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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wand für einen Luftkanal, einen Luftkanal und auf eine Klimaanlage für ein Fahrzeug.
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Eine Klimaanlage eines Fahrzeugs weist Luftkanäle auf, über die unerwünschte Geräusche in den Innenraum des Fahrzeugs übertragen werden können. Eine Übertragung der Geräusche kann durch die Formgebung der Luftkanäle beeinflusst werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Wand für einen Luftkanal, einen verbesserten Luftkanal und auf eine verbesserte Klimaanlage für ein Fahrzeug zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wand für einen Luftkanal, einen Luftkanal und eine Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich Geräusche in einem Luftkanal reduzieren lassen, wenn ein Teilabschnitt einer Wand des Luftkanals aus einem akustisch permeablem Material besteht. Das akustisch permeable Material kann Schall absorbieren, indem es z. B. durch innere Reibung den transmittierten Schallwellen Energie entzieht und den Schall dadurch absorbiert. An das akustisch permeable und luftdurchlässige Material schließt sich eine Akustikkammer an, durch die einerseits das Absorptionsverhalten des akustisch permeablen Materials beeinflusst werden kann, andererseits dadurch Luftleckagen ausgeschlossen werden.
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Der erfindungsgemäße Ansatz ermöglicht eine Schallreduzierung innerhalb eines Luftkanals. Eine Absorption von Schallwellen ist dabei ohne zusätzliche Druckabfälle innerhalb des Luftkanals möglich und günstig zu realisieren.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Wand für einen Luftkanal für eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen:
einem Wandbereich mit einer Wandoberfläche zum Leiten eines Luftstroms durch den Luftkanal, wobei die Wandoberfläche eine Aussparung aufweist; und
einer akustisch permeable Abdeckung, die die Aussparung überspannt, um den Luftstrom über die Aussparung hinweg zu leiten.
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Mittels der Klimaanlage kann ein Luftstrom temperiert und zur Klimatisierung eines Innenraums eines Fahrzeugs in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet werden. Zur Förderung, Temperierung und Steuerung des Luftstroms kann die Klimaanlage eine Mehrzahl von Elementen, wie Ventilatoren, Heiz- oder Kühleinrichtungen und bewegliche Klappen aufweisen, die über Luftkanäle miteinander verbunden sind. Ein Luftkanal kann einen oder mehrere Eintritte zum Aufnehmen eines Luftstroms und einen oder mehrere Austritte zum Abgeben des Luftstroms aufweisen. Die Wand des Luftkanals kann zwischen einem Eintritt und einem Austritt verlaufen und somit den Luftstrom von dem Eintritt zu dem Austritt leiten. Der Wandbereich kann im Bereich der Wandoberfläche selbsttragend, formstabil und fluiddicht ausgeführt sein. Die Wand kann im Bereich der Wandoberfläche aus einem Material hergestellt sein, aus dem herkömmlicherweise ein Luftkanal für eine Klimaanlage hergestellt wird. Beispielsweise kann der Wandbereich aus Kunststoff bestehen und beispielsweise als Spritzgussteil hergestellt sein. Die Wandoberfläche zum Leiten eines Luftstroms kann der dem Luftstrom zugewandten Innenfläche des Wandbereichs entsprechen. Die Wandoberfläche kann glatt ausgeführt sein. Die Wandoberfläche kann parallel zu einer Strömungsrichtung des Luftstroms ausgerichtet sein und beim Betrieb des Luftkanals mit der Luft des Luftstroms in direktem Kontakt stehen. Die Aussparung kann eine Unterbrechung der den Luftstrom leitenden Wandoberfläche darstellen. Die Aussparung kann ein Durchgangsloch in dem Wandbereich sein. Auch kann die Aussparung durch ein in dem Wandbereich gebildetes Sackloch oder durch eine Ausformung oder Biegung des Wandbereichs gebildet sein, die dazu führt, dass eine Oberfläche der Wand in dem Bereich der Aussparung gegenüber einer Ebene der Wandoberfläche zurückversetzt ist. Die Aussparung kann auf gegenüberliegenden Seiten von Wandbereichen mit jeweils einer Wandoberfläche zum Führen des Luftstroms umgeben sein. Auch kann die Aussparung rundum von Bereichen der Wandoberfläche umgeben sein. Die Abdeckung kann an den der Aussparung zugewandten Randbereichen des Wandbereichs befestigt sein. Die akustisch permeable Abdeckung kann die Aussparung vollständig überspannen. Die Abdeckung kann parallel zu der Strömungsrichtung des Luftstroms ausgerichtet sein und beim Betrieb des Luftkanals mit der Luft des Luftstroms in direktem Kontakt stehen. Ein Übergang zwischen der Wandoberfläche und der Abdeckung kann stufenfrei ausgebildet sein, so dass Verwirbelungen der vorbeiströmenden Luft an dem Übergang vermieden werden. Die Abdeckung kann spaltfrei an Randbereiche der Wandoberfläche angrenzen, so dass ein Vorbeiströmen von Luft zwischen der Abdeckung und der Wandoberfläche verhindert wird. Die Abdeckung kann luftdurchlässig sein, jedoch einen hohen Strömungswiderstand für Luft aufweisen. Die Abdeckung kann eine strukturierte Oberfläche aufweisen. Eine Dicke der Abdeckung kann in etwa einer Wandstärke des Wandbereichs entsprechen. Die Dicke der Abdeckung kann abhängig von den akustischen Anforderungen auch größer oder geringer als die Wandstärke sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Abdeckung durch Schalldruck bereichsweise aus einer Ruheposition ausgelenkt werden. Durch die Verformung der Abdeckung können Schallwellen absorbiert werden. Eine Größe und Form der Aussparung sowie ein Material und eine Dicke der Abdeckung können so gewählt sein, dass vorbestimmte Schallfrequenzen besonders stark gedämpft werden. Auch kann die Abdeckung durch ihre Befestigung an den Randbereichen des oder der angrenzenden Wandbereiche unter einer Vorspannung stehen, wobei die Vorspannung ebenfalls so gewählt sein kann, dass die vorbestimmten Schallfrequenzen besonders stark gedämpft werden. Die Abdeckung kann auf einer dem Luftstrom abgewandten Rückseite von Luft umgeben sein.
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Die Wand kann eine Expansionskammer aufweisen, die die Aussparung auf einer dem Luftstrom abgewandten Seite der akustisch permeablen Abdeckung umschließt. Die Expansionskammer kann einen Hohlraum darstellen, der mit Luft gefüllt sein kann. Die Expansionskammer muss vollständig geschlossen sein. –. Die Form und das Volumen der Expansionskammer können so gewählt sein, dass vorbestimmte Schallfrequenzen besonders stark gedämpft werden.
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Dabei können der Wandbereich und die Expansionskammer einstückig hergestellt sein. Dies kann beispielsweise in Form eines Spritzgussteils erfolgen. Die einstückige Herstellung ist kostengünstig. Alternativ kann zunächst ein die Wandoberfläche umfassendes Wandelement hergestellt werden, an dem die Expansionskammer nachträglich angeordnet wird. Dies kann ein Befestigen der Abdeckung erleichtern.
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Gemäß einer Ausführungsform können eine dem Luftstrom zugewandte Oberfläche der akustisch permeable Abdeckung und die Wandoberfläche eine Ebene bilden. Dadurch können Verwirbelungen des Luftstroms vermieden werden.
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Die akustisch permeable Abdeckung kann ein textiles Flächengebilde sein. Die Abdeckung kann aus mineralischen, tierischen, pflanzlichen oder chemischen Fasern hergestellt sein. Die Fasern können auf geeignete Weise zusammengefügt sein. Eine solche Abdeckung ist kostengünstig und bietet gute Absorptionseigenschaften für Schall.
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Beispielsweise kann die akustisch permeable Abdeckung aus Vlies sein. Vlies kann aus einer Vielzahl lose zusammenliegender Fasern bestehen. Die Fasern können durch eine fasereigene Haftung zusammengehalten werden oder durch ein geeignetes Verfahren verfestigt sein. Somit kann die Abdeckung auch aus Vliesstoff bestehen. Vorteilhafterweise entstehen beim Vorbeiströmen des Luftstroms an Vlies keine zusätzlichen störenden Geräusche.
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Gemäß einer Ausführungsform kann zumindest eine innere Oberfläche der Expansionskammer nicht planar, sondern mit Erhebungen bedeckt sein. Unter einer inneren Oberfläche kann hierbei eine dem von der Abdeckung überspannten Innenraum der Expansionskammer zugewandte Oberfläche verstanden werden. Dabei können alle, einige oder nur eine der inneren Oberflächen mit Erhebungen bedeckt sein. Insbesondere kann eine der Abdeckung gegenüberliegende Oberfläche mit den Erhebungen bedeckt sein. Die Erhebungen können auf der jeweiligen Oberfläche eine regelmäßige oder eine unregelmäßig Struktur bilden. Die Erhebungen können eine jeweilige Oberfläche vollständig oder auch nur abschnittsweise bedecken.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Wand mindestens eine weitere Aussparung in dem Wandbereich und mindestens eine weitere akustisch permeable Abdeckung aufweisen, die die mindestens eine weitere Aussparung überspannt, um den Luftstrom über die mindestens eine weitere Aussparung hinweg zu leiten. Dabei können die Aussparung und die mindestens eine weitere Aussparung in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Luftstroms hintereinander oder gegenüberliegend angeordnet sein. Werden mehr als zwei Aussparungen eingesetzte, so können die Aussparungen sowohl hintereinander als gegenüberliegend oder an weiteren angrenzenden Wandbereichen angeordnet sein. Gegenüberliegend kann gerade oder schräg gegenüberliegend bedeuten. Indem an mehreren Positionen innerhalb des Luftkanals Abdeckungen angeordnet werden, kann die Schallreduzierung innerhalb des Luftkanals optimiert werden. Hinter den Abdeckungen befindet sich jeweils eine Expansionskammer.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen Luftkanal für eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, der mindestens eine erfindungsgemäße Wand aufweist.
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Die Wand kann rohrförmig sein, so dass der Luftkanal durch eine einzige Wand gebildet werden kann. In diesem Fall kann die Wand beispielsweise einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Alternativ kann der Luftkanal eine Mehrzahl aneinandergrenzender Wände aufweisen, die jeweils einen Wandabschnitt bilden. In diesem Fall können die Wände beispielsweise plan sein. Dabei kann der Luftkanal aus herkömmlichen Wänden und einer oder mehreren erfindungsgemäßen Wänden mit Aussparung und Abdeckung zusammengesetzt sein. Auf diese Weise kann eine wirksame und kostengünstige Schallreduktion realisiert werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, die mit mindestens einen erfindungsgemäßen Luftkanal aufweist. Durch den Einsatz eines entsprechenden Luftkanals lässt sich die Ausbreitung unerwünschter Schallwellen innerhalb des Luftkanals verhindern. Dadurch können für einen Insassen des Fahrzeugs als störend empfundene Geräusche daran gehindert werden, sich über die Luftkanäle der Klimaanlage in den Fahrgastraum auszubreiten.
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Beispielsweise kann der mindestens eine Luftkanal in Strömungsrichtung des Luftstroms vor einem Verdampfer der Klimaanlage angeordnet sein. Dadurch können effektiv Betriebsgeräusche eines vor dem Verdampfer angeordneten Gebläses reduziert werden. Auch kann der mindesten eine Luftkanal in Strömungsrichtung nach einem Ventilator angeordnet sein. Dadurch können die von dem Ventilator erzeugten Geräusche gedämpft oder herausgefiltert werden.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Luftkanals;
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage;
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3 eine Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Luftkanals;
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4 eine Darstellung von Reflektionen in einem erfindungsgemäßen Luftkanals; und
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5 bis 8 erfindungsgemäße Ausführungen der inneren Wandstruktur einer Akustikkammer.
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In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Luftkanalabschnitts 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Luftkanalabschnitt 100 weist einen Eintritt 102 und einen Austritt 104 auf. Durch den Eintritt 102 kann eine Luftströmung 106 in den Luftkanalabschnitt 100 eintreten, den Luftkanalabschnitt 100 passieren und durch den Austritt 104 wieder aus dem Luftkanalabschnitt 100 austreten. Der Luftkanalabschnitt 100 weist vier Wände auf, die den Eintritt 102 mit dem Austritt 104 verbinden. Die Wände sind so angeordnet, dass der Luftkanalabschnitt 100 einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Eine der Wände, hier die Rückwand, weist zwei Wandbereiche 108 auf, die in Strömungsrichtung der Luftströmung 106 voneinander beabstandet sind. Zwischen den Wandbereichen 108 ist eine Überdeckung 110 angeordnet. Von einem Innenraum des Luftkanalabschnitt 100 aus gesehen ist hinter der Überdeckung 110 eine Expansionskammer 112 angeordnet. Die Expansionskammer 112 wird nicht von der Luftströmung 106 durchströmt. Die Überdeckung 110 ist aus Vlies. Die Überdeckung 110 ist zwischen dem Luftkanalabschnitt 100 und der Expansionskammer 112 angeordnet. Die Überdeckung 110 wirkt schall absorbierend. Die Überdeckung und somit die Aussparung zwischen den Wandbereichen 108 kann sich über die gesamte Höhe der Wandbereiche 108 erstrecken.
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Die der Innenseite des Luftkanalabschnitts 100 zugewandten Oberflächen der Wandbereiche 108 schließen bündig mit einer der Innenseite des Luftkanalabschnitts zugewandten Oberfläche der Überdeckung 110 ab. Somit bilden die Wandbereiche 108 und die Überdeckung 110 eine durchgängige Oberfläche zur Führung der Luftströmung 106 entlang der Rückwand. Die Wandbereiche 108 können plattenförmige Kunststoffteile sein. Die Wandbereiche 108 können plan sein oder eine Biegung aufweisen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Expansionskammer 112 zwei gegenüberliegende Seitenwände und eine Rückwand auf. Die Expansionskammer 112 ist rechteckförmig. Die Seitenwände der Expansionskammer 112 grenzen an der Überdeckung 110 zugewandten Randbereichen der Wandbereiche 108 an. Die Wandbereiche 108 sowie die Wände der Expansionskammer 112 können einstückig hergestellt sein.
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Die Expansionskammer 112 wirkt als Akkustikkammer. Durch die Akkustikkammer mit Vlies Überdeckung 110 erfolgt ein Schallreduzierung in dem Luftkanalabschnitt 100. Vlies absorbiert den Schall, der über das Vlies hinaus in der Expansionskammer 112 reflektiert werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können mehrere Kammern 112 hintereinander oder gegenüber vorgesehen sein. Eine Form und eine Tiefe der Kammer 112 kann geeignet gewählt werden. Ebenso kann das Material des Vlieses sowie die Dicke und die Absorptionseigenschaften geeignet gewählt werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Klimaanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Klimaanlage weist ein Gebläse 221 auf, durch das Luft durch einen Luftkanal 100, bei dem es sich um den in 1 gezeigten Luftkanalabschnitt handeln kann, zu einem Verdampfer 223 geleitet wird. Von dem Verdampfer 223 werden ein Teil der Luft über einen Kaltluftkanal und ein weiterer Teil der Luft über einen Warmluftkanal mit einem Heizelement 225 zu einem Mischraum 227 geführt. Der Mischraum weist mehrere Auslasskanäle, beispielsweise einen Entfrosterkanal, einen Belüftungskanal und einen Fußraumkanal auf. Der Luftkanal 100 weist eine von einer akustisch permeable Abdeckung überspannte Aussparung in einer Wand des Luftkanals 100 auf, wodurch sich durch den Luftkanal 100 ausbreitende Schallwellen des Gebläses 221 dämpfen lassen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine Kammer mit Vlies insbesondere im Luftkanalabschnitt zwischen dem Gebläse-Filter-Trakt des Klimagerätes und dem Verdampfer 223 im Luftverteilertrakt angeordnet. Diese Anordnung eignet sich insbesondere dann, wenn ein Filter der Klimaanlage vor dem Gebläse 221 positioniert ist. Durch den erfindungsgemäßen Ansatz ergibt sich eine Gesamtpegelreduzierung ohne zusätzlichen luftseitigen Druckabfall.
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3 zeigt einen Querschnitt durch einen Luftkanal 100 mit einer Akustikkammer 112, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Durch den Luftkanal 100 strömt eine Luftströmung 106. Im Bereich der Akustikkammer 112 weist der Luftkanal 100 eine Wandung 110 auf, die luftdurchlässig und schalldurchlässige sowie zusätzlich oder alternativ schallabsorbierend ist. Die Akustikkammer 112 weist eine der Wandung gegenüberliegende reflektierende Rückwand 312 auf.
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4 zeigt anhand des in 3 gezeigten Luftkanals 100 eine Wirkung der Wandung 110 in Kombination mit der Akustikkammer 112. In einem von den Wänden des Luftkanals 100 und der Akustikkammer 112 umschlossenen Innenraum breiten sich Schallwellen aus. Ein Verlauf einer reflektierten Schallwelle 421 in Strömungsrichtung der Luft 106 ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. Die Schallwelle 421 wird mehrfach an der reflektierenden Rückwand 312 der Akustikkammer 112 sowie weiteren Wänden des Luftkanals 100 reflektiert. Dabei passiert die Schallwelle 421 mehrfach die Wandung 110. Ein Verlauf einer reflektierten Schallwelle 423 entgegen der Strömungsrichtung der Luft 106 ist durch einen weiteren Pfeil gekennzeichnet. Die Schallwelle 423 wird an der reflektierenden Rückwand 312 und einer Seitenwand der Akustikkammer 112 sowie weiteren Wänden des Luftkanals 100 reflektiert. Dabei passiert die Schallwelle 423 zweimal die Wandung 110. Die Schallwelle 423 kann durch eine Eintrittsöffnung in den Luftkanal 100 eingetreten sein und kann, aufgrund eines durch die Reflektion in der Akustikkammer 112 hervorgerufenen Richtungswechsels, den Luftkanal 100 auch wieder durch die Eintrittsöffnung verlassen.
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Die inneren Oberflächen der Akustikkammer 112 sind bevorzugt nicht eben, sondern haben eine strukturierte Oberfläche, die den Schall reflektieren soll. Dadurch können Schallwellen 421, 423 reflektiert werden. Die Schallwellen 421, 423 können entgegen der Strömungsrichtung der Luft reflektiert werden wobei der Schallaustritt am Kanalaustritt reduziert wird. Zusätzlich werden Schallwellen 421, 423 schräg in Richtung des Luftstroms abgelenkt werden, wobei sich durch die Reflektionen der Schalldruckpegel auch reduzieren kann.
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Die 5 bis 8 zeigen strukturierte Oberflächen einer Akustikkammer gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt einen Luftkanal 100 mit einer Akustikkammer mit einer reflektierenden Rückwand 312. Eine innere Oberfläche der Rückwand 312 weist unregelmäßige Zacken auf.
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6 zeigt einen Luftkanal 100 mit einer Akustikkammer mit einer reflektierenden Rückwand 312. Eine innere Oberfläche der Rückwand 312 weist unregelmäßige Zacken auf. Zudem ist ein akustisch wirksames Material 630 in U-form in der Akustikkamer angeordnet. Das akustisch wirksame Material 630 kann zwei Wandabschnitte aufweisen, die sich parallel zu Seitenwänden der Akustikkammer erstrecken, und einen die Wandabschnitte verbindenden Abschnitt aufweisen, der der Rückwand 312 der Akustikkammer gegenüberliegend angeordnet ist, und einen Innenraum der Akustikkammer gegenüberliegend einem Innenraum des Luftkanals 100 abschließt.
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7 zeigt einen Luftkanal 100 mit einer Akustikkammer mit einer reflektierenden Rückwand 112. Eine innere Oberfläche der Rückwand 112 weist vertikale Wände auf. Eine Mehrzahl von Wänden ist dazu benachbart zueinander angeordnet. Die Wände erstrecken sich in einen Innenraum der Akustikkammer hinein. Die Wände können parallel zueinander angeordnet sein.
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8 zeigt einen Luftkanal 100 mit einer Akustikkammer mit einer reflektierenden Rückwand 112. Eine innere Oberfläche der Rückwand 112 weist regelmäßige Zacken auf.
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Die Seitenwände der Akustikkammer können plane oder strukturierte innere Oberflächen aufweisen.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Der erfindungsgemäße Luftkanal kann auch an weiteren oder anderen Stellen der Klimaanlage angeordnet werden. Auch kann die Form der beschriebenen Elmente variiert werden.
