Vorrichtung mit einem adaptiven Biegewandler zur Abgabe eines Signaltons

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem adaptiven Biegewandler zur Abgabe eines Signaltons, welcher eine Grundplatte (2), die in Schwingung versetzt einen Signalton abgibt, und einen auf der Grundplatte (2) vorgesehenen ersten Aktor (3) aufweist, der zur Anregung des Schwingens der Grundplatte (2) mittels eines Nutzsignals mit verschiedenen Nutzsignalfrequenzen ansteuerbar ist, und einer Steuervorrichtung (4), welche ein Steuersignal (S) in Abhängigkeit des Nutzsignals (N) generiert, mit dem eine Eigenfrequenz des Biegewandlers auf die jeweilige Nutzsignalfrequenz des Nutzsignals (N) adaptiv einstellbar ist.

Beschreibung

STAND DER TECHNIK

[0001] Die vorliegende Erfmdung betrifft eine Vorrichtung mit einem adaptiven Biegewandler zur Abgabe eines Signaltons.

[0002] Das technische Gebiet der Erfindung betrifft die Erzeugung von Schall oder Signaltönen. Häufig werden neben elektrodynamischen Schallwandlern auch mechanisch sehr robuste piezoelektrische Biegewandler eingesetzt. Der Aufbau eines piezoelektrischen Biegewandlers besteht im Wesentlichen aus einer Metall- oder Kunststoffplatte, auf die eine Piezokeramik aufgeklebt wird, die eine Biegeschwingung der Grundplatte anregt.

[0003] Soll ein rein sinusförmiger, also monofrequenter Signalton generiert werden, so lässt sich die Dicke und damit die Biegesteifigkeit derart einstellen, dass der gesamte Aufbau exakt an der gewünschten Frequenz seine erste mechanische Biegeresonanzfrequenz aufweist. Solche Verfahren werden beispielsweise bei den gebräuchlichen Ultraschall-Signalgebern für Einparkhilfen eingesetzt.

[0004] Sollen aber breitbandige Signale, wie bandbegrenzte Sinussweep-Signale oder sogar Sprach- oder Musiksignale erzeugt werden, so ist die Grundplatte eher weich auszulegen, so dass im gewünschten Frequenzbereich eine ausreichend hohe Zahl von Resonanzfrequenzen erzeugt werden kann, um die einzelnen Resonanzüberhöhungen zu verschmieren (modale Überlappung). Diese Resonanzfrequenzen sind aber nicht mehr optimal in Bezug auf eine effiziente Schallerzeugung, da sie einen zu geringen Pegel aufweisen. Somit sind Signalgeber einer solche Bauart von geringer Leistung.

VORTEILE DER ERFINDUNG

[0005] Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber dem bekannten Lösungsansatz den Vorteil auf, dass auch breitbandige Signale mit hoher Leistung bzw. hohem Pegel erzeugbar sind. Obwohl der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr einfach ist, besitzt sie eine optimale Leistung über einen breite Frequenzbereich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung befindet sich stets im für die Schallwandlung optimalen Resonanzbereich und erzeugt hohe Schallpegel bei geringer Leistungsaufnahme.
Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Eigenfrequenz des Biegewandlers adaptiv auf die gewünschte Frequenz des abzustrahlenden Signaltons einzustellen.

[0006] Die der vorliegenden Erfmdung zugrunde liegende Idee besteht somit darin, eine Vorrichtung mit einem adaptiven Biegewandler zur Abgabe eines Signaltons und mit einer Steuervorrichtung zu dessen Adaption vorzusehen. Demnach weist der Biegewandler eine Grundplatte, die in Schwingung versetzt einen Signalton abgibt, und einen auf der Grundplatte vorgesehenen ersten Aktor auf, der zur Anregung des Schwingens der Grundplatte mittels eines Grundsignals mit verschiedenen Nutzsignalfrequenzen ansteuerbar ist. Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung generiert ein Steuersignal in Abhängigkeit des Nutzsignals, mit welchem die Eigenfrequenz des Biegewandlers auf die jeweilige Nutzsignalfrequenz des Nutzsignals adaptiv einstellbar ist.

[0007] In den Unteransprüchen fmden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung.

[0008] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung addiert die Steuervorrichtung das Nutzsignal und das Steuersignal und steuert damit den ersten Aktor an. Vorteilhafterweise wird dadurch sichergestellt, dass über eine einzige elektrische Leitung sowohl die Eigenfrequenz auf die gewünschte Nutzsignalfrequenz adaptiert wird, als auch der Signalton generiert wird.

[0009] Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Biegewandler einen zweiten Aktor auf, wobei die Steuervorrichtung den zweiten Aktor mittels des Steuersignals und den ersten Aktor mittels des Nutzsignals ansteuert. Vorteilhafterweise wird durch das getrennte Vorsehen eines ersten Aktors zur Generierung des Signaltons und eines zweiten Aktors zur Adaption der Eigenfrequenz des Biegewandlers ermöglicht, dass der erste Aktor mittig auf der Grundplatte und der zweite Aktor am Rand der Grundplatte angebracht werden können. Die Anordnung des ersten Aktors in der Mitte der Grundplatte ist für die Generierung des Signaltons sehr vorteilhaft. Dagegen ist es für die Beeinflussung der Eigenfrequenz von Vorteil, den zweiten Aktor am Rand der Grundplatte vorsehen zu können.

[0010] Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Speichervorrichtung vorgesehen, in welcher das Steuersignal abgespeichert wird, das bei einem bekannten zeitlichen Verlauf des Nutzsignals einmalig von der Steuervorrichtung generiert wird. Ein besonderer Vorteil dieser Weiterbildung ist, dass das Steuersignal nur ein einziges Mal generiert werden muss und für alle zukünftigen Anwendungen in der Speichervorrichtung abgelegt ist.

[0011] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung leitet die Steuervorrichtung das Steuersignal direkt mittels einer Frequenz-Spannungs-Umwandlung von dem Nutzsignal ab. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das Steuersignal abgeleitet werden kann, auch wenn der zeitliche Verlauf des Nutzsignals unbekannt ist.

[0012] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung verstärkt die Steuervorrichtung das abgeleitete Steuersignal mit einem Korrekturwert zur Anpassung an einen notwendigen Signalpegel.

[0013] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind das Nutzsignal als ein Sinussweep-Signal und das Steuersignal als ein Spannungsrampen-Signal ausgebildet. Ein Sinussweep-Signal ist insbesondere bei Kfz-Anwendungen bekanntermaßen sehr von Vorteil. Das Spannungsrampen-Signal als Steuersignal ergibt sich danach als Ableitung aus dem Sinussweep-Signal.

[0014] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Aktor und/oder der zweite Aktor jeweils als ein Piezoelement ausgebildet.

ZEICHNUNGEN

[0015] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert:

[0016] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Abbildung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2

eine schematische Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;

Fig. 3

eine schematische Abbildung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfmdungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4

eine schematische Abbildung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5

eine schematische Abbildung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 6

eine schematische Abbildung eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 7

eine schematische Schnittansicht des fünften Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

[0017] In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.

[0018] In Fig. 1 ist eine schematische Abbildung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen adaptiven Biegewandler 1 zur Abgabe eines Signaltons und eine Steuervorrichtung 4 zur Adaption dessen auf. Der Biegewandler 1 weist eine Grundplatte 2, die in Schwingung versetzt einen Signalton abgibt, und einen auf der Grundplatte vorgesehenen ersten Aktor 3 auf, der zur Anregung des Schwingens der Grundplatte 2 mittels eines Nutzsignals N mit verschieden Nutzsignalfrequenzen ansteuerbar ist.

[0019] Die Steuervorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Erfindung generiert ein Steuersignal S in Abhängigkeit des Nutzsignals N. Mittels des generierten Steuersignals S wird die Eigenfrequenz des Biegewandlers 1 auf die jeweilige gewünschte Nutzsignalfrequenz des Nutzsignals N adaptiv eingestellt. Eine Möglichkeit der Ansteuerung des Biegewandlers 1 durch die Steuervorrichtung 4 ist, das Nutzsignal N mit dem Steuersignal S zu addieren und damit den ersten Aktor anzusteuern. Ein weiterer Aktor ist bei einer solchen Anwendung nicht notwendig.

[0020] Eine weitere Möglichkeit ist, auf der Grundplatte 2 des Biegewandlers 1 einen zweiten Aktor 5 vorzusehen, wobei dann die Steuervorrichtung 4 den zweiten Aktor 5 mittels des Steuersignals S und den ersten Aktor 3 mittels des Nutzsignals N ansteuert. Besonders vorteilhaft ist eine Anbringung des zweiten Aktors 5 im Randbereich der Einspannung der Grundplatte 2, da hier eine Versteifung durch die piezoelektrischen Kräfte besonders große Resonanzverschiebungen zulässt. Dabei wird ersichtlich, dass der erste Aktor 3 und/oder der zweite Aktor 5 besonders vorteilhaft jeweils als ein Piezoelement ausgebildet sind.

[0021] Vorzugsweise weist die Steuervorrichtung 4 eine Speichervorrichtung (nicht gezeigt) auf, in welcher das Steuersignal S abgespeichert wird, das bei einem bekannten zeitlichen Verlauf des Nutzsignals N einmalig von der Steuervorrichtung 4 generiert wird.

[0022] Eine weitere Möglichkeit zur Generierung des Steuersignals S durch die Steuervorrichtung 4 besteht darin, das Steuersignal S mittels einer Frequenz-Spannungs-Umwandlung von dem Nutzsignal N abzuleiten. Diese Möglichkeit stellt sicher, dass das Steuersignal S auch bei einem unbekannten zeitlichen Verlauf des Nutzsignals N generiert werden kann.

[0023] Beispielsweise ist das Nutzsignal N als ein Sinussweep-Signal und das Steuersignal S demnach als ein Spannungsrampen-Signal ausgebildet.

[0024] Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht A-A' des ersten Ausführungsbeispiels der erfmdungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 2 zeigt, dass der erste Aktor 3 und der zweite Aktor auf einer gemeinsamen Seite der Grundplatte 2 angeordnet sind. Der erste Aktor 3 ist vorzugsweise im Mittenbereich der Grundplatte 2 und der zweite Aktor 5 konzentrisch um den Mittenbereich, insbesondere im Randbereich der Grundplatte angeordnet. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung des zweiten Aktors 5 nahe der Lagerung 6, welche insbesondere als momentenlose Lagerung ausgebildet ist.

[0025] Fig. 3 zeigt eine schematische Abbildung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfmdungsgemäßen Vorrichtung. In diesem und allen folgenden Ausführungsbeispielen der erfmdungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuervorrichtung 4 gemäß Fig. 1 nicht mehr abgebildet. Abgebildet sind allerdings die beiden von der Steuervorrichtung 4 generierten Signale, das Nutzsignal N und das Steuersignal S.

[0026] Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 des erfindungsgemäßen Biegewandlers 1 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dahingehend, dass der um den ersten Aktor 3 konzentrisch angeordnete zweite Aktor 5 keinen geschlossenen Ring mehr ausbildet. An vorbestimmten Stellen wird Material an dem zweiten Aktor 5 und somit vorteilhafterweise Gewicht für den Biegewandler 1 eingespart.

[0027] Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele, bei denen der Ring des zweiten Aktors 5 zur weiteren vorteilhaften Materialeinsparung weiter reduziert ist.

[0028] Fig. 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Biegewandler 1. Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dahingehend, dass der erste Aktor 3 auf der einen Seite der Grundplatte 2 und der zweite Aktor 5 auf der gegenüberliegenden Seite der Grundplatte 2 angeordnet ist. Diese Ausführungsform ist bei platzkritischen Anwendungen besonders vorteilhaft.

[0029] In Fig. 7 ist eine Schnittansicht B-B' des fünften Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6 dargestellt. Fig. 7 verdeutlicht, dass der erste Aktor 3 auf der einen Seite der Grundplatte 2 und der zweite Aktor 5 auf der anderen Seite der Grundplatte 2 angeordnet ist. Die Grundplatte 2 ist insbesondere mittels der momentenfreien Lagerung 6 gelagert.

[0030] Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. So ist beispielsweise eine Modifikation der Anordnung der beiden Aktoren denkbar. Außerdem können neben oder anstelle der piezoelektrischen Aktoren magnetostriktive Aktoren oder dergleichen eingesetzt werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung mit:

(a) einem adaptiven Biegewandler (1) zur Abgabe eines Signaltons, welcher aufweist:

(a1) eine Grundplatte (2), die in Schwingung versetzt einen Signalton abgibt; und

(a2) einen auf der Grundplatte (2) vorgesehenen ersten Aktor (3), der zur Anregung des Schwingens der Grundplatte (2) mittels eines Nutzsignals (N) mit verschiedenen Nutzsignalfrequenzen ansteuerbar ist;

(b) und mit einer Steuervorrichtung (4), welche ein Steuersignal (S) in Abhängigkeit des Nutzsignals (N) generiert, mit dem eine Eigenfrequenz des Biegewandlers (1) auf die jeweilige Nutzsignalfrequenz des Nutzsignals (N) adaptiv einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (4) das Nutzsignal (N) und das Steuersignal (S) addiert und damit den ersten Aktor (3) ansteuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Biegewandler (1) einen zweiten Aktor (5) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (4) den zweiten Aktor (5) mittels des Steuersignals (S) und den ersten Aktor (3) mittels des Nutzsignals (N) ansteuert.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Speichervorrichtung vorgesehen ist, in welcher das Steuersignal (S) abgespeichert wird, das bei einem bekannten zeitlichen Verlauf des Nutzsignals (N) einmalig von der Steuervorrichtung (4) generiert wird.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (4) das Steuersignal (S) direkt mittels einer Frequenz-Spannungs-Umwandlung von dem Nutzsignal (N) ableitet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (4) das abgeleitete Steuersignal (S) mit einem Korrekturwert verstärkt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Nutzsignal (N) als ein Sinussweep-Signal und das Steuersignal (S) als ein Spannungsrampen-Signal ausgebildet sind.

8. Vorrichtung einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass
der erste Aktor (3) und/oder der zweite Aktor (5) jeweils als ein Piezoelement ausgebildet sind.

9. Vorrichtung einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass
der erste Aktor (3) im Mittenbereich der Grundplatte (2) angeordnet ist.

10. Vorrichtung einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass
der zweite Aktor (5) im Randbereich der Grundplatte (2) angeordnet ist.

Zeichnung