DE102021103187A1

DE102021103187A1 - Helmholtz-Resonator für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug mit einem Helmholtz-Resonator

Info

Publication number: DE102021103187A1
Application number: DE102021103187.7A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schrank; Christian Plakolb
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-02-11
Filing date: 2021-02-11
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Helmholtz-Resonator (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Einlassöffnung (16), über welche ein Gas in den Helmholtz-Resonator (10) einströmbar ist, mit einem an die Einlassöffnung (16) anschließenden Hals (18), mittels welchem die Einlassöffnung (16) fluidisch mit dem Resonatorvolumen (20) verbunden ist, und mit dem abgegrenzten Resonatorvolumen (20), wobei der Helmholtz-Resonator (10) variabel ausgebildet ist, wodurch sich eine Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators (10) in Abhängigkeit von einem Druckverhältnis zwischen einem Druck (DL) des Gases und einem Umgebungsdruck (Du) einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Helmholtz-Resonator für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Helmholtz-Resonator.
Es ist bereits allgemein bekannt, Dämpfungseinrichtungen in Kraftfahrzeugen zur Schalldämpfung zu verwenden. Eine mögliche Dämpfungseinrichtung kann hierbei ein Helmholtz-Resonator sein.
Die CN 101 230 818 B offenbart ein Einsetzen einer Helmholtz-Resonatoreinrichtung, mittels welcher selektiv Geräusche in einem einen Verbrennungsmotor aufweisenden Kraftfahrzeug gedämpft werden können. Hierbei ist die Helmholtz-Resonatoreinrichtung mittels eines Aktuators in Abhängigkeit von einem Steuersignal einstellbar. Mittels des Aktuators können jeweilige Öffnungen der Helmholtz-Resonatoreinrichtung geöffnet oder geschlossen werden, wodurch eine Dämpfungswirkung der Helmholtz-Resonatoreinrichtung angepasst werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein besonders einfaches Einstellen einer Dämpfungswirkung eines Helmholtz-Resonators an jeweilige zu dämpfende Frequenzen von Schallwellen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Helmholtz-Resonator für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welcher eine Einlassöffnung, einen an die Einlassöffnung anschließenden Hals sowie ein abgegrenztes Resonatorvolumen aufweist. Über die Einlassöffnung ist ein Gas in den Helmholtz-Resonator einströmbar. Mittels des Halses ist die Einlassöffnung fluidisch mit dem Resonatorvolumen verbunden, wodurch das über die Einlassöffnung in den Helmholtz-Resonator eingeströmte Gas über den Hals in das Resonatorvolumen strömen kann. Mittels des Halses ist somit das über die Einlassöffnung eingeströmte Gas zu dem Resonatorvolumen führbar. Der Helmholtz-Resonator ist variabel ausgebildet, wodurch sich eine Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators abhängig von einem Druckverhältnis zwischen einem Druck des Gases und einem Umgebungsdruck einstellt.
Mit anderen Worten ist der Helmholtz-Resonator derart flexibel, dass sich eine akustische Eigenschaft des Helmholtz-Resonators in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis zwischen dem Druck des einströmenden Gases und dem Umgebungsdruck einstellt. Hierbei kann sich die Dämpfungseigenschaft automatisch in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis einstellen, wodurch eine Steuereinrichtung zum Einstellen dieser Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators nicht benötigt wird. Das Anpassen der Dämpfungseigenschaft in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis des Umgebungsdrucks zu dem Druck des Gases ermöglicht, dass bei einer Druckänderung des Druckverhältnisses die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators sich automatisch an das veränderte Druckverhältnis anpasst. Infolgedessen ist die jeweilige Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators zu jedem Zeitpunkt besonders gut an eine jeweilige zu dämpfende Frequenz angepasst. Aufgrund der Kopplung der Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators mit dem Druckverhältnis zwischen dem Druck des einströmenden Gases und dem Umgebungsdruck ändert sich die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators bei einem veränderten Druckverhältnis besonders schnell und damit besonders zeitnah nach der auftretenden Veränderung des Druckverhältnisses. Bei einem konstanten Umgebungsdruck ändert sich das Druckverhältnis lediglich bei einer Änderung des Drucks des über die Einlassöffnung in den Helmholtz-Resonator einströmenden Gases. Eine derartige Änderung des Drucks des über die Einlassöffnung in den Helmholtz-Resonator einströmenden Gases kann insbesondere durch eine Frequenzänderung von über das Gas transportierten Schallwellen verursacht sein. Folglich passt sich die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators einer geänderten Frequenz von über das über die Einlassöffnung in den Helmholtz-Resonator einströmende Gas transportierten Schallwellen an. Hierdurch können die Schallwellen mittels des Helmholtz-Resonators besonders gut gedämpft werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Federelement vorgesehen, mittels welchem der Helmholtz-Resonator rückstellbar ist und über dessen Federkraft die Verstellbarkeit der Dämpfungseigenschaft in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis vorgegeben ist. Mittels des Federelements kann über die Federkraft vorgegeben werden, welche Abhängigkeit zwischen der Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators und dem Druckverhältnis besteht. Über die Federkraft des Federelements kann somit vorgegeben werden, wie sehr sich die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators bei einer definierten vorgegebenen Änderung des Druckverhältnisses des Umgebungsdrucks zu dem Druck des über die Einlassöffnung in den Helmholtz-Resonator einströmenden Gases ändert. Weiterhin kann über das Federelement ein Rückstellen des Helmholtz-Resonators bei Veränderungen des Druckverhältnisses in unterschiedliche Richtungen und somit einem Heben und einem Senken des Druckverhältnisses sichergestellt werden. Hierdurch kann ein durchgängiges zuverlässiges Anpassen der Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators bei dem sich ändernden Druckverhältnis sichergestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Dämpfungseigenschaft sich eine Ausdehnung des Resonatorvolumens und/oder eine Länge und/oder ein Durchmesser des Halses abhängig von dem Druckverhältnis zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck des Gases einstellt. Mit anderen Worten ändert sich eine die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators vorgebende Geometrie des Helmholtz-Resonators in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis zwischen dem über die Einlassöffnung in den Helmholtz-Resonator einströmenden Gas und dem Umgebungsdruck. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass sich der Hals in seiner Geometrie, insbesondere hinsichtlich seines Durchmessers und/oder seiner Länge, und/oder das Resonatorvolumen in seiner Ausdehnung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Druckverhältnis einstellt. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Druckverhältnis kann sich der Hals somit verlängern oder verkürzen und/oder in seinem Durchmesser verbreitern oder verschmälern. Alternativ oder zusätzlich kann sich das Resonatorvolumen in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis vergrößern oder verkleinern.
In diesem Zusammenhang kann es weiterhin vorgesehen sein, dass der Helmholtz-Resonator ein Grundelement umfasst, mittels welchem das Resonatorvolumen und/oder der Hals bereichsweise begrenzt sind. Weiterhin kann der Helmholtz-Resonator wenigstens ein relativ zu dem Grundelement bewegbares Einstellelement umfassen, mittels welchem in Abhängigkeit von jeweiligen unterschiedlichen Stellungen des Einstellelements relativ zu dem Grundelement den jeweiligen Stellungen zugeordnete, unterschiedliche Ausdehnungen des Resonatorvolumens und/oder unterschiedliche Längen und/oder unterschiedliche Durchmesser des Halses einstellbar sind. In Abhängigkeit von dem auftretenden Druckverhältnis zwischen dem Druck des Gases und dem Umgebungsdruck richtet sich das Einstellelement relativ zu dem Grundelement aus, wodurch die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators eingestellt wird. Über eine jeweilige Ausrichtung des Einstellelements relativ zu dem Grundelement sind die Geometrie des Halses und/oder die Geometrie des Resonatorvolumens vorgegeben. Insbesondere kann das Einstellelement an einer dem Resonatorvolumen zugewandten Seite mit dem den Druck aufweisenden Gas in Kontakt stehen und an seiner dem Resonatorvolumen abgewandten Seite mit einem den Umgebungsdruck aufweisenden weiteren Gas, insbesondere Luft, in Kontakt stehen, wodurch das Einstellelement relativ zu dem Grundelement in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis ausgerichtet ist. Über das relativ zu dem Grundelement bewegliche Einstellelement ist die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators durch Anpassen der Geometrie des Halses und/oder der Geometrie des Resonatorvolumens besonders einfach einstellbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einstellelement gegen das Grundelement über das Federelement abgestützt ist. Das bedeutet, dass das Einstellelement gegen das Grundelement mit der Federkraft beaufschlagt ist. Das Federelement ermöglicht somit ein Vorgeben einer Grundausrichtung des Einstellelements zu dem Grundelement, wobei bei einem Verstellen des Einstellelements relativ zu dem Grundelement das Federelement ein sicheres Rückstellen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Druckverhältnis ermöglicht. Hierdurch wird ermöglicht, dass sowohl bei einem Senken des Druckverhältnisses als auch bei einem Ansteigen des Druckverhältnisses die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators zuverlässig an das jeweilige vorliegende Druckverhältnis angepasst ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einstellelement gegen das Grundelement über einen Faltenbalg abgedichtet ist. Insbesondere ermöglicht der Faltenbalg eine Abdichtung des Resonatorvolumens gegenüber der Umgebung. Der Faltenbalg kann somit die dem Resonatorvolumen zugewandte Seite des Einstellelements zuverlässig von der dem Umgebungsdruck ausgesetzten Seite des Einstellelements abgrenzen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Resonatorvolumen zu der Umgebung in jeder Stellung des Einstellelements relativ zu dem Grundelement sicher gegen die den Umgebungsdruck aufweisende Umgebung abgedichtet ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Einstellelement dem Druckverhältnis aus Umgebungsdruck und dem Druck des in das Resonatorvolumen einströmenden Gases ausgesetzt ist und somit in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis relativ zu dem Grundelement ausgerichtet ist. Hierdurch wiederum wird das präzise Einstellen der Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis ermöglicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Einstellelement in jeder Stellung vollständig innerhalb des Grundelements angeordnet ist. Das bedeutet, dass das Einstellelement beispielsweise seitlich vollständig von dem Grundelement umschlossen ist. Hierbei kann das Grundelement das Einstellelement radial nach außen relativ zu einer Einstellrichtung des Einstellelements relativ zu dem Grundelement seitlich umschließen. Eine Beschädigungsgefahr für das relativ zu dem Grundelement bewegliche Einstellelement kann hierdurch besonders gering gehalten werden. Hierdurch kann eine besonders hohe Lebensdauer des Helmholtz-Resonators ermöglicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Einstellelement einen das Resonatorvolumen bereichsweise begrenzenden Teller und ein den Hals bereichsweise begrenzendes, an den Teller anschließendes Rohr umfasst, mittels welchem die Länge des Halses in den unterschiedlichen Stellungen einstellbar ist. Dieses Rohr weist wenigstens eine Durchgangsöffnung auf, über welche durch den Hals strömendes Gas fluidisch mit dem Resonatorvolumen verbunden ist. Insbesondere ist das Rohr an einer dem Resonatorvolumen zugewandten Seite des Tellers angeordnet und somit bei einer Bewegung des Einstellelements relativ zu dem Grundelement in dem Resonatorvolumen und/oder in einem weiteren, den Hals bereichsweise begrenzenden Rohr des Grundelements geführt. Gemeinsam mit dem Grundelement begrenzt das Einstellelement das Resonatorvolumen. Bei einem Bewegen des Einstellelements relativ zu dem Grundelement wird mittels des Tellers und des Rohrs sowohl das Resonatorvolumen als auch die Länge des Halses bei dem Verstellen eingestellt. Hierdurch kann die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators besonders gut durch Anpassen sowohl des Resonatorvolumens als auch der Länge des Halses mittels des Einstellelements in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis eingestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei einem ersten Druckverhältnis das Resonatorvolumen und/oder die Länge und/oder der Durchmesser des Halses größer sind als bei einem im Vergleich zum ersten Druckverhältnis größeren zweiten Druckverhältnis. Das bedeutet, dass bei einem Ansteigen des Druckverhältnisses das Resonatorvolumen verkleinert wird und/oder die Länge des Halses verkleinert wird und/oder der Durchmesser des Halses verkleinert wird. Hierdurch kann die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators besonders gut an eine steigende Frequenz der zu dämpfenden Schallwellen angepasst werden. Bei einem Umgebungsdruck von zirka einem Bar kann mit steigender Frequenz von über das Gas transportierten Schallwellen das Druckverhältnis zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck des Gases ansteigen. Mittels des in seiner Dämpfungseigenschaft angepassten Helmholtz-Resonators sind somit jeweilige auftretende Frequenzen von über das Gas transportierten Schallwellen besonders zuverlässig dämpfbar.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug, mit einem Helmholtz-Resonator, wie er bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Helmholtz-Resonator beschrieben worden ist. Hierbei kann der Helmholtz-Resonator mit seinem Resonatorvolumen fluidisch mit einer luftführenden Leitung des Kraftfahrzeugs verbunden sein. Bei dieser luftführenden Leitung kann es sich beispielsweise um eine Abgasleitung oder um eine Ansaugluftleitung oder um eine Belüftungsluftleitung handeln. Der Helmholtz-Resonator ermöglicht somit ein Dämpfen von durch die in der Leitung geführte Luft getragenen Schallwellen. Infolgedessen kann unerwünschter Schall im Kraftfahrzeug mittels des Helmholtz-Resonators besonders gut und insbesondere besonders zuverlässig gedämpft werden. Hierdurch ist ein besonders geräuscharmer Betrieb des Kraftfahrzeugs möglich.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Schnittansicht eines Helmholtz-Resonators für ein Kraftfahrzeug, welcher einen einenends In eine Einlassöffnung mündenden Hals, über welchen ein Gas in den Helmholtz-Resonator einströmen kann, sowie ein andernends des Halses fluidisch mit dem Hals verbundenes Resonatorvolumen aufweist, in welches das Gas einströmen kann, wobei über das Gas transportierte Schallwellen mittels des Helmholtz-Resonators gedämpft werden können und eine Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators sich abhängig von einem Druckverhältnis eines Umgebungsdrucks zu einem Druck des in das Resonatorvolumen einströmenden Gases einstellt; und
2 eine schematische Ansicht eines Ablaufs einer Verstellung des Helmholtz-Resonators infolge eines geänderten Druckverhältnisses, wodurch die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators angepasst wird.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einer schematischen Schnittansicht ein Helmholtz-Resonator 10 für in Kraftfahrzeug gezeigt. Der Helmholtz-Resonator 10 kann fluidisch mit einer Luft führenden Leitung des Kraftfahrzeugs verbunden sein, wodurch mittels des Helmholtz-Resonators 10 über die Luft in der Leitung transportierte Schallwellen gedämpft werden können. Bei der Luft führenden Leitung kann es sich insbesondere um eine Ansaugleitung für Ladeluft handeln, welche einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs zuzuführen ist. Alternativ kann es sich bei der Luft führenden Leitung um eine Abgasleitung oder um eine Belüftungsleitung für ein Zuführen von Belüftungsluft zu einem Innenraum des Kraftfahrzeugs handeln. Zumindest ein Teil der in der luftführenden Leitung geführten Luft kann in den Helmholtz-Resonator 10 einströmen. Mittels des Helmholtz-Resonators 10 können definierte Frequenzen von über die Luft transportierten Schallwellen gedämpft werden.
Der Helmholtz-Resonator 10 umfasst vorliegend ein Grundelement 12 sowie ein Einstellelement 14. Das Grundelement 12 stellt eine Einlassöffnung 16 des Helmholtz-Resonators 10 bereit, über welche die Schallwellen und/oder Gas, vorliegend Luft, welche die zu dämpfenden Schallwellen transportiert, in den Helmholtz-Resonator 10 einströmen können. Die Einlassöffnung 16 ist somit fluidisch mit der luftführenden Leitung des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Grundelement 12 und das Einstellelement 14 begrenzen gemeinsam einen an die Einlassöffnung 16 anschließenden Hals 18 des Helmholtz-Resonators 10. Über die Einlassöffnung 16 kann somit die Luft in den Hals 18 einströmen und von dem Hals 18 geführt werden. Weiterhin begrenzen das Grundelement 12 und das Einstellelement 14 gemeinsam ein Resonatorvolumen 20 des Helmholtz-Resonators 10. Über den Hals 18 kann die Luft zu dem Resonatorvolumen 20 geführt werden. Das Einstellelement 14 ist vorliegend in einer Einstellrichtung 22 relativ zu dem Grundelement 12 bewegbar, wodurch das Einstellelement 14 in unterschiedlichen Stellungen relativ zu dem Grundelement 12 anordenbar ist. Durch das Anordnen des Einstellelements 14 in den unterschiedlichen Stellungen relativ zu dem Grundelement 12 können jeweilige zueinander unterschiedliche Längen des Halses 18 beziehungsweise jeweilige zueinander unterschiedliche Ausdehnungen des Resonatorvolumens 20 in dem Helmholtz-Resonator 10 eingestellt werden. Eine jeweilige Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 ist von der eingestellten Länge des Halses 18 sowie der eingestellten Ausdehnung des Resonatorvolumens 20 abhängig.
Das Einstellelement 14 weist vorliegend einen Teller 24 und ein an den Teller 24 anschließendes erstes Rohr 26 auf. Dieses erste Rohr 26 des Einstellelements 14 ist zumindest bereichsweise in einem zweiten Rohr 28 des Grundelements 12 geführt. Über die jeweilige Relativposition des ersten Rohrs 26 zu dem zweiten Rohr 28 kann die Länge des Halses 18 eingestellt werden. Das zweite Rohr 26 weist wenigstens eine Durchgangsöffnung 30 auf, über welche in dem Hals 18 laufende Schallwellen in das Resonatorvolumen 20 einströmen können beziehungsweise Schallwellen aus dem Resonatorvolumen 20 in den Hals 18 ausströmen können. Für ein Dämpfen der Schallwellen ist es somit vorgesehen, dass die Schallwellen über die Einlassöffnung 16 in den Hals 18 einströmen. Hierbei bewegen sich die Schallwellen als erstes in das zweite Rohr 28 und über das zweite Rohr 28 in das erste Rohr 26. Über die Durchgangsöffnung 30 bewegen sich die Schallwellen aus dem ersten Rohr 26 in das Resonatorvolumen 20.
An dem Teller 24 des Einstellelements 14 liegt an einer ersten Seite 32 der Druck D_L der Luft aus der Luft führenden Leitung an. An einer der ersten Seite 32 gegenüberliegenden zweiten Seite 34 des Tellers 24 des Einstellelements 14 liegt ein Umgebungsdruck Du an dem Einstellelement 14 an. Somit richtet sich das Einstellelement 14 in Abhängigkeit von einem Druckverhältnis zwischen dem Druck D_L der Luft und dem Umgebungsdruck Du relativ zu dem Grundelement 12 aus, wodurch die Länge des Halses 18 sowie die Ausdehnung des Resonatorvolumens 20 eingestellt werden. Über die Länge des Halses 18 sowie über eine Ausdehnung des Resonatorvolumens 20 wird die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 vorgegeben. Das bedeutet, dass der Helmholtz-Resonator 10 variabel ausgebildet ist, wobei sich die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 abhängig von dem Druckverhältnis zwischen dem Druck D_L der Luft und dem Umgebungsdruck Du einstellt. Um eine Beschädigungsgefahr für das relativ zu dem Grundelement 12 bewegliche Einstellelement 14 besonders gering zu halten, ist es vorgesehen, dass das Einstellelement 14 in jeder seiner Stellungen relativ zu dem Grundelement 12 in radialer Richtung ausgehend von der Einstellrichtung 22 umfangsseitig nach außen von dem Grundelement 12 umschlossen ist. Somit ist das Einstellelement 14 in jeder Stellung vollständig innerhalb des Grundelements 12 angeordnet. Der Teller 24 des Einstellelements 14 kann insbesondere in einem Topf 36 des Grundelements 12 bewegbar angeordnet sein.
Der Helmholtz-Resonator 10 umfasst vorliegend weiterhin ein Federelement 38. Mittels des Federelements 38 ist das aus seiner Ausgangsposition relativ zu dem Grundelement 12 ausgelenkte Einstellelement 14 in die Ausgangsposition rückstellbar. Vorliegend ist das Federelement 38 einenends gegen die erste Seite 32 des Tellers 24 und andernends gegen das Grundelement 12 abgestützt. Vorliegend ist das Federelement 38 als Schraubenfeder ausgebildet, deren Mittelachse mit einer Mittelachse des ersten Rohrs 26 des Einstellelements 14 zusammenfällt. Hierbei umschließt das Federelement 38 das erste Rohr 26 des Einstellelements 14 zumindest bereichsweise radial nach außen. Somit ist das Federelement 38 um das erste Rohr 26 des Einstellelements 14 herum gewickelt. Über eine Auswahl einer Federkraft des Federelements 38 kann eingestellt werden, wie sehr die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 bei einer definierten Druckänderung geändert wird.
In 2 ist ein Ablauf eines Verstellens des Helmholtz-Resonators 10 infolge einer Veränderung des Druckverhältnisses des Umgebungsdrucks Du zu dem Druck D_L.
des Gases dargestellt. In 2 ist der Helmholtz-Resonator 10 links bei einem ersten Druckverhältnis 40 und rechts bei einem zweiten Druckverhältnis 42 gezeigt. Das zweite Druckverhältnis 42 ist im Verhältnis zum ersten Druckverhältnis 40 größer. Das bedeutet, dass eine Differenz zwischen dem Druck D_L der Luft und dem Umgebungsdruck Du von dem ersten Druckverhältnis 40 zu dem zweiten Druckverhältnis 42 ansteigt. Vorliegend ist es vorgesehen, dass eine Frequenz des zu dämpfenden Schalls von links nach rechts ansteigt, wodurch ein Unterdruck in der Luft führenden Leitung entsteht. Infolge des Unterdrucks in der luftführenden Leitung steigt das Druckverhältnis und somit der Unterschied zwischen dem Druck D_L der in der Leitung geführten Luft und dem Umgebungsdruck Du. Infolge des sich in der Luft führenden Leitung einstellenden Unterdrucks wird das Einstellelement 14 entlang der Einstellrichtung 22 zu der Einlassöffnung 16 des Helmholtz-Resonators 10 hinbewegt, wodurch die Länge des Halses 18 sowie die Ausdehnung des Resonatorvolumens 20 sich verkleinern. Somit sind bei dem ersten Druckverhältnis 40 das Resonatorvolumen 20 sowie die Länge des Halses 18 größer als bei dem im Vergleich zum ersten Druckverhältnis 40 größeren zweiten Druckverhältnis 42.
Um das Resonatorvolumen 20 zu der den Umgebungsdruck Du aufweisenden Umgebung in jeder Stellung des Einstellelements 14 relativ zu dem Grundelement 12 besonders gut abdichten zu können, umfasst der Helmholtz-Resonator 10 vorliegend einen Faltenbalg 44. Dieser Faltenbalg 44 dichtet das Einstellelement 14 zu dem Grundelement 12 ab. Hierdurch ist die erste Seite 32 des Tellers 24 des Einstellelements 14 gegen die zweite Seite 34 des Tellers 24 des Einstellelements 14 abgedichtet.
Der insbesondere in einer Ansaugluftführung des Kraftfahrzeugs angeordnete Helmholtz-Resonator 10 umfasst ein mit der Ansaugluftführung über ein Verbindungsstück, vorliegend den Hals 18, verbundenes Volumen, vorliegend das Resonatorvolumen 20. Insbesondere kann der Helmholtz-Resonator 10 fluidisch mit einem Reinluftrohr verbunden sein oder in anderen Teilen der Ansaugluftführung verbaut sein, beispielsweise an einem Luftfilterkasten, wodurch der Helmholtz-Resonator 10 als Ansauggeräuschdämpfer dienen kann. In Abhängigkeit von dem Resonatorvolumen 20, einer Länge des Halses 18 sowie einem Durchmesser des Halses 18 ergibt sich eine Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators 10. In ihrer Dämpfungseigenschaft unveränderbare Helmholtz-Resonatoren können einen lediglich besonders schmalbandigen Wirkbereich aufweisen.
Der im Zusammenhang mit den Figuren beschriebene Helmholtz-Resonator 10 ermöglicht eine Synchronisierung eines Frequenzbereichs des Helmholtz-Resonators 10 mit einem aus einer jeweiligen Motordrehzahl resultierenden Unterdruck, wodurch der Frequenzbereich mit der Motordrehzahl des Kraftfahrzeugs korrelieren kann. Hierbei kann eine Abstimmung der Dämpfungseigenschaft insbesondere auf eine Motorgrundordnung eines Motors des Kraftfahrzeugs erfolgen. Vorliegend werden hierfür als Einflussparameter auf die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 das Resonatorvolumen 20 sowie die Länge des Halses 18 genutzt. Alternativ oder zusätzlich kann für das Einstellen der Dämpfungseigenschaft ein Durchmesser des Halses 18 eingestellt werden. Diese Einflussparameter können über die Druckdifferenz des Umgebungsdrucks Du zu dem Druck D_L der Luft in der Ansaugluftführung und damit einhergehender Kräfte gegen das Federelement 38 geregelt werden. Der Helmholtz-Resonator 10 kann auf Druckverhältnisse für einen kritischen Zyklus, wie einen Volllasthochlauf, durch Anpassen einer Federkennlinie des Federelements 38 und/oder Anpassen des Resonatorvolumens 20 und/oder Anpassen der Länge des Halses 18 und/oder Anpassen des Durchmessers des Halses 18 eingestellt werden. Hierbei kann die Federkennlinie des Federelements 38 derart gewählt werden, dass bei geringen Druckdifferenzen zwischen dem Umgebungsdruck Du und dem Druck D_L der Luft in der Ansaugluftführung ein Anpassen der Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 unterbleibt. Insbesondere ist für das Anpassen der Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 die Federkraft des Federelements 38 zu überwinden. Über ein Auswählen der Federkraft des Federelements 38 kann somit die Einstellbarkeit der Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 gewählt werden. Die Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators 10 ist vorliegend vorteilhafterweise ohne zusätzliche Steller oder Sensoren einstellbar. Durch Volumenänderung des Resonatorvolumens 20 sowie einer Änderung der Länge des Halses 18 bei einem geänderten Druckverhältnis kann eine überproportionale Frequenzänderung des Helmholtz-Resonators 10 erfolgen.
Bei einer ansteigenden Drehzahl des Motors des Kraftfahrzeugs steigt ein Unterdruck im Reinluftrohr. Infolge des steigenden Unterdrucks im Reinluftrohr wird der Teller 24 des Einstellelements 14 entgegen der Federkraft des Federelements 38 zu dem zweiten Rohr 28 herangezogen. Infolgedessen sinken die Ausdehnung des Resonatorvolumens 20 sowie die Länge des Halses 18. Hierdurch wird ein Ansteigen einer Wirkfrequenz des Helmholtz-Resonators 10 verursacht.
Der Helmholtz-Resonator 10 kann eine zu der in den Fig. gezeigten Geometrie unterschiedliche Geometrie aufweisen, bei welcher der Helmholtz-Resonator 10 beispielsweise ein definiert kollabierendes Material mit einer Wabenstruktur oder ein definiert ausdehnbares Material aufweist. Durch Kollabieren beziehungsweise Ausdehnen des Materials kann in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis der Helmholtz-Resonator 10, insbesondere das Resonatorvolumen 20 und/oder die Länge des Halses 18 und/oder der Durchmesser des Halses 18, eingestellt werden.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein variabler Helmholtz-Resonator 10 bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Helmholtz-Resonator
12: Grundelement
14: Einstellelement
16: Einlassöffnung
18: Hals
20: Resonatorvolumen
22: Einstellrichtung
24: Teller
26: erstes Rohr
28: zweites Rohr
30: Durchgangsöffnung
32: erste Seite
34: zweite Seite
36: Topf
38: Federelement
40: erstes Druckverhältnis
42: zweites Druckverhältnis
44: Faltenbalg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 101230818 B [0003]

Claims

Helmholtz-Resonator (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Einlassöffnung (16), über welche ein Gas in den Helmholtz-Resonator (10) einströmbar ist, mit einem an die Einlassöffnung (16) anschließenden Hals (18), mittels welchem die Einlassöffnung (16) fluidisch mit dem Resonatorvolumen (20) verbunden ist, und mit dem abgegrenzten Resonatorvolumen (20), wobei der Helmholtz-Resonator (10) variabel ausgebildet ist, wodurch sich eine Dämpfungseigenschaft des Helmholtz-Resonators (10) in Abhängigkeit von einem Druckverhältnis zwischen einem Druck (D_L) des Gases und einem Umgebungsdruck (Du) einstellt.
Helmholtz-Resonator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (38) vorgesehen ist, mittels welchem der Helmholtz-Resonator (10) rückstellbar ist und über dessen Federkraft das Verstellen der Dämpfungseigenschaft in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis vorgegeben ist.
Helmholtz-Resonator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfungseigenschaft sich eine Ausdehnung des Resonatorvolumens (20) und/oder eine Länge und/oder ein Durchmesser des Halses (18) in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis zwischen dem Druck (D_L) des Gases und dem Umgebungsdruck (Du) einstellt.
Helmholtz-Resonator (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundelement (12) vorgesehen ist, mittels welchem das Resonatorvolumen (20) und/oder der Hals (18) bereichsweise begrenzt sind, und wenigstens ein relativ zu dem Grundelement (12) bewegbares Einstellelement (14) vorgesehen ist, mittels welchem in Abhängigkeit von jeweiligen unterschiedlichen Stellungen des Einstellelements (14) relativ zu dem Grundelement (12) den jeweiligen Stellungen zugeordnete, unterschiedliche Ausdehnungen des Resonatorvolumens (20) und/oder der Länge und/oder des Durchmessers des Halses (18) eingestellt sind.
Helmholtz-Resonator (10) nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (14) gegen das Grundelement (12) über das Federelement (38) abgestützt ist.
Helmholtz-Resonator (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (14) gegen das Grundelement (12) über einen Faltenbalg (44) abgedichtet ist.
Helmholtz-Resonator (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (14) in jeder Stellung vollständig innerhalb des Grundelements (12) angeordnet ist.
Helmholtz-Resonator (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (14) einen das Resonatorvolumen (20) bereichsweise begrenzenden Teller (24) und ein den Hals (18) bereichsweise begrenzendes, an den Teller (24) anschließendes Rohr (26) umfasst, mittels welchem die Länge des Halses (18) in den unterschiedlichen Stellungen einstellbar ist und welches wenigstens eine Durchgangsöffnung (30) aufweist, über welche durch den Hals (18) strömendes Gas fluidisch mit dem Resonatorvolumen (20) verbunden ist.
Helmholtz-Resonator (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ersten Druckverhältnis das Resonatorvolumen (20) und/oder die Länge und/oder der Durchmesser des Halses (18) größer sind als bei einem im Vergleich zum ersten Druckverhältnis (40) größeren zweiten Druckverhältnis (42).
Kraftfahrzeug mit einem Helmholtz-Resonator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.