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Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine
Einrichtung zur gezielten Schallübertragung von einem Ansaugtrakt einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zu einem Innenraum des Kraftfahrzeuges mit einem
einen eingangsseitigen ersten Kammerabschnitt und einen ausgangsseitigen
zweiten Kammerabschnitt aufweisenden hohlen Kammersystem, wobei der erste
Kammerabschnitt mit dem Ansaugtrakt kommunizierend verbunden ist und
zwischen den Kammerabschnitten ein Übertragungskörper vorgesehen ist, welcher
mittels Druckschwingungen im ersten Kammerabschnitt anregbar ist und Schall in
Richtung des zweiten Kammerabschnittes abstrahlt.
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Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise mit der DE 199 22 216 A1 bekannt
geworden. Zur Schallerzeugung ist bei dem beschriebenen System eine flexible, aus
einem gummielastischen Material bestehende Membran vorgesehen, welche
umfangseitig unter Vorspannung fixiert ist.
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Die Anforderungen an das verwendete Membranmaterial sind sehr hoch, da
einerseits - um die Funktion der Schallübertragung zu gewährleisten - die Elastizität der
Membran über die Lebensdauer nicht nachlassen darf und andererseits - um die
Funktion der Brennkraftmaschine nicht zu beeinträchtigen - unter keinen
Umständen eine Beschädigung mit der damit einhergehenden Gefahr des
Falschlufteintrittes auftreten darf. Darüber hinaus ist ein aufwendiger Vorspannmechanismus für die
Membran notwendig; bereits bei der Montage muss in besonderem Maße auf die
Einbau-Vorspannung der Membran geachtet werden, da hierdurch das
Schwingungsverhalten maßgeblich beeinflusst wird. Sehr kritisch ist daher die
Prozesssicherheit bei der Herstellung und das Verhalten über die Lebensdauer zu bewerten.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel beschreibt die DE 199 22 216 A1 die
Verwendung einer relativ steifen Membran, wobei dann die Einspannung bzw.
Befestigung dieser Membran entsprechend federelastisch erfolgt. Auch für dieses
Ausführungsbeispiel treffen die oben genannten Nachteile zu.
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Die Befestigung einer elastischen Membran zur Schallübertragung ist in der DE 44 35 296 A1,
gemäß der die Membran zwischen zwei Endflanschen verspannt wird,
wobei die Membran mit ihrem Randbereich auf einer Schneide aufliegt und somit
durch die Intensität der Verspannung der beiden Endflansche deren Spannung
einstellbar ist. Dies erfordert eine entsprechend aufwendige Ausgestaltung sowohl
des einen, die Schneide umfassenden, als auch des anderen, dazu komplementär
ausgebildeten Endflansches sowie der exakt dosierbaren Verspannmittel.
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Eine weitere Anordnung zur vorgespannten Befestigung einer aus einem
gummielastischen Material bestehenden Membran zeigt die DE 199 30 025 A1. Die
Membran wird zwischen zwei ineinander gesteckten Rohrenden mittels einer Verrasterung
im vorgespannten Zustand gehalten. Hierzu muss bei der Montage die Membran
definiert vorgespannt über dem einen Rohrende aufgebracht werden, woraufhin das
andere Rohrende aufgesteckt wird, bis es verrastet. Die gezeigte
Membranbefestigung bietet keinerlei Nachstellmöglichkeit, so dass sich bei einer zu erwartenden
über die Lebensdauer nachlassenden Membranspannung die Systemeigenschaften
verändern. Der Einspannbereich ist notwendigerweise sehr aufwändig ausgestaltet
und der Montagevorgang bietet eine nur sehr geringe Prozesssicherheit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schallübertragungseinrichtung für ein
Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche schon alleine durch die Ausgestaltung der
Membran sicherstellt, dass sich die Schwingungs- bzw. Dämpfungseigenschaften
nicht ändern und somit eine Nachjustierung nicht notwendig ist; die
Prozesssicherheit bei der Herstellung soll erhöht werden, die Montage und ggf.
Wartung der Membran soll wesentlich vereinfacht werden, die Befestigung der
Membran soll mit einfachen Mitteln erfolgen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1, wobei der grundlegende Gedanke die Verwendung einer eigensteifen,
fest eingespannten Membran beinhaltet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen
angegeben.
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Gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht der
Übertragungskörper (die Membran) aus gegebenenfalls korrosionsbeständigem
(Feder-)Stahl und ist insbesondere auf der schallabstrahlenden Seite mit einer
dämpfenden Schicht verbunden.
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Zweckmäßigerweise besteht die dämpfenden Schicht aus einem Material, welches
bereits bei geringer Schichtdicke hohe Dämpfungseigenschaften aufweist wie
Silikon. Jedoch kann es auch - etwa aus Kostengründen - zweckmäßig sein, ein
dämmendes Schaummaterial, Filz oder Kunststoff zu verwenden.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn die dämmende Schicht nur einen Bereich der Membran
bedeckt, der keiner oder gleich dem Querschnitt der Kammer an dieser Stelle ist, so
dass eine Einspannung der Membran, welche einen einspannbaren Randbereich
aufweist, starr erfolgt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf
Figuren näher dargestellt. Dabei zeigen schematisch und beispielhaft
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Fig. 1 einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine,
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Fig. 2 eine Schallübertragungseinrichtung sowie
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Fig. 3 eine Membran sowie ihre Einspannung zwischen zwei Rohrenden.
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Fig. 1 zeigt einen Ansaugtrakt 100 einer Brennkraftmaschine 101, wobei ein
Luftfilter 103 dabei eine Rohluftseite 102 von einer Reinluftseite 103 trennt; der Filter
103 ist vorliegend in einem Gehäuse 104 auswechselbar angeordnet. Über eine
Lufteinlass 105 saugt die Brennkraftmaschine 101 Luft an, welche durch den
Luftfilter 103 durch eine beispielsweise als mittels eines Schlauches gebildete
Verbindung 106 in einen Luftsammler 107 strömt, von wo aus sie sich auf die
einzelnen Zylinder 108 der Brennkraftmaschine 101 verteilt. Aufgrund des
intermittierenden Ansaugens von Luft durch die Brennkraftmaschine 101 entstehen
währen des Betriebes der Brennkraftmaschine 101 im Luftansaugtrakt 100 ein
Schallfeld ausbildende Druckschwingungen, wobei dessen Klang- oder
Geräuschcharakteristik mit der von der Brennkraftmaschine 101 erbrachten
Leistung, insbesondere mit deren Drehzahl korreliert.
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Bei heutigen Kraftfahrzeugen, bei denen die Fahrgastzelle sehr wirksam
schallisoliert ist oder bei sportlichen Fahrzeugen wird den Insassen, insbesondere
dem Fahrer mittels einer Schallübertragungseinrichtung 200, wie in Fig. 2 gezeigt,
eine akustische Rückmeldung über die Brennkraftmaschinentätigkeit gegeben. Die
Schallübertragungseinrichtung 200 ist eingangsseitig 201 mit dem Luftansaugtrakt
100 der Brennkraftmaschine 101 insbesondere im Bereich 109 des Luftsammlers
kommunizierend verbunden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist es jedoch
auch zweckmäßig, die Schallübertragungseinrichtung 200 im Bereich 110 mit der
Verbindung 106, im Bereich 111 reinluftseitig des Filters 103 oder im Bereich 112
rohluftseitig des Filters 103 mit der Schallübertragungseinrichtung 200 zu verbinden.
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Ausgangsseitig 202 endet die Schallübertragungseinrichtung 200 im Bereich einer
Trennwand 203, welche den Fahrzeuginnenraum 204 begrenzt. Vorliegend endet
die Schallübertragungseinrichtung 200 kurz vor der Trennwand 203, jedoch steht sie
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zweckmäßigerweise mit dieser in
Verbindung oder ragt durch eine Öffnung in den Fahrzeuginnenraum 204 hinein.
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Die Schallübertragungseinrichtung 200 umfasst einen eingangsseitigen ersten
Kammerabschnitt 205 und einen ausgangsseitigen zweiten Kammerabschnitt 206,
welche durch eine Membrane 207 voneinander getrennt sind, wobei vorliegend der
zweite Kammerabschnitt 206 wesentlich größer als der ersten Kammerabschnitt 205
ausgebildet ist, so dass er als Resonator wirkt. Die im Ansaugtrakt 100 der
Brennkraftmaschine 101 vorherrschenden Schwingungen regen die Membrane 207an, wodurch eine Schallabstrahlung in Richtung des zweiten Kammerabschnittes
206 bewirkt wird. Die gesamte Anordnung ist derart abgestimmt, dass eine relativ
breitbandige Schallabstrahlung durch der trichterförmig ausgebildeten Endbereich
202 der Schallübertragungseinrichtung 200 erfolgt.
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Fig. 3 zeigt eine Membran 303 sowie deren Befestigung zwischen zwei Rohrenden
305, 306. Die dargestellte Anordnung 300 ist Teil einer
Schallübertragungseinrichtung 200 für ein Kraftfahrzeug, wie sie beispielhaft mit der
Fig. 2 gezeigt und beschrieben wurde. Das Rohr 305 ist dem ersten
Kammerabschnitt 205, dem zweiter Kammerabschnitt 206 ist ein Rohr 306
zugeordnet. Zur Verbindung weisen die beiden Rohre 305, 306 Flansche 305a,
306a auf, in deren Bereich die Membran 303 mit ihrem Randbereich 303a fixiert ist.
Vorliegend weisen die beiden Rohre 305, 306 in ihrem Verbindungsbereich
zumindest ähnliche Durchmesser d auf und sind mittels einer Flanschverbindung
verbunden, gegebenenfalls ist es jedoch auch zweckmäßig, wenn die Rohre 305,
306 unterschiedliche Durchmesser aufweisen und beispielsweise ineinander
gesteckt sind.
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Die Membran 303 besteht aus einem Stahlblech, aus Aluminium oder aus
Kohlefaser und zeichnet sich dadurch aus, dass sie sowohl für sich als auch in
eingebautem Zustand zumindest annähernd spannungsfrei ist. Abhängig von der Art
der Schwingungen im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, welche neben dem
Drehzahlbereich maßgeblich durch deren Zylinderzahl und deren Hubraum
beeinflusst ist, weist die Membran eine Stärke von 0,01 bis ca. 2 mm, insbesondere
0,1 bis 1 mm auf. Aus schwingungstechnischer Sicht bietet es sich an, die Membran
als runde Scheibe auszubilden, wobei sich auch hier die Abmessung nach den
Schwingungen im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und somit nach deren
Zylinderzahl und deren Hubraum richtet. Gegebenenfalls ist es in einem anderen
Ausführungsbeispiel zweckmäßig, den Querschnitt der Membran dem
Kammerquerschnitt anzupassen und so beispielsweise einen rechteckigen, ovalen
oder anderen Querschnitt vorzusehen. Im Ausführungsbeispiel werden wirksame
Durchmesser von ca. 20 bis 120 mm, insbesondere 40 bis 80 mm verwendet, was
auch dem lichten Rohrdurchmesser der Rohre 305 und 306 entspricht, wodurch sich
ein Gesamtdurchmesser für die Membranscheibe von ca. 30 bis 150, insbesondere
60 bis 100 mm ergibt. Der Randbereich 303a der Membran 303 dient zur
Einspannung zwischen den Flanschen 305a, 306a, ggf. in Verbindung mit
geeigneten - hier nicht dargestellten - Dichtmitteln.
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Auf der Membran 303 ist zweckmäßigerweise auf der Reinluftseite, der dem zweiten
Kammerabschnitt 302 zugewandten Seite, eine Bedämmung 304 aufgebracht, da
auf diese Seite der Schall abgestrahlt wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel
kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Bedämmung 304 auch auf der dem ersten
Kammerabschnitt 301 zugewandten Seite der Membran 303 anzubringen. Mittels
der Bedämmung 304 wird maßgeblich der von der Membran 303 abgestrahlte Klang
beeinflusst, wobei eine geringe Dämmung entsprechend einer dünnen und/oder
weniger wirksamen Dämmschicht eine hohe Klangabstrahlung und eine hohe
Dämmung entsprechend einer dicken und/oder sehr wirksamen Dämmschicht eine
geringere Klangabstrahlung bewirkt. Im Ausführungsbeispiel ist die Bedämmung
304 auf einem Bereich der Membran 303 aufgebracht, welcher kleiner oder gleich
dem lichten Durchmesser d der Rohre 305, 306 ist, so dass im Randbereich 303a
der Membran 303, in welchem die Einspannung erfolgt, kein Dämmmaterial
vorhanden und somit eine sichere und feste Einspannung möglich ist. In einem
anderen Ausführungsbeispiel ist zweckmäßigerweise auch der Randbereich 303a
mit Dämmstoff 304 versehen, wodurch beispielsweise eine besondere Dichtwirkung
und/oder günstige Schwingungseigenschaften der Membran im Einspannbereich
erzielt werden. Die Dicke der Dämmschicht 304 hängt einerseits vom gewünschten
Dämpfungsgrad, andererseits vom verwendeten Material ab. Im
Ausführungsbeispiel liegt die Dicke der Dämmschicht 304 im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm,
insbesondere bei ca. 0,1 mm bei Silikon und bei 0,5 bis 5 cm, insbesondere bei
ca. 1 cm bei schaumartigen Werkstoffen. Neben Silikon und Schaummaterial sind
vorteilhaft Kunststoff-Folien oder Filze verwendbar, welche beispielsweise
selbstklebend auf die Membran 303 aufgebracht werden. Besonders bevorzugt wird
im Ausführungsbeispiel eine starre Befestigung der Membran 303, da dann die
schwingungstechnischen Eigenschaften dann besonders günstig sind.
Beispielsweise kann die Membran mit den Flanschen 305a, 306a starr verschweißt
sein.