DE19943874B4

DE19943874B4 - Soundsystem auf Basis eines Biegewellenschwingers für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19943874B4
Application number: DE1999143874
Authority: DE
Inventors: Joachim Müller; Martin Jürgenliemk
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: DE19943874A1

Abstract

Lautsprechersystem auf Basis eines Biegewellenschwingers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Fahrzeugtür, unter Verwendung eines Schwingungserregers, der elektrische Signale in mechanische Schwingungen umwandelt und diese durch direkte Kontaktierung an eine für Biegewellen schwingfähige akustische Schwingfläche überträgt, wobei als akustische Schwingfläche ein für wenigstens einen technischen Zweck außerhalb des Lautsprechersystems vorgesehenes Funktionselement oder ein Teil davon Verwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement (1, 1', 1'', 1''') derart zwischen der äußeren Fahrzeughülle und einem eine Grenzfläche zum Fahrgastraum hin bildenden Element angeordnet ist, daß die akustische Schwingfläche (10a, 10b, 10'a, 10'b, 10''a, 10'''a, 10'''b) vom Fahrgastraum her betrachtet hinter dem die Grenzfläche bildenden Element (2a, 2b) liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lautsprechersystem auf Basis eines Biegewellenschwingers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Fahrzeugtür, unter Verwendung eines sogenannten Schwingungserregers (Wandlers) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemäße Lautsprechersystem zeichnet sich durch eine geringe Anfälligkeit gegenüber äußeren Einflüssen bei gleichzeitig niedrigen Kosten aus.

Aus US 4,514,599 ist ein Lautsprechersystem der gattungsbildenden Art für ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen von einer Audio-Steuereinrichtung angesteuerten Schwingungserreger aufweist, dessen mechanische Schwingungen durch eine direkte Ankopplung an eine für Biegewellen schwingfähige Fläche übertragen werden, so daß diese Fläche den akustischen Sound abstrahlt. Unter anderem wird vorgeschlagen, großflächige Bauteile des Fahrzeugs, wie z.B. die Hutablage oder die Türinnenverkleidung, mit dem Schwingungserreger zu verbinden und als akustische Schwingfläche zu nutzen. Da die Schwingungseigenschaften, und somit auch die Soundqualität dieser direkt an den Fahrgastraum angrenzenden Flächen durch Beschädigungen oder Berührung mit anderen Gegenständen oder Körperteilen stark beeinträchtigt werden können, wurde auch vorgeschlagen, eine spezielle akustische Schwingfläche hinter einem Funktionselement, wie einer Hutablage oder einer Türinnenverkleidung anzubringen. Diese Variante weist jedoch im Vergleich zur voranbeschriebenen den Nachteil auf, daß für das Lautsprechersystem eine zusätzliche akustische Schwingfläche vorgesehen werden muß, was zu einem erhöhten Platzbedarf, erhöhten Montagekosten sowie zu mehr Gewicht führt.

In der EP 0 847 663 B1 wird eine Fahrzeugtür mit einer Türinnenverkleidung beschrieben, die einteilig mit einem daran angeformten, biegeschwingungsfähigen, flächig gestalteten akustischen Strahler verbunden ist, der wiederum einen Schwingungserreger trägt. Diese technische Lösung erfordert zwar keinen zusätzlichen Montageaufwand, jedoch muß auch hier mit einem erhöhten Platz- und Materialbedarf gerechnet werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Lautsprechersystem derart weiter zu entwickeln, daß bei möglichst geringen Aufwendungen für Bauraum, Material, Gewicht und Montage eine Beeintächtigung der Klangqualität durch Beschädigung oder durch Berührung mit Gegenständen oder Körperteilen unter den üblichen Bedingungen ausgeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demnach fungiert ein Funktionselement als akustische Schwingfläche, das für wenigstens einen weiteren Zweck vorgesehen ist und das zwischen der äußeren Fahrzeughülle und einem die Grenzfläche zum Fahrgastraum hin bildenden Element angeordnet ist. Gemäß einer Vorzugsvariante der Erfindung dient als akustische Schwingfäche eine Trägerplatte eines Türmoduls oder ein Teilbereich dieser Trägerplatte. Auf derartigen Trägerplatten wird üblicherweise eine Vielzahl von Funktionselementen, wie z.B. Fensterheber, Türschloß, Türelektronik, Kabelbaum und anderes vormontiert, bevor die Tür über ihrem Randbereich mit der Türkarosserie verbunden wird.

Die Trägerplatten können vollständig aus Kunststoff bestehen und als Spritzgußteil gefertigt sein. Sofern die akustische Schwingfläche der Kunststoffträgerplatte einen sandwichartigen Aufbau aufweist, kann eine besonders hohe Klangqualität erreicht werden. Solche Sandwichträgerplatten lassen sich durch Anwendung des Gasinnendruck-Spritzgußverfahrens, bei dem die Kunststoffmasse in einer Form aufgeschäumt wird, herstellen. Die so erzeugten Trägerplatten werden durch dünne Außenhäute begrenzt. Sandwichkörper lassen sich aber auch aus unterschiedlichen Materialien, z.B. aus verschiedenen Kunststoffen, herstellen, indem die einzelnen Bestandteile des Sandwich miteinander verklebt oder verschweist werden.

Grundsätzlich eignen sich auch Trägerplatten, die aus einem Metallschaum gefertigt wurden, da diese ebenfalls die beschriebene Sandwichstruktur aufweisen.

Darüber hinaus sind auch Trägerplatten für das Lautsprechersystem einsetzbar, die nach Art eines sogenannten outsert-Teiles aus einer Kombination von Metall und Kunststoff bestehen. Als akustische Schwingfläche fungiert dabei der aus Kunststoff bestehende Bereich der Trägerplatte. Derartige Trägerplatten vereinigen die Vorteile beider Materialen, insbesondere die hohe Festigkeit des eingesetzten Stahls und die Flexibilität hinsichtlich der Formgebung des Kunststoffs.

Eine weitere Erfindungsvariante sieht vor, die Trägerplatte durch einen flächigen Hohlkörper zu bilden, der insbesondere mittels der Blasformtechnologie hergestellt ist. Die Anordnung des Schwingungserregers soll in diesem Falle auf einer Innenfläche des Hohlkörpers derart erfolgen, daß ein ausreichender Tropfwasserschutz besteht. Eine Abdichtung der Einbauöffnung durch ein Abdichtelement ist natürlich ebenfalls möglich.

Eine besonders große als akustische Schwingfläche nutzbare Fläche steht bei einem Schalldämmelement zur Verfügung, das etwa die Maße der Türinnenverkleidung aufweist, da an einem solchen Element in der Regel keine Anbauteile bzw. Funktionselemente vorgesehen sind, die die Schwingungsfähikeit beeinträchtigen könnten. Vorzugsweise dient das Schalldämmelement gleichzeitig als Trennwand zwischen einem Naßraum und einem Trockenraum einer Türkarosserie.

Grundsätzlich können alle voran beschriebenen Typen von Trägerplatten zur Trennung der Türkarosserie in einen Naßraum und einen Trockenraum ausgebildet sein, wobei der Schwingungserreger stets auf der Trockenraumseite angeordnet sein sollte, um zusätzliche Maßnahmen zum Nässeschutz zu vermeiden.

Sofern die Fläche einer Trägerplatte Bereiche aufweist, die nicht für die Akustikfunktion geeignet sind oder die Klangqualität erheblich beeinträchtigen, werden diese durch einen akustischen Damm von der akustischen Schwingfläche abgetrennt. Ein solcher Damm muß für die Biegeschwigungen eine Reflexionsstelle darstellen und kann in Form einer elastischen Rille oder dergeleichen ausgebildet sein.

Die akustische Schwingflächen sollten weitestgehend eben und großflächig sein. Je größer die akustische Schwingfläche ist, desto tiefer liegen die erzeugbaren akustischen Frequenzen. Ein besonders angenehmes Klangempfinden wird bei einer Anordnung der akustischen Schwingfläche im Brüstungsbereich der Fahrzeugtür erreicht, der sich zwischen der Armlehne und dem Schacht für die Fensterscheibe erstreckt. Bei einer Vielzahl von Anbauteilen auf der Trägerplatte kann es sinnvoll werden, auf der Trägerplatte durch akustische Dämme mehr als nur eine akustische. Schwingfläche abzugrenzen. Diesen akustische Schwingflächen könnten unterschiedliche Frequenzbereiche zugeordnet werden oder sie dienen der Leistungserhöhung. Bei Anwendung eines elektronischen Soundprocessings auf die verschiedenen akustischen Schwingflächen sind auch Effekte, wie beispielsweise ein Surroundeffekt, erzeugbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 Trägerplatte aus einem Blasformteil mit zwei separaten akustischen Schwingflächen für eine Fahrzeugtür;
2 Türkarosserie, ausgerüstet mit einer Trägerplatte gemäß 1 und einer zweiteiligen Türinnenverkleidung;
3 Querschnitt durch ein Blasformteil mit mehreren Hohlkammern und zugeordneten akustischen Schwingflächen;
4a Querschnitt durch eine Trägerplatte aus geschäumtem Kunststoff in Sandwichbauweise;
4b Seitenansicht der Trägerplatte von 4a mit einem doppelsträngigen Seilfensterheber und einer akustischen Schwingfläche;
5 Trägerplatte als Kunststoff-Spritzgußteil mit einem einstängigen Seilfensterheber und zwei separaten akustischen Schwingflächen.
Eine besonders einfache Möglichkeit der Integration von akustischen Schwingflächen 10a, 10b in eine Trägerplatte 1 für eine Türkarosserie zeigt 1. Die Trägerplatte 1 ist als Blasformteil auf der Basis eines schlauchförmigen Halbzeugs aus Kunststoff ausgeführt. Abschnittsweise stehen die Wandungen miteinander in Verbindung und bilden so zwischenliegende Hohlräume, die als großflächige und im wesentlichen ebene Flächen in Verbindung mit einem Schwingungserreger (Wandler) 100a, 100b als akustische Schwingflächen 10a, 10b fungieren können. Die Schwingfläche 10b besitzt eine vergleichsweise große Fläche und eignet sich deshalb besonders gut zur Erzeugung tiefer Frequenzen, während die im Brüstungsbereich liegende Schwingfläche 10a die höheren Frequenzen abdecken sollte. Unter Anwendung eines digitalen Frequenzprozessors lassen sich die differenzierten Aufgaben der beiden akustischen Schwingflächen 10a, 10b umsetzen.
Die übrigen Flächen der Trägerplatte 1 sind als Montage- oder Befestigungsflächen für eine Reihe von Funktionseinheiten vorgesehen. So ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Bereich zwischen den akustischen Schwingflächen 10a, 10b auf der der Türinnenverkleidung 2a, 2b zugewandten Seite eine Antriebseinheit 101 für einen einsträngigen Seilfensterheber vorgesehen, dessen Führungsschiene 102 auf der anderen Seite der Trägerplatte 1 angeordnet ist. Desweiteren sind an der Trägerplatte 1 ein Sidebag 104, eine Scheibenführung 103, welche die seitliche Scheibenkante umgreift, sowie ein Türschloß 105 vormontiert. Darüber hinaus ist ein Teil 2a der Türinnenverkleidung ebenfalls mittels der Blasformtechnologie gefertigt und in einem Werkzeug mit der Trägerplatte 1 einteilig hergestellt. Dabei stehen die beiden Teile 2a, 2b über ein Filmscharnier miteinander in Verbindung.
Die Türinnenverkleidung 2a weist einen Schalldurchlaß 20 in Form einer angeformten Gitterstruktur auf, die aber auch durch ein geeignetes, vorzugsweise großflächigeres Gewebe ersetzt werden kann. 2 zeigt eine Ansicht nach dem Einbau der Trägerplatte 1 und des Teils 2a der Türinnenverkleidung in eine Fahrzeugkarosserie 3. Mit der Montage des zweiten Teils 2b der Türinnenverkleidung ist die Komplettierung der Fahrzeugtür abgeschlossen. Natürlich sind auch für die obere akustische Schwingfläche 10a sinnvollerweise gut schalldurchlässige Materialien in den zugeordneten Bereichen (nicht dargestellt) der Türinnenverkleidung 2a, 2b vorzusehen.
Durch die äußerst platzsparende Bauweise im Vergleich zu konventionellen Lautsprechern wird Raum für andere Zwecke geschaffen, z. B für ein Ablagefach 21, das über die gesamte Länge der Fahrzeugtür verlaufen kann, da kein großvolumiger Lautsprecher dort platzeinschränkend wirkt.
Die schematische Darstellung von 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Blasformteil 1', das einen großflächigen Ausschnitt in einem Türinnenblech einer Türkarosserie 3 auch vollständig abdecken und somit eine abdichtende Trennung zwischen einem dem Türaußenblech zugewandten Naßraum und einem der Türinnenverkleidung. 2a, 2b zugewandten Trockenraum gewährleisten kann. Demnach weist die Trägerplatte 1' im Brüstungsbereich einen oberen und einen mittleren Hohlraum auf, deren trockenraumseitigen Wandungen mit jeweils einem Schwingungserreger 100'a und 100'b spritzwassergeschützt kombiniert sind und als akustische Schwingflächen 10'a, 10'b fungieren. Die Montage der beiden Schwingungserreger 100'a, 100'b erfolgt durch die Öffnungen 10'aa, 10'bb in den naßraumseitigen Wandungen, die bei Bedarf auch durch Dichtelemente verschlossen werden können.
Eine für die Schwingungserregertechnologie besonders geeignete Ausführung einer akustischen Schwingfläche zeigt 4a. Es handelt sich dabei um eine Trägerplatte 1'' in sogenannter Sandwichbauweise, bei der ein Kern 1''b mit Blasenstruktur von einer geschlossenen Hülle 1''a umgeben ist. Bei Anwendung eines Spritzgußverfahrens mit gasfreisetzendem Kunststoff kann über die Wahl des Druckes, der Temperatur der Kunststoffmasse und die Abkühlungsgeschwindigkeit Einfluß auf die Dicke der umhüllenden Außenhaut 1''a genommen werden. Im allgemeinen wird die Außenhaut 1''a sehr viel dünner gewählt als die Dicke des Schaumkerns 1''b.
An der Seite der Trägerplatte 1'', die an den Naßraum angrenzt, sind Stege zur Anbindung von Führungsschienen 102a, 102b für einen Seilfensterheber vorgesehen, der darüber hinaus im wesentlichen aus einem zwischen den Führungsschienen 102a, 102b in Bowdenrohren 6 geführten und einem mit einer Antriebseinheit 101 gekoppelten Seil 5 besteht. Zur mechanischen Stabilisierung dieser Stege weisen die angrenzenden Bereiche eine Verrippung 4 auf.
4b stellt die Seitenansicht der Trägerplatte von 4a dar und zeigt im linken Bereich eine mit einem Schwingungserreger 100''a gekoppelte akustische Schwingfläche 10''a, die durch einen akustischen Damm 11 von den übrigen Bereichen der Trägerplatte 1'' abgetrennt ist.
Einen besonders hohen Integrationsgrad weist die als Kunststoff-Spritzgußteil gefertigte Trägerplatte 1''' auf, deren Trockenraumseite in 5 dargestellt ist. Mit dem umlaufenden Dichtungselement 7 erfolgt die Abdichtung gegen den Randbereich des Ausschnitts im Türinnenblech. In der rechten Hälfte der Trägerplatte 1''' ist eine große ebene, von Anbauteilen freie Fläche erkennbar, die in zwei akustische Schwingflächen 10'''a, 10'''b mit separaten Schwingungserregern 100''a, 100'''b aufgeteilt ist. Die akustischen Dämme 11a, 11b gewährleisten eine hinreichende Entkopplung von den übrigen Funktionsflächen der Trägerplatte 1''', während der Damm 11ab für eine akustische Entkopplung der Flächen 10'''a und 10'''b sorgt. Bei Verzicht auf den Damm 11ab kann eine einheitliche, entsprechend vergrößerte akustische Schwingfläche geschaffen werden:

1: Trägerplatte ohne Naß-/Trockenraumtrennung, Blasformteil
1': Trägerplatte mit Naß-/Trockenraumtrennung, Querschnitt durch ein Blasformteil
1'': Trägerplatte in Sandwichbauweise
1''': Trägerplatte als Spritzgußteil
1''a: Außenschicht, Hülle
1''b: Blasenkern
10a: akustische Schwingfläche
10'a: akustische Schwingfläche
10'aa: akustische Schwingfläche
10''a: akustische Schwingfläche
10'''a: akustische Schwingfläche
10b: akustische Schwingfläche
10'b: akustische Schwingfläche
10'bb: akustische Schwingfläche
10'''b: akustische Schwingfläche
11: akustischer Damm
11a: akustischer Damm
11b: akustischer Damm
11 ab: akustischer Damm
100a: Schwingungserreger
100b: Schwingungserreger
100'a: Schwingungserreger
100'b: Schwingungserreger
100''a: Schwingungserreger
100'''a: Schwingungserreger
100'''b: Schwingungserreger
101: Antriebseinheit
102: Führungsschiene eines Fensterhebers
103: Führungsschiene
104: Sidebag
105: Türschloß
2a: Teil der Türinnenverkleidung
2b: Teil der Türinnenverkleidung
20: Schalldurchlaß
21: Ablagefach
3: Türkarosserie
4: Verrippung
5: Seil
6: Bowdenrohr
7: Dichtelement

Claims

Lautsprechersystem auf Basis eines Biegewellenschwingers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Fahrzeugtür, unter Verwendung eines Schwingungserregers, der elektrische Signale in mechanische Schwingungen umwandelt und diese durch direkte Kontaktierung an eine für Biegewellen schwingfähige akustische Schwingfläche überträgt, wobei als akustische Schwingfläche ein für wenigstens einen technischen Zweck außerhalb des Lautsprechersystems vorgesehenes Funktionselement oder ein Teil davon Verwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement (1, 1', 1'', 1''') derart zwischen der äußeren Fahrzeughülle und einem eine Grenzfläche zum Fahrgastraum hin bildenden Element angeordnet ist, daß die akustische Schwingfläche (10a, 10b, 10'a, 10'b, 10''a, 10'''a, 10'''b) vom Fahrgastraum her betrachtet hinter dem die Grenzfläche bildenden Element (2a, 2b) liegt.
Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als akustische Schwingfläche (10a, 10b, 10'a, 10'b, 10''a, 10'''a, 10'''b) eine Trägerplatte (1, 1', 1'', 1''') eines Türmoduls oder ein Teilbereich dieser Trägerplatte (1, 1', 1'', 1''') fungiert, die Funktionselemente der Tür trägt, wie z.B. Fensterheber (101, 102), Fensterführungsschiene (103), Sidebag (104), Türschloß (105), Türelektronik, und über ihrem Randbereich mit der Türkarosserie (3) verbindbar ist.
Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1, 1', 1'', 1''') vollständig aus Kunststoff besteht.
Lautsprechersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1''') ein Kunststoffspritzgußteil ist.
Lautsprechersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1'') einen sandwichartigen Aufbau besitzt mit geschlossenen äußeren Flächen (1''a) und einem zwischenliegenden Schaumkern (1''b), wobei der Sandwichkörper aus unterschiedlichen oder identischen Materialien bestehen kann.
Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte aus einer Kombination von Metall und Kunststoff besteht, wobei der als akustische Schwingfläche fungierende Bereich aus Kunststoff besteht.
Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1'') aus einem Metallschaum besteht.
Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1, 1') von einem flächig ausgebildeten Hohlkörper gebildet ist, der insbesondere mittels der Blasformtechnologie hergestellt wurde.
Lautsprechersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (100a, 100b, 100'a, 100'b) auf der die akustische Schwingfläche (10a, 10'a, 10b, 10'b) bildenden Innenfläche des Hohlkörpers angeordnet ist.
Lautsprechersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum, in dem der Schwingungserreger (100a, 100'a, 100b, 100'b) angeordnet ist, zumindest tropfwassergeschützt abgedichtet ist.
Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als akustische Schwingfläche ein großflächig ausgebildetes Schalldämmelement fungiert, das vorzugsweise gleichzeitig eine Trennwand zwischen einem Naßraum und einem Trockenraum einer Türkarosserie darstellt.
Lautsprechersystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2–11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1'', 1''') die Türkarosserie in einen Naßraum und einen Trockenraum teilt und daß der Schwingungserreger (100''a, 100'''a, 100'''b) auf der Trockenraumseite angeordnet ist.
Lautsprechersystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2–12 dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Schwingfläche (10''a, 10'''a, 10'''b) der Trägerplatte (1'', 1''') von den angrenzenden Bereichen, die nicht für die Akustikfunktion geeignet sind, durch einen akustischen Damm (11, 11a, 11b) getrennt ist.
Lautsprechersystem nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Schwingfläche (10a, 10b, 10'a, 10'b, 10''a, 10'''a, 10'''b) weitestgehend eben und großflächig ist.
Lautsprechersystem nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Schwingfläche (10a) im Brüstungsbereich der Fahrzeugtür (3) angeordnet ist.
Lautsprechersystem nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unabhängige akustische Schwingflächen (10a, 10b, 10'a, 10'b, 10'''a, 10'''b) auf einem Funktionselement (1, 1', 1''') vorgesehen sind.