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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Klangerzeugungsvorrichtung, insbesondere
eine Sirenenvorrichtung für
ein Einsatzfahrzeug.
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Stand der Technik
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Einsatzfahrzeuge
sind häufig
mit Sirenenvorrichtungen ausgestattet, die bei einer Aktivierung dem
umgebenden Verkehr eine Einsatzfahrt anzeigen. Eine derartige Sirenenvorrichtung
wird üblicherweise
von einer zentralen Steuereinheit im Kraftfahrzeug angesteuert und
wird von dieser aktiviert bzw. deaktiviert. Die Ansteuerung erfolgt
in der Regel lediglich durch ein bestimmtes Steuersignal, das von einem
in der Sirenenvorrichtung enthaltenen Kommunikationschip empfangen
und dort verarbeitet wird. Der Kommunikationschip bewirkt in der
Sirenenvorrichtung, dass ein bestimmtes Sirenengeräusch ausgegeben
wird. Eine Übertragung
elektrischer Leistung über
eine solche Steuerleitung erfolgt in der Regel nicht. Daher muss
die Sirenenvorrichtung eine eigene Spannungsversorgung beinhalten, die üblicherweise
in Form von Batterien oder Akkus realisiert wird.
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Der
Einsatz von Batterien ist jedoch nachteilig in Bezug auf den Platzbedarf
und steht einer beliebigen Verkleinerung der Sirenenvorrichtung
entgegen.
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Eine
Reduzierung der Größe und Anzahl
der Batterien zur Versorgung der Sirenenvorrichtung ist jedoch auch
dadurch begrenzt, dass der für
den automotiven Einsatz konstruierten Kommunikationschip in der
Regel eine Mindestversorgungsspannung in einer bestimmten Höhe, wie
z. B. 5 V, benötigt,
um ein entsprechendes Steuersignal zuverlässig auswerten zu können. Daher
ist eine Verkleinerung einer solchen Sirenenvorrichtung beschränkt, da
die durch die Batterien intern bereitzustellende Versorgungsspannung
5 V nicht unterschreiten darf.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine von einer externen
Spannungsversorgung autarke Sirenenvorrichtung zur Verfügung zu
stellen, die kompakter aufgebaut werden kann und in der Lage ist,
mit einem automotiven Steuersignal angesteuert zu werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch die Klangerzeugungsvorrichtung nach Anspruch
1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist eine Klangerzeugungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere
eine Sirenenvorrichtung, vorgesehen. Die Klangerzeugungsvorrichtung
umfasst eine Batterie bzw. Akkueinheit zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung,
eine Kommunikationseinheit zum Empfangen eines Steuersignals sowie
eine Klangeinheit, die mit der Kommunikationseinheit verbunden ist,
um abhängig
von dem Steuersignal einen Klang über eine Ausgabeeinrichtung
auszugeben. Es ist weiterhin ein Pegelwandler vorgesehen, der aus
der Versorgungsspannung eine erhöhte
Versorgungsspannung erzeugt, mit der die Kommunikationseinheit betrieben
wird.
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Die
Klangerzeugungsvorrichtung ermöglicht es,
dass die Kommunikationseinheit mit einer höheren Versorgungsspannung betreibbar
ist, als die übrigen
für die
Klangerzeugung benötigten
Komponenten, so dass die Belange des das Steuersignal übertragende
Kommunikationsverbindung berücksichtigt werden
können.
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Weiterhin
kann die Klangeinheit unmittelbar mit der Versorgungsspannung betrieben
werden. Insbesondere kann die Klangeinheit einen Mikroprozessor
zur Bereitstellen eines Ausgangssignals und einen Endverstärker zum
Ansteuern der Ausgabeeinrichtung abhängig von dem Ausgangssignal
aufweisen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann der Pegelwandler eine Ladungspumpe und/oder einen Spannungsverdoppler
umfassen, um die erhöhte Versorgungsspannung
bereitzustellen.
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Die
Kommunikationseinheit kann einen LIN-Chip umfassen, der zum Empfang
eines automotiven Steuersignals ausgebildet ist. Insbesondere kann
die Klangeinheit mit einer Versorgungsspannung von 3,3 Volt betreibbar
und die Kommunikationseinheit mit einer erhöhten Versorgungsspannung von
mindestens 5 Volt betreibbar sein.
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Weiterhin
kann eine Steckverbindung vorgesehen sein, um eine Steuerleitung
zum Empfangen des Steuersignals anzuschließen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Klangerzeugungsvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug;
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2 ein
Schaltbild eines Pegelwandlers zum Einsatz in der Klangerzeugungsvorrichtung
der 1;
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3 ein
Schaltbild eines weiteren Pegelwandlers zur Verwendung der Klangerzeugungsvorrichtung
der 1; und
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4 ein
Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Klangerzeugungsvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In 1 ist
ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Klangerzeugungsvorrichtung 1 gezeigt.
Die Klangerzeugungsvorrichtung 1 wird von einer zentralen
Steuereinheit 2 über
eine Steuerleitung 3 mit einem Steuersignal angesteuert.
Die zentrale Steuereinheit 2 befindet sich im gezeigten
Ausführungsbeispiel
in einem Kraftfahrzeug und dient zur Steuerung diverser Funktionen
sowie der Steuerung der Klangerzeugungsvorrichtung 1. Das
Steuersignal kann über
die entsprechende Steuerleitung gemäß einer CAN-Bus-Spezifikation übertragen
werden oder als Spannungssignal mit einem Pegel, der auch in einem
störungsbehaftetem
Umfeld eine zuverlässige
Ansteuerung ermöglicht,
und z. B. Pegelhübe
einer bestimmten Spannung, wie z. B. von 5 Volt und mehr aufweist.
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Die
Klangerzeugungsvorrichtung 1 kann beispielsweise als eine
Sirenenvorrichtung und dgl. ausgebildet sein. Die Klangerzeugungsvorrichtung 1 kann
mit der zentralen Steuereinheit 2 über eine lösbare Verbindung, wie z. B.
eine Steckverbindung, einen Kopplungsadapter und dgl. verbunden
werden, so dass die Klangerzeugungsvorrichtung 1 lösbar an dem
Kraftfahrzeug befestigt werden kann. Die Klangerzeugungsvorrichtung 1 umfasst
eine Kommunikationseinheit 4, die das von der zentralen
Steuereinheit 2 bereitgestellte Steuersignal empfängt und abhängig von
dem Steuersignal einen Mikroprozessor 5 ansteuert. Der
Mikroprozessor 5 generiert ein Ausgangssignal, mit dem
ein auszugebender Klang erzeugt werden kann. Der Mikroprozessor 5 erzeugt im
Fall einer Sirenenvorrichtung ein sirenenartiges Geräusch, das
entweder von dem Steuersignal 3 in geeigneter Weise vorgegeben
werden kann oder fest in dem Mikroprozessor 5 programmiert
ist. Der Mikroprozessor 5 kann mit einem Festspeicher 6 verbunden
sein, der ein oder mehrere Programme bzw. Klänge zur Erzeugung des Sirenengeräusches enthält.
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Der
Mikroprozessor 5 ist mit einem Ausgang mit einer Verstärkerendstufe 7 verbunden,
die das Ausgangssignal empfängt
und die ein entsprechendes Klangsignal an eine Klangausgabeeinheit 8 z.
B. in Form eines geeigneten Lautsprechers und dergleichen ausgibt.
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Zur
Bereitstellung einer Stromversorgung weist die Klangversorgungseinrichtung 1 eine
Batterie- bzw. Akku-Einheit 9 auf.
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Um
die Baugröße der Klangerzeugungsvorrichtung 1 zu
reduzieren, ist es insbesondere sinnvoll, die Größe der Batterie bzw. Akku-Einheit 9 zu
reduzieren. Dies erfolgt bei Verwendung von Batteriezellen oder
Akkuzellen in der Regel durch Reduzieren der Anzahl der in die Klangerzeugungsvorrichtung 1 einzusetzenden
Batterie- bzw. Akkuzellen, wodurch die von der Batterie bzw. Akku-Einheit 9 bereitgestellte
Spannung entsprechend sinken kann.
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In
der Regel sind Schaltungen, wie der Mikroprozessor 5, der
Endverstärker 7 sowie
der Festspeicher 6 durch die Wahl geeigneter Typen bzw. Schaltungen
an verschiedene Versorgungsspannungen anpassbar, so dass diese auch
zum Betrieb mit niedrigeren Versorgungsspannungen, wie z. B. 3,3
V ausgebildet sein können.
Im Gegensatz dazu lässt sich
die für
den Betrieb der Kommunikationseinheit 4 benötigte Versorgungsspannung
je nach Einsatzgebiet nicht reduzieren. Als Kommunikationseinheit 4 wird
im Automotiv-Bereich üblicherweise
ein so genannter LIN-Chip verwendet, der mit einer minimalen Versorgungsspannung
von 5 V betrieben werden muss, damit der LIN-Chip ordnungsgemäß zur Auswertung
des über
die Steuersignalleitung 3 empfangenen automotiven Steuersignals
verwendet werden kann. Da in Kraftfahrzeugen aufgrund der Zuverlässigkeit
als Standard eine Datenübertragung
auf vorgegebenen Protokollen (Spezifikationen) basiert, sind die
Anforderungen an eine derartige Kommunikationseinheit 4 häufig so,
dass diese nicht durch eine modifizierte Kommunikationseinheit 4,
die mit einer niedrigeren Versorgungsspannung versorgt wird, erfüllt werden
können.
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Eine
Reduzierung der Versorgungsspannung für die Kommunikationseinheit 4 ist
daher in der Regel nicht möglich,
da insbesondere Kraftfahrzeugsteuersignale mithilfe bestimmter Spannungspegel bzw.
gemäß einem
festgelegten Protokoll betrieben werden, die die Verwendung einer
bestimmten Kommunikationseinheit, z. B. in Form eines LIN-Chip erforderlich
machen. Der LIN-Chip kann keine Spannungen ordnungsgemäß detektieren
kann, die deutlich höher
sind als die an ihm anliegende Versorgungsspannung.
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Daher
kann die Größe bzw.
die Zellenanzahl der Batterie bzw. Akku-Einheit 9 in herkömmlichen Klangerzeugungsvorrichtungen 1 nicht
so weit reduziert werden, dass nicht mehr sichergestellt ist, dass eine
Versorgungsspannung von mindestens 5 V bereitgestellt wird.
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Es
ist nun vorgesehen, die Batterie bzw. Akku-Einheit 9 weiter
zu reduzieren, dass diese eine Spannung bereitstellt, die kleiner
ist als die zum Betrieb der Kommunikationseinheit 4 benötigten Versorgungsspannung.
Um die Kommunikationseinheit 4 ordnungsgemäß betreiben
zu können,
ist daher vorgesehen, die von der Batterie bzw. Akku-Einheit 9 bereitgestellte
Spannung mithilfe eines Pegelwandlers 10 zu erhöhen, so
dass die Kommunikationseinheit 4 mit einer erhöhten Versorgungsspannung
betrieben wird, während
die übrigen
Komponenten der Klangerzeugungsvorrichtung 1 unmittelbar
mit der niedrigeren Versorgungsspannung betrieben werden. Der Pegelwandler 10 ist
vorzugsweise als Ladungspumpe ausgebildet, wie sie in zwei verschiedenen
Ausführungsformen
beispielsweise in den Schaltbildern der 2 und 3 gezeigt
sind.
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In
einer alternativen Ausführungsform,
die in 4 gezeigt ist, kann zwischen der Batterie bzw. Akku-Einheit 9 und
dem Mikroprozessor 5 ein Regulator 11 vorgesehen
sein, der entweder die erhöhte Versorgungsspannung
am Ausgang des Pegelwandlers 10 oder die von der Batterie
bzw. Akku-Einheit 9 bereitgestellte Versorgungsspannung
dem Mikroprozessor 5 und/oder dem Endverstärker 7 bereitstellt. Das
Schalten des Regulators 11 kann abhängig von der Höhe der erhöhten Versorgungsspannung
am Ausgang des Pegelwandlers 10, die dem Mikroprozessor 5 zugeführte Spannung
regelt, abhängig
von einem über
die Steuersignalleitung 3 empfangenen Signal oder abhängig von
einem aus einem empfangenen Steuerbefehl generierten Signal durchgeführt werden.
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In
der 2 ist beispielhaft ein Pegelwandler 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform
gezeigt, die sich für
den Einsatz in einer derartigen Klangerzeugungsvorrichtung 1,
wie sie in 1 gezeigt ist, eignet. Der Pegelwandler 10 der 2 umfasst
eine erste Diode D1, die mit einem ersten Anschluss mit einem positiven
Versorgungspotenzial V+ der Batteriespannung verbunden ist und mit
einem zweiten Anschluss mit einem ersten Anschluss einer Induktivität L1, z.
B. in Form einer Spule, verbunden ist. Der erste Anschluss der Induktivität L1 ist über einen Kondensator
C1 mit einem negativen Versorgungspotenzial V– der Versorgungsspannung verbunden. Ein
zweiter Anschluss der Induktivität
L1 ist über
einen ersten Widerstand R1 und einen Schalttransistor T1 mit dem
negativen Versorgungspotenzial V– verbunden. Mithilfe eines
Taktgebers V1, der mit dem Basiseingang des Schalttransistors T1 über einen zweiten
Widerstand R2 verbunden ist, wird der Schalttransistor T1 im Wechsel
durchgeschaltet oder gesperrt. Der zweite Anschluss der Induktivität L1 ist weiterhin über ein
Diodenpaar D2 mit einem Ausgangsanschluss zum Bereitstellen eines
erhöhten Ausgangsversorgungspotenzials
VH+ verbunden, während
der Anschluss zur Bereitstellung eines niedrigen Ausgangsversorgungspotenzials
VH– direkt
mit dem Anschluss zur Bereitstellung des niedrigen Versorgungspotenzials
V– verbunden
ist. Der zweite Anschluss des Diodenpaars D2 ist über eine
zweite Kapazität
C2 mit dem Anschluss für
das niedrige Versorgungspotenzial V– verbunden.
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Ein
Pumpen der von dem positiven Versorgungspotenzial V+ bereitgestellten
Ladung wird durch wechselweises Ein- und Ausschalten des Schalttransistors
T1 erreicht. Bei durchgeschaltetem Schalttransistor T1 fließt durch
die Induktivität
L1 ein Strom, der zum Aufbau eines magnetischen Feldes führt. Bei
Abschalten des Schalttransistors T1 wird mithilfe des ersten Kondensators
C1 der erste Anschluss der Induktivität L1 auf konstantem Spannungsniveau
gehalten, so dass an dem zweiten Anschluss der Induktivität L1 aufgrund
des erzwungenen reduzierten Stromflusses durch die Induktivität L1 eine
erhöhte
Spannung auftritt, die über
das Diodenpaar D2 die zweite Kapazität C2 lädt und dort eine höhere Spannung
bereitstellt als die Versorgungsspannung. Durch das Ein- und Ausschalten des
Schalttransistors T1 mit dem Taktgeber V1 lässt sich so die zweite Kapazität C2 sukzessive
aufladen und eine erhöhte
Ausgangsversorgungsspannung VH bereitstellen.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
für einen
Pegelwandler gezeigt, der in der Klangerzeugungsvorrichtung 1 verwendbar
ist. Die in 3 gezeigte Schaltung entspricht
einem kapazitiven Spannungsverdoppler, bei dem eine Kapazität C10 im
Wesentlichen mit der anliegenden Versorgungsspannung aufgeladen
wird und anschließend
die Spannung erhöht
wird, indem der Anschluss der Kapazität, der auf dem niedrigeren
Spannungspotenzial liegt, mit dem hohen Versorgungsspannungspotenzial
verbunden wird, so dass der Anschluss mit dem hohen Ladungspotenzial
der Kapazität
auf etwa die doppelte Versorgungsspannung angehoben wird. Dieser Vorgang
wird durch ein Taktsignal Strobe gesteuert. Die Ladung der Kapazität wird einer
Ausgangskapazität
C11 zugeführt,
um die erhöhte
Ausgangsversorgungsspannung bereitzustellen. Eine Diodenanordnung
D10 verhindert ein Abfluss der Ladung der Ausgangskapazität C11 in
die Versorgungsspannungsquelle. Eine detailliertere Beschreibung
des so gebildeten Pegelwandlers wird hierin nicht angegeben, da sich
dessen Funktion aus dem beigefügten
Schaltbild der 3 für einen Fachmann in eindeutiger
Weise ergibt.