[0001] Die Erfindung betrifft elektroakustische Wandler mit kleinen Abmessungen, insbesondere
solche mit einem Gehäuse mit einem Außendurchmesser von 15 mm und kleiner.
[0002] Mit der zunehmenden Miniaturisierung von elektroakustischen Wandlern zum Einsatz
in Schnurlos-Telefonen, in Handies, in Kopfhörern, in Diktiergeräten, in Bildschirmen
von Computern integriert u.dgl. mehr, treten Probleme auf, die es bei der klassischen
Wandlertechnologie nicht gegeben hat. Ein wesentliches Problem ist die Einhaltung
der Wandlercharakteristik der mit der Reduzierung der Abmessungen immer größer werdenden
relativen Toleranzen bei gleichzeitiger Konstanthaltung oder sogar Reduktion der Stückkosten,
da, bedingt durch die hohen Stückzahlen, der Kostenfrage ein wesentlich größeres Augenmerk
geschenkt wird, als bei großvolumigen Wandlern, die in kleinen Stückzahlen für besondere
Anwendungen gebaut werden.
[0003] Klassische elektroakustische Wandler, die nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeiten,
bestehen im wesentlichen aus einem topfartigen, frontseitig offenen Gehäuse, in das
von vorne ein Magnetsystem eingesetzt wird, das aus dem eigentlichen Magneten und
einem mehrteiligen Joch besteht, wobei das Joch einen frontseitig einen ringförmigen
Luftspalt ausbildet. Eine frontseitig des Magnetsystems am Gehäuse befestigte Membrane
weist eine Schwingspule auf, die in den Luftspalt des Joches ragt und dort in axialer
Richtung schwingen kann. Die einzelnen Jochteile sind meistens: ein topfartiger, bodenseitig
angeordneter Teil, in dessen Zentrum der Magnet aufgeklebt ist und ein kreisförmiger
Frontteil, dessen Außenumfang den Innenumfang des Luftspaltes bildet.
[0004] Ein besonderes Problem bei der Miniaturisierung stellt die Zentrizität bzw. Exzentrizität
zwischen Luftspalt und Schwingspule dar, da bei jeder Exzentrizität die Membrane zu
taumeln beginnt und die Wandlercharakteristik empfindlich gestört wird. Durch die
Miniaturisierung der Wandler stellen nun Exzentrizitäten, die bei großformatigen Wandlern
durchaus zulässig sind, schon ein ernstes Qualitätsproblem dar, da die relative Exzentrizität
bei gleichbleibenden absoluten Toleranzen und Verkleinerung der Bauteile natürlich
mit der Mimaturisierung größer wird. So ist es bei Wandlern mit einem Durchmesser
des Gehäuses von etwa 15 mm bereits notwendig, die Exzentrizität in den Bereich einiger
weniger Hundertstel Millimeter zu drücken, um zu den vorgegebenen Wandlercharakteristiken
ohne Verzerrung zu gelangen.
[0005] Wenn man dabei noch bedenkt, daß die Toleranzen der üblicherweise verwendeten Teile:
Gehäuse, Magnetsystem, Halteringe u.dgl. im normalen Wandlerbau im Bereich von Zehntelmillimetern,
bei hochgenauen Teilen, wie sie der Not gehorchend heute für kleine Wandler verwendet
werden, im Bereich von fünf Hundertstel Millimeter liegen, ist unmittelbar ersichtlich,
daß es auch bei durchschnittlichen Paarungen der Toleranzen leicht zu Exzentrizitäten
kommen kann, die nicht mehr im Abnahmebereich liegen. Bei ungünstigen Paarungen schießt
man weit über jede zulässige Exzentrizität hinaus.
[0006] Die Erfindung bezweckt nun, diese Probleme zu lösen und einen Wandler kleiner Abmessungen,
insbesondere mit einem Außendurchmesser des Gehäuses von 15 mm oder darunter, anzugeben,
der kostengünstig die geforderte Genauigkeit und insbesondere die notwendige Zentrizität
erreicht.
[0007] Erfindungsgemäß ist ein elektroakustischer Wandler dadurch gekennzeichnet, daß er
aus einem topfartigen, zumindest einen radial abstehenden Vorsprung aufweisenden Bauteil
aus einem metallisierbaren Kunststoff, der von einem Gehäuseform aufweisenden Bauteil
aus einem nicht metallisierbaren Kunststoff umgossen ist, besteht, und daß die innere
Oberfläche des topfartigen Bauteiles und zumindest ein Teil der Oberfläche des radial
abstehenden Vorsprunges mit einem Metallüberzug versehen sind.
[0008] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines solchen elektroakustischen
Wandlers ist dadurch gekennzeichnet, daß durch Spritzgießen ein Bauteil mit der Form
des Magnettopfes samt der Kontakte des elektroakustischen Wandlers aus metallisierbaren
Kunststoff hergestellt wird, daß sodann im gleichen Spritzwerkzeug, aber unter Verwendung
eines anderen Oberteiles der Spritzform, dieser Bauteil mit einem nicht metallisierbaren
Kunststoff in der Gehäuseform umgossen wird, und daß die als Magnettopf und Kontakte
vorgeschenen Oberflächenbereiche mit einem Metallüberzug verschen werden. Letzteres
kann beispielsweise durch chemische Aktivierung, anschließendes Verkupfern und schließliches
Vernickeln erfolgen.
[0009] Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht man einen einteiligen Körper, der
sowohl den üblichen Magnettopf als auch das Gehäuse und schließlich die Kontakte selbst
einstückig aufweist und, da diese Teile in einer einzigen Form ausgebildet und hergestellt
werden, die die gemäß dem Stand der Technik unvermeidlichen Toleranzen und deren Addition
bzw. Zusammenwirken vermeidet.
[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren ist für elektroakustische Wandler geringer Baugröße
besonders geeignet, da nur bei derart miniatuirisierten Wandlern die durch die Verkupferung
und Vernickelung erzielbaren metallischen Querschnitte ausreichen, um als Leiter verwendet
werden zu können.
[0011] Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
die Fig. 1 den Aufbau eines elektroakustischen Wandlers gemäß dem Stand der Technik
in rein schematischer Darstellung vor dem Zusammenbau,
die Fig. 2 einen erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandler in schematischer Ansicht,
die Fig. 3 und 4 eine erfindungsgemäße Variante,
die Fig. 5 einen Wandler mit Radialmagnet gemäß dem Stand der Technik und
die Fig. 6 einen erfindungsgemäßen Wandler mit Radialmagnet.
[0012] Die Fig. 1 zeigt die für die Erfindung wesentlichen Teile eines elektroakustischen
Wandlers in seinem Aufbau gemäß dem Stand der Technik. Dargestellt sind der untere,
topfartige Jochteil 1, der üblicherweise aus Weicheisenblech durch Tiefziehen hergestellt
ist. Damit ist der Innendurchmesser ausreichend genau, der Außendurchmesser hingegen
hängt von der Blechstärke, der Blechsorte und deren Duktilität ab und ist somit toleranzbehaftet.
Beim Einbau des topfartigen Jochteils 1 in das durch Spritzgießen hergestellte Gehäuse
2, kommt es somit zu Fügespalten und damit zur Exzentrizität. Wenn man, um Fügespalten
zu vermeiden, überlappende Toleranzen wählt, so kommt es zu Verformungen und inneren
mechanischen Spannungen, die insbesondere bei Temperaturbelastungen frei werden und
die (nicht dargestellte) empfindliche, am Gehäuseoberteil angebrachte Membrane verformen,
was nun dadurch zu akustischen Verzerrungen und zum Taumeln der Membran beim Schwingen
führt.
[0013] Üblicherweise sind auf einem Vorsprung 3 des Gehäuses 2 zwei Kontakte 4 für die Versorgungsdrähte
für die (nicht dargestellte) Schwingspule der Membran angeordnet. Diese Kontakte 4
bestehen üblicherweise aus Blech als Stanz- bzw. Biegeteile, die passgenau und nicht
wackelnd am Vorsprung 3 zu montieren sind. Es müssen diese Teile daher durch Kleben
fixiert werden, wobei ein Klebetropfen mit einem Volumen von etwa 0,3 mm
3 zu verwenden ist. Diese Dosierung und richtige Plazierung stößt bei der automatischen
Serienfertigung auf große Probleme und bedarf der menschlichen Überwachung und Betreuung.
Auch die Herstellung und Handhabung der Kontakte selbst, in Originalgröße liegt ihre
maximale Abmessung im Bereich von etwa 1,5 mm, ist schwierig.
[0014] Diese Probleme werden durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen vollständig vermieden.
Es wird erfindungsgemäß in einer Spritzgußform ein Bauteil 11 hergestellt, der im
wesentlichen die Form des topfartigen Jochteils 1 aufweist, an dem aber ein dem Vorsprung
3 entsprechender Vorsprung 13 einstückig mit ausgebildet ist. Dieser Bauteil besteht
aus einem metallisierbaren Kunststoff und er wird, wenn er in der Spritzgußform entsprechend
verfestigt ist, dieser nicht entnommen, sondern es wird nur der Oberteil der Spritzform
durch einen anderen Oberteil ersetzt und es wird sodann dieser topfartige Bauteil
11 in wesentlichen Bereichen von einem Kunststoff umgeben, der nicht metallisierbar
ist und schlußendlich eine Außenform aufweist, die zumindest im wesentlichen der Form
des Gehäuses 2 herkömmlicher elektroakustischer Wandler entspricht. Dieser äußere
Teil 12 weist bevorzugt an einer Stelle, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Ausnehmung
oder Einkerbung 16 auf, sodaß ein Bereich 14' des Vorsprunges 13 über eine im Bereich
der Einkerbung 16 liegende freie Oberfläche mit dem inneren Bereich des topfartigen
Bauteils 11 verbunden ist.
[0015] Zwischen dem Kontaktteil 14' und seinem Pendant 14" ist eine Abdeckung 15 vorgesehen,
durch die die Oberfläche des Vorsprunges 13 in zwei metallisierbare Bereiche getrennt
wird, die untereinander keine Verbindung, die metallisierbar wäre, aufweisen. Dadurch
sind die beiden Kontakte voneinander elektrisch getrennt. Das Material des Gehäuseteils
12 umschließt die Außenseite (die in der Fig. 2 nicht sichtbare Unterseite) des topfartigen
Bauteils 11 zur Gänze.
[0016] Wenn nun die zu metallisierenden Oberflächen metallisiert werden sollen, so ist es
nach entsprechender Aktivierung des Kunststoffes in einem Bad möglich die späteren
Kontakte 14', 14" gleich auch zu verwenden um, im dargestellten Beispiel, über den
Kontakt 14' und die Auskerbung 16, die Innenseite des topfartigen Bauteils 11 und
den kleinflächigen, freiliegenden Außenteil seines Mantels im Bereich der Auskerbung
16 zu metallisieren.
[0017] Diese Metallisierung, die beispielsweise aus dem Aufbringen einer Kupferschichte
und dem anschließenden Aufbringen einer Nickelschichte durch galvanische Verfahren
umfaßt, gehören zum Stand der Technik und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung.
Es soll nur darauf hingewiesen werden, daß zur Ausbildung einer funktionsfähigen Beschichtung
die Schichtdicke der Nickelschichte zumindest 25 µm betragen sollte und bevorzugt
zumindest 100 µm beträgt.
[0018] Die Weiterverarbeitung des so hergestellten halbfertigen elektroakustischen Wandlers,
erfolgt auf übliche Weise: Es wird im Zentrum des topfartigen Bauteils 11 der Magnet
samt bereits auf ihm aufgeklebten scheibenförmigen Jochteil aufgeklebt, wobei durch
entsprechende Führungen bzw. Lehren eine ausreichende Zentrizität sichergestellt wird.
Es wird sodann die Membrane, gegebenenfalls mit einem Montage- oder Haltering am Gehäuseteil
12 befestigt, wobei die an der Membrane montierte Schwingspule zentrisch in den Luftspalt
zu liegen kommt. Die Versorgungsdrähte der Schwingspule werden im Bereich der Membranen
Befestigung aus dem Inneren des dann geschlossenen Wandlers geführt und jeweils mit
einem der beiden Kontakte 14', 14" mechanisch und elektrisch leitend verbunden, beispielsweise
durch Reibschweißen oder Ultraschallschweißen.
[0019] Die Außenseiten bzw. die Unterseiten der beiden Kontakte 14', 14" dienen der Kontaktierung
des elektroakustischen Wandlers im Gerät in dem er eingesetzt wird.
[0020] Da die Membrane, die an ihr befestigte Spule und der Haltering der Membrane in einem
Arbeitsgang hergestellt werden, ist deren Zentrizität in hohem Ausmaß gewährleistet.
Da der Haltering am Gehäuseteil 12 befestigt wird und dieser Teil in hervorragender
Zentrizität zum topfartigen Teil 11 liegt, ist die Problematik der exzentrischen Anordnung
der Schwingspule im Luftspalt bestmöglich gelöst. Durch die einteilige Ausbildung
des topfartigen Bauteils 11 und des Gehäuseteils 12 miteinander und mit den Kontakten
14', 14" ist das gesamte Handling für einen solchen hoch miniaturisierten elektroakustischen
Wandler im Vergleich zum Handling gemäß dem Stand der Technik außerordentlich verbessert.
[0021] Die Fig. 3 und 4 zeigen eine durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen mögliche Variante
mit einem etwas anderen Aufbau des Wandlers als man ihn nach Fig. 2 erhält: Es wird
dabei, wie die in axialer Richtung nach Art einer Explosionssizze auseinandergezogene
Darstellung zeigt, ein Körperteil 21 mit entsprechend teilweise galvanisierter Oberfläche
mit einem Gehäuseteil 22 umspritzt, wobei das Material des Gehäuseteils 22 nicht galvanisierbar
ist. Der Körperteil 21 hat einstückig eine zentrale Erhebung ausgebildet, die den
inneren Jochteil 23 darstellt.
[0022] In die so zwischen dem inneren Jochteil 23 und dem Gehäuseteil 22 gebildeten Ringspalt
wird ein in axialer Richtung magnetisierter Ringmagnet 24 und darüber eine ebenfalls
ringförmig ausgebildete Polplatte 25 eingelegt und mit dem Körperteil 21 bzw. dem
Gehäuseteil 22 verklebt.
[0023] Durch die Herstellung in einer einzigen Form mit Verwendung eines austauschbaren
Kopfteiles erreicht man bestmögliche Genauigkeit und die Vermeidung jeglicher Addition
von Toleranzen, sodaß das Einlegen der Polplatte 25 in die entsprechende Ausnehmung
des Gehäuseteiles 22 nicht zu der sonst zu befürchtenden Exzentrizität beiträgt.
[0024] In den Fig. 3 und 4 ist die Kontaktierung, anders als in Fig. 2, nicht dargestellt,
sie kann auf analoge Weise wie dort oder auch anders erfolgen.
[0025] Die in Fig. 4 dargestellte Einpassung der Polplatte 25 muß nicht so wie dargestellt
erfolgen, da es durchaus vorteilhaft sein kann, die Ausnehmung im Gehäuseteil 22 in
axialer Richtung so groß auszuführen, daß die Polplatte in axialer Richtung ausschließlich
am Ringmagnet 24 aufsitzt und mit ihm verklebt wird und die Ausnehmung im Gehäuseteil
22 nur die radiale Führung übernimmt.
[0026] Eine weitere Variante ist in Fig. 5 und 6 dargestellt; dabei wird ein (oder auch
mehere entsprechend angeordnete) radial magnetisierter Magnet verwendet. Dabei zeigt
die Fig. 5 den bisherigen Aufbau derartiger elektroakustischer Wandler gemäß dem Stand
der Technik und die Fig. 6 eine erfindungsgemäße Variante.
[0027] Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, besteht ein elektroakustischer Wandler mit radial
magnetisierten Magneten aus mehreren plättchenförmigen Magneten, die normal zur Plättchenhauptebene
magnetisiert sind, wobei diese Plättchen entlang der Mantelfläche eines regelmäßigen
Polygons angeordnet sind. Die Ursache für die Verwendung dieser Anordnung liegt darin,
daß es äußerst schwierig ist, ringförmige Magneten mit radialer Magnetisierung herzustellen,
sodaß man sich mit einer solchen quasi-ringförmigen Anordnung behilft.
[0028] Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist radial innerhalb und radial außerhalb dieser einzelnen
Magnetplättchen je ein Jochteil angeordnet, somit ein innerer Jochteil 33 und ein
äußerer Jochteil 35. Diese beiden Jochteile sind an der Frontseite des elektroakustischen
Wandlers, die einer in dieser Figur eingezeichneten Membrane 37 zugewandt ist, einen
Luftspalt aus, in den eine Schwingspule 38 eintaucht. Die beiden Jochteile sind jeweils
in einem Innengehäuse 31 und einem Außengehäuse 32 gelagert, wobei das Außengehäuse
32 auch die Membrane 37 trägt.
[0029] Bei der Ausführung gemäß dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist,
ist es notwendig, die beiden metallischen Jochteile 33, 35 spanend, nämlich durch
Fräsen, zu bearbeiten, da eine andere Möglichkeit nicht besteht, zu einem möglichst
flächigen Kontaktierung zwischen den einzelnen Magneten 34 und den ihnen zugewandten
Seiten der Jochteile 33, 35 zu kommen. Bei der Herstellung selbst, werden die Jochteile
samt ihren Kunststoffgehäusen in einer Zentriervorrichtung gehalten und die Magnete
34 werden sodann in die für sie frei gegebenen Hohlräume eingeschoben und mit den
Jochteilen verklebt. Nach dem Erhärten des Klebstoffes wird der Wandler zur Montage
der Membran 37 aus der Zentriervorrichtung entnommen und weiter montiert.
[0030] Die Erfindung gestattet es nun, diese komplizierten Arbeitsabläufe drastisch zu vereinfachen
und damit diese bei manchen Anwendungsgebieten günstige Magnetanordnung einer größeren
Breite der Anwendung zuzuführen, da die so aufgebauten Wandler nicht mehr mit den
bisherigen Kosten belegt sind. Ein erfindungsgemäßer Wandler dieser Art ist in Fig.
6 dargestellt: Ein teilweise galvanisch metallisiertes äußeres Gehäuse 42 und ein
zumindest teilweise galvanisierter Jochteil 41 sind während des Spritzgießens mit
entsprechend planen Flächen 43, 45 versehen, zwischen denen im montierten Zustand
die plättchenförmigen Magnete 44 zu liegen kommen. Die Oberflächen 43, 45 und die
angrenzenden Bereiche (Fig. 6 nach oben), die schließlich zwischen sich den Luftspalt
frei lassen, sind dabei galvanisch mit Metall überzogen und dienen als Joch für das
Magnetsystem. Es können, um hier zu einem nur einen Teil der Oberfläche bedeckenden
Überzug zu kommen, der Jochteil 41 und der Gehäuseteil 42 aus zwei unterschiedlichen
Kunststoffarten in einem zweistufigen Spritzgießverfahren hergestellt werden, wie
dies an Hand der Beschreibung der Fig. 2 für die dortige Variante beschrieben worden
ist.
[0031] Zur Zentrierung ist es beispielsweise möglich, die beiden Teile 41, 42 kopfüber auf
einen Zentrierring zu stecken, der dem zu bildenden Luftspalt entspricht und sodann
von der dann nach oben ragenden Bodenseite her, die einzelnen Magnetplättchen 44 in
die sich dabei gebildeten Taschen einzufädeln und zu verkleben.
[0032] Es wurde in Fig. 6 ein zentralsymmetrischer Wandlerkörper dargestellt, doch ist es
selbstverständlich auch hier möglich und vorteilhaft, die Kontakte, so wie bei der
Ausbildungsform der Fig. 2 und 3, gleich mitauszubilden und ebenfalls zu galvanisieren,
was analog zur Ausbildung der Fig. 2 oder 3 geschehen kann und hier keiner näheren
Erläuterung mehr bedarf.
[0033] In Fig. 6 ist am oberen äußeren Rand des Gehäuseteiles 42 eine Ringnut angedeutet,
die zur Aufnahme eines Befestigungsringes für eine Membrane dient, diese Ringnut kann
selbstverständlich anders ausgebildet sein, die Befestigung der Membran an einem Gehäuseteil
gehört an sich zum Stand der Technik, durch die integrale Herstellung beim Spritzgießen
kann eine extrem hohe Zentrizität erreicht werden, ohne daß dies die sonst dafür notwendigen
Kosten verursachen würde.
[0034] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
kann verschiedentlich abgewandelt werden. Wesentlich ist, daß zumindest ein Teil der
das Joch bildenden Teile des Magnetsystems eines elektroakustischen Wandlers nicht
als diskrete Bestandteile hergestellt werden, sondern als metallischer Überzug auf
einem durch Spritzgießen hergestellten Kunststoffteil des elektroakustischen Wandlers.
Besonders bevorzugt wird, daß alle Jochteile aus derartigen metallischen Überzügen
bestehen, da dadurch auf einfachste und ökonomischste Weise die bestmögliche Zentrierung
erreicht werden kann.
[0035] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, auch die zur Kontaktierung
des elektroakustischen Wandlers vorgesehenen Kontakte auf diese Weise zu schaffen
und so die getrennte Herstellung und der anschließende Aufbringung metallischer Kontakte
zu vermeiden.
[0036] In beiden Anwendungen ist es möglich, statt der beschriebenen Verkupferung und anschließenden
Vernickelung einen anderen metallischen Überzug aufzubringen, sofeme dieser nur, wenn
er für die Jochteile verwendet wird, die notwendigen magnetischen Eigenschaften aufweist,
dies ist insbesondere dann der Fall, wenn man Reineisen oder Kobalt verwendet. Für
die Schaffung der Kontakte zur Kontaktierung des elektroakustischen Wandlers ist es
selbstverständlich möglich, auch Gold zu verwenden oder dickere Kupferschichten aufzutragen,
eine entsprechende mehrstufige Behandlung oder eine getrennte galvanische Behandlung
der Jochteile und der Kontakte ist dann notwendig, spielt aber aufgrund der unkritischen
Handhabbarkeit der bereits fertig gegossenen Wandlerkörper keine kritische Rolle mehr.
1. Elektroakustischer Wandler mit kleinen Abmessungen, insbesondere mit einem Gehäuse
mit einem Außendurchmesser von 15 mm und kleiner, dadurch gekennzeichnet, daß er einen topfartigen Topfbauteil (11,21,31) aus einem metallisierbaren Kunststoff
aufweist, der von einem Gehäuseform aufweisenden Gehäusebauteil (12,22,32) aus einem
nicht metallisierbaren Kunststoff umgossen ist, und daß zumindest die innere Oberfläche
des Topfbauteiles (11,21,31) mit einem Metallüberzug versehen ist.
2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfbauteil (11,21,31) zumindest einen radial abstehenden Vorsprung (13) aufweist,
und daß zumindest ein Teil der Oberfläche (14', 14") des radial abstehenden Vorsprunges
(13) mit einem Metallüberzug versehen ist.
3. Elektroakustischer Wandler mit kleinen Abmessungen, insbesondere mit einem Gehäuse
mit einem Außendurchmesser von 15 mm und kleiner, mit radial magnetisierten Magnetplättchen
(44), dadurch gekennzeichnet, daß er einen Jochteil (41) aufweist, der im Bereich seiner äußeren Mantelfläche (43)
metallisiert ist und einen ringförmigen, vom Jochteil getrennten Gehäusebauteil (42),
der im Bereich seiner inneren Mantelfläche (45) metallisiert ist, und daß die Magnetplättchen
(44) zwischen den metallisierten Mantelflächen (43, 45) angeordnet sind.
4. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Jochteil (41) zumindest einen radial abstehenden Vorsprung aufweist, und daß
zumindest ein Teil der Oberfläche des radial abstehenden Vorsprunges mit einem Metallüberzug
versehen ist.