-
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schwingungserreger mit einer ringförmigen Spulenanordnung und einer Magnetanordnung, wobei die Spulenanordnung in einen ringförmigen Spalt der Magnetanordnung derart eingreift, dass die Spulenanordnung und die Magnetanordnung in axialer Richtung relativ zueinander beweglich sind, wobei die Spulenanordnung mit einem Bolzen verbunden ist, der sich durch ein Durchgangsloch in axialer Richtung durch die Magnetanordnung hindurch erstreckt.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines elektrischen Schwingungserregers sowie ein Fahrzeug zum Transport von Personen, insbesondere Flugzeug oder Bahnfahrzeug oder Schiff oder Kraftfahrzeug, mit einer Innenkabine für Personen, wobei die Innenkabine eine Wandung, insbesondere einen Schallwandkörper, aufweist.
-
Aus
DE 10 2008 049 560 B3 ist ein entsprechender Schwingungserreger bekannt. Ein derartiger Schwingungserreger dient zur Erzeugung mechanischer Schwingungen, mit welchem schwingfähige, vorzugsweise flächige Materialien angeregt werden können, um Schall abzustrahlen oder z. B. technologische Prozesse mit Schüttgütern durch Vibration zu beeinflussen. Insbesondere ist eine Schallabstrahlung über nahezu beliebige Bauteile, insbesondere flächige Bauteile möglich. Zudem können derartige elektrische Schwingungserreger auch dazu genutzt werden, unerwünschte Schwingungen von Bauteilen zu dämpfen oder aktiv zu kompensieren. Es wird insofern auch auf das Dokument
DE 10 2009 021 466 A1 verwiesen. Außerdem wird auf
WO 00/47013 A1 und
DE 698 31 217 T2 verwiesen.
-
Derartige elektrische Schwingungserreger werden beispielsweise für einen Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen. Hierzu müssen sie entsprechend robust sein, mit einem kleinen Bauraum auskommen und gegebenenfalls auch eine Einpunktbefestigung aufweisen. Die Schwingungserreger dienen zur Erzeugung mechanischer Schwingungen, mit welchen schwingfähige, vorzugsweise flächige Materialien angeregt werden, um beispielsweise Schall abzustrahlen.
-
In
US 4,392,027 A ist ein elektrischer Schwingungserreger offenbart, der an einer Schallwand angeordnet ist. Hierbei ist der Schwingungserreger über eine Schraube und einem kopfartigen Aufsatz an der Schallwand angeordnet. Die Kontaktfläche des Kopfes ist dabei flächig ausgebildet.
-
Ferner ist in
DE 198 21 860 A1 ein Treiber für ein flaches Klangpanel mit einem Schwingspulenträger, auf dem eine Schwingspule befestigt ist, offenbart.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Schwingungserreger für die Übertragung von hörbaren Frequenzen, insbesondere über 500 Hz, bereitzustellen, dass der Schwingungserreger auch bei hohen Frequenzen die Schallübertragung von Audiosignalen in Fahrzeugen wie Flugzeugen, Bahnen etc. zuverlässig ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Schwingungserreger mit einer ringförmigen Spulenanordnung und einer Magnetanordnung, wobei die Spulenanordnung in einen ringförmigen Spalt der Magnetanordnung derart eingreift, dass die Spulenanordnung und die Magnetanordnung in axialer Richtung relativ zueinander beweglich sind, wobei die Spulenanordnung mit einem Bolzen verbunden ist, der sich durch ein Durchgangsloch in axialer Richtung durch die Magnetanordnung hindurch erstreckt, der dadurch weitergebildet wird, dass der Bolzen an seinem von der Spulenanordnung abgewandten Ende mit einer scheibenförmigen Tragplatte, vorzugsweise unter Ausbildung eines rechten Winkels zwischen der Oberfläche der scheibenförmigen Tragplatte und der Mittenachse des Bolzens, verbunden ist, wobei auf der vom Ende des Bolzens abgewandten Seite der scheibenförmigen Tragplatte ein Ringkörper angeordnet ist, wobei der Ringkörper eingerichtet ist, um an einem Schallwandkörper, vorzugsweise einer Innenkabine eines Fahrzeugs zur Beförderung von Personen, angeordnet zu werden und wobei die scheibenförmige Tragplatte derart elastisch ist, dass Schwingbewegungen der Spulenanordnung, vorzugsweise mit Schwingungsfrequenzen von 1.000 Hz bis 12.000 Hz oder bis 15.000 Hz, auf den Ringkörper übertragbar sind und/oder die Bewegungen des Ringkörpers und der Spulenanordnung von den Bewegungen des Bolzens entkoppelt oder entkoppelbar sind.
-
Dadurch, dass auf einer scheibenförmigen Tragplatte ein Ringkörper angeordnet ist, der mit einer zu Schwingungen zu erregenden Schallwand bzw. einem zu erregenden Schallwandkörper zur Abstrahlung von Audiofrequenzen verbunden wird, wird eine direkte Verbindung der krafterzeugenden Schwingspule oder Spulenanordnung zur Schallwand erreicht. Außerdem wird eine rotationssymmetrische Verbindung der Tragplatte mit der Fläche des Schallwandkörpers erreicht. Auf der dem Schallwandkörper zugewandten Außenseite ist die Tragplatte mit dem Ringkörper so ausgestaltet, dass der Ringkörper mit einer ringförmigen Kontaktfläche, die mit dem zu erregenden Schallwandkörper verbunden wird, ausgebildet ist. Hierbei wird die Kontaktfläche des Ringkörpers mit dem Schallwandkörper beispielsweise durch Kleben verbunden. Durch den ringförmigen Kontaktschluss zwischen der scheibenförmigen Tragplatte und dem Schallwandkörper mittels des dazwischen angeordneten Ringkörpers ist es möglich, dass trotz seiner Robustheit mittels des Schwingungserregers Audiosignale im Bereich der Frequenzen der menschlichen Sprache und der mit dem Schwingungserreger gekoppelten Schallwandfläche erzeugt und übertragen werden, so dass beispielsweise der Schwingungserreger in oder für Innenkabinen von Flugzeugen, Bahnfahrzeugen oder dergleichen verwendet wird. Dadurch wird möglich, dass beispielsweise in Innenkabinen von Flugzeugen oder anderen Transportfahrzeugen zur Beförderung von Personen auf Lautsprecher zur Übertragung von Informationen für die Passagiere oder Fahrgäste verzichtet werden kann. Hierbei wird eine lautsprecherlose Innenkabine, beispielsweise eines Flugzeugs, bereitgestellt, da mittels des an der Innenverkleidung der Flugzeugkabine angeordneten Schwingungserregers Audiosignale im hörbaren Bereich übertragen werden.
-
Der elektrische Schwingungserreger wird auf elektrodynamische oder elektromagnetische Weise betrieben. Hierzu weist er eine ringförmige Spulenanordnung auf, die in einen ringförmigen Spalt einer Magnetanordnung eingreift, wobei sich die ringförmige Spule um eine Längsachse bzw. Mittelachse, die nachfolgend auch als Längsachse des Schwingungserregers bezeichnet wird, erstreckt. Bei dem Schwingungserreger sind die Spulenanordnung und die Magnetanordnung in axialer Richtung, d. h. in Richtung der vorgenannten Längsachse, relativ zueinander beweglich, so dass sich bei diesen Bewegungen die Spulenanordnung in Richtung ihrer Längsachse bzw. Mittelachse in dem ringförmigen Spalt der Magnetanordnung bewegt.
-
Bevorzugterweise ist die Spulenanordnung auf einer ringförmigen Wandung aufgebracht; ferner erstreckt sich der Spalt der Magnetanordnung vorzugsweise parallel zu dieser Wandung, an welcher die Spulenanordnung aufgebracht ist. Durch eine elektrische Erregung der Spule tritt die Spule in Wechselwirkung mit einem Magnetfeld der Magnetanordnung, so dass die Spule relativ zur Magnetanordnung in Bewegung bzw. in Schwingungen in Richtung der Längsachse versetzt wird.
-
Da die Verständlichkeit von Sprache sowie Sprachinformationen ein sicherheitsrelevantes Merkmal in Verkehrsmitteln ist und zum Beispiel in einem Flugzeug diese Verständlichkeit oft durch Störpegel geschmälert wird, ist es wichtig, vor allem die Übertragung im Hörbereich bzw. im Präsenzbereich von 500 Hz bis 4.000 Hz zu verbessern. Bisherige Audioschwingungserreger gemäß dem Stand der Technik haben in diesem Frequenzbereich eine (Pegel-)Senke bzw. eine Resonanzüberhöhung durch die gehäusebedingte Masse, die der an sich kleinen bewegten Masse der Schwingspule zuzuschlagen ist. Erschwerend kommt hinzu, dass die als Schallwand genutzten oder vorhandenen Materialien, z. B. ABS-Kabinenverkleidungen, eine hohe Dämpfung bei mittleren Frequenzen, d. h. im Audiobereich, aufweisen, wodurch die Pegelsenke im sprachrelevanten Frequenzbereich weiter erhöht ist bzw. wird.
-
Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserreger diese Masse von der Schwingspule bzw. der Spulenanordnung dynamisch entkoppelt, da die Befestigung des Schwingungserregers an der Schallwand ringförmig und somit sehr biegesteif ist, weil die Befestigung unmittelbar an der Schwingspule erfolgt, und außerdem die Masse des Gehäuses mittels des Befestigungsrings oberhalb einer bestimmten Frequenz z. B. 1.000 Hz elastisch entkoppelt ist, indem die Biegesteifigkeit der Tragplatte innerhalb und außerhalb des Ringradius, der vorzugsweise dem Spulenradius entspricht, verringert ist, d. h. auf das für Robustheit und Dichtigkeit mindestens erforderliche Maß gesenkt wird.
-
Weiterhin ist in dem Schwingungserreger mindestens ein Bolzen vorgesehen, der eine zusätzliche Führung bildet. Hierbei ist der Bolzen mit der Tragplatte verbunden und erstreckt sich parallel zu und vorzugsweise entlang der Längsachse der Spulenanordnung bzw. des Schwingungserregers. Hierdurch erstreckt sich der Bolzen in der Bewegungsrichtung der Spulenanordnung relativ zur Magnetanordnung. Der Bolzen erstreckt sich dabei in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Längsachse durch ein Durchgangsloch durch die Magnetanordnung hindurch, wodurch der Bolzen in der Magnetanordnung bzw. an der Rückseite der Magnetanordnung, die der Spulenanordnung abgewandt ist, eine zusätzliche Führung bei der Relativbewegung zwischen Spulenanordnung und Magnetanordnung ausbildet, wodurch ein Verkanten von Spulenanordnung und Magnetanordnung zueinander verhindert wird.
-
Bevorzugterweise sind der Bolzen und das Durchgangsloch zentral bezüglich der Spulenanordnung angeordnet. Hierbei erstrecken sich der Bolzen und das Durchgangsloch entlang der Längsachse der Spulenanordnung und des Schwingungserregers.
-
Darüber hinaus zeichnet sich eine Weiterbildung des Schwingungserregers dadurch aus, dass die Breite des Ringkörpers kleiner als die Höhe des Ringkörpers ist. Hierdurch wird ein ausreichender Abstand zwischen der Schallwand bzw. dem Schallwandkörper, an der der elektrische Schwingungserreger angeordnet ist oder wird, und der scheibenförmigen Tragplatte erreicht. Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls in einer Ausgestaltung des Schwingungserregers möglich, dass die Breite des Ringkörpers größer als die oder gleich der Höhe des Ringkörpers ist.
-
Darüber hinaus ist vorteilhafterweise beim Schwingungserreger vorgesehen, dass der Bolzen und das Durchgangsloch und der Ringkörper und die Tragplatte zentral bezüglich der Längsachse der Spulenanordnung angeordnet sind. Hierdurch wird eine zuverlässige Übertragung der Schwingungen erreicht.
-
Zweckmäßigerweise ist die Magnetanordnung aus einem äußeren Magnettopf und einem darin angeordneten Kern gebildet, wobei sich der Kern ausgehend von einem Boden des Magnettopfes derart in axialer Richtung erstreckt, so dass zwischen dem Außenumfang des Kerns und dem Innenumfang des Magnettopfes der ringförmige Spalt ausgebildet ist. Der Magnettopf weist einen Boden auf, der vorzugsweise kreisförmig ausgebildet ist, von dem ausgehend sich eine Umfangswandung erstreckt. Ferner ist die Umfangswandung in einer Ausgestaltung zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, ausgebildet.
-
Im Inneren der Umfangsumwandung erstreckt sich ausgehend von dem Boden der Kern, der einen Außenumfang aufweist, wobei der Außenumfang sich vorzugsweise parallel zum Innenumfang der Umfangswandung des Magnettopfes erstreckt, wodurch ein Spalt konstanter Breite zwischen dem Magnettopf und dem Kern gebildet ist. Bevorzugt ist der Kern kreiszylindrisch ausgebildet, so dass ein kreisförmiger Spalt zwischen dem Magnettopf und dem Kern gebildet wird. In den kreisförmigen Spalt greift die Spulenanordnung, welche entsprechend ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet ist, ein, so dass sie sich relativ zu dem Magnettopf bewegen kann. Die Breite des Spaltes zwischen dem Kern und dem Magnettopf ist so gewählt, dass sie größer als die radiale Dicke der Spulenanordnung ist, so dass die Spulenanordnung die Wandungen des Spalts nicht berührt und im Spalt in axialer Richtung frei beweglich ist.
-
Ferner zeichnet sich eine Weiterbildung des Schwingungserregers dadurch aus, dass die Breite des Ringkörpers kleiner oder gleich der Breite des ringförmigen Spaltes zwischen dem Außenumfang des Kerns und dem Innenumfang des Magnettopfes ist oder dass die Breite des Ringkörpers größer als die Breite des ringförmigen Spaltes zwischen dem Außenumfang des Kerns und dem Innenumfang des Magnettopfes ist.
-
Der Kern der Magnetanordnung weist zweckmäßigerweise einen Permanentmagneten auf, der in der Magnetanordnung ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem von der Spule bei deren Bestromung verursachten Magnetfeld in Wechselwirkung tritt und somit Schwingungen der Spule relativ zum Magnettopf erzeugt. Bevorzugterweise ist der Kern so ausgebildet, dass der Magnet in axialer Richtung einen Abschnitt des Kerns bildet, vorzugsweise einen an den Boden des Magnettopfes angrenzenden Abschnitt.
-
Das Durchgangsloch erstreckt sich bei dem elektrischen Schwingungserreger vorzugsweise in axialer Richtung durch den Kern und den Boden des Magnettopfes, so dass sich der Bolzen in seiner Bewegungsrichtung durch die gesamte Anordnung von Kern und Boden des Magnettopfes hindurch erstrecken kann und an der Außenseite des Bodens, d. h. der dem Kern und der Spulenanordnung abgewandten Seite des Bodens geführt werden.
-
Zudem ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass sich die Spulenanordnung als ringförmiger Vorsprung in axialer Richtung von der scheibenförmigen Tragplatte auf der von dem Ringkörper abgewandten Seite erstreckt, wobei die Spulenanordnung in axialer Richtung relativ zur Magnetanordnung beweglich ist. Hierbei ist in einer Ausgestaltung die Spulenanordnung aus einem Spulenträger in Form einer ringförmigen Wand gebildet, die an der einen Seite der Tragplatte befestigt ist oder auch in einer weiteren Ausgestaltung einstückig mit der Tragplatte ausgebildet ist. Auf die Wand für den Spulenträger ist die Spule bzw. deren Leiter aufgebracht. Beispielsweise kann der Leiter der Spule schraubenförmig um die Außenseite der ringförmigen Wand gewickelt sein. Der ringförmige Vorsprung der Spulenanordnung greift axial beweglich in den Spalt der Magnetanordnung ein. Hierbei ist vorzugsweise der ringförmige Vorsprung kreiszylindrisch zu der Längsachse des Schwingungserregers ausgebildet.
-
Es ist bei einer Ausgestaltung des elektrischen Schwingungserregers weiterhin vorgesehen, dass die Spulenanordnung und der Ringkörper jeweils auf einer Seite der scheibenförmigen Tragplatte angeordnet sind.
-
Ferner ist es bevorzugt, dass der Durchmesser der ringförmigen Spulenanordnung größer/gleich als der innere Durchmesser des Ringkörpers und kleiner/gleich als der äußere Durchmesser des Ringkörpers ist. In der Projektion ist dabei die ringförmige Spulenanordnung im Bereich zwischen dem Innendurchmesser des Ringkörpers und dem Außendurchmesser des Ringkörpers angeordnet. Somit sind beispielsweise bei einer horizontalen Ausrichtung der Tragplatte, die zwischen dem Ringkörper und der Spulenanordnung angeordnet ist, die Spulenanordnung und der Ringkörper im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet.
-
Erfindungsgemäß ist bei dem elektrischen Schwingungs erreger vorgesehen, dass die scheibenförmige Tragplatte derart elastisch ist, dass Schwingbewegungen der Spulenanordnung, vorzugsweise mit Schwingungsfrequenzen ab 1.000 Hz sowie von 1.000 Hz bis 12.000 Hz oder bis 15.000 Hz, auf den Ringkörper übertragbar sind und/oder die Bewegungen des Ringkörpers und der Spulenanordnung von den Bewegungen des Bolzens entkoppelt oder entkoppelbar sind. Dadurch, dass die Tragplatte nicht biegesteif, d. h. nicht starr ausgebildet ist bzw. eine verringerte Biegesteifigkeit aufweist und der Ringkörper den Radius der Schwingspule besitzt und axial mit der in der Spule erzeugten Kraft belastet wird, wird eine hohe Steifigkeit der Kraftübertragung auf den an der Außenseite des Ringkörpers angeordneten Schallwandkörper erreicht. Hierdurch wird beispielsweise das übertragene Frequenzband nach hohen Frequenzen von über 1.000 Hz im Audiobereich erweitert, wodurch auch Resonanzüberhöhungen wie Pegeleinbrüche stark reduziert werden. Dadurch, dass die Tragplatte dünn ausgebildet ist, wird die Masse der Tragplatte reduziert und von der Schwingungseinheit sowie der Befestigungseinheit elastisch entkoppelt, so dass eine Übertragung von bevorzugten Frequenzen, insbesondere im Bereich von über 1.000 Hz bis 5.000 Hz mit minimalen Verlusten erreicht wird. Insbesondere ist die Dicke der scheibenförmigen Tragplatte kleiner als die Breite des, vorzugsweise kreisförmigen, Ringkörpers.
-
Bevorzugterweise ist der elektrische Schwingungserreger derart eingerichtet, um Biegewellen, vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 50 Hz bis 15.000 Hz, in einem am Ringkörper vorgesehenen, insbesondere mit dem Ringkörper verbundenen, Schallwandkörper, insbesondere in einer Innenkabine eines Fahrzeugs zum Transport von Personen, zu erzeugen. Dadurch wird erreicht, dass Audiosignale mittels dem an der Innenverkleidung des Fahrzeugs angeordneten elektrischen Schwingungserreger und dem, vorzugsweise massiven, Schallwandkörper, der vorzugsweise durch die Innenwandung gebildet ist, in den Innenraum bzw. in die Kabine eines Fahrzeugs übertragen werden, ohne dass für die Übertragung von Audiosignalen Lautsprecher oder dergleichen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden als Fahrzeuge auch Luftfahrzeuge oder Schifffahrzeuge verstanden.
-
Ferner ist beim elektrischen Schwingungserreger der Bolzen an einer der Spulenanordnung abgewandten Axialseite der Magnetanordnung axial beweglich und zentriert geführt, wobei insbesondere der Bolzen an der der Spulenanordnung abgewandten Axialseite der Magnetanordnung an einer Zentriermembran befestigt ist, die an ihrem Außenumfang an der Magnetanordnung fixiert ist. Überdies ist bei einer Ausführung weiter vorgesehen, dass die Zentriermembran am Außenumfang dichtend mit der Magnetanordnung und ebenfalls dichtend mit dem Bolzen verbunden ist, so dass ein nach außen abgeschlossenes Volumen zwischen der Zentriermembran und der Magnetanordnung gebildet wird.
-
Außerdem ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass der Bolzen für die Spulenanordnung unter Verwendung von wenigstens einer oder mehrerer Federn, insbesondere Blattfedern, axial beweglich und zentriert geführt wird oder ist.
-
Vorzugsweise ist außerdem eine Lüftungsöffnung zur gezielten Belüftung und Entlüftung des Volumens bei elektrischen Schwingungserregern vorgesehen, wobei die Lüftungsöffnung insbesondere als ein Kanal in dem sich durch die Zentriermembran erstreckenden Bolzen ausgebildet ist.
-
Zweckmäßigerweise erstreckt sich weiterhin die Spulenanordnung als ringförmiger Vorsprung in axialer Richtung von der scheibenförmigen Tragplatte, die in axialer Richtung relativ zur Magnetanordnung beweglich ist.
-
Darüber hinaus ist günstigerweise der Bolzen an der scheibenförmigen Tragplatte in axialer und radialer Richtung festgelegt. Außerdem ist zwischen der scheibenförmigen Tragplatte und der Magnetanordnung zumindest ein in axialer Richtung wirkendes Federelement angeordnet. Vorzugsweise sind ferner die scheibenförmige Tragplatte und der Magnettopf der Magnetanordnung am Umfang über eine Dichtung verbunden, so dass das von der Tragplatte und dem Magnettopf begrenzte Volumen nach außen abgedichtet ist.
-
Bei dem elektrischen Schwingungserreger sind bevorzugterweise ferner das Durchgangsloch und der sich durch dieses erstreckende Teil des Bolzens in ihrem Querschnitt jeweils so dimensioniert, dass zwischen dem Innenumfang des Durchgangsloches und dem Außenumfang des Bolzens ein Spalt ausgebildet ist. Weiterhin ist vorzugsweise an der scheibenförmigen Tragplatte ein elektrischer Anschluss für die Spulenanordnung ausgebildet.
-
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Verwendung eines elektrischen Schwingungserregers wie voranstehend beschrieben, zur Erzeugung von Biegewellen, vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 50 Hz bis 15.000 Hz, in einem am Ringkörper vorgesehenen, insbesondere mit dem Ringkörper verbundenen, Schallwandkörper, insbesondere in einer Innenkabine eines Fahrzeugs, insbesondere Flugzeug oder Bahnfahrzeug oder Schiff oder Kraftfahrzeug, zum Transport von Personen.
-
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug zum Transport von Personen, insbesondere Flugzeug oder Bahnfahrzeug oder Schiff oder Kraftfahrzeug, mit einer Innenkabine für Personen, wobei die Innenkabine eine Wandung, insbesondere einen Schallwandkörper, aufweist, wobei an der Wandung ein elektrischer Schwingungserreger, wie voranstehend beschrieben, angeordnet ist, wobei der Ringkörper des elektrischen Schwingungserregers mit der Wandung verbunden ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen.
-
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
-
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen wird. Es zeigt:
-
1 schematisch eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen elektrischen Schwingungserreger.
-
Der in 1 schematisch dargestellte Schwingungserreger 1 im Querschnitt besteht aus zwei wesentlichen Teilen, die relativ zueinander beweglich sind bzw. relativ zueinander schwingen können. Der Schwingungserreger 1 weist eine Spulenanordnung 2 sowie eine Magnetanordnung 4 auf.
-
Ferner weist die Spulenanordnung 2 eine kreisringförmig gewickelte Spule 6 auf. Die Spule 6 ist an einem Spulenträger 8 angebracht, der als kreisringförmiger Vorsprung von einer scheibenförmigen Tragplatte 10 in axialer Richtung X vorsteht. Die scheibenförmige Tragplatte 10 weist einen kreisförmigen Außenumfang auf und erstreckt sich konzentrisch zu der Längsachse bzw. Mittelachse X des Schwingungserregers 1. Der Spulenträger 8 ist eine zylindrische Wand, die von der scheibenförmigen Tragplatte 10 in axialer Richtung X vorsteht und an ihrem Außenumfang die Spule 6 trägt. An der Tragplatte 10 ist ein (hier nicht dargestellter) elektrischer Anschlussstecker für den elektrischen Anschluss der Spule 6 angebracht.
-
An der scheibenförmigen Tragplatte 10 ist zentral ein von der Tragplatte 10 abstehender Bolzen 14 positioniert, der aus einem nicht-magnetischen Material gebildet ist und sich in Richtung der Längsachse X zu beiden Seiten der Tragplatte 10 erstreckt. Der Bolzen 14 ist mit der flachen Tragplatte 14 unter Ausbildung eines rechten Winkels zur Oberfläche, vorzugweise starr, verbunden.
-
Oberhalb bzw. auf der von der Magnetanordnung 4 oder vom Bolzen 14 abgewandten Seite der scheibenförmigen Tragplatte 10 ist ein Ringkörper 16 angeordnet, der eine kreisförmige Fläche bzw. ein zylinderförmiges Volumen umgibt. Die Mittelachse des Ringkörpers 16 ist hierbei kollinear zur Längs- oder Mittelachse X des Schwingungserregers 1 vorlaufend. Mittels des Ringkörpers 16 wird der Schwingungserreger 1 an eine (schematisch dargestellte) Schallwand 50 angebracht bzw. angeordnet, die beispielsweise Bestandteil einer Innenauskleidung einer Innenkabine eines Flugzeugs oder eines anderen Verkehrsmittels zur Beförderung von Personen ist.
-
Die Magnetanordnung 4 besteht ferner aus einem Magnettopf 18 aus einem weichmagnetischen Material. Der Magnettopf 18 weist einen kreiszylindrischen Boden 20 auf. Vom Boden 20 aus erstreckt sich am Umfang in axialer Richtung X eine kreiszylindrische Umfangswandung 22. Boden 20 und Umfangswandung 22 können einstückig ausgebildet sein. Die Magnetanordnung 4 weist darüber hinaus einen Kern 24 auf, der sich in axialer Richtung X konzentrisch zu der Umfangswandung 22 von dem Boden 20 erstreckt. Der Kern 24 ist aus zwei Teilen gebildet, einem kreiszylindrischen, scheibenförmigen Permanentmagneten 26 und einer kreiszylindrischen, scheibenförmigen Polplatte 28.
-
Der Magnet 26 und die Polplatte 28 sind in axialer Richtung X so aufeinander gesetzt, dass der Magnet 26 an dem Boden 20 des Magnettopfes 18 anliegt und die Polplatte 28 das freie Ende, d. h. das dem Boden 20 abgewandte Ende des Kerns 24 bildet. Der Kern 24 weist einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser der Umfangswandung 22 des Magnettopfes 8. So wird ein ringförmiger Spalt 30 zwischen dem Kern 4 und insbesondere der Polplatte 28 und der umgebenden Umfangswandung 22 des Magnettopfes 18 gebildet.
-
In den ringförmigen Spalt 30 greift die Spulenanordnung 4 mit ihrem ringförmigen Spulenträger 8 und der darauf angeordneten Spule 6 ein, so dass die Spule 6 zwischen dem Außenumfang der Polplatte 28 und dem Innenumfang der Umfangswandung 22 gelegen ist. Bei Bestromung erzeugt die Spule 6 ein Magnetfeld, das in Wechselwirkung mit dem vom Permanentmagneten 26 erzeugten Magnetfeld tritt. Wenn die Spule 6 mit einer Wechselspannung angeregt wird, wird die Spule 6 relativ zu der Magnetanordnung 4 in Schwingung in Richtung der Längsachse X versetzt.
-
Die Tragplatte 10 schwingt auf Grund der Bewegung des mit der Spule 6 verbundenen Bolzens 14 entsprechend mit der Spulenanordnung 2. Die Schwingungen der Tragplatte 10 werden ferner an den Ringkörper 16 und an die mit dem Ringkörper 16 verbundenen, massiven Schallwandkörper 50 übertragen.
-
Der Ringkörper 16 des Schwingungserregers 1 ist oder wird unter Verwendung eines Klebemittels oder eines anderen Befestigungsmittels mit der Schallwand 50 verbunden. Beim Ringkörper 16 ist die Breite (oder Höhe) größer als die Dicke. Die Dicke des Ringkörpers 16 ergibt sich aus der Hälfte der Differenz des Außendurchmessers und des Innendurchmessers des Ringkörpers 16. Die scheibenförmige Tragplatte 10 ist zur Übertragung von Schwingungen beispielsweise oberhalb von 1.000 Hz dünn ausgebildet, wodurch die Tragplatte elastisch bzw. quasi-elastisch und ihre Biegesteifigkeit herabgesetzt ist, so dass die Schwingungen der Spulenanordnung 2 direkt auf den Ringkörper 16 übertragen werden.
-
Der Ringkörper 16 ist auf der Tragplatte 10 im Bereich der auf der anderen Seite der Tragplatte 10 vorgesehenen Spulenanordnung 2 angeordnet. Die Dicke des Ringkörpers 16 ist (in der Projektion) kleiner als die Breite des Spalts 30 der Magnetanordnung 4.
-
Zwischen der der Magnetanordnung 4 zugewandten Stirnfläche der Tragplatte 10 und der axialen Stirnfläche der Umfangswandung 22 des Magnettopfes 18 sind mehrere Federn 32 angeordnet. Diese sind als Druckfedern oder Blattfedern ausgebildet und vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Die Federn 32 setzen der von der Spule 6 in Wechselwirkung mit dem Permanentmagneten 26 erzeugten Magnetkraft eine Gegenkraft entgegen.
-
Der ringförmige Spalt zwischen der Umfangswandung 22 und der Tragplatte 10, in welchem die Federn 32 angeordnet sind, kann am Außenumfang durch eine Dichtung 34 luftdicht verschlossen werden. Die Dichtung 34 weist eine radial nach außen gerichtete Ausstülpung auf und ist elastisch ausgebildet, so dass sie eine Bewegung der Tragplatte 10 relativ zu der Umfangswandung 22 des Magnettopfes 18 zulässt.
-
In einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung ist ein Gehäuse vorgesehen, in der der elektrische Schwingungserreger mit der Magnetanordnung 4 und der Spulenanordnung 2 aufgenommen ist. Das Gehäuse weist hierbei eine Öffnung zur Aufnahme der Tragplatte 10 auf, so dass das Gehäuse die Tragplatte 10 umgibt.
-
Durch eine Abdichtung dieses Spaltes mittels der Dichtung 34 wird zwischen der Tragplatte 10 und dem Magnettopf 18 ein abgeschlossenes Volumen 36 geschaffen. Dieses Volumen 36, welches mit Luft gefüllt ist, kann, wie nachfolgend näher beschrieben wird, als Luftfeder die Wirkung der Federn 32 unterstützen. Auch kann die Dichtung 34 selber Federwirkung haben, um die Federn 32 zu unterstützen. Auch ist es denkbar, die Dichtung 34 derart federnd auszubilden, dass auf die zusätzlichen Federn 32 verzichtet werden kann.
-
In der Magnetanordnung 4, d. h. in dem Kern 24 und dem Boden 20 des Magnettopfes 18 ist ein Durchgangsloch 38 ausgebildet, welches sich in axialer Richtung X zentral durch die Magnetanordnung 4 erstreckt. Durch dieses Durchgangsloch 38 erstreckt sich der Bolzen 14 so weit hindurch, dass er an der der Tragplatte 10 und damit der Spulenanordnung 2 abgewandten Seite des Magnettopfes 18 aus dem Boden 20 hervorsteht. Dort ist der Bolzen 14 mit einer luftdichten Zentriermembran 40 fest verbunden.
-
Die Zentriermembran 40 kann beispielsweise aus einem luftdichten Gewebe oder aus Metall ausgebildet sein. Die Zentriermembran 40 bewirkt durch ihre feste Verbindung mit dem axialen Ende des Bolzens 14, dass dieser bezüglich der Längsachse X zentriert gehalten und in axialer Richtung X von der Membran 40 geführt wird. Das heißt, die Membran 40 ermöglicht eine Axialbewegung des Bolzens 14 gemeinsam mit der Tragplatte 10 und der an dieser befestigten Spulenanordnung 2. Radial wird der Bolzen 14 jedoch durch die Membran 40 an dem ersten Ende und am entgegengesetzten Längsende über die Tragplatte 10 und die Federn 32 zentriert, so dass eine radiale Bewegung der Tragplatte 10 und der Spulenanordnung 2 relativ zu der Magnetanordnung 4 im Wesentlichen unterbunden wird. Somit wird verhindert, dass die Spule 6 und der Spulenträger 8 mit den Seitenwandungen des Spaltes 30 bei der Bewegung in Kontakt kommen. So kann ein Verkanten der beweglichen Teile zueinander verhindert werden.
-
Die Zentriermembran 40 ist an ihrem Außenumfang mit dem Boden 20 des Magnettopfes 18 fest und dichtend verbunden. Die feste Verbindung dient zur radialen Fixierung des Bolzens 14. Die dichte Ausgestaltung der Verbindung bewirkt, dass zwischen der Zentriermembran 40 und der Außenseite, d. h. der der Tragplatte 10 abgewandten Seite des Bodens 20, ein Volumen 42 geschaffen wird, welches nach außen abgedichtet ist und mit Luft gefüllt ist. Das axiale Ende des Bolzens 14 erstreckt sich zentral durch die Zentriermembran 40 hindurch. Das heißt, die Zentriermembran 40 ist am axialen Ende umfänglich an dem Bolzen 14 abgedichtet befestigt. Im Stirnende des Bolzens 14 ist eine Bohrung, d. h. ein Kanal ausgebildet, welcher sich in das Innere des Bolzens hinein und rückseitig der Zentriermembran 40 zur Umfangsfläche des Bolzens 14 hin erstreckt und so einen Strömungsdurchgang vom Stirnende des Bolzens 14 in das Volumen 42 hinein herstellt.
-
Die Volumina 36 und 42 stehen über das Durchgangsloch 38 miteinander in Verbindung. Das Durchgangsloch 38 weist einen Durchmesser auf, welcher grösser ist als der Außendurchmesser des Bolzens 14. So wird zwischen dem Bolzen 14 und der Innenwandung des Durchgangsloches 38 ein Ringspalt 46 geschaffen, welcher die Volumen 36 und 42 miteinander verbindet. Wenn dieser Ringspalt klein genug gewählt ist, bildet er ebenfalls eine Drossel, welche nur einen begrenzten Luftaustausch zwischen den Volumina 36 und 42 zulässt. So wirken die Volumina 36 und 42 bei axialer Bewegung der Tragplatte 10 mit der Spulenanordnung 2 und dem Bolzen 14 als Luftfedern.
-
Wenn der Ringspalt 46 vergrößert wird, wird der Strömungsdurchgang in der Verbindung der Volumina 36 und 42 vergrößert, wodurch die Federsteifigkeit der so gebildeten Luftfedern mit dem grösser werdenden Kanalquerschnitt abnimmt. Die Luft erfährt jedoch in dem Ringspalt 46 einen Reibungswiderstand, welcher zur Dämpfung der Schwingung des Feder-Masse-Systems beiträgt. Darüber hinaus wird die Luft aus dem Volumen 36, welche sich durch die Verlustleistung der Spule 6 erwärmt, in dem Ringspalt 46 an dem Bolzen 14 vorbeigeführt, so dass ein Teil der Wärme der Luft auf den Bolzen 14 übergeht und über diesen abgeführt werden kann.
-
Durch die Führung des Bolzens 14 an beiden Axialenden des Schwingungserregers 1 wird ein Verkanten aufgrund äußerer Erschütterungen vermindert. Die durch die dichte Ausgestaltung geschaffenen Luftvolumina 36 und 42 können bei entsprechender Dimensionierung der übrigen federnden Bauteile und des Ringspaltes 46 darüber hinaus die Eigenschaften des Schwingungserregers 1 erheblich verbessern. Die Volumina 36 und 42 mit der eingeschlossenen Luft ermöglichen durch ihre Wirkung als Luftfeder eine weitere Stellgröße zur optimalen Anpassung des Systems an den jeweiligen Einsatzzweck. Die nach außen geschlossene Ausgestaltung des Systems ermöglicht darüber hinaus den Verzicht auf ein zusätzliches Gehäuse, wodurch der Aufbau des Schwingungserregers 1 deutlich vereinfacht wird.
-
Alle genannten Merkmale, auch die der Zeichnung allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere” oder „vorzugsweise” gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schwingungserreger
- 2
- Spulenanordnung
- 4
- Magnetanordnung
- 6
- Spule
- 8
- Spulenträger
- 10
- Tragplatte
- 12
- Anschlussstecker
- 14
- Bolzen
- 16
- Ringkörper
- 18
- Magnettopf
- 20
- Boden
- 22
- Umfangswandung
- 24
- Kern
- 26
- Magnet
- 28
- Polplatte
- 30
- Spalt
- 32
- Federn
- 34
- Dichtung
- 36
- Volumen
- 38
- Durchgangsloch
- 40
- Zentriermembran
- 42
- Volumen
- 46
- Ringspalt
- 50
- Schallwand
- X
- Längsachse
