DE3029067C2 - Vorrichtung zur Schallerzeugung, insbesondere für Weck- oder Alarmeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schallerzeugung, insbesondere für Weck- oder Alarmeinrichtungen, mit einem von einem Blechplättchen und einem hiermit fest verbundenen Piezokristall gebildeten, ein Schwingen ermöglichend gelagerten, elektrisch angesteuerten Schallerzeuger, Piezoelektrisch arbeitende Schallerzeugungs-Vorrichtungen sind für verschiedene Anwendungsgebiete bekannt. Sie werden beispielsweise in Armbanduhren, Weckern o. dgl. eingesetzt, wobei dann der Piezokristall üblicherweise mit seiner Eigenfrequenz, die etwa in der Größenordnung von see-' liegt, schwingt Diese bekannten Vorrichtungen haben zum einen den Nachteil, daß die erzeugte Frequenz (ein Pfeifton) unangenehm ist. Zum anderen ist die abgestrahlte Schallenergie nur verhältnismäßig niedrig, weshalb der Einsatz bisher auf bestimmte Anwendungsgebiete beschränkt war.

Man hat auch bereits versucht, die Schallabstrahlung und damit die Lautstärke durch Verwendung eines Helmholtz-Resonators zu verbessern. Die erzielbaren Lautstärke-Steigerungen sind auch in diesem Falle jedoch beschränkt Darüber hinaus stellt die Verwendung eines Helmholtz-Resonators einen zusätzlichen Aufwand sowohl hinsichtlich der erforderlichen Teile als auch bezüglich der Montage dar. Schließlich müßte ein Helmholtz-Resonator, der mit der Frequenz des

Piezo-Schallerzeugers schwingt, bei niederer Schwingungsfrequenz sehr großen Durchmesser besitzen, wodurch seine Verwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt werden.
Schließlich gibt es auch schon Lautsprecher, insbesondere für die Wiedergabe hoher Töne, die piezo-elektrisch arbeiten. Diese Lautsprecher benötigen aber eine relativ hohe Leistung, die beispielsweise in einem mittels einer Monozelle betriebenen Wecker nicht aufgebracht werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art mit einem piezo-elektrisch arbeitenden Schallerzeuger derart auszubilden, daß bei niedriger Leistungsaufnahme ein lautstarkes Arbeiten erreicht wird, wobei außerdem eine für das menschliche Ohr angenehmere Frequenz erzeugbar sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Schallerzeugungs-Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß der Schallerzeuger mittig gelagert und im Bereich seines Umfangsrandes frei beweglich ist.

Bei einem derartigen Vorgehen kann das Biechplättchen, das ja eigentlich zur Schallerzeugung dient, leicht und weitgehend frei schwingen. Man erhält so auch unter Einsatz nur niedriger Energie eine starke Schallabstrahlung und damit eine im Vergleich zu bisher bekannten, ähnlichen Vorrichtungen hohe Lautstärke. Dabei ist es nicht erforderlich, durch irgendwelche Maßnahmen, beispielsweise einen Helmholtz-Resonator, für eine Schallverstärkung zu sorgen, so daß auch der Nachteil des Helmholtz-Resoriaiors, daß nämlich der Schall stark gebündelt abgestrahlt wird, nicht zu befürchten ist. Daneben besteht die Möglichkeit, den piezoelektrischen Schallerzeuger mit weitgehend beliebig wählbaren Frequenzen anzusteuern, weil ja die Tonfrequenz, mit der der Schallerzeuger schwingt, nicht mehr an irgendwelche Bauteile o. dgl. angepaßt werden muß und auch solche Frequenzen, bei denen der Schallerzeuger nur schwächer schwingt, noch mit ausreichender Intensität abgestrahlt werden.

Die mittige Befestigung des Schallerzeugers erfolgt erfindungsgemäß in einfacher Weise derart, daß er am freien Ende eines mit einem Gehäuseteil des die Vorrichtung zur Schallerzeugung enthaltenden Gerätes verbundenen Zapfens befestigt ist, wobei der Schallerzeuger z. B. stumpf auf das freie Ende des Zapfens aufgeklebt sein kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Schallerzeuger mittig eine das freie Ende des Zapfens aufnehmende Durchbrechung, z. B. eine Bohrung oder Ausbiegung, aufv/eist. Der Zapfen kann zweckmäßig, falls das Gehäuse aus Kunststoff besteht, an das Gehäuseteil angeformt sein. Bei Festlegung des Schallerzeugers an einem Zapfen gestaltet sich die Montage sehr einfach. Darüber hinaus ist aber eine einwandfreie Übertragung der Schwingungen des Schallerzeugers mittels des Zapfens auf das Gehäuse ■ gewährleistet, wodurch, insbesondere wenn die Abmessungen des Gehäuses und dessen Gestaltung zweckmä-

Big gewählt werden, das Gehäuse als Resonanzkörper herangezogen und damit die Lautstärke weiter erhöht werden kann.

Es ist nach der Erfindung weiter vorgesehen, daß der Schallerzeuger mittels einer Schaltungsanordnung mit einer Frequenz angesteuert ist, welche von der Eigenfrequenz des Piezokristalls deutlich verschieden ist Diese Ansteuerung mit einer von der Eigenfrequenz unterschiedlichen Frequenz hat den Vorteil, daß man über einen vergleichsweise breiten Frequenzbereich eine nahezu gleiche AbStrahlungsintensität erhält

Bei einer Ansteuerung in der vorstehend erläuterten Weise ist es günstig, wenn die Schaltungsanordnung eine parallel zum Piezokristall geschaltete Drossel umfaßt, deren Resonanzfrequenz sich von der des Piezokristalls unterscheidet, weil dann das System nicht zu unerwünschten Eigenschwingungen angeregt werden kann. Außerdem werden in einem derartigen Fall Oberweilen, die häufig einen unsauberen, unschönen Klang ergeben, stark gedämpft

Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Resonanzfrequenz der Drossel erheblich niedriger als die des Piezokristalls, vorzugsweise niedriger als 400 see-', ist Bei einer derart niedrigen Resonanzfrequenz für die Drossel ist man bezüglich der Frequenz, mit der man den Schallerzeuger im Rahmen der Alarmbzw. Weckvorrichtung betreiben will, nur unwesentlichen Beschränkungen unterworfen. Beispielsweise wäre es sogar möglich, den Schallerzeuger mit variierender Frequenz anzusteuern, in welchem Falle er dann eine bestimmte Tonfolge abgeben würde. Sofern die Steuerschaltung entsprechend ausgebildet ist, könnte z. B. eine bestimmte Melodie gespielt werden. Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß in einer derartigen Schaltungsanordnung eine Drossel Verwendung finden kann, welche eine verhältnismäßig niedrige Induktivität besitzt Derartige Drosseln lassen sich aber bekanntlich einfach und billig hersteilen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. I bei einem ersten Ausführungsbeispiel einen Querschnitt durch ein Gehäuseteil sowie den Schallerzeuger;

Fig.2 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 1 einer anderen Ansführungsform;

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung für einen Wecker, bei dem ein erfindungsgemäßer Schallerzeuger verwendet wird und

F i g. 4 die Prinzipscha!<ung zum Betrieb des Schallerzeugers nach der Erfindung.

Die Schnllerzeuger 1 bzw. Γ, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, bestehen aus einem Metallplättchen 2, mit dem eine Piezokristall-Scheibe 3 fest verbunden ist. Die Piezokristall-Scheibe 3 trägt auf ihrer dem Metallplättchen 2 entgegengesetzten Seite eine leitende Beschichtung. An dem Metallplättchen 2 und der leitenden Beschichtung des Piezokristall-Plättchens 3 ist jeweils ein Anschlußdraht 4 bzw. 5 befestigt, mit deren Hilfe der Schallerzeuger 1 bzw. Γ an eine entsprechende Schaltungsanordnung zu seiner Ansteuerung angeschlossen werden kann.

Zur Festlegung des Schallerzeugers 1 gemäß F i g. 1 dient ein Zapfen 6, der an ein Kunststoffgehäuse 7, beispielsweise eines Weckers, angeformt ist und an seinem oberen Ende eine Auflagefläche 8 trägt. Auf dieser Auflagefläche 8 ^!?t der Schallerzeuger 1 mittig festgeklebt

Die Ausführungsform der Fig.2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der F i g. 1 dadurch, daß der Schallerzeuger 1' mit einer Durchbrechung 9, bei der gezeigten Ausführungsform mit einem gestanzten oder gebohrten Loch, versehen ist. Der Durchmesser dieser Durchbrechung 9 ist etwas geringer als der Durchmesser des Zapfens 6', so daß der Schallerzeuger Γ auf einer von einer Verjüngung des Zapfens 6' gebildeten Schulter 10 aufliegt Das vor der Endmontage überstehende freie Ende 11 des Zapfens 6' ist unter Wärmeeinwirkung derart flachgedrückt, daß es den Rand der Durchbrechung 9 des Schallerzsugers Γ übergreift, so daß auch bei der Ausführungsform der F i g. 2 der Schallerzeuger Γ einwandfrei am freien Ende des Zapfens 6' festgelegt ist

Wenn der Schallerzeuger 1 bzw. Γ in den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 und 2 durch entsprechende elektrische Ansteuerung über die Leitungen 4,5 zum Schwingen gebracht wird, übertragen sich seine Schwingeingen über den Zapfen 6 bzw. 6' auf das Gehäuse 7, weiches ebenfalls anfän^'. zu schwingen. Das Gehäuse 7 dient dann als Resouanzkörper zur Verstärkung der Schwingungen des Schallerzeugers I₁ Γ und damit zur Erhöhung der Lautstärke.

Bei der in Fig.3 gezeigten Schaltungsanordnung handelt es sich um eine solche zum Betrieb eines Weckers. Zur Speisung der Schaltungsanordnung dient eine Batterie 12, beispielsweise mit 1,5 V. Wesentliches Bauteil ist ein IC 13, beispielsweise der Typ Philips MB 513. Dieser IC hat acht Anschlüsse. Die Anschlüsse 14 und 15 dienen zur Speisung des Motors 16 für das Uhrwerk, beispielsweise eines mit 1 see-' angesteuerten Schrittmotors. Die Anschlüsse 17 und 18 dienen zur Ansteuerung der ingsgesamt mit 19 bezeichneten Weckeinrichtung, wobei diese über den Schalter 20 ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Frequenz-Stabilisierung erfolgt mittels eines Schwingquarzes 21, dessen Frequenz über die Klemmen 22 und 23 an den IC gelegt wird.

Die Weckeinrichtung 19 wird ausgehend von der Klemme 18 des IC mit einer Frequenz von im vorliegenden Falle 400 see-' angesteuert. Das Ausgangssignal an der Klemme 18 wird zu diesem Zweck an die Basis 24 des Transistors 25, beispielsweise eines Transistors BC 550 gelegt. Über den KoUektorsJrom des Transistors 25 wird der Schallerzeuger 1 mit dem Piezokristall angesteuert, der mit seinem einen Kontakt am Kollektor des Transistors 25, mit seinem anderen Kontakt an Masse anliegt. Parallel zu dem Schallerzeuger 1 liegt eine Drossel 26, die eine Resonanzfrequenz hat, welche sich von der Eigenfrequenz des Piezokristalls des Schallerzeugers 1 deutlich unterscheidet. Außerdem handelt es sich bei der Drossel 26 um eine tolci.e mit vergleichsweise niedriger Induktivität, was bedeutet, daß die Drossel nur verhältnismäßig '.venig Windungen besitzt und damit billig hergestellt werden kann. In Abhängigkeit von der Wahl der Konstanten der Drossel 26, nämlich deren Induktivität und Kapazität kann das KlangMd des Schallerzeugers 1 geändert werden, da es bei entsprechender Wahl der Drossel-Konstanten möglich ist, evtl. auftretende Oberwellen zu unterdrücken.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 ist derart, daß zu der eingestellten Weckzeit, d. h., wenn der Schaller Γ? geschlossen wird, an der Klemme 18 des IC ein Signal mit einer bestimmten Frequenz, im vorliegenden Falle einer Frequenz von 400 see-'

erzeugt wird. Dieses Signal wird mittels des Transistors 25 verstärkt und steuert dann den Schallerzeuger I an, wodurch der Schallerzeuger I ein Tonsignal mit einer Frequenz von 400 see-' abgibt. Infolge des Vorhandenseins der Drossel 26 werden dabei irgendwelche Oberwellen, die den Klang verfälschen könnten, gedämpft. Da außerdem der Schallerzeuger I so gelagert ist, daß er leicht frei schwingen kann, erhält man einen relativ lauten, für einen Wecker o. dgl. absolut ausreichenden Ton.

Es wäre unter Umständen denkbar, einen anderen IC zu verwenden, bei dem an der Klemme 18 ein unterschiedliches Signal ansteht, beispielsweise ein periodisch oder entsprechend einer gewissen Melodie wechselndes Signal. In diesem Fall würde auch der Schallerzeuger I mit einem solchen Signal angesteuert und es könnte beispielsweise von dem .Schallerzeuger I irgendeine Melodie gespielt werden.

In der Fig. 4 ist nochmals die grundsätzliche Schaltungsanordnung zur Ansteuerung des Schallerzeugers 1 gezeigt. Diese umfaßt im wesentlichen den als Verstärker dienenden Transistor 25 sowie die parallel zu dem Schallerzeuger 1 liegende Drossel 26. F.s handelt sich also um eine äußerst einfache, mit sehr geringen Kosten verbundene Schaltung. Trotzdem erhält man jedoch einen Alarm- bzw. Weckton hoher Lautstärke und nahezu beliebig wählbarer Frequenz, wobei die

to Ansteuerung mittels eines schematised durch den Pfeil 27 angedeuteten Signals an der Basis 24 des Transistors 25 erfolgt.

Nähere Angaben bezüglich der Werte der einzelnen Bauteile der Schaltungsanordnungen gemäU den F i g. ) und 4 scheinen nicht erforderlich, da es für den Fachmann keinerlei Schwierigkeiten bereitet, die Bauteile entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen auszuwählen bzw zu dimensionieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur Schallerzeugung, insbesondere für Weck- oder Alarmeinrichtungen, mit einem von einem Blechplättchen und einem hiermit fest verbundenen Piezokristall gebildeten, ein Schwingen ermöglichend gelagerten, elektrisch angesteuerten Schallerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (1, 1') mittig gelagert und im Bereich seines Umfangsrandes frei beweglich ist

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (1, V) am freien Ende eines mit einem Gehäuseteil (7) des die Vorrichtung zur Schallerzeugung enthaltenden Gerätes verbundenen Zapfens (6,6') befestigt ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (1) stumpf auf das freie Ende des Zapfens (6) aufgeklebt ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (Γ) mittig eine das freie Ende des Zapfens (6') aufnehmende Durchbrechung (S) aufweist

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (1, V) mittig eine ausgestanzte, aus seiner Ebene vorstehende Zunge aufweist, welche an dem Zapfen (6, 6') festgelegt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (6, 6') an das Gehäuseteil (7) angeformt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, c! .durch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (1, V) mittel? einer Schaltungsanordnung mit einer Frequenz angesteuert ist, welche von der Eigenfrequenz des Piezokristall deutlich verschieden ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine parallel zum Piezokristall geschaltete Drossel (26) umfaßt, deren Resonanzfrequenz sich von der des Piezokristalls unterscheidet

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz der Drossel (26) erheblich niedriger als die des Piezokristalls, vorzugsweise niedriger als 400 see-', ist