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Die Erfindung betrifft einen Luftausströmer, mit dessen Hilfe klimatisierte Luft in einen Kraftfahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs mit möglichst wenig Geräuschemissionen geleitet werden kann.
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Aus
DE 10 2014 218 840 A1 ist ein Luftausströmer mit einem elastisch verformbaren Luftleitelement und einen Luftstrom führenden elastisch verformbaren in einem Wandabschnitt vorgesehenen Luftleitelementen bekannt.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Geräuschemissionen eines Luftausströmers zu reduzieren.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Luftausströmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Luftausströmer zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums, mit einem Zuführkanal zum Anströmen eines klimatisierten Luftstroms, einem in einem Strömungspfad des Luftstroms vorgesehenen Umlenkelement zur Ablenkung des Luftstroms um einen Ablenkungswinkel, einem stromabwärts zum Umlenkelement vorgesehenen Kanalabschnitt zum Weiterleiten des Luftstroms, wobei der Kanalabschnitt den maximalen Staudruck des Luftstroms abstützt, und einer Dämpfungsmembran zur Dämpfung von durch das Umlenkelement abgestrahlten Schall, wobei die Dämpfungsmembran stromabwärts zum Umlenkelement und zum Kanalabschnitt, insbesondere stromaufwärts, versetzt vorgesehen ist.
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Die insbesondere von einer Klimaanlage kommende und vorzugsweise klimatisierte Luft des Luftstroms kann von dem Zuführkanal an das Umlenkelement geführt werden. Das Umlenkelement kann den Luftstrom, insbesondere nach Vorgaben einer Person im Kraftfahrzeuginnenraums, umlenken und/oder auf verschiedene Auslässe verteilen. Das Umlenkelement kann eine signifikante Umlenkung des Luftstroms bewirken, wobei das Umlenkelement von dem Luftstrom aufgeprägten Kräften, insbesondere einem Staudruck des Luftstroms, ausgesetzt ist. Das Umlenkelement kann dadurch in Schwingung versetzt werden, so dass sich an der schwingenden Oberfläche des Umlenkelements Druckfluktuationen ergeben, die als hörbarer Schall wahrgenommen werden können.
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Bei der Erfindung wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Strömungsrichtung des an dem Umlenkelement umgelenkten Luftstroms und die als Schall von dem Umlenkelement abgestrahlten Druckfluktuationen nicht in dieselbe Richtung weisen. Das Umlenkelement bezweckt eine Umlenkung des Luftstroms, so dass das Umlenkelement mit einem eher flachen Anströmwinkel von dem auftreffenden Luftstrom angeströmt wird und der abgelenkte Luftstrom mit einem entsprechend flachen Abströmwinkel von dem Umlenkelement abgeführt wird. Die Schwingung des Umlenkelements erfolgt jedoch im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Umlenkelements, so dass die als Schall von dem Umlenkelement abgestrahlten Druckfluktuationen im Wesentlichen in Normalrichtung der zum Luftstrom weisenden Oberfläche ausgerichtet sind.
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Der Winkelversatz zwischen dem von dem Umlenkelement abgelenkten Luftstrom und dem von dem Umlenkelement abgestrahlten Schall führt dazu, dass über einen Abstand innerhalb des Luftausströmers zwischen dem Umlenkelement und einem zum Umlenkelement gegenüberliegenden Wandabschnitt des Luftausströmers der abgelenkte Luftstrom und der abgestrahlte Schall in Strömungsrichtung des Luftstrahls versetzt auftreffen. Dieser Versatz ermöglicht es im Bereich des abgelenkten Luftstroms den Kanalabschnitt vorzusehen, der den maximalen Staudruck des Luftstroms im Wesentlichen ohne merkliche Vibrationen abstützen und insbesondere im Wesentlichen unbeweglich standhalten kann. Zudem erlaub der Versatz zwischen dem am insbesondere im Wesentlichen starren Kanalabschnitt auftreffenden Luftstrom und der Ausbreitungsrichtung des von dem Umlenkelement abgestrahlten Schalls in demjenigen Bereich, in dem der von dem Umlenkelement abgestrahlte Schall auf den gegenüberliegenden Wandabschnitt auftreffen würde, die Dämpfungsmembran vorzusehen. Die Dämpfungsmembran kann aus einem elastischen Material, beispielsweise einem Elastomer oder Gummi, hergestellt sein, das von den Druckfluktuation des von dem Umlenkelement abgestrahlten Schalls elastisch verformt werden kann. Die elastische Verformung der Dämpfungsmembran kann bereits zumindest einen Teil der auftreffenden Energie dissipieren, so dass eine Reflektion der Druckfluktuation nur mit einer geringeren Amplitude, sofern überhaupt noch, erfolgt. Zudem ist es möglich, dass an der Dämpfungsmembran reflektierter Schall und/oder von der elastisch verformten Dämpfungsmembran erzeugte Druckfluktuationen die Druckfluktuation des von dem Umlenkelement abgestrahlten Schalls überlagen, damit interferieren und durch destruktive Interferenz reduzieren oder zumindest teilweise auslöschen können. Die Dämpfungsmembran kann dadurch eine signifikante Reduzierung von durch das Umlenkelement des Luftausströmers verursachten Geräuschemissionen bewirken.
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Gleichzeitig ist die Dämpfungsmembran jedoch außerhalb des unmittelbaren Strömungspfads der abgelenkten Luftströmung vorgesehen. Vorzugsweise ist die Dämpfungsmembran in einem Totwassergebiet der Luftströmung oder einem Volumen innerhalb des Luftausströmers vorgesehen, in dem der Staudruck der Luftströmung gering und/oder minimal ist. Dadurch kann vermieden werden, dass die Dämpfungsmembran von der Strömungsenthalpie des Luftstroms elastisch verformt wird, da zumindest ein Bereich des maximalen Staudrucks (dynamischer Druck) des Luftstroms an der Dämpfungsmembran vorbeigeführt ist und stattdessen nur auf dem starrer ausgeführten Kanalabschnitt auftrifft. Durch den Versatz der Dämpfungsmembran zum Strömungspfad des Luftstroms kann die elastische Dämpfungsmembran zur Dämpfung des von dem Umlenkelements abgestrahlten Schalls optimiert werden, ohne eine zusätzliche Anregung durch den Staudruck des Luftstroms zu erfahren, so dass Geräuschemissionen des Luftausströmers reduziert werden können.
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Insbesondere ist das Umlenkelement angeschrägt zur Strömungsrichtung des auftreffenden Luftstroms ausgerichtet, wobei eine Schwingungsrichtung des Umlenkelements zum Abstrahlen von Schall um einen zum Ablenkungswinkel verschiedenen Schallwinkel zur auftreffenden Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Der Anströmwinkel des auf das Umlenkelement auftreffenden Luftstroms beziehungsweise der Ablenkungswinkel das von dem Umlenkelement abgelenkten Luftstroms kann so flach gewählt sein, dass der im Wesentlichen entlang einer Normalrichtung des Umlenkelements abgestrahlte Schall mit einem signifikanten Versatz an der dem Umlenkelement gegenüberliegenden Seite des Luftausströmers auftreffen kann. Von der Strömungsenthalpie des abgelenkten Luftstroms verursachte Verformungsanteile an der Dämpfungsmembran können dadurch minimiert werden. Falls, beispielsweise aufgrund einer gewölbten Formgestaltung des Umlenkelements, mehrere Schwingungsrichtung für den abgestrahlten Schall auftreten sollten, kann zumindest ein Großteil des Schalls mit einem ausreichenden Versatz zur Strömungsrichtung des Luftstroms auf die Dämpfungsmembran gerichtet sein.
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Vorzugsweise ist eine Schwingungsrichtung der Dämpfungsmembran im Wesentlichen zur Schwingungsrichtung des Umlenkelement entgegengesetzt ausgerichtet ist. Beispielsweise können die Normalvektoren der Dämpfungsmembran und des Umlenkelement aufeinander zu gerichtet sein und insbesondere zusammenfallen. Dadurch kann der von dem Umlenkelement abgestrahlte Schall im Wesentlichen mittig und/oder senkrecht auf die Dämpfungsmembran auftreffen, wodurch sich eine gute Dämpfung durch interferierende Schwingungen der von dem Umlenkelement und von der Dämpfungsmembran kommenden Druckfluktuation ergeben kann. Zudem braucht die Dämpfungsmembran nur geringfügig großflächiger als das Umlenkelement ausgestaltet zu sein, um zumindest einen Großteil, vorzugsweise im Wesentlichen sämtlichen, des von dem Umlenkelement abgestrahlten Schall aufnehmen und insbesondere dissipieren zu können.
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Besonders bevorzugt geht die Dämpfungsmembran im Wesentlichen oberflächenbündig in den Kanalabschnitt und/oder in den Zuführkanal über. Eine abstehende Kante oder eine Stufe im Übergangsbereich zwischen der Dämpfungsmembran und dem Kanalabschnitt und/oder Zuführkanal kann dadurch vermieden oder zumindest minimiert werden. Unnötige zusätzliche Druckfluktuation in den Übergangsbereichen können dadurch vermieden werden. Die Dämpfungsmembran kann, insbesondere im unbelasteten Zustand, einen Teil der Innenseite des Luftausströmers in Verlängerung des Kanalabschnitts und/oder des Zuführkanals ausbilden. Vorzugsweise ist die Dichtmembran an einer in axialer Richtung weisenden Stirnseite des Kanalabschnitts und/oder das Zuführkanals, vorzugsweise flächig, befestigt, insbesondere verklebt. Insbesondere ist die Dämpfungsmembran in einem formgebenden Rahmen elastisch bewegbar aufgespannt.
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Insbesondere weiset die Dämpfungsmembran eine höhere Elastizität als der Kanalabschnitt und/oder der Zuführkanal auf. Der Kanalabschnitt und/oder der Zuführkanal können so starr ausgeführt sein, dass in einem allenfalls geringen Umfang durch den auftreffenden Luftstrom Körperschall erzeugt werden kann, sofern überhaupt. Die Dämpfungsmembran ist dagegen deutlich elastischer ausgeführt, um durch den auftreffenden Schall des Umlenkelements mit einer geeigneten Frequenz und mit einer geeigneten Amplitude in Schwingung versetzt zu werden, um den auftreffenden Schall des Umlenkelements zu einem großen Teil dämpfen zu können.
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Vorzugsweise ist das Umlenkelement als schwenkbare Abdeckklappe zum Verschließen des Kanalabschnitts und eines anderen Kanalabschnitts ausgestaltet. Die Abdeckklappe kann beispielsweise in einer ersten Endstellung den Strömungsquerschnitt des Kanalabschnitts und in einer zweiten Endstellung den Strömungsquerschnitt des anderen Kanalabschnitts, insbesondere im Wesentlichen vollständig, verschließen. Zudem kann vorgesehen sein, dass das Umlenkelement in einer zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung vorgesehen Zwischenstellung, vorzugsweise stufenlos, positioniert werden kann, um den ankommenden Luftstrom auf den Kanalabschnitt und den anderen Kanalabschnitt aufzuteilen. Vorzugsweise ist das Umlenkelement an einem in Strömungsrichtung oder entgegen der Strömungsrichtung weisenden Ende schwenkbar angelenkt. Aufgrund der Schwenkbarkeit des Umlenkelements lassen sich Druckfluktuationen an der im Strömungsweg des Luftstroms positionierten Umlenkelement nicht vollständig vermeiden, die aber auch bewusst zugelassen werden können, da der so entstehende Schall von der Dämpfungsmembran gedämpft werden kann. Das Umlenkelement kann dadurch mit geringeren Anforderungen bezüglich seines Schwingungsverhaltens ausgelegt werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können. Insbesondere ist es möglich das Umlenkelement aus einem umgebogenen Blech herzustellen.
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Besonders bevorzugt weist das Umlenkelement eine Umlenkmembran zum Abstrahlen von Schall in Reaktion auf ein Auftreffen des Luftstroms auf. Die Umlenkmembran kann insbesondere analog zu der Dämpfungsmembran ausgestaltet sein, wobei die Umlenkmembran im Gegensatz zur Dämpfungsmembran im Strömungsweg des Luftstroms vorgesehen sein kann. Die Umlenkmembran kann von dem an dem Umlenkelement auftreffenden Luftstrom bewusste elastisch verformt und zu Schwingungen angeregt werden. Der auftreffende Luftstrom kann dadurch etwas aufgefächert werden, so dass der aus dem Luftausströmer austretende Luftstrom eine größere Strömungsquerschnittsfläche anströmen kann. Von der Umlenkmembran verursachter Schall kann von der Dämpfungsmembran abgefangen und gedämpft werden. Die Umlenkmembran kann eine elastische Auffächerung des Luftstroms bewirken, ohne dass aufgrund der Schalldämpfungswirkung der Dämpfungsmembran zusätzliche Geräuschemissionen aus dem Luftausströmer austreten können.
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Insbesondere ist eine Eigenfrequenz der Umlenkmembran und eine Eigenfrequenz der Dämpfungsmembran sowie ein Abstand der Dämpfungsmembran zur Umlenkmembran zur destruktiven Interferenz des von dem Umlenkmembran abgestrahlten Schalls mit dem von der Dämpfungsmembran reflektierten Schall gewählt. Eine freie Schwingungslänge, eine Materialauswahl sowie eine Materialdicke der Umlenkmembran und der Dämpfungsmembran können zur Bereitstellung aufeinander abgestimmter Eigenfrequenzen geeignet gewählt werden. Bei geeignet gewählten Eigenfrequenzen der Dämpfungsmembran und der Umlenkmembran kann sichergestellt werden, dass bei einem vorgegebenen Abstand zueinander die aufeinandertreffenden Druckfluktuationen sich zu einem überwiegenden Teil gegenseitig auslöschen und nicht verstärken.
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Vorzugsweise ist das Umlenkelement zum Auffächern des auftreffenden Luftstroms ausgestaltet. Das Umlenkelement kann hierzu beispielsweise eine gebogene Oberfläche und/oder eine/die Umlenkmembran aufweisen. Der auftreffende Luftstrom kann dadurch etwas aufgefächert werden, so dass der aus dem Luftausströmer austretende Luftstrom eine größere Strömungsquerschnittsfläche anströmen kann.
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Besonders bevorzugt ist die Dämpfungsmembran entlang einer Umfangsrichtung des Zuführkanals und/oder des Kanalabschnitts nur in einem Teilbereich, insbesondere in einem Umfangswinkelbereich Δφ von 5° ≤ Δφ ≤ 180°, vorzugsweise 10° ≤ Δφ ≤ 90° und besonders bevorzugt 20° ≤ Δφ ≤ 45°, vorgesehen. Die Dämpfungsmembran braucht dadurch nicht über den gesamten Umfang des für den am Umlenkelement abgelenkten Luftstrom vorgesehenen Strömungsquerschnitts ausgebildet sein. Dies Reduzierung der Erstreckung des Dämpfungsmembran auf einen deutlich geringeren Umfangswinkelbereich erleichtert es, für die Dämpfungsmembran definierte Schwingungseigenschaften vorzugeben. Die Dämpfungsmembran kann dadurch insbesondere als eine ebene Fläche bereitgestellt werden, beispielsweise indem das für die Dämpfungsmembran vorgesehene Material in einem Rahmen mit geeigneter Formgestaltung aufgespannt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Luftausströmers,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Luftausströmers und
- 3 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Luftausströmers.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform eines zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Luftausströmers 10 kann ein in einer Klimaanlage auf eine bestimmte Temperatur und/oder Feuchtigkeit konditionierter Luftstrom 12 mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit und Volumenstrom über einen Zuführkanal 14 zugeführt werden. Der Zuführkanal 14 ist insbesondere aus einem im Wesentlichen starren Material hergestellt. Der Luftstrom 12 trifft auf ein, beispielsweise aus einem umgebogenen Blech hergestelltes, Umlenkelement 16, welches in der dargestellten Schaltstellung den Luftstrom 12 in einen von einem Bediener eingestellten Kanalabschnitt 18 umlenkt und einen anderen Kanalabschnitt 20 ganz oder teilweise verschließt. Der an dem Umlenkelement 16 abgelenkte Luftstrom 12 trifft auf eine Wandung des Kanalabschnitts 18 auf, der insbesondere aus einem im Wesentlichen starren Material hergestellt ist und dem Staudruck des auftreffenden Luftstroms 12 ohne signifikante Vibrationen standhalten kann. Der Luftstrom 12 kann von dem Kanalabschnitt 20 derart geführt werden, dass der Luftstrom 12 in einer gewünschten Strömungsrichtung aus einem Auslass 22 austreten kann.
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Das Umlenkelement 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel schwenkbar an einem Zentralbereich 24 angelenkt. Das Umlenkelement 16 kann von dem auftreffenden Luftstrom 12 in Schwingung versetzt werden und dadurch als Schall 26 wahrnehmbare Druckfluktuationen abstrahlen. Da der Luftstrom 12 allerdings unter einem vergleichsweise flachen Winkel auf das Umlenkelement 16 auftrifft und eine Schwingungsrichtung des Umlenkelements 16 und damit die Schallausbreitungsrichtung des von dem Umlenkelements 16 abgestrahlten Schalls 26 im Wesentlichen senkrecht von einer zum Luftstrom 12 weisenden Oberfläche des Umlenkelements 16 ausgerichtet ist, kann der abgestrahlten Schalls 26 in Strömungsrichtung des Luftstroms 12 in einem Bereich an einer dem Umlenkelement 16 gegenüberliegenden Seite auftreffen, die zu einem Bereich, in dem der Luftstrom 12 mit seinem maximalen Staudruck auf den Kanalabschnitt 18 auftrifft, deutlich versetzt ist. In diesem Bereich, in dem der abgestrahlte Schalls 26 auftrifft, ist eine Dämpfungsmembran 28 vorgesehen. Die Dämpfungsmembran 28 ist im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im einem Totwassergebiet des Luftstroms 12 vorgesehen, wo der Staudruck des Luftstroms 12 im Vergleich zu einem über den Strömungsquerschnitt gemittelten Staudruck sehr gering ist oder sogar einen Unterdruck aufweist. Der auf der Dämpfungsmembran 28 auftreffenden Schall 26 kann die Dämpfungsmembran 28 elastisch deformieren, wodurch mit dem Schall transportierte Energie dissipiert werden kann. Zudem kann die Dämpfungsmembran 28 von dem abgestrahlten Schall mit einer geeigneten Eigenfrequenz angeregt werden und selber Druckfluktuationen abstrahlen, welche den von dem Umlenkelement kommenden Schall 26 durch destruktive Interferenz zusätzlich dämpfen können. Das Ausmaß von an der Dämpfungsmembran 28 reflektiertem Schall kann dadurch so gering sein, dass dieser Schall beim Austritt aus dem Luftauströmer 10 am Auslass 22 von einem Kraftfahrzeuginsassen kaum noch wahrgenommen werden kann.
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In dem anderen Kanalabschnitt 20 ist ebenfalls eine analog ausgestaltete und positionierte Dämpfungsmembran 28 vorgesehen, um von dem Umlenkelement 16 abgestrahlten Schall 26 zu dämpfen, wenn sich das Umlenkelement 16 in einer Schaltstellung befindet, in welcher der Luftstrom 12 ganz oder teilweise in den anderen Kanalabschnitt 20 eintritt.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Luftauströmers 10 ist im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Luftauströmer 10 das Umlenkelement 16 als ebene Klappe mit einer in der Klappe eingesetzten und/oder aufgespannten elastischen Umlenkmembran 30 ausgestaltet. Der Staudruck des an der Umlenkmembran 30 auftreffenden Luftstroms 12 kann die Umlenkmembran 30 elastisch verformen, wodurch der Luftstrom 12 etwas aufgefächert werden kann. Der von der Umlenkmembran 30 abgestrahlte Schall 26 trifft auf die Dämpfungsmembran 28, so dass ein Vibrieren der Umlenkmembran 30 und ein Entstehen von Schall 26 an der Umlenkmembran 30 problemlos zugelassen werden kann ohne die Geräuschemissionen des Luftauströmers 10 zu erhöhen.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Luftauströmers 10 wird der ankommende Luftstrom 12 ohne schaltbare Klappe auf den Kanalabschnitt 18 und den anderen Kanalabschnitt 20 aufgeteilt. Der jeweilige aufgeteilte Luftstrom 12 trifft in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel auf ein feststehendes Umlenkelement 16, das durch die Umlenkmembran 30 ausgebildet wird. Der an dem Umlenkelement 16 abgelenkte Luftstrom 12 trifft im Bereich des jeweiligen Auslasses 22 auf Führungslamellen 32, welche eine definierte Strömungsrichtung für den über den Auslass 22 austretenden Luftstrom 12 vorgeben. Die Führungslamellen 32 sind vorzugsweise derart ausgerichtet, dass in dem Fall, dass die Führungslamellen 32 von dem Luftstrom 12 in Vibration versetzt werden und ebenfalls Schall 26 abstrahlen, auch dieser Schall 26 auf die eigentlich zur Dämpfung des von dem Umlenkelement 16 beziehungsweise von der Umlenkmembran 30 abgestrahlten Schall 26 vorgesehene Dämpfungsmembran 28 auftrifft. Dieselbe Dämpfungsmembran 28 kann dadurch Schall 26 dämpfen, der an unterschiedlichen Stellen im Luftauströmer 10 abgestrahlt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014218840 A1 [0002]
