschlägi
gen Fachliteratur bekannt. Eine Beschreibung eines sol
chen Wandlers ist z. B. im Sonderdruck aus der Zeitschrift
Funkschau, Heft 15, August 1971, mit dem Titel "Technolo
gie und akustische Fortschritte im Bau von Kondensator
mikrophon-Kapseln" zu finden.
Alle bisher bekannten elektrostatischen Wandler sind
mit dem Nachteil behaftet, daß im Inneren des Wandlers
bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit, wenn sich ein Nie
derschlag von Tauwasser auf sämtlichen Oberflächen bil
det, der hochohmige Oberflächenwiderstand auf den Iso
lierteilen zusammenbricht. Die dabei sich örtlich ausbil
denden Strecken elektrischer Leitfähigkeit führen zu als
Prasseln bezeichneten Störgeräuschen, zu erhöhtem Rau
schen und im ungünstigsten Fall zum totalen elektrischen
Ausfall des elektrostatischen Wandlers. Erst nach langer
Erholzeit ist eine volle Wiedereinsetzbarkeit möglich.
Diese durch das Bilden von Tauwasser im Betriebsfall als
äußerst störend auftretenden Erscheinungen sind im prak
tischen Einsatz solcher vor allem in Mikrophonen verwen
deter elektrostatischer Wandler unangenehm, und bedürfen
zu deren Eindämmung umständlicher, zeitaufwendiger Maß
nahmen, wie beispielsweise der klimatischen Anpassung der
zum Einsatz gelangenden Mikrophone an deren Umgebungs
klima.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die
eben genannten Nachteile durch eine geeignete Maßnahme
gänzlich auszuschalten, die das Betauen der kritischen
Isolierstrecken zwischen Membran und Gegenelektrode ent
weder vermeidet, zumindest aber das Ausbilden einer elek
trisch leitend werdenden Isolierstrecke verhindert. Aus
gehend vom Stand der Technik besteht die Erfindung nun
darin, daß die elektrisch isolierenden Teile zur Gänze,
zumindest aber teilweise im Vergleich zur Gegenelektrode
und zu dem den Wandler umgebenden Gehäuse eine zumindest
um ein Drittel geringere volumenbezogene Wärmekapazität
und eine zumindest um das 10-2-fache geringere Wärmeleit
fähigkeit besitzen.
Der erfinderische Gedanke beruht darauf, daß beim
Erreichen des Taupunktes der Niederschlag von Tauwasser
auf einer Körperoberfläche nur dadurch zu vermeiden ist,
daß in der nahen Umgebung der Oberfläche des sich im Tau
klimas befindenden Körpers raschestmöglich jene Tempera
tur erreicht wird, für die die relative Luftfeuchtigkeit
gerade noch nicht 100% erreicht. Dazu muß die Wärmekapa
zität und die Wärmeleitfähigkeit des in Betracht kommen
den Körpers wesentlich geringer sein als die der ihn um
gebenden Körper, im Anwendungsfall die der Isolierteile
des Wandlers wesentlich geringer als die der anderen Bau
teile. Im Idealfall bildet sich überall, nur nicht auf
der Isolierstrecke, bzw. der isolierenden Oberfläche ein
Niederschlag von Tauwasser, wodurch die hochohmige Be
schaffenheit der Isolation aufrecht erhalten bleibt.
Durch die äußerst geringe Wärmekapazität des Iso
lierkörpers ist für den raschestmöglichen Temperaturaus
gleich beim Wärmeaustausch zwischen ihm und der feuchten
Luft gesorgt, während die äußerst geringe Wärmeleitfähig
keit des Isolierkörpers selbst bei hohem Temperaturge
fälle ein nur geringstfügiges Abströmen der Wärme sicher
stellt. Die Bedingung geringster Wärmekapazität ist im
allgemeinen dadurch erfüllbar, daß man den Isolierkörper
mit geringster Masse versieht, was in praktischer Hin
sicht zu einer folienförmigen, membranartigen Ausfüh
rungsform führt. Die äußerst geringe Wärmeleitfähigkeit
ist durch besondere Wahl des Isoliermaterials zu verwirk
lichen, beispielsweise wird man PVC bevorzugen, das eine
spezifische Wärmeleitfähigkeit von etwa 3 × 10-5 kcal/msec
Grad aufweist. Der Erfindungsgedanke findet darüber hi
naus seinen Niederschlag in entsprechend konstruktiver
Ausgestaltung der Isolierstrecke und der diese bildenden
Teile.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, daß ein elektrisch isolierender ringförmiger Teil
zur Gänze die elektrische Isolation zwischen Membran und
Gegenelektrode bildet, dessen volumenbezogene Wärmekapa
zität zumindest um ein Drittel geringer und dessen Wärme
leitfähigkeit zumindest um das 10-2-fache geringer ist
als die der Gegenelektrode.
Für den Fall, daß die in das Innere des elektrosta
tischen Wandlers eingedrungene feuchte Luft auf Grund von
Druck und Temperatur den Taupunkt erreicht, der die Kon
densation auf den Körperoberflächen eintreten läßt, wird
die als ringförmiger Teil ausgebildete Isolation auf
ihrer Oberfläche nicht betaut werden, weil wegen der ge
nannten Bedingungen für die Beschaffenheit dieses Teiles
ein Feuchtigkeitsniederschlag nicht begünstigt wird. Dank
der geringen Wärmekapazität gegenüber den anderen Teilen
des elektrostatischen Wandlers wird die Temperatur der an
den Isolierteil angrenzenden Luft von diesem im Wärmeaus
tausch in so kurzer Zeit erreicht, daß sich auf diesem
kein Niederschlag mehr bilden kann.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht
darin, daß der elektrisch isolierende Teil eine aus Iso
liermaterial bestehende Scheibe ist, die eine ringförmige
Nut aufweist und die Scheibe bis auf einen ringförmigen,
die Nut enthaltenden Randbereich die Gegenelektrode als
metallisch bedampfte Schicht bildet, mit einem Ring aus
Isolierfolie überbrückt ist, dessen volumenbezogene Wär
mekapazität zumindest um ein Drittel geringer und dessen
Wärmeleitfähigkeit zumindest um das 10-2-fache geringer
ist als die der den Isolierring tragenden Scheibe. Der
Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht
darin, daß auf eine bereits bekannte Ausführungsform
eines elektrostatischen Wandlers zurückgegriffen werden
kann, der nach Einfügen des erfindungsgemäßen Ringes aus
Isolierfolie die bisherigen Mängel schlagartig verliert.
Die Erfindung kann ferner auch so ausgestaltet sein,
daß der elektrisch isolierende Teil als trogförmiger Ring
zwischen der domförmig ausgestalteten Gegenelektrode und
der den Membranrand spannenden Haltering ausgebildet ist,
in dem eine kragenförmige Isolierfolie eingebracht ist,
deren volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein
Drittel geringer und deren Wärmeleitfähigkeit zumindest
um das 10-2-fache geringer ist als die der sie umgebenden
Wandlerteile. Die erfindungsgemäße Anordnung der kragen
förmigen Isolierfolie unterbricht auf einer verhältnis
mäßig großen Strecke die durch Betauen leitend gewordene
Isolationsoberfläche zwischen Gegenelektrode und Membran,
wodurch die eingangs genannten Mängel nicht mehr in Er
scheinung treten.
Schließlich besteht noch eine vorteilhafte Ausge
staltung der Erfindung darin, daß die Isolation zwischen
Gegenelektrode und elektrisch leitendem Gehäuse als ke
gelstumpfförmiges mit einem zylindrischen Ansatz verse
henes Gebilde aus Isolierfolie ausgestaltet ist, dessen
volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein Drittel
geringer und dessen Wärmeleitfähigkeit zumindest um das
10-2-fache geringer ist als die des Gehäuses und der
Gegenelektrode. Solche elektrostatischen Wandler, deren
Gehäuse als elektrische Leitung benützt werden, wobei zu
meist die Membran mit dem Gehäuse elektrisch leitend ver
bunden ist, bedürfen einer besonderen Isolation zwischen
dem Gehäuse und dem Wandler, weil das Gehäuse stets beim
Erreichen des Taupunktes auf seiner Oberfläche einen Nie
derschlag von Tauwasser erhält. Die erfindungsgemäße Aus
gestaltung der Isolation verhindert, daß zwischen Gehäu
seoberfläche und leitenden Teilen des elektrostatischen
Wandlers elektrisch leitende Feuchtigkeitsbrücken ausge
bildet werden, wodurch die Isolation voll wirksam bleibt.
Betriebsstörungen der zuvor genannten Art treten nicht
mehr auf.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen noch ein
gehender erläutert. Es zeigen
Fig. 1 im Querschnitt eine
prinzipielle Ausgestaltung der Erfindung,
Fig. 2 im Quer
schnitt eine Ausführungsform mit einem eine Nut über
brückenden Ring aus Isolierfolie,
Fig. 3 im Querschnitt
die Ausgestaltung einer kragenförmigen Isolierstrecke und
Fig. 4 im Querschnitt eine Ausführung, bei der die Isola
tion zwischen Gehäuse und elektrostatischem Wandler an
geordnet ist.
Ein im wesentlichen aus der Membran 1, der Gegen
elektrode 2 und der zwischen beiden angeordneten elek
trischen Isolation 3 aufgebauter elektrostatischer Wand
ler ist in Fig. 1 dargestellt. Die Membran 1 ist an der
nach außen gerichteten Oberfläche mit einer elektrisch
leitenden Metallschicht 4 versehen, die an ihrem Rand 5
mit dem elektrisch leitenden Gehäuse 6 leitend verbunden
ist. Von Bedeutung ist, daß beim Erreichen des Taupunktes
die strichliert hervorgehobene Oberfläche 7a und 7i der
elektrischen Isolation 3 von der sie umgebenden feuchten
Luft nicht betaut wird, wodurch sie gegenüber den mit
Tauwasser benetzten übrigen Teilen des elektrostatischen
Wandlers an der Oberfläche die hohe Isolation aufrecht
erhält. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Isola
tion 3 durch geringste Wärmekapazität und Wärmeleitfähig
keit gegenüber den übrigen Teilen des Wandlers garan
tiert, daß kein Niederschlag von Tauwasser auf deren
Oberfläche bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit eintritt.
Die störungsfreie Arbeitsweise des elektrostatischen
Wandlers ist damit bei höchster Luftfeuchtigkeit sicher
gestellt. Die Bezugszeichen 8 und 9 weisen auf die nach
außen geführten elektrischen Anschlüsse des elektrosta
tischen Wandlers hin. Es ist aber auch in Fig. 1 die zur
Gänze ringförmige Ausführungsform der Isolation 3 ge
zeigt, wobei der Rand der Isolation 3 in Form einer stu
fenförmigen Schulter 10 ausgebildet ist, damit ein erfor
derlicher Abstand zwischen Gegenelektrode 2 und Membran 1
eingehalten wird. Im allgemeinen beträgt dieser Abstand
20 µm bis 60 µm je nach spezifischer Bauart des elektro
statischen Wandlers. Wichtig dabei ist, die gesamte Iso
lationsstrecke so auszugestalten, daß ein eventuell im
Bereich dieser extrem niedrigen Schulter vorhandener Tau
wasserniederschlag den hochohmigen Widerstand der gesam
ten Isolationsstrecke nicht beeinträchtigt. Beispiels
weise wird man die übrigen Bereiche der Isolationsstrecke
besonders lang ausführen.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung zeigt
Fig. 2. Die Gegenelektrode 11, die aus keramischem Mate
rial als Scheibe ausgebildet ist, besitzt in ihrem Rand
bereich 12 eine ringförmige Nut 13. Diese Nut 13 ist er
findungsgemäß mit einer ringförmigen Isolierfolie 14
überbrückt, wobei dieser Isolationsring an seinem inneren
und äußeren Rand mit der Gegenelektrode 11 verklebt ist.
Aus akustischen Gründen können nicht in der Zeichnung
dargestellte Abstützungen zum Boden der Nut 13 in Form
von in die Folie eingeprägter Noppen, Rillen oder Sicken
erforderlich sein.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform be
steht zwischen der domförmig ausgebildeten Gegenelek
trode 15 und dem den Membranrand 16 spannenden Halte
ring 17 die gestrichelt gezeichnete Isolierfläche 18 des
dazwischen liegenden trogförmigen Ringes 19. Am Boden
dieses trogförmigen Ringes 19 ist die kragenförmige Iso
lierfolie 20 eingebracht, durch deren erfindungsgemäße
Anordnung und Beschaffenheit im Fall eines Feuchtenieder
schlages auf der die Isolation bildenden Oberfläche 18
leitend werdende Abschnitte unterbrochen sind, wodurch
die erforderliche hochohmige Isolation erhalten bleibt.
Schließlich ist jener Anwendungsfall, bei dem die
Isolation zwischen Gegenelektrode 21 und elektrisch lei
tendem Gehäuse 22 als kegelstumpfförmiges, mit einem
zylindrischen Ansatz versehenes Gebilde 23 ausgestaltet
ist, in Fig. 4 dargestellt. Eine einfache nur im Randbe
reich 24 angeordnete Isolationsschicht reicht nicht aus,
für den Fall des Betauens eine ausreichende Isolation zu
gewährleisten, weil zufolge der äußerst dünnen Isolier
schicht an deren Rand Feuchtigkeitsbrücken unvermeidbar
entstehen. Erst die erfindungsgemäße Ausbildung der Iso
lierfolie zusammen mit den erfindungsgemäßen Bedingungen
führt zum gewünschten Erfolg.
Claims (5)
1. Elektrostatischer Wandler, der aus Membran, Ge
genelektrode und zwischen diesen angeordneten elektrisch
isolierenden Teilen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß
die elektrisch isolierenden Teile (3, 11, 19, 23) zur
Gänze, zumindest aber teilweise im Vergleich zur Gegen
elektrode (2, 11, 15, 21) und zu dem den Wandler umgeben
den Gehäuse (6, 22) eine zumindest um ein Drittel gerin
gere volumenbezogene Wärmekapazität und eine zumindest um
das 10-2-fache geringere Wärmeleitfähigkeit besitzen.
2. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß ein elektrisch isolierender
ringförmiger Teil (3) zur Gänze die elektrische Isolation
zwischen Membran (1) und Gegenelektrode (2) bildet, des
sen volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein Drit
tel geringer und dessen Wärmeleitfähigkeit zumindest um
das 10-2-fache geringer ist als die der Gegenelektrode
(2) (Fig. 1).
3. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der elektrisch isolierende Teil
eine aus Isoliermaterial bestehende Scheibe (11) ist, die
eine ringförmige Nut (13) aufweist und die Scheibe (11)
bis auf einen ringförmigen, die Nut enthaltenden Randbe
reich (12) die Gegenelektrode als metallisch bedampfte
Schicht bildet, mit einem Ring (14) aus Isolierfolie
überbrückt ist, dessen volumenbezogene Wärmekapazität zu
mindest um ein Drittel geringer und dessen Wärmeleitfä
higkeit zumindest um das 10-2-fache geringer ist als die
der den Isolierring (14) tragenden Scheibe (11) (Fig. 2).
4. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, daß der elektrisch isolierende Teil
als trogförmiger Ring (19) zwischen der domförmig ausge
stalteten Gegenelektrode (15) und der den Membranrand
(16) spannenden Haltering (17) ausgebildet ist, in dem
eine kragenförmige Isolierfolie (20) eingebracht ist,
deren volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein
Drittel geringer und dessen Wärmeleitfähigkeit zumindest
um das 10-2-fache geringer ist als die der sie umgebenden
Wandlerteile (Fig. 3).
5. Elektrostatischer Wandler nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Isolation (23) zwischen
Gegenelektrode (21) und elektrisch leitendem Gehäuse (22)
als kegelstumpfförmiges mit einem zylindrischen Ansatz
versehenes Gebilde aus Isolierfolie ausgestaltet ist,
dessen volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein
Drittel geringer und dessen Wärmeleitfähigkeit zumindest
um das 10-2-fache geringer ist als die des Gehäuses (22)
und der Gegenelektrode (21) (Fig. 4).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT31190A AT395225B (de) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | Elektrostatischer wandler |
Publications (2)
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Family
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---|---|---|---|
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JP (1) | JP2815488B2 (de) |
AT (1) | AT395225B (de) |
DE (1) | DE4103784C2 (de) |
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- 1991-02-08 JP JP3017836A patent/JP2815488B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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ATA31190A (de) | 1992-02-15 |
JPH057397A (ja) | 1993-01-14 |
JP2815488B2 (ja) | 1998-10-27 |
AT395225B (de) | 1992-10-27 |
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Legal Events
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