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Die vorliegende Erfindung betrifft eine rohrgestützte Schalldämpfvorrichtung mit
einer Akustikmischkammer, die akustisch mit dem Ausgang eines Rohres
verbunden ist und eine Öffnung nach der umgebenden Atmosphäre hat, und mit einem
Dämpfschallgenerator, der einen akustisch mit der Mischkammer verbundenen
Ausgang hat, wobei die Mischkammer gestaltet ist, unerwünschten Schall, der
sich aus dem Rohr ausbreitet, und vom Dämpfschallgenerator erzeugten
Dämpfschall zu vereinigen.
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Sehr früh in der Entwicklung des Verbrennungsmotors hat man entdeckt, daß die
relativ hohen Schallpegel, die während des Motorbetriebs abgegeben werden,
durch Resonanzschalldämpfer in hohem Maße unter Kontrolle gebracht werden
können. Schon vor mehr als einem Jahrhundert hat man entdeckt, daß ein Großteil
des von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Schalls durch das Endrohr
austritt, das dem Hauptzweck dient, verbrauchte Verbrennungsgase auszustoßen.
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Der Weg hin zur Dämpfung dieser unerwünscht hohen Schallpegel war, die aus
einem Motor austretende Luft durch ein akustisches Filter zu leiten. Im Prinzip kann
man entweder akustische Hochpaßfilter oder akustische Tiefpaßfilter verwenden,
um Schall in einem Rohr zu dämpfen. Zum Beispiel ist ein Tiefpaßfilter nützlich, um
die Übertragung von relativ hochfrequentem Schall zu verhindern. Andererseits
können die niedrigen Frequenzen von akustischer Energie, die in
Explosiventladungen vorherrschen, wie sie durch die Explosion eines Gewehrs erzeugt werden oder
wie man sie in einem Kraftfahrzeug-Auspuffsystem findet, unter Verwendung
eines Hochpaßfilters herausgefiltert werden.
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Ähnlich kann eine Kombination von akustischen Hochpaß und Tiefpaßfiltern
verwendet werden, um die Schallbeseitigung zu erzielen. Die Schallbeseitigung kann
man allgemein als Dämpfung der abwechselnden Gasströmung betrachten, die
Schallübertragungen darstellt, ohne die stetige Gasströmung aus dem
Auspuffsystem heraus zu behindern, die notwendig ist, um verbrauchte
Verbrennungsprodukte auszustoßen.
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Als allgemeine Regel haben Schalldämpfer Volumen im Bereich des sechs- bis
achtfachen der Kolbenverdrängung des Motors und können Schallwände mit oder
ohne Löcher enthalten. Ein Hauptgesichtspunkt ihres Betriebs ist die Dämpfung
von Schallwellen durch Interferenz, normalerweise dadurch, daß die Wellen in zwei
Teile zerlegt werden, die verschiedenen Wegen folgen und sich außer Phase
wieder vereinigen, bevor sie den Schalldämpfer verlassen. Ein weiterer wichtiger
Gesichtspunkt ist, daß der Auspuffdruck in jeder Schalldämpferkonstruktion minimiert
werden muß, da eine Zunahme des Auspuffdruckes um nur ein psi (6700 Pa) die
maximale Ausgangsleistung eines Motors um ungefähr 2,5% vermindert. Ungefähr
1 % dieses Verlustes ist auf die zusätzliche Expansionsarbeit des Motors zum
Ausstoßen der Gase zurückzuführen. Der Rest geht auf die Auswirkungen des
vergrößerten Gasdruckes auf den volumetrischen Wirkungsgrad zurück.
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Im Falle von Lüftungsrohren erzielt man gewöhnlich ein gewisses Maß an
Schalldämpfung durch Auskleiden der Rohre auf wenigstens zwei einander nicht
gegenüberliegenden Wänden auf einer Strecke von drei bis sechs Meter sowohl vom
Einlaß als auch vom Auslaß mit einem wirksamen schallschluckenden Material. Wo
dies aufgrund der zur Verfügung stehenden Rohrlänge nicht genügt, kann für
zusätzliche Schalldämpfung gesorgt werden, indem Schallwände in das Rohr
eingeführt werden und die Schallwände mit schallschluckenden Materialien bedeckt
werden.
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Im Falle eines Rohres in Verbindung mit Schallregelungssystemen führt die erhöhte
Geschwindigkeit der Luftströmung durch Erzeugung von Turbulenzen zusätzlichen
Schall ein. Dies muß mit zusätzlichen Schallwänden und/oder schallschluckenden
Materialien angegangen werden.
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Ein Verständnis von Schallwand-Filtersystemen gewinnt man, wenn man einen
Viertelwellenlängen-Resonanzhohlraum betrachtet. So ein Hohlraum, bekannt als
Helmholz-Hohlraum, ist eine Kammer mit einem geschlossenen und einem offenen
Ende. Da sie eine viertel Wellenlänge lang ist, durchläuft in das offene Ende der
Kammer eintretender Schall die Kammer und wird mit einer Phasenverzögerung
von einer halben Wellenlänge zum offenen Ende der Kammer zurückreflektiert. Die
Verzägerung von einer halben Wellenlänge wird dadurch verursacht, daß die
Laufzeit der akustischen Störung durch die Kammer einen Vorwärtsübertragungsweg
mit einer viertel Wellenlänge und eine reflektierte Übertragung zurück zum offenen
Ende mit einer zusätzlichen viertel Wellenlänge enthält.
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Das Resultat ist eine Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge oder 180º
im Ausgangssignal des Hohlraums in bezug auf den Schall, der oben über den
Hohlraum läuft. Weil die Signale um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind
und weil man in erster Näherung annehmen kann, daß während der Abgabe von
bestimmtem Schall die Amplitude und die Frequenz einer Wellenlänge des Schalls
im wesentlichen mit der Amplitude und der Frequenz der nächsten von der Quelle
erzeugten Wellenlänge übereinstimmt, wird eine gegebene Wellenbewegung
entsprechend einer Wellenlänge exakt durch die frühere Wellenbewegung des Schalls
aufgehoben, den man zu dämpfen wünscht. Natürlich gilt dies nur für Schall mit
der bestimmten Frequenz, die eine Viertelwellenlängen-Beziehung zwischen dem
Helmholz-Hohlraum und dem Schall ergibt. Ist jedoch die Frequenz nicht weit von
der Dämpfungs-Resonanzfrequenz entfernt, so findet die Dämpfungswirkung noch
in einem wesentlichen Umfang statt.
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Bei frühen Kraftfahrzeug-Schalldämpfern hat man den Weg beschritten, die Abgase
über eine Matrix von Schallwänden zu leiten, die zusammen eine Vielzahl von
abgestimmten Hohlräumen bilden. Dieser Aufbau wirkt als Filter und dämpft in
begrenztem Umfang einen Bereich von Schallfrequenzen, die von dem
Verbrennungsmotor erzeugt werden und sich durch den Krümmer zum Endrohr ausbreiten
und die andernfalls in Form von akustischen Störungen aus dem Motor austreten
würden.
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Heutzutage liegt die Geräuschdämpfung solcher Schalldämpfersysteme in der
Größenordnung von acht Dezibel.
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Ungeachtet der zahlreichen Nachteile dieser Art von Schalldämpfungssystemen
sind moderne Schalldämpfer in ihren Grundzügen im wesentlichen gleich
geblieben. Im allgemeinen sind solche Schalldämpfer nach dem Stand der Technik aus
Blech aufgebaut. Insbesondere enthalten solche Schalldämpfer eine äußere Hülse
oder ein Gehäuse aus Blech und einen innerhalb des Gehäuses befestigten Blech-
Schallwandaufbau. Angrenzend an die verschiedenen schallschluckenden
Hohlräume ist ein Weg zur Leitung der Verbrennungsgase und begleitenden akustischen
Störungen vorgesehen.
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Da die Abgase (das Verbrennungsprodukt von Benzin) sowohl heiß als auch
korrosiv sind, verursachen sie relativ schnell Korrosion und sonstige Verschlechterungen
der Blechbestandteile des Schalldämpfers. Die Folge ist, daß der Schalldämpfer in
regelmäßigen Zeitabständen ausgewechselt werden muß.
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Ein weiteres Problem bei konventionellen Schalldämpfern ist der
Viskositätswiderstand, den sie verbrauchten Verbrennungsprodukten entgegensetzen. Der
Viskositätswiderstand des Schalldämpfers ist noch kein wesentlicher Effekt. Vielmehr ist
der Widerstand, den die entweichenden Verbrennungsprodukte erfahren, so groß,
daß die Kraftstoffausnutzung und die Schadstoffkonzentration in den Abgasen
ungünstig beeinflußt wird. Dies liegt zum Teil daran, daß der Motor verbrauchte
Verbrennungsprodukte nicht mit dem gleichen Wirkungsgrad wie ein
Verbrennungsmotor ohne Schalldämpfer aus den Zylindern ausstoßen kann.
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Die mit der schnellen Verschlechterung von Kraftfahrzeug-Schalldämpfern
verbundenen Probleme können zwar bis zu einem gewissen Grade durch Verwendung
von relativ teuren Legierungen wie manchen Sorten rostfreiem Stahl und die
Verwendung von relativ dickem Material angegangen werden, die zusätzlichen Kosten
solcher Qualitätsmaterialien machen dies aber unwirtschaftlich. Hinzu kommen
noch die zusätzlichen Arbeitskosten bei der Herstellung von Schalldämpfern mit
relativ dicken Blechbestandteilen, die solche Schalldämpfer klar ungeeignet machen.
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Ähnlich kann man sich vorstellen, daß eine Schalldämpferkonstruktion mit relativ
breiten Durchlässen für den Ausstoß von Verbrennungsprodukten und zahlreichen
Hohlräumen zur Dämpfung von darüberlaufendem Schall zwar das unvollständige
Ausspülen der verbrauchten Gase aus den Zylindern verbessern kann, daß aber die
Größenzunahme einer entsprechend gestalteten Vorrichtung sie in der Umgebung
eines heutigen Kraftfahrzeuges ungeeignet machen würde. Platz ist hier sehr
wichtig, und selbst die relativ kleinen Schalldämpfer heutzutage stellen einen
wesentlichen Raumanteil des Kraftfahrzeuges dar. In jedem Fall ist der Schalldämpfer
häufig auch der niedrigste Punkt des Kraftfahrzeuges und bildet daher die Grenze
der Bodenfreiheit. Im Zusammenhang damit beachte man, daß selbst im Falle von
Dieselmotor-Lastkraftwagen, bei denen das Problem des Auspuffdruckes die
Verwendung von relativ großen Schalldämpfern erforderlich macht und die Ästhetik
und die Größe des Lastkraftwagens die Verwendung großer Schalldämpfer zuläßt,
mit vorhandenen Schalldämpfersystemen noch keine zufriedenstellende Dämpfung
des Verbrennungsschalls erreicht worden ist.
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Als Alternative zu passiven Schalldämpfern hat man vorgeschlagen, das Problem
mit Techniken der aktiven Schalldämpfung zu lösen. Eine solche Technik ist in der
WO-A-8907701 offenbart.
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Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine
Vielzahl von Audioeingängen, die um die Öffnung herum angeordnet sind, zum
Abfühlen von Schall an dieser Stelle und zum Erzeugen eines Steuersignals zur
Steuerung des Dämpfschallgenerators.
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Vorzugsweise weist der Dämpfschallgenerator einen Aktuator-Lautsprecher auf.
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Vorzugsweise ist ein weiterer Aktuator-Lautsprecher enthalten, der positioniert,
gestaltet und dimensioniert ist, ein Signal zu erzeugen, das im wesentlichen
symmetrisch in bezug auf den Dämpfschall ist, der von dem anderen Lautsprecher
erzeugt wird.
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Vorzugsweise ist das Rohr konzentrisch in die Mischkammer hinein verbunden und
konzentrisch mit der Öffnung.
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Vorzugsweise enthält der Dämpfschallgenerator eine um das Rohr konzentrische
Kammer, die einen akustischen Weg nach der Mischkammer liefert.
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Vorzugsweise grenzen die Dämpfschallgenerator-Kammer, das Rohr und die
Mischkammer einen Einzelraum ab.
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Vorzugsweise erstreckt sich das Rohr in die Mischkammer hinein und findet das
Mischen von unerwünschtem Schall, der sich aus dem Rohr ausbreitet, und von
Dämpfschall in einem Bereich zwischen dem Ende des Rohres und der Öffnung
statt.
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Vorzugsweise weisen die Audioeingänge einen röhrenförmigen Ring mit
wenigstens einem akustisch mit dem inneren des röhrenförmigen Rings verbundenen
Mikrofon und eine Vielzahl von Löchern auf, die in dem röhrenförmigen Ring
angeordnet sind, wobei der röhrenförmige Ring im wesentlichen entlang des Umfangs
der Öffnung angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist das Rohr mit einem Mantel aus wärmeisolierendem Material
versehen, um es von der Dämpfschallgenerator-Kammer zu isolieren.
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Vorzugsweise ist das Rohr ein Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors.
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Die vorliegende Erfindung löst somit das Problem, Schall in einem Rohr wie einem
Motorauspuff oder einem Klimaanlagen-Rohr mit einer einfachen, haltbaren und
wirksamen Vorrichtung zu dämpfen. Eine Ausführungsform verbindet einen
Mischdurchmesser mit einem integrierten Mikrofon, für eine gegenüber früheren
Versuchen verbesserte Dämpfung über einen größeren Frequenzbereich. Gleichzeitig
werden Auspuffdruckprobleme minimiert, was eine gute Kraftstoffausbeute und
minimalen Schadstoffausstoß in die Luft ergibt. Das gleiche erreicht man durch
Verwendung eines dynamischen Ein- oder Mehrkammerhohlraums, der durch einen
elektromechanischen Aktuator angesteuert wird, der wirksam ein akustisches
Signal erzeugt, das zur Dämpfung von Schall im Rohr benutzt wird.
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Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen
Schalldämpferhohlraum auf der Basis eines sogenannten Systems mit einem mit Öffnungen
versehenen Gehäuse oder eines symmetrisch beschickten Systems aufweisen. Dieser
Gehäusetyp ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines geschlossenen
hinteren Volumens zusammen mit einem vorderen Volumen, das mit einer strahlenden
abgestimmten Öffnung verbunden ist. Diese abgestimmte Konstruktion benutzt
eine einzelne kreisförmige Öffnung, die durch mehrere Lautsprecher angesteuert
wird, die das Auspuffrohr umgeben, um eine verbesserte Dämpfung zu erzeugen.
In die Öffnungskonstruktion integriert ist eine Mischkammer, die von einem
kreisförmigen Abtastmikrofon umgeben ist. Mit den richtigen Bauteilen, dem richtigen
Hohlraumvolumen und der richtigen Öffnungswahl kann eine hochwirksame
Dämpfung über einen Frequenzbereich von 50 bis 300 Hz erzielt werden.
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Verglichen mit früheren Konstruktionen kann eine einzelne kreisförmige Öffnung
mit mehreren Lautsprechern verwendet werden, im Gegensatz zu einer Anordnung
individueller Öffnungen von mehreren Lautsprechern, die um den Auspuffauslaß
herum angeordnet sind. Es wird vermieden, das Mikrofon und die Antischall-
Öffnung mit der Folge einer akustischen Mischung in Luft mit beschränkten
Hochfrequenzergebnissen ein Stück voneinander weg anzuordnen. Die vorliegende
Erfindung bringt alle Bestandteile am Rohrauslaß zusammen, was ein höheres Maß
an Dämpfung mit einem höherfrequenten Ansprechverhalten als frühere
Konstruktionen erzeugt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Beispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Figur 1 eine Querschnitts-Draufsicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung
konstruierten Motorschalldämpfers ist;
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Figur 2 eine Ansicht entlang Linien 2-2 in Figur 1 ist;
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Figur 3 eine Ansicht entlang Linien 3-3 in Figur 1 ist, welche die Konstruktion des
Schalldämpfers im Querschnitt zeigt;
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Figur 4 eine seitliche Querschnittsansicht des in Figur 1 dargestellten
Schalldämpfers entlang Linien 4-4 in Figur 1 ist;
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Figur 5 ein Detail entlang Linien 5-5 in Figur 2 ist, das die Konstruktion eines
Mikrofonaufbaus darstellt, der in Verbindung mit dem Schalldämpfer von Figur 1
nützlich ist;
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Figur 6 eine Querschnittsansicht entlang Linien 6-6 in Figur 2 ist, welche die
Anordnung eines Mikrofons innerhalb des Mikrofonaufbaus darstellt;
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Figur 7 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems ist;
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Figur 8 eine schematische Ansicht einer aerodynamischen Mikrofongestaltung ist;
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Figur 9 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Schalldämpfersystems ist; und
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Figur 10 eine Ansicht entlang Linien 10-10 in Figur 9 ist, welche die äußere
Erscheinung des Schalldämpfersystems von Figur 9 zeigt.
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In Figuren 1-3, auf die Bezug genommen wird, erkennt man, daß der Aufbau des
erfindungsgemäßen Schalldämpfers 10 ein äußeres Gehäuse 12 enthält. Das
äußere Gehäuse 12 enthält ein zylindrisches Glied 14, einen vorderen Enddeckel 16 und
einen hinteren Enddeckel 18. Das zylindrische Glied 14, der vordere Enddeckel 16
und der hintere Enddeckel 18 bestehen aus einem relativ preiswerten Material wie
Plastik, das für mechanische Festigkeit und Haltbarkeit über einen weiten Bereich
von Temperaturen und anderen Umgebungsfaktoren ausgewählt ist, wie sie ein
Schalldämpfer erfährt, der am Boden eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
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Das Auspuffrohr 20 ist innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet und wird durch ein
isolierendes ringförmiges Glied 22 im vorderen Enddeckel 16 gestützt.
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Das Auspuffrohr 20 besteht aus Stahl, rostfreiem Stahl oder einem anderen
geeigneten Material mit einer Dicke, die ausreichende mechanische Integrität ergibt.
Zusätzlich wird das Auspuffrohr 20 so dick gemacht, daß es den während der
Lebensdauer des Kraftfahrzeuges erwarteten Korrosionsgrad aushält, ohne die
verlangte Festigkeit zu verlieren.
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Beim Einbau wird man den Schalldämpfer 10 an der Unterseite des
Kraftfahrzeuges befestigen und den Auspuff 20 ebenfalls am Kraftfahrzeug befestigen. Soweit
es mit dem Auspuff des Motors verbunden ist, wird das Ende 24 des
Auspuffrohres 20 durch mehrere radiale Stützglieder 26, 28, 30 und 32 an Ort und Stelle
gehalten. Die radialen Stützglieder 26-32 werden zwischen dem Auspuffrohr 20
und dem Mischkammerrohr 34 befestigt, indem sie an diesen beiden Gliedern
angeschweißt oder auf andere Weise geeignet daran befestigt werden. Gemäß der
bevorzugten Ausführungsform bestehen das Mischkammerrohr 34 und die
Stützglieder 26-32 alle aus Stahl, rostfreiem Stahl oder anderen geeigneten Materialien.
Auch können das Auspuffrohr 20, die Stützglieder 26-32 und das
Mischkammerrohr 24 aus rostfreiem Stahl bestehen, im Hinblick auf die Widerstandsfähigkeit
dieses Materials gegen Langzeiteinwirkungen hoher Temperaturen und der
verschiedenen Verbrennungsprodukte, die im Betrieb des Verbrennungsmotors
erzeugt werden.
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Wie in Figur 1 dargestellt, wird das Mischkammerrohr 34 (das auch aus Plastik
bestehen kann) fest innerhalb des hinteren Enddeckels 18 befestigt, indem es fest
in einem kreisförmigen Loch 36 innerhalb des Enddeckels 18 angebracht oder
klemmend darin eingepaßt wird. Zusätzliche Unterstützung liefert schließlich ein
Paar radiale Querträgerglieder 38 und 40, wie in Figur 4 dargestellt. Die radialen
Querträgerglieder bestehen aus einem Material, das dem der Stützglieder 26-32
ähnlich ist. Außerdem beachte man, daß die radialen Querträgerglieder 38 und 40
und die radialen Stützglieder 30 und 32 aus dreieckigen Stücken aus relativ
dickem Blech bestehen, um eine Stütze zu bilden, wenn in der Richtung parallel zur
Symmetrieachse des Auspuffrohres 20 Kräfte auf den Schalldämpferaufbau
ausgeübt werden.
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Für die Trennung der im Auspuffrohr 20 vorhandenen Wärme vom Rest des
Systems sorgt eine zylinderförmige Schicht aus wärmeisolierendem Material 42 um
das Auspuffrohr 20 herum. Diese ist typisch eine isolierende Glasfaserhülle, eine
Verteilerhülle oder ein trennender Lufthohlraum. Eine Akustikmischkammer 44 wird
abgegrenzt durch ein Paar ebene Innenwände 46 und 48, Aktuatoren 50 und 52
und eine Stimwand 54 mit einem kreisförmigen konzentrischen Loch 56 in ihrer
Mitte. Am Rand der Kammer gegenüber der Stimwand 54 befindet sich ein
Rückwandglied
58. Das Rückwandglied 58 und die Stimwand 54 bestehen beide aus
einem Kunststoff wie dem des äußeren Gehäuses 12.
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Unter Bezugnahme auf Figur 4 grenzt die Wand 54 eine Kammer 60 ab, die mit
schallschluckendem Material wie Glasfaser 62 gefüllt ist, um das äquivalente
Hohlraumvolumen zu verändern und die akustischen Eigenschaften der Akustikkammer
44 zu verbessern und zu vereinfachen. Außerdem grenzt das hintere Wandglied 58
ein Paar Kammern 64 und 66 ab, die mit schallschluckendem Material wie
Glasfaser 68 und 70 gefüllt ist, was auch hier das äquivalente Volumen verändert und
den Betrieb der Akustikkammer 44 vereinfacht, indem verhindert wird, daß
Rauschschwingungen und Resonanzen den Betrieb des Schalldämpfers stören.
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Schließlich ist am Ende des Mischkammerrohres 34 ein röhrenförmiger
Mikrofonaufbau 72 vorgesehen. Am Ende des Mischkammerrohres 34 wird eine
Mischkammer 74 (Figur 1) abgegrenzt. Unter Bezugnahme auf Figur 2 grenzt ein
kreisförmiges röhrenförmiges Glied 78 eine Vielzahl von Löchern 76 ab. Allgemein
liegen die Löcher 76 in gleichen Abständen längs des Umfangs des Gliedes 78,
und ein solches Loch 76 ist im Detail in Figur 5 dargestellt. Innerhalb des Umfangs
des Gliedes 78 liegen außerdem typisch vier Mikrofone in gleichen Abständen. Die
tatsächliche Schallerfassung und Umwandlung in ein elektrisches Signal geschieht
mittels dieser Mikrofone 80 und 82, deren Akustikeingänge innerhalb des
ringförmigen Hohlraums 84 angeordnet sind, der durch das röhrenförmige Glied 78
abgegrenzt wird. Der Mikrofonaufbau 72 ist unter Verwendung irgendwelcher
geeigneter Mittel wie Niete, Klebstoff oder dergleichen am Ende des
Mischkammerrohres 34 befestigt. Die elektrischen Ausgangssignale dieser mehreren
Mikrofone werden unter Verwendung einer Mischschaltung vereinigt (gemittelt),
um ein zusammengesetztes Restfehlersignal zu erzeugen.
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Die Anordnung der Mikrofone 80 und 82 wird durch die vergrößerte Detailskizze
von Figur 6 dargestellt. Das Mikrofon 80 ist hier eingebettet in die Seitenwand 86
des kreisförmigen röhrenförmigen Gliedes 78 gezeigt. Die Mikrofone 80 und 82
können in mannigfachen Winkelpositionen angeordnet werden, je nachdem, ob
man das Mikrofonkabel 88 auf der Innenseite oder der Außenseite der Vorrichtung
verlegen möchte.
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Unter Bezugnahme auf Figur 7 wird während des Betriebs des erfindungsgemäßen
Systems der vom Auspuffrohr 20 und den Aktuatoren 50 und 52 erzeugte Schall
mittels eines röhrenförmigen Mikrofonaufbaus 72 erfaßt, der ein Fehlersignal
erzeugt, das an einen Dämpfsignalgenerator 90 gesendet wird. Der
Dämpfsignalgenerator erzeugt wiederum ein Dämpfsignal, das mit den Aktuatoren 50 und 52
verbunden wird. Der verwendete Dämpfsignalgenerator kann ein solcher sein, wie
er heutzutage von mehreren Firmen angeboten wird.
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Insbesondere gibt es in der in Figuren 1-6 dargestellten Ausführungsform eine
Akustikkammer 44, die mit Ausnahme eines ringförmigen Ausgangsrohrbereiches
92 zwischen dem Auspuffrohr 20 und dem Mischkammerrohr 34 im wesentlichen
vollständig geschlossen ist. Die von den Aktuatoren 50 und 52 erzeugte
akustische Energie wird daher in eine konzentrische Quelle umgewandelt, die mit dem
Ausgangsschall des Auspuffrohres 20 konzentrisch ist. Diese beiden
konzentrischen Quellen werden im Mischbereich 94 zusammengemischt, in dem sie sich
im Idealfall addieren, da aufeinanderfolgende Wellenbewegungen im wesentlichen
vollständig außer Phase miteinander und von gleicher Größe sind, und einander
aufheben, was am Ausgang des Auspuffsystems neben dem Mikrofonaufbau 72
null Schall ergibt. Es hat sich gezeigt, daß ein Mischbereich 94 in der
Größenordnung von zehn Zentimeter Durchmesser und drei Zentimeter Länge genugt, um
einen befriedigenden Dämpfungsgrad in einem Kraftfahrzeug-Schalldämpfersystem
zu erzielen.
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Damit irgendeine Flüssigkeit, die sich möglicherweise im Schalldämpfer
angesammelt hat, aus dem Schalldämpfer herausfließen kann, ist am Boden des
Schalldämpfers ein Tropfloch mit einer kurzen, engen Röhre 96 vorgesehen, wie in Figur
4 dargestellt. Je nach der tatsächlichen Gestaltung des Röhrenmikrofons kann es
außerdem wünschenswert sein, ein zusätzliches Tropfloch 98 neben dem
röhrenförmigen Mikrofonaufbau 72 vorzusehen. Aus praktischer Sicht beeinflussen
solche
Tropflöcher die akustische Leistung des Systems in keiner wesentlichen
Weise.
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Als Aktuatoren können konventionelle, für den Gebrauch in einem
Aktivschalldämpfer robust gemachte Radiolautsprecher verwendet werden. Die
Robustmachung besteht in der Verwendung von wasserfesten Materialien wie Kevlar oder
imprägnierten Materialien mit einer Neopren-Schalldämpferumgebung.
Insbesondere wurde ein annehmbarer Leistungsgrad erzielt, wenn kreisförmige Dreizehn-
Zentimeter-Lautsprecher mit dreißig Watt von dem Typ verwendet wurden, der
von AUDAX unter der Katalognummer HIF13JVX hergestellt wird. Zusätzlich hat
es sich als vorteilhaft erwiesen, die Lautsprecher durch Anbringung einer
Schutzschicht aus Kevlar robust zu machen.
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Es hat sich gezeigt, daß gute Dämpfungsergebnisse für typische Kraftfahrzeug-
Schalldruckpegel erzielt werden können, wenn 20 bis 50 Watt elektrische Leistung
für die Lautsprecheraktuatoren 50, 52 verwendet werden. Im Prinzip funktioniert
ein einzelner Mikrofonlautsprecher zwar auch, zwei oder mehr Lautsprecher liefern
aber Redundanz, ermöglichen die Verwendung eines kleineren Gehäuses und
können die Symmetrie des Systems verbessern. Im allgemeinen wird die Dämpfung im
Bereich unterhalb von 800 Hertz erzielt. Wenn vollständige Dämpfung im Bereich
oberhalb von 800 Hertz erzielt werden soll, kann eine dünne
Stahlwolle-Auskleidung 100 (andere Auskleidungsmaterialen sind ebenfalls annehmbar) innerhalb des
Auspuffrohres 20 angeordnet werden, wie in Figur 4 dargestellt. Zur
Hochfrequenzdämpfung können auch andere traditionelle Dämpfungsverfahren für
Passivschalldämpfer in den dynamischen Schalldämpfer integriert werden.
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Das oben offenbarte Ringmikrofonsystem ist erstens haltbar und hat zweitens
hervorragende Leistungskennwerte. Wie anhand der Figuren zu erkennen ist, sind
die Mikrofone 80 und 82 vor der Umgebung geschützt, indem sie innerhalb des
kreisförmigen röhrenförmigen Gliedes 78 angeordnet sind. Daher ist das Mikrofon
vor Wetter- und Hitzeeinflüssen geschützt. Außerdem ergibt die Verwendung von
zahlreichen Löchern 78 im kreisförmigen röhrenförmigen Glied 78 zahlreiche
individuelle
Eingänge zu den Mikrofonen und führt zu einer akustischen Mittelung von
Rauschschall, was Wind- und Auspuff-Turbulenzeffekte drastisch vermindert. Die
röhrenförmige Gestaltung mit den mehreren Mikrofonen erzeugt ein
Restfehlersignal, das der längs des Ringumfangs gemessene integriert-gemittelte Fehler ist.
Für eine Dynamikschalldämpfer-Messung erzeugt dieser Fehler in der Zone der
Dämpfung eine optimale symmetrische Dämpfungszone.
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Der röhrenförmige Mikrofonaufbau 72 ist aus einem isolierenden röhrenförmigen
Material wie einer Plastikröhre aufgebaut. Dies erzeugt ein wärmeisolierendes
Medium zum Schutz des Mikrofons. Das röhrenförmige Material ist in
regelmäßigen Abständen durchlöchert, entsprechend 30-50 Löcher pro Wellenlänge bei
der höchsten in Frage kommenden Frequenz (d.h. 0,44 Meter Abstand zwischen
Löchern, entsprechend bis 600 Hz). Für besten Betrieb muß die Lochgröße gering
sein, typisch um 0,062 Meter. Die Lochgröße und die Anzahl der Löcher können
variiert werden, um den Schallaufnahmebetrag einzustellen.
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Die Plastikröhre des Mikrofonaufbaus schützt die Mikrofone, indem sie diese mit
einem gefangenen wärmeisolierenden Luftmedium umgibt. Die Verwendung von
offenen Löchern am Auspuffauslaß liefert ein exaktes Schallübertragungsmittel,
ohne die Mikrofonelemente direkt den korrosiven und heißen Abgasen
auszusetzen.
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Eine alternative Gestaltung ist, die Löcher in dem röhrenförmigen Glied mit dünnem
(0,001") Kapton -Band zu bedecken. Dies liefert alle oben genannten Vorteile des
röhrenförmigen Mikrofons, liefert aber eine abgedichtete Gestaltung.
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In Verbindung damit beachte man, daß mannigfaltige Profile verwendet werden
können, um Turbulenzen um die Löcher 76 herum zu minimieren. Zum Beispiel
können turbulenzmindernde aerodynamische Oberflächen 102 und 104 verwendet
werden, um Turbulenzen zu vermindern, wie in Figur 8 dargestellt.
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Zusätzlich hat ein Verstopfen eines oder mehrerer der Löcher im kreisförmigen
Mikrofonaufbau 72 weniger ernste Auswirkungen auf den Systembetrieb.
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Eine alternative Ausführungsform ist in Figuren 9-10 dargestellt. Allgemein sind
ähnliche Teile oder Teile mit analogen, entsprechenden oder identischen
Funktionen hierin mit Zahlen bezeichnet, die sich von denen der früheren
Ausführungsform um Vielfache von einhundert unterscheiden.
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Wie man aus der alternativen Ausführungsform der Figuren 9 und 10 erkennt, ist
es nicht notwendig, daß der Schalldämpfer der vorliegenden Erfindung eine
konventionelle Form annimmt. Zum Beispiel ist es möglich, daß der erfindungsgemäße
Schalldämpfer 110 in einer Stoßstange 104 untergebracht wird. Insbesondere
kann ein Auspuffrohr 120 seinen Ausstoß einer Misch kammer 174 zuführen, die
wiederum das akustische Ausgangssignal eines Paares Aktuatoren 150 und 152
empfängt. Einen zusätzlichen Vorteil erzielt man mit einer ringförmigen Membran
106, die das Ausgangssignal der Aktuatoren 150 und 152 empfängt und dieses
Ausgangssignal allgemein in den durch Pfeile 108 angezeigten Richtungen
verbindet, während sie die Aktuatoren von der Umgebung trennt.
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Während oben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, ergeben
sich für den Fachmann selbstverständlich verschiedene Modifikationen. Solche
Modifikationen liegen innerhalb des Geistes und Schutzbereiches der Erfindung, die
nur durch die beigefügten Patentansprüche beschränkt und definiert wird.