-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schallwandler. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Schallwandler mit einem Dielektrikum, insbesondere mit einem Elektretmaterial.
-
Stand der Technik
-
Akkustikwandler beziehungsweise Schallwandler sind grundsätzlich bekannt und weit verbreitet. Beispielsweise sind derartige Wandler bekannt, die nach dem elektrostatischen Wandlerprinzip arbeiten. Dabei sind die Elektroden der Wandler oftmals mit fixierenden Stützstellen gegeneinander getrennt, wobei die aktiven Flächen gegeneinander beweglich sind.
-
Aufbauformen dazu umfassen Wandler, bei welchen die beiden Elektroden, von denen eine als akustisch aktive Membran ausgestaltet ist, an Stützstellen durch ein nicht elastisches beziehungsweise steifes Material verbunden sind. Dies kann beispielsweise in Form eines Gitters oder in Form punktförmiger oder linienhafter Stützgeometrien der nicht elastischen Materialien realisierbar sein. Als weitere Aufbauform ist es bekannt, die Elektroden ausschließlich durch eine Einspannung an deren Rand zu positionieren. Als Dielektrikum kann in den vorgenannten Beispielen etwa das Gasvolumen dienen, welches zwischen den Elektroden beziehungsweise zwischen den Stützgeometrien angeordnet ist, wie etwa dort befindliche Luft.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schallwandler, aufweisend wenigstens eine Grundelektrode und wenigstens eine zumindest teilweise gegenüber der Grundelektrode bewegliche Messelektrode, wobei die wenigstens eine Grundelektrode und die wenigstens eine Messelektrode mit einer Messeinheit verbindbar sind, wobei eine Mehrzahl an die Grundelektrode und die Messelektrode kontaktierenden Fasern vorgesehen ist, und wobei die Mehrzahl an Fasern aus einem dielektrischen Material geformt ist.
-
Ein Schallwandler im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein derartiges Bauteil sein, welches elektromagnetische Wellen, insbesondere Schallwellen, beispielsweise Ultraschallwellen, in ein elektronisches Signal umwandeln kann.
-
Eine Grundelektrode kann insbesondere eine Elektrode sein, gegen welche eine weitere Elektrode beweglich ist. Die Grundelektrode kann dabei feststehend oder zumindest teilweise beweglich sein. Eine Messelektrode ist entsprechend die gegen die Grundelektrode zumindest teilweise bewegliche Elektrode, welche insbesondere durch auftreffende Wellen, etwa Schallwellen, in Bewegung relativ zu der Grundelektrode versetzbar ist. Dabei ist eine Beweglichkeit nur teilweise, etwa als Schwingung beziehungsweise, als Vibration möglich, oder auch als vollständige Beweglichkeit der Messelektrode.
-
Eine Messeinheit ist ferner insbesondere eine Einheit, welche einen bezüglich Grundelektrode und Messelektrode abstandsabhängigen Parameter bestimmen kann. Insbesondere ist unter einer Messeinheit eine derartige Einheit zu verstehen, welche ein elektrisches Potential beziehungsweise eine Spannung zwischen der Grundelektrode und der Messelektrode detektieren kann.
-
Unter einer Faser kann ferner insbesondere ein derartiges Material verstanden werden, welches im Verhältnis zu seiner Länge eine geringere Dicke aufweist. Beispielsweise kann unter einer Faser ein derartiges Material verstanden werden, welches gegebenenfalls Zugkräfte aufnehmen kann, jedoch keine Druckkräfte aufnehmen kann, sondern bei dem Auftreten von Druckkräften einknickt beziehungsweise sich verformt.
-
Ein dielektrisches Material kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein derartiges Material sein, welches elektrisch nicht leitend ist. Insbesondere kann unter einem dielektrischen Material ein derartiges Material verstanden werden, welches eine elektrische Leitfähigkeit in einem Bereich von kleiner oder gleich 10–10 S/cm, insbesondere 10–24 S/cm aufweist, wobei im Sinne der Erfindung ein elektrisch leitfähiges Material eine elektrische Leitfähigkeit in einem Bereich von größer oder gleich 10–10 S/cm aufweisen kann.
-
Ein vorbeschriebener Schallwandler ermöglicht es auf besondere vorteilhafte Weise, bei kostengünstiger Herstellbarkeit und einer hohen Langlebigkeit eine gute Wandlungseffizienz beziehungsweise Wandlungssensitivität zu ermöglichen.
-
Ein derartiger Schallwandler weist wenigstens eine Grundelektrode und wenigstens eine Messelektrode auf. Dabei ist die Messelektrode insbesondere dem zu wandelnden auftreffenden Schall aussetzbar beziehungsweise kann in Richtung des auftreffenden Schalls ausgerichtet werden. Die Messelektrode ist dabei bezüglich der Grundelektrode zumindest teilweise beweglich angeordnet und kann dabei durch den auftreffenden Schall in Bewegung beziehungsweise in Vibration versetzt werden, so dass sich der Abstand zwischen wenigstens einem Teil der Messelektrode und der Grundelektrode bei einer Schallbeaufschlagung ändern kann. Ferner kann die Messelektrode an sich steif sein oder sich elastisch bei einer Schallbeaufschlagung verformen. Die Grundelektrode kann dabei insbesondere feststehend angeordnet sein, so dass durch eine Bewegung der Messelektrode eine Abstandsänderung zwischen Grundelektrode und Messelektrode einstellbar sein kann.
-
Weiterhin ist eine Mehrzahl an die Grundelektrode und die Messelektrode kontaktierenden Fasern vorgesehen, wobei die Fasern aus einem dielektrischen Material geformt sind, wobei das dielektrische Material eine Substanz oder eine Mehrzahl an Substanzen aufweisen kann. Somit kann die Anordnung aufweisend die Grundelektrode, die Messelektrode und die Fasern aus einem dielektrischen Material insbesondere ein Schallwandler nach dem dielektrischen Prinzip ausbilden.
-
Ein dielektrischer Wandler ist dabei insbesondere ein solcher, welcher zwischen seinen Elektroden ein Dielektrikum, wie beispielsweise wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polypropylen (PP), beziehungsweise darauf basierende Copolymere aufweist. Dabei kann insbesondere wie für einen Kondensator üblich bei einer Abstandsänderung der Elektroden ein Spannungsunterschied detektierbar sein, da sich die Kapazität abstandsbedingt ändern kann. Um eine derartige Spannungsänderung detektieren zu können, sind die Grundelektrode und die Messelektrode dabei mit einer Messeinheit verbindbar, etwa durch entsprechende Anschlüsse oder Ähnliches. Die Messeinheit kann dabei beispielsweise eine Spannungsmesseinheit sein, um eine abstandsbedingte Spannungsschwankung detektieren zu können.
-
Bei einem vorbeschriebenen Aufbau eines Schallwandlers kann dabei dadurch, dass eine Mehrzahl an die Grundelektrode und die Messelektrode kontaktierenden Fasern vorgesehen ist, der weitere Vorteil erzielt werden, dass ein besonders sicheres und verlässliches Arbeiten des Schallwandlers ermöglicht werden kann. Im Detail kann alleine durch das Vorsehen der Fasern sichergestellt werden, dass sich die Elektroden, also die Grundelektrode und die Messelektrode, nicht berühren, wodurch die Gefahr eines hierdurch auftretenden Kurzschlusses signifikant reduziert oder sogar vollständig verhindert werden kann. Somit kann die Gefahr einer Beschädigung beziehungsweise eines Zerstörens des Wandlers durch die vorgenannten Effekte ebenfalls signifikant reduziert werden. Dabei können die Fasern insbesondere bezüglich ihrer Dicke, Länge und Abstand zu weiteren Fasern derart angepasst werden, dass sich die Elektroden insbesondere bei Schwingungen beziehungsweise einer zumindest teilweisen Bewegung der Messelektrode nicht berühren.
-
Dabei kann die Reduzierung einer derartigen Gefährdung nur durch das Vorsehen der Fasern ermöglicht werden. Auf das weitere Vorsehen von Isolierungen zwischen den Elektroden kann dabei verzichtet werden. Dadurch kann eine nachlassende Sensitivität des Schallwandlers aufgrund der Isolationsmaterialien verhindert werden. Vielmehr kann der weitere Vorteil eines besonders effektiven und verlustarmen Wandelns von Schallwellen in elektrisch beziehungsweise elektronische Signale ermöglicht werden.
-
Eine Sensitivitätssteigerung kann dabei dadurch noch weiter verbessert werden, dass Fasern durch die ihnen innewohnende Eigenschaft eines Einknickens bei Druckbelastung eine Bewegung der Elektroden relativ zu einander nicht oder zumindest nicht wesentlich beeinflussen, da einer Bewegung der Messelektrode in Richtung der Grundelektrode keine wesentliche Kraft entgegensteht. Darüber hinaus kann die Anzahl der aktiven Messflächen der Messelektrode beziehungsweise deren räumliche Ausdehnung, etwa verglichen zu nicht elastischen Stützstellen, deutlich vergrößert werden, da eine vergleichsweise geringe Anzahl an Fasern ausreichen kann.
-
Somit können durch das Vorsehen der Fasern die Elektroden sicher derart voneinander abgestützt werden, dass eine Berührung ausgeschlossen sein kann, wobei die Schwingungen der Elektroden gegeneinander nicht wesentlich beeinflusst werden, was eine besonders sensitive Schallwandlung ermöglicht.
-
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Mehrzahl an Fasern an der Grundelektrode befestigt sein, und kann die Messelektrode schwimmend auf der Mehrzahl an Fasern aufliegen. In dieser Ausgestaltung können die Fasern somit direkt an der Grundelektrode selbst oder indirekt an einer auf der Grundelektrode angeordneten weiteren Schicht insbesondere unlösbar befestigt sein. Ferner kann die Messelektrode schwimmend auf den Fasern aufliegen, also die Fasern insbesondere in einem Ruhezustand kontaktieren, jedoch nicht fest mit den Fasern fest verbunden sein. In dieser Ausgestaltung kann der weitere Vorteil erzielt werden, dass zusätzlich zu einer guten Beweglichkeit in Richtung der Gegenelektrode aufgrund der Fasern, welche keine Druckkräfte aufnehmen, auch eine Beweglichkeit in der entgegengesetzten Richtung nicht behindert wird. Dadurch kann die Sensitivität beziehungsweise Effektivität einer Wandlung noch weiter gesteigert werden. Um eine grundsätzlich Fixierung der Anordnung aus Elektroden und fasern zu ermöglichen, können die Elektroden, etwa an einem Randbereich und beispielsweise nur partiell, mit Abstandhaltern verklebt sein, wobei die Abstandshalter eine geringe Anzahl und Ausdehnung aufweisen, um eine zumindest teilweise Beweglichkeit der Messelektrode nicht oder nicht wesentlich zu behindern.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Mehrzahl an Fasern unmittelbar an der Grundelektrode befestigt sein, oder kann auf der Oberfläche der Grundelektrode eine Klebeschicht zum Befestigen der Fasern vorgesehen sein. Bezüglich der Befestigung unmittelbar an der Grundelektrode kann eine besonders kostengünstige Herstellbarkeit des Schallwandlers ermöglicht werden, da auf das Vorsehen weiterer Schichten und auf potentiell weitere Arbeitsschritte verzichtet werden kann. Bezüglich des Vorsehens einer Klebeschicht auf der Oberfläche der Grundelektrode kann ein besonders sicheres Befestigen der Fasern auf der Oberfläche der Grundelektrode ermöglicht werden. Darüber hinaus kann eine besonders freie Wahl der Dicke und des Materials der Grundelektrode möglich sein, da die Anforderungen bezüglich eines Befestigens der Fasern an der Grundelektrode besonders niedrig gehalten werden können.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Mehrzahl an Fasern ein Elektretmaterial als dielektrisches Material aufweisen. Beispielsweise können die Fasern aus einem Elektretmaterial bestehen. In dieser Ausgestaltung kann der Schallwandler somit einen Elektretwandler ausbilden. Unter einem Elektretmaterial kann dabei insbesondere ein solches elektrisch isolierendes beziehungsweise dielektrisches Material verstanden werden, welches quasi-permanent gespeicherte elektrische Ladungen oder quasi-permanent ausgerichtete elektrische Dipole enthalten kann. Dadurch kann ein quasi-permanentes elektrisches Feld in der Umgebung des Elektretmaterials oder in seinem Inneren erzeugt werden. In anderen Worten können Elektretmaterialien permanent polarisiert werden. Die spezielle Arbeitsweise eines Elektretwandlers kann dabei auf der Fähigkeit des Elektrets basieren, ein Potential zu erzeugen. Eine Verformung in dem Elektetmaterial, beispielsweise durch ein schallwellenbasiertes Bewegen der Messelektrode, kann dabei eine Änderung in dem elektrischen Feld des Elektretmaterials bewirken, wobei diese Änderung eine messbare Potentialänderung der Elektroden zueinander hervorruft. Daher kann das Auftreffen des Schalls auf die Messelektrode in ein elektronisches Signal umgewandelt werden. Ein Elektretwandler kann dabei den Vorteil aufweisen, dass eine besonders hohe Sensitivität beziehungsweise eine besonders effektive Umwandlung erzielbar sein kann. Beispielhafte Elektretmaterialien umfassen dabei beispielhaft und nicht beschränkend Polypropylen und fluorhaltige Polymere, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Mehrzahl an Fasern eine Biegesteifigkeit in einem Bereich von kleiner oder gleich 50mN aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann einer Bewegung der Messelektrode in Richtung der Grundelektrode ein besonders geringer Widerstand entgegengesetzt werden. Somit kann in dieser Ausgestaltung eine weitere Steigerung der Sensitivität beziehungsweise Effektivität der Schallwandlung ermöglicht werden. Derartige Biegesteifigkeiten sind grundsätzlich mit im wesentlichen jeden geeigneten Material durch eine entsprechende Auswahl der Geometrie beziehungsweise der Ausmaße möglich.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Mehrzahl an Fasern ein Aspektverhältnis aufweisen, das in einem Bereich von größer oder gleich 10 bis kleiner oder gleich 100 liegt. Durch das Vorsehen von Fasern mit einem Aspektverhältnis in dem vorbeschriebenen Bereich lässt sich insbesondere in dieser Ausgestaltung ein sicheres Abstützen der Elektroden gegeneinander realisieren, so dass Kurzschlüsse sicher verhindert werden können. Weiterhin reichen bereits wenige Fasern aus, um eine derartige Abstützung zu erlauben, wobei die Fasern dabei einer Stauchung bei dem Einwirken einer Druckkraft kaum Widerstand entgegensetzen, so dass die Sensitivität des Wandlers besonders vorteilhaft verbessert sein kann. Unter einem Aspektverhältnis kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden werden das Verhältnis von Tiefe beziehungsweise Höhe der Faser zu ihrer lateralen Ausdehnung. In anderen Worten beschreibt das Aspektverhältnis das Verhältnis von der beispielsweise durchschnittlichen Länge zu der beispielsweise durchschnittlichen Dicke, beispielsweise dem durchschnittlichen Durchmesser.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Mehrzahl an Fasern eine Länge aufweisen, die in einem Bereich von kleiner oder gleich 20 µm liegt. Insbesondere, wenn die Fasern in einem derartigen Längenberiech vorliegen, können insbesondere sehr kompakte und dabei trotzdem effektive Schallwandler erzeugbar sein, so dass diese auch in kleinsten Geräten problemlos einsetzbar sein können, was die Anwendungsbreite weiter erhöht.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens eine Elektrode einen elektrisch leitfähigen Kunststoff aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann der Schallwandler besonders kostengünstig und dabei haltbar ausgestaltet werden. Darüber hinaus kann insbesondere in dieser Ausgestaltung eine Elektrode verwendbar sein, welche membranartig ausgestaltet ist und daher durch die Schallwellen vorteilhaft in Bewegung versetzt werden können, beispielsweise in insbesondere elastische Schwingungen. Somit kann insbesondere die Messelektrode einen elektrisch leitfähigen Kunststoff aufweisen, insbesondere aus diesem geformt sein. Als beispielhaftes und nicht beschränkendes Beispiel für ein geeignetes Material kann in dieser Ausgestaltung beispielsweise Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) verwendet werden, wobei hier insbesondere das konjugierte Polymer, welches als PEDOT:PSS bezeichnet wird, bevorzugt sein kann.
-
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie den Figuren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Schallwandlers auch für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Schallwandlers, umfassend die Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen einer Grundelektrode;
- b) Anordnen eines elektrisch aufladbaren Siebs oberhalb einer Oberfläche der Grundelektrode derart, dass Löcher des Siebs oberhalb von Fixierungspunkten einer Mehrzahl an dielektrischen Fasern positioniert sind;
- c) Elektrisches Aufladen des elektrisch aufladbaren Siebs und der Grundelektrode derart, dass die Grundelektrode einen Gegenpol zu dem Sieb ausbildet;
- d) Sieben einer Mehrzahl von dielektrischen Fasern durch das Sieb; und
- e) Fixieren der gesiebten Fasern auf der Grundelektrode.
-
Ein vorbeschriebenes Verfahren erlaubt es auf besonders einfache und kostengünstige Weise, einen vorbeschriebenen Schallwandler herzustellen.
-
Hierzu umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) ein Bereitstellen einer Grundelektrode. Die Grundelektrode kann aus jedem geeigneten Material ausgestaltet sein, wobei ein elektrisch leitender Kunststoff bevorzugt sein kann.
-
In einem Verfahrensschritt b) erfolgt das Anordnen eines elektrisch aufladbaren Siebs oberhalb einer Oberfläche der Grundelektrode derart, dass Löcher des Siebs oberhalb von Fixierungspunkten einer Mehrzahl an dielektrischen Fasern positioniert sind. Somit ist das Sieb insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgestaltet. Beispielsweise kann das Sieb aus einem Metall ausgestaltet sein. Dabei können die Löcher des Siebs oder zumindest ein Teil der Löcher des Siebs insbesondere derart angeordnet sein, dass diese unmittelbar oberhalb der Positionen angeordnet sind, an denen in einem hergestellten Zustand des Schallwandlers die Fasern angeordnet sein sollen.
-
Weiterhin kann gemäß Verfahrensschritt c) ein elektrisches Aufladen des elektrisch aufladbaren Siebs und der Grundelektrode derart erfolgen, dass die Grundelektrode einen Gegenpol zu dem Sieb ausbildet. Beispielsweise kann zwischen der Grundelektrode und dem Sieb eine Spannung angelegt werden, so dass die entsprechenden Bauteile entsprechend polarisiert werden. Somit baut sich durch diesen Verfahrensschritt zwischen dem Sieb und der Grundelektrode ein elektrisches Feld auf, welches für den nachfolgenden Prozess von Vorteil sein kann.
-
In diesem aufgeladenen Zustand erfolgt nämlich gemäß Verfahrensschritt d) ein Sieben einer Mehrzahl von dielektrischen Fasern durch das Sieb. Die dielektrischen Fasern richten sich entsprechend dem elektrischen Feld, welches wie vorstehend ausgeführt aufgebaut wird durch das gegenpolige Aufladen von Grundelektrode und Sieb, aus. Somit richten sich die dielektrischen Fasern parallel zu den elektrischen Feldlinien aus und fallen nach einem Durchtritt durch das Sieb parallel zu den Feldlinien und im Wesentlichen senkrecht zu der Grundelektrode auf die Elektrode.
-
Wenn die Fasern nunmehr senkrecht auf die Grundelektrode fallen, können diese gemäß Verfahrensschritt e) auf der Grundelektrode fixiert werden. Dabei können die Fasern beispielsweise direkt auf der Gegenelektrode befestigt werden, wenn diese beispielsweise aus einem Kunststoff geformt ist, der etwa angeschmolzen sein kann und anschließend aushärtet. Alternativ können die Fasern auf eine noch weiche Klebstoffschicht fallen und in dieser nach einem Aushärten des Klebstoffs verankert werden. Dadurch, dass die Aufladung der Grundelektrode und des Siebs dabei aufrecht erhalten werden kann, bis die Fasern fest fixiert sind, können diese im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Grundelektrode fixiert werden beziehungsweise sich bei einer erneuten Aufladung von Grundelektrode und Messelektrode wiederum im Wesentlichen senkrecht ausrichten.
-
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schallwandler und der erfindungsgemäßen Verwendung sowie den Figuren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für den erfindungsgemäßen Schallwandler und die erfindungsgemäße Verwendung anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Verwendung eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Schallwandlers und/oder eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Verfahrens zum Herstellen eines Mikrofons, Lautsprechers, Ultraschall-Senders, Ultraschall-Empfängers. Somit kann bei einer derartigen Verwendung ein Bauteil herstellbar sein, welches besonders sensitiv bezüglich der auftreffenden Sprache beziehungsweise Schallwellen ist oder auch geringste Schallwellen erzeugen kann und dabei besonders kompakt sein kann.
-
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schallwandler, dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie den Figuren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung auch für das erfindungsgemäße Verfahren und den erfindungsgemäßen Schallwandler anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Beispiele und Zeichnungen
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Beispiele und Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Beispiele und Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
-
1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Schallwandlers gemäß der Erfindung in einem Grundzustand;
-
2 eine schematische Ansicht der Ausführungsform aus 1 in einem geladenen Zustand; und
-
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines Schallwandlers gemäß der Erfindung.
-
In 1 ist eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schallwandlers 10 gezeigt. Der Schallwandler 10 umfasst wenigstens eine Grundelektrode 12 und wenigstens eine Messelektrode 14, wobei die wenigstens eine Grundelektrode 12 und die wenigstens eine Messelektrode 14 mit einer Messeinheit verbindbar sind. Die Grundelektrode 12 und/oder die Messelektrode 14 kann dabei einen elektrisch leitfähigen Kunststoff aufweisen, etwa beispielsweise vollständig aus diesem ausgebildet sein. Die Elektroden können dabei an einer Trägerstruktur, wie beispielsweise einer Kunststofffolie, befestigt sein.
-
Ferner ist eine Mehrzahl an die Grundelektrode 12 und die Messelektrode 14 kontaktierenden Fasern 16 vorgesehen, welche Mehrzahl an Fasern 16 aus einem dielektrischen Material geformt ist. Beispielsweise kann die Mehrzahl an Fasern 16 ein Elektretmaterial als dielektrisches Material aufweisen beziehungsweise aus diesem geformt sein.
-
Weiterhin kann die Mehrzahl an Fasern 16 eine Biegesteifigkeit in einem Bereich von kleiner oder gleich 50mN aufweisen und/oder ein Aspektverhältnis aufweisen, das in einem Bereich von größer oder gleich 10 bis kleiner oder gleich 100 liegt. Bezüglich der Länge der Fasern 16 kann diese beispielsweise in einem Bereich von kleiner oder gleich 20 µm, insbesondere beispielsweise in einem Bereich von kleiner oder gleich 10 µm liegen. Die vorgenannten Parameter können dabei dazu führen, dass die Fasern keine signifikante Masse oder Steifigkeit aufweisen, welche das Arbeiten des Schallwandlers 10 negativ beeinflusst. Dabei können die entsprechenden Parameter an die Anforderungen des Schallwandlers 10 in der konkreten Anwendung anpassbar sein.
-
Dabei ist in der Ausgestaltung gemäß 1 die Mehrzahl an Fasern 16 an der Grundelektrode 12 befestigt, wobei die Messelektrode 14 schwimmend auf der Mehrzahl an Fasern 16 aufliegt. D. h., mit anderen Worten, dass die Messelektrode beweglich auf den Fasern 16 angeordnet ist. Dabei kann die Mehrzahl an Fasern 16 unmittelbar an der Grundelektrode 12 befestigt sein, oder, wie dies in der 1 gezeigt ist, kann auf der Oberfläche der Grundelektrode 12 eine Klebeschicht 18 zum Befestigen der Fasern 16 vorgesehen sein.
-
In der 2 ist die Ausführungsform des Schallwandlers gemäß 1 in einem geladenen Zustand gezeigt, wobei entsprechende Bauteile beziehungsweise entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, weshalb bezüglich einer detaillierten Beschreibung auf die Ausführungen zu 1 verwiesen wird. Ist der Schallwandler 10 nun in einem geladenen Zustand, wie dies 2 zeigt, ergibt sich zwischen den Elektroden 12, 14 ein elektrisches Feld, vergleichbar zu einem Plattenkondensator. Dadurch entsteht eine Anziehungskraft zwischen den beiden Elektroden 12, 14, wodurch die Fasern 16 mechanisch verformt werden. Dabei gilt, dass je stärker die Verformung der Fasern 16 ist, desto stärker der von ihnen wirkende Gegendruck auf die Gegenelektrode ist. Somit wird die in an sich bekannter Weise mögliche Anwendbarkeit als Lautsprecher und als Mikrophon, beispielsweise und damit eine geeignete Wandlung von Schallwellen in ein elektronisches Signal und umgekehrt gezeigt.
-
Eine mögliche Herstellung eines derartigen Schallwandlers 10 ist exemplarisch und nicht beschränkend in der 3 gezeigt. Ein derartiges Verfahren kann insbesondere die folgenden Verfahrensschritte umfassen:
- a) Bereitstellen einer Grundelektrode 12;
- b) Anordnen eines elektrisch aufladbaren Siebs 20 oberhalb einer Oberfläche der Grundelektrode 12 derart, dass Löcher 22 des Siebs 20 oberhalb von Fixierungspunkten einer Mehrzahl an dielektrischen Fasern 16 positioniert sind;
- c) Elektrisches Aufladen des elektrisch aufladbaren Siebs 20 und der Grundelektrode 12 derart, dass die Grundelektrode 12 einen Gegenpol zu dem Sieb 20 ausbildet;
- d) Sieben einer Mehrzahl von dielektrischen Fasern 16 durch das Sieb 20; und
- e) Fixieren der gesiebten Fasern 16 auf der Grundelektrode 12.
-
Ein derartiges Verfahren ist in der 3 gezeigt. Dabei können exemplarisch zwei Möglichkeiten einer Herstellung eines Schallwandlers 10 realisierbar sein. In einem ersten Beispiel, wie dies in der 3 gezeigt ist, kann zumindest auf den Stellen, an denen die Fasern 16 auf der Grundelektrode 12 aufgebracht werden sollen, eine Schicht 18 aus einem Klebstoff aufgebracht. Beispielsweise kann die gesamte Oberfläche der Grundelektrode 12 mit einer Klebstoffschicht 18 versehen werden. Anschließend werden die Fasern 16 durch das elektrisch geladene Sieb 20 auf den noch nassen Klebstoff gesiebt. Das Substrat und damit die Grundelektrode 12 und insbesondere die Klebeschicht 18 bilden dabei einen Gegenpol zu der am Sieb 20 angelegten Spannung, so dass ein elektrisches Feld entsteht, welches durch die Pfeile 24 gezeigt ist. Die nach unten fallen Fasern 16 richten sich dabei parallel zu den Feldlinien des elektrischen Feldes aus und bleiben somit senkrecht in die Klebeschicht 18 kleben. Bei einem Sieben nicht etwa in dem Klebstoff verankerte Fasern 16 können nach dem Aushärten des Klebstoffs beispielsweise mit Blas- oder Saugluft entfernt werden.
-
In einer alternativen Verfahrensweise können die Fasern 16 auch direkt in der Grundelektrode 12 verankert werden. Beispielsweise dann, wenn die Grundelektrode 16 aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet ist, kann das Aufbringen einer Klebstoffschicht 18 entfallen. In dieser Vorgehensweise können die Fasern 16 vielmehr auf die noch „nasse“ Elektrodenschicht aufgesiebt werden, beispielsweise auf eine aufgeschmolzene oder angelöste Elektrodenschicht. Ansonsten ist die Vorgehensweise entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren.