DE102009048866A1

DE102009048866A1 - Akustisches Antriebselement mit Mittenloch

Info

Publication number: DE102009048866A1
Application number: DE200910048866
Authority: DE
Inventors: Robert Boesnecker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Umsetzer von elektrischen Wechselsignalen in mechanische Schwingungsbewegungen, der als Antriebselement für Membranen oder membranartige Materialien, die Frequenzen im Hörbereich des Menschen wenigstens teilweise wiedergeben können, verwendet werden kann. Dabei besitzt der Umsetzer wenigstens teilweise einen materialfreien Bereich vorzugsweise in seiner Mitte. Diese Öffnung verwenden andere Materialien oder Konsistenzen wenigstens teilweise vorteilhaft zur Realisierung neuartiger Anwendungen und/oder zur Leistungssteigerung des Antriebselements.

Description

Die hier offen gelegte Vorrichtung dient zur Schwingungserregung von Materialien vorzugsweise beliebiger fester Konsistenz, wobei das Antriebselement wenigstens ein durch das gesamte Antriebselement hindurch gehendes Loch und/oder Öffnung vorzugsweise in seiner Mitte besitzt. Wenigstens vorzugsweise die Mitte des Schwingungserregers ist ohne Material, was sich beispielsweise vorteilhaft auf das Gesamtgewicht und/oder die Belüftung auswirkt und weiterhin eine Fülle neuer Anwendungen des Antriebselements ermöglicht.
Weiterhin wird ein Verfahren beschrieben, daß das Erzeugen von akustischen Signalen mittels des oben genannten Antriebselements aufzeigt. Dabei wird eine Umsetzung eines elektrischen Signals in eine mechanische Schwingungsbewegung durchgeführt. Der Umsetzer wird dann an ein weiteres Material gekoppelt, das die Schwingungen überträgt. Somit treibt der Umsetzer das weitere Material an, weshalb er auch als Antriebselement bezeichnet werden kann. Das Antriebselement arbeitet vorzugsweise nach dem elektrodynamischen Prinzip. Es können allerdings auch andere Prinzipien zum Einsatz kommen, wie beispielsweise das piezokeramische Prinzip.
Aufgabenstellung:
Einige bisherige Antriebselemente arbeiten mit einem Zentralmagneten, der häufig als Scheibenmagnet ausgebildet ist. Andere Antriebselemente arbeiten mit Ringmagneten und Polstücken und/oder Polschuhen, welche die Führung der magnetischen Feldlinien bewerkstelligen.
Die bislang offen gelegten Bauweisen sind so konstruiert, daß sich in der Mitte des Antriebssystems vorzugsweise Magnete und/oder Polstücke und/oder anderes Material befinden.
Die hier offen gelegte Erfindung zeigt auf wie eine Gewichtsreduzierung durch eine neuartige Konstruktion zu ermöglichen ist, wobei die Mitte des Antriebssystems Material frei ist und somit das System weniger Gewicht aufweist, verglichen mit einem System alter, bekannter Bauweise.
Ein weiterer Teil dieser Erfindung ist es, eine wenigstens teilweise verbesserte Belüftung der schwingenden Spule durch das ”Mittenloch” zu ermöglichen, was zu einer höheren Dauerbelastung führt und einen weiteren Vorteil gegenüber den Systemen alter, bekannter Bauweise hervor bringt.
Eine weiterer Teil dieser Erfindung ist es, daß durch das ”Mittenloch” weitere Stoffe und/oder Konsistenzen wie beispielsweise Licht, Wasser, Luft, Düfte, Puder, Seile, Antriebselemente und vieles mehr mit dem Schwingungserreger verbunden und/oder durch ihn hindurch geführt und/oder durch ihn hindurch geleitet und/oder mit seiner Hilfe freigesetzt und/oder mit seiner Hilfe übertragen werden.
Beispiele:
Einbau-Deckenleuchte mit elektrodynamischem Antriebselement:
In diesem Anwendungsbeispiel soll eine Deckenplatte verwendet werden um einerseits eine Leuchte zu beinhalten und andererseits als Membrane für ein Antriebselement zu agieren. In diesem Fall tritt bislang folgendes Problem auf:
Bei der Verwendung einer starken LED und/oder Halogenlampe als Lichtquelle entsteht im Betrieb Abwärme, die abgeleitet werden muß. Bei der bislang verwendeten Zentral-Magnet Technik kann eine LED beispielsweise nur unterhalb des Schwingungserregers angebracht werden. Die Offenlegung der Siemens AG EP 1977627 beschreibt in einem Anwendungsfall den Einsatz von LEDs, wobei das Thema Leuchtmittel-Abwärme nicht behandelt wird. Die Offenlegung zeigt nur, wie Leuchtmittel unterhalb des Schwingungserregers anzubringen sind.
Hier zeigt sich in der Praxis aber ein wesentliches Problem:
LEDs, die keine Abwärme produzieren, besitzen nur eine geringe Leuchtkraft. Sie können als Effektbeleuchtung eingesetzt werden, für die Allgemeinbeleuchtung sind sie ungeeignet. Werden nun leistungsstarke Leuchtmittel, beispielsweise auch Halogenlampen, eingesetzt, so entsteht in dieser Applikation unter dem Antriebselement eine große Wärme, die das Magnetsystem des Antriebselements schädigt, da Permanentmagnete bei zu großer Wärme ihre magnetische Eigenschaft verlieren. Dies tritt je nach Magnet-Material bei 80 bis 150 Grad Celsius auf. Moderne Leuchtmittel werden aber durchaus wärmer.
Eine Lösung bietet die hier offen gelegte Konstruktion des Antriebselements mit Mittenloch. Das Leuchtmittel kann nun oberhalb des Antriebselements plaziert werden und dessen Licht wird wenigstens teilweise durch das Antriebselement mittig hindurch geleitet. Die Abwärme des Leuchtmittels steigt nach oben hin, also vom Antriebselement weg, auf und zerstört somit das Magnetsystem nicht durch die thermische Belastung.
Deckenplatte mit Wasserspender und Antriebselement:
Beispielsweise soll eine Wasser spendende Eigenschaft wie sie beispielsweise bei Sprinkler Anlagen verwendet wird, zur Schwingungserregung hinzugefügt werden oder umgekehrt.
Deckenplatte mit Luftspender und Antriebselement:
Beispielsweise soll eine Luft gebende Eigenschaft wie sie beispielsweise bei Klimasystemen zum Einsatz kommt, zur Schwingungserregung hinzugefügt werden oder umgekehrt.
In beiden Fällen erweisen sich die bisher eingesetzten Konstruktionen aus Magnet und Schwingspule als ungeeignet, da sie in ihrer Mitte das Magnetsystem und/oder Polstücke haben. Dadurch können die oben genannten Zusatzfunktionen beispielsweise nicht oder nur sehr eingeschränkt realisiert werden. Diese Offenlegung löst nun das Problem erfindungsgemäß durch eine mittig und/oder im wesentlichen mittig Material freie Konstruktion. Somit können wie im obigen Beispiel genannt, Wasser oder Luft durch das Mittenloch strömen.
Klangverbesserung bei Mobiltelephonen:
Der Klang bisheriger Mobiltelephone ist beschnitten durch die beschränkte Größe des Lautsprechers. Immer größer werdende Displayflächen verhindern den Einbau größerer Lautsprecher. Je größer die Displayflächen werden, desto kleiner müssen die Lautsprecher werden. Mit Hilfe des Antriebselements mit Mittenloch läßt sich hier ein Umdenken ermöglichen. Das Antriebselement wird hierbei im wesentlichen rechteckig geformt und von seiner Größe her so angepaßt, daß es etwas größer ist als das Display selbst. Das Antriebselement mit Mittenloch sieht in dieser Anwendung eher aus wie ein Rahmen, der sich um das Display erstreckt. Die vom Antriebselement erzeugten Schwingungen werden am Display vorbei an die Frontscheibe des Mobiltelephons geleitet. Somit wird das Display wenig oder überhaupt nicht von den Schwingungen beeinträchtigt. Mit wachsender Displaygröße wächst dann auch das Antriebselement, was sich positiv auf seine Leistungsfähigkeit und somit auf seinen Klang auswirkt.
Das hier genannte Beispiel arbeitet unterschiedlich zur Sound-VU Technologie. Die SoundVU Technologie der Firma nxt versucht mit bislang bekannten Antriebselementen (ohne Mittenloch) eine Displayscheibe als Membrane zu nutzen. Da die bislang bekannten Antriebselemente kein Mittenloch besitzen, werden die Antriebselemente in den Ecken der Displayscheibe positioniert. Damit leiden sie aber unter dem gleichen Problem wie die konventionellen Lautsprecher der Mobiltelephone: je größer die Displays werden, desto kleiner müssen die akustischen Elemente sein.
Klangverbesserung im Innenraum von Automobilen:
Eine einfache Möglichkeit beispielsweise den Fahrer eines Automobils mit verbessertem Audioklang zu versorgen besteht darin, die Luftaustrittsöffnungen oder Luftdüsen im Innenraum mit Antriebselementen mit Mittenloch auszurüsten. Üblicherweise befinden sich auf rechter und linker Seite neben dem Fahrer jeweils eine Luftdüse. Die Antriebselemente werden nun so gestaltet, daß ihre Abmessungen etwas größer sind, als die Abmessungen der Luftdüse, wodurch sie quasi einen Rahmen um die Luftdüse herum bilden können. Somit kann die Luft ungehindert hindurch strömen. Zusätzlich erzeugen die Antriebselemente Schwingungen, die das Armaturenbrett und/oder die Innenverkleidung zum Mitschwingen anregen. Somit lassen sich Audiosignale, beispielsweise die des Autoradios, zum Fahrer hin hörbar machen. Da der Fahrer meistens mittig zwischen der rechten und der linken Luftdüse sitzt, kann ein besseres Stereo Klangbild erzeugt werden, als dies durch konventionelle Türlautsprecher möglich ist.
Hörverbesserung beim Menschen:
Nur zu gut bekannt sind Hörgeräte, bei denen der Patient einen Haselnuß-großen Elektro-Pfropfen ins Ohr hinein gesteckt bekommt, wodurch sein Gehörgang vollständig verschlossen wird. Dieser „Verschluß” ist notwendig, damit eine akustische Rückkoppelung zwischen dem Mikrophon an der Außenseite und einem Lautsprecher in der Innenseite des Hörgerätes vermieden werden kann. Der Patient hat somit auch bei noch teilweise funktionierendem Hörorgan keine Chance, seine Außenwelt im Original wahrzunehmen. Er kann ausschließlich den Lautsprecher des Hörgerätes hören, was aufgrund des eingeschränkten Frequenzgangs häufig kein Genuß ist. Hier läßt sich nun das Antriebselement mit Mittenloch einfach und nutzbringend einsetzen: Der Durchmesser des Antriebselements wird so gestaltet, daß der Patient sich den „Hör-Ring” über das Ohr stülpen kann. Der Hör-Ring klemmt dann zwischen Außenohr und Schädel. Die erzeugten Schwingungen werden nun nicht auf das Trommelfell des Patienten übertragen, sondern auf den Schädelknochen rund um das Ohr herum. Dadurch bleibt das Trommelfell frei. Der Hör-Ring überträgt quasi nur die dem Patienten fehlenden Frequenzanteile. Der Hör-Ring wird versorgt durch eine zusätzliche Elektronik, die über Mikrophone, Signalverarbeitung, Verstärker und Batterie verfügt. Damit der Patient zweiohrig hören kann, sind zwei Hör-Ringe notwendig. Diese können rund gestaltet sein, aber auch ovale Formen sind möglich. Weiterhin können die Hör-Ringe durch Bügel oder ähnliches, wie es beispielsweise bei Kopfbügel-Kopfhörern der Fall ist, stabilisiert und/oder fixiert werden um einen besseren Halt zu gewährleisten.
Natürlich können auch normal hörende Menschen diese Hör-Ringe anstelle von Kopfhörern verwenden, weil vorteilhafterweise die Trommelfelle frei bleiben, und somit das Umgebungsgeräusch originalgetreu wahrgenommen werden kann, was beispielsweise im Straßenverkehr oder bestimmten Berufen von großer Bedeutung ist.
Weiterhin kann überall dort, wo schon eine Öffnung existiert, durch ein Antriebselement mit entsprechend angepaßter Öffnung eine akustische Eigenschaft hinzugefügt werden, ohne die Funktion der ursprünglichen Öffnung gestört werden muß.
Beschreibung der Abbildungen
1
Diese Abbildung zeigt einen Querschnitt durch ein Antriebselement mit Mittenloch. Ein Permanentmagnet 1 liefert das Magnetfeld, das durch den Magnetismus leitende Materialien 2, sogenannte Polstücke, so geformt wird, daß sich eine Spule 3 darin befinden und darin bewegen kann. Die Bewegung erfolgt in der Abbildung auf und ab, also vertikal. Die Spule 3 ist ebenfalls im Querschnitt zu sehen und hier beispielhaft mit drei Windungen (drei schwarze Punkte) angedeutet. Die Spule ist auf einen Spulenkörper 6 gewickelt.
Da auch der Spulenkörper 6 im Querschnitt zu sehen ist, ist er lediglich als feiner Strich zu erkennen. Am oberen und unteren Ende des Spulenkörpers 6 befinden sich Endstücke 4 an denen eine Aufhängung 5 befestigt ist. Diese Aufhängung fixiert den Spulenkörper und somit auch die Spule am inneren Polstück N.
Die Spulenwicklungen werden über die Zuleitungen 7 mit Strom versorgt.
Die mittlere senkrechte Linie stellt die Symmetrieachse dar, zu der die Darstellung des Antriebselements symmetrisch ist.
Die Linie ist kein Bestandteil des Antriebselements.
2
Diese Abbildung zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch ein Antriebselement mit Mittenloch. Ein Permanentmagnet 1 liefert das Magnetfeld, das durch Polstücke 2, so geformt wird, daß sich eine Spule 3 darin befinden und darin bewegen kann. Die Bewegung erfolgt in der Abbildung auf und ab, also wieder vertikal. Die Spule 3 ist ebenfalls im Querschnitt zu sehen und hier beispielhaft mit drei Windungen (drei schwarze Punkte) angedeutet. Die Spule ist auf einen Spulenkörper 6 gewickelt. Da auch der Spulenkörper 6 im Querschnitt zu sehen ist, ist er lediglich als feiner Strich zu erkennen. Am oberen und unteren Ende des Spulenkörpers 6 befinden sich Endstücke 4 an denen eine Aufhängung 5 befestigt ist. Diese Aufhängung fixiert den Spulenkörper und somit auch die Spule am äußeren Polstück S.
Die Strom-Zuleitungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Die mittlere senkrechte Linie stellt wieder die Symmetrieachse dar, zu der die Darstellung symmetrisch ist. Sie ist kein Bestandteil des Antriebselements.
3
Diese Abbildung zeigt wieder einen Querschnitt durch ein Antriebselement mit Mittenloch. Der Permanentmagnet 1 besteht hier allerdings aus mehreren Einzelmagneten.
Die Polstücke 2 sind entsprechend ausgestaltet, daß sie eine Mehrzahl von Magneten bedienen können.
Das Spulensystem aus 3, 4, 5 ist nicht dargestellt. Die mittlere senkrechte Linie stellt wieder die Symmetrieachse dar, zu der die Darstellung symmetrisch ist. Sie ist kein Bestandteil des Antriebselements.
4
Diese Abbildung zeigt wieder einen Querschnitt durch ein Antriebselement mit Mittenloch. Der Permanentmagnet 1 besitzt hier allerdings eine horizontale Magnetisierungsrichtung. Die Polstücke 2 sind entsprechend ausgestaltet, daß sie die vertikale Magnetisierungsrichtung bedienen können.
Das Spulensystem aus 3, 4, 5 ist nicht dargestellt.
Die mittlere senkrechte Linie stellt wieder die Symmetrieachse dar, zu der die Darstellung symmetrisch ist. Sie ist kein Bestandteil des Antriebselements.
5
Diese Abbildung zeigt wieder einen Querschnitt durch ein Antriebselement mit Mittenloch. Hier werden allerdings zwei Permanentmagnete 1 verwendet. Beide sind vertikal magnetisiert und so gepolt, daß sich ein Magnetfeld bilden läßt, in dem sich die Spule befinden und bewegen kann. In diesem Beispiel sind keine Polstücke notwendig. Um die Magneten auf Position zu halten wird ein den Magnetismus nicht leitendes Material 8, beispielsweise ein Kunststoff verwendet.
Die mittlere senkrechte Linie stellt wieder die Symmetrieachse dar, zu der die Darstellung symmetrisch ist. Sie ist kein Bestandteil des Antriebselements.
6
Diese Abbildung zeigt einen Querschnitt durch und eine Draufsicht auf ein Antriebselement mit Mittenloch. Hier wird beispielhaft ein geschichtetes Magnetsystem 1 gezeigt. Viele vertikal magnetisierte Teilmagnete bilden in dieser Anordnung ein Gesamtsystem.
Durch entsprechende Ausgestaltung der Polstücke 2 läßt sich so ein sehr leistungsstarkes Gesamtsystem erstellen.
Die Draufsicht zeigt nur das Magnetsystem beispielhaft ohne die Polstücke.
Das Spulensystem aus 3, 4, 5 ist nicht dargestellt.
7
Diese Abbildung zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch und eine Draufsicht auf ein Antriebselement mit Mittenloch. Hier wird beispielhaft ein segmentiertes Magnetsystem 1 gezeigt.
Sollten ringförmige Magneten wie in 6 aus Kostengründen nicht in Frage kommen können, so kann beispielsweise durch die Verwendung preiswerter Stabmagnete ebenfalls das gewünschte Magnetfeld erzeugt werden.
Die Draufsicht zeigt nur das Magnetsystem beispielhaft ohne die Polstücke. Es können mehr oder weniger Teilmagnete verwendet werden, es können auch beispielsweise Magnetsegmente zum Einsatz kommen.
Das Spulensystem aus 3, 4, 5 ist nicht dargestellt.
Das Antriebselement selbst besitzt keine eigene Membrane. Es kann daher für sich alleine betrieben, keine lauten Töne und/oder Klänge von sich geben und/oder reproduzieren. Da im wesentlichen der Spulenkörper schwingt, ist die Anregung der Luft sehr gering und spektral sehr eingeschränkt. Seine erwünschte Wirkungsweise erreicht das Antriebselement wenigstens teilweise erst in Verbindung mit einer Membrane. Dabei wird vorzugsweise eine Verbindung des äußeren Endstücks 4 des Spulenkörpers mit der zu erregenden Membran wenigstens teilweise hergestellt. Somit wird die Membrane zum Schwingen angeregt, es entsteht beispielsweise ein Flächenlautsprecher.
Beschreibung eines Flächenlautsprechers:
Unter Flächenlautsprechern werden in dieser Offenlegung sogenannte Transversalwellen-Lautsprecher verstanden. Im Gegensatz dazu werden bei den meisten konventionell verwendeten Schallerzeugern sog. Longitudinalwellen-Lautsprecher verwendet.
Ein Longitudinalwellen-Lautsprecher arbeitet wie ein Kolbenhub-Lautsprecher. Eine meist konusförmige Membrane wird durch ein elektrisch verstärktes Audiosignal dazu angeregt sich auf einer Achse hin- und herzubewegen und somit ein akustisches Abbild des Audiosignals wenigstens teilweise zu erzeugen. Die von diesem Lautsprecher erzeugten Schallwellen sind in longitudinaler Richtung zu ihm ausgerichtet.
Ein Transversalwellen-Lautsprecher arbeitet wie eine vibrierende Fläche. Durch einen entsprechenden Vibrations-Antrieb, der meist elektrodynamisch erfolgt, wird eine Fläche zu Vibrationen angeregt. Diese vibrierende Fläche erzeugt nun ein Schallwellenbild, das zu oben genannten Longitudinalwellen vollkommen unterschiedlich ist. Dieses Wellenbild wird Transversalwellenbild genannt, da es sich entlang der Schallfläche entwickelt. Dieses Prinzip ist beispielsweise im Musikinstrumentenbau seit Jahrhunderten bekannt. Im Lautsprecherbau gibt es dieses Prinzip wenigstens seit dem Blatthaller, einer Erfindung von Walter Schottky bei Siemens im Berlin der 1920er Jahre.
Weitere im Stand der Technik aufgeführte Patente geben Aufschluß darüber, daß das Transversalwellen Prinzip gut bekannt ist. Lautsprecher die nach diesem Prinzip arbeiten besitzen eine meist plattenförmige Membran. Diese kann plan oder auch gekrümmt sein.
Durch einen entsprechenden Antrieb wird die Membranfläche zu Vibrationen angeregt. Diese Vibrationen regen die Membran umgebende Luft zum Schwingen an. Liegen die Schwingungsfrequenzen im Hörbereich so werden sie als akustisches Ereignis wahrgenommen. Das schallerzeugende Prinzip beruht also auf einer vorzugsweise flächenhaft ausgebildeten Membran, die vibriert und somit das sie umgebende Medium, beispielsweise Wasser oder Luft zum Schwingen anregt.
Abgrenzung zum Stand der Technik:
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise akustische Anregungssysteme bekannt, die mittels eines Dauermagneten und einer Spule eine Umsetzung eines elektrischen Signals in eine entsprechende Bewegung bewerkstelligen. Diese Systeme besitzen in ihrem Zentrum einen runden und/oder zylinderförmigen Dauermagneten, der als Permanentmagnet ausgebildet ist und das magnetische Feld erzeugt, in dem sich die Spule bewegt. Die Spule besteht ebenfalls aus einem runden und/oder zylinderförmigen Körper auf den ein leitfähiger Draht aufgewickelt ist. Besitzt dieser Spulenkörper einen Durchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser des Magneten und/oder des Magnetsystems, so befindet sich im Zentrum dieser Anordnung aus Magnet und Spule immer der Magnet.
Besitzt dieser Spulenkörper einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser des Magneten und/oder des Magnetsystems, so befindet sich im Zentrum dieser Anordnung aus Magnet und Spule immer ein Polstück.

US 1,552,914
Telephone Device
US Patent, Lee de Forest, 1925

In dieser Patentschrift wird ein Lampenschirm als Membrane genutzt und zum Schwingen angeregt. Das Antriebssystem befindet sich dabei im senkrecht stehenden Teil des Lampenfußes und füllt diesen vollständig aus. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

DE 484872
Einrichtung für akustische Schaufensterreklame
DE Patent, Dietz, Bothe und Bauch, 1929

In dieser Patentschrift wird eine Schaufensterscheibe als Membrane genutzt und zum Schwingen angeregt. Das Antriebssystem besteht dabei aus einer Spule, einem Mittenfuß und einem Magnetsystem. Es funktioniert nach dem Trägheitsprinzip. Die Konstruktion des Antriebselements ist vollständig geschlossen. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 2,341,275
Sound Reproducing Instrument
US Patent, Glen Holland, 1944

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten und Polstücken so geformt wird, daß eine Schwingspule sich darin bewegen kann. Die Polstücke umfassen einen zylinderförmigen Zentralblock (low carbon steel plug (17)) wodurch die Mitte des Antriebssystems mit Material gefüllt ist. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 3,178,512
Electrical Sound Reproducing Device
US Patent, William Ashworth, 1965

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch einen Elektromagneten erzeugt wird, der sich in einem eher für Transformatoren typischen, E-förmigen Metallkern befindet. Die vibrierende Spule ist um den Mittelschenkel des E-förmigen Metallkerns gewickelt. Auch in dieser Konstruktion ist keinerlei Mittenloch zu finden.

US 3,247,925
Loudspeaker
US Patent, Glenn Warnaka, 1966

In dieser Patentschrift wird ein flächenhaft ausgeprägter Lautsprecher beschrieben. Die Fläche wird durch ein zentral angeordnetes Antriebssystem zum Schwingen angeregt. Das Antriebssystem besitzt einen Zentralmagneten und ist mittig vollkommen geschlossen. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 3,366,749
Audio Transducer
US Patent, Hugo Ries, 1968

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten und Polstücken so geformt wird, daß eine Schwingspule sich darin bewegen kann. In der Mittelachse des rotationssymmetrischen Gebildes befindet sich ein Metallpfosten (post), der die Verbindung zur Membrane herstellt und die Vibration überträgt. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Material gefüllt. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 3,430,007
Dynamic Transducer with Wall mounted Diaphragm
US Patent, D. Thielen, 1969

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten und Polstücken so geformt wird, daß eine Schwingspule sich darin bewegen kann. In der Mittelachse befindet sich eine Schraube, welche die Verbindung zur Wand herstellt und die Vibration überträgt. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Material gefüllt. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 3,524,027
Sound Transducer with Wall mounted Diaphragm
US Patent, Richard Thurston, 1970

US 3,553,392
Electrodynamic Sound Radiator
US Patent, Arthur Liebscher, 1971

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten und Polstücken so geformt wird, daß eine Schwingspule sich darin bewegen kann. In der Mittelachse befindet sich ein zentrales Polstück (a center pole piece (16)). Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Material gefüllt. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 3,636,281
Loudspeaker using wall as diaphragm
US Patent, Robert Cozart, 1972

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten so geformt wird, daß eine Schwingspule sich darin bewegen kann. Der Magnet besitzt eine Öffnung in seiner Mitte. Allerdings vernichtet eine Bodenplatte (12) und ein Gehäuse (36) die Nutzung dieser Öffnung.
Die Mitte des Antriebssystems ist oberhalb und unterhalb des Magneten mit Material gefüllt. Ein durchgängiges Mittenloch ist nicht Lehre dieser Patentschrift.

US 3,728,497
Dynamic Transducer using Wall as Diaphragm
US Patent, A. Komatsu, 1973

US 4,151,379
Electromagnetic Speaker with buckling parallel...
US Patent, William Ashworth, 1979

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von zwei elektrischen Energiegebern in eine Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten und Polstücken so geformt wird, daß zwei auf denselben Spulenträger aufgewickelte Spulen sich darin bewegen können. Eine Spule ist für die tiefen Frequenzen, die andere für die hohen Frequenzen vorgesehen. In der Mittelachse befindet sich eine Schraube, welche die Verbindung zur Wand herstellt und die Vibration überträgt. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Material gefüllt. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 4,392,027
Method and Apparatus for providing...
US Patent, Thomas Bock, 1983

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Beschallung einer Flugzeug Innenkabine dadurch ermöglicht, daß es die Innenverkleidung der Kabine zu Vibrationen anregt. Mit Hilfe des Antriebselementes wird eine Umsetzung von einer elektrischen Energie in eine Bewegungsenergie ermöglicht. Es dient somit als ein Vibrator, der die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. In der Mittelachse befindet sich eine Schraube, welche die Verbindung zur Kabinenverkleidung herstellt und die Vibration überträgt. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Material gefüllt. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 4,506,117
Electroacoustic Transducer
US Patent, Marcel Fresard, 1985

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch zwei Permanentmagneten erzeugt und durch Polstücke so geformt wird, daß eine Schwingspule sich darin bewegen kann. In der Mittelachse befindet sich ein Fuß, welcher die Verbindung zur Wand herstellt und die Vibration überträgt. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Material gefüllt. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 4,514,599
Speaker for Automotive Vehicle...
US Patent, Takayuki Yanagishima, 1985

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelte, definierte Fläche zum Schwingen anregt. Die Fläche ist ein Teil der akustischen Ausrüstung eines Fahrzeugs. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten erzeugt und durch Polstücke so geformt wird, daß eine Schwingspule sich darin bewegen kann. In der Mittelachse befindet sich ein Fuß, welcher die Verbindung zur Fahrzeugfläche herstellt und die Vibration überträgt. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Material gefüllt. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 4,914,750
Sound Transducer
US Patent, W. Lawson, 1990

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelte Fläche zum Schwingen anregt. In der Mittelachse befindet sich eine Schraube, welche die Verbindung zur Wand herstellt und die Vibration überträgt. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Befestigungsmaterial gefüllt. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

US 4,951,270
Audio Transducer Apparatus
US Patent, Jay Andrews, 1990

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelte Fläche zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß das Magnetfeld durch zwei Permanentmagneten erzeugt und durch eine Art Klappdübel an der Wand befestigt werden kann. In der Mittelachse befindet sich dieser Klappdübel, welcher die Verbindung zur Wandfläche herstellt und die Vibration überträgt. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit Befestigungsmaterial gefüllt. Ein Mittenloch innerhalb des Antriebselements wird in dieser Erfindung nicht gelehrt.

US 5,546,469
Sound Transducer
US Patent, Danny Donahoe, 1996

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelte Fläche zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß die Spule fest steht und der Magnet zum Schwingen gebracht wird. In der Mitte des Antriebselements befindet sich die Polplatte auf welcher die Spule aufgewickelt ist. Dadurch ist die Mitte des Antriebssystems mit magnetisierbarem Material gefüllt. Ein Mittenloch innerhalb des Antriebselements wird in dieser Erfindung nicht gelehrt.

WO 97/09861
Inertial Vibration Transducer
PCT Patent, Henry Azima, 1997

In dieser Offenlegung wird ein Vibrationserreger beschrieben, der eine Membrane zum Schwingen anregt. Aufgrund der Massenträgheit des Antriebssystems benötigt der Erreger keine weitere Befestigung als an der Membrane selbst. Das Antriebssystem verwendet einen Piezo und ist mittig vollkommen geschlossen. Ein Mittenloch ist nicht offen gelegt.

DE 10 2007 001 875 A1
Elektromagnetische Erregereinrichtung
DE Patent, Atsushi Kuwabara, 2007

In dieser Patentschrift wird ein Antriebselement beschrieben, das eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie ermöglicht und als Vibrator die an ihn angekoppelten Flächen zum Schwingen anregt. Dabei zeigt die Konstruktion auf, daß die Schwingspule auf einer Leiterplatte sitzt, wobei die Leiterplatte das Antriebselement vollkommen abschließt. In der Mittelachse befindet sich also wenigstens die durchgehende Leiterplatte. Ein Mittenloch ist in der Lehre dieser Erfindung nicht genannt.
Alle bislang veröffentlichten Schriften zeigen keine Antriebselemente mit Mittenloch und/oder Kombinationen aus Antriebselement mit Mittenloch und einer weiteren, nicht akustischen Nutzung. Diese Erfindung jedoch erweitert das Einsatzpotential des schwingungserzeugenden Antriebselements durch das Mittenloch enorm. Somit ist auch ein entsprechender wirtschaftlicher Erfolg zu erwarten.
Definitionen:
„Membran” bezeichnet ein sich wenigstens in zwei Dimensionen erstreckendes Objekt, das in der Lage ist, Frequenzen im Hörbereich des Menschen wiederzugeben, wenn es durch einen entsprechenden Antrieb zum Schwingen angeregt wird. Beispiele für Membranen sind Pappe, Aluminiumbleche, Kunststoffe, Hölzer, Steingut, Marmor, natürliche Materialien sowie geschäumte Werkstoffe und generell Materialien, die eine massive und/oder zellartige Struktur besitzen. Als Beispiele für zellartige Strukturen seien hier Wabenplatten, Hartschaumplatten, Gasbetonplatten und/oder andere Platten, die Hohlraum bildenden Strukturen besitzen, genannt. Dabei können die Hohlräume auch kleiner als 1 mm³ sein und in großer Menge vorhanden sein. Als Beispiele für massive Platten seien hier Acrylglas und/oder Gipsfasermaterial und/oder Deckenplatten und/oder Stahlblech oder andere massive, nicht porige Materialien beliebiger Form aufgeführt.
„Membranartiges Material” bezeichnet ein sich wenigstens in zwei Dimensionen erstreckendes Objekt, das in der Kombination mit wenigstens einem Verbundmaterial zu einer Membrane wird. Beispielsweise sind Luftbläschenfolie oder Glasfasermatten hier als membranartige Materialien genannt. Für sich alleine genommen lassen sie sich nur eingeschränkt als Membrane verwenden. Im Verbund mit weiteren Materialien entstehen allerdings Werkstoffe, deren Nutzung als Membrane positiv beeinflußt wird. Der Verbundwerkstoff besitzt somit verbesserte Eigenschaften wie beispielsweise mechanische Stabilität und eignet sich zudem noch wenigstens teilweise zur Nutzung als Membran.
„Aussparung” bezeichnet ein sich wenigstens in zwei Dimensionen erstreckendes Fehlen eines Materials beliebiger Konsistenz. Vorzugsweise besitzt die Aussparung eine Tiefe.
„Loch” bezeichnet eine Aussparung, deren Geometrie vorzugsweise rund ist und weiterhin eine Tiefe besitzt, die gleich der Tiefe des „gelochten” Materials ist. Beispielsweise ist das Mittelloch in einer CDROM ein „Loch” im Sinne dieses Dokuments.
„Öffnung” bezeichnet ein Loch beliebiger Form und/oder Geometrie.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1977627 [0008]
US 1552914 [0051]
DE 484872 [0052]
US 2341275 [0053]
US 3178512 [0054]
US 3247925 [0055]
US 3366749 [0056]
US 3430007 [0057]
US 3524027 [0058]
US 3553392 [0059]
US 3636281 [0060]
US 3728497 [0062]
US 4151379 [0063]
US 4392027 [0064]
US 4506117 [0065]
US 4514599 [0066]
US 4914750 [0067]
US 4951270 [0068]
US 5546469 [0069]
WO 97/09861 [0070]
DE 102007001875 A1 [0071]

Claims

Eine Einrichtung zur Schwingungsanregung von Membranen und/oder membranartigen Materialien, die Frequenzen im Hörbereich des Menschen wenigstens teilweise wiedergeben können, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elektrisches Wechselsignal wenigstens teilweise in eine mechanische Bewegung umgesetzt wird, wobei der Umsetzer vorzugsweise in einer Richtung wenigstens ein Loch und/oder wenigstens eine beliebig geformte Öffnung besitzt.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Membran und/oder eines membranartigen Materials, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Umsetzer mittels einer wenigstens teilweisen Koppelung auf und/oder in und/oder an besagte Membrane und/oder besagtes membranartiges Material so angebracht wird, daß er seine Schwingungen wenigstens teilweise an die Membrane weitergeben kann und Stoffe fester, flüssiger, gasförmiger und/oder beliebiger anderer gemischter Konsistenzen oder/und Wahrnehmungen der menschlichen Sinne, wie beispielsweise Licht und/oder Duft und/oder Schall und/oder Gefühl, durch das Loch und/oder die Öffnung des Umsetzers wenigstens teilweise hindurch geführt und/oder geleitet und/oder übertragen und/oder gereicht und/oder befestigt und/oder gesprüht und/oder geblasen und/oder befördert und/oder transportiert werden und/oder auf eine andere nicht aufgeführte Weise vorzugsweise das Loch und/oder die Öffnung des Umsetzers wenigstens teilweise vorteilhaft und/oder funktionell benutzen.