Schwingungsaktuator für steife Strukturen zur hochleistungs-Basswiedergabe im Automobilbereich

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zum Anregen wenigstens eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs mit Schwingungen, eine Bauteilanordnung mit einem solchen Aktuator sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Bauteilanordnung.

In heutigen Kraftfahrzeugen sind Entertainmentsysteme Standard, welche eine Audiowiedergabe aus Quellen wie beispielsweise Radio, CD oder elektronischen Aufzeichnungen erlauben. Zur ausgewogenen Audiowiedergabe in Fahrzeugen wird in der Regel das Audiosignal in verschiedene Frequenzbereiche aufgeteilt und über jeweils dafür optimierte Elemente wiedergegeben zur Wiederhabe tiefer Töne sind ausreichend schwere und große Lautsprecher sowie große Volumina nötig, um einen entsprechend kräftigen Klang zu erzeugen. Im Fahrzeuginneren sind jedoch in der Regel nur geringe Volumina verfügbar, ohne den Nutzraum zu beschränken. Ferner wirkt sich das typischerweise hohe Gewicht solcher Lautsprecher negativ auf den Kraftstoffverbrauch und damit auch auf den Schadstoffausstoß und die Reichweite aus.

Häufig werden Lautsprecher zur Wiedergabe insbesondere tiefer Töne bereits in einem Gehäuse integriert im Fahrzeuginnenraum verbaut. Dieses beinhaltet bereits das für den Lautsprecher angepasste Resonanzvolumen. Allerdings weisen derartige Lautsprecher-Gehäuse-Kombinationen die zuvor erwähnten Nachteile wie insbesondere ein großes Volumen und ein hohes Gewicht auf.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative und/oder verbesserte Möglichkeit zur Audiowiedergabe in Kraftfahrzeugen vorzusehen.

Dies wird erfindungsgemäß durch einen Aktuator, eine Bauteilanordnung sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche

Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Die Erfindung betrifft vorzugsweise einen Aktuator zum Anregen wenigstens eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs mit Schwingungen. Der Aktuator weist ein Gehäuse auf, welches dazu ausgebildet ist, mit dem Bauteil verbunden zu werden. Der Aktuator weist eine elektrische Spule auf, welche starr mit dem Gehäuse verbunden ist und dazu ausgebildet ist, beim Durchfließen eines elektrischen Stroms ein Magnetfeld zu erzeugen. Des Weiteren weist der Aktuator einen Magneten auf, welcher in dem Gehäuse begrenzt beweglich angeordnet ist. Das wenigstens ein Bauteil, welches durch den Aktuator zu Schwingungen angeregt wird ist besonders bevorzugt eine Struktur mehrerer Bauteile, ganz besonders bevorzugt umfassend das Gehäuse.

Der Aktuator kann vorzugsweise derartige Bauteile in geeigneter Weise zu

Schwingungen anregen, welche dann wiederum Luftschall abstrahlen können. Das Einsetzen von derartigen Aktuatoren in Kraftfahrzeugen erlaubt im Vergleich zu bekannten, in Kraftfahrzeugen verwendeten Lautsprechern eine erhebliche Einsparung von Platz und Gewicht.

Es ist zweckmäßig, dass der Aktuator für eine steife Struktur als anzuregendes Bauteil für eine hochleistungs-Basswiedergabe im Automobilbereich ausgelegt ist. Der Aktuator strahlt nicht selbst Schall ab, sondern regt ohnehin im Fahrzeug vorhandene Strukturen, wenigstens eine davon als anzuregendes Bauteil, zu Schwingungen an. Durch diese Anregung bildet die Struktur Schwingungen aus und strahlt schließlich Schall in vorteilhafter Weise gegenüber konventionellen Subwoofern ab. Dabei ist kein zusätzliches Resonanzvolumen notwendig. Der Bauraumbedarf wird aufs Minimum reduziert. Der Aktuator ist vorteilhafterweise um den Faktor 5-10 kleiner und um den Faktor 2-5 leichter als ein konventioneller Subwoofer. Die Performance der Basswiedergabe - insbesondere im Hinblick auf extreme Leistungsspitzen und dauerhafte Höchstbelastung - überschreitet jene von konventionellen Subwoofern bei Weitem. Ein Zweck des Aktuators kann es beispielsweise sein, Vibrationen bzw.

Schwingungen zu erzeugen, um mittels geeigneter Struktur/en eine Abstrahlung von Luftschall bzw. eine Schallwiedergabe zu realisieren.

Zweckmäßigerweise umfasst die Struktur mehrere Bauteile, insbesondere miteinander verbundene Bauteile, welche gemeinsam oder partiell zur Schwingung angeregt werden.

Der Aktuator ist bevorzugt so ausgebildet, dass er zur Wiedergabe tiefer Töne bzw. zur Basswiedergabe besonders geeignet ist, wobei der Aktuator für Frequenzen unterhalb von 100Hz bzw. 200Hz, insbesondere unterhalb von 100Hz bzw. 200Hz bis hinunter zu mindestens 60Hz, besonders bevorzugt bis hinunter zu mindestens 40Hz, jeweils zweckmäßigerweise mit einem Amplitudenabfall von bis zu -6dB, insbesondere -3dB, geeignet ist bzw.- auch geeignet ist.

Der Aktuator ist zweckmäßigerweise zur Wiedergabe eines

Schalldruck-Maximalpegels von mindestens 100dB ausgebildet.

Der Aktuator ist insbesondere so ausgelegt, dass er mindestens eine Stunde dauerhaft einen Schalldruckpegel von mindestens 80dB erzeugen kann.

Das Gehäuse des Aktuators ist vorzugsweise direkt mit dem Bauteil verbunden oder indirekt über wenigstens ein Befestigungsmittel. Die Verbindung zwischen Gehäuse und Bauteil ist direkt oder indirekt dabei insbesondere im Wesentlichen starr und/oder steif ausgebildet.

Das Bauteil ist zweckmäßigerweise als eine der folgenden Strukturen eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, Bodenblech, Türstrukturblech, Kofferraumdeckel, Reserveradmulde, Dachstruktur, Querträger, Kotflügel, Längsträger, Türträger, Stirnwand oder Rahmenteil und insbesondere als eine der folgenden Strukturen Bodenblech, Kofferraumdeckel, oder Stirnwand. Dabei ist diese Struktur besonders bevorzugt als Karbon und/oder glasfaserverstärktem Kunststoff GFK und/oder kohlefaserverstärktem Kunststoff ausgebildet CFK. Durch die bevorzugte starre Anordnung der elektrischen Spule im Gehäuse werden Relativbewegungen zwischen der Spule und dem Gehäuse wirkungsvoll verhindert. Dadurch kann eine Abnutzung von eventuell gegeneinander reibenden Bauteilen verhindert werden. Dies betrifft gegebenenfalls auch ein Kabel zum Anschluss der elektrischen Spule, worauf weiter unten näher eingegangen werden wird.

Die Schwingungen sind bevorzugt mechanische Schwingungen. Dies kann beispielsweise in einer Vibration des Aktuators zum Ausdruck kommen. Derartige Schwingungen können auf wenigstens ein Bauteil übertragen werden, welches dann ebenfalls entsprechende Schwingungen ausführt. Bevorzugt handelt es sich bei den Schwingungen des Aktuators um Schwingungen, welche insbesondere nach Übertragung auf wenigstens ein Bauteil Abstrahlung von Luftschallwellen bzw. zur Erzeugung von Schallwellen führen, welche sich dann über die Luft weiter ausbreiten. Insbesondere können die Schwingungen Frequenzen zwischen 20 Hz und 20 kHz haben, was in etwa einem typischen menschlichen Hörbereich entspricht.

Bevorzugt weist der Aktuator einen elektrischen Anschluss, beispielsweise mittels Steck- oder Klemmverbindung, auf, welcher vollständig oder teilweise in das Gehäuse integriert sein kann und mit der Spule elektrisch verbunden ist. Hierfür kann beispielsweise ein Kabel verwendet werden. Dieses kann eine elektrische Verbindung zwischen Anschluss und Spule ausbilden. Ein solches Kabel kann beispielsweise auch verwendet werden, um den elektrischen Anschluss vom Gehäuse entfernt anzuordnen.

Vorteilhaft ist der elektrische Anschluss starr mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch kann insbesondere eine Relativbewegung zwischen elektrischem Anschluss und Gehäuse verhindert werden, was Abnutzungen vermeiden kann.

Bevorzugt ist eine elektrische Verbindung zwischen elektrischem Anschluss und Spule vollständig am Gehäuse fixiert. Dadurch kann eine Relativbewegung zwischen der elektrischen Verbindung, beispielsweise einem Kabel, und dem Gehäuse wirkungsvoll verhindert werden. Dies vermeidet Reibung sowie Ermüdung der Materialien und damit Verschleiß bzw. Abnutzung.

Der Magnet kann vorzugsweise insbesondere mittels des von der Spule erzeugten Magnetfelds anregbar und/oder auslenkbar sein. Dadurch können Schwingungen erzeugt werden.

Der Magnet kann vorzugsweise in nur einer, im Gehäuse definierten Raumrichtung beweglich sein. Eine Raumrichtung kann dabei einer Kombination aus einer Richtung und einer dazu exakt entgegengesetzten Richtung entsprechen. Anders ausgedrückt kann der Magnet eindimensional entlang einer im Gehäuse definierten Achse bewegt werden.

Bevorzugt weist der Aktuator eine Federanordnung auf, welche dazu ausgebildet ist, den Magneten in eine Ruhelage vorzuspannen. Aus dieser Ruhelage kann der Magnet dann insbesondere mittels des bereits erwähnten, von der Spule erzeugten Magnetfelds ausgelenkt werden.

Die Federanordnung kann vorzugsweise dazu ausgebildet sein, den Magneten entlang jeder möglichen Bewegungsrichtung rückstellend auf die Ruhelage vorzuspannen. Bei den möglichen Bewegungsrichtungen kann es sich dabei beispielsweise um diejenigen Richtungen handeln, welche durch die bereits weiter oben erwähnte Raumrichtung definiert sind.

Bevorzugt weist die Federanordnung ein erstes Federelement und ein zweites Federelement auf, wobei der Magnet zwischen dem ersten Federelement und dem zweiten Federelement gehalten wird. Das erste Federelement spannt dabei bevorzugt den Magneten in einer ersten Richtung vor. Das zweite Federelement spannt bevorzugt den Magneten in einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Richtung bzw. Orientierung vor. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Magnet wie weiter oben bereits erwähnt entsprechend einer Raumrichtung bzw. nur eindimensional bewegbar ist. Dann wird der Magnet durch die Federanordnung in beiden Richtungen vorgespannt. Alternativ vorzugsweise ist es auch möglich, nur ein Federelement zu verwenden, welches beispielsweise in einer oder auch in allen relevanten Richtungen eine Vorspannung erzeugen kann.

Bevorzugt weist das Federelement oder das erste Federelement eine Anzahl von Federarmen zum Vorspannen des Magneten auf. Auch das zweite Federelement weist bevorzugt eine Anzahl von Federarmen zum Vorspannen des Magneten auf. Eine solche Ausführung hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen. Der Magnet kann insbesondere an einer jeweiligen Stelle, an welcher die

Federarme Zusammenkommen, angebracht sein.

Die Federarme des ersten Federelements können bevorzugt sternförmig oder spiralförmig angeordnet sein. Auch die Federarme des zweiten Federelements können bevorzugt sternförmig oder spiralförmig angeordnet sein. In der Mitte einer solchen Sternform kann beispielsweise der Magnet befestigt werden, wobei sich die daraus ergebende Federwirkung als vorteilhaft erwiesen hat.

Zweckmäßigerweise ist die Anordnung der Federarme symmetrisch ausgebildet oder alternativ vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet, um Eigenschwingungen zu unterbinden. Die Asymmetrie ist dabei besonders bevorzugt als

Rotationsasymmetrie oder als Translationsasymmetrie ausgebildet.

Die Materialstärke bzw. Materialdicke der Federelemente kann vorzugsweise konstant oder insbesondere unterschiedlich dick ausgebildet sein. So ist es zweckmäßig, an verschiedenen Stellen der Federelemente verschiedene Dicken vorzusehen, um besondere Schwingungseigenschaften und besondere

Rückstellcharakteristiken der Feder zu erzielen. So kann ein Federelement durch eine Profilierung zum Beispiel eine stärker ausgeprägte progressive

Rückstellkennlinie erhalten.

Zweckmäßigerweise ist wenigstens ein Federarm bzw. die Federarme und/oder zumindest ein Federelement profiliert ausgeführt, um die Steifigkeit und die

Schwingungseigenschaften weiter zu verbessern. Die Profilierung ist dabei besonders bevorzugt durch wenigstens eine Rippe und/oder wenigstens eine Sicke und/oder wenigstens eine Kante und/oder wenigstens eine Wölbung ausgeführt, ganz besonders bevorzugt für jeden Federarm und/oder jedes Federelement.

Bevorzugt sind das erste Federelement und das zweite Federelement innerhalb des Gehäuses größtmöglich voneinander entfernt und/oder an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses angeordnet. Dadurch kann eine bestmögliche Erzeugung der Federkraft insbesondere dahingehend erreicht werden, dass eine Lage des Gehäuses frei gewählt werden kann. Der Magnet wird in jeder beliebigen Lage des Gehäuses relativ zur Erdoberfläche oder zu einem sonstigen externen Element in geeigneter Weise in seine Ruhelage vorgespannt und kann ohne Einschränkung wie vorgesehen durch das Magnetfeld ausgelenkt werden. Die größtmögliche Entfernung kann sich dabei insbesondere auf die weiter oben bereits erwähnte Raumrichtung beziehen, welche eine axiale Bewegung des Magneten angibt.

Die Federelemente können beispielsweise aus Kunststoffen, Metallen oder Kompositmaterialien ausgebildet sein. Dadurch kann das akustisch Verhalten beeinflusst werden. Insbesondere das Dämpfungsverhalten der Federelemente kann hierdurch beeinflusst werden.

Besonders bevorzugt sind die Federelemente, insbesondere zusätzlich,

beschichtet, beispielsweise mit einem oder mehreren Kunststoff/en relativ hoher Dämpfung oder mit relativ massereichen Werkstoffen, um das

Eigenschwingverhalten der Federelemente zu bedämpfen und/oder zu verstimmen.

Der Magnet kann bevorzugt innerhalb der Spule beweglich sein. Durch die

Beweglichkeit innerhalb der Spule wird eine besonders gute Wirkung des von der Spule erzeugten Magnetfelds erreicht.

Bevorzugt weist der Aktuator einen Ring als Gehäuse oder Gehäuseteil auf, welcher die Spule umgibt und aus magnetisch leitendem und/oder wärmeleitendem Material ausgebildet ist. Durch eine Ausbildung aus magnetisch leitendem Material kann in bevorzugter Weise ein Magnetschluss seitlich zur Spule erzeugt werden. Die Wirkung des von der Spule erzeugten Magnetfelds wird dadurch erheblich verbessert.

Vorzugsweise ist das Gehäuse des Aktuators aus einem Material ausgebildet mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 25 W/(m K), insbesondere von

mindestens 40 W/(m K). Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Ableitung von im Inneren des Gehäuses entstehender Wärme ermöglicht. Diese Wärme kann insbesondere durch den durch die Spule fließenden Strom und eventuelle

Reibungseffekte aufgrund des sich bewegenden Magneten entstehen. Durch die Ausbildung aus wärmeleitendem Material kann diese Wärme bevorzugt abgeleitet werden, beispielsweise an mit dem Gehäuse verbundene Komponenten bzw. das anzuregende Bauteil. Eine Überhitzung des Aktuators wird dadurch in vorteilhafter Weise verhindert.

Das Gehäuse des Aktuators weist vorzugsweise eine Wärmekapazität von mindestens 0,08 kJ/K, insbesondere von mindestens 0, 1 kJ/K auf. Durch diese besonders hohe spezifische Wärmekapazität können durch temporäre Lastspitzen entstehender hoher Wärmeeintrag durch die Spule aufgenommen werden.

Die feste Anbindung der Spule an das Gehäuse kann vorzugsweise durch eine Klebeverbindung aus thermisch relativ hoch leitfähigem Kleber hergestellt werden. Der Kleber weist dabei eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,8 W/(m K), insbesondere mindestens 1 W/(m K) auf. Die Schichtdicke des Klebers beträgt dabei zweckmäßigerweise maximal 0,3 mm, insbesondere unter 0, 1 mm. Somit ist eine effiziente Wärmeabfuhr von der Spule ins Gehäuse sichergestellt.

Es ist bevorzugt, dass der Spulenträger der fest an das Gehäuse angebundenen Spule aus einem thermisch relativ hoch leitfähigen Werkstoff mit einer

Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,8 W/(m K), insbesondere mindestens

1 W/(m K) ausgebildet ist, um eine effiziente Wärmeabfuhr von der Spule ins Gehäuse sicherzustellen. Es ist bevorzugt, dass die innere Oberfläche des Gehäuses, die mittels

Klebeverbindung mit der Spule und/oder dem Spulenträger verbunden ist, ist strukturiert und/oder profiliert ausgebildet ist. Dabei weist die innere Oberfläche bzw. die Oberfläche des Innenraums des Gehäuses, insbesondere in dem Bereich, in welchem Sie mit der Spule und/oder dem Spulenträger verbunden ist

beispielsweise Rechteckprofile und/oder Dreieckprofile und/oder Sinusprofile und/oder Kreisbogenprofile als Oberflächenstrukturierung auf, um mittels einer Vergrößerung der Kontaktoberfläche eine effiziente Wärmeabfuhr von der Spule in das Gehäuse sicherzustellen. Zusätzlich oder alternativ können auf der Außenseite des Gehäuses zweckmäßigerweise weitere Profilierungen/Rippen aufgebracht sein, die einen verbesserten Wärmeübergang in die Umgebung sicherstellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Gehäuse an einem bezüglich der Spule ersten axialen Ende eine erste Abdeckkappe auf. Diese kann insbesondere aus Kunststoff, aus einem nicht magnetisch leitenden und/oder aus einem nicht wärmeleitenden Material oder aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet sein. Ebenso kann das Gehäuse an einem bezüglich der Spule zweiten axialen Ende eine zweite Abdeckkappe aufweisen. Auch diese kann insbesondere aus

Kunststoff, aus einem nicht magnetisch leitenden und/oder aus einem nicht wärmeleitenden Material oder aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet sein.

Durch die besonders bevorzugte Ausbildung einer jeweiligen Abdeckkappe aus nicht magnetisch leitendem Material kann ein Magnetfluss ganz oder teilweise im Gehäuse gehalten werden, was beispielsweise Störungen anderer Komponenten verhindert. Durch die Ausbildung aus nicht wärmeleitendem Material kann eine Wärmeabgabe des Aktuators an ein kontaktierendes Element verhindert oder verringert werden.

Vorzugsweise werden als nicht wärmeleitende, nicht magnetisch leitende

Materialien Kunststoffe wie PA6 (Polyamid 6), ABS

(Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer) oder PP (Polypropylen) verwendet. Insbesondere kann ein dreiteiliger Aufbau des Gehäuses, d.h. mit einem Ring und zwei Abdeckkappen, vorgesehen sein.

Eine jeweilige Abdeckkappe kann jedoch beispielsweise auch wärmeleitend ausgeführt sein. Insbesondere kann sie gleichzeitig nicht magnetisch leitend ausgeführt sein. Dadurch kann eine Wärmeabgabe an ein anderes Element herbeigeführt werden, was einer Überhitzung des Aktuators vorbeugt.

Beispielsweise kann als wärmeleitendes und nicht magnetisch leitendes Material Aluminium oder Magnesium verwendet werden.

Bevorzugt weist das Gehäuse eine von außen zugängliche Bohrung mit einem Innengewinde oder ein anderes, von außen zugängliches Befestigungsmittel auf. Ein solches Befestigungsmittel kann beispielsweise auch als Durchgangsloch ohne Gewinde oder auf andere geeignete Art ausgeführt sein. Dadurch kann das Gehäuse beispielsweise starr an einem anderen Element als dem bereits erwähnten Bauteil des Kraftfahrzeugs zusätzlich befestigt werden, beispielsweise an einer Karosserie oder an einem Boden des Kraftfahrzeugs. Dadurch kann eine Referenz zu einem anderen Element, insbesondere einem starreren Element, hergestellt werden, so dass das Bauteil in vorteilhafter Weise angeregt werden kann.

Bevorzugt weist der Magnet eine Masse auf, welche in einem Bereich zwischen 80% der Masse der anderen Komponenten des Aktuators und 120% der Masse der anderen Komponenten des Aktuators liegt. Derartige Werte haben sich

insbesondere unter akustischen Gesichtspunkten als vorteilhaft herausgestellt.

Das Gehäuse kann bevorzugt vollständig oder im Wesentlichen radialsymmetrisch ausgeführt sein. Dies hat sich als einfach herzustellende und zu verwendende Ausführung erwiesen. Auch andere Ausführungen, beispielsweise eine viereckige, quadratische, rechteckige oder eine Ausführung mit einer sonstigen Anzahl von Ecken sind jedoch möglich. Das Gehäuse kann beispielsweise geschlossen, offen oder teilweise offen ausgeführt sein. Durch eine geschlossene Ausführung kann insbesondere erreicht werden, dass ein gewisser Schutz gegen das Eindringen von Staub, Flüssigkeiten oder anderen Verunreinigungen realisiert wird.

Bevorzugt weist der Magnet einen magnetischen Mittelteil, eine erste Polplatte und eine zweite Polplatte auf. Der Mittelteil ist dabei bevorzugt von der ersten Polplatte und der zweiten Polplatte umgeben. Der magnetische Mittelteil kann dabei insbesondere entlang einer einzig möglichen Bewegungsrichtung des Magneten bzw. der Raumrichtung zwischen der ersten Polplatte und der zweiten Polplatte angeordnet sein. Derartige Ausführungen haben sich als vorteilhaft erwiesen.

Die erste und/oder zweite Polplatte sind bevorzugt dem Magneten zugeordnet, insbesondere auf zwei gegenüberliegenden Seiten, der Magnet zwischen den Polplatten, besonders bevorzugt mittig, im unausgelenkten Zustand des Aktuators.

Die nach außen gerichtete, also vom Magneten abgewandte, Fläche einer zweckmäßigen ersten Polplatte, wobei die Polplatte dem Magneten zugeordnet ist, ist bevorzugt konkav ausgebildet, insbesondere hinsichtlich ihres Querschnitts, sodass sie am äußeren Rand eine größere Dicke aufweist als in ihrer Mitte. Der Übergang zwischen dem dickeren, äußeren Rand und dem dünneren Mittelteil ist dabei insbesondere linear abfallend oder kreisbogenförmig abfallend oder parabelförmig abfallend ausgebildet. Weiterhin weist die Polplatte entlang ihres äußeren Rands, insbesondere des äußeren Rands der nach außen gerichteten Fläche, besonders bevorzugt einen Kragen auf, insbesondere im Wesentlichen konstanter Dicke, der bis zu 20% der Gesamtausdehnung der Polplatte aufweisen kann. Die zum Magneten hin ausgerichtete Fläche der ersten Polplatte ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen plan ausgebildet.

Ebenso ist bevorzugt eine zweite Polplatte auf ihrer nach außen gerichteter Seite wie die erste Polplatte auf deren nach außen gerichteter Fläche ausgeformt.

Insbesondere ist auch bei der zweiten Polplatte die zum Magneten hin

ausgerichtete Seite bzw. Fläche im Wesentlichen plan. Durch eine solche Ausführung kann einerseits erreicht werden, dass die Magnetische Flussdichte im äußeren Bereich der Polplatten höher wird und andererseits ein jeweiliges angrenzendes Federelement näher an der Polplatte angeordnet sein kann.

Dadurch kann insgesamt Bauraum eingespart werden.

Die erste und/oder zweite Polplatte sind zweckmäßigerweise hinsichtlich ihrer nach Außen gerichteten Fläche so ausgebildet, dass sie in deren Mitte eine im

Wesentlichen plane Teilfläche bzw. ein Plateau aufweisen.

Es ist zweckmäßig, dass die erste und/oder die zweite Polplatte auf der dem Magneten zugewandten Seite im Wesentlichen plan ausgebildet ist und dabei die dem Magneten abgewandte bzw. äußere Seite hinsichtlich ihres Querschnitts konkav ausgebildet ist und somit der gesamte Querschnitt der Polplatte konkav ausgebildet ist. Die äußere Seite der ersten und/oder die zweiten Polplatte weist dabei insbesondere am umlaufenden Rand einen Kragen auf, an welchem die Polplatte eine größere Dicke bzw. Materialstärke aufweist als in der Mitte, wobei im Bereich der Mitte der äußeren Seite die Polplatte/n , insbesondere jeweils, ein im Wesentlichen planes Plateau aufweist/aufweisen. Der Übergang zwischen Kragen und Plateau ist dabei besonders bevorzugt ausgestaltet als ein linearer Übergang oder ein kreisbogenförmiger oder ein parabelförmiger Übergang oder eine

Kombination aus zwei oder drei dieser Übergangsformen.

Der Magnet oder der magnetische Mittelteil kann beispielsweise aus einer

Neodymlegierung oder aus einer Ferritlegierung bestehen.

Die Erfindung betrifft des Weiteren bevorzugt eine Bauteilanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Bauteilanordnung zumindest ein Bauteil für das

Kraftfahrzeug sowie einen Aktuator gemäß der Erfindung aufweist. Der Aktuator ist dabei starr mit dem Bauteil verbunden. Hinsichtlich des Aktuators kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.

Mittels der bevorzugten und/oder erfindungsgemäßen Bauteilanordnung ist eine einfache Anregung des Bauteils mit Schallwellen erzeugenden Schwingungen möglich, so dass das Bauteil im Rahmen eines Systems zur Audiowiedergabe im Kraftfahrzeug verwendet werden kann. Im Vergleich zu einem separaten

Lautsprecher, welcher typischerweise eine separate Membran benötigt, erheblich platzintensiver ist und schwerer ist, ermöglicht die erfindungsgemäße

Bauteilanordnung eine erhebliche Einsparung von Platz und Gewicht.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug, welches zumindest eine erfindungsgemäße Bauteilanordnung aufweist. Hinsichtlich der Bauteilanordnung und insbesondere hinsichtlich des darin enthaltenen Aktuators kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile können damit erreicht werden, insbesondere kann das Kraftfahrzeug im Vergleich zu Ausführungen mit konventionellen

Lautsprechern ein erhöhtes Platzangebot und/oder ein niedrigeres Gewicht aufweisen.

Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung eines Aktuators, insbesondere eines erfindungsgemäßen Aktuators, in einem Kraftfahrzeug. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Aktuators kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.

Allgemein kann ein Aktuator oder Schwingungsanreger beschrieben werden, welcher nicht selbst Schall abstrahlt, sondern vorhandene Strukturen im Fahrzeug anregt. Durch diese Anregung wird die Struktur in Schwingung versetzt, woraufhin sie selbst Schall abstrahlt. Der Aktuator ist, verglichen mit einem äquivalenten Subwoofer, typischerweise um etwa einen Faktor 5 bis 10 kleiner und um einen Faktor 2 bis 5 leichter.

Aktuatoren, Tiefenaktuatoren bzw. Schwingungsanreger, wie sie hierin beschrieben wurden, können beispielsweise bevorzugt folgende Merkmale aufweisen, welche einzeln oder kombiniert zur Anwendung kommen können:

Die Spule des Aktuators ist direkt mit dem äußeren Gehäuse verbunden, beispielsweise geklebt oder auf andere Weise verbunden, wobei der Magnet typischerweise innenliegend ist, beispielsweise im Inneren des

Spulendurchmessers, und typischerweise beweglich gelagert ist.

Ein äußerer Ring als Gehäuse oder Gehäuseteil, an dem die Spule beispielsweise befestigt sein kann, kann aus einem wärmeleitenden Metall oder Material bestehen, wobei der Ring beispielsweise einen magnetischen Flusskreis schließen kann und darüber hinaus die entstehende Wärme der Spule nach außen ableiten kann und an der äußeren Seite an die Umgebung abgeben kann.

Der Aktuator kann an unterschiedlichsten Positionen im und außerhalb des Fahrzeugs verbaut werden. Vorzugsweise kann er an Blechstrukturen wie beispielsweise einem Bodenblech, an einem Türstrukturblech, an einem Kofferraumdeckel, einer Reserveradmulde, einer Dachstruktur, einem Querträger, einem Kotflügel, einem Längsträger, einer Stirnwand oder an anderen Bauteilen eines Kraftfahrzeugs angebracht werden.

Der Aktuator kann in allen Raumrichtungen positionierbar sein mit gleicher Eignung. Dies kann insbesondere ermöglicht werden durch eine Zentrierung des Magnetsystems bzw. des Magneten an möglichst weit voneinander entfernt liegenden Ebenen.

Die Zentrierung und die Federung des Magnetsystems können in einem Bauteil ausgeführt sein, das aus verschiedenen Materialien bestehen kann wie beispielsweise Kunststoffen, Metallen oder Kompositmaterialien, wodurch das akustische Verhalten beeinflusst oder optimiert werden kann. Der Aktuator kann ein von oben nach unten durchgängiges Mittelloch aufweisen, um den Aktuator an einem Bolzen mittig befestigen zu können. Die Masse des beweglichen Magnetsystems bzw. Kerns kann

beispielsweise etwa ±20% der Masse des äußeren Kerns bzw. der sonstigen Komponenten des Aktuators betragen. Dadurch kann der Aktuator sowohl oberhalb als auch unterhalb seiner eigenen Resonanzfrequenz betrieben werden.

Das Aktuatorgehäuse kann grundsätzlich in verschiedenen Formen ausgeführt werden, jedoch kann eine symmetrische Ausführung vorteilhaft für die Montage und auch die Herstellung sein. Materialien können beispielsweise verschieden ausgeführt sein. Der Magnet kann beispielsweise aus einer Neodymlegierung oder auch aus einer Ferritlegierung bestehen. Weiterhin kann das Gehäuse offen oder teiloffen ausgeführt sein. Eine Anbindung des Aktuators kann abgesehen von dem bereits erwähnten Mittelloch auch über eine außenliegende Befestigung oder eine Klebe- oder Schweißverbindung erfolgen. Ebenfalls ist ein Aufbau denkbar, bei dem das Magnetsystem nicht vollständig innerhalb des

Spulendurchmessers liegt, wobei die Spule auch teilweise vom Magneten umschlossen werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen:

Fig. 1 : einen Aktuator in einer seitlichen Explosionsansicht,

Fig. 2: den Aktuator in einer perspektivischen Explosionsansicht,

Fig. 3: den Aktuator in einem zusammengebauten Zustand,

Fig. 4: eine alternative Ausführung eines Federelements,

Fig. 5: einen beispielhaften Querschnitt einer Polplatte.

Fig. 1 zeigt einen Aktuator 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer seitlichen Explosionsansicht.

Der Aktuator 5 weist ein Gehäuse 10 auf. Das Gehäuse 10 wird gebildet durch eine erste Abdeckkappe 12, eine zweite Abdeckkappe 16 und einen Ring 14. Die beiden Abdeckkappen 12, 16 sind dabei außenseitig angeordnet und bestehen aus nicht wärmeleitendem, nicht magnetisch leitendem Material. Es sei erwähnt, dass eine oder beide dieser beiden Abdeckkappten 12, 16 jedoch beispielsweise auch aus wärmeleitendem, nicht magnetisch leitendem Material bestehen könnten. Der Ring 14 besteht aus wärmeleitendem, magnetisch leitendem Material.

Der Aktuator 5 weist eine Federanordnung 20 auf, welche durch ein erstes

Federelement 22 und ein zweites Federelement 24 gebildet wird. Auf deren Ausführung wird weiter unten näher eingegangen werden.

Der Aktuator 5 weist eine Spule auf, welche durch einen Spulenträger 32, einen ersten Spulenabschnitt 34 und einen zweiten Spulenabschnitt 36 gebildet wird. Die beiden Spulenabschnitte 34, 36 sind dabei auf den Spulenträger 32 aufgebracht. Durch die Spulenabschnitte 34, 36 kann elektrischer Strom fließen, so dass in der Spule 30 ein Magnetfeld erzeugt wird.

Der Aktuator 5 weist einen Magneten 40 auf. Dieser wird gebildet durch einen magnetischen Mittelteil 42 sowie eine erste nicht magnetische Polplatte 44 und eine zweite nicht magnetische Polplatte 46. Der Mittelteil 42 ist dabei zwischen den beiden Polplatten 44, 46 aufgenommen.

Zur Befestigung der erwähnten Komponenten dienen zwei Sätze von jeweils vier Schrauben 18, 19. Alternativ wäre beispielsweise auch eine Befestigung durch Kleben, Schweißen oder Vernietung möglich.

Fig. 2 zeigt den Aktuator 5 in einer perspektivischen Explosionsansicht. Dabei ist zu erkennen, dass das erste Federelement 22 eine Anzahl von insgesamt vier Federarmen 26 aufweist. Dementsprechend weist das zweite Federelement 24 eine Anzahl von insgesamt vier Federarmen 28 auf.

Der Magnet 40 ist im zusammengebauten Zustand derart ausgeführt, dass die beiden Polplatten 44, 46 unmittelbar an den magnetischen Mittelteil 42 angrenzen. Der Magnet 40 wird dann als Ganzes von den beiden axial benachbarten

Federelementen 22, 24 gehalten. Dadurch ist der Magnet 40 lediglich in einer axialen Richtung beweglich, wobei er durch die Federelemente 22, 24 in eine mittige Ruhelage vorgespannt wird. Wie gezeigt sind die Polplatten 44, 46 auf ihrer jeweils nach außen gerichteten Fläche konkav gewölbt ausgeführt. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Anordnung des Magneten 40 zwischen den Federelementen 22, 24 und erlaubt eine besonders hohe magnetische Flussdichte im Randbereich der Polplatten.

Im zusammengebauten Zustand umgibt die Spule 30 den Magneten 40 radial. Die Spule 30 ist dabei fest im Gehäuse 10 fixiert. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Spule 30 kann der Magnet 40 aus seiner Ruhelage ausgelenkt werden, wodurch Schwingungen entstehen. Insbesondere kann hierbei eine Spannung angelegt werden, welchem ein Audiosignal aufmoduliert ist.

Entsprechend dieses Audiosignals schwingt dann der Magnet 40 und erzeugt dementsprechende Schwingungen. Der Ring 14 aus magnetisch leitendem Material dient dabei zum Vorsehen eines vorteilhaften Magnetschlusses.

Zur Definition der axialen Richtung, entlang welcher der Magnet 40 beweglich ist, dienen ein erster zylinderartiger Vorsprung 13, welcher sich von der ersten

Abdeckkappe 12 aus nach innen erstreckt, und ein zweiter zylindrischer Vorsprung 17, welcher sich von der zweiten Abdeckkappe 16 aus nach innen erstreckt.

Fig. 3 zeigt den Aktuator 5 im zusammengebauten Zustand. Dabei ist zu erkennen, dass an der ersten Abdeckkappe 12 außenseitig drei zylinderförmige Anlagestellen 7 angeordnet sind. Mit diesen kann der Aktuator 5 an ein Bauteil eines

Kraftfahrzeugs angrenzen. Des Weiteren ist mittig eine Bohrung 8 angeordnet, in welcher ein Gewinde ausgebildet ist. Damit kann der Aktuator 5 an einem Bauteil befestigt werden. Entsprechend ist auch die zweite Abdeckkappe 16 ausgebildet.

Durch Befestigung bzw. Anlegen des Aktuators 8 an einem Bauteil eines

Kraftfahrzeugs können die bereits weiter oben erwähnten Schwingungen, welche der Magnet 40 erzeugen kann, auf das Bauteil übertragen werden. Das Bauteil kann auf diese Weise selbst zum Schwingen angeregt werden, was dazu führt, dass es Schallwellen abgibt. Diese Schallwellen sind typischerweise im Innenraum eines Fahrzeugs hörbar. Auf diese Weise kann ohne das Vorsehen eines separaten Lautsprechers Schall erzeugt werden, was sich insbesondere bei tiefen

Frequenzen anbietet und zu einer deutlichen Platz- und Gewichtseinsparung führt. Es sei erwähnt, dass beispielsweise die Bohrung 8 auch dazu verwendet werden kann, um den Aktuator 5 mit einem starren Bauteil wie beispielsweise einem Karosserieteil eines Fahrzeugs zu verbinden und der Aktuator 5 auf der

gegenüberliegenden Seite mit einem Bauteil, welches zu Schwingungen angeregt werden soll, verbunden werden kann. Auf diese Weise kann das feststehende Bauteil wie beispielsweise eine Karosserie des Fahrzeugs als Referenz dienen, relativ zu welcher die Schwingungen angeregt werden.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführung eines Federelements, hier beispielhaft des ersten Federelements 22. Dieses kann im Rahmen der mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführung anstelle des dort gezeigten ersten Federelements 22 und/oder anstelle des dort gezeigten zweiten Federelements 24 verwendet werden.

Im Gegensatz zur sternförmigen Ausführung, welche in Fig. 2 zu sehen ist, sind die Federarme 26 des in Fig. 4 dargestellten Federelements 22 spiralförmig ausgeführt. Damit kann eine andere Federcharakteristik erreicht werden.

Fig. 5 zeigt schematisch eine beispielhaft Polplatte 44, 46 im Querschnitt. Die Polplatte ist bespielhaft auf der dem nicht dargestellten Magneten zugewandten Seite im Wesentlichen plan ausgebildet 61 . Die dem Magneten abgewandte bzw. äußere Seite bzw. Fläche 62 ist konkav ausgebildet und somit der gesamte

Querschnitt der Polplatte konkav. Die äußere Seite weist am umlaufenden Rand einen Kragen 63 auf, an welchem die Polplatte eine größere Dicke bzw.

Materialstärke aufweist als in der Mitte. Wobei im Bereich der Mitte der äußeren Seite die Polplatte ein im Wesentlichen planes Plateau 64 aufweist. Der Übergang 65 zwischen Kragen 63 und Plateau 64 kann dabei verschiedenartig ausgestaltet sein, beispielhaft sind ein linearer Übergang, ein kreisbogenförmiger und ein parabelförmiger Übergang veranschaulicht, auf der linken Seite.

Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der

Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder

Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende

Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.

Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der

rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.

Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger

erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.