ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER

Abstract: 1. An electro-mechanical transducer having a flat, thin dielectric (2), at one flat face of which a disc-shaped electrode (4) consisting of an electrically-conductive elastomer is arranged spaced by a predetermined gap (A) which can be varied by means of pressure, and the other flat face of the dielectric having applied an input electrode (10) and an output electrode (12), each of which is provided with electrical terminals, characterized in that the input electrode (10) and the output electrode (12) are arranged fundamentally concentric with one another.

Description: Elektromechanischer Wandler Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch mechanischen Wandler mit einem flachen, dünnen Dielektrikum, an dessen einer Flachseite eine erste Elektrode in einem vorbestimmten, durch Druck veränderbaren Abstand angeordnet ist. An der anderen Flachseite liegen eine zweite und dritte Elektrode an, die jeweils mit elektrischen Anschlussleitern versehen sind. Es sind Tasten auf kapazitiver Basis bekannt, bei denen das Zusammenpressen eines Dielektrikums eine sprunghafte Kapazitätsänderung bewirkt, die mit Hilfe geeigneter Schaltungen in Impulse umgesetzt und einer Elektronik zugeführt wird. Solche Taster ohne mechanische Kontakte haben eine hohe Lebensdauer. Es ist ein kapazitiver Druckknopfschalter bekannt, bei dem eine Folie aus Polyvinylidenfluorid PVDF, die als Dielektrikum dient, an einer Flachseite mit einer dünnen, biegsamen Elektrode versehen ist, die über eine Schaumstoffzwischenlage mit einem Druckknopf verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden Flachseite des Dielektrikums sind in einem vorgegebenen Abstand zwei elektrische Leiter vorgesehen, die auf einer Leiterplatte nebeneinander angeordnet sind und mit dem Dielektrikum und der gemeinsamen Elektrode eine Reihenschaltung von Kapazitäten bilden. Mit der Betätigung des Druckknopfes erhält man eine Änderung der Gesamtkapazität, aus der ein Schaltsignal abgeleitet wird (DE-OS 31 14 518). Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform einer kapazitiven Taste mit einer PVDF-Folie als Dielektrikum und drei Elektroden, die eine Reihenschaltung von Kapazitäten bilden, ist die erste Elektrode in einem vorbe stimmten Abstand von der Oberfläche der PVDF-Folie angeordnet. Das Schaltsignal entsteht durch Abstands änderung der ersten Elektrode zum Dielektrikum und damit zur zweiten und dritten Elektrode. Die zweite und dritte Elektrode sind auf der anderen Flachseite der PVDF-Folie nebeneinander angeordnet (deutsches Gebrauchsmuster 8 229 410). In dieser bekannten Ausführungsform ist die bewegliche erste Elektrode im allgemeinen scheibenförmig und als Überbrückungselektrode für die beiden anderen Elektroden ausgeführt. Die beiden anderen Elektroden dienen als Eingangs- bzw. Ausgangselektrode und sind im allgemeinen in der Form einer Halbkreisscheibe gestaltet. Die Fläche dieser beiden Elektroden einschliesslich der Fläche ihres Zwischenraumes wird etwa durch die scheibenförmige erste Elektrode abgedeckt, die bei Betätigung der Taste in der Richtung senkrecht zur Oberfläche der PVDF-Folie und senkrecht zur Ausdehnung der zweiten und dritten Elektrode geführt wird. Diese Anordnung kann bei nicht genau senkrechter Führung der ersten Elektrode dazu führen, dass bei Betätigung der Taste die beiden durch die Elektroden in Serie geschalteten Kapazitäten unterschiedliche Grösse haben, so dass die wirksame Kopplungskapazität zwischen Eingangs- und Ausgangselektrode entsprechend vermindert wird. Eine an die Eingangselektrode angelegte Wechselspannung wird in diesem Fall an der Ausgangselektrode nur abgeschwächt auftreten, so dass unter Umständen eine sichere Schaltfunktion der Taste nicht mehr gewährleistet ist. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit der Schaltfunktion der Taste zu erhöhen und einen Kapazitätsverlust bei Betätigung der Taste zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Gestaltung des Wandlers bleiben auch bei nicht axialer Führung der ersten Elektrode die durch die Elektroden gebildeten wirksamen Kondensatorflächen unverändert. Deshalb kann der Schaltzustand dieser Taste unabhängig von unvermeidlichen Fertigungstoleranzen zuverlässig erkannt werden. Ausserdem erhält man mit dieser Ausführungsform eine sehr empfindliche Taste, die bei Betätigung eine Kapazitätserhöhung um mehr als eine Grössenordnung bewirkt. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Wandlers nach der Erfindung als Schnittbild schematisch veranschaulicht ist. Figur 2 zeigt die Eingangs- und Ausgangselektrode in einer Draufsicht und in den Figuren 3 und 4 ist jeweils eine besondere Ausführungsform der Elektroden dargestellt. In der Ausführungsform nach Figur 1 ist ein flaches, dünnes Dielektrikum vorgesehen, das beispielsweise aus einer Folie aus Polyvinylidenfluorid PVDF mit einer Dicke d von beispielsweise etwa 10 Rm bestehen kann. Dem Dielektrikum 2 ist eine erste Elektrode 4 zugeordnet, die vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Elastomer bestehen kann und in einem vorbe stimmten Abstand A von der oberen Flachseite des Dielektrikums 2 beweglich angeordnet ist. Die erste Elektrode 4 kann vorzugsweise als Scheibe mit einem Durchmesser D von beispielsweise etwa 3 mm gestaltet sein. Sie ist an einem Knopf 6 befestigt, der in einem Gehäuse 8 senkrecht zur Flachseite des Dielektrikums 2 beweglich geführt ist und im allgemeinen mit in der Figur nicht dargestellten Mitteln zur Rückführung in seine Ruhelage versehen ist. An der unteren Flachseite des Dielektrikums 2 liegt eine Eingangselektrode 10 an, die eine Ausgangselektrode 12 wenigstens teilweise umgibt. Die Eingangs- und Ausgangselektroden 10 bzw. 12 sind auf einer Leiterplatte 14 angeordnet und jeweils mit in der Figur nicht dargestellten elektrischen Anschlussleitern versehen. Die Ausgangselektrode 12 ist von der Eingangselektrode 10 im Abstand a konzentrisch umgeben, wie der Darstellung nach Figur 2 zu entnehmen ist. Im Zentrum der Ausgangselektrode 12 ist die Leiterplatte 14 mit einer nicht näher bezeichneten Bohrung versehen. Die zylindrische Innenwand dieser Bohrung und der an die Bohrung angrenzende Bereich der unteren Flachseite der Leiterplatte 14 sind mit elektrisch leitendem Material versehen, an dem in einfacher Weise ein Anschlussleiter befestigt werden kann. In der Ausführungsform nach Figur 3 ist die Eingangselektrode 10 mit einer Durchbrechung 11 versehen, durch die ein Anschlussleiter 13 der Ausgangselektrode 12 hindurchgeführt werden kann. In dieser Ausführungsform ist somit ein Durchkontaktieren der inneren Elektrode durch eine entsprechende Bohrung der Leiterplatte 14 nicht erforderlich. Im Ausführungsbeispiel wurde die äussere Elektrode 10 als Eingangselektrode und die innere Elektrode 12 als Ausgangselektrode gewählt. In gleicher Weise kann jedoch auch die innere Elektrode als Eingangs- und die äussere Elektrode als Ausgangselektrode gewählt werden. In dieser Ausführungsform des elektromechanischen Wandlers bleiben auch bei nicht axialer Führung der ersten Elektrode 4 und entsprechend der Verschiebung dieser Elektrode aus dem Zentrum der Eingangs- und Ausgangselektroden die wirksamen Kondensatorflächen wenigstens annähernd unverändert. In der im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist die Ausgangselektrode 12 von der Eingangselektrode 10 konzentrisch umgeben. Es kann jedoch mit der gleichen Wirkung auch die Eingangs- von der Ausgangselektrode umgeben sein. Ferner ist es nicht erforderlich, dass die Elektroden als Kreisscheibe bzw. Ringscheibe gestaltet sind; es kann beispielsweise eine innere quadratische oder rechteckige Eingangselektrode 10 auch von einer ebenso eckigen Rahmenelektrode umgeben sein, die als Ausgangselektrode 12 dient, wie es in Figur 4 dargestellt ist. 1 Patentanspruch 4 Figuren

Claims: Patentanspruch Elektromechanischer Wandler mit einem flachen, dünnen Dielektrikum (2), an dessen einer Flachseite eine erste Elektrode (4) in einem vorbestimmten, durch Druck ver änderbaren Stand (A) angeordnet ist und an dessen anderer Flachseite eine Eingangselektrode (10) und eine Ausgangselektrode (12) anliegen, die jeweils mit elektrischen Anschlussleitern versehen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Eingangselektrode (10) und die Ausgangselektrode (12) wenigstens im wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind.

Inventors: SCHEWE, HERBERT, DR., SCHNITTGER, JENS
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H03K17
IPC codes: H03K17, H01G7