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Die Erfindung betrifft ein Außenmikrofon nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem derartigen Außenmikrofon.
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Aus
EP 3 522 564 A1 ist eine Mikrofonanordnung für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Mikrofonanordnung ist optisch unauffällig in einem Interieurteil angeordnet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Außenmikrofon zu schaffen, welches eine hohe Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse aufweist und dennoch zuverlässig und mit hoher Qualität Schall beispielsweise aus der Umgebung eines Kraftfahrzeugs erfasst.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Außenmikrofon ein Mikrofonelement zur Umwandlung akustischer Signale in elektrische Signale und einen dem Mikrofonelement zugeordneten Schallführungskanal, mittels dem das Mikrofonelement akustisch mit einer Außenseite des Außenmikrofons verbunden ist, umfasst, wobei eine Folie vorgesehen ist, welche das Mikrofonelement gegenüber der Außenseite abschirmt. Hierdurch wird das Mikrofonelement besonders gut gegen Witterungseinflüsse geschützt und kann insbesondere an der Außenseite eines Kraftfahrzeugs zur Erfassung von Schall außerhalb des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Folie in dem Schallführungskanal oder angrenzend zu dem Ende des Schallführungskanals, welches dem Mikrofonelement gegenüberliegt, angeordnet. Durch die Auswahl der Position der Folie in dem Schallführungskanal bzw. an dessen Ende kann in Abhängigkeit weiterer Parameter, wie beispielsweise die Position des Außenmikrofons an dem Kraftfahrzeug, sowohl eine gute Witterungsbeständigkeit als auch eine hohe Qualität bei der Schallerfassung erreicht werden.
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Um die zwischen der Folie und dem Mikrofonelement eingeschlossene Luft zu entfeuchten, können in dem Schallführungskanal und/oder in einem mit dem Schallführungskanal verbundenen Hohlraum Mittel zur Entfeuchtung der Luft bzw. Trocknungsmittel, wie beispielsweise Silikagel, vorgesehen sein. Hierdurch kann bei der Herstellung eventuell bereits in dem Schallführungskanal und/oder dem Hohlraum vorhandene Luftfeuchtigkeit und im Betrieb eindringende Luftfeuchtigkeit zuverlässig gebunden und damit das Mikrofonelement geschützt werden.
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Der Hohlraum kann mit dem Schallführungskanal über mindestens einen Durchgang verbunden sein und insbesondere rohrförmig bzw. hohlzylinderförmig den Schallführungskanal umgeben. Hierdurch kann die Luftfeuchtigkeit besonders gut entfernt werden, ohne die akustische Verbindung des Mikrofonelements mit der Außenseite zu beeinträchtigen.
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Vorteilhaft kann ein Durchgang zu dem Hohlraum an einem Ende des Schallführungskanals vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können Durchgänge im Längsrichtung des Schallführungskanals versetzt in einer Seitenwand des Schaltungskanals vorgesehen sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Mikrofonelement auf einer Leiterplatte/Platine befestigt, wobei die Leiterplatte/Platine bevorzugt eine Wand des Hohlraums und/oder des Schallführungskanals bildet. Hierdurch wird eine besonders einfache Montage ermöglicht, da der Hohlraum nach dem Befüllen mit dem Mittel zur Entfeuchtung durch die Leiterplatte/Platine unmittelbar verschlossen und gleichzeitig das Mikrofonelement exakt positioniert wird.
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Um das Mikrofonelement zusätzlich vor Witterungseinflüssen zu schützen, kann ein Abdeckelement vorgesehen sein, welches die Folie in Richtung von der Außenseite zu dem Mikrofonelement hin zumindest teilweise abdeckt. Das Abdeckelement schützt die Folie vor dem unmittelbaren Auftreffen von Spritzwasser oder auch einem Wasserstrahl beim Hochdruckreinigen und anderen witterungsbedingten äußerlichen Einflüssen, was die Beständigkeit des Außenmikrofons zusätzlich erhöht. Vorzugsweise kann das Abdeckelement in Längsrichtung des Schallführungskanals angeordnet sein.
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Für ein besonders zuverlässiges Aufspannen der Folie kann vorgesehen sein, die Folie auf einem Montagering insbesondere vorgespannt zu befestigen. Der Montagering kann kreisförmig oder auch mit Ecken ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft weist der Montagering im Vergleich zu der Folie einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, dass die Folie auch bei Temperaturänderungen ihre Spannung behält. Gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Geometrie des Montagerings kann dies beispiellose dadurch erreicht werden, dass der Montagering in dem relevanten Temperaturbereich von -40 °C bis +95 °C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher größer oder gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Folie ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Montagerings nur derart kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Folie ist, dass eine durch die Montage bedingte elastische Vorspannung der Folie in dem genannten Temperaturbereich nicht vollständig aufgehoben wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Folie immer ausreichend vorgespannt ist und Schall zuverlässig in den Schallführungskanal und damit zu dem Mikrofonelement übertragen werden kann.
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Vorteilhaft ist die Folie luft- und/oder feuchtigkeitsdurchlässig, jedoch wasserabweisend ausgebildet. Hierdurch wird das Eindringen von z.B. Spritzwasser zuverlässig verhindert. In dem Schallführungskanal bzw. dem Hohlraum vorhandene Luftfeuchtigkeit kann jedoch durch die Folie nach außen entweichen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Folie luft- und feuchtigkeitsundurchlässig ist, wodurch ein Eindringen von Luftfeuchtigkeit durch die Folie in den Schallführungskanal oder den Hohlraum zuverlässig verhindert wird.
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Des Weiteren wird auch ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Außenmikrofon, welches wie zuvor beschrieben ausgebildet ist, und die Verwendung eines derartigen Außenmikrofons an einem Kraftfahrzeug, insbesondere an der Außenseite eines Kraftfahrzeugs, beansprucht. Der Schallführungskanal des Außenmikrofons kann vorzugsweise zu einer Außenseite des Kraftfahrzeugs gerichtet sein bzw. sich zu der der Außenseite hin öffnen, um zuverlässig die Erfassung von Schall in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Werden mehrere derartige Außenmikrofone an dem Kraftfahrzeug vorgesehen, können die Signale der Außenmikrofone verwendet werden, um beispielsweise Schallquellen zuverlässig zu lokalisieren. Die hieraus ermittelten Informationen können insbesondere verwendet werden, um das autonome Fahren zu optimieren.
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Vorteilhaft können an dem Kraftfahrzeug mehrere Außenmikrofone als Arrays, insbesondere lineare Arrays, vorgesehen sein, beispielsweise auf dem Dach, über einem Fenster, in dem als Haifischflosse bezeichneten Gehäuse der Autoantenne oder in den Außenspiegeln. Je nach Fahrzeugtyp können diese unterschiedlichen Anordnungen auch gleichzeitig an verschiedenen Positionen am Fahrzeug eingebaut sein.
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Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Außenmikrofons;
- 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Außenmikrofons;
- 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Außenmikrofons;
- 4 einen schematischen Querschnitt durch die Ausführungsformen gemäß den 2 und 3;
- 5a, b eine Seitenansicht und eine Unteransicht auf eine in einem Montagering eingespannte Folie;
- 6 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Außenmikrofons;
- 7 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Außenmikrofons und
- 8 eine Draufsicht auf die Ausführungsformen gemäß den 6 und 7.
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In 1 ist ein Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Außenmikrofons 1a gezeigt. Das Außenmikrofon 1a ist zur Anordnung und Verwendung an der Außenseite eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs ausgebildet und umfasst ein Mikrofonelement 2 zur Umwandlung akustischer Signale in elektrische Signale. Das Mikrofonelement 2 ist auf einer Leiterplatte 3 befestigt und elektrisch mit nicht dargestellten Komponenten der Leiterplatte 3 zur Verarbeitung des elektrischen Signals verbunden. Die Leiterplatte 3 ist über ein Sicherungselement 4, welches beispielsweise als Sicherungsring ausgebildet sein kann, an dem aus einem Abstandshalter 5 und einem Grundkörper 6 bestehenden Gehäuse befestigt. Der Abstandshalter 5 ist als Ring ausgebildet und umschließt die Leiterplatte 3 und das Mikrofonelement 2. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Leiterplatte 3 direkt an dem Grundkörper 6 zu befestigen.
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Dem Mikrofonelement 2 ist ein Schallführungskanal 7 zugeordnet, welche sich durch den Grundkörper 6 und die Leiterplatte 3 bis zu dem Mikrofonelement 2 erstreckt. Das Mikrofonelement 2 begrenzt dabei den Schallführungskanal 7 an dem Ende, welches einer Außenseite 8 des Außenmikrofons 1a abgewandt ist. Hierdurch wird das Mikrofonelement 2 akustisch mit der Außenseite 8 verbunden und es kann Schall von der Außenseite 8 durch den Schallführungskanal 7 bis zu dem Mikrofonelement 2 gelangen.
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Durch das Sicherungselement 4 wird die Leiterplatte 3 zuverlässig gegen den Grundkörper 6 angedrückt, so dass kein Schall durch einen Spalt zwischen der Leiterplatte 3 und dem Grundkörper 6 in den Schallführungskanal 7 gelangen kann. Zusätzlich ist auch das Mikrofonelement 2 auf der dem Grundkörper 6 abgewandten Seite der Leiterplatte 3 derart mit der Leiterplatte 3 verbunden, dass auch zwischen dem Mikrofonelement 2 und der Leiterplatte 3 kein Schall in den Schallführungskanal 7 gelangen kann. Vorzugsweise ist das Mikrofonelement 2 in bekannter Art vom Körperschall entkoppelt.
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Um das Mikrofonelement 2 gegenüber Umwelteinflüssen an der Außenseite 8, beispielsweise Spritzwasser, zu schützen, ist angrenzend zu dem Ende des Schallführungskanals 7, welches dem Mikrofonelement 2 gegenüber liegt, eine Folie 9 vorgesehen, welche das Mikrofonelement 2 gegenüber der Außenseite 8 abschirmt. Wie der Darstellung zu nehmen ist, verschließt die Folie 9 den Durchgang zu dem Schallführungskanal 7 vollständig. Anders als dargestellt, handelt es sich bei der Folie jedoch um ein dünnwandige Element, welches Schallwellen von der Außenseite 8 in den Schallführungskanal 7 überträgt, sodass Schall an der Außenseite 8 ohne weiteres von dem Mikrofonelement 2 erfasst werden kann.
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Die Folie 9 kann luft- und/oder feuchtigkeitsdurchlässig, jedoch wasserabweisend ausgebildet sein. Hierdurch wird das Eindringen von Wasser zuverlässig verhindert und Luftfeuchtigkeit in dem Schallführungskanal 7 kann durch die Folie 9 zu der Außenseite 8 entweichen. Dies gewährleistet ein schnelles Trocknen der Luft in dem Schallführungskanal 7. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Folie 9 luft-und feuchtigkeitsundurchlässig ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch keine Luftfeuchtigkeit von der Außenseite 8 in den Schallführungskanal 7 gelangen kann. Möglichkeiten zur Reduzierung der Luftfeuchtigkeit in dem Schallführungskanal 7 werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die weiteren Ausführungsformen beschrieben.
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Die in den nachfolgenden Ausführungsformen beschriebenen Merkmale, welche identisch bei der Ausführungsform von 1 vorhanden sind oder zumindest die gleiche Funktion aufweisen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Sofern nicht anders beschrieben, gilt die Beschreibung eines Merkmales bei einer Ausführungsform für das gleichlautende Merkmal einer anderen Ausführungsform ebenso.
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In 2 ist ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Außenmikrofons 1b gezeigt. Im Unterschied zu der zuvor gezeigten ersten Ausführungsform ist der Grundkörper 6 mit dem hier nicht separat dargestellten Abstandshalter 5 einstückig ausgebildet. In dem Grundkörper 6 ist ein rohr- bzw. hohlzylinderförmiger Hohlraum 10 vorgesehen, welche den Schallführungskanal 7 umgibt und hiervon durch eine rohrförmige Seitenwand 11 getrennt ist. An dem der Folie 9 zugewandten Ende des Schallführungskanals 7 ist ein Durchgang 12a vorgesehen, welcher den Hohlraum 10 mit dem Schallführungskanal 7 verbindet. Der Hohlraum 10 wird nach außen über die Leiterplatte 3, den Grundkörper 6 und an der Außenseite 8 über einen Deckel 13 begrenzt. In dem Deckel 13 ist ein Durchgangsloch 14 vorgesehen, welches in Längsrichtung zu dem Schallführungskanal 7 angeordnet und zu der Außenseite 8 hin mit der Folie 9 verschlossen ist. In einer alternativen Ausführungsform kann der Deckel 13 auch einstückig mit dem Grundkörper 6 ausgebildet sein.
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In dem Hohlraum 10 sind Mittel 15 zur Entfeuchtung der Luft in Form von kugelförmigen Trocknungsmitteln wie Silikagel (Kieselgel) vorgesehen. Die Mittel 15 können auch jede andere Form aufweisen, wobei vorzugsweise bei einer losen Anordnung der Mittel 15 die Abmessungen eines jeden Elements größer sind als der Durchgang 12a, um ein Eindringen der Mittel 15 in den Schallführungskanal 7 zuverlässig zu verhindern.
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In 3 ist eine dritte Ausführungsform eines Außenmikrofons 1c gezeigt. Wie auch bei der Ausführungsform von 2 ist ein durchgängiger Schallführungskanal 7 vorgesehen. Im Unterschied zu der Ausführungsform von 2 sind in der Seitenwand 11 des Schallführungskanal 7 zwei Durchgänge 12b, 12czu dem Hohlraum 10 in Längsrichtung des Schallführungskanals 7 versetzt zueinander vorgesehen. Die Anordnung der Durchgänge 12a, 12b und 12c in den Ausführungsformen der 2 und 3 kann beliebig variiert und kombiniert werden, um eine optimale Entfeuchtung und gleichzeitig eine ungestörte Übertragung des Schalls zu dem Mikrofonelement 2 zu ermöglichen.
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In 4 ist ein schematischer Querschnitt durch die Ausführungsformen der 2 und 3 gezeigt. Die Position des Schnitts ist so gewählt, dass zwar der Schallführungskanal 7, jedoch keiner der Durchgänge 12a, 12b, 12c geschnitten wird. Die Darstellung dient lediglich der Verdeutlichung der Geometrie, die Proportionen, insbesondere der Mittel 15 zur Entfeuchtung der Luft, entsprechen nicht maßstabsgetreu den zuvor beschriebenen Figuren.
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Wie der 4 zu nehmen ist, ist der Hohlraum 10 rohrförmig bzw. hohlzylinderförmig ausgebildet und insbesondere konzentrisch um den zylindrischen Schallführungskanal 7 herum angeordnet. Die hier nicht dargestellten Durchgänge in der Seitenwand 11 können durch Bohrungen oder in Umfangs- und/oder Längsrichtung verlaufende Schlitze ausgebildet sein. Anstelle der gezeigten Hohlkammer 10 kann jedoch auch eine Hohlkammer vorgesehen sein, welche lediglich seitlich des Schallführungskanals 7 angeordnet ist und diesen nicht oder nur teilweise umschließt. Zusätzlich kann anstelle eines zylindrischen Schallführungskanals beispielsweise auch ein konischer/trichterförmiger Schallführungskanal vorgesehen sein.
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In 5a ist eine Seitenansicht auf die Folie 9 und in 5b eine Unteransicht auf die Folie 9 gezeigt. Die Folie 9 ist auf einem kreisförmigen Montagering 16 befestigt und der Montagering 16 erstreckt sich entlang des äußeren Rands der Folie 9. Wie zuvor beschrieben, wird über den Montagering 16 eine ausreichende Spannung der Folie 9 über den gesamten relevanten Temperaturbereich erreicht.
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In 6 ist ein Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Außenmikrofons 1d gezeigt. Im Unterschied zu den zuvor gezeigten Ausführungsformen ist das Mikrofonelement 2 über die Leiterplatte 3 unmittelbar an dem Grundkörper 6 befestigt. Der Schallführungskanal 7 erstreckt sich durch die Leiterplatte 3 und den Grundkörper 6 entsprechend der in 1 gezeigten Ausführungsform. Im Unterschied zu der Ausführungsform von 1 ist jedoch an einer Außenseite des Grundkörpers 6 ein Aufsatz 17 vorgesehen. Der Aufsatz 17 kann auch einstückig mit dem Grundkörper 6 ausgebildet sein. Der Schallführungskanal 7 setzt sich in dem Aufsatz 17 mit verändertem Querschnitt fort, wobei ein Abdeckelement 18 vorgesehen ist, welches in Längsrichtung des Schallführungskanals 7 angeordnet ist. Die Folie 9 ist zwischen dem Abdeckelement 18 und dem Mikrofonelement 2 in dem Schallführungskanal 7 vorgesehen und auf einer Stufe, welche durch den Aufsatz 17 und den Grundkörper 6 gebildet wird, abgestützt. Das Abdeckelement 18 deckt damit die Folie 9 in Richtung von der Außenseite 8 zu dem Mikrofonelement 2 hin zumindest teilweise ab. Spritzwasser oder der Wasserstrahl eines Hochdruckreinigers wird somit durch das Abdeckelement 18 abgehalten und die darunter angeordnete Folie 9 geschützt. Der Schall an der Außenseite 8 kann jedoch ungehindert über seitlich an dem Abdeckelement 18 angeordnete Öffnungen bzw. Abschnitte des Schallführungskanals 7, von welchen hier die Öffnung 19 beziffert ist, zu der Folie 9 und damit zu dem Mikrofonelement 2 gelangen.
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In 7 ist ein Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Außenmikrofons 1e gezeigt. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Ausführungsform ist hierbei die Folie 9 an einer durch die Leiterplatte 3 und den Grundkörper 6 gebildeten Stufe angeordnet. Durch die Anlage der Folie mit dem hier nicht bezifferten Montagering unmittelbar an der Leiterplatte 3 ist die Folie 9 besonders tief in dem Schallführungskanal 7 positioniert und damit zusätzlich gegen Witterungseinflüsse geschützt.
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In 8 ist eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß den 6 und 7 gezeigt. Wie dort zu nehmen ist, können mehrere Öffnungen um das Abdeckelement 18 herum angeordnet sein, wobei das Abdeckelement 18 über Stege mit dem Aufsatz 17 verbunden ist. Exemplarisch sind hier die Öffnung 19 und der Steg 20 beziffert.
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Die verschiedenen Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsformen lassen sich ohne weiteres kombinieren. So kann beispielsweise bei den Ausführungsformen gemäß den 6 und 7 mit dem Abdeckelement 18 zusätzlich auch ein Hohlraum mit Mitteln zur Entfeuchtung der Luft vorgesehen sein, wie dies in den Ausführungsformen der 2 und 3 gezeigt ist. In diesem Fall ist mindestens ein Durchgang vorzusehen, welche von dem Hohlraum in den Schallführungskanal 7 zwischen der Folie 9 und dem Mikrofonelement 2 mündet. Alternativ zu der in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsform können auch mehrere Abdeckelemente vorgesehen sein, welche ein geradliniges Eindringen beispielsweise von Wasser bis zu der Folie 9 zuverlässig verhindern. Durch einen entsprechend gekrümmten Verlauf des Schallführungskanals 7 wird die kinetische Energie des Wassers deutlich reduziert und damit die Folie 9 geschützt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, den Grundkörper 6, insbesondere die Seitenwand 11, und/oder den Aufsatz 17 aus einem reflexionsarmen Material, vorzugsweise einem Schaumstoff auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1a, 1b, 1c, 1d, 1e
- Außenmikrofon
- 2
- Mikrofonelement
- 3
- Leiterplatte
- 4
- Sicherungselement
- 5
- Abstandshalter
- 6
- Grundkörper
- 7
- Schallführungskanal
- 8
- Außenseite
- 9
- Folie
- 10
- Hohlraum
- 11
- Seitenwand
- 12a, 12b, 12c
- Durchgang
- 13
- Deckel
- 14
- Durchgangsloch
- 15
- Mittel zur Entfeuchtung der Luft
- 16
- Montagering
- 17
- Aufsatz
- 18
- Abdeckelement
- 19
- Öffnung
- 20
- Steg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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