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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klangerzeugungsvorrichtung, welche einen Resonanzkörper und einen vorgeschalteten Abgasanlagensoundaktor zur Erzeugung von Abgasanlagengeräuschen eines Kraftfahrzeugs umfasst. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer derartigen Klangerzeugungsvorrichtung ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Das Klangbild eines Kraftfahrzeugs, auch Fahrzeugsound genannt, lässt sich durch akustische Optimierung von Motor und Abgasanlage derart beeinflussen, dass es von den Fahrzeuginsassen und Passanten positiv wahrgenommen wird. Primär erfolgt dies über gezielte Auslegung von passiven Schalldämpfern in der Abgasanlage. Die Möglichkeiten der passiven Klanggestaltung sind jedoch begrenzt. Insbesondere bei höheren Ansprüchen an das Klangbild erfolgt das Tuning durch den Einsatz aktiver Elemente wie z.B. Abgasanlagensoundaktoren, worunter Schallquellen wie Lautsprecher verstanden werden, welche gesteuert Abgasanlagengeräusche emittieren. Dadurch lassen sich Fahrzeuge mit einem gewünschtem, markenprägenden Sound darstellen.
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Um einen hohen Schalldruckpegel über einen großen Frequenzbereich zu ermöglichen, ist es notwendig, leistungsstarke Lautsprecher zu verbauen. Damit verbunden ist aber ein hoher Bauraumbedarf, ein hohes Gewicht, sowie ein hoher elektrischer Energiebedarf.
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Durch die Nachschaltung eines für den bevorzugten Frequenzbereich optimierten Resonanzkörpers, lässt sich dies auch mit weniger leistungsstarken Lautsprechern verwirklichen. Eine weitere Beschränkung der Geräuschemissionen erfolgt durch die Ausgangsöffnung, an welcher der Schall an die Umgebung abgegeben wird. Um die Dämpfung des Schalldruckpegels zu minimieren, ist eine möglichst große Ausgangsöffnung zu bevorzugen, welche sich idealerweise direkt am Resonanzkörper befindet.
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Nachteilig an Abgasanlagensoundsystemen, welche die künstlich erzeugten Abgasanlagengeräusche nicht über Abgasrohre wiedergeben, sogenannten „kalten“ Abgasanlagensoundaktoren, ist die Gefahr des Einfrierens des Resonanzkörpers. Dieses Problem wird durch größere Ausgangsöffnungen verstärkt.
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Die
DE 10 2012 109 872 B4 offenbart ein Antischallsystem, bei dem die thermische Belastbarkeit eines Lautsprechers erhöht wurde, indem ein Wärmerohr einen Permanentmagneten des Lautsprechers mit dem Lautsprechergehäuse verbindet.
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Die
DE 198 61 018 C2 offenbart einen gesteuerten akustischen Wellenleiter zur Schalldämpfung, welcher durch Kühlkörper sowie einen Wärmetauscher oder Peltierelemente gekühlt wird
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Die
DE 10 2012 219 981 A1 offenbart eine Magnetkühlung für Aktoren einer aktiven Abgasanlage, bei welcher der Permanentmagnet durch eine Kühlvorrichtung vor Überhitzen bewahrt wird
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In der
DE 10 2010 007 013 A1 ist eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Abgasanlage umfasst eine Heizeinrichtung, wobei zumindest eine Heizanordnung der Heizeinrichtung in einem Kondensatansammlungsbereich positioniert ist, der innerhalb der Abgasanlage angeordnet ist.
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Die
EP 2 531 703 B1 beschreibt eine Abgasanlage mit mindestens einem von Abgas nicht durchströmten Bereich und mit mindestens einem von Abgas durchströmten Bereich, wobei eine Wärmeübertragungseinrichtung einen Kondensatsammelbereich im von Abgas nicht durchströmten Bereich mit dem vom Abgas durchströmten Bereich wärmeübertragend verbindet.
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Die
US 5 022 341 A beschreibt ein Horn für ein Fahrzeug, welches mittels eines elektrischen Heizelements beheizt ist.
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Die
JP H04-183912 A offenbart eine Vorrichtung zur Reduzierung von Abgasgeräuschen eines Motors. Die Vorrichtung umfasst einen schallabsorbierenden Kanal, der ein Abgasrohr umgibt. In dem schallabsorbierenden Kanal sind Lautsprecher angeordnet. Die Lautsprecher sind dazu eingerichtet, Schallwellen auszugeben, welche gegenphasig zu denen der Abgasgeräusche sind, um die Abgasgeräusche des Motors zu reduzieren.
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Die
JP H06-101444 A offenbart einen aktiven Schalldämpfer, der an einem Auslassende eines Abgasrohres angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Komponente zur Verfügung zu stellen, welche es ermöglicht, Anlagen zur Erzeugung von Abgasanlagengeräuschen eines Kraftfahrzeugs kleiner und effizienter zu gestalten, welche auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes zuverlässig Schall emittieren können.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Klangerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Abgasanlagengeräuschen eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Ein Resonanzkörper der Klangerzeugungsvorrichtung weist ein resonanzfähiges Luftvolumen auf.
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Diese Klangerzeugungsvorrichtung ist zum Lösen der obigen Aufgabe erfindungsgemäß wie folgt weitergebildet. Die Klangerzeugungsvorrichtung umfasst eine Heizeinrichtung. Dabei kann es sich um ein Abgasrohr handeln, welches durch den Resonanzkörper verläuft oder mit diesem über eine metallische Kopplung in thermischen Kontakt steht. Zusätzlich oder alternativ kann es sich bei der Heizeinrichtung auch um eine elektrische Heizung handeln. Mit anderen Worten kann die Klangerzeugungsvorrichtung durch Abwärme der Abgasanlage und/oder Elektrizität geheizt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klangerzeugungsvorrichtung beheizt werden kann. Somit ist es möglich, eine Vereisung des Resonanzkörpers, insbesondere bei der Verwendung einer größeren Ausgangsöffnung, zu verhindern und/oder eingedrungenen Schnee zu schmelzen.
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Der Resonanzkörper weist eine Einlassöffnung zum Einlassen des Abgasanlagensounds aus dem Ausgang des Abgasanlagensoundaktors auf. Dabei ist es vorgesehen, dass der Abgasanlagensoundaktor am besten mit der Einlassöffnung verbunden ist. Ausgehend von der Einlassöffnung weist der Resonanzkörper bevorzugt eine Form auf, welche so ausgelegt ist, dass sich mindestens zwei dominante Resonanzfrequenzen in einem bevorzugten Frequenzbereich zwischen 200 Hz und 600 Hz befinden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass in diesem Frequenzbereich ein höherer Schalldruckpegel erreicht werden kann, als es mit dem Soundaktor ohne nachgeschaltetem Resonanzkörper möglich wäre. Eine Ausgangsöffnung des Resonanzkörpers emittiert den Schall direkt in die Umgebung. Mit anderen Worten handelt es sich bei mindestens einer Ausgangsöffnung um eine offene Mündung. Somit wird dieser Teil des Schalls nicht über die Abgasanlage oder eine Imitation davon geleitet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass dieser Teil des künstlich erzeugten Schalls nur minimal durch die akustischen Eigenschaften der Abgasanlage oder ihrer Imitation beeinflusst wird, wozu unter anderem Resonanzen des Abgasrohres oder seines Imitats, sowie die Größe der Abgasrohröffnung zählen. Ebenso treten keine Verluste durch lange Wege zum Soundaktor auf. Die Ausgangsöffnung des Resonanzkörpers kann auch an einer Stelle angebracht sein, welche von außen für eine stehende Person nicht sichtbar ist. Somit können die Form, Position und Größe der Ausgangsöffnungsfläche für die Schallem ission durch eine größere Unabhängigkeit von lokalen Raumbeschränkungen in einem größeren Ausmaß optimiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung befindet sich im Innenraum des Resonanzkörpers ein Gitter, welches die Einlassöffnung von der Ausgangsöffnung trennt. Mit anderen Worten ist ein Gitter so im Resonanzkörper eingebaut, dass es sich zwischen der Einlassöffnung und der Ausgangsöffnung befindet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Abgasanlagensoundaktor auch bei der Verwendung einer größeren Ausgangsöffnung vor Fremdkörpern und Kleintieren geschützt ist, ohne die Schallausbreitung signifikant zu beeinträchtigen. Bevorzugt befindet sich das Gitter an einer Stelle im Resonanzkörper mit der geringsten Schallschnelle, um das Ausmaß von lokalen Verwirbelungen zu minimieren.
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Gemäß einer Weiterbildung weist der Resonanzkörper der Klangerzeugungsvorrichtung ausgehend von der Einlassöffnung in einem ersten Abschnitt die Form eines Trichters mit einer Trichterlänge auf, welcher mit einer Grundfläche endet, welche die größte Querschnittsfläche des Trichters aufweist. An den Ausgang des Abgasanlagensoundaktors schließt sich also ein sich aufweitend ausgestalteter Trichter an, dessen Öffnung am anderen, dem Ausgang gegenüber liegenden Ende einen lichten Querschnitt oder Durchgangsquerschnitt von der Größe der Grundfläche aufweist. Von dort aus erstreckt sich der Resonanzkörper in einem zweiten Abschnitt als Kegelstumpf oder Zylinder oder allgemein als Stumpf über eine Stumpflänge bis zu einer Ausgangsöffnung. Unter Trichter ist im Zusammenhang mit der Erfindung nicht nur ein rotationssymmetrischer Trichter zu verstehen. Die Trichterform kann als Mantelfläche eines Kegelstumpfs oder Pyramidenstumpfs oder allgemein einer symmetrischen oder asymmetrischen Kontur der senkrecht zur Trichterachse gebildeten Querschnittfläche ausgestaltet sein. Wichtig ist nur, dass ein aus dem Ausgang des Abgasanlagensoundaktors austretender Luftschall in einem sich vom Ausgang aus aufweitend ausgestalteten, durch eine Wandung des Resonanzkörpers begrenzten Luftvolumen geführt wird. Der an die Ausgangsöffnung der Trichterform, das heißt die Grundfläche der Trichterform, angeschlossene Stumpf kann von der Form her so ausgestaltet sein, dass seine Querschnittsfläche identisch oder aufgrund einer Verjüngung des Stumpfs in Richtung der Ausgangsöffnung kleiner oder aufgrund einer Aufweitung größer wird.
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Die Einlassöffnungsfläche, die Grundfläche, die Ausgangsöffnungsfläche, die Trichterlänge sowie die Stumpflänge, sind in dieser Weiterbildung so gewählt, dass mindestens zwei dominante Resonanzen in dem Frequenzbereich zwischen 200 Hz und 600 Hz auftreten. Zwischen den Resonanzen fällt der Schalldruckpegel durch die Übertragungscharakteristik der Klangerzeugungsvorrichtung weniger als 15 dB oder höchstens 15 dB ab. Mit anderen Worten wird durch eine entsprechende Auslegung der genannten geometrischen Parameter der Klangerzeugungsvorrichtung ein breitbandiger Resonanzbereich zur Verfügung gestellt. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der Lautsprecherpegel über einen breiten Bereich des für einen authentischen Sound notwendigen Frequenzbereich verstärkt wird
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Gemäß einer Weiterbildung handelt es sich bei der Ausgangsöffnung um einen direkten Ausgang zur Umgebung. Mit anderen Worten ist einer Ausgangsöffnung des Resonanzkörpers kein schallleitendes Element nachgeschaltet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass keine Verluste durch eine Schallweiterleitung auftreten.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die Ausgangsöffnung um einen Neigungswinkel bezüglich der kleinstmöglichen Querschnittsfläche geneigt. Mit anderen Worten liegt die Ausgangsöffnung nicht im kleinstmöglichen Querschnitt oder senkrecht zur Trichterachse. Durch diese Anordnung ist die Fläche der Ausgangsöffnung des Resonanzkörper größer als die Querschnittsfläche. Dadurch ist ein größerer Abstrahlquerschnitt vorhanden, wodurch die Dämpfung, insbesondere von Schallwellen der tieferen Frequenzen , welche beim Verlassen der Ausgangsöffnung auftritt, verringert wird. Mit anderen Worten tritt durch eine größere Fläche der Ausgangsöffnung, eine geringere Minderung des Schalldruckpegels auf.
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Gemäß einer Weiterbildung verfügt der Resonanzkörper über mindestens eine weitere Ausgangsöffnung. Mit anderen Worten kann der Schall aus mindestens zwei Ausgängen aus dem Resonanzkörper austreten. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Sound in verschiedene Richtungen abgegeben werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die weitere Ausgangsöffnung eine Anschlusseinrichtung auf die dazu eingerichtet ist, eine akustische Verbindung der Ausgangsöffnung mit einem Abgasrohr oder einem Abgasrohrimitat bereitzustellen. Mit anderen Worten mindestens eine Ausgangsöffnung leitet den Schall über eine Anschlusseinrichtung in ein Abgasrohr oder ein Abgasrohrimitat. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Teil des künstlich erzeugten Schalls am gleichen Ort wie der echte Schall emittiert wird und somit authentischer auf einen Hörer wirkt.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klangerzeugungsvorrichtung auf. Der Ausgangsöffnung kann ein Anschlussrohr nachgeschaltet sein, welches zu einer Mündung oder in ein Abgasrohr führt. Die Ausgangsöffnung kann auch eine Mündung sein, wodurch es sich bei dem Resonanzkörper um einen offenen Resonanzkörper handelt. Bei mehreren Ausgangsöffnungen kann eine Ausgangsöffnung in eine Abgasanlage und eine direkt in die Umgebung des Kraftfahrzeugs münden.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Es zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klangerzeugungsvorrichtung.
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Bei dem folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Entsprechend der einzigen Figur weist eine Klangerzeugungsvorrichtung S, einen Resonanzkörper 1 mit einer Eingangsöffnung 2 für einen vorgeschalteten Abgasanlagensoundaktor 3 eines Kraftfahrzeugs Kfz auf. Die Eingangsöffnungsfläche 2 hat eine Größe, welche der eines Kreises mit einem Durchmesser von 3 cm bis 15 cm entspricht. Ausgehend von der Eingangsöffnung 2 ist der Resonanzkörper 1 bezüglich der Form als Trichter gestaltet, welcher eine Trichterlänge 4 und eine Grundfläche 5 aufweist. Die Trichterlänge 4 beträgt 2 cm bis 15 cm. An der Grundfläche 5 weist der Trichter seine größte Fläche auf, welche der eines Kreises mit einem Durchmesser von 6 cm bis 25 cm entspricht. Die Grundfläche kann beispielsweise die Form einer Ellipse oder eines Rechtecks z.B. mit abgerundeten Ecken aufweisen. Der Öffnungswinkel θ des Trichters liegt in einem Bereich von 20° bis 160°. Ausgehend von der Grundfläche 5 erstreckt sich der Resonanzkörper als Stumpf über eine Stumpflänge 6 und weist an seinem Ende eine Ausgangsöffnung 7 auf. Die Gesamtlänge des Resonanzkörpers beträgt 18 cm bis 60 cm und setzt sich aus einer Trichterlänge 4 und einer Stumpflänge 6 zusammen. Die Stumpflänge 6 bildet die Restlänge des Resonanzkörpers, abzüglich der Trichterlänge 4. Dabei kann sich die Querschnittsfläche ausgehend von der Grundfläche 5 zur Ausgangsöffnung 7 hin verjüngen, gleich bleiben oder vergrößern. Die Fläche der Ausgangsöffnung 7 kann parallel zur kleinstmöglichen Querschnittsfläche angeordnet sein, oder um einen Winkel α geneigt, wodurch die Fläche der Ausgangsöffnung 7 vergrößert wird. Die Ausgangsöffnung 7 weist eine Fläche auf, welche um höchstens den Faktor 1,5 größer oder kleiner ist als die der Grundfläche 5. Die Resonanzen finden in einem Hohlraum des Resonanzkörpers 1 statt d.h. die beschriebenen geometrischen Parameter betreffen die Form dieses Hohlraums. Der Resonanzkörper 1 kann eine zweite Ausgangsöffnung 8 aufweisen, aus der Schall in die Umgebung emittiert wird, oder an welcher eine Anschlusseinrichtung 9 zur Schallweiterleitung angebracht ist. Die Klangerzeugungsvorrichtung S kann über eine Heizeinrichtung 10 verfügen. Diese kann ein Abgasrohr 10a beinhalten, welches durch den Innenraum des Resonanzkörpers 1 verläuft oder thermisch über eine metallische Kopplung mit dem Resonanzkörper verbunden ist. Das Heizelement 10 kann auch eine elektrische Heizung 10b beinhalten. Im Innenraum des Resonanzkörpers 1 kann auch ein Gitter 11 angebracht sein, welches so ausgelegt ist, dass der Schalldruck nicht wesentlich gemindert wird und ein Eindringen von Fremdkörpern oder Kleintieren, welche den Abgasanlagensoundaktor 3 beschädigen könnten, verhindert wird.
