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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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Die
EP 2 800 090 A2 offenbart einen Schallerzeuger für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Gehäuse und wenigstens einem elektroakustischen Wandler im Gehäuse, welcher mit einem Anschlussrohr an eine abgasführende Leitung der Abgasanlage verbunden ist.
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Die
DE 10 2012 200 712 B4 offenbart eine Abgasvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus zwei ungleich ausgebildeten Abgasleitungen, welche jeweils zumindest einen akustischen Aktor aufweisen, der über eine Kopplungsstelle mit der jeweiligen Abgasleitung schallübertragend verbunden ist. Dabei sind die Kopplungsstellen zueinander versetzt und gegenläufig ausgerichtet.
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Die
DE 10 2014 104 850 A1 beschreibt ein Verfahren zur Beeinflussung des Abgasgeräusches eines Kraftfahrzeugs, bei dem Rauschpakete, welche von einer Steuereinheit generiert wurden, von einem Lautsprecher in einen Abgasstrang imitiert werden.
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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.
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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. Der Resonanzkörper weist eine Einlassöffnung zum Einlassen der Geräusche aus dem Ausgang des Abgasanlagensoundaktors auf. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Abgasanlagensoundaktor direkt mit der Einlassöffnung verbunden ist. Ausgehend von der Einlassöffnung weist der Resonanzkörper 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 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. Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Gemäß einer Weiterbildung handelt es sich bei der Ausgangsöffnung um einen direkten Ausgang zur Umgebung. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Ausgangsöffnung um eine offene Mündung. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Schall nicht über eine Anschlusseinrichtung geleitet werden muss. Dadurch wird er nicht durch die akustischen Eigenschaften der Anschlusseinrichtung oder/und einer angeschlossenen Abgasanlage beeinflusst, wozu unter anderem Resonanzen des Abgasrohres und die Größe der Abgasrohröffnung zählen können. Ebenso treten keine Verluste durch lange Wege zum Soundaktor auf. Die Ausgangsöffnung kann auch an einer Stelle angebracht sein, welche von außen gewöhnlicherweise nicht sichtbar ist. Somit können die Form, Position und Größe der Ausgangsöffnungsfläche für die Schallemission durch eine größere Unabhängigkeit von lokalen Raumbeschränkungen in einem größeren Ausmaß optimiert werden.
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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 Resonanzkörpers größer als die Querschnittsfläche. Dadurch ist ein größerer Abstrahlquerschnitt vorhanden, wodurch die Dämmung, 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 Ausgangsöffnungen aus dem Resonanzkörper austreten. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Schall in verschiedene Richtungen abgegeben werden kann. Zudem ist es möglich, die einzelnen Ausgangsöffnungen z.B. durch die Wahl der Ausgangsöffnungsflächen derart auszugestalten, dass sie jeweils unterschiedliche frequenzabhängige Dämmungen des Schaldruckpegels aufweisen. Mit anderen Worten kann der jeweilige frequenzabhängige Schalldruckpegelverlauf des an den jeweiligen Ausgangsöffnungen emittierten Schalls, unterschiedlich ausgelegt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung ist der mindestens einen weiteren Ausgangsöffnung, eine Anschlusseinrichtung wie beispielsweise ein Schallleitrohr nachgeschaltet, welche 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. Zudem wird im Fall der Nutzung eines Abgasrohres, die Abgasrohrausgangsöffnung, durch warme Abgase durchströmt. Somit wird diese Ausgangsöffnung durch die warmen Abgase frei von Fremdkörpern und Eis gehalten, was bei einer offenen Mündung nicht der Fall ist.
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Gemäß einer Weiterbildung verfügt die Klangerzeugungsvorrichtung über 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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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 geringer Schallschnelle, um das Ausmaß von lokalen Verwirbelungen zu minimieren.
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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 zeigen,
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klangerzeugungsvorrichtung; und
- 2 einen schematischen Verlauf des Schalldruckpegels, aufgetragen gegen die Anregungsfrequenz.
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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 betrachten der 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 1 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.
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In 2 ist schematisch der Verlauf des Schalldruckpegels SPL einer Klangerzeugungsvorrichtung S, bestehend aus dem Resonanzkörper 1 und eines vorgeschalteten Abgasanlagensoundaktors 3 gegen die Schallfrequenz f aufgetragen. Im Frequenzbereich zwischen 200 Hz und 600 Hz befinden sich mindestens zwei dominierende Resonanzen des Resonanzkörpers, hier beispielsweise bei den Frequenzen fR1 und fR2. Bei einer der Resonanzen befindet sich der höchste Schalldruckpegel Lp max der Klangerzeugungsvorrichtung S Zwischen den Resonanzen fällt der Schalldruckpegel auf ein lokales Minimum Lp int ab. Durch die Wahl der geometrischen Parameter, beträgt die Differenz des Schalldruckpegels ΔLp zwischen dem höchsten Schalldruckpegel Lp max und dem Minimum Lp min höchstens 15 dB.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2800090 A2 [0004]
- DE 102012200712 B4 [0005]
- DE 102014104850 A1 [0006]
