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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur gezielten Schallübertragung von einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zu einem Innenraum des Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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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 Falschlufteintrit tes 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 gummielastischnen 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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Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen ferner die
DE 19704376 A1 sowie die
WO 0004532 A1 .
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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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1 einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine,
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2 eine Schallübertragungseinrichtung sowie
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3 eine Membran sowie ihre Einspannung zwischen zwei Rohrenden.
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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 Schallübertragungseinrchtung 200, wie in 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 207 an, 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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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 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.
