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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugtragstruktur mit einem zumindest teilweise als Resonanzraum genutzten Strukturhohlraum einer Strukturkammer sowie ein Kraftfahrzeug.
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Klangerzeuger in Kraftfahrzeugen sind üblicherweise so angeordnet, dass der von Ihnen erzeugte Schalldruck für die vorderen Insassen im Kraftfahrzeuginnenraum optimiert ist. Dabei wird der Schall eines Schallerzeugers direkt zu den vorderen Fahrzeuginsassen geführt. Die Rückseite des Schallerzeugers ist dabei oft mit einem als Resonanzraum wirkenden Hohlraum in einer geschlossenen Tragstruktur fluidisch verbunden. Bei einer solche Anordnung der Klangerzeuger im Kraftfahrzeuginnenraum kann es dazu kommen, dass es zu einer inhomogenen Schalldruckverteilung innerhalb des Kraftfahrzeuginnenraums kommt. Dabei kann es insbesondere im Bereich der hinteren Insassen im Kraftfahrzeuginnenraum zu Einbrüchen des Schalldruckpegels bei niedrigen Frequenzen kommen.
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In der
DE 10 2005 046 594 B3 wird ein Lautsprechersystem für ein Kraftfahrzeug unter Ausnutzung von durch Tragstrukturen gebildete Hohlräume beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, einen aktiven Schallwandler des Lautsprechersystems auf seiner Rückseite akustisch an einen Resonanzraum anzukoppeln, welcher zumindest in Teilen durch einen Hohlraum der Tragstruktur gebildet wird.
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In der
DE 10 2008 061 562 A1 wird eine Lautsprecheranordnung für eine Karosserie eines Kraftwagens beschrieben. Dabei weist ein Lautsprecher der Lautsprecheranordnung einen Resonanzraum auf, welcher durch einen Träger der Trägerstruktur gebildet wird.
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In der
DE 10 2009 041 552 A1 wird eine Lautsprecherbox für ein Kraftfahrzeug mit einer Soundanlage beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, dass ein Schallwandler auf seiner Rückseite akustisch an einen Resonanzraum angekoppelt ist, welcher durch einen Hohlraum in einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs gebildet ist.
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In der
DE 199 09 143 A1 ist eine Bassbox einer Soundanlage eines Kraftfahrzeugs offenbart. Dabei ist es vorgesehen, dass die Bassbox in einem hohlen Träger des Fahrzeugs ausgebildet ist, der sich in einem Bodenbereich des Fahrzeugs erstreckt.
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Die
JP H02 087 898 A offenbart eine Lautsprechervorrichtung.
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In der
DE 690 12 253 T2 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Tonwiedergabevorrichtung offenbart. Dabei ist es vorgesehen, dass ein Tieftonmodul unterhalb eines Vordersitzes lokalisiert ist.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kraftfahrzeugtragstruktur bereitzustellen, welche einen flachen Verlauf eines Schalldruckpegels im Kraftfahrzeuginnenraum ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird eine Kraftfahrzeugtragstruktur mit einem zumindest teilweise als Resonanzraum genutzten Strukturhohlraum einer Strukturkammer bereitgestellt. Die Strukturkammer ist dabei als beidseitig offener Hohlkörper mit zwei offenen Strukturkammerlängsenden ausgebildet. An einem ersten der Strukturkammerlängsenden ist eine Einleitung ausgebildet, welche einen Einleitungshohlraum bildet, in den der Strukturhohlraum der Strukturkammer und ein Hohlraum einer Klangerzeugungskammer münden. An einem zweiten der Strukturkammerlängsenden ist eine Verbindungskammer ausgebildet, welche einen Verbindungshohlraum bildet, in den der Strukturhohlraum der Strukturkammer und ein Hohlraum eines Fahrzeuginnenraums münden. Dabei ist in der Klangerzeugungskammer ein Klangerzeuger angeordnet ist, wobei eine Vorderseite des Klangerzeugers fluidisch mit dem Hohlraum des Fahrzeuginnenraums verbunden ist und eine Rückseite des Klangerzeugers fluidisch mit dem Hohlraum der Klangerzeugungskammer. Der Fahrzeuginnenraum ist die Fahrgastkabine des Kraftfahrzeug, in welcher sich Personen aufhalten können.
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Mit anderen Worten handelt es sich bei der Strukturkammer um einen Hohlkörper, welcher zwei offene Strukturkammerlängsenden aufweist. An dem ersten der Strukturkammerlängsenden befindet sich eine Einleitungskammer, in die ein Strukturhohlraum der Strukturkammer und ein Hohlraum einer Klangerzeugungskammer münden. Somit ist der Strukturhohlraum der Strukturkammer fluidisch mit dem Hohlraum der Klangerzeugungskammer verbunden. An dem zweiten Strukturkammerlängsende befindet sich eine Verbindungskammer, in die der Strukturhohlraum der Strukturkammer ebenfalls mündet. In die Verbindungskammer mündet auch ein Hohlraum des Fahrzeuginnenraums. Somit ist der Strukturhohlraum der Strukturkammer fluidisch mit dem Hohlraum des Fahrzeuginnenraums verbunden. Ein Klangerzeuger ist so in der Klangerzeugungskammer angeordnet, dass seine Vorderseite in den Kraftfahrzeuginnenraum ausgerichtet ist und seine Rückseite in die Klangerzeugungskammer. Somit ist es möglich, dass ein von dem Klangerzeuger erzeugter Schall über zwei verschiedene Wege in den Fahrzeuginnenraum geführt werden kann. Dabei wird der Schall von der Vorderseite des Klangerzeugers direkt in den Fahrzeuginnenraum ausgegeben. Der Schall von der Rückseite des Klangerzeugers wird über die Kraftfahrzeugtragstruktur indirekt in den Fahrzeuginnenraum geführt, sodass er letztendlich durch die Verbindungskammer in den Fahrzeuginnenraum ausgegeben wird.
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Die Strukturkammer umfasst ein Energieabsorptionselement für einen Tragrahmen eines Kraftfahrzeugs. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest abschnittsweise sein Querschnittsprofil als entlang einer Längsrichtung des Energieabsorptionselements konstant bleibendes Hohlprofil mit mindestens zwei im Querschnittsprofil geschlossenen Kammern gestaltet ist, sodass das Energieabsorptionselement mindestens zwei voneinander getrennte Kammerhohlräume umfasst. Ein solches Energieabsorptionselement wird auch Crashprofil oder Deformationsstruktur genannt. Das Energieabsorbtionselement ist ein Bauteil, welches dazu eingerichtet ist, mechanische Energie eines Aufpralls aufzunehmen. Die mindestens zwei Kammerhohlräume weisen entlang der Längsrichtung des Energieabsorptionselements eine längliche Form auf. Jeder Kammerhohlraum ist an zwei Elementlängsenden des Energieabsorptionselements offen und fluidisch mit einem Schallerzeuger verbunden. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Energieabsorptionselement um ein einziges Bauteil, welches ein konstant bleibendes Doppelkammer-Hohlprofil aufweist, wodurch zwei voneinander getrennte Kammerhohlräume gebildet sind, welche an zwei Elementlängsenden des Energieabsorptionselements offen sind. Die Kammerholräume stellen also zumindest zwei parallel zueinander angeordnete, an ihren Enden offene Röhren dar. Durch das einteilige Hohlprofil ergibt sich der Vorteil, dass es sich um ein einziges Bauteil handelt, welches mehrere Hohlräume umfasst. Somit kann das Energieabsorptionselement als Resonanzraum für den Schallerzeuger genutzt werden, wobei mehrere Resonanzvolumina zur Verfügung stehen.
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Das Energieabsorptionselement ist ein Stranggussbauteil, dessen Querschnittsprofil mittels eines Extrusionsverfahrens erzeugt ist. Mit anderen Worten ist zur Anfertigung des Energieabsorptionselements ein Bauteil benutzt, welches mit dem Stranggießverfahren gefertigt ist. Das Profil wurde unter Verwendung von Extrusionsverfahren erzeugt. Ein Stranggussbauteil weist eine Steifigkeit auf, die das Einkoppeln von Körperschall aus den Kammerhohlräumen in die Wände des Energieabsorptionselement verhindert oder vermindert. Dies vermindert die Verluste. Im Gegenteil dazu lassen z.B. genietete oder geschraubte Einzelteile Schwingungsbewegungen der Einzelteile gegeneinander zu, was letztendlich zu Wärmeverlusten führt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strukturkammer in einem Schweller angeordnet ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Strukturkammer zwischen Radkästen des Kraftfahrzeugs unter der Tür angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein bereits vorhandener Hohlraum genutzt wird, um den Schall in einen hinteren Bereich des Fahrzeuginnenraums zu leiten.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Distanz zwischen zumindest einem der beiden offenen Strukturkammerlängsenden zu einer gegenüberliegenden Strukturfläche 20 bis 40 mm beträgt. Mit anderen Worten ist gegenüber zumindest einer der beiden offenen Strukturkammerlängsenden eine Strukturfläche angeordnet, welche einen Abstand von 20 bis 40 mm zu dem jeweiligen Strukturkammerlängsende aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Strukturkammer nicht verkürzt werden muss, um zusätzlichen Raum für die Einleitungskammer und/oder die Verbindungskammer bereitzustellen. Somit können Beeinträchtigungen des Resonanzverhaltens verhindert werden.
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Die Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug, welches eine Kraftfahrzeugtragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugtragstruktur beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein Längsschnittprofil einer erfindungsgemäßen Tragstruktur S mit einer Strukturkammer K;
- 2 zwei mögliche Verläufe des Schalldruckpegels Spl, aufgetragen gegen eine Anregungsfrequenz f an einem Erfassungsort X; und
- 3 zwei in einem Kraftfahrzeug Kfz angeordnete Kraftfahrzeugtragstrukturen S.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen 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 sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Längsschnittprofil einer erfindungsgemäßen Tragstruktur S mit einer Strukturkammer K, welche ein Energieabsorptionselement 1 umfassen kann. Durch die Strukturkammer K wird ein Strukturhohlraum KH umschlossen. Die Strukturkammer K kann als länglicher beidseitig offener Hohlkörper mit einem ersten offenen Strukturkammerlängsende l1 und zweiten offenen Strukturkammerlängsende l2 ausgebildet sein und eine Länge lS aufweisen. Das Energieabsorptionselement 1 umfasst einen äußeren Rahmen 2, welcher durch äußere Wände gebildet wird. Im Innenraum des Energieabsorptionselements können Trennwände 3 einer Dicke d angeordnet sein, welche Kammerhohlräume 4 voneinander abgrenzen. Der Querschnitt 5 des Energieabsorptionselements 1 kann über eine Länge ls des Energieabsorptionselements 1 konstant bleiben. An den zwei offenen Strukturkammerlängsenden l1, l2 können die Kammerhohlräume 4 Mündungen oder Kammeröffnungen 6 aufweisen. Das Energieabsorptionselement 1 kann ein Bauteil sein, welches in einem Stranggussverfahren erzeugt wurde und anschließend mittels eines Extrusionsverfahrens bearbeitet wurde. Somit kann es aus einem einzigen Bauteil bestehen, wodurch Vibrationsgeräusche aufgrund vibrierender Teilstücke vermieden werden können. An dem zweiten der beiden Strukturkammerlängsenden l2 kann eine Verbindungskammer 7 angeordnet sein und einen Verbindungshohlraum 8 umrahmen oder abgrenzen. Die Kammerhohlräume 4 können in den Verbindungshohlraum 8 münden, wodurch sie fluidisch miteinander verbunden sein können. Die Verbindungskammer 7 kann eine Verbindungsfläche 18 aufweisen, welche gegenüber dem zweiten der Strukturkammerlängsenden l2 angeordnet ist. Diese kann in einem Abstand von z.B. 20 mm zum zweiten der Strukturkammerlängsenden l2 angeordnet sein. An dem ersten der beiden Strukturkammerlängsenden l1 eine Einleitungskammer 10 angeordnet sein, welche einen Einleitungshohlraum 11 umschließt oder abgrenzt. Bei dem Einleitungshohlraum 11 kann es sich um einen Hohlraum einer Tragstruktur handeln. Die Einleitungskammer 10 kann eine Einleitungsfläche 12 aufweisen, welche gegenüber der ersten der Strukturkammerlängsenden l1 angeordnet ist. Diese kann derart angeordnet sein, dass sie eine Einleitungsdistanz 13 von z.B. 20 mm zum ersten der Strukturkammerlängsenden l1 aufweist. Dadurch kann ein Einleitungsdurchgang 14 zu einem Hohlraum 15, welcher durch eine Klangerzeugungskammer 16 eines Klangerzeugers 17 gebildet wird, ebenfalls eine Länge von 20 mm aufweisen. Der Hohlraum 15 der Klangerzeugungskammer 16 kann an den Klangerzeuger 17 angrenzen. Der Klangerzeuger 17 kann beispielsweise ein Lautsprecher mit einer Membran sein, wobei eine Vorderseite der Membran fluidisch mit einem Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9 direkt verbunden ist und eine Rückseite der Membran fluidisch mit dem Hohlraum der Klangerzeugungskammer 15. Der Hohlraum der Klangerzeugungskammer 15, der Einleitungshohlraum 11, und der Strukturhohlraum KH, bestehend aus den Kammerhohlräumen 4 und der Verbindungshohlraum 8 können mit einem Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9 fluidisch verbunden sein. Somit kann eine direkte Klangausgabe 19 durch den Klangerzeuger 17 in den Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9 erfolgen. Aufgrund der Verbindung des Hohlraums der Klangerzeugungskammer 15 mit dem Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9, kann zusätzlich eine indirekte Klangausgabe 20 aus einer Einleitungsöffnung 21 in den Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9 erfolgen. Für die Beschreibung eines möglichen Verlaufes des Schalldruckpegels Spl gegen eine Anregungsfrequenz f ist ein Erfassungsort X der in den folgenden Figuren dargestellten Pegelverläufe gekennzeichnet.
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2 zeigt zwei mögliche Verläufe des Schalldruckpegels Spl, aufgetragen gegen eine Anregungsfrequenz f an einem Erfassungsort X. Der Erfassungsort kann sich an einer Position im Kraftfahrzeuginnenraum 9 befinden, an der sich normalerweise ein Kopf einer Person auf einem Vordersitz befindet. Ein erster Verlauf FL1 zeigt einen möglichen Verlauf des Schalldruckpegels Spl am Erfassungsort X, wobei nur eine direkte Klangausgabe 19 durch den Klangerzeuger 17 in den Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9 erfolgt. Mit anderen Worten erfolgt keine indirekte Klangausgabe 20 aus der Einleitungsöffnung 21. der Verlauf zeigt zwei Einbrüche des Schalldruckpegels, wobei sich ein kleiner Einbruch bei ca. 55 Hz befindet. Ein stärkerer Einbruch befindet sich bei ca. 70 Hz. Ein zweiter Verlauf FL2 zeigt einen möglichen Verlauf des Schalldruckpegel gegen eine Anregungsfrequenz f an dem gleichen Erfassungsort X. Bei dem zweiten Verlauf erfolgte neben der rekten Klangausgabe 19 auch die indirekte Klangausgabe 20 aus der Ein- leitungsöffnung 21. Dies hat zur Folge, dass sich der Schall der direkten Klangausgabe 19 und der indirekten Klangausgabe 20 überlagern. Die Überlagerung kann konstruktiv oder destruktiv erfolgen. Unterhalb von ca. 30 Hz liegt der Schalldruckpegel zweiten Verlaufs oberhalb des ersten Verlaufs. Zwischen dreißig und 60 Hz liegt der zweite Verlauf unterhalb des ersten Verlaufs. Zwischen 60-80 Hz zeigt der zweite Verlauf im Gegensatz zum ersten Verlauf keinen Einbruch. Somit weist der zweite Verlauf in diesem Bereich einen flachen Verlauf auf.
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3 zeigt zwei in einem Kraftfahrzeug Kfz angeordnete Kraftfahrzeugtragstrukturen S, umfassend jeweils eine Strukturkammer K mit angeschlossenen Elementen aus zwei verschiedenen Blickwinkeln. Dabei können die Strukturkammern K in einem Schweller 22 des Kraftfahrzeugs Kfz angeordnet sein. An jeder Strukturkammer K kann an einem ersten Strukturkammerlängsende l1 eine Einleitungskammer 10 angeordnet sein, über welche eine fluidische Verbindung zu einer Klangerzeugungskammer 16 eines Klangerzeugungselements 17 hergestellt werden kann. An einem zweiten Strukturkammerlängsende l2 kann eine Verbindungskammer 7 angeordnet sein, welche über eine Einleitungsöffnung 21 in den Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9 mündet. Ausgehend von der Vorderseite 17 des Klangerzeugers kann eine direkte Klangausgabe 19 in den Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9 erfolgen und ausgehend von der Einleitungsöffnung 21 kann eine indirekte Klangausgabe erfolgen. Ein möglicher Erfassungsort X der Verläufe aus 2 befindet sich im Hohlraum des Kraftfahrzeuginnenraums 9.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine flacher Verlauf eines Schalldruckpegels in einem Kraftfahrzeuginnenraum ermöglicht wird.
