DE19826171C1 - Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Beeinflussung von von Fensterscheiben stammenden Geräuschen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Beeinflussung von von Fensterscheiben stammenden GeräuschenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Beeinflussung von von Fensterscheiben, insbesondere von Fensterscheiben von Fahrzeugen, stammenden Geräuschen, vorzugsweise einer in einem Fahrgastraum wahrnehmbaren Geräuschkulisse, wobei die Fensterscheiben unter Zuhilfenahme einer Dichtung in einem Fensterrahmen eingefaßt sind. Im Bereich des Übergangs zwischen Fensterrahmen und Fensterscheibe, vorzugsweise in der Dichtung ist zumindest ein Piezoelement zwischengelegt. Mit dem Piezoelement wird die Gesamtenergie und/oder die Zusammensetzung der Frequenzen der über den Fensterrahmen und/oder über die Fensterscheibe übertragenen Schwingungen verändert.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
aktiven Beeinflussung von von Fensterscheiben stammenden Geräu
schen, insbesondere von Fensterscheiben von Fahrzeugen, wobei
die Fensterscheiben unter Zuhilfenahme einer Dichtung in einem
Fensterrahmen eingefaßt sind. Derartige Fensterscheiben, welche
aus Glas oder Kunststoff gefertigt sind, werden allgemein ver
wendet und werden hier als bekannt unterstellt.
So ist bspw. aus der DE 31 41 482 A1 eine Fensterscheibe be
kannt, die einen umlaufenden Kantenschutz aus dauerelastischem
Kunststoff aufweist, welcher bei Einbau der Fensterscheibe in
einen Fensterrahmen gleichzeitig als Dichtung dient. Derartige
Fenster werden bspw. beim Bau von Gebäuden oder von Fahrzeugen,
wie Autos, Flugzeugen, Zügen oder Schiffen verwendet. Bei star
ken Windgeräuschen übertragen derartige Fenster allerdings zu
mindest eine bestimmten Anteil der Windgeräusche in das Innere
eines Raumes, was u. U. als störend empfunden werden kann.
Aus der DE 43 31 790 A1 ist eine Einrichtung zur Vermeidung von
Quietschgeräuschen bekannt, wie sie bspw. beim Schließen bzw.
Öffnen einer Seitenscheibe eines Kfzs auftreten können. Die
vorbekannte Einrichtung weist hierzu eine Dichtung auf, die als
Hohlprofilleiste ausgebildet und mit einem Schwingungsdämpfer
verbunden ist. Treten durch die genannten Relativbewegungen
zwischen der Scheibe und der Dichtung Schwingungen an der Dich
tung auf, so werden diese vom Schwingungsdämpfer zumindest ver
mindert.
Aus der DE 44 19 933 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der un
ter Verwendung eine piezoelektrischen Polymerfolie Schallwellen
erzeugt, nachgewiesen oder gedämpft werden können. Im wesentli
chen besteht die Vorrichtung aus der piezoelektrischen Polymer
folie, die kraftschlüssig und flächig mit einer Kunststoffmem
bran verbunden ist. Die mit der piezoelektrischen Polymerfolie
verbundene Kunststoffmembran ist randseitig in einen Rahmen
eingespannt. Die Anregung der Membran zu Schwingungen bzw. die
Messungen der schwingenden Kunststoffmembran zum Schallnachweis
erfolgt durch eine elektrische Beschaltung der piezoelektri
schen Polymerfolie.
Aus der US 5,332,061 A1 ist Verfahren zur Unterdrückung von in
die Karosserie eingeleiteten Vibrationen und ein entsprechendes
Fahrzeug bekannt. Die betreffenden eingeleiteten Vibrationen
stammen vom Motor und werden an den Verbindungspunkten des Mo
tors mit der Karosserie übertragen. Zu Dämpfung dieser Vibra
tionen weist das Fahrzeug Shaker, also mechanische Schwingungs
erreger auf, die im Bereich von zumindest einigen Verbindungs
punkten des Motors mit der Karosserie angeordnet sind. Beim Be
treiben des Motors werden die Shaker in Abhängigkeit von der
Motorendrehzahl bei den Resonanzfrequenzen gegenphasig zu den
vom Motor kommenden Vibrationen erregt, wodurch die Übertragung
der eingeleiteten Vibrationen zumindest gedämpft werden. Die
entsprechenden Frequenzen und deren Amplituten für die Sekun
där-Schwingungen werden hierbei einem zuvor niedergelegten Da
tenfeld entnommen.
Aus der US 5,434,783 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, bei dem die
innerhalb einer Fahrgastzelle hörbare Geräuschkulisse durch
Schallwellen beeinflußt wird. Neben normalen Lautsprechern wird
hier auch ein Piezoelement verwendet, das die Karosserie zumin
dest bereichsweise zu Schwingungen anregt und dadurch zur
Aussendung von Schallwellen beeinflußt; d. h. das Piezoelement
wirkt wie die Spule eines Lautsprechers, während die Karosserie
die schwingende Membran darstellt. Mit dem vorbekannten Verfah
ren und der vorbekannten Vorrichtung wird eine Verbesserung des
subjektiven Empfindens innerhalb der Fahrgastzelle erreicht.
Eine weiterführende Ausbildung der obigen Entwicklung zur Be
einflussung des subjektiv wahrgenommenen Fahreindrucks ist aus
der DE 195 31 402 A1 bekannt. Gemäß dieser Schrift wird in Ab
hängigkeit eines Parameters und hierbei insbesondere der Motor
drehzahl und/oder der Geschwindigkeit nicht nur der Luftschall,
sondern auch der mit dem Körper wahrgenommenen Körperschall
bzw. Vibrationen beeinflußt. Hierzu werden je nach Größe des
Parameters aus einem Datenfeld bestimmte Daten ausgelesen und
unter Zuhilfenahme von Schwingungserregern in u. a. auch körper
wahrnehmbaren Sekundär-Schwingungen umgesetzt. Durch diese Maß
nahmen können in Verbindung mit der Beeinflussung des akustisch
wahrgenommenen Luftschalls sowohl positive als auch negative
Interferenzen der künstlichen Sekundär-Schwingungen mit den
beim Betreiben des Fahrzeuges fahrzeugseitig sich bildenden
Primär-Schwingungen erzeugt werden. Die Interferenzen können je
nach Wunsch den wahrgenommenen Eindruck verringern oder aber
einen bestimmten Eindruck, bspw. ein Schalten bei mit einem
stufenlosen Getriebe versehenen Fahrzeug, vortäuschen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor
richtung zu entwickeln, mit dem/der auf eine neuartige Weise
eine Beeinflussung von von Fensterscheiben her kommenden und
insbesondere in einen Innenraum übertragenen Geräusche beein
flußt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den
Verfahrensschritten des Anspruchs 1 bzw. mit einer Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Durch die Anordnung
von Piezoelementen in der sowie schon vorhandenen Dichtung kann
auf einfache Weise die Übertragungsfunktion für Schwingungen
zwischen dem Fensterglas und dem Fensterrahmen verändert wer
den. Dies kann insbesondere zur Geräuschverringerung innerhalb
eines umschlossenen Raumes verwendet werden. In der gleichen
Weise ist es auch möglich, die nach außen übertragenen Geräu
sche bevorzugt minimierend zu beeinflussen. Bei gesteuerter An
regung dieser Piezoelemente kann mit dieser Erfindung aber auch
in vorteilhafter Weise eine Fensterscheibe als randseitig ange
regter Lautsprecher verwendet werden. Hierbei bildet die rand
seitige Dichtung den Erreger und das Fensterglas die entspre
chende Membran dieses "gläsernen Lautsprechers".
Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jewei
ligen Unteransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung
anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispie
len näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Fenster mit rahmenseitig angeord
neten Piezoelementen,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine aktive Dichtung mit stati
stisch darin angeordneten Piezoelementen und zugehöri
gen elektrischen Kontakten,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine aktive Dichtung mit orientiert
darin angeordneten Piezoelementen sowie zugehörigen
elektrischen Kontakten,
Fig. 4 einen Schnitt und eine entsprechende Ausschnittsvergrö
ßerung durch eine aktive Dichtung mit orientiert darin
angeordneten Piezoelementen, piezoelektrischen Sensoren
sowie zugehörigen elektrischen Kontakten,
Fig. 5 einen quer zur Fläche der Fensterscheibe geführten
Schnitt durch eine in einem Fensterrahmen eingebaute
Fensterscheibe mit einer aktiven und einer passiven
Dichtung,
Fig. 6 einen Schnitt entsprechend Fig. 5, wobei das Fenster
zwei aktiven Dichtungen aufweist,
Fig. 7 einen Schnitt entsprechend Fig. 5, wobei das Fenster
eine aktive und eine passive Dichtungen sowie einseitig
angeordnete Sensoren aufweist,
Fig. 8 einen Schnitt entsprechend Fig. 5, wobei das Fenster
zwei aktiven Dichtungen sowie beidseitig angeordnete
Sensoren aufweist, und
Fig. 9 einen Schnitt entsprechend Fig. 8, wobei das Fenster
zusätzlich an seiner Stirnseite noch eine aktive Dich
tungen sowie einen Sensor aufweist.
In Fig. 1 ist ein Fenster in Aufsicht dargestellt, das eine in
einem Fensterrahmen 2 gefaßte Fensterscheibe 3 aufweist, wobei
im Übergangsbereich des Fensterrahmens 2 und der Fensterscheibe
3 eine Dichtung zwischen der Fensterscheibe 3 und dem Fenster
rahmen 2 eine Dichtung angeordnet ist.
Desweiteren sind randseitig an den Flachseiten der Fenster
scheibe 3 und zwar im Bereich des Übergangs zwischen dem Fen
sterrahmen 2 und der Fensterscheibe 3 getrennt und unabhängig
voneinander angeordnete Piezoelemente 4 angeordnet, die zumin
dest mittelbar an dem Fensterrahmen 2 und der Fensterscheibe 3
anliegen.
Die Piezoelemente können - je nach Vorteile im jeweiligen Ein
satzfall - bspw. massiv sein und/oder aus mehreren aufeinander
gelegten Schichten einzelner Lagen von insbesondere folien-
und/oder scheibenartigen Piezokeramiken gebildet sind.
Die Piezoelemente 4 sind bevorzugt an Orten mit der höchsten
Modendichte angeordnet; d. h. an den Orten, an denen aufgrund
einer übertragenen Schwingung der höchste Kraftfluß und/oder
die größte Amplitude bzw. die höchste modale Dichte der über
tragenen Schwingung zu erwarten ist.
Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung bildet eine Vorrich
tung zur Beeinflussung von Geräuschen, die auf das Fenster zu
rückzuführen sind. Bei diesen Geräuschen kann es sich bspw. um
Windgeräusche handeln, die über die Fensterscheibe 3 als
Schwingungen übertragen werden. Ferner können es auch Schwin
gungen sein, die über den Fensterrahmen 2 übertragen werden und
die Fensterscheibe 3 zu Schwingungen, die u. a. als Geräusch
wahrnehmbar sind, erregen. Vor allem bei Kraftfahrzeugen wie
Flugzeugen, Bahnen und Bussen sowie insbesondere bei Lastkraft-
und/oder Personenkraftwagen sind diese Geräusche für die im In
nenraum wahrnehmbare Geräuschkulisse von besonderem Interesse.
Gleiches gilt für die Schallabstrahlung nach außen.
Anstelle der aus Fig. 1 bekannten Anordnung können die Piezo
elemente 4 zweckmäßigerweise auch in eine zumeist sowie schon
vorhandenen Dichtung integriert werden. Eine derartige Dichtung
wird im Gegensatz zu einer normalen, passiven Dichtung 8 im
folgenden aktive Dichtung 1 genannt.
Einige Möglichkeiten zur Ausbildung von derartig aktiven Dich
tungen 1 sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine Dichtung 1 mit einer Matrix 6 aus vorzugs
weise elektrisch leitendem Kunststoff, in den mehrere Piezoele
mente 4 in belibiger Größe, Orientierung und körperlicher Ge
staltung eingebettet sind. Eine derartige Anordnung wird i. a.
als 0-3-Piezokeramik-Polymer-Komposit bezeichnet. Im Bereich
der Wandungen sind günstigerweise elektrische Kontakte angeord
net, die durch elektrische Steuerleitungen 10 mit einer Steuer
einheit (nicht dargestellt) verbunden sind.
Durch die elektrischen Kontakte können die einzelnen Piezoele
mente 4 zum einen gezielt angesteuert werden und zum anderen
ist es möglich, eine elektrische Spannung abzugreifen, die z. B.
dadurch entstehen kann, das übertragenen Schwingungen einen
Drucks auf die Piezoelemente 4 ausüben und diese deformieren.
In einem einfachen Fall kann bei einer Dichtung 1 auch auf die
elektrischen Kontakte 5 verzichtet werden. In diesem Fall führt
eine auf übertragene Schwingungen zurückgehende Deformation der
Piezoelemente 4 zwar auch zu einer elektrischen Spannung. Die
elektrische Spannung wird hier dann aber Th eine Erwärmung der
Dichtung umgesetzt, womit das System ebenfalls gedämpft ist.
In Fig. 3 ist eine aktive Dichtung 1 mit einer Kunststoff-
Matrix 6 dargestellt, in der mehrere Piezoelemente 4 eingebet
tet sind. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2
sind diese Piezoelemente von bestimmter Größe und Form und zu
sätzlich orientiert angeordnet. Eine derartige Anordnung wird
i. a. als 1-3-Piezokeramik-Polymer-Komposit bezeichnet.
Im Bereich der Wandungen der Dichtung 1 sind ebenfalls elektri
sche Kontakte angeordnet, die gleichfalls durch elektrische
Steuerleitungen 10 mit einer Steuereinheit (nicht dargestellt)
verbunden sind. Im Unterschied zu der Dichtung nach Fig. 2 ist
bei der Dichtung nach Fig. 3 ein jedes Piezoelement einzeln
elektrisch kontaktiert und somit auch getrennt einzeln ansteu
erbar.
Über die elektrischen Kontakte können die einzelnen Piezoele
mente 4 gezielt zu Sekundär-Schwingungen mit gewünschten Fre
quenzen und Amplituden erregt werden. Die Skundär-Schwingungen
können mit den übertragenen Schwingungen interferiert und/oder
diesen überlagert werden. Im Falle einer negativen Interferenz
können die zuvor ohne diese Beeinflussung wahrgenommenen Geräu
sche zumindest verringert werden, während bei einer Überlage
rung bspw. eine gewünschte Beschallung mit Musik oder einer ge
sprochenen Nachricht möglich ist.
Die Piezoelemente 4' der Dichtung 1 sind vorzugsweise in der
Art von Pieostaks ausgebildet und/oder lamellenartig und insbe
sondere fluchtend hintereinander in der Dichtung 1 angeordnet.
Bei der Herstellung der Dichtung 1 werden die so angeordneten
Piezoelemente 4' sinnvollerweise vor dem Einlassen in den die
Matrix 6 der Dichtung bildenden Kunststoff noch elektrisch kon
taktiert. Damit die Dichtung 1 auch weiterhin ihren üblichen
Zweck erfüllt, ist der die Matrix 6 bildende Kunststoff bevor
zugt aus einem Polymer und insbesondere aus einem Elastomer ge
fertigt.
In Fig. 4 ist eine aktive Dichtung 1 mit einer Kunststoff-
Matrix 6 dargestellt, in der mehrere Piezoelemente 4" mit zu
geordneten piezoelektrischen Sensoren 7 eingebettet sind. Die
Piezoelemente 4" gleichen weitgehend denen nach Fig. 3.
Allerdings ist ihnen in Richtung ihrer aktiven Achse ein vor
zugsweise piezoelektrischer Sensor 7 nachgeordnet. Der Sensor
weist einen gemeinsamen und einen zusätzlichen elektrischen
Kontakt 5 auf. Der gemeinsame Kontakt 5, der zwischen dem Pie
zoelement 4' und dem Sensor 7 angeordnet ist, ist zweckmäßiger
weise geerdet bzw. auf ein elektrisches Null-Potential gelegt.
Über die elektrischen Kontakte können die einzelnen Piezoele
mente 4" gezielt zu Sekundär-Schwingungen mit gewünschten Fre
quenzen und Amplituden erregt werden. Die Sekundär-Schwingungen
können mit den übertragenen Schwingungen interferiert und/oder
diesen überlagert werden. Im Falle einer negativen Interferenz
können die zuvor ohne diese Beeinflussung wahrgenommenen Geräu
sche zumindest verringert werden, während bei einer Überlage
rung bspw. eine gewünschte Beschallung mit Musik oder einer ge
sprochenen Nachricht möglich ist.
In vorteilhafter Weise kann bei einer derartigen Dichtung 1 mit
dem Sensor 7 eine nach gewünschter Anregung der Piezoelemente
4" verbleibende Restschwingung ermittelt und entsprechend ge
steuert werden. Mit der zugehörigen Elektronik bildet also die
ses Piezo-/Sensorelement 4" einen Regelkreis aus. Aus diesem
Grund ist es u. a. günstig, den Sensor 7 in Kraftflußrichtung
und/oder parallel zu der Auslenkungsrichtung der zu erwartenden
Amplitude der übertragenen Schwingung nach dem erregbaren Pie
zoelement 4" anzuordnen.
Durch die einzelne elektrische Kontaktierung eines jeden Sen
sors 7 und der jeweiligen Piezoelemente 4" kann der Ermittlung
der Restschwingung und die Einleitung der Sekundär-Schwingung
mit einer guten Auflösung und Flexibilität erfolgen.
Mögliche Anordnungen der in den vorhergegangenen Figuren be
schriebenen aktiven Dichtung sind in den Fig. 5 bis 9 darge
stellt, wobei bei allen diesen Ausführungsbeispielen eine Fen
sterscheibe 3 in ihrem Randbereich auf ihren beiden Flachseiten
von dem Fensterrahmen umfaßt ist.
Fig. 5 zeigt einen quer zur Fläche der Fensterscheibe geführ
ten Schnitt durch eine in einem Fensterrahmen 2 eingebaute Fen
sterscheibe 2. Der Fensterrahmen 2 ist im Bereich der Überlap
pung des Fensterrahmens 2 mit der Fensterscheibe 3 zweiteilig
ausgeführt, damit die Fensterscheibe 3 randseitig auf ihren
beiden Flachseiten umfaßt ist. Im Bereich der Überlappung des
Fensterrahmens 2 mit der Fensterscheibe 3 ist links eine passi
ve Dichtung 8 und rechts eine aktive Dichtung 1 angeordnet. Die
passive Dichtung 8 ist von herkömmlicher Bauart, während die
aktive Dichtung eine der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten
Bauweisen aufweisen kann. Am vielseitigsten verwendbar ist hier
insbesondere die in Fig. 4 Art dargestellte einer aktiven
Dichtung 1.
Der in Fig. 6 dargestellte Schnitt entspricht weitgehend dem
jenigen nach Fig. 5, wobei hier allerdings auf beiden Flach
seiten der Fensterscheibe 3 aktive Dichtungen 1 angeordnet
sind. Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die
können die aktiven Dichtungen 1 eine der in den Fig. 2 bis 4
dargestellten Bauweisen aufweisen kann. Am vielseitigsten ver
wendbar ist hier ebenfalls insbesondere die in Fig. 4 darge
stellte Art einer aktiven Dichtung 1.
Bei dem Schnitt nach Fig. 7 entspricht der Aufbau demjenigen
nach Fig. 5, jedoch sind hier zwischen der passiven Dichtung 8
und der Flachseite der Fensterscheibe 3 Sensoren 7 angeordnet.
Bei dem Schnitt nach Fig. 8 entspricht der Aufbau demjenigen
nach Fig. 6, jedoch sind hier zwischen den aktiven Dichtungen
8 und den Flachseiten der Fensterscheibe 3 Sensoren 7 angeord
net.
Bei dem Schnitt nach Fig. 9 entspricht der Aufbau demjenigen
nach Fig. 8, jedoch weist das Fenster hier noch an der Stirn
seite des Fensterscheibe 3 eine weitere aktive Dichtung 1 mit
zugehörigem Sensor 7 auf. Hierdurch sind die Möglichkeiten zur
Einflußnahme auf die übertragenen Schwingungen noch weiter ver
bessert.
Für die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 7, 8 und 9 sind
insbesondere aktive Dichtungen 1 geeignet, wie sie anhand der
Fig. 2 und 3 beschrieben sind.
Insgesamt kann bei der Erfindung durch den Einsatz der Piezo
elemente 4, 4' und 4" die Übertragungsfunktion zwischen dem
Fensterrahmen 2 und der Fensterscheibe 3 sowie umgekehrt verän
dert werden. Bei der Verwendung direkt geregelt steuerbarer
Piezoelemente bzw. Dichtungen mit derartigen Piezoelementen
kann dies in vorteilhafter Weise sogar variabel und reversibel
erfolgen, so daß die Möglichkeiten zur Beeinflussung und hier
bei insbesondere zur Verstimmung verbessert sind.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von
zwei Beispielen beschrieben. In beiden Fällen handelt es sich
bei dem Fenster um ein Fenster eines Fahrzeugs, das von Luft
umströmt wird und bei dem über den Fensterrahmen 2 Schwingungen
auf die Fensterscheibe 3 übertragen werden. Beide Anregungen
der Fensterscheibe 3 (strömende Luft und von der Karosserie
übertragene Schwingungen) bilden einen Teil der im Innenraum
des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Automobils, eines Flug
zeugs oder eines Zugwagons wahrnehmbaren und bei niederen Fre
quenzen sogar spürbaren Geräuschkulisse.
Bei einer Vorrichtung gemäß Beispiel 1 weist das Fenster beid
seitig eine Dichtung ähnlich der in Fig. 1 dargestellten Dich
tung auf, wobei in dieser Dichtung keine elektrischen Kontakte
für die Piezoelemente 4 angeordnet sind. Das Beispiel 2 be
trifft ein Fenster mit beidseitig der Fensterscheibe 3 angeord
neter aktiver Dichtung 1, wobei diese Dichtung derjenigen nach
Fig. 4 entspricht.
Durch turbulent strömende Luft bilden sich Druckschwankungen
entlang der außenliegenden Flachseite des Fensters auf, die die
Scheibe zu Schwingungen erregen. Diese Schwingungen bewirken im
Bereich des Fensterrahmens sich verändernde Druckverläufe bzw.
Kraftflüsse in der Dichtung 1. Die sich verändernden Druckver
läufe bzw. Kraftflüsse bilden denjenigen Teil der übertragenen
Schwingungen, deren Anregung von außen kommt. Der andere Teil
der übertragenen Schwingung wird von der Karrosserie über den
Fensterrahmen 2 auf die Fensterscheibe übertragen. Auch diese
übertragenen Schwingungen bewirken im Bereich des Fensterrah
mens 2 sich verändernde Druckverläufe bzw. Kraftflüsse in der
Dichtung 1.
Durch diese Druckschwankungen bzw. Kraftflüsse wird das Kri
stallgitter der in der Dichtung 1 angeordneten Piezoelemente 4
entgegen ihrer Ruheladung verändert. Die Veränderung aus der
Ruhelage ist mit einer Energieaufnahme verbunden, welche Ener
gie der übertragenen Schwingung entzogen und in elektrische
Energie umgewandelt wird. Diese Energie wird anschließen in der
Form vom Wärme an den Kunststoff der Matrix 6 der Dichtung wei
tergegeben. Insgesamt ist durch diesen Vorgang die Gesamtener
gie und/oder die Zusammensetzung der Frequenzen der über den
Fensterrahmen 2 und/oder über die Fensterscheibe 3 übertragenen
Schwingungen verringert. Die Verringerung der Gesamtenergie der
übertragenen Schwingung stellt eine Dämpfung dar und bewirkt
eine Verringerung der von der Fensterscheibe 3 kommenden wahr
nehmbaren Geräusche.
Bei einer Vorrichtung gemäß Beispiel 2 weist das Fenster beid
seitig der Fensterscheibe 3 aktive Dichtungen 1 auf, wobei die
se Dichtungen 1 einer aktiven Dichtung 1 entsprechen, wie sie
in Fig. 4 dargestellt ist.
Wie schon bei Beispiel 1 wird durch diese Druckschwankungen
bzw. Kraftflüsse das Kristallgitter der in der Dichtung 1 ange
ordneten Piezoelemente 4 entgegen ihrer Ruheladung verändert.
Gleichfalls wird die so übertragenen Schwingung von den Senso
ren aufgenommen. Durch eine nicht dargestellt, aber hinreichend
bekannte Auswerteelektronik und die bekannten mathematischen
Algorithmen (Fourier-Transformation usw.) kann die Zusammenset
zung der Schwingung hinsichtlich ihrer Frequenzen und ihrer da
zugehörigen Amplituden und Phasen ermittelt werden.
Aufgrund der ermittelten Werte für die übertragene Schwingung
werden nun Daten generiert, mit denen die Piezoelemente ange
steuert und zu einer Sekundär-Schwingung erregt werden. Bei der
Sekundär-Schwingung können alle vorliegenden Frequenzen aber
auch nur diskrete Frequenzen berücksichtigt werden. Bei der Be
schränkung auf diskrete Frequenzen sind der bauliche und der
logistische Aufwand und damit auch die Kosten für eine erfin
dungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren ge
senkt.
Die künstlich erzeugte Sekundär-Schwingung wird mit der über
tragenen Schwingung interferiert. Die Gesamtenergie der nach
der Interferenz verbleibende Restschwingung ist zumindest ge
ringer als die Gesamtenergie der ursprünglich vorliegenden
übertragenen Schwingung. Die Verringerung der Gesamtenergie der
übertragenen Schwingung stellt eine Dämpfung dar und bewirkt
eine Verringerung der von der Fensterscheibe 3 kommenden wahr
nehmbaren Geräusche. Die verbleibende Restschwingung kann eben
falls durch die Sensoren gemessen werden. Hierbei kann insbe
sondere wie schon zuvor bei der übertragenen Schwingung die
Restschwingung entsprechend beeinflußt werden. Es handelt sich
also insgesamt um eine Regelstrecke.
Durch die 'in situ' - Ermittlung der real vorliegenden übertra
genen Schwingung kann die Sekundär-Schwingung immer in Abhän
gigkeit zu der übertragenen Schwingung verändert werden.
Anstelle der Ermittlung der real vorliegenden übertragenen
Schwingung kann zur Erzeugung der Sekundär-Schwingungen stell
vertretend auch eine exemplarisch ermittelte übertragene
Schwingung, die insbesondere von einem Parameter wie der Dreh
zahl, dem Kurbelwellenwinkel und/oder der Last usw. herangezo
gen werden. In diesem Fall werden dann die zur Erzeugung der
Sekundär-Schwingung benötigten Daten idealerweise einem Daten
speicher entnommen, in dem sie niedergelegt sind. In besonderer
Weise kann dieser Datensatz gezielt verändert werden. Dazu muß
das entsprechende System als lernfähiges System ausgebildet
sein.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen immer beidseitig eingelas
sene Fensterscheiben 3 dargestellt sind, betrifft die Erfindung
auch Fenster, die nur eine einseitig angeordnete Dichtung 1
aufweisen und ansonst in bekannter Weise einseitig bspw. durch
verschraubungen usw. befestigt oder auch, wie insbesondere bei
Seitenfenstern von Kraftfahrzeugen, in Führungsschienen geführt
sind. Bei derartigen Fenstern handelt es sich in besonderer
Weise um Fenster mit einseitig geklebten Fensterscheiben 3, wie
sie heutzutage vorzugsweise im Automobilbereich gebräuchlich
sind. Hierbei kann dann das Piezoelement 4, 4', 4" und/oder
der Sensor 7 bzw. die aktive Dichtung 1 im Bereich des Klebers
angeordnet sein oder selbst mit verklebt werden.
Desweiteren betrifft die Erfindung auch Fenster mit mehreren
Fensterscheiben (Doppelglasscheiben usw.), wobei es hier u. a.
aus Fertigungsgründen sinnvoll sein kann, die Piezoelemente im
Randbereich der Fensterscheiben und zwischen ihnen anzuordnen.
Dies kann in Form von einzelnen Piezoelementen, insbesondere
aber in der Form von aktiven Dichtungen erfolgen.
Sinnvollerweise wird im Fall einer aktiven und Kontakte 5 auf
weisenden Dichtung 1 die Dichtung 1 vorzugsweise baulich aus
gerichtet, bspw. unter Zuhilfenahme einer Nut angeordnet. Die
gezielte Ausrichtung der Dichtung 1 dient dazu, daß die aktive
Achse der Piezoelemente 4', 4" zumindest in etwa in Richtung
der höchsten Amplitude bzw. Modendichte und/oder in Kraft
flußrichtung weist.
Desweiteren kann durch eine entsprechende körperliche Gestal
tung der Dichtung 1 und der Aufnahme der Dichtung auch der Ort
eines Piezoelementes 4', 4" relativ zu seinem Einbauort fest
gelegt werden.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist bei den ansteuerbaren
Piezoelementen 4' und 4" - insbesondere bei in den aktiven
Dichtungen 1 angeordneten Piezoelementen 4' und 4" - noch dar
in zu sehen, daß durch die Anordnung der Piezoelemente im Rand
bereich des Fensters und im Bereich des Überganges zwischen der
Fensterscheibe 3 und dem Fensterrahmen 2 zur Beeinflussung der
Geräuschkulisse nur kleine Hübe notwendig sind. Dies gilt so
wohl bei der Erzeugung und/oder Erhöhung eines bestimmten Ge
räuscheindrucks als auch bei der Verminderung und/oder Unter
drückung bestimmter Geräusche.
Ferner ist aufgrund der kleinen Hübe und des geringen Verlust
stromes bei Piezoelementen der Energiebedarf bei dieser Ein
flußnahme günstigerweise gering.
Claims (24)
1. Verfahren zur aktiven Beeinflussung von von Fensterscheiben,
insbesondere von Fensterscheiben von Fahrzeugen, stammenden Ge
räuschen, vorzugsweise einer in einem Fahrgastraum wahrnehmba
ren Geräuschkulisse, wobei die Fensterscheiben unter Zuhilfe
nahme einer Dichtung in einem Fensterrahmen eingefaßt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich des Übergangs zwischen Fensterrahmen (2) und
Fensterscheibe (3), vorzugsweise in der Dichtung (1) zumindest
ein Piezoelement (4, 4', 4") angeordnet, insbesondere zwi
schengelegt wird und daß mit dem Piezoelement (4, 4', 4") die
Gesamtenergie und/oder die Zusammensetzung der Frequenzen der
über den Fensterrahmen (2) und/oder über die Fensterscheibe (3)
übertragenen Schwingungen verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Piezoelement (4, 4', 4") die Gesamtenergie der
übertragenen Schwingungen Energie entzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Piezoelement (4, 4', 4") die Amplituden zumindest
einer Frequenzen der übertragenen Schwingungen verändert, ins
besondere verringert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Piezoelement (4, 4', 4") von der Gesamtenergie der
übertragenen Schwingungen angeregt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Piezoelement (4, 4', 4") die übertragene Gesamtenergie
der Schwingungen zumindest teilweise zuerst in eine elektrische
Spannung und anschließend in Wärme umwandelt.
6. Verfahren zur aktiven Beeinflussung von von Fensterscheiben,
insbesondere von Fensterscheiben von Fahrzeugen, stammenden Ge
räuschen, vorzugsweise einer in einem Fahrgastraum wahrnehmba
ren Geräuschkulisse, wobei die Fensterscheiben unter Zuhilfe
nahme einer Dichtung in einem Fensterrahmen eingefaßt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich des Übergangs zwischen dem Fensterrahmen (2) und
der Fensterscheibe (3), vorzugsweise in der Dichtung (1) zu
mindest ein Piezoelement (4, 4', 4") angeordnet, insbesondere
zwischengelegt wird, daß das Piezoelement (4, 4', 4") zu einer
Sekundär-Schwingung angeregt wird, daß die Sekundär-Schwingung
mit der übertragenen Schwingung interferiert werden und daß
durch die Interferenz die wahrnehmbare Schwingung verändert,
vorzugsweise reduziert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sekundär-Schwingung in Abhängigkeit zu der übertragenen
Schwingung verändert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Fensterscheibe (3) eines Kfzs die Sekundär-
Schwingung in Abhängigkeit eines Parameters, insbesondere der
Drehzahl und/oder dem Kurbelwellenwinkel eines Verbrennungsmo
tors verändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Daten zur Steuerung der Sekundär-Schwingung einem Da
tensatz entnommen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Piezoelement (4, 4', 4") im Bereich einer Amplitude
bzw. im Bereich des höchsten Anpreßdruckes der übertragenen
Schwingung angeordnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Piezoelement (4, 4', 4") die Übertragungsfunktion
für die übertragene Schwingung verändert wird.
12. Vorrichtung zur aktiven Beeinflussung von von Fensterschei
ben, insbesondere von Fensterscheiben von Fahrzeugen, stammen
den Geräuschen, vorzugsweise einer in einem Fahrgastraum wahr
nehmbaren Geräuschkulisse, wobei die Fensterscheiben unter Zu
hilfenahme einer Dichtung in einem Fensterrahmen eingefaßt
sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich eines Übergangs zwischen Fensterrahmen (2) und
Fensterscheibe (3), vorzugsweise in der Dichtung (1) zwischen
Fensterrahmen (2) und Fensterscheibe (3) zumindest ein Piezo
element (4, 4', 4") angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Piezoelement (4, 4', 4") mit einer Steuereinheit ver
bunden ist und daß das Piezoelement (4, 4', 4") mit der Steu
ereinheit zu einer Sekundär-Schwingung erregbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung einen Datenspeicher aufweist und daß die
Daten zur Steuerung der Sekundär-Schwingung einem im Datenspei
cher niedergelegten Datensatz entnehmbar sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Piezoelement (4, 4', 4") im Bereich einer Amplitude
der übertragenen Schwingung angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Piezoelemente (4, 4', 4") in einer Dichtung (1)
angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtung (1) elektrisch kontaktiert ist und daß die
Kontakte (5) im Wandungsbereich der Dichtung (1) angeordnet
sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtung (1) eine Matrix (6) aus Kunststoff, bevorzugt
aus einem Polymer und besonders bevorzugt aus einem Elastomer
aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Piezoelemente (4) in der Dichtung (1) vereinzelt und
beliebig verteilt angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Piezoelemente (4', 4") in der Dichtung (1) vereinzelt
und ausgerichtet angeordnet sowie elektrisch kontaktiert sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Piezoelement (4', 4") mit seiner aktiven Achse in etwa
parallel zu der Auslenkungsrichtung der zu erwartenden Amplitu
de der übertragenen Schwingung ausgerichtet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Piezoelement (4', 4") mit seiner aktiven Achse in etwa
parallel zu der Richtung der von der übertragenen Schwingung
eingeleiteten Kraft angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Dichtung (1) Sensoren (7) für die Schwingungen ange
ordnet sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Piezoelement (4") in zwei Sektoren unterteilt ist, wo
bei der eine Sektor ein Piezoaktor (4') und der andere Sektor
der Sensor (7) ist.
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