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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer hochfrequenten Schwingung eines Schwingkörpers.
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Schwingungserzeuger sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die
DE 33 01 547 A1 einen Schwingungserzeuger, bei dem mittels eines rotierenden oder schwingenden ersten Mitnehmers ein zweiter Mitnehmer, der ein in Schwingung zu bringendes Element trägt, in eine Kippbewegung versetzt wird. Die Initiierung der Kippbewegung erfolgt durch eine berührungslose Magnetkopplung zwischen den beiden Mitnehmern, bei der in den Oberflächen der Mitnehmer wahlweise magnetisierbare Werkstoffe, Permanent-Magnete oder Elektromagnete eingebettet sind. Infolge der magnetischen Kraftwirkung, die von den Magneten ausgeht, wird bei der Rotation oder Schwingung des ersten Mitnehmers der zweite Mitnehmer in Kippschwingung um dessen Achse gebracht.
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Zur Erzielung schnellerer Ansprechzeiten und effektiverer Rückstellzeiten sowie einer miniaturisierten Bauweise wird nun eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Schwingung eines Schwingkörpers vorgeschlagen, die einen Schwingkörper, einen elektromechanischen Resonator mit einer rotationsbeweglich gelagerten Welle, ein an oder auf der Welle angeordnetes Halteelement sowie mindestens einem am oder im Halteelement eingerichteten Permanent-Magneten aufweist, wobei das Halteelement ein Mittel zur Aufnahme des Schwingkörpers aufweist, sowie mindestens zwei auf einer ortsfest eingerichteten Dipolachse ausgerichtete Dipolmagnete, wobei das Halteelement auf der Dipolachse der Dipolmagnete derart positioniert ist, dass der mindestens eine Permanent-Magnet des Halteelements zwischen den Dipolmagneten und zu diesen jeweils beabstandet eingerichtet ist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei den Permanent-Magneten um Neodym-Magnete. Bevorzugt sind die Dipolmagnete ebenfalls Permanent-Magnete.
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In Bezug auf den Erfindungsgegenstand wird eine Dipolachse als eine lineare Verbindungslinie zweier gegenüber angeordneter, zueinander beanstandeter und in magnetischer Nord/Süd-Achse ausgerichteter Dipolmagnete verstanden.
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Die Dipolmagnete der Dipolachse sind ortsfest eingerichtet, d. h. diese sind mittels Befestigungsmittel auf einem Träger und ähnlichem Bauteil befestigt, vorzugsweise im oder am Rahmen oder anderen Bauteilen eines Gehäuses, in dem der Schwingungserzeuger eingerichtet ist.
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Zur positionstreuen Ausrichtung des Halteelementes zwischen den Dipolmagneten ist der Resonator ebenfalls auf oder an einer Trägerstruktur, vorzugsweise im oder am Rahmen oder einem anderen Bauteil eines Gehäuses, in dem der Schwingungserzeuger eingerichtet ist, befestigt.
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Eine rotationsbewegliche Welle ist eine Welle, die in eine durchgehende Rotationsbewegung oder aber auch in eine teilrotatorische Drehbewegung versetzt werden kann, womit eine abwechselnde Rechts- und Linksdrehung der Welle bezeichnet ist.
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Der Resonator verfügt in einer besonderen Ausführungsform über ein oder mehrere Eingänge zur Einspeisung von elektronischen Signalen, vorzugsweise Audiosignalen. Desweiteren kann der Resonator mit einem oder mehreren Wandler zur Umsetzung des oder der eingespeisten elektronischen Signale in eine Rotationsbewegung der Welle des Resonators ausgestattet sein.
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Das Halteelement verfügt über ein Mittel zur Aufnahme eines Schwingkörpers. Als Schwingkörper ist ein Bauteil bezeichnet, welches synchron zur Bewegung des auf der Welle gelagerten Halteelements in Schwingung versetzt wird. Grundsätzlich umfasst die Definition des Schwingkörpers jedwedes mechanische Bauteil, welches zur Erzielung eines physikalischen Effektes in Schwingung gebracht wird.
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Vorzugsweise ist dieser ein Spiegel, insbesondere ein Spiegel eines elektrodynamischen Projektors, insbesondere eines Lichtprojektionssystems. Das Mittel zur Aufnahme des Schwingkörpers kann beispielsweise eine Nut, eine Klemmvorrichtung oder ein anderweitig ausgestalteter Aufnehmer sein. Derartige Mittel sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Aufzählung ist daher nicht abschließend.
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In alternativen Ausführungsformen kann der Schwingkörper auch ein Antriebselement eines Schwingantriebes, vorzugsweise eines Schiffsantriebes, beispielsweise ein Ruder sein.
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Das Halteelement und der oder die Permanent-Magnete sind vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Insofern zwei oder mehr Permanent-Magnete am oder im Halteelement eingerichtet sind, so sind diese auf, an oder in gegenüberliegenenden Seiten des Halteelementes eingerichtet, wobei die Polpaare der Permanent-Magnete in magnetischer Nord-Südrichtung ausgerichtet und auf einer linearen Achse hintereinander angeordnet sind, die vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der Welle steht.
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Die Funktionsweise des Schwingungserzeugers ist, dass bei Rotation der Welle des Resonators der Permanent-Magnet bzw. die Permanent-Magnete des Halteelementes aus der Dipolachse heraus bewegt werden. Hierdurch wird eine magnetische Gegenkraft in Abhängigkeit vom Grad der Auslenkung aus der Dipolachse erzeugt, die bewirkt, dass das Halteelement nach dessen Anregung über den Resonator aufgrund des durch die Dipolmagnete induzierten Magnetfeldes in die Ausgangsposition zurückstellt wird. Durch die Wechselwirkung zwischen der durch die Welle erzeugten Drehung des Halteelements im Magnetfeld der Dipolachse und der durch das Magnetfeld induzierten Rückstellkraft wird die Schwingbewegung des Schwingkörpers erzeugt.
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Vorteilhaft bei der Verwendung von den erfindungsgemäß eingesetzten starken Permanent-Magneten ist, dass die durch die Auslenkung induzierten Rückstellkräfte einerseits einer Überdrehung der Welle entgegenwirken und andererseits zu einer schnellen Rückstellung des Halteelementes und damit zur Rückstellung des Schwingkörpers in die Ausgangsposition führen. Hierdurch werden schnelle Ansprechzeiten und kurze Reaktionszeiten erzielt. Gleichzeitig führt die Verwendung von Permanent-Magneten zu einer Dämpfung der Schwingung.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass diese reibungsfrei und verschleißfrei arbeitet und zudem nahezu temperaturunabhängig in Bezug auf die zwischen den Polpaarungen eingestellten Distanzen ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement auf die Welle drehstarr aufsteckbar ausgestaltet. Eine drehstarre Steckverbindung besitzt den Vorteil einer schnellen und einfachen Montage, einem einfachen und schnellen Austausch des Halteelementes sowie einer Gewichtsreduktion durch Materialeinsparungen, da die Notwendigkeit von Schraub- oder Nietverbindungen entfällt. Die drehstarre Steckverbindung ist eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, bei der vorzugsweise das Halteelement auf die Welle des Resonators aufgesteckt wird. Hierzu ist im Halteelement ein Wellenaufnehmer, vorzugsweise ein Schaft, Sackloch oder auch eine durchgehende Bohrung eingerichtet, in den die Welle eingeführt wird. Insbesondere ist die Steckverbindung lösbar ausgestaltet.
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Die formschlüssige drehstarre Steckverbindung kann erzielt werden, indem Welle und Wellenaufnehmer zueinander korrespondierende Querschnittsgeometrien aufweisen und aufgrund der Geometrie ein Drehen des Halteelementes auf der Welle unterbunden wird. Dabei weisen die Welle und der Wellenaufnehmer zueinander ein sehr geringes Spiel auf. Bei der einfachsten Ausführungsform einer drehstarren Steckverbindung weisen die Welle und der Wellenaufnehmer einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf.
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Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass das Halteelement mittels mindestens einem durch eine Bohrung im Halteelement geführten und bis auf die Welle durchgreifenden Bolzen auf der Welle fixierbar ist. Vorzugsweise weist die Welle ein in Verlängerung der Bohrung im Halteelement eingerichtetes Sackloch auf, in das der Bolzen eingreift.
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Vorteilhafterweise sind der mindesten eine Bolzen und die Welle zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material gefertigt und die Fixierung des Halteelements auf der Welle erfolgt über eine Magnetkupplung zwischen dem mindestens einen Bolzen und der Welle. Bei dieser kraftschlüssigen Verbindung wird das Halteelement durch die Anziehungskräfte zwischen den magnetischen Teilen des Bolzens und der Welle auf der Welle gegen Verdrehen und Verrutschen gesichert.
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Die bevorzugte Ausführungsform bei der Ausgestaltung der Bolzen ist, dass der oder die Permanent-Magnete des Halteelementes als Bolzen ausgestaltet sind. Bei dieser Ausgestaltungsform übernehmen die Permanent-Magnete neben der Ausrichtung des Halteelementes auf der Dipolachse die Fixierung des Halteelementes auf der Welle. Eine zusätzliche Arretierung über Bolzen kann bei dieser Ausgestaltung entfallen.
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Um bei geringen Spaltmaßen zwischen den sich zugeneigten Polpaaren eines Dipolmagneten und eines Permanent-Magneten des Halteelementes ein Verkanten der Magnete zu verhindern, ist vorzugsweise das dem einem Dipolmagneten zugewandte Ende eines Permanent-Magneten abgerundet, vorzugsweise konvex ausgebildet. Zusätzlich kann das dem Permanent-Magneten zugewandte Ende des Dipolmagneten konkav oder alternativ konvex ausgestaltet sein. Bei letzter konvexer Ausgestaltungsform ist eine Abrundung des Endes des Permanent-Magneten nicht zwingend erforderlich.
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Zur Feinjustierung und je nach Anwendungsfall kann der Abstand zwischen dem Dipolmagneten der ortfesten Dipolachse und dem Permanent-Magneten verändert und eingestellt werden. Vorzugsweise erfolgt dies über eine Justierschraube am Dipolmagneten, mit der die Größe des Spaltes zwischen den sich gegenüberstehenden Polpaaren der Magnete eingestellt werden kann. Der Abstand zwischen den Polpaaren wirkt sich auf das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers aus, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung dem jeweiligen Einsatzgebiet angepasst werden kann.
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Nachstehenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Figuren zeigen:
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1: Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers sowie
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2: Darstellung der Dipolachse mit zwei Dipolmagneten und dem dazwischen gelagerten Halteelement.
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Die 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers. Der Resonator 2 mit einer Welle 3 ist in einem Resonatorgehäuse eingerichtet. Die Welle 3 ist durch eine Aussparung im Resonatorgehäuse geführt. Auf dem sich außerhalb des Resonatorgehäuses befindenden Wellenende der Welle 3 ist ein Halteelement 4 aufgesteckt, auf dessen sich in Verlängerung der Wellenachse der Welle 3 befindenden Seite ein Schwingkörper 1 in Form eines Spiegels eingesteckt ist. Die Spiegeloberfläche verläuft exakt in der Verlängerung der Wellenlängschnittsebene.
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Das Halteelement 4 weist auf der Höhe des in das Halteelement 4 eingesteckten Wellenendes der Welle 3 seitliche Bohrungen auf, in die Permanent-Magnete 5 in Form von Bolzen 8 eingesteckt sind. Senkrecht zur Längsachse der Welle 3 ist in Verlauf der Achse der Permanent-Magnete 5 die Dipolachse 6 eingerichtet, wie aus 2 ersichtlich ist.
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Die 2 zeigt, dass das Halteelement 4 mit zwei Permanent-Magneten 5 ausgestattet ist, wobei die Polpaare der Permanent-Magnete 5 in magnetischer Nord-Südrichtung ausgerichtet und auf einer linearen Achse hintereinander angeordnet sind, die senkrecht zur Längsachse der Welle 3 steht. Zu den Permanent-Magneten 5 beabstandet befinden sich auf der Dipolachse 6 gegenüberliegend zwei Dipolmagnete 7, ebenfalls in magnetischer Nord-Südrichtung ausgerichtet.
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Die Dipolmagnete 7 der Dipolachse 6 sind ortsfest eingerichtet, d. h. diese sind mittels Befestigungsmittel am Rahmen des Gehäuses, in dem der Schwingungserzeuger eingerichtet ist, befestigt. Die Befestigungsmittel sind als Justierschrauben ausgestaltet, mit Hilfe derer der Abstand zwischen den Dipolmagneten 7 der ortfesten Dipolachse 6 und dem Permanent-Magneten 5 verändert und eingestellt werden kann.
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Wie aus der 2 entnommen werden kann, verläuft die Spiegeloberfläche zudem exakt in der Ebene der Dipolachse 6.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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