DE4317403A1

DE4317403A1 - Anordnung zur aktiven Schalldämpfung

Info

Publication number: DE4317403A1
Application number: DE4317403A
Authority: DE
Inventors: Stefan Geisenberger; Hermann Gruber
Original assignee: Nokia Deutschland GmbH
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1994-12-01

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung zur aktiven Schalldämpfung, insbesondere mit einer solchen zur aktiven Schalldämpfung in thermisch und chemisch belasteten Abgasströmen

Stand der Technik

Gemäß dem Stand der Technik wird unter dem Begriff der aktiven Schalldämpfung eine Maßnahme verstanden, bei welcher das zu dämpfende Geräusch mit einem, jedoch um 180° phasenverschobenen Geräusch überlagert wird. Diese - nach dem Prinzip der Auslöschung von Schallwellen arbeitenden - Anordnungen sind allgemein so ausgebildet, daß mittels einer Anordnung das zu dämpfende Geräusch elektroakustisch erfaßt und von einer Signalverarbeitungsanordnung in einen gegenüber dem detektierten Signalverlauf um 180° phasenverschobenen Signalverlauf transferiert wird, bevor das phasenverschobene Signal zur Steuerung eines elektroakustischen Wandlers verwendet wird.

Sollen unter Anwendung dieses Prinzips beispielsweise Abgasströme, wie sie etwa in Auspuffanlagen von Verbrennungsmaschinen auftreten, behandelt werden, muß neben der Schalldämpfung auch gewährleistet bleiben, daß der Abgasstrom in der Auspuffanlage selbst durch die Beschallung mit "Antischall" nicht behindert wird. Damit diese Forderung eingehalten wird, wird nach dem Stand der Technik zumindest ein elektroakustischer Wandler in Form eines Lautsprechers so mit der Auspuffanlage verbunden, daß dessen eine Membranseite in direkten Kontakt mit dem vorbeiströmenden Abgas steht. Eine solche Anordnung ist in Fig. 6 gezeigt. Diese Prinzipdarstellung zeigt ein Abgasrohr 10, in welchem die von der Verbrennungsmaschine (nicht dargestellt) kommenden Abgase (angedeutet durch die Punktierung) in Pfeilrichtung P_A strömen. Beiderseits des Abgasrohrs 10 sind zwei einander gegenüber liegende Öffnungen 11 eingelassen. In jede diese Öffnungen 11 ist ein Konuslautsprecher 12 so eingesetzt, daß die Lautsprechermembranen 13 der beiden Lautsprecher 12 einander zugewandt sind und somit mit ihren einander zugewandten Membranseiten 14 in direkten Kontakt mit dem Abgas stehen. Letzteres ist dadurch veranschaulicht, daß das Abgas auch die von den Membrankonen gebildeten Bereiche B der Lautsprecher 12 ausfüllen. Der rückwärtige Teil der Lautsprecher 12, also der Teil, welcher das Magnetsystem 15 umfaßt, ist von einem Gehäuse 16 umgeben, welches die Lautsprecher 12 gegenüber der Umwelt kapselt.

Wenngleich eine solche Anordnung, deren Lautsprecher 12 gegenüber dem Schall im Abgasrohr 10 mit um 180° phasenverschobenen Schallsignalen beaufschlagt werden, eine gute Schallauslöschung im Abgasrohr 10 bewirken, wird jedoch doch als nachteilig empfunden, daß die Lautsprechermembranen 13 derartiger Anordnungen im direkten Kontakt mit den Abgasen stehen. Dies deshalb, weil die Abgase thermisch und chemisch belastet sind und diese Belastungen zum einen die akustischen Eigenschaften der Lautsprecher 12 während des Betriebs verändern sowie zum weiteren die Lebensdauer der Membranen 13 sowie ihrer Aufhängungen (nicht dargestellt) erheblich verkürzen. Auch der Einsatz von verbesserten Materialien und hochwertigen Klebstoffen zur Bildung geeigneter Lautsprecher kann - wie Versuche der Anmelderin gezeigt haben - das Lebensdauerproblem nur unzureichend lösen, weil aus akustischen Gründen ein Rückgriff auf temperaturfeste und chemisch beständige Werkstoffe nur bedingt möglich ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur aktiven Schalldämpfung in Abgasanlagen anzugeben, die die gemäß dem Stand der Technik im Hinblick auf die Standfestigkeit solcher Anordnung bestehenden Probleme löst.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der jeweilige Lautsprecher in die Trennwand einer nach dem Doppelkammerprinzip arbeitenden Lautsprecherbox eingesetzt ist, daß in die Schallaustrittsöffnung der Lautsprecherbox mindestens ein Baßreflexrohr eingesetzt ist und daß das jeweilige Baßreflexrohr und das Abgasrohr zusammengeführt sind, wobei die gegenseitige Lage des jeweiligen Baßreflexrohres und des Abgasrohres so gewählt ist, daß die Strömungsrichtung P_A der Abgase im Abgasrohr und der Strömungsrichtung P_L der im jeweiligen Baßreflexrohr schwingenden Luftsäule zumindest im Mündungsbereich von Abgasrohr und jeweiligem Baßreflexrohr einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen. Durch die angegebene Winkelbeziehung im Mündungsbereich wird sichergestellt, daß ausgehend von einem Parallellauf des Abgasrohres und des jeweiligen Baßreflexrohres (Winkel = 0°) bis zum Maximalwinkel von 90° kein Abgas in das Baßreflexrohr eindringen kann, weil selbst bei Winkelbeziehungen von deutlich größer 0° das Abgas als Abgassäule an der Mündung des Baßreflexrohres vorbeiströmt.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.

Eine besonders gute Schallauslöschung ist dann erreicht, wenn gemäß Anspruch 2 das Abgasrohr und das jeweilige Baßreflexrohr im Mündungsbereich abstandslos nebeneinander angeordnet sind oder gemäß Anspruch 3 beide Rohre koaxial zueinander verlaufen, weil durch diese Ausbildung eine Verwirbelung beider Gassäulen nachhaltig unterbunden wird.

In ähnlicher Weise wirkt auch die gemäß Anspruch 4 angegebene Maßnahme, wenn - wie dort angegeben - das Auspuffrohr und das jeweilige Baßreflexrohr in ein sich verjüngendes Rohr einmünden.

Ist gemäß Anspruch 5 das Baßreflexrohr an seinem Außenmantel mit Kühlrippen versehen, wird eine Erwärmung der im Baßreflexrohr schwingenden Luftsäule, welche wegen des geringen räumlichen Abstand von Abgasrohr und jeweiligem Baßreflexrohr bei längerem Betrieb nicht ausgeschlossen werden kann, ausgeschlossen.

Ist gemäß Anspruch 6 in die Doppelkammerbox ein weiter und mit dem bereits vorhandenen Lautsprecher baugleicher Lautsprecher in der Trennwand der Doppelkammerbox eingesetzt und werden beide Lautsprecher im Push-Pull-Betrieb angesteuert, wird ein sehr linearer Schalldruckverlauf sowie eine Anhebung des Schallpegels bewirkt.

Zum besseren Verständnis der Anmeldung sei darauf hingewiesen, daß, wenn im Rahmen dieser Anmeldung von einem Rohr gesprochen wird, damit auch solche Bauformen erfaßt sind, die nicht notwendig zylindrisch, sondern auch rechteckig, ellyptisch oder halbkreisförmig ausgebildet sind.

Ferner wird darauf hingewiesen, daß die Funktionsweise einer Doppelkammerbox in der Schrift DE 41 21 408 hinreichend beschrieben ist und somit keiner weiteren Ergänzung an dieser Stelle mehr bedarf. Darüber hinaus sei jedoch ausgeführt, daß im Push-Pull-Betrieb zweier Lautsprecher deren Membranen einander zuweisen und der Membranantrieb so gesteuert ist, daß unter Wirkung des Tonsignals die Membran des einen Lautsprechers einen Auswärtshub und die Membran des anderen Lautsprechers zeitgleich einen Einwärtshub vollführt.

Kurze Darstellung der Figuren

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Anordnung zur akustischen Schalldämpfung;

Fig. 2 eine weitere Darstellung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Mündungsbereich;

Fig. 4 eine weitere Darstellung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen weiteren Schnitt gemäß Fig. 1 (vereinfacht) und

Fig. 6 einen Schnitt gemäß Fig. 1 gemäß dem Stand der Technik.

Wege zum Ausführen der Erfindung

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung zur aktiven Schalldämpfung umfaßt eine Doppelkammerbox 17 sowie ein Abgasrohr 10. In die Doppelkammerbox 17 ist eine Trennwand 18 eingesetzt, welche das Volumen der Box 17 in zwei unterschiedlich große Volumina unterteilt. In eine Öffnung 19 in der Trennwand 18 ist der Lautsprecher 12 eingesetzt. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Membran 13 des Lautsprechers 12 in Richtung des Volumens der Box 17, welche mit der Schallaustrittsöffnung 20 versehen ist. In die Schallaustrittsöffnung ist das Baßreflexrohr 21 eingesetzt.

Das nicht in die Doppelkammerbox 17 eingesetzte Ende des Baßreflexrohrs 21 ist in Richtung des Abgasrohres 10 geführt. Wie der Mündungsbereich 22, in welchem beide Rohr 10, 21 in einander übergehen, ausgebildet ist, ist dieser Figur nicht entnehmbar, sondern wird im Zusammenhang mit den Fig. 3, 4 und 5 näher erläutert. Gleichwohl kann der Fig. 1 aber entnommen werden, wie die Zusammenführung beider Rohre 10, 21 ausgebildet sein muß. Die Strömungsrichtung der Abgase im Abgasrohr 10 ist durch den Pfeil P_A angedeutet. Der Doppelpfeil P_L veranschaulicht die Schwingungsrichtung der durch die Lautsprechermembran 13 im Baßreflexrohr 21 angeregten Luftsäule. Die durch die Pfeile P_A und P_L angedeuteten Bewegungsrichtungen der Gase in den Rohren 10, 21 ist im Mündungsbereich 22 durch die beiden, innerhalb der Rohrquerschnitte liegenden strichpunktierten Mittellinien angedeutet. Der Verlauf dieser Linien zueinander ist das Maß für den Winkel, mit welchem beide Rohre 10, 21 in einander übergehen. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen beide Rohr 10, 21 parallel, so daß die strichpunktierten Linien einen gegenseitigen Winkel von 0° einschließen.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur Schalldämpfung nur dadurch, daß in die Trennwand 18 der Doppelkammerbox 17 ein weiterer Lautsprecher 12.1 eingesetzt ist. Dabei ist dieser Lautsprecher 12.1, welcher mit dem Lautsprecher 12 baugleich ist, so in die Trennwand 18 eingesetzt, daß die Symmetrieachse beider Lautsprecher 12, 12.1 den gleichen Verlauf zeigt und die Membranen 13 beider Lautsprecher 12, 12.1 einander zugewandt sind. Beiden Lautsprecher 12, 12.1 arbeiten im Push-Pull-Betrieb, so daß der aus dem Baßreflexrohr 21 austretende Schalldruckpegel gegenüber dem Schalldruckpegel gegenüber Fig. 1 erhöht ist. Ebenso wie bei Fig. 1 ist in Fig. 2 auf eine Darstellung der Ansteuerung verzichtet worden.

Der Mündungsbereich 22, in welchem das Abgasrohr 10 und das Baßreflexrohr 21 zusammengeführt sind, ist in Fig. 3 näher veranschaulicht. Deutlich erkennbar ist, daß beide Rohre 10, 21 im unmittelbaren Mündungsbereich 22 eine halbkreisförmige Ausbildung aufweisen. Hierdurch wird sichergestellt, daß Verwirbelungen zwischen Abgasstrom im Abgasrohr 10 und schwingender Luftsäule im Baßreflexrohr 21 unterbunden werden.

Eine weitere Darstellung eines Mündungsbereichs 22 ist in Fig. 4 gezeigt. Hier läuft das Baßreflexrohr 21 innerhalb des Abgasrohres 10. Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen sind nicht abschließend. Vielmehr können beide Rohre 10, 21 auch in dem Bereich, in welchem beide Rohre 10, 21 in beispielsweise ein gemeinsames Rohr übergehen, einen gegenseitigem Abstand zueinander haben.

Wie die Rohre 10, 21 nachdem sie im Mündungsbereich 22 zusammengeführt sind weitergeführt werden, ist in Fig. 5 entnehmebar. Deutlich ist aus dieser Fig. 5 ersichtlich, daß die beiden nebeneinander angeordneten Rohre 10, 21 in ein gemeinsames, konisch ausgebildetes Rohr 23 einmünden. Der Winkel, welche die im Mündungsbereich 22 von beiden Rohren 10, 21 angedeuteten strichpunktierten Linien zueinander einnehmen, beträgt etwa 30°. Zur Kühlung der im Baßreflexrohr 21 schwingenden Luftsäule sind am Außenmantel des Baßreflexrohres 21 Kühlrippen 24 angeordnet.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß bis auf die Darstellung gemäß Fig. 5 in allen anderen Ausführungsbeispielen die in den Rohren 10, 21 schwingenden und strömenden Gase durch die Wahl der Zusammenführung beider Rohre 10, 21 nahezu parallel, d. h. mit einem Winkel von 0° bzw. etwas mehr als 0° in einander übergehen. Dies heißt aber nicht, daß der Mündungsbereich beider Rohre 10, 21 zwingend auf einen Winkelbereich zwischen etwa 0 und 5° beschränkt ist. Vielmehr kann - wie bereits mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 angedeutet - durch eine geeignete Zusammenführung beider Rohre 10, 21 der Winkel zwischen den Strömungsrichtungen P_A und P_L im Mündungsbereich auch einen Wert von 30° bis hin zu Werten von 90° haben, da erst bei Winkelwerten oberhalb von 90° befürchtet werden muß, daß Abgase in die Baßreflexöffnung 21 hineingedrückt werden.

Bezugszeichenliste

10 Abgasrohr
11 Öffnung
12 Lautsprecher
13 Membran
14 Membranseite
15 Magnetsystem
16 Gehäuse
17 Doppelkammerbox
18 Trennwand
19 Öffnung
20 Schallaustrittsöffnung
21 Baßreflexrohr
22 Mündungsbereich
23 Rohr
24 Kühlrippe

Claims

1. Aktives Schalldämpfungssystem in Abgasanlagen mit zumindest einem Lautsprecher, dessen Membran die Schallwellen in die Abgasanlage abstrahlt, dadurch gekennzeichnet,
daß der jeweilige Lautsprecher (12) in die Trennwand (18) einer nach dem Doppelkammerprinzip arbeitenden Lautsprecherbox (17) eingesetzt ist,
daß die Schallaustrittsöffnung (20) der Lautsprecherbox (17) zumindest ein Baßreflexrohr (21) eingesetzt ist und
daß das jeweilige Baßreflexrohr (21) und das Abgasrohr (10) zusammengeführt sind, wobei die gegenseitige Lage von jeweiligem Baßreflexrohr (21) und Abgasrohr (10) so gewählt ist, daß die Strömungsrichtung P_A der Abgase im Abgasrohr (10) und die Strömungsrichtung P_L der im jeweiligen Baßreflexrohr (21) schwingenden Luftsäule im Mündungsbereich (22) von Abgasrohr (10) und jeweiligem Baßreflexrohr (21) einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen.

2. Aktive Schalldämpfungssysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unmittelbaren Mündungsbereich (22) von Baßreflexrohr (21) und Abgasrohr (10) beide Rohre (10, 21) abstandslos nebeneinander angeordnet sind.

3. Aktives Schalldämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich, in welchem das Abgasrohr (10) und das Baßreflexrohr (21) zusammengeführt sind, beide Rohre (10, 21) koaxial zueinander verlaufen.

4. Aktives Schalldämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Baßreflexrohr (21) und das Abgasrohr (10) in ein sich verjüngendes Rohr (23) einmünden.

5. Aktives Schalldämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Baßreflexrohr (21) an seinem Außenmantel mit Kühlrippen (24) versehen ist.

6. Aktives Schalldämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Trennwand (18) der Doppelkammerbox (17) ein weiterer Lautsprecher (12.1) eingesetzt ist,
daß beide in die Trennwand eingesetzten Lautsprecher (12, 12.1) baugleich sind und
daß beide Lautsprecher (12, 12.1) im Push-Pull-Betrieb arbeiten.