EP3954133A1 - Vibration actuator for rigid structures for high-performance bass playback in automobiles - Google Patents

Vibration actuator for rigid structures for high-performance bass playback in automobiles

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EP3954133A1
EP3954133A1 EP20718308.8A EP20718308A EP3954133A1 EP 3954133 A1 EP3954133 A1 EP 3954133A1 EP 20718308 A EP20718308 A EP 20718308A EP 3954133 A1 EP3954133 A1 EP 3954133A1
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EP
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actuator
magnet
housing
spring
spring element
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EP20718308.8A
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German (de)
French (fr)
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EP3954133B1 (en
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Dimitrios Patsouras
Robert Joest
Jens Friedrich
Johannes Kerkmann
Pascal KÖHLER
Karsten Moritz
Robert Wick
Stephan Eisele
Charalampos Ferekidis
Philipp Neubauer
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Continental Engineering Services GmbH
Original Assignee
Continental Engineering Services GmbH
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Publication date
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Publication of EP3954133B1 publication Critical patent/EP3954133B1/en
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Definitions

  • the invention relates to an actuator for exciting at least one component of a motor vehicle with vibrations, a component arrangement with such an actuator and a motor vehicle with such a component arrangement.
  • Loudspeakers for reproducing particularly low tones are often built into a housing in the vehicle interior. This already includes the resonance volume adapted for the loudspeaker.
  • loudspeaker-housing combinations have the aforementioned disadvantages, such as, in particular, a large volume and a high weight.
  • the invention preferably relates to an actuator for exciting at least one component of a motor vehicle with vibrations.
  • the actuator has a housing which is designed to be connected to the component.
  • the actuator has an electrical coil which is rigidly connected to the housing and is designed to generate a magnetic field when an electrical current flows through it.
  • the actuator has a magnet which is arranged in the housing so that it can move to a limited extent.
  • the at least one component which is excited to vibrate by the actuator is particularly preferably a structure of several components, very particularly preferably comprising the housing.
  • the actuator can preferably such components in a suitable manner
  • the actuator for a rigid structure is designed as a component to be stimulated for high-performance bass reproduction in the automotive sector.
  • the actuator itself does not emit sound, but stimulates structures that are already present in the vehicle, at least one of them as a component to be excited, to vibrate.
  • the structure forms vibrations and ultimately emits sound in an advantageous manner compared to conventional subwoofers. No additional resonance volume is necessary.
  • the space requirement is reduced to a minimum.
  • the actuator is advantageously 5-10 times smaller and 2-5 times lighter than a conventional subwoofer.
  • One purpose of the actuator can, for example, be to prevent vibrations or
  • the structure expediently comprises a plurality of components, in particular components connected to one another, which are jointly or partially excited to vibrate.
  • the actuator is preferably designed so that it is particularly suitable for reproducing low tones or bass reproduction, the actuator for frequencies below 100 Hz or 200 Hz, in particular below 100 Hz or 200 Hz down to at least 60 Hz, particularly preferably down at least 40Hz, in each case expediently with an amplitude drop of up to -6dB, especially -3dB, is or is also suitable.
  • the actuator is useful for playing a
  • the actuator is designed so that it can continuously generate a sound pressure level of at least 80 dB for at least one hour.
  • the housing of the actuator is preferably connected directly to the component or indirectly via at least one fastening means.
  • the connection between the housing and the component is directly or indirectly embodied in particular essentially rigid and / or rigid.
  • the component is expediently designed as one of the following structures of a motor vehicle, floor pan, door structural panel, trunk lid, spare wheel recess, roof structure, cross member, fender, longitudinal member, door carrier, end wall or frame part and in particular as one of the following structures: floor plate, trunk lid or end wall.
  • This structure is particularly preferably designed as a carbon and / or glass fiber reinforced plastic GRP and / or carbon fiber reinforced plastic CFRP.
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the vibrations are preferably mechanical vibrations. This can be expressed, for example, in a vibration of the actuator. Such vibrations can be transmitted to at least one component, which then also executes corresponding vibrations.
  • the vibrations of the actuator are preferably vibrations which, after being transmitted to at least one component, lead to the emission of airborne sound waves or the generation of sound waves which then propagate further through the air.
  • the vibrations can have frequencies between 20 Hz and 20 kHz, which roughly corresponds to a typical human hearing range.
  • the actuator preferably has an electrical connection, for example by means of a plug or clamp connection, which can be fully or partially integrated into the housing and is electrically connected to the coil.
  • a cable for example, can be used for this. This can form an electrical connection between the connection and the coil.
  • Such a cable can also be used, for example, to arrange the electrical connection away from the housing.
  • the electrical connection is advantageously rigidly connected to the housing. In this way, in particular, a relative movement between the electrical connection and the housing can be prevented, which can prevent wear.
  • An electrical connection between the electrical connection and the coil is preferably completely fixed on the housing. This allows a relative movement between the electrical connection, for example a cable, and the Housing can be effectively prevented. This avoids friction and fatigue of the materials and thus wear and tear.
  • the magnet can preferably be excitable and / or deflectable in particular by means of the magnetic field generated by the coil. This can generate vibrations.
  • the magnet can preferably be movable in only one spatial direction defined in the housing.
  • a spatial direction can correspond to a combination of a direction and an exactly opposite direction. In other words, the magnet can be moved one-dimensionally along an axis defined in the housing.
  • the actuator preferably has a spring arrangement which is designed to bias the magnet into a rest position. From this rest position, the magnet can then be deflected in particular by means of the magnetic field generated by the coil already mentioned.
  • the spring arrangement can preferably be designed to reset the magnet to the rest position along every possible direction of movement.
  • the possible directions of movement can be, for example, those directions which are defined by the spatial direction already mentioned above.
  • the spring arrangement preferably has a first spring element and a second spring element, the magnet being held between the first spring element and the second spring element.
  • the first spring element preferably prestresses the magnet in a first direction.
  • the second spring element preferably prestresses the magnet in a second direction or orientation opposite to the first. This can be particularly advantageous if, as already mentioned above, the magnet can be moved in a spatial direction or only one-dimensionally. Then the magnet is biased in both directions by the spring arrangement.
  • the spring element or the first spring element preferably has a number of spring arms for pretensioning the magnet.
  • the second spring element also preferably has a number of spring arms for pretensioning the magnet.
  • the spring arms of the first spring element can preferably be arranged in a star shape or in a spiral shape.
  • the spring arms of the second spring element can also preferably be arranged in a star shape or in a spiral shape. In the middle of such a star shape, for example, the magnet can be fastened, the spring effect resulting therefrom having proven to be advantageous.
  • the arrangement of the spring arms is expediently designed symmetrically or, alternatively, preferably asymmetrically, in order to prevent natural vibrations.
  • the asymmetry is particularly preferred as
  • the material thickness or material thickness of the spring elements can preferably be designed to be constant or in particular to be of different thickness. So it is useful to provide different thicknesses at different points of the spring elements in order to have special vibration properties and special
  • a spring element can be made more progressive through profiling
  • At least one spring arm or the spring arms and / or at least one spring element is designed profiled in order to increase the rigidity and the
  • Profiling is included particularly preferably carried out by at least one rib and / or at least one bead and / or at least one edge and / or at least one curvature, very particularly preferably for each spring arm and / or each spring element.
  • the first spring element and the second spring element are preferably as far away from each other as possible and / or are arranged at opposite ends of the housing within the housing.
  • the magnet is suitably preloaded into its rest position in any position of the housing relative to the earth's surface or to another external element and can be deflected by the magnetic field as intended without restriction.
  • the greatest possible distance can relate in particular to the spatial direction already mentioned above, which indicates an axial movement of the magnet.
  • the spring elements can be made from plastics, metals or composite materials, for example. This can influence the acoustic behavior. In particular, this can influence the damping behavior of the spring elements.
  • the spring elements are particularly preferred, in particular additionally,
  • the magnet can preferably be movable within the coil.
  • Mobility within the coil a particularly good effect of the magnetic field generated by the coil is achieved.
  • the actuator preferably has a ring as a housing or housing part, which surrounds the coil and is made of magnetically conductive and / or thermally conductive material. By making it from magnetically conductive material, a magnetic connection can be generated laterally to the coil in a preferred manner. The effect of the magnetic field generated by the coil is thereby considerably improved.
  • the housing of the actuator is preferably made of a material with a thermal conductivity of at least 25 W / (m K), in particular of
  • the housing of the actuator preferably has a heat capacity of at least 0.08 kJ / K, in particular of at least 0.1 kJ / K. Due to this particularly high specific heat capacity, high heat input caused by temporary load peaks can be absorbed by the coil.
  • the fixed connection of the coil to the housing can preferably be produced by an adhesive connection made of adhesive that is thermally relatively highly conductive.
  • the adhesive has a thermal conductivity of at least 0.8 W / (m K), in particular at least 1 W / (m K).
  • the layer thickness of the adhesive is expediently a maximum of 0.3 mm, in particular less than 0.1 mm. This ensures efficient heat dissipation from the coil into the housing.
  • the coil carrier of the coil firmly attached to the housing is made of a thermally relatively highly conductive material with a
  • 1 W / (m K) is designed to ensure efficient heat dissipation from the coil into the housing. It is preferred that the inner surface of the housing, which means
  • Adhesive connection is connected to the coil and / or the coil carrier, is structured and / or is formed profiled.
  • rectangular profiles and / or triangular profiles and / or sinusoidal profiles and / or circular arc profiles as surface structuring in order to ensure efficient heat dissipation from the coil into the housing by means of an increase in the contact surface.
  • further profiles / ribs can expediently be applied to the outside of the housing, which ensure an improved heat transfer to the environment.
  • the housing has a first cover cap at a first axial end with respect to the coil.
  • This can in particular be made of plastic, of a non-magnetically conductive and / or of a non-thermally conductive material or of a thermally conductive material.
  • the housing can also have a second cover cap at a second axial end with respect to the coil. This, too, can be made in particular
  • Plastic be formed from a non-magnetically conductive and / or from a non-thermally conductive material or from a thermally conductive material.
  • a magnetic flux can be wholly or partially held in the housing, which prevents, for example, interference with other components.
  • heat emission from the actuator to a contacting element can be prevented or reduced.
  • Plastics such as PA6 (polyamide 6), ABS
  • a three-part construction of the housing ie with a ring and two cover caps, can be provided.
  • a respective cover cap can also be designed to be thermally conductive, for example.
  • it can at the same time not be made magnetically conductive. As a result, heat can be released to another element, which prevents the actuator from overheating.
  • aluminum or magnesium can be used as a thermally conductive and non-magnetically conductive material.
  • the housing preferably has an externally accessible bore with an internal thread or some other externally accessible fastening means.
  • a fastening means can, for example, also be designed as a through hole without a thread or in some other suitable manner.
  • the housing can for example be rigidly attached to another element than the component of the motor vehicle already mentioned, for example to a body or to a floor of the motor vehicle.
  • a reference to another element, in particular a more rigid element can be established so that the component can be excited in an advantageous manner.
  • the magnet preferably has a mass which is in a range between 80% of the mass of the other components of the actuator and 120% of the mass of the other components of the actuator. Such values have become
  • the housing can preferably be completely or essentially radially symmetrical. This has proven to be a design that is easy to manufacture and use. However, other designs, for example a square, square, rectangular or a design with a different number of corners are also possible.
  • the housing can for example be designed to be closed, open or partially open. A closed design can in particular achieve a certain level of protection against the ingress of dust, liquids or other contaminants.
  • the magnet preferably has a magnetic central part, a first pole plate and a second pole plate.
  • the middle part is preferably surrounded by the first pole plate and the second pole plate.
  • the magnetic middle part can in particular be arranged along a single possible direction of movement of the magnet or the spatial direction between the first pole plate and the second pole plate. Such designs have proven to be advantageous.
  • the first and / or second pole plates are preferably assigned to the magnet, in particular on two opposite sides, the magnet between the pole plates, particularly preferably in the middle, in the undeflected state of the actuator.
  • the outwardly directed surface of an expedient first pole plate i.e. facing away from the magnet, the pole plate being assigned to the magnet, is preferably concave, in particular with regard to its cross section, so that it has a greater thickness at the outer edge than in its center.
  • the transition between the thicker, outer edge and the thinner middle part is in particular designed to be linearly sloping or sloping in the shape of a circular arc or sloping in a parabolic manner.
  • the pole plate particularly preferably has a collar, in particular of essentially constant thickness, which can have up to 20% of the total extent of the pole plate.
  • the surface of the first pole plate which is oriented towards the magnet is expediently designed to be essentially planar.
  • a second pole plate is preferably formed on its outwardly directed side like the first pole plate on its outwardly directed surface.
  • the second pole plate also faces the magnet
  • the first and / or second pole plate are expediently designed with regard to their outwardly directed surface in such a way that they have an im
  • first and / or the second pole plate is essentially planar on the side facing the magnet and that the side facing away from the magnet or outer side is concave in terms of its cross section and thus the entire cross section of the pole plate is concave .
  • the outer side of the first and / or the second pole plate has a collar, in particular on the circumferential edge, on which the pole plate has a greater thickness or material thickness than in the middle, with the pole plate (s) in the area of the middle of the outer side in particular each has / have a substantially planar plateau.
  • the transition between the collar and plateau is particularly preferably designed as a linear transition or a circular arc-shaped or a parabolic transition or a
  • the magnet or the magnetic middle part can for example consist of a
  • Neodymium alloy or a ferrite alloy Neodymium alloy or a ferrite alloy.
  • the invention furthermore preferably relates to a component arrangement for a motor vehicle, the component arrangement at least one component for the
  • the actuator is rigidly connected to the component.
  • the actuator all of the designs and variants described herein can be used.
  • the component arrangement which is preferred and / or according to the invention can be used to simply excite the component with vibrations that generate sound waves possible, so that the component can be used as part of a system for audio playback in the motor vehicle. Compared to a separate
  • Loudspeaker which typically requires a separate membrane, is considerably more space-consuming and heavier, is made possible by the loudspeaker according to the invention
  • the invention also relates to a motor vehicle which has at least one component arrangement according to the invention.
  • a motor vehicle which has at least one component arrangement according to the invention.
  • the component arrangement and in particular with regard to the actuator contained therein, all of the designs and variants described herein can be used.
  • the advantages already described above can be achieved in this way, in particular the motor vehicle can be compared to designs with conventional
  • Speakers have more space and / or a lower weight.
  • the invention also relates to the use of an actuator, in particular an actuator according to the invention, in a motor vehicle.
  • an actuator in particular an actuator according to the invention, in a motor vehicle.
  • the actuator according to the invention all of the embodiments and variants described herein can be used.
  • an actuator or vibration exciter which does not itself emit sound, but stimulates existing structures in the vehicle. This excitation causes the structure to vibrate, whereupon it itself emits sound.
  • the actuator is typically about a factor of 5 to 10 smaller and a factor of 2 to 5 lighter.
  • Actuators, depth actuators or vibration exciters, as described herein, can preferably have the following features, for example, which can be used individually or in combination:
  • the coil of the actuator is directly connected to the outer housing, for example glued or otherwise connected, with the magnet is typically internal, for example inside the
  • Coil diameter and is typically movably mounted.
  • An outer ring as a housing or housing part, to which the coil can be attached can consist of a thermally conductive metal or material, wherein the ring can, for example, close a magnetic flux circuit and can also dissipate the heat of the coil to the outside and on the outer side can give off to the environment.
  • the actuator can be installed in a wide variety of positions inside and outside the vehicle. It can preferably be attached to sheet metal structures such as a floor panel, a structural door panel, a trunk lid, a spare wheel recess, a roof structure, a cross member, a fender, a longitudinal member, a front wall or other components of a motor vehicle.
  • sheet metal structures such as a floor panel, a structural door panel, a trunk lid, a spare wheel recess, a roof structure, a cross member, a fender, a longitudinal member, a front wall or other components of a motor vehicle.
  • the actuator can be positioned in all spatial directions with the same suitability. This can be made possible in particular by centering the magnet system or the magnet on planes that are as far apart from one another as possible.
  • the centering and the suspension of the magnet system can be implemented in one component, which can consist of various materials such as plastics, metals or composite materials, whereby the acoustic behavior can be influenced or optimized.
  • the actuator can have a central hole that is continuous from top to bottom in order to be able to fasten the actuator in the middle on a bolt.
  • the mass of the movable magnet system or core can be
  • the actuator can be operated both above and below its own resonance frequency.
  • the actuator housing can in principle be designed in various forms, but a symmetrical design can be advantageous for assembly and also for manufacture. Materials can be designed differently, for example.
  • the magnet can for example consist of a neodymium alloy or also of a ferrite alloy.
  • the housing can be designed to be open or partially open. Apart from the central hole already mentioned, the actuator can also be connected via an external attachment or an adhesive or welded connection. A structure is also conceivable in which the magnet system is not completely within the
  • Coil diameter lies, wherein the coil can also be partially enclosed by the magnet.
  • FIG. 1 shows an actuator 5 according to an exemplary embodiment of the invention in a side exploded view.
  • the actuator 5 has a housing 10.
  • the housing 10 is formed by a first cover cap 12, a second cover cap 16 and a ring 14.
  • the two cover caps 12, 16 are arranged on the outside and consist of non-thermally conductive, non-magnetically conductive material. It should be mentioned that one or both of these two cover caps 12, 16, for example, are also made thermally conductive, non-magnetically conductive material could exist.
  • the ring 14 is made of thermally conductive, magnetically conductive material.
  • the actuator 5 has a spring arrangement 20, which by a first
  • Spring element 22 and a second spring element 24 is formed. Their implementation will be discussed in more detail below.
  • the actuator 5 has a coil which is formed by a coil carrier 32, a first coil section 34 and a second coil section 36.
  • the two coil sections 34, 36 are applied to the coil carrier 32. Electric current can flow through the coil sections 34, 36, so that a magnetic field is generated in the coil 30.
  • the actuator 5 has a magnet 40. This is formed by a magnetic middle part 42 as well as a first non-magnetic pole plate 44 and a second non-magnetic pole plate 46. The middle part 42 is accommodated between the two pole plates 44, 46.
  • Two sets of four screws 18, 19 each are used to fasten the components mentioned.
  • fastening by gluing, welding or riveting would also be possible, for example.
  • Fig. 2 shows the actuator 5 in a perspective exploded view. It can be seen that the first spring element 22 has a total of four spring arms 26. The second spring element 24 accordingly has a total of four spring arms 28.
  • the magnet 40 is designed such that the two pole plates 44, 46 directly adjoin the magnetic middle part 42.
  • the magnet 40 is then axially adjacent as a whole from the two
  • the magnet 40 is only movable in one axial direction, wherein it is pretensioned by the spring elements 22, 24 into a central rest position.
  • the pole plates 44, 46 are designed to be concave on their outwardly directed surface. This enables a particularly space-saving arrangement of the magnet 40 between the spring elements 22, 24 and allows a particularly high magnetic flux density in the edge region of the pole plates.
  • the coil 30 surrounds the magnet 40 radially.
  • the coil 30 is firmly fixed in the housing 10.
  • the magnet 40 can be deflected from its rest position, which causes vibrations.
  • a voltage can be applied to which an audio signal is modulated.
  • the magnet 40 then vibrates in accordance with this audio signal and generates corresponding vibrations.
  • the ring 14 made of magnetically conductive material serves to provide an advantageous magnetic connection.
  • a first cylinder-like projection 13, which extends from the first, is used to define the axial direction along which the magnet 40 is movable
  • Cover cap 12 extends from inward, and a second cylindrical projection 17 which extends from the second cover cap 16 inward.
  • Fig. 3 shows the actuator 5 in the assembled state. It can be seen here that three cylindrical contact points 7 are arranged on the outside of the first cover cap 12. With these, the actuator 5 can be attached to a component of a
  • Adjacent motor vehicle Adjacent motor vehicle. Furthermore, a bore 8 is arranged in the center, in which a thread is formed. The actuator 5 can thus be attached to a component.
  • the second cover cap 16 is also designed accordingly.
  • the bore 8 can also be used to connect the actuator 5 to a rigid component such as a body part of a vehicle and the actuator 5 on the
  • the opposite side can be connected to a component that is to be excited to vibrate.
  • the stationary component such as a body of the vehicle, can serve as a reference, relative to which the vibrations are excited.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of a spring element, here by way of example the first spring element 22. This can be used in the context of the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 instead of the first spring element 22 shown there and / or instead of the second spring element 24 shown there will.
  • the spring arms 26 of the spring element 22 shown in FIG. 4 are designed in a spiral shape. A different spring characteristic can thus be achieved.
  • Fig. 5 shows schematically an exemplary pole plate 44, 46 in cross section.
  • the pole plate is, for example, designed to be essentially flat 61 on the side facing the magnet (not shown).
  • the outer side or surface 62 facing away from the magnet is concave and thus the whole
  • the outer side has a collar 63 on the circumferential edge, on which the pole plate has a greater thickness or
  • the pole plate having an essentially planar plateau 64 in the area of the center of the outer side.
  • the transition 65 between collar 63 and plateau 64 can be designed in various ways; a linear transition, a circular arc-shaped and a parabolic transition are illustrated on the left-hand side.

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Abstract

The invention relates to an actuator for exciting a component of a motor vehicle with vibrations, wherein the actuator comprises a housing, an electrical coil and a magnet that can move in a limited manner in the housing.

Description

Beschreibung description
Schwingungsaktuator für steife Strukturen zur hochleistungs-Basswiedergabe im Automobilbereich Vibration actuator for rigid structures for high-performance bass reproduction in the automotive sector
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. The invention relates to an actuator for exciting at least one component of a motor vehicle with vibrations, a component arrangement with such an actuator and a motor vehicle with such a component arrangement.
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. In today's motor vehicles, entertainment systems are standard which allow audio playback from sources such as radio, CD or electronic recordings. For balanced audio reproduction in vehicles, the audio signal is usually divided into different frequency ranges and reproduced via elements optimized for this purpose. To reproduce deep tones, loudspeakers that are sufficiently heavy and large and large volumes are required to generate a correspondingly powerful sound. In the vehicle interior, however, only small volumes are usually available without restricting the usable space. Furthermore, the typically heavy weight of such loudspeakers has a negative effect on fuel consumption and thus also on pollutant emissions and range.
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. Loudspeakers for reproducing particularly low tones are often built into a housing in the vehicle interior. This already includes the resonance volume adapted for the loudspeaker. However, such loudspeaker-housing combinations have the aforementioned disadvantages, such as, in particular, a large volume and a high weight.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative und/oder verbesserte Möglichkeit zur Audiowiedergabe in Kraftfahrzeugen vorzusehen. It is therefore an object of the invention to provide an alternative and / or improved option for audio reproduction in motor vehicles.
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 According to the invention, this is achieved by an actuator, a component arrangement and a motor vehicle according to the respective main claims. Advantageous refinements can for example be found in the respective subclaims can be removed. The content of the claims is express
Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Made reference to the content of the description.
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. The invention preferably relates to an actuator for exciting at least one component of a motor vehicle with vibrations. The actuator has a housing which is designed to be connected to the component. The actuator has an electrical coil which is rigidly connected to the housing and is designed to generate a magnetic field when an electrical current flows through it. Furthermore, the actuator has a magnet which is arranged in the housing so that it can move to a limited extent. The at least one component which is excited to vibrate by the actuator is particularly preferably a structure of several components, very particularly preferably comprising the housing.
Der Aktuator kann vorzugsweise derartige Bauteile in geeigneter Weise zu The actuator can preferably such components in a suitable manner
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. Excite vibrations, which in turn can radiate airborne sound. The use of such actuators in motor vehicles allows a considerable saving in space and weight compared to known loudspeakers used in motor vehicles.
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. It is expedient that the actuator for a rigid structure is designed as a component to be stimulated for high-performance bass reproduction in the automotive sector. The actuator itself does not emit sound, but stimulates structures that are already present in the vehicle, at least one of them as a component to be excited, to vibrate. As a result of this stimulation, the structure forms vibrations and ultimately emits sound in an advantageous manner compared to conventional subwoofers. No additional resonance volume is necessary. The space requirement is reduced to a minimum. The actuator is advantageously 5-10 times smaller and 2-5 times lighter than a conventional subwoofer. The performance of the bass reproduction - especially with regard to extreme power peaks and long-term maximum load - far exceeds that of conventional subwoofers. One purpose of the actuator can, for example, be to prevent vibrations or
Schwingungen zu erzeugen, um mittels geeigneter Struktur/en eine Abstrahlung von Luftschall bzw. eine Schallwiedergabe zu realisieren. To generate vibrations in order to emit airborne sound or to reproduce sound by means of suitable structure (s).
Zweckmäßigerweise umfasst die Struktur mehrere Bauteile, insbesondere miteinander verbundene Bauteile, welche gemeinsam oder partiell zur Schwingung angeregt werden. The structure expediently comprises a plurality of components, in particular components connected to one another, which are jointly or partially excited to vibrate.
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. The actuator is preferably designed so that it is particularly suitable for reproducing low tones or bass reproduction, the actuator for frequencies below 100 Hz or 200 Hz, in particular below 100 Hz or 200 Hz down to at least 60 Hz, particularly preferably down at least 40Hz, in each case expediently with an amplitude drop of up to -6dB, especially -3dB, is or is also suitable.
Der Aktuator ist zweckmäßigerweise zur Wiedergabe eines The actuator is useful for playing a
Schalldruck-Maximalpegels von mindestens 100dB ausgebildet. Maximum sound pressure level of at least 100dB.
Der Aktuator ist insbesondere so ausgelegt, dass er mindestens eine Stunde dauerhaft einen Schalldruckpegel von mindestens 80dB erzeugen kann. In particular, the actuator is designed so that it can continuously generate a sound pressure level of at least 80 dB for at least one hour.
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. The housing of the actuator is preferably connected directly to the component or indirectly via at least one fastening means. The connection between the housing and the component is directly or indirectly embodied in particular essentially rigid and / or rigid.
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. The component is expediently designed as one of the following structures of a motor vehicle, floor pan, door structural panel, trunk lid, spare wheel recess, roof structure, cross member, fender, longitudinal member, door carrier, end wall or frame part and in particular as one of the following structures: floor plate, trunk lid or end wall. This structure is particularly preferably designed as a carbon and / or glass fiber reinforced plastic GRP and / or carbon fiber reinforced plastic CFRP. The preferred rigid arrangement of the electrical coil in the housing effectively prevents relative movements between the coil and the housing. This can prevent wear and tear on components that may rub against one another. This may also apply to a cable for connecting the electrical coil, which will be discussed in greater detail below.
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. The vibrations are preferably mechanical vibrations. This can be expressed, for example, in a vibration of the actuator. Such vibrations can be transmitted to at least one component, which then also executes corresponding vibrations. The vibrations of the actuator are preferably vibrations which, after being transmitted to at least one component, lead to the emission of airborne sound waves or the generation of sound waves which then propagate further through the air. In particular, the vibrations can have frequencies between 20 Hz and 20 kHz, which roughly corresponds to a typical human hearing range.
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. The actuator preferably has an electrical connection, for example by means of a plug or clamp connection, which can be fully or partially integrated into the housing and is electrically connected to the coil. A cable, for example, can be used for this. This can form an electrical connection between the connection and the coil. Such a cable can also be used, for example, to arrange the electrical connection away from the housing.
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. The electrical connection is advantageously rigidly connected to the housing. In this way, in particular, a relative movement between the electrical connection and the housing can be prevented, which can prevent wear.
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. An electrical connection between the electrical connection and the coil is preferably completely fixed on the housing. This allows a relative movement between the electrical connection, for example a cable, and the Housing can be effectively prevented. This avoids friction and fatigue of the materials and thus wear and tear.
Der Magnet kann vorzugsweise insbesondere mittels des von der Spule erzeugten Magnetfelds anregbar und/oder auslenkbar sein. Dadurch können Schwingungen erzeugt werden. The magnet can preferably be excitable and / or deflectable in particular by means of the magnetic field generated by the coil. This can generate vibrations.
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. The magnet can preferably be movable in only one spatial direction defined in the housing. A spatial direction can correspond to a combination of a direction and an exactly opposite direction. In other words, the magnet can be moved one-dimensionally along an axis defined in the housing.
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. The actuator preferably has a spring arrangement which is designed to bias the magnet into a rest position. From this rest position, the magnet can then be deflected in particular by means of the magnetic field generated by the coil already mentioned.
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. The spring arrangement can preferably be designed to reset the magnet to the rest position along every possible direction of movement. The possible directions of movement can be, for example, those directions which are defined by the spatial direction already mentioned above.
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. The spring arrangement preferably has a first spring element and a second spring element, the magnet being held between the first spring element and the second spring element. The first spring element preferably prestresses the magnet in a first direction. The second spring element preferably prestresses the magnet in a second direction or orientation opposite to the first. This can be particularly advantageous if, as already mentioned above, the magnet can be moved in a spatial direction or only one-dimensionally. Then the magnet is biased in both directions by the spring arrangement. As an alternative, it is also possible to use only one spring element which, for example, can generate a prestress in one or in all relevant directions.
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 The spring element or the first spring element preferably has a number of spring arms for pretensioning the magnet. The second spring element also preferably has a number of spring arms for pretensioning the magnet. Such a design has proven to be advantageous for typical applications. The magnet can in particular at a respective point at which the
Federarme Zusammenkommen, angebracht sein. Spring arms come together, be appropriate.
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. The spring arms of the first spring element can preferably be arranged in a star shape or in a spiral shape. The spring arms of the second spring element can also preferably be arranged in a star shape or in a spiral shape. In the middle of such a star shape, for example, the magnet can be fastened, the spring effect resulting therefrom having proven to be advantageous.
Zweckmäßigerweise ist die Anordnung der Federarme symmetrisch ausgebildet oder alternativ vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet, um Eigenschwingungen zu unterbinden. Die Asymmetrie ist dabei besonders bevorzugt als The arrangement of the spring arms is expediently designed symmetrically or, alternatively, preferably asymmetrically, in order to prevent natural vibrations. The asymmetry is particularly preferred as
Rotationsasymmetrie oder als Translationsasymmetrie ausgebildet. Rotational asymmetry or translational asymmetry.
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 The material thickness or material thickness of the spring elements can preferably be designed to be constant or in particular to be of different thickness. So it is useful to provide different thicknesses at different points of the spring elements in order to have special vibration properties and special
Rückstellcharakteristiken der Feder zu erzielen. So kann ein Federelement durch eine Profilierung zum Beispiel eine stärker ausgeprägte progressive To achieve return characteristics of the spring. For example, a spring element can be made more progressive through profiling
Rückstellkennlinie erhalten. Reset characteristic obtained.
Zweckmäßigerweise ist wenigstens ein Federarm bzw. die Federarme und/oder zumindest ein Federelement profiliert ausgeführt, um die Steifigkeit und die Appropriately, at least one spring arm or the spring arms and / or at least one spring element is designed profiled in order to increase the rigidity and the
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. To further improve vibration properties. Profiling is included particularly preferably carried out by at least one rib and / or at least one bead and / or at least one edge and / or at least one curvature, very particularly preferably for each spring arm and / or each spring element.
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. The first spring element and the second spring element are preferably as far away from each other as possible and / or are arranged at opposite ends of the housing within the housing. As a result, the best possible generation of the spring force can be achieved in particular to the effect that a position of the housing can be freely selected. The magnet is suitably preloaded into its rest position in any position of the housing relative to the earth's surface or to another external element and can be deflected by the magnetic field as intended without restriction. The greatest possible distance can relate in particular to the spatial direction already mentioned above, which indicates an axial movement of the magnet.
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. The spring elements can be made from plastics, metals or composite materials, for example. This can influence the acoustic behavior. In particular, this can influence the damping behavior of the spring elements.
Besonders bevorzugt sind die Federelemente, insbesondere zusätzlich, The spring elements are particularly preferred, in particular additionally,
beschichtet, beispielsweise mit einem oder mehreren Kunststoff/en relativ hoher Dämpfung oder mit relativ massereichen Werkstoffen, um das coated, for example with one or more plastic / s with relatively high damping or with relatively massive materials to achieve the
Eigenschwingverhalten der Federelemente zu bedämpfen und/oder zu verstimmen. To dampen natural vibration behavior of the spring elements and / or detuned.
Der Magnet kann bevorzugt innerhalb der Spule beweglich sein. Durch die The magnet can preferably be movable within the coil. Through the
Beweglichkeit innerhalb der Spule wird eine besonders gute Wirkung des von der Spule erzeugten Magnetfelds erreicht. Mobility within the coil, a particularly good effect of the magnetic field generated by the coil is achieved.
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. The actuator preferably has a ring as a housing or housing part, which surrounds the coil and is made of magnetically conductive and / or thermally conductive material. By making it from magnetically conductive material, a magnetic connection can be generated laterally to the coil in a preferred manner. The effect of the magnetic field generated by the coil is thereby considerably improved.
Vorzugsweise ist das Gehäuse des Aktuators aus einem Material ausgebildet mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 25 W/(m K), insbesondere von The housing of the actuator is preferably made of a material with a thermal conductivity of at least 25 W / (m K), in particular of
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 at least 40 W / (m K). This enables a particularly advantageous dissipation of the heat generated inside the housing. This heat can be caused in particular by the current flowing through the coil and possible
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. Frictional effects arise due to the moving magnet. Because it is made from a thermally conductive material, this heat can preferably be dissipated, for example to components connected to the housing or to the component to be excited. Overheating of the actuator is thereby advantageously prevented.
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. The housing of the actuator preferably has a heat capacity of at least 0.08 kJ / K, in particular of at least 0.1 kJ / K. Due to this particularly high specific heat capacity, high heat input caused by temporary load peaks can be absorbed by the coil.
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. The fixed connection of the coil to the housing can preferably be produced by an adhesive connection made of adhesive that is thermally relatively highly conductive. The adhesive has a thermal conductivity of at least 0.8 W / (m K), in particular at least 1 W / (m K). The layer thickness of the adhesive is expediently a maximum of 0.3 mm, in particular less than 0.1 mm. This ensures efficient heat dissipation from the coil into the housing.
Es ist bevorzugt, dass der Spulenträger der fest an das Gehäuse angebundenen Spule aus einem thermisch relativ hoch leitfähigen Werkstoff mit einer It is preferred that the coil carrier of the coil firmly attached to the housing is made of a thermally relatively highly conductive material with a
Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,8 W/(m K), insbesondere mindestens Thermal conductivity of at least 0.8 W / (m K), in particular at least
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 1 W / (m K) is designed to ensure efficient heat dissipation from the coil into the housing. It is preferred that the inner surface of the housing, which means
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 Adhesive connection is connected to the coil and / or the coil carrier, is structured and / or is formed profiled. The inner surface or the surface of the interior of the housing, in particular in the area in which it is connected to the coil and / or the coil carrier
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. For example, rectangular profiles and / or triangular profiles and / or sinusoidal profiles and / or circular arc profiles as surface structuring in order to ensure efficient heat dissipation from the coil into the housing by means of an increase in the contact surface. In addition or as an alternative, further profiles / ribs can expediently be applied to the outside of the housing, which ensure an improved heat transfer to the environment.
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 According to a preferred embodiment, the housing has a first cover cap at a first axial end with respect to the coil. This can in particular be made of plastic, of a non-magnetically conductive and / or of a non-thermally conductive material or of a thermally conductive material. The housing can also have a second cover cap at a second axial end with respect to the coil. This, too, can be made in particular
Kunststoff, aus einem nicht magnetisch leitenden und/oder aus einem nicht wärmeleitenden Material oder aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet sein. Plastic, be formed from a non-magnetically conductive and / or from a non-thermally conductive material or from a thermally conductive material.
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. Due to the particularly preferred design of a respective cover cap made of non-magnetically conductive material, a magnetic flux can be wholly or partially held in the housing, which prevents, for example, interference with other components. As a result of the design from non-thermally conductive material, heat emission from the actuator to a contacting element can be prevented or reduced.
Vorzugsweise werden als nicht wärmeleitende, nicht magnetisch leitende Preferably used as non-thermally conductive, non-magnetically conductive
Materialien Kunststoffe wie PA6 (Polyamid 6), ABS Materials Plastics such as PA6 (polyamide 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. (Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) or PP (polypropylene) are used. In particular, a three-part construction of the housing, ie with a ring and two cover caps, can be provided.
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. However, a respective cover cap can also be designed to be thermally conductive, for example. In particular, it can at the same time not be made magnetically conductive. As a result, heat can be released to another element, which prevents the actuator from overheating.
Beispielsweise kann als wärmeleitendes und nicht magnetisch leitendes Material Aluminium oder Magnesium verwendet werden. For example, aluminum or magnesium can be used as a thermally conductive and non-magnetically conductive material.
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. The housing preferably has an externally accessible bore with an internal thread or some other externally accessible fastening means. Such a fastening means can, for example, also be designed as a through hole without a thread or in some other suitable manner. As a result, the housing can for example be rigidly attached to another element than the component of the motor vehicle already mentioned, for example to a body or to a floor of the motor vehicle. As a result, a reference to another element, in particular a more rigid element, can be established so that the component can be excited in an advantageous manner.
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 The magnet preferably has a mass which is in a range between 80% of the mass of the other components of the actuator and 120% of the mass of the other components of the actuator. Such values have become
insbesondere unter akustischen Gesichtspunkten als vorteilhaft herausgestellt. proved to be advantageous, in particular from an acoustic point of view.
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. The housing can preferably be completely or essentially radially symmetrical. This has proven to be a design that is easy to manufacture and use. However, other designs, for example a square, square, rectangular or a design with a different number of corners are also possible. The housing can for example be designed to be closed, open or partially open. A closed design can in particular achieve a certain level of protection against the ingress of dust, liquids or other contaminants.
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. The magnet preferably has a magnetic central part, a first pole plate and a second pole plate. The middle part is preferably surrounded by the first pole plate and the second pole plate. The magnetic middle part can in particular be arranged along a single possible direction of movement of the magnet or the spatial direction between the first pole plate and the second pole plate. Such designs have proven to be advantageous.
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. The first and / or second pole plates are preferably assigned to the magnet, in particular on two opposite sides, the magnet between the pole plates, particularly preferably in the middle, in the undeflected state of the actuator.
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. The outwardly directed surface of an expedient first pole plate, i.e. facing away from the magnet, the pole plate being assigned to the magnet, is preferably concave, in particular with regard to its cross section, so that it has a greater thickness at the outer edge than in its center. The transition between the thicker, outer edge and the thinner middle part is in particular designed to be linearly sloping or sloping in the shape of a circular arc or sloping in a parabolic manner. Furthermore, along its outer edge, in particular the outer edge of the outwardly directed surface, the pole plate particularly preferably has a collar, in particular of essentially constant thickness, which can have up to 20% of the total extent of the pole plate. The surface of the first pole plate which is oriented towards the magnet is expediently designed to be essentially planar.
Ebenso ist bevorzugt eine zweite Polplatte auf ihrer nach außen gerichteter Seite wie die erste Polplatte auf deren nach außen gerichteter Fläche ausgeformt. Likewise, a second pole plate is preferably formed on its outwardly directed side like the first pole plate on its outwardly directed surface.
Insbesondere ist auch bei der zweiten Polplatte die zum Magneten hin In particular, the second pole plate also faces the magnet
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. aligned side or surface essentially flat. By such a Execution can on the one hand achieve that the magnetic flux density is higher in the outer area of the pole plates and on the other hand a respective adjacent spring element can be arranged closer to the pole plate.
Dadurch kann insgesamt Bauraum eingespart werden. As a result, overall installation space can be saved.
Die erste und/oder zweite Polplatte sind zweckmäßigerweise hinsichtlich ihrer nach Außen gerichteten Fläche so ausgebildet, dass sie in deren Mitte eine im The first and / or second pole plate are expediently designed with regard to their outwardly directed surface in such a way that they have an im
Wesentlichen plane Teilfläche bzw. ein Plateau aufweisen. Have substantially planar partial area or a plateau.
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 It is expedient that the first and / or the second pole plate is essentially planar on the side facing the magnet and that the side facing away from the magnet or outer side is concave in terms of its cross section and thus the entire cross section of the pole plate is concave . The outer side of the first and / or the second pole plate has a collar, in particular on the circumferential edge, on which the pole plate has a greater thickness or material thickness than in the middle, with the pole plate (s) in the area of the middle of the outer side in particular each has / have a substantially planar plateau. The transition between the collar and plateau is particularly preferably designed as a linear transition or a circular arc-shaped or a parabolic transition or a
Kombination aus zwei oder drei dieser Übergangsformen. Combination of two or three of these transitional forms.
Der Magnet oder der magnetische Mittelteil kann beispielsweise aus einer The magnet or the magnetic middle part can for example consist of a
Neodymlegierung oder aus einer Ferritlegierung bestehen. Neodymium alloy or a ferrite alloy.
Die Erfindung betrifft des Weiteren bevorzugt eine Bauteilanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Bauteilanordnung zumindest ein Bauteil für das The invention furthermore preferably relates to a component arrangement for a motor vehicle, the component arrangement at least one component for the
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. Has motor vehicle and an actuator according to the invention. The actuator is rigidly connected to the component. With regard to the actuator, all of the designs and variants described herein can be used.
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 The component arrangement which is preferred and / or according to the invention can be used to simply excite the component with vibrations that generate sound waves possible, so that the component can be used as part of a system for audio playback in the motor vehicle. Compared to a separate
Lautsprecher, welcher typischerweise eine separate Membran benötigt, erheblich platzintensiver ist und schwerer ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Loudspeaker, which typically requires a separate membrane, is considerably more space-consuming and heavier, is made possible by the loudspeaker according to the invention
Bauteilanordnung eine erhebliche Einsparung von Platz und Gewicht. Component arrangement a considerable saving of space and weight.
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 The invention also relates to a motor vehicle which has at least one component arrangement according to the invention. With regard to the component arrangement and in particular with regard to the actuator contained therein, all of the designs and variants described herein can be used. The advantages already described above can be achieved in this way, in particular the motor vehicle can be compared to designs with conventional
Lautsprechern ein erhöhtes Platzangebot und/oder ein niedrigeres Gewicht aufweisen. Speakers have more space and / or a lower weight.
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. The invention also relates to the use of an actuator, in particular an actuator according to the invention, in a motor vehicle. With regard to the actuator according to the invention, all of the embodiments and variants described herein can be used.
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. In general, an actuator or vibration exciter can be described which does not itself emit sound, but stimulates existing structures in the vehicle. This excitation causes the structure to vibrate, whereupon it itself emits sound. Compared to an equivalent subwoofer, the actuator is typically about a factor of 5 to 10 smaller and a factor of 2 to 5 lighter.
Aktuatoren, Tiefenaktuatoren bzw. Schwingungsanreger, wie sie hierin beschrieben wurden, können beispielsweise bevorzugt folgende Merkmale aufweisen, welche einzeln oder kombiniert zur Anwendung kommen können: Actuators, depth actuators or vibration exciters, as described herein, can preferably have the following features, for example, which can be used individually or in combination:
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 The coil of the actuator is directly connected to the outer housing, for example glued or otherwise connected, with the magnet is typically internal, for example inside the
Spulendurchmessers, und typischerweise beweglich gelagert ist. Coil diameter, and is typically movably mounted.
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. An outer ring as a housing or housing part, to which the coil can be attached, for example, can consist of a thermally conductive metal or material, wherein the ring can, for example, close a magnetic flux circuit and can also dissipate the heat of the coil to the outside and on the outer side can give off to the environment.
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. The actuator can be installed in a wide variety of positions inside and outside the vehicle. It can preferably be attached to sheet metal structures such as a floor panel, a structural door panel, a trunk lid, a spare wheel recess, a roof structure, a cross member, a fender, a longitudinal member, a front wall or other components of a motor vehicle.
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. The actuator can be positioned in all spatial directions with the same suitability. This can be made possible in particular by centering the magnet system or the magnet on planes that are as far apart from one another as possible.
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 The centering and the suspension of the magnet system can be implemented in one component, which can consist of various materials such as plastics, metals or composite materials, whereby the acoustic behavior can be influenced or optimized. The actuator can have a central hole that is continuous from top to bottom in order to be able to fasten the actuator in the middle on a bolt. The mass of the movable magnet system or core can
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. for example about ± 20% of the mass of the outer core or the other components of the actuator. As a result, the actuator can be operated both above and below its own resonance frequency.
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 The actuator housing can in principle be designed in various forms, but a symmetrical design can be advantageous for assembly and also for manufacture. Materials can be designed differently, for example. The magnet can for example consist of a neodymium alloy or also of a ferrite alloy. Furthermore, the housing can be designed to be open or partially open. Apart from the central hole already mentioned, the actuator can also be connected via an external attachment or an adhesive or welded connection. A structure is also conceivable in which the magnet system is not completely within the
Spulendurchmessers liegt, wobei die Spule auch teilweise vom Magneten umschlossen werden kann. Coil diameter lies, wherein the coil can also be partially enclosed by the magnet.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen: The person skilled in the art will learn further features and advantages from the exemplary embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Show:
Fig. 1 : einen Aktuator in einer seitlichen Explosionsansicht, 1: an actuator in a side exploded view,
Fig. 2: den Aktuator in einer perspektivischen Explosionsansicht, 2: the actuator in a perspective exploded view,
Fig. 3: den Aktuator in einem zusammengebauten Zustand, 3: the actuator in an assembled state,
Fig. 4: eine alternative Ausführung eines Federelements, 4: an alternative embodiment of a spring element,
Fig. 5: einen beispielhaften Querschnitt einer Polplatte. 5: an exemplary cross section of a pole plate.
Fig. 1 zeigt einen Aktuator 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer seitlichen Explosionsansicht. 1 shows an actuator 5 according to an exemplary embodiment of the invention in a side exploded view.
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. The actuator 5 has a housing 10. The housing 10 is formed by a first cover cap 12, a second cover cap 16 and a ring 14. The two cover caps 12, 16 are arranged on the outside and consist of non-thermally conductive, non-magnetically conductive material. It should be mentioned that one or both of these two cover caps 12, 16, for example, are also made thermally conductive, non-magnetically conductive material could exist. The ring 14 is made of thermally conductive, magnetically conductive material.
Der Aktuator 5 weist eine Federanordnung 20 auf, welche durch ein erstes The actuator 5 has a spring arrangement 20, which by a first
Federelement 22 und ein zweites Federelement 24 gebildet wird. Auf deren Ausführung wird weiter unten näher eingegangen werden. Spring element 22 and a second spring element 24 is formed. Their implementation will be discussed in more detail below.
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. The actuator 5 has a coil which is formed by a coil carrier 32, a first coil section 34 and a second coil section 36. The two coil sections 34, 36 are applied to the coil carrier 32. Electric current can flow through the coil sections 34, 36, so that a magnetic field is generated in the coil 30.
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. The actuator 5 has a magnet 40. This is formed by a magnetic middle part 42 as well as a first non-magnetic pole plate 44 and a second non-magnetic pole plate 46. The middle part 42 is accommodated between the two pole plates 44, 46.
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. Two sets of four screws 18, 19 each are used to fasten the components mentioned. Alternatively, fastening by gluing, welding or riveting would also be possible, for example.
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. Fig. 2 shows the actuator 5 in a perspective exploded view. It can be seen that the first spring element 22 has a total of four spring arms 26. The second spring element 24 accordingly has a total of four spring arms 28.
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 In the assembled state, the magnet 40 is designed such that the two pole plates 44, 46 directly adjoin the magnetic middle part 42. The magnet 40 is then axially adjacent as a whole from the two
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.Spring elements 22, 24 held. As a result, the magnet 40 is only movable in one axial direction, wherein it is pretensioned by the spring elements 22, 24 into a central rest position. As shown, the pole plates 44, 46 are designed to be concave on their outwardly directed surface. This enables a particularly space-saving arrangement of the magnet 40 between the spring elements 22, 24 and allows a particularly high magnetic flux density in the edge region of the pole plates.
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. In the assembled state, the coil 30 surrounds the magnet 40 radially. The coil 30 is firmly fixed in the housing 10. By applying an electrical voltage to the coil 30, the magnet 40 can be deflected from its rest position, which causes vibrations. In particular, a voltage can be applied to which an audio signal is modulated.
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. The magnet 40 then vibrates in accordance with this audio signal and generates corresponding vibrations. The ring 14 made of magnetically conductive material serves to provide an advantageous magnetic connection.
Zur Definition der axialen Richtung, entlang welcher der Magnet 40 beweglich ist, dienen ein erster zylinderartiger Vorsprung 13, welcher sich von der ersten A first cylinder-like projection 13, which extends from the first, is used to define the axial direction along which the magnet 40 is movable
Abdeckkappe 12 aus nach innen erstreckt, und ein zweiter zylindrischer Vorsprung 17, welcher sich von der zweiten Abdeckkappe 16 aus nach innen erstreckt. Cover cap 12 extends from inward, and a second cylindrical projection 17 which extends from the second cover cap 16 inward.
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 Fig. 3 shows the actuator 5 in the assembled state. It can be seen here that three cylindrical contact points 7 are arranged on the outside of the first cover cap 12. With these, the actuator 5 can be attached to a component of a
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. Adjacent motor vehicle. Furthermore, a bore 8 is arranged in the center, in which a thread is formed. The actuator 5 can thus be attached to a component. The second cover cap 16 is also designed accordingly.
Durch Befestigung bzw. Anlegen des Aktuators 8 an einem Bauteil eines By fastening or applying the actuator 8 to a component of a
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 Motor vehicle, the vibrations already mentioned above, which the magnet 40 can generate, can be transmitted to the component. In this way, the component itself can be excited to vibrate, which leads to the fact that it emits sound waves. These sound waves can typically be heard in the interior of a vehicle. In this way, sound can be generated without the provision of a separate loudspeaker, which is particularly the case with deep
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 Offers frequencies and leads to significant space and weight savings. It should be mentioned that, for example, the bore 8 can also be used to connect the actuator 5 to a rigid component such as a body part of a vehicle and the actuator 5 on the
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. opposite side can be connected to a component that is to be excited to vibrate. In this way, the stationary component, such as a body of the vehicle, can serve as a reference, relative to which the vibrations are excited.
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. 4 shows an alternative embodiment of a spring element, here by way of example the first spring element 22. This can be used in the context of the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 instead of the first spring element 22 shown there and / or instead of the second spring element 24 shown there will.
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. In contrast to the star-shaped design which can be seen in FIG. 2, the spring arms 26 of the spring element 22 shown in FIG. 4 are designed in a spiral shape. A different spring characteristic can thus be achieved.
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 Fig. 5 shows schematically an exemplary pole plate 44, 46 in cross section. The pole plate is, for example, designed to be essentially flat 61 on the side facing the magnet (not shown). The outer side or surface 62 facing away from the magnet is concave and thus the whole
Querschnitt der Polplatte konkav. Die äußere Seite weist am umlaufenden Rand einen Kragen 63 auf, an welchem die Polplatte eine größere Dicke bzw. Cross section of the pole plate concave. The outer side has a collar 63 on the circumferential edge, on which the pole plate has a greater thickness or
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. Has material thickness than in the middle. The pole plate having an essentially planar plateau 64 in the area of the center of the outer side. The transition 65 between collar 63 and plateau 64 can be designed in various ways; a linear transition, a circular arc-shaped and a parabolic transition are illustrated on the left-hand side.
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 If it turns out in the course of the procedure that a feature or a group of features is not absolutely necessary, the applicant is already striving to formulate at least one independent claim, which the feature or the group of features no longer exhibits. This can be, for example, a sub-combination of a claim available on the filing date or a sub-combination restricted by further features of a claim available on the filing date. Such new claims or combinations of features are considered to be from the
Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen. Disclosure of this application to be understood as covered.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder It should also be noted that embodiments, features and variants of the invention, which in the various embodiments or
Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Embodiments described and / or shown in the figures can be combined with one another as desired. Individual or multiple features can be interchanged as required. Resulting
Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen. Combinations of features are to be understood as being covered by the disclosure of this application.
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der References in dependent claims are not to be considered as a waiver of the achievement of an independent, objective protection for the features of the
rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden. Understand related subclaims. These features can also be combined with other features as required.
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 Features that are only disclosed in the description or features that are only disclosed in the description or in a claim in connection with other features can in principle be independent
erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden. essential to the invention. They can therefore also be included in claims individually to distinguish them from the prior art.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Aktuator (5) zum Anregen wenigstens eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs mit Schwingungen, 1. Actuator (5) for exciting at least one component of a motor vehicle with vibrations,
wobei der Aktuator (5) folgendes aufweist: wherein the actuator (5) has the following:
ein Gehäuse (10), welches dazu ausgebildet ist, mit dem Bauteil verbunden zu werden, a housing (10) which is designed to be connected to the component,
eine elektrische Spule (30), welche starr mit dem Gehäuse (10) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, bei Durchfließen eines elektrischen Stroms ein Magnetfeld zu erzeugen, und an electrical coil (30) which is rigidly connected to the housing (10) and is designed to generate a magnetic field when an electrical current flows through it, and
einen Magneten (40), welcher in dem Gehäuse (10) begrenzt beweglich angeordnet ist. a magnet (40) which is arranged in the housing (10) for limited movement.
2. Aktuator (5) nach Anspruch 1 , 2. actuator (5) according to claim 1,
wobei der Aktor wenigstens eine erste Polplatte (44,46) aufweist, welche dem Magneten zugeordnet ist, wobei die nach außen gerichtete, also vom Magneten abgewandte, Fläche (62) einer ersten Polplatte konkav wherein the actuator has at least one first pole plate (44, 46) which is assigned to the magnet, the surface (62) of a first pole plate facing outwards, ie facing away from the magnet, being concave
ausgebildet ist, sodass sie am äußeren Rand eine größere Dicke aufweist als in ihrer Mitte. is designed so that it has a greater thickness at the outer edge than in its center.
3. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei die erste Polplatte (44,46) entlang ihres äußeren Rands einen Kragen (63) aufweist, insbesondere im Wesentlichen konstanter Dicke, der bis zu 20% der Gesamtausdehnung der Polplatte aufweisen kann. wherein the first pole plate (44, 46) has a collar (63) along its outer edge, in particular of essentially constant thickness, which can have up to 20% of the total extent of the pole plate.
4. Aktuator (5) nach Anspruch 2 oder 3, 4. actuator (5) according to claim 2 or 3,
wobei die zum Magneten hin ausgerichtete Fläche der ersten Polplatte (61 ) im Wesentlichen plan ausgebildet ist. wherein the surface of the first pole plate (61) which is oriented towards the magnet is essentially planar.
5. Aktuator (5) nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, 5. actuator (5) according to at least one of claims 2 to 4,
wobei die erste und/oder eine zweite Polplatte (44,46) hinsichtlich ihrer nach Außen gerichteten Fläche (62) so ausgebildet sind, dass sie in deren Mitte eine im Wesentlichen plane Teilfläche und/oder ein Plateau (64) aufweisen. wherein the first and / or a second pole plate (44, 46) are designed with regard to their outwardly directed surface (62) in such a way that they have a substantially planar partial surface and / or a plateau (64) in their center.
6. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei das Gehäuse des Aktuators (10) eine Wärmekapazität von wherein the housing of the actuator (10) has a heat capacity of
mindestens 0,08 kJ/K, insbesondere von mindestens 0,1 kJ/K aufweist. at least 0.08 kJ / K, in particular at least 0.1 kJ / K.
7. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei die Spule eine feste Anbindung an das Gehäuse durch eine wherein the coil is firmly attached to the housing by a
Klebeverbindung aus thermisch relativ hoch leitfähigem Kleber aufweist, wobei dieser Kleber dabei eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens Has adhesive connection of thermally relatively highly conductive adhesive, this adhesive having a thermal conductivity of at least
0,8 W/(m K), insbesondere mindestens 1 W/(m K) aufweist. 0.8 W / (m K), in particular at least 1 W / (m K).
8. Aktuator (5) nach Anspruch 7, 8. actuator (5) according to claim 7,
wobei die Schichtdicke des Klebers dabei maximal 0,3 mm, insbesondere unter 0,1 mm beträgt. the layer thickness of the adhesive being a maximum of 0.3 mm, in particular less than 0.1 mm.
9. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei die innere Oberfläche des Gehäuses, die mittels Klebeverbindung mit der Spule und/oder dem Spulenträger verbunden ist, strukturiert und/oder profiliert ausgebildet ist. wherein the inner surface of the housing, which is connected to the coil and / or the coil carrier by means of an adhesive connection, is structured and / or profiled.
10. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. actuator (5) according to one of the preceding claims,
welcher eine Federanordnung (20) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den Magneten (40) in eine Ruhelage vorzuspannen, wobei die which has a spring arrangement (20) which is designed to bias the magnet (40) into a rest position, the
Federanordnung (20) dazu ausgebildet ist, den Magneten (40) entlang jeder möglichen Bewegungsrichtung rückstellend auf die Ruhelage vorzuspannen. The spring arrangement (20) is designed to reset the magnet (40) to the rest position in every possible direction of movement.
11. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei die Federanordnung (20) ein erstes Federelement (22) und ein zweites Federelement (24) aufweist, wherein the spring arrangement (20) has a first spring element (22) and a second spring element (24),
wobei der Magnet (40) zwischen dem ersten Federelement (22) und dem zweiten Federelement (24) gehalten wird, wherein the magnet (40) is held between the first spring element (22) and the second spring element (24),
wobei das erste Federelement (22) den Magneten (40) in einer ersten Richtung vorspannt und das zweite Federelement (24) den Magneten (40) in einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Richtung vorspannt, insbesondere wobei das erste Federelement (22) eine Anzahl von wherein the first spring element (22) biases the magnet (40) in a first direction and the second spring element (24) biases the magnet (40) in a second direction opposite to the first, in particular wherein the first spring element (22) has a number of
Federarmen (26) zum Vorspanen des Magneten (40) aufweist, und/oder das zweite Federelement (24) eine Anzahl von Federarmen (28) zum Has spring arms (26) for preloading the magnet (40), and / or the second spring element (24) has a number of spring arms (28) for
Vorspannen des Magneten (40) aufweist. Having biasing the magnet (40).
12. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei die Federelemente (22, 24) aus einem Kompositmaterial ausgebildet sind. wherein the spring elements (22, 24) are formed from a composite material.
13. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei die Federelemente (22, 24), insbesondere zusätzlich, beschichtet ausgebildet sind, beispielsweise mit einem oder mehreren Kunststoff/en relativ hoher Dämpfung oder mit relativ massereichen Werkstoffen, um das Eigenschwingverhalten der Federelemente (22, 24) zu bedämpfen und/oder zu verstimmen. wherein the spring elements (22, 24), in particular additionally, are coated, for example with one or more plastic / s with relatively high damping or with relatively massive materials in order to dampen and / or detune the natural oscillation behavior of the spring elements (22, 24) .
14. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei die Anordnung der Federarme (26) symmetrisch ausgebildet oder alternativ vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet, um Eigenschwingungen zu unterbinden. wherein the arrangement of the spring arms (26) is symmetrical or, alternatively, is preferably asymmetrical in order to prevent natural vibrations.
15. Aktuator (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. Actuator (5) according to one of the preceding claims,
wobei die Federarme (26) profiliert ausgeführt sind, um die Steifigkeit und die Schwingungseigenschaften weiter zu verbessern wobei die Profilierung dabei insbesondere durch wenigstens eine Rippe und/oder wenigstens eine Sicke und/oder wenigstens eine Kante und/oder wenigstens eine Wölbung ausgeführt ist. wherein the spring arms (26) are profiled in order to further improve the rigidity and the vibration properties, the profiling being performed in particular by at least one rib and / or at least one bead and / or at least one edge and / or at least one curvature.
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