Einfluss elektromagnetischer Felder in einem Hörgerät erfassen und optimieren
Branche: Konsumgüter/Gebrauchsgüter, Gesundheit, MedizintechnikFachgebiet: Elektromagnetik, StrukturmechanikBernafon, ein weltweit tätiges Unternehmen im Bereich der Hörgesundheit, hilft Menschen, damit sie besser hören und kommunizieren können. Hörgeräte mit integriertem Wandler ermöglichen an öffentlichen Orten wie Theatern einen erhöhten Hörkomfort. Die Hörgeräte dürfen aber durch interne elektromagnetische Felder nicht beeinflusst werden.
Zusammenfassung
Aufgabe
Das Hörgerät selbst sendet typischerweise auch elektromagnetische Felder aus. Ziel der Simulationen war es, den Einfluss sowohl der Form der Batteriefedern als auch der Bahnen der Leiterplatte auf das Ausgangssignal der Telefonspule, die das externe elektromagnetische Feld erfasst, zu untersuchen.
Lösung
Die Ermittlung der induzierten Spannung erfolgt mit dem Wirbelstrom-Löser in Ansys Maxwell. Die Simulation zeigte, dass die Verformung der Federn durch das Einlegen einer Batterie ins Gerät das Magnetfeld, das die Telespule durchdringt, erheblich verändert. Mit Ansys Mechanical und Ansys Maxwell ließ sich das Verhalten exakt abbilden.
Kundennutzen
Die Simulationen der Telespule, der Batteriefedern und der Leiterplatte ermöglichen eine Minimierung der Wechselwirkungen, ohne zeit- und ressourcenintensive Experimente durchzuführen. Wertvolle Einblicke in die elektromagnetischen Kopplungsmechanismen des Gerätes erleichtern eine zielgerichtete Weiterentwicklung des gesamten Systems.
Hörgeräte mit integriertem Wandler ermöglichen an öffentlichen Orten wie Theatern und Kirchen einen erhöhten Hörkomfort für Hörgeschädigte. Dabei wird mit einer Schleife im Boden (Hörschleife) ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das mit einer sogenannten Telefonspule (Telespule) im Hörgerät erfasst werden kann. Das Hörgerät selbst sendet typischerweise auch elektromagnetische Felder aus. Diese überlagernden Felder stellen eine Herausforderung bezüglich einer elektromagnetisch robusten Integration der Telespule in das Gerät dar.
Für die durchgeführten elektromagnetischen Betrachtungen liegt der Fokus auf der Simulation der Telespule. Ziel der Studie war es – neben der Validierung des Modells – den Einfluss sowohl der Form der Batteriefedern als auch der Bahnen der Leiterplatte auf das Ausgangssignal der Telefonspule zu untersuchen.
Das Projekt verdeutlicht, dass Ansys Maxwell zusammen mit Ansys Mechanical ein geeignetes Werkzeug für die Simulation von elektromagnetischen Feldern in Hörgeräten und den darin induzierten stationären Strömen ist. Das wird auch durch die hohe Übereinstimmung zwischen Messungen und Simulationen über einen weiten Frequenzbereich belegt.
Zudem ist ein Einsatz der Telespule auch als räumlicher Sensor für lokale Feldstärken möglich. Die Simulationen der Telespule, der Batteriefedern und der Leiterplatte erlauben es, die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten zu minimieren, ohne zeit- und ressourcenintensive Experimente durchzuführen. Darüber hinaus resultieren wertvolle Einblicke in die elektromagnetischen Kopplungsmechanismen des Gerätes, so dass eine zielgerichtete Weiterentwicklung des gesamten Systems erleichtert wird.
Die Ermittlung der induzierten Spannung erfolgt mit dem Wirbelstrom-Löser in Ansys Maxwell. Kapazitive Effekte werden über ein zugeschaltetes externes Netzwerk abgebildet. Da die Batteriefedern geometrisch eine große Spule darstellen, beeinflussen sie das elektromagnetische Feld, das die Telespule maßgeblich erkennt, und damit auch die induzierte Spannung.
Die Simulation zeigte, dass die Verformung der Federn durch das Einlegen einer Batterie ins Gerät das Magnetfeld, das die Telespule durchdringt, erheblich verändert. Für die Untersuchung der Interaktion der Batteriefeder als Spule und der Telespule war es daher notwendig, die mechanischen Verformungen mittels Ansys Mechanical vorab zu berechnen und die deformierte Geometrie an Ansys Maxwell weiterzugeben. Damit ließ sich das Verhalten exakt abbilden.
