DE102019210296B4

DE102019210296B4 - Vorrichtung zur Schallerzeugung und deren Herstellung und Verwendung

Info

Publication number: DE102019210296B4
Application number: DE102019210296.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Walther; Dimitrios Patsouras; Robert Joest; Johannes Kerkmann; Stephan Eisele; Jens Friedrich
Original assignee: Continental Engineering Services GmbH
Current assignee: Continental Engineering Services GmbH
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: DE102019210296A1

Abstract

Vorrichtung zur Schallerzeugung (10) zur Beschallung eines Innenraums eines Fahrzeugs (40), die Vorrichtung (10) aufweisend:einen elektrischen Aktuator (30) undeine Membran (20),wobei die Membran (20) aus zumindest einem Teil einer Innenverkleidung (25) des Fahrzeugs (40) besteht oder zumindest einen Teil der Innenverkleidung (25) des Fahrzeugs (40) aufweist und die Membran (20) mit dem elektrischen Aktuator (30) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist,die Membran (20) aus einem Teil der Innenverkleidung (25) besteht, wobei die Membran (20) mit dem elektrischen Aktuator (30) direkt kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist und wobeider elektrische Aktuator (30) in einer Aussparung eines Fahrzeugteils (45), als Träger ausgebildet, angeordnet ist,wobei eine derartige Trägerstruktur im Bereich des Aktuators (30) ausgespart und/oder tiefgezogen ist, damit keine Berührung zwischen Aktuator (30) und Trägerstruktur (45) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dassdas Fahrzeugteil (45) als Träger in einer Fahrzeugtür ausgebildet ist, wobei der elektrische Aktuator (30) ein Trägheitselement (31) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schallerzeugung, insbesondere zur Beschallung eines Innenraums eines Fahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren und eine Verwendung.
Hintergrund
In Fahrzeugen werden in vielen Fällen Vorrichtungen zur Schallerzeugung, insbesondere Lautsprecher, angeordnet. Dabei können zumindest einige Vorrichtungen zur Schallerzeugung einen hohen Platzbedarf aufweisen, und damit in zumindest einigen Fällen mit anderen Komponenten des Fahrzeugs zu einer beengten Einbausituation führen. Beispiele für diese anderen Komponenten können z.B. bewegliche Fenster, Fensterheber, Staufächer, Elektronikkomponenten oder sonstige Nebenaggregate, etc. sein.
Druckschrift DE 69 601 726 T2 offenbart eine Vorrichtung zur Schallerzeugung zur Beschallung eines Innenraums eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung einen elektrischen Aktuator und eine Membran aufweist, wobei die Membran mit dem elektrischen Aktuator kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
EP 0 054 945 A1 schlägt einen Lautsprecher für ein Automobil mit einem Audiosystem vor, wobei der Lautsprecher eine schwingende Membran aufweist, welche zwischen einem Abtrieb zum Anregen der Membran zu Schwingungen und einem Teil des Automobils angeordnet ist.
DE 103 58 643 A1 offenbart eine Innenverkleidung, welche direkt mit einem Aktuator verbunden ist und von diesem zu Schwingungen angeregt wird.
Beschreibung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine geänderte Vorrichtung zur Schallerzeugung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt weist eine Vorrichtung zur Schallerzeugung zur Beschallung eines Innenraums eines Fahrzeugs einen elektrischen Aktuator und eine Membran auf. Dabei besteht die Membran zumindest aus einem Teil der Innenverkleidung des Fahrzeugs oder weist zumindest einen Teil einer Innenverkleidung des Fahrzeugs auf. Ferner ist die Membran mit dem elektrischen Aktuator kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden.
Eine Vorrichtung zur Schallerzeugung wandelt elektrische Signale in Schallwellen um. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus, Lastkraftwagen oder Motorrad, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff oder ein Luftfahrzeug. Ein Innenraum eines Fahrzeugs ist dazu eingerichtet, Passagiere anzuordnen. Der Innenraum kann geschlossen sein, wie z.B. bei einer Limousine, der Innenraum kann offen sein, wie z.B. bei einem Cabriolet oder Motorrad.
Ein elektrischer Aktuator wandelt elektrische Signale in eine Bewegung um, z.B. in eine Bewegung entlang einer Mittelachse des Aktuators. Der Aktuator kann dazu beispielsweise ein elektrodynamisches, permanentdynamisches, elektrostatisches und/oder piezoelektrisches Prinzip nutzen.
Eine Membran ist ein flächiges Gebilde, das eine Bewegung, z.B. entlang einer Normalen der Membran, auf zumindest einen großen Teil der Fläche der Membran verteilt. Je nach Bauart und Frequenz kann sich die Membran z.B. kolben- oder wellenförmig bewegen. Die Membran kann gerade, gebogen, gewellt sein und/oder eine andere Form aufweisen. Die Membran kann eine oder mehrere Schichten oder Lagen aufweisen. Die Membran besteht zumindest aus einem Teil der Innenverkleidung des Fahrzeugs oder weist zumindest einen Teil der Innenverkleidung des Fahrzeugs auf. Die Innenverkleidung des Fahrzeugs ist zumindest teilweise in dem Innenraum oder von dem Innenraum des Fahrzeugs sichtbar. Die Innenverkleidung kann beispielsweise ein Armaturenbrett, eine Fahrzeugsäule (z.B. eine A-Säule), eine Türverkleidung, und/oder weitere aufweisen. Die zum Innenraum sichtbare Oberfläche kann z.B. Leder, Kunstleder, Alcantara, Stoff, Kunststoff, Holz, Metall wie z.B. Aluminium und/oder andere Materialien aufweisen. Wenn die Vorrichtung zur Schallerzeugung mit Energie beaufschlagt wird, dann kann sich zumindest ein Teil der sichtbaren Innenverkleidung bewegen. Die Membran ist mit dem elektrischen Aktuator kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Die Membran kann mit dem elektrischen Aktuator beispielsweise verklebt, verschweißt, verlötet, verklemmt und/oder verschraubt sein.
Mittels dieser Vorrichtung ist es möglich, einen Schallwandler auch an zumindest einigen engen und/oder schwer zugänglichen Stellen, z.B. in einem Fahrzeug, anzuordnen. Zumindest für einige der Vorrichtungen kann das „Problem der unendlichen Schallwand“ (Verhinderung von akustischem Kurzschluss) durch eine akustische Trennung der Vorder- und Rückseite der Innenverkleidung gelöst werden. Auch kann die Membran recht robust ausgelegt werden, so dass diese robuster gegen eine Beschädigung, z.B. durch Flüssigkeit - wie z.B. bei einer Papiermembran - sein kann.
In einigen Ausführungsformen weist die Membran weiterhin eine steife und/oder versteifende Zwischenlage auf, wobei die steife und/oder versteifende Zwischenlage zwischen dem elektrischen Aktuator und der Innenverkleidung angeordnet ist. Die steife und/oder versteifende Zwischenlage ist ebenfalls Teil der Membran. Die steife und/oder versteifende Zwischenlage kann ebenfalls kraft-, form- oder stoffschlüssig mit der dem elektrischen Aktuator und/oder der Innenverkleidung verbunden sein. Dadurch kann beispielsweise der Frequenzgang der Vorrichtung und/oder deren Wirkungsgrad verbessert werden.
In einigen Ausführungsformen weist die Membran Polypropylen (PP), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), andere Kunststoffe, Gewebe aus Kohlenstofffaser oder Glasfaser, Naturfaserwerkstoffe wie Hanf, Flachs, Sisal, Baumwolle und/oder andere Stoffe, Jute, Leder, Kunstleder, Alcantara, Holz, Metall wie Aluminium oder Stahl, und/oder andere Materialien und/oder eine Kombination aus diesen Materialien auf oder besteht aus diesen Materialien. Die Membran kann insbesondere aus weichen Materialien bestehen oder diese aufweisen. Eine Verarbeitung der genannten Materialien kann mehrere dieser Materialien zu einem Verbundwerkstoff zusammenfügen und/oder eine Tränkung mit verschiedenen Harzen wie Epoxidharz oder Phenolharz vorsehen, sowie eine über der Fläche unterschiedlich starke Verpressung der Materialien oder Verbundstoffe realisieren. Durch die Verwendung dieser Materialien hat sich bei Experimenten eine sehr gute akustische Qualität ergeben.
In einigen Ausführungsformen weist die Membran weiterhin eine federnde Zwischenlage auf, wobei die federnde Zwischenlage zwischen dem elektrischen Aktuator und der Innenverkleidung angeordnet ist. Die federnde Zwischenlage kann z.B. aus Schaumstoff- oder Filzmaterial beschaffen sein oder diese Materialien aufweisen. Die federnde Zwischenlage kann - zusätzlich oder statt der steifen Zwischenlage - Teil der Membran sein. Durch diese federnde Zwischenlage kann sich in einigen Frequenzbereichen die akustische Qualität verbessern. Für bestimmte Anordnungen der Vorrichtung kann dies zur Erhöhung der Robustheit beitragen.
In einigen Ausführungsformen basiert der elektrische Aktuator auf einem elektrodynamischen, permanentdynamischen und/oder piezoelektrischen Prinzip.
In einer Ausführungsform weist der elektrische Aktuator ein Trägheitselement auf. Das Trägheitselement ist mit dem Aktuator gekoppelt und/oder Teil des Aktuators. Damit kann für bestimmte Frequenzbereiche die akustische Qualität und/oder der Wirkungsgrad weiter verbessert werden.
In einer Ausführungsform ist der elektrische Aktuator in einer Aussparung eines Fahrzeugteils angeordnet. Das Fahrzeugteil kann beispielsweise ein Träger sein, z.B. in einer Fahrzeugtür. Eine derartige Trägerstruktur kann im Bereich des Aktuators ausgespart und/oder tiefgezogen sein, damit keine Berührung zwischen Aktuator und Trägerstruktur entsteht. Damit wird die Vorrichtung zur Schallerzeugung von weiteren Fahrzeugteilen entkoppelt.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin aufweisend ein Verbindungselement auf, wobei das Verbindungselement dazu eingerichtet ist, eine mechanische Verbindung mit einem anderen Teil des Fahrzeugs herzustellen. Das Verbindungselement kann einen elastischen Bereich und/oder einen Dämpfer aufweisen, um beispielsweise für bestimmte Frequenzbereiche die akustische Qualität und/oder den Wirkungsgrad weiter zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen ist der Aktuator, von dem Innenraum des Fahrzeugs, hinter der Innenverkleidung angeordnet. Dabei ist der Aktuator nicht im Innenraum des Fahrzeugs sichtbar, d.h. beispielsweise hinter der Innenverkleidung angeordnet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Verbergen der Vorrichtungen gewünscht wird.
In einigen Ausführungsformen der Aktuator, von dem Innenraum des Fahrzeugs, vor der Innenverkleidung angeordnet ist. Dabei ist der Aktuator im Innenraum des Fahrzeugs sichtbar, d.h. beispielsweise vor der Innenverkleidung angeordnet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Sichtbarkeit der Vorrichtungen gewünscht wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine breitbandige Schallabstrahlung im gesamten Hörbereich, insbesondere zwischen 20 Hz und 20 kHz, zu realisieren. Es können aber auch z.B. Hochtöner oder Tieftöner gebildet werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Schallerzeugung. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

- Bereitstellen eines elektrischen Aktuators; und
- Anordnen einer Membran auf dem Aktuator, wobei die Membran aus einem Teil der Innenverkleidung besteht oder zumindest einen Teil einer Innenverkleidung eines Fahrzeugs aufweist und wobei das Anordnen der Membran mit dem elektrischen Aktuator eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung umfasst.

Ein weiterer Aspekt betriff eine Verwendung einer Vorrichtung zur Schallerzeugung wie oben und/oder nachfolgend beschrieben zur Beschallung eines Innenraums eines Fahrzeugs.
Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
3 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 40 mit einer Vorrichtung 10 zur Schallerzeugung gemäß einer Ausführungsform. Ausführungsformen der Vorrichtung 10 sind in einer A-Säule 41, in einer C-Säule 42 und in einer Fahrzeugtür 43 angeordnet. Die Vorrichtungen 10 können einen ähnlichen Frequenzbereich aufweisen und/oder, gegebenenfalls abhängig von dem Ort der Anbringung, schmalbandigerz.B. als Hochtöner oder Tieftöner - ausgelegt sein.
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur Schallerzeugung gemäß einer Ausführungsform. Zur deutlicheren Darstellung sind einige Elemente im Verhältnis deutlich größer bzw. kleiner dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist einen elektrischen Aktuator 30 auf. Der Aktuator 30 kann z.B. auf einem elektrodynamischen, permanentdynamischen und/oder piezoelektrischen Prinzip basieren. Weiterhin weist die Vorrichtung 10 eine Membran 20 auf, die zumindest aus einem Teil einer Innenverkleidung 25 des Fahrzeugs 40 besteht oder zumindest einen Teil der Innenverkleidung 25 des Fahrzeugs 40 aufweist. Die Innenverkleidung 25 kann sich, wie gepunktet gezeigt, über die Membran 20 hinaus fortsetzen. Die Innenverkleidung 25 kann, außerhalb der Membran 20, mit einem Fahrzeugteil 45 verbunden sein. Die Membran 20 kann mit dem elektrischen Aktuator 30 direkt oder über Zwischenlagen kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Dabei kann zwischen dem elektrischen Aktuator 30 und der Innenverkleidung 25 eine steife und/oder versteifende Zwischenlage 27 und/oder eine federnde Zwischenlage 26 angeordnet sein. Die Vorrichtung 10 kann optional und/oder abhängig von dem Frequenzbereich der Vorrichtung 10 ein Trägheitselement 31 aufweisen. Der Aktuator 30 ist in der gezeigten Ausführungsform durch eine Aussparung 47 des Fahrzeugteils 45 geführt bzw. teilweise im Bereich der Aussparung 47 angeordnet.
3 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur Schallerzeugung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist die Innenverkleidung 25 gewölbt dargestellt. an der Innenverkleidung 25 ist eine steife und/oder versteifende Zwischenlage 27 und/oder eine federnde Zwischenlage 26 angeordnet. An einer dieser Zwischenlagen 26, 27 ist ein Aktuator 30 angeordnet bzw. mit der Zwischenlage kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Weiterhin wird deutlich, wie beispielsweise der Aktuator 30 im Bereich der Aussparung 47 eines Fahrzeugteils 45 angeordnet sein kann.
4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm 50 eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform. In einem Schritt 51 wird ein elektrischer Aktuator 30 bereitgestellt. In einem Schritt 52 wird eine Membran 20 auf dem Aktuator 30 angeordnet, wobei die Membran 20 aus einem Teil der Innenverkleidung 25 besteht oder zumindest einen Teil einer Innenverkleidung 25 eines Fahrzeugs aufweist und wobei das Anordnen die Membran (20) mit dem elektrischen Aktuator (30) eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung umfasst.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zur Schallerzeugung
20: Membran
25: Innenverkleidung
26: federnde Zwischenlage
27: steife Zwischenlage
30: elektrischer Aktuator
31: Trägheitselement
38: Verbindungselement
40: Fahrzeug
41: A-Säule
42: C-Säule
43: Fahrzeugtür
45: Fahrzeugteil
47: Aussparung
50: Flussdiagramm
51, 52: Schritt

Claims

Vorrichtung zur Schallerzeugung (10) zur Beschallung eines Innenraums eines Fahrzeugs (40), die Vorrichtung (10) aufweisend: einen elektrischen Aktuator (30) und eine Membran (20), wobei die Membran (20) aus zumindest einem Teil einer Innenverkleidung (25) des Fahrzeugs (40) besteht oder zumindest einen Teil der Innenverkleidung (25) des Fahrzeugs (40) aufweist und die Membran (20) mit dem elektrischen Aktuator (30) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist, die Membran (20) aus einem Teil der Innenverkleidung (25) besteht, wobei die Membran (20) mit dem elektrischen Aktuator (30) direkt kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist und wobei der elektrische Aktuator (30) in einer Aussparung eines Fahrzeugteils (45), als Träger ausgebildet, angeordnet ist, wobei eine derartige Trägerstruktur im Bereich des Aktuators (30) ausgespart und/oder tiefgezogen ist, damit keine Berührung zwischen Aktuator (30) und Trägerstruktur (45) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugteil (45) als Träger in einer Fahrzeugtür ausgebildet ist, wobei der elektrische Aktuator (30) ein Trägheitselement (31) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Membran (20) Polypropylen, PP, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere, ABS, andere Kunststoffe, Gewebe aus Kohlenstofffaser oder Glasfaser, Naturfaserwerkstoffe wie Hanf, Flachs, Sisal, Baumwolle und/oder andere Stoffe, Jute, Leder, Kunstleder, Alcantara, Holz, Metall wie Aluminium oder Stahl, und/oder andere Materialien und/oder eine Kombination aus diesen Materialien aufweist oder aus diesen besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Aktuator (30) auf einem elektrodynamischen, permanentdynamischen und/oder piezoelektrischen Prinzip basiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (30), von dem Innenraum des Fahrzeugs, hinter der Innenverkleidung (25) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei der Aktuator (30), von dem Innenraum des Fahrzeugs, vor der Innenverkleidung (25) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zur Schallerzeugung (10) dazu eingerichtet ist, Schall zwischen 20 Hz und 20 kHz auszusenden.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Schallerzeugung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: - Bereitstellen eines elektrischen Aktuators (30); und - Anordnen einer Membran (20) auf dem Aktuator (30), wobei die Membran (20) aus einem Teil der Innenverkleidung (25) besteht oder zumindest einen Teil einer Innenverkleidung (25) eines Fahrzeugs aufweist und wobei das Anordnen die Membran (20) mit dem elektrischen Aktuator (30) eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung umfasst.
Verwendung einer Vorrichtung zur Schallerzeugung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer nach Anspruch 7 hergestellten Vorrichtung zur Schallerzeugung (10) zur Beschallung eines Innenraums eines Fahrzeugs.