DE1131741B - Elektrostriktive Membran fuer einen elektroakustischen Wandler - Google Patents

Description

• Elektrostriktive Membran für einen elektroakustischen Wandler Die Erfindung bezieht sich auf eine kreisförmige Membran für einen elektroakustischen Wandler, die am Rand eingespannt und aus mehreren Schichten zusammengesetzt ist, wobei wenigstens eine dieser Schichten aus elektrostriktivem Material besteht und wenigstens eine der auf beiden Seiten jeder elektrostriktiven Schicht angeordneten kreisförmigen Elektroden durch eine konzentrische Kreisringzone unterbrochen ist und die sich beiderseits der Kreisringzone befindenden Zonen der Membran durch geeignete Polung der Elektroden bzw. durch geeignete Polarisation der elektrostriktiven Schicht bei elektrischer Erregung mechanisch entgegengesetzt wirken.
• Es ist bereits eine Membran dieser Art bekannt (deutsche Patentschrift 1065 880), bei der die auf beiden Seiten jeder elektrostriktiven Schicht angeordneten Elektroden an den Stellen der Änderung des Krümmungssinnes der Membran (Wendekreis) in einem schmalen Bereich unterbrochen sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Membran hinsichtlich der Empfindlichkeit bzw. bei vorgegebener Erregung hinsichtlich der abgegebenen Schalleistung zu verbessern.
• Die Aufgabe ist für eine Membran der einleitend genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Kreisringzone im wesentlichen über einen Bereich von bis des Einspannradius der Membran erstreckt.
• Während bei der bekannten Ausführungsform einer elektrostriktiven Membran die Elektroden an dem Wendekreis nur in einem schmalen Bereich unterbrochen sind, ist bei der erfindungsgemäßen Membran dieser Bereich wesentlich vergrößert, und zwar nicht um den Wendekreis herum, sondern vom Wendekreis ausgehend nach außen. Es hat sich gezeigt, daß die Empfindlichkeit des Wandlers nicht am größten ist, wenn, wie bei der bekannten Ausführungsform, möglichst die gesamte Membranfläche bis auf schmale Unterbrechungen längs des Wendekreises für die elektromechanische Umwandlung ausgenutzt ist, sondern wenn der elektrodenfreie Bereich größer ist. Die Empfindlichkeit bzw. die abgestrahlte Schallenergie ist am größten, wenn sich die elektrodenfreie Kreiszone, vom Wendekreis der Membran ausgehend, also von bis zu des Einspannradius erstreckt. Es ist auch vorteilhaft und im Sinne einer Empfindlichkeitserhöhung, wenn bei einer aus zwei elektrostriktiven Schichten bestehenden Membran zwisehen den Schichten kein Träger vorgesehen ist, sondern die beidseitig metallisierten elektrostriktiven Schichten unmittelbar miteinander verbunden sind. Dies setzt aus konstruktiven Gründen in der Regel voraus, daß an den Seiten, an denen die elektrostriktiven Schichten zusammengefügt sind, die Elektroden nicht unterbrochen sind. Dies ist aber kein Nachteil, da es Schaltungsmöglichkeiten für die Belegungen der elektrostriktiven Schichten gibt, die eine derartige Ausbildung erlauben.
• Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
• In den Fig. 1 und 3 ist hierbei je eine aus zwei elektrostriktiven Schichten bestehende Membran im Schnitt dargestellt; in Fig. 2 ist die Membran nach Fig. 1 in der Draufsicht gezeigt.
• Die Membran 1 der Fig. 1 ist am Rand in einen Ring 2 eingespannt und besteht aus den beiden elektrostriktiven Schichten 3 und 4 und den Scheibenförmigen Elektroden 5 bis 9. Die Elektrode 5 erstreckt sich hierbei über den gesamten Querschnitt der Meinbran, während die Elektroden 6 und 7 in Form von Kreisscheiben nur den inneren Bereich der Membran und die Elektroden 8 und 9 in Form von Kreisringscheiben nur den äußeren Bereich der Membran bedecken. Dazwischen befinden sich auf beiden Seiten der Membran die Kreisringzonen 1ƒ und 11, die frei von Metallbelägen sind. Die freie Kreisringzone erstreckt sich erfindungsgemäß im wesentlichen über einen Bereich von bis des Einspanuradius der Membran. Die beiden elektrostriktiven Schichten der Membran sind in Richtung der Membranachse polarisiert, und zwar ist der sich zwischen den zentralen Elektroden 6 und 7 befindende Bereich entgegengesetzt zu dem sich zwischen den äußeren Elektroden 8 und 9 befindenden Bereich polarisiert. Die." Pölarise(ionsri-chtungen- dieser Bereiche sind duch die Pfeile 12"ünd 13 angedeutet. Bei einer derartigen Polarisation wird eine mechanische Beeinflussung der Membran, wie sie einleitend vorausgesetzt war - die elektrostriktiven Schichten sollten im äußeren Bereich der Membran mechanisch entgegengesetzt zu denen im inneren Bereich wirken -, dann erzielt, wenn alle sich auf den Außenseiten der Membran befindenden Elektroden 6; 7, 8 und 9 zu einem Pol zusammengefaßt sind und der andere Pol durch die sich zwischen den elektrostriktiven Schich-_ ten befindende Elektrode 5 gebildet -wird. Diese Zuordnung der Elektroden ist -in Fig: 1 durch ein Schaltbild schematisch angedeutet. Sie entspricht einer Parallelschaltung der elektrostriktiven Schichten und zeichnet sich infolgedessen durcIreinen niedrigen Eingangswiderstand aus. Ist ein hoher Eingangswiderstand erwünscht, so kann auch bei gleicher Ausbildung der Elektroden eine Serienschaltung vorgenommen werden; sie setzt allerdings voraus, daß auch die Polarisation geändert wird.
• Aus der Draufsicht der erfindungsgemäßen Membran in Fig. 2 sind die für die Erfindung wesentlichen Radien 14, 15 und 16 ersichtlich. Die metallfreie Kreisringzone erstreckt sich hierbei von dem Radius bis zum Radius des Einspann- radius, der mit 16 bezeichnet ist. Die notwendige galvanische Verbindung zwischen den Elektroden 4 und 8 ist durch einen Steg 17 realisiert. Diese Verbindung darf allerdings erst nach dem Polarisieren der beiden elektrostriktiven Schichten vorgenommen werden.
• In Fig.3 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membran dargestellt, die auf Grund einer anderen Polarisation einen einfacheren Anschluß der Metallbeläge ermöglicht als die Ausführungsform nach Fig. 1. Bei gleichem konstruktivem Aufbau wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind bei der in Fig. 3 dargestellten Membran die beiden elektrostriktiven Schichten des zentralen Bereiches nicht in gleicher Richtung, sondern entgegengesetzt polarisiert. Der der äußeren Elektrode zugeordnete Bereich einer elektrostriktiven Schicht ist wiederum entgegengesetzt polarisiert zu dem der zentralen Elektrode zugeordneten Bereich der gleichen Schicht. Die Polarisation ist durch die Pfeile 17 bis. 20 in der Fig. 3 angedeutet. Bei einer Polarisation in dieser Art brauchen nur die auf der Außenseite der Membran liegenden Elektroden angeschlossen zu werden. Die sich zwischen den elektrostriktiven Schichten befindende Elektrode wird nur für die Polarisation der elektrostriktiven Schichten benötigt. Diese Ausführungsform benötigt den halben Strom und die doppelte Spannung wie eine Ausführungsform gleicher geometrischer Abmessungen nach Fig. 1.

Claims (4)

1. -- PATENTANSPRÜCHE: 1. Kreisförmige Membran für einen elektroakustischen Wandler, die am Rand eingespannt und aus mehreren Schichten zusammengesetzt ist, wobei wenigstens eine dieser Schichten aus elektrostriktivem Material besteht und wenigstens eine der auf beiden Seiten jeder elektrostriktiven Schicht angeordneten kreisförmigen Elektroden durch eine konzentrische Kreisringzone unterbrochen ist üüd` die sich beiderseits der Kreisringzone befindenden Zonen der Membran durch geeignete Polung der Elektroden bzw. durch geeignete Polarisation der elektrostriktiven Schicht bei elektrischer Erregung' mechanisch entgegengesetzt wirken, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kreisringzone (10 bzw. 11) im wesentlichen über einen Bereich von bis des Einspann- radius der Membran erstreckt.
2. 2. Kreisförmige Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus zwei elektrostriktiven Schichten (3 und 4) besteht und nur die auf der Außenseite der Membran liegenden scheibenförmigen Elektroden unterbrochen sind.
3. 3. Kreisförmige Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostriktiven Schichten in Richtung der Membranachse polarisiert sind, und zwar der den zentralen Elektroden (6 bzw.7) zugeordnete Bereich entgegengesetzt (vgl. 12) zu dem den äußeren Elektroden (8 bzw. 9) zugeordneten Bereich (vgl. 13), und daß alle sich auf den Außenseiten der Membran befindenden Elektroden (6, 7, 8, 9) zu einem Pol zusammengefaßt sind und die sich zwischen den beiden elektrostriktiven Schichten befindende Elektrode (5) den anderen Pol bildet (Fig. 1).
4. 4. Kreisförmige Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostriktiven Schichten in Richtung der Membranachse polarisiert sind, und zwar die übereinanderliegenden elektrostriktiven Schichten entgegengesetzt zueinander und der den zentralen Elektroden (6 bzw. 7) zugeordnete Bereich einer elektrostriktiven Schicht entgegengesetzt (vgl. 17 bzw. 18) zu dem den äußeren Elektroden (8 bzw. 9) zugeordneten Bereich der gleichen elektrostriktiven Schicht (vgl. 19 bzw. 20) und daß die sich auf der einen Seite der Membran befindenden Elektroden (6, 8) den einen Pol und die sich auf der anderen Seite der Membran befindenden Elektroden (7, 9) den anderen Pol bilden (Fig. 3).