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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flachlautsprecher,
insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, und ein Luft- oder Raumfahrzeug mit
wenigstens einem derartigen Flachlautsprecher.
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Obwohl
auf beliebige Bereiche anwendbar, werden die vorliegende Erfindung
sowie die ihr zugrunde liegende Idee in Zusammenhang mit einem Passagierflugzeug
näher erläutert.
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Bei
derzeitigen Beschallungssystemen in Flugzeugkabinen von Passagierflugzeugen
zur Wiedergabe von Sprachansagen werden konventionelle elektrodynamischen
Lautsprecher verwendet, die in einem Versorgungskanal eingebaut
sind. Die konventionellen Lautsprecher weisen wegen der für die Grundtonwiedergabe
erforderlichen Mindestgröße der Membran
im mittel- und hochfrequenten Tonbereich eine sehr starke Richtwirkung
auf und führen daher
zu einer sehr ungleichmäßigen Schallverteilung
innerhalb der Kabine. Dieser und andere Nachteile lassen sich durch
die Verwendung von Flachlautsprechern anstelle der konventionellen
elektrodynamischen Lautsprecher beheben.
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Flachlautsprecher
weisen einen Schwingerreger auf, welcher mit einem Paneel verbunden
ist und dieses zum Schwingen anregt. Das Paneel ist dabei vorteilhaft
als ein Teil der Innenverkleidung der Flugzeugkabine ausgebildet.
Dabei muss das Paneel vor Beschädigungen
durch Passagiere, insbesondere durch Handlasten, geschützt werden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flachlautsprecher
mit einem mechanisch hoch belastbaren Paneel bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Flachlautsprecher mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 18 gelöst.
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Demgemäß wird ein
Flachlautsprecher, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich mit einem Paneel
zur Erzeugung von akustischen Signalen mittels Schwingen desselben
und mit einem Schwingerreger, welcher mit dem Paneel verbunden ist
und dieses zum Schwingen anregt, bereitgestellt. Dabei weist das
Paneel eine Randversteifung auf.
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Ferner
wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit
einem Kabinenbereich für
Passagiere, Piloten und/oder Flugbegleiter und wenigstens einem
erfindungsgemäßen Flachlautsprecher
für eine
Beschallung der Passagiere, Piloten und/oder Flugbegleiter, wobei
das Paneel des Flachlautsprechers einen Abschnitt des Kabinenbereichs
selbst ausbildet, bereitgestellt.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin,
eine Versteifung des Paneels in dessen Randbereich vorzusehen. Diese Maßnahme erhöht die mechanische
Stabilität
des Paneels erheblich, so dass eine Beschädigung des Paneels durch Passagiere
verhindert werden kann. Gleichzeitig verringert sich die Energieeffizienz
des Flachlautsprechers aufgrund der Randversteifung des Paneels
nur unwesentlich. Ferner verbessert sich eine Abstrahlung der ersten
Paneelmode.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der
Erfindung.
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Mit
einem „Paneel" ist in vorliegender
Patentanmeldung ein im wesentlichen flächiges Bauteil gemeint.
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Unter
einer „Randversteifung" ist vorliegend eine
auch nur abschnittsweise vorgesehene Versteifung zu verstehen, welche in
einem Randbereich des Paneels angeordnet ist und/oder eine auch
nur abschnittsweise vorgesehene Versteifung, welche an einen Rand
(also eine Kante) des Paneels angrenzt. Selbstverständlich kann
sich die Versteifung auch über
die gesamte Länge
und/oder Breite des Paneels in dessen Randbereich und/oder angrenzend
an einen Rand des Paneels erstrecken.
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Insbesondere
soll die Versteifung als ein die Biegesteifigkeit des Paneels wesentlich
erhöhendes Bauteil
ausgebildet sein. Vorzugsweise erstreckt sich die Versteifung deshalb
in der Paneelebene und weist einen Querschnitt auf, welcher im Vergleich
zu dem Querschnitt des Paneels ein hohes Flächenträgheitsmoment besitzt, um eingebrachten
Bieglasten zu Wiederstehen. Alternativ oder zusätzlich weist die Versteifung
ein Material mit einem hohen Elastizitätsmodul auf.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist das Paneel als ein Sandwichmaterial
mit wenigstens einer oberen Decklage, wenigstens einer unteren Decklage
und einem zwischen diesen Decklagen angeordneten Kernmaterial ausgebildet.
Derartige Sandwichmaterialien weisen gute Schallabstrahlungseigenschaften
auf.
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Bei
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
ist die Randversteifung als wenigstens ein Versteifungsprofil, insbesondere
ein U-Profil und/oder gleichschenkliger oder ungleichschenkliger
Winkel, ausgebildet. Unter einem "Profil" ist vorliegend ein Bauteil zu verstehen,
welches sich in eine Richtung, nachfolgend mit Längsrichtung bezeichnet, mit
einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt erstreckt. Eine Versteifung
dieser Art lässt
sich kostengünstig
herstellen.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
ist wenigstens eine der Decklagen an ihrem einen Ende aus der Ebene
des Paneels zum Ausbilden der Randversteifung herausgebogen. Bei
dieser Ausführungsform ist
die Randversteifung somit als ein Teil des Paneels ausgebildet.
Das Vorsehen einer Randversteifung als ein separates Teil entfällt daher
vorteilhaft. Das herausgebogene Ende der wenigstens einen Decklage
steht vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht auf der Ebene des Paneels.
Damit kann ein Flächenträgheitsmoment
des herausgebogenen Endes für
ein Widerstehen der in das Paneel eingebrachten Biegelasten maximiert
werden.
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Bei
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers sind
jeweils Enden der oberen und unteren Decklage in gleiche Richtung
aus der Ebene herausgebogen, wobei sie einander abschnittsweise überlappen.
Das heißt,
dass die obere und untere Decklage entweder beide nach oben oder
beide nach unten beispielsweise gebogen sind. Eine derartige Randversteifung
ist einfach herzustellen. Die sich einander überlappenden Abschnitte der
oberen und unteren Decklage werden vorzugsweise miteinander verklebt,
wodurch ein sehr steifer Verbund entsteht.
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Selbstverständlich ist
es genau so denkbar, dass die obere und untere Decklage in entgegengesetzte
Richtungen aus der Ebene des Paneels herausgebogen sind.
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Bei
einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
ist das Kernmaterial an wenigstens einem Ende samt der oberen und
unteren Decklage gequetscht und aus der Ebene des Paneels zum Ausbilden
der Randversteifung herausgebogen. Eine derart erzeugte Randversteifung
wird auch als eine "crushed-core
edge" bezeichnet.
Sie zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit bei einfacher Herstellbarkeit
aus.
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In
vorliegender Patentanmeldung soll vorzugsweise die "obere Decklage" in der Einbaulage des
Flachlautsprechers von dem Passagier abgewandt und die "untere Decklage" dem Passagier zugewandt
angeordnet sein. Vorzugsweise werden die obere und untere Decklage
beide nach oben, also die untere Decklage hin zu der oberen Decklage
und die obere Decklage weg von der unteren Decklage herausgebogen.
Dies hat den Vorteil, dass die so hergestellte Randversteifung für den Passagier
in der Einbaulage des Flachlautsprechers nicht sichtbar ist.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
ist die Randversteifung als wenigstens eine Lage ausgebildet, welche
auf das Paneel aufgebracht ist, und welche wenigstens einen ausgesparten,
insbesondere rechteckigen Bereich aufweist. Die Lage ist dabei eine
zusätzliche
Lage, welche beispielsweise auf die obere Decklage aufgebracht ist. Auch
diese Randversteifung zeichnet sich durch eine sehr einfache Herstellbarkeit
aus.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
weist das Paneel und/oder die Randversteifung eine in wenigstens
einer Ebene gekrümmte Form
auf. Durch diese Maßnahme
wird vorteilhaft eine weitere Versteifung des Paneels erzielt.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
ist die Randversteifung mit dem Paneel verklebt, insbesondere auf
dieses auflaminiert und/oder in dieses einlaminiert. Bedingt dadurch,
dass die Randversteifung und das Paneel typischerweise aus Faserverbundwerkstoffen
gefertigt werden, bietet sich eine derartige Verbindung dieser besonders
an. Wie bereits erwähnt,
kann die Randversteifung Bestandteil des Paneels sein oder als ein
separates Bauteil ausgebildet sein. Die Ausführungsform gemäß welcher die
Randversteifung mit dem Paneel verklebt ist, macht natürlich nur
Sinn für
solche Ausführungsformen,
bei welchen die Randversteifung als ein separates Bauteil – und nicht
als Bestandteil des Paneels selbst – ausgebildet ist, also beispielsweise
für den Fall,
wenn die Randversteifung beispielsweise als ein Versteifungsprofil
ausgebildet ist.
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Bei
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
ist der Schwingerreger mit einer der Decklagen verbunden und die
Randversteifung auf die mit dem Schwingerreger verbundene Decklage
aufgebracht. Diese Ausführungsform
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Randversteifung und
der Schwingerreger auf die obere Decklage aufgebracht sind, da dann
die Randversteifung und der Schwingerreger für den Passagier in Einbaulage
des Flachlautsprechers im Flugzeug, beispielsweise im Versorgungskanal,
nicht sichtbar sind.
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Bei
einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
weist das Paneel eine Fläche
im Bereich zwischen 400 und 800 cm2, bevorzugt
etwa 600 cm2 auf. Diese Werte wurden experimentell
als hinsichtlich einer Energieeffizienz des Flachlautsprechers besonders
vorteilhaft bestimmt.
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Weitere
Vorteile hinsichtlich einer hohen Energieeffizienz des Flachlautsprechers
ergeben sich bei einer Dicke des Paneels zwischen 4 und 8 mm. Die
Dicke bezieht sich dabei auf eine Dicke des Paneels im Bereich außerhalb
der Randverstärkung.
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Ferner
hat sich ein Gewicht des Paneels im Bereich zwischen 500 und 700
g/mm2, bevorzugt etwa 600 g/mm2 als
energetisch besonders effizient und gleichzeitig genügend fest
herausgestellt.
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Bei
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers weist
das Paneel eine in etwa rechteckige Form auf. Diese ist insbesondere
unter den Gesichtspunkten einer guten Raumnutzung innerhalb der
Kabine, als auch hinsichtlich der Abstrahleigenschaft, Modenverteilung
und Effizienz des Flachlautsprechers besonders günstig.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers
weist wenigstens eine der Decklagen einen Faserverbundwerkstoff,
insbesondere Glasfaser-Verbundwerkstoff, und/oder das Kernmaterial
ein Wabenmaterial, insbesondere aus in Polyamid getränkten Papier,
auf. Diese Werkstoffe eignen sich besonders wegen ihres niedrigen
Gewichts bei hoher Festigkeit sowie auch ihrer akustischen und luftfahrttauglichen
Eigenschaften.
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Bevorzugt
beträgt
eine Zellweite des Wabenmaterials zwischen 2 und 4 mm, bevorzugt
etwa 3,2 mm. Die Zellweite ist zwischen zwei gegenüberliegenden
Wandungen einer Zelle des Wabenmaterials gemessen. Auch diese Ausführungsform
hat sich im Experiment als sowohl energetisch effizient als auch ausreichend
fest erwiesen.
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Bei
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Flachlautsprechers weist
die Randversteifung einen Faserverbundwerkstoff und/oder ein Metall
und/oder einen Kunststoff auf. Damit lässt sich die Randversteifung
beliebig fest ausgestalten. Als Faserverbundwerkstoff kommt insbesondere
auch Karbonfaserverbundwerkstoff in Frage.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
ist der Abschnitt des Kabinenbereichs als eine Innenverkleidung,
vorzugsweise in einem Decken- oder Wandbereich des Kabinenbereichs,
als ein Teil eines Passagierversorgungskanals und/oder als ein Teil
eines Sitzes ausgebildet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Figuren näher
erläutert.
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Von
den Figuren zeigen:
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1 in
einer perspektivischen Ansicht einen Flachlautsprecher gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
Schnitt A-A aus 1;
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3 einen
Schnitt B-B aus 1;
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4 den
Schnitt B-B aus 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 den
Schnitt B-B aus 1 gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 in
einer Draufsicht einen Flachlautsprecher gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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7 einen
Schnitt C-C aus 6.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht einen Flachlautsprecher 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Flachlautsprecher 1 weist ein vorzugsweise im Wesentlichen
rechteckiges Paneel 2 sowie einen auf diesem in etwa mittig
angeordneten und mit dem Paneel verbundenen Schwingerreger 3 auf.
Der Schwingerreger 3 besteht dabei typischerweise aus einem
Magnet und einer Schwingspule, ist hier aber der Übersichtlichkeit
halber lediglich schematisch dargestellt.
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Bevorzugt
ist das Paneel 2 mittels Halteelementen 4, 5, 6, 7 in
einem lediglich angedeuteten Versorgungskanal 8 eines Flugzeugs über Passagieren 9 befestigt.
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In
der dargestellten Einbaulage des Flachlautsprechers 1 weist
die x-Achse in Flugzeuglängsrichtung
zur Nase hin, die y-Richtung in Flugzeugquerrichtung von rechts
nach links und die z-Richtung in Flugzeughochrichtung.
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Das
Paneel 2 erstreckt sich flächig im Wesentlichen in der
x-y-Ebene und krümmt sich
mit einem Radius R, wie aus 2 zu erkennen,
in der y-z-Ebene.
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Das
Paneel 2 weist Randverstärkungen (beispielhaft mit den
Bezugszeichen 11, 12, 13, 14, 15 versehen)
auf, um insbesondere in z-Richtung eingebrachten Kräften, beispielsweise
Handlasten, zu widerstehen.
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Mit
der Randversteifung 15 ist ein sich nach oben wölbender
Rand der oberen Deckschicht 17 bezeichnet. Dieser versteift
somit ebenfalls das Paneel 2, da auch er einen nicht unerheblichen
Beitrag zu dem Flächenträgheitsmoment
des Paneels 2 um die y-Achse hat.
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2 zeigt
einen Schnitt A-A aus 1.
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Das
Paneel 2 weist ein Sandwichmaterial 16 auf. Das
Sandwichmaterial 16 setzt sich aus einer oberen Deckschicht 17,
einer unteren Deckschicht 18 und einem dazwischen angeordneten
Wabenmaterial 19 zusammen. Die Waben des Wabenmaterials 19 erstrecken
sich dabei im Wesentlichen senkrecht zu der Paneelebene x-y.
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Vorzugsweise
sind die obere Deckschicht 17 und die untere Deckschicht 18 aus
einem Glasfaser-Verbundwerkstoff und das Wabenmaterial 19 aus einem
Papier hergestellt. Die untere Deckschicht 18 ist in Einbaulage
des Flachlautsprechers 1 dem Innenraum der Kabine, also
den Passagieren 9 zugewandt.
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Vorzugsweise
ist die obere Deckschicht 17 mit dem Schwingerreger 3 direkt
verbunden.
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Die
Randversteifungen 13, 14 ergeben sich bei dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 durch Anwendung
der "crushed-core"-Technik auf die
Enden des Sandwichmaterials 16. Dabei wird das Wabenmaterial-Ende 22 zusammen
mit den Enden 23, 24 der oberen bzw. unteren Deckschicht 17; 18 zunächst gequetscht,
wobei es zu einer Verdichtung des zwischenliegenden Wabenmaterial-Endes 22 kommt,
und anschließend
nach oben, also in z-Richtung, gebogen. Das Ergebnis ist der in 2 dargestellte
Zustand. Die Randversteifung 14 befindet sich an einem
der Randversteifung 13 des Paneels 2 gegenüberliegenden
Ende des Paneels 2 und ist ebenfalls nach der "crushed core"-Technik hergestellt.
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3 zeigt
einen Schnitt B-B aus 1. Der Schnitt B-B ist der Übersichtlichkeit
halber verkürzt dargestellt.
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Die
zueinander an in y-Richtung gegenüberliegenden Enden des Paneels
ausgebildeten Randverstärkungen 11 und 12 sind
analog hergestellt und das diesen zugrundeliegende Prinzip soll
im Folgenden anhand der Randversteifung 11 erklärt werden.
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Ein über das
Wabenmaterial 19 überstehendes
Ende 25 der oberen Deckschicht 17 wird nach oben
(also in z-Richtung) geschlagen. Anschließend wird ein über das
Wabenmaterial 19 überstehendes Ende 26 der
unteren Deckschicht 18 nach oben (also in z-Richtung) geschlagen,
derart, dass das Ende 26 mit einem Abschnitt 27 überlappend
mit dem Ende 25 angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Ende 26 in
der in 3 dargestellten Position fest mit dem Wabenkern 19 und
dem Ende 25 der oberen Deckschicht 17 verklebt.
Der Überstand
U des Abschnitts 27 beträgt dabei vorzugsweise in etwa
3–10 mm.
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Es
wäre genauso
denkbar, das Ende 25 nach unten (also entgegen der z-Richtung)
zu schlagen und das Ende 26 der unteren Deckschicht 18 nach
oben (also in z-Richtung) zu schlagen und diese so zu verkleben.
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4 zeigt
den Schnitt B-B aus 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die
Randversteifungen 11 und 12 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach 4 als separate Bauteile ausgeführt. Die Randversteifungen 11, 12 sind
als L-förmige
sich in y-Richtung
erstreckende Versteifungsprofile ausgeführt und sind an ihrem einen
Schenkel 31 auf der oberen Deckschicht 17 (beispielhaft
für die
Randversteifung 11 dargestellt) aufgeklebt, insbesondere
auch auflaminiert oder einlaminiert, wobei sich der andere Schenkel 32 senkrecht (also
in z-Richtung) zur
x-y-Ebene des Paneels 2 erstreckt.
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Die
Versteifungsprofile können
beispielsweise aus Kunststoff oder auch aus Metall vorgesehen sein.
Vorzugsweise sind sie jedoch aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt.
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5 zeigt
den Schnitt B-B aus 1 gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Randversteifungen 11, 12 sind
hier analog den Randversteifungen 13, 14 aus dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ausgebildet
und werden daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
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6 zeigt
in einer Draufsicht einen Flachlautsprecher 1 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Das
Paneel 2 weist eine Randversteifung 33 auf. Die
Randversteifung 33 ist als ein im Wesentlichen rechteckig
umlaufender Streifen ausgebildet, welche an Ränder (beispielhaft mit dem
Bezugszeichen 34, 35 bezeichnet) des Paneels 2 angrenzt.
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Dabei
weist die Randversteifung 33 eine vorzugsweise im Wesentlichen
rechteckige Ausnehmung 36 auf.
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Vorzugsweise
ist die obere Deckschicht 17 mit dem Schwingerreger 3 in
einem die Randversteifung 33 nicht-aufweisenden Bereich
(vorliegend innerhalb derselben) der oberen Deckschicht 17 direkt verbunden.
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Wie
aus 7, welche einen Schnitt C-C aus 6 darstellt,
zu erkennen, weist die Randversteifung 33 einen Aufbau
aus mehreren Lagen 37, 38 und 39, beispielsweise
aus Karbonfaserverbundwerkstoff, auf.
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Vorzugsweise
weisen die Paneele 2 gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 6 eine
Fläche
von vorzugsweise etwa 600 cm2, eine Dicke
D (s. 2) von etwa 6 mm und ein Gewicht von etwa 600
g/m2 auf. Die Zellweite des Wabenmaterials 19 beträgt vorzugsweise
3,2 mm.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.
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Beispielsweise
lassen sich die verschiedenen Ausführungsformen von Randversteifungen,
die vorliegend beschrieben wurden, beliebig miteinander kombinieren.
Beispielsweise kann ein Ende des Paneels gemäß der "crushed core"-Technik ausgebildet sein und ein anderes
Ende eine Randversteifung in Form eines Versteifungsprofils aufweisen.
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- 1
- Flachlautsprecher
- 2
- Paneel
- 3
- Schwingerreger
- 4
- Halteelement
- 5
- Halteelement
- 6
- Halteelement
- 7
- Halteelement
- 8
- Passagierversorgungskanal
- 9
- Passagiere
- 11
- Randversteifung
- 12
- Randversteifung
- 13
- Randversteifung
- 14
- Randversteifung
- 15
- Randversteifung
- 16
- Sandwichmaterial
- 17
- obere
Deckschicht
- 18
- untere
Deckschicht
- 19
- Wabenmaterial
- 22
- Wabenmaterial-Ende
- 23
- Ende
- 24
- Ende
- 25
- Ende
- 26
- Ende
- 27
- Abschnitt
- 31
- Schenkel
- 32
- Schenkel
- 33
- Randversteifung
- 34
- Rand
- 35
- Rand
- 36
- Ausnehmung
- 37
- Lage
- 38
- Lage
- 39
- Lage
- x
- Raumrichtung
- y
- Raumrichtung
- z
- Raumrichtung
- R
- Radius
- D
- Dicke
- U
- Überstand