EP4533815A1 - Geschlossener schallaufnehmer mit schalldurchlässiger grenzfläche - Google Patents

Geschlossener schallaufnehmer mit schalldurchlässiger grenzfläche

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EP4533815A1
EP4533815A1 EP23725744.9A EP23725744A EP4533815A1 EP 4533815 A1 EP4533815 A1 EP 4533815A1 EP 23725744 A EP23725744 A EP 23725744A EP 4533815 A1 EP4533815 A1 EP 4533815A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
sound
permeable interface
acoustically permeable
outer shell
Prior art date
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Pending
Application number
EP23725744.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Damian TROCHOWSKI
Moritz Brandes
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4533815A1 publication Critical patent/EP4533815A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R1/083—Special constructions of mouthpieces
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a closed sound pickup with a sound-permeable interface (sound pickup arrangement) for attachment in an outer shell of an object. Further exemplary embodiments relate to a closed acoustic sensor with a sound-permeable interface for sound absorption for installation in the outer shell of an outdoor object or building. Areas of application of exemplary embodiments are objects such as movable or movable objects, in particular vehicles, aircraft and boats, but also buildings. In this respect, further exemplary embodiments relate to an outer wall or a wall of a building as well as to a movable or movable object with a corresponding sound recording device.
  • a common approach is to build a microphone into a housing.
  • the microphone is then connected to the outside air via a sound channel (or generally an airway).
  • An acoustic membrane can be inserted in front of or in this acoustic channel to protect the microphone from moisture and to prevent dust or similar from entering the channel.
  • the housing is installed or attached to the outer shell of the object.
  • DE 102019220204 A1 should be mentioned, which discloses a structure for a microphone. Problems with such a structure arise in strong winds or when there is an induced wind at higher speeds, for example when a vehicle is in motion. Wind noise is induced at the sound opening, on edges and on irregularities.
  • the object of the present invention is to improve the sound measurements by means of a sound measuring arrangement attached to the outer skin in terms of recording quality, especially at higher movement speeds, and robustness.
  • the task is solved by the subject matter of the independent patent claims.
  • Embodiments of the present invention create a sound recording arrangement in (e.g. in the sense of inside) an outer shell of an object, such as a building, an outer wall of a building or wall of a building, or even an outer shell of a movable object such as a vehicle.
  • the outer shell has a recess, for example in the sense of a recess or recess (e.g. hole into which the sensor is integrated with its outer skin and the housing).
  • the sound recording arrangement has the following features: a housing, an acoustically permeable interface, and a sound absorber.
  • the housing is arranged or embedded in the recess, for example so that a closed shape is created.
  • the housing itself can have a hollow shape.
  • the acoustically permeable interface closes this cavity.
  • the sound pickup is arranged in the interior of the housing or the cavity, so that a medium is provided between the sound pickup and the acoustically permeable interface.
  • recesses are a depression in a facade or a hole/recess in an outer body skin/sheet metal.
  • the outer shell forms a kind of surface layer of the object and has a recess that is open towards the surface.
  • the acoustically permeable interface separates the housing with the cavity from the surroundings.
  • the medium has, for example, air or a material or other gas.
  • the acoustically permeable interface forms a continuation of the outer shell of the object. It should be noted that the acoustically permeable interface represents its own material/object, which is flush with the surrounding external surface.
  • Embodiments of the present invention are based on the knowledge that a microphone encapsulated in a housing or generally (encapsulated) sound recording means can be arranged in the recess through a corresponding recess. The closed shape of the housing prevents moisture or dust or other solid objects from entering the sensor.
  • the recess can also mean an advantage in terms of robustness if the interface has a hole due to damage, since moisture and dust cannot immediately touch the microphone due to the distance and moisture can “roll off”. This has an advantageous effect on the robustness and longevity of the sensor.
  • exemplary embodiments of the present invention combine the advantage of a closed system (reduced wind noise, no penetration of moisture or dust) with that of an open system (direct sound path between the outside world and microphone and thus better transmission of airborne sound).
  • a flat surface of the interface can be created together with the surrounding boundary of the object, or the outer shell of the object, such as a house facade. As a result, hardly any wind noise is induced on this surface when there are currents or wind compared to other solutions, especially since the currents or wind flows past the surface and does not experience any unevenness.
  • the acoustically permeable interface and/or the outer shell can be coated or painted. Consequently, a further advantage is that the acoustically transparent interface could be painted and thus no longer be visible in certain objects, e.g. vehicles, using the same paint that is used for the boundary.
  • the sound recording arrangement in which the medium or at least part of the medium is formed by a sound-permeable volume is that has the acoustically permeable interface.
  • This variant makes the acoustically permeable interface significantly more robust.
  • an acoustic isolator is provided between an inside of the housing and the sound pickup, which has, for example, sand, bitumen, foam, polymeric chambers and/or another material.
  • the housing can be connected to the outer shell or a backfill of the outer shell or the object via a back of the housing be.
  • the cavity in the housing or even the recess in the housing or even the housing itself has, for example, a funnel-shaped shape.
  • the funnel shape as one of the possible (inner) shapes, is acoustically advantageous as such, although other shapes would also be possible.
  • the sound pickup can be arranged, for example, in the last third of the funnel.
  • the funnel-shaped shape has the technical advantage that it provides a kind of acoustic filtering of the sound from background noise.
  • acoustically permeable interface examples include, for example, one of the following materials
  • Hard foam board foiled hard foam board
  • Topic area “the hearing car” o Acoustic external perception/surroundings detection o Detection of rolling noise from the tires (road surface detection) o Recording of the vehicle's own noises (self diagnosis, condition monitoring) o and much more

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Abstract

Schallaufnahmeanordnung (5) zur Befestigung in einer Außenhülle eines Objekts (1), wobei die Außenhülle eine Ausnehmung (1V) aufweist mit folgenden Merkmalen: einem Gehäuse (10), das in der Ausnehmung (1v) angeordnet ist und einen Hohlraum (10h) bildet; einer akustisch durchlässigen Grenzfläche (14), die den Hohlraum (10H) schließt; einen Schallaufnehmer (12), der im Inneren des Gehäuses (10) angeordnet ist, so dass ein Medium zwischen dem Schallaufnehmer (12) und der akustisch durchlässigen Grenzfläche (14) vorgesehen ist.

Description

Geschlossener Schallaufnehmer mit schalldurchlässiger Grenzfläche
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen geschlossenen Schallaufnehmer mit schalldurchlässiger Grenzfläche (Schallaufnahmeanordnung) zur Befestigung in einer Außenhülle eines Objekts. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen geschlossenen akustischen Sensor mit schalldurchlässiger Grenzfläche zur Schallaufnahme für den Einbau in die Außenhülle eines Objekts oder Gebäudes im Freien. Anwendungsgebiete von Ausführungsbeispielen sind Objekte wie zum Beispiel bewegliche oder bewegbare Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Flugzeuge und Boote, aber auch Bauwerke. Insofern beziehen sich weitere Ausführungsbeispiele auf eine Außenwand beziehungsweise eine Wand eines Bauwerks sowie auf ein bewegliches oder bewegbares Objekt mit einer entsprechenden Schallaufnahmevorrichtung.
Das Aufnehmen von Schall im Freien stellt besondere Anforderungen an entsprechende Sensorsysteme. Diese müssen robust sowie witterungsbeständig sein. Zudem ist es von äußerster Wichtigkeit, dass ein solcher Sensor möglichst wenig Windgeräusche oder Fahrtwindgeräusche aufnimmt. Ein gutes aerodynamisches Profil oder Maßnahmen zur Reduktion von Windgeräuschen spielen daher eine zentrale Rolle. Dabei muss die Schallaufnahme gewährleistet bleiben.
Soll ein solcher Sensor in Objekte verbaut werden, die im Freien stehen oder bewegt werden (z.B. ein freistehendes Aggregat oder ein Fahrzeug), oder aber in eine Hausfassade, stellt sich zudem erschwerend die Frage, wie die Integration sinnvoll geschehen kann.
Ein übliches Vorgehen besteht darin, ein Mikrofon in ein Gehäuse zu verbauen. Das Mikrofon wird dann über einen Schallkanal (bzw. allgemein einen Luftweg) an die Außenluft angebunden. Dabei kann eine akustische Membran vor oder in diesen akustischen Kanal eingebracht werden, um das Mikrofon vor Nässe zu schützen und das Eindringen von Staub o.ä. in den Kanal zu unterbinden. Dieses Konzept bezeichnen wir als „offenen Sensor“. Das Gehäuse wird in die Außenhülle des Objektes eingebaut bzw. befestigt. Im Stand der Technik ist beispielsweise die DE 102019220204 A1 zu erwähnen, die einen Aufbau für ein Mikrofon offenbart. Probleme mit einem derartigen Aufbau bestehen bei starkem Wind oder bei induziertem Fahrtwind bei höheren Geschwindigkeiten, z.B. wenn ein Fahrzeug in Bewegung ist. An der Schallöffnung, an Kanten sowie an Unregelmäßigkeiten werden Windgeräusche induziert. Ab einer gewissen Wind- oder Objektgeschwindigkeit ist das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störgeräusch so stark zum Störgeräusch verschoben, dass eine Nutzung des Sensors, trotz des Einsatzes von Software zur Störgeräuschunterdrückung (Stand der Technik) unmöglich ist. Ein weiteres Problem besteht in der Robustheit der Sensoren. (Eine akustische Membran ist im Vergleich zu anderen, feste- ren/steiferen Materialien deutlich leichter zu beschädigen). Ein drittes Problem sehen wir in der Komplexität der beschriebenen Lehre, da dort die Einspannung einer akustischen Membran adaptiv über entsprechende Elektronik/Mechanik erfolgt.
Da zwischen dem Mikrofon und der Außenluft (bis auf eine optionale akustische Membran) keine Barriere besteht, kann eine vergleichsweise gute Schallaufnahme im Stillstand und bei Windstille erreicht werden.
Eine alternative Lösung besteht darin, die Mikrofone oder die ganzen Sensoren hinter einer festen Verkleidung zu positionieren, wo keine Strömungen bzw. starke Druckschwankungen zu erwarten sind. Zudem gibt es hier kaum Probleme mit der Robustheit und Wetterfestigkeit. In einem Projekt, in welchem Mikrofone in einem Fahrzeug zur Außengeräuschwahrnehmung verbaut wurden, wurden u.a. folgende Positionen erprobt:
Fahrzeuginnenraum (starke Störungen durch Fahrzeuginsassen sowie Musik aus Enter- tainment-System), in den Außenspiegeln (starke Dämpfung durch Spiegel und Spiegelgehäuse), im Kofferraum (starke Dämpfung durch Karosserie) unter der Motorhaube (starke Störungen durch Motor und andere Komponenten). Alle diese Lösungen führen durch das trennende Material zu weniger Windgeräuschen, beeinträchtigen aber auch die Nutzsignale signifikant, da die Materialien zwar keine Strömung durchlassen, dafür aber auch die Schallwellen ebenfalls sehr stark dämpfen. Zudem werden die Geräusche aus dem Fahrzeug selbst mehr aufgenommen. Deshalb besteht der Bedarf auf einen verbesserten Ansatz.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Schallmessungen mittels einer an der Außenhaut angebrachten Schallmessanordnungen hinsichtlich Aufnahmequalität, insbesondere bei höheren Bewegungsgeschwindigkeiten, und Robustheit zu verbessern. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Schallaufnahmeanordnung in (z.B. im Sinne von innerhalb) einer Außenhülle eines Objekts, wie zum Beispiel eines Bauwerks, einer Außenwand eines Bauwerks beziehungsweise Wand eines Bauwerks oder auch eine Außenhülle eines beweglichen Objekts wie zum Beispiel eines Fahrzeuges. Die Außenhülle weist eine Ausnehmung, z.B. im Sinne einer Vertiefung oder Aussparung (z.B. Loch in das der Sensor mit seiner Außenhaut und dem Gehäuse integriert wird) auf. Die Schallaufnahmeanordnung weist folgende Merkmale auf: ein Gehäuse eine akustisch durchlässige Grenzfläche einen Schallaufnehmer.
Das Gehäuse ist in der Ausnehmung angeordnet bzw. eingelassen, z.B. sodass eine geschlossene Form entsteht. Das Gehäuse kann selbst eine Hohlform aufweisen. Die akustisch durchlässige Grenzfläche schließt diesen Hohlraum ab. Der Schallaufnehmer ist in dem Inneren des Gehäuses beziehungsweise dem Hohlraum angeordnet, so dass ein Medium zwischen dem Schallaufnehmer und der akustisch durchlässigen Grenzfläche vorgesehen ist.
Beispiel für Ausnehmungen sind eine Vertiefung in einer Fassade oder ein Loch / eine Aussparung in einer Karosserieaußenhaut / Blech.
Es sei angemerkt, dass die Außenhülle eine Art Oberflächenschicht des Objekts bildet und eine zur Oberfläche hin geöffnete Ausnehmung aufweist. Die akustisch durchlässigen Grenzfläche grenzt das Gehäuse mit dem Hohlraum zur Umgebung hin ab.
Entsprechend Ausführungsbeispielen weist das Medium beispielsweise Luft oder auch ein Material oder anderes Gas auf. Entsprechend Ausführungsbeispielen bildet die akustisch durchlässige Grenzfläche eine Fortsetzung der Außenhülle des Objekts. Es sei angemerkt, dass die akustisch durchlässige Grenzfläche ein eigenes Material/Objekt darstellt, welches bündig mit der umliegenden Außenfläche abschließt. Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine entsprechende Ausnehmung ein in einem Gehäuse gekapseltes Mikrofon beziehungsweise allgemein (gekapselte) Schallaufnahmemittel in der Ausnehmung angeordnet sein können. Durch die geschlossene Form des Gehäuses wird ein Eindringen von Nässe oder Staub oder anderen festen Objekten in dem Sensor verhindert. Die Ausnehmung kann ferner einen Vorteil hinsichtlich Robustheit bedeuten, sobald die Grenzfläche durch Beschädigung ein Loch aufweisen sollte, da Feuchtigkeit und Staub das Mikrofon wegen des Abstands nicht sofort berühren und Feuchtigkeit „abperlen“ kann. Dies wirkt sich vorteilhafterweise auf die Robustheit sowie Langlebigkeit des Sensors aus. Insofern kombinieren Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung den Vorteil eines geschlossenen Systems (reduzierte Windgeräusche, kein Eindringen von Nässe oder Staub) mit dem eines offenen Systems (direkter Schallweg zwischen Außenwelt und Mikrofon und somit bessere Übertragung des Luftschalls).
Dadurch, dass eine Fortsetzung der Außenhülle durch die akustisch durchlässige Grenzfläche gebildet wird, kann eine ebene Oberfläche der Grenzfläche zusammen mit der umliegenden Begrenzung des Objekts, beziehungsweise der Außenhülle des Objekts, wie zum Beispiel einer Hausfassade, geschaffen werden. Folglich werden so an dieser Fläche bei Strömungen bzw. Wind im Vergleich zu anderen Lösungen kaum Windgeräusche induziert, insbesondere deshalb, da die Strömungen beziehungsweise Wind entlang der Fläche vorbeiströmt und keine Unebenheiten erfährt.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Strömung parallel zur Fläche verläuft. Dies ist insbesondere bei beweglichen Objekten bei höheren Geschwindigkeiten, z.B. Fahrzeugen, der Fall. Diese Eigenschaft ist unserer Meinung nach der größte und entscheidendste Vorteil.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die akustisch durchlässige Grenzfläche und/oder die Außenhülle beschichtet bzw. lackiert sein. Folglich besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die akustisch durchlässige Grenzfläche lackiert werden könnte und somit in bestimmten Objekten, z.B. bei Fahrzeugen, nicht mehr sichtbar wäre, wenn derselbe Lack verwendet wird, der auch für die Begrenzung verwendet wird.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Schallaufnahmeanordnung, bei der das Medium oder zumindest ein Teil des Mediums durch ein schalldurchlässiges Volumen gebildet ist, das die akustisch durchlässige Grenzfläche aufweisen. Durch diese Variante wird die akustisch durchlässige Grenzfläche signifikant robuster.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist zwischen einer Innenseite des Gehäuses und dem Schallaufnehmer ein akustischer Isolator vorgesehen, der z.B. Sand, Bitumen, Schaumstoff, polymere Kammern und/oder ein weiteres Material aufweist. Das hat den Vorteil, dass auch Geräusche aus dem Objekt selber, wie zum Beispiel aus dem Motorraum eines Fahrzeuges, gemindert von dem Schallaufnehmer aufgenommen werden.
Um eine schlüssige Verbindung zu der Hinterfüllung der Außenhülle beziehungsweise der Außenhülle selber zu schaffen, beispielsweise um die ebene Oberfläche beziehungsweise die ebene lackierte Oberfläche auszuwählen, kann entsprechend Ausführungsbeispielen das Gehäuse über eine Rückseite des Gehäuses mit der Außenhülle beziehungsweise einer Hinterfüllung der Außenhülle beziehungsweise dem Objekt verbunden sein.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen der Hohlraum im Gehäuse beziehungsweise sogar die Ausnehmung des Gehäuses oder sogar das Gehäuse selber eine beispielsweise trichterförmige Form aufweist. Die Trichterform als eine der möglichen (Innen-)Formen, ist akustisch gesehen als solche vorteilhaft, wobei auch weitere Formen möglich wären. Der Schallaufnehmer kann beispielsweise im letzten Drittel des T richters angeordnet sein. Die trichterförmige Form hat in manchen Implementierungen den technischen Vorteil, dass hierdurch bereits eine Art akustische Filterung des Schalls von Nebengeräuschen erfolgt.
Nachfolgend werden Beispiele für die akustisch durchlässige Grenzfläche gegeben. Diese kann beispielsweise eines der folgenden Materialien umfassen
Hartschaumplatte folierte Hartschaumplatte
PUR oder PIR
Kunststoffplatte
HDPE hochresistente Kunststofffolie
PMMA, PTFE oder PET
Blech. An dieser Stelle sein angemerkt, dass zur Optimierung des Übergangs der schalldurchlässigen Grenzfläche und Außenhülle des Objekts hier auch Dichtelemente, wie zum Beispiel eine Gummilippe vorgesehen sein können. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die akustisch durchlässige Grenzfläche verstärkt beziehungsweise versteift sein. Diese kann beispielsweise versteifte Streben aufweisen. Alternativ wäre auch eine Strebe zur Abstützung der akustisch durchlässigen Grenzfläche gegenüber dem Gehäuse denkbar. Um entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen die Vorteile des gummierten beziehungsweise flexiblen Übergangs zu der Außenhaut und der Lagerung der akustisch durchlässigen Grenzfläche zu kombinieren, kann entsprechend Ausführungsbeispielen diese mittels einer gefederten Aufhängung gelagert, z.B. gegenüber dem Gehäuse gelagert sein.
Wie oben bereits erläutert, bilden entsprechend Ausführungsbeispielen die Außenhülle und die akustisch durchlässige Grenzfläche eine ebene Oberfläche aus mit ebenen Übergängen. Im Falle einer gekrümmten Außenfläche wäre es vorteilhaft, wenn auch die Außenfläche in entsprechender Profilierung gekrümmt ist. Deshalb kann entsprechend Ausführungsbeispielen die akustisch durchlässige Grenzfläche eine gekrümmte Form aufweisen. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Ausnehmung und damit auch das Gehäuse und auch die Draufsicht auf die akustisch durchlässige Grenzfläche z.B. rund oder oval. Das ermöglicht eine spannungsfreie Lagerung an den Lagerstellen. Theoretisch wären auch andere Formen (eckig, etc.) denkbar.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Außenwand als Objekt oder Wand als Objekt mit einer Schallaufnahmevorrichtung.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein bewegliches oder bewegbares Objekt, insbesondere Fahrzeug, Flugzeug oder Boot mit einer Schallaufnahmevorrichtung ausgestattet.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Basisimplementierung einer Schallaufnahmeanordnung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erweiterten Ausführungsbeispiels einer Schallaufnahmeanordnung; und Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung einer Schallaufnahmeanordnung gemäß erweiterten Ausführungsbeispielen zur Diskussion optionaler Merkmale.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar beziehungsweise austauschbar ist.
Fig. 1 zeigt ein Objekt 1 , das ein Objektvolumen sowie eine Objektoberfläche 1o aufweist. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um eine Hausfassade oder auch um die Außenhaut eines beweglichen Objekts wie zum Beispiel eines PKWs handeln. Die Oberfläche 1 o ist also die oberste Abschlussschicht des Objekts 1 . Von der Oberfläche 10 ausgehend erstreckt sich eine Ausnehmung 1v in den Objektkörper des Objekts 1 hinein. Eine Vorrichtung zur Schallaufnahme mit dem Gehäuse 10 ist in der Ausnehmung 1V angeordnet. Die Vorrichtung zur Schallaufnahme weist ein Gehäuse 10 mit einem in dem Gehäuse 10 angeordneten Schallaufnehmer 12, wie zum Beispiel einem Mikrofon auf. Das Mikrofon ist beispielsweise an der Rückwand des Gehäuses 10, das heißt in dem Hohlraum des Gehäuses 10 angeordnet. Das Gehäuse 10 weist gegenüber zu der Rückseite eine Öffnung 10O auf, die an der Vorderseite des Gehäuses 10, das heißt also an der Fläche, die die Außenoberfläche 10O im Wesentlichen fortsetzt, angeordnet ist. Geometrisch gesehen heißt das, dass die Gehäuseöffnung 10O in etwa die Außenhaut 10 des Objekts 1 fortsetzt, während die Rückseite des Gehäuses 10 in das Volumen des Objekts hineinragt. Über die Vorderseite trifft der Schall 20 auf die Außenhaut 10 sowie die Öffnung 10Ö auf. Dieser Schall kann dann über das Mikrofon 12 aufgenommen werden. Entsprechend den Ausführungsbeispielen ist es Mikrofon 12 tief in dem Gehäuse 10 angeordnet, z. B. im hinteren Drittel gesehen von der Vorderseite 10o aus.
Die Öffnung 10Ö ist durch eine akustische durchlässige Grenzfläche 14 verschlossen, so dass der Hohlraum 10H, in welchem sich das Mikrofon 12 befindet, abgekapselt ist. Durch die Lage des Mikrofons 12 im Hohlraum 10H beziehungsweise im hinteren Teil des Hohlraums entsteht zwischen dem Mikrofon 12 und der akustisch durchlässigen Grenzfläche 14 ein Abstand, der mit einem Medium, wie zum Beispiel Luft oder einem anderen Gas gefüllt ist. Die akustische durchlässige Grenzfläche 14 ist z.B. als flächiger Körper definiert, der ausgebildet ist, Schall durchzulassen. Die akustische Grenzschicht kann (als Untergrenze) z.B. eine Dicke von mindestens 0,1 mm, mindestens 0,5 mm, mindestens 1mm, mindestens 2 mm oder sogar mindestens 3 mm aufweisen. Obergrenzen für die Dicke sind beispielsweise 10 mm oder 5 mm oder 3 mm oder 2 mm oder 1 ,5 mm. Natürlich wäre auch ein Befüllen mit einem Art Festkörper oder partiellen Festkörper, wie zum Beispiel ein Schaum (mit Poren, d.h. offenporiger Schaum) denkbar. Im Falle eines festen Materials im Hohlraum bzw. als „Basis“ der akustischen Grenzfläche wäre ein sogenannter Körperschallaufnehmer sinnvoll. Partiell kann entsprechend Ausführungsbeispielen auch bedeuten, dass der Bereich zwischen akustisch durchlässige Grenzfläche und Schallaufnehmer nicht mit dem Festkörper gefüllte Bereiche im Sinne von Hohlräumen aufweist.
Ferner sein angemerkt, dass das Festkörpermaterial oder partielle Festkörpermaterial mit der akustisch durchlässigen Grenzfläche (als separates Element) verbunden sein kann. Z.B. kann die akustisch durchlässige Grenzfläche durch eine Blech, lackiertes Blech, einen Lackträgerschicht oder ein Oberflächenelement geformt sein. D.h. in anderen Worten, dass die Ausnehmung durch ein Oberflächenelement (lackiertes Blech analog zur Außenhaut) oder die Außenhaut selbst, das / die die akustisch durchlässige Grenzfläche formt gebildet sein kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispielen schafft eine Schallaufnahmeanordnung zur Befestigung innerhalb oder hinter einer Außenhülle eines Objekts, mit folgenden Merkmalen: einem Gehäuse, das in einer Ausnehmung hinter der Außenhülle angeordnet ist und einen Hohlraum bildet; einer akustisch durchlässigen Grenzfläche, die Teil der Außenhülle ist und den Hohlraum schließt; einen Schallaufnehmer, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, so dass ein Medium zwischen dem Schallaufnehmer und der akustisch durchlässigen Grenzfläche vorgesehen ist.
Zwischen der akustisch durchlässigen Grenzfläche und dem Gehäuse ist ein Festkörpermaterial oder partielles Festkörpermaterial zugehörig zu der Außenhülle vorgesehen.
Nachdem oben bereits die Struktur erläutert wurde, wird nachfolgend auf die Funktionsweise eingegangen.
Die Außenseite des Gehäuses 10, das heißt also der Bereich, in welchem der Schall 20 auf die schalldurchlässige Membran 14 trifft, ist durch die schalldurchlässige Grenzfläche beziehungsweise allgemein die Grenzfläche 14 gekapselt. Durch die schalldurchlässigen Eigenschaften wird der Schalldruck auf die Innenseite des Gehäuses 10, das heißt also in den Hohlraum 10H induziert und kann durch das Mikrofon 12 aufgenommen werden. Die Kapselung durch die durchlässige Grenzfläche 14 ermöglicht, dass die Außenluft nicht mit dem Mikrofon 12 in Berührung kommt und somit also eine Nässedurchlässigkeit und Witterungsbeständigkeit gegeben ist.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die schalldurchlässige Grenzfläche 14 die Oberfläche 100 entsprechend fortsetzen beziehungsweise sogar eben fortsetzen. Das verhindert, dass an den Übergängen zwischen dem Gehäuse 10 und dem Objekt 1 Mitgeräusche entstehen. Hierzu können entsprechend Ausführungsbeispielen auch Dichtelemente (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Bezüglich der schalldurchlässigen Membran 14 sei angemerkt, dass diese entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen aus einem Material besteht, welches fest, robust, nässeundurchlässig, witterungsbeständig, dabei aber dennoch hinreichend akustisch durchlässig ist. Aus diesem Grund wird die Fläche als akustisch durchlässige Grenzfläche bezeichnet. Bezüglich den auf der Außen- und Innenseite vorliegenden Medien sei angemerkt, dass die akustisch durchlässige Grenzfläche beispielsweise sowohl auf der Außenseite als auch auf der Innenseite mit Luft in Berührung kommen kann, wobei entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen auch andere Medien, wie zum Beispiel ein Gas, ein inertes Gas, aber auch Fluid zum Einsatz kommen kann.
Bezüglich des Mikrofons sei angemerkt, dass dieses den im Inneren des Gehäuses 10 eintreffenden Schall 20 in ein elektrisches Signal wandelt. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann auch weitere Elektronik neben dem eigentlichen Sensor vorgesehen sein. Typischerweise wird das elektrische Signal beziehungsweise das mittels der Elektronik vorverarbeitete elektrische Signal über ein Kabel aus dem Gehäuse 10 herausgeführt. Auch eine drahtlose Übertragung, z. B. per Funk, wäre denkbar.
Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 2 ein erweitertes Ausführungsbeispiel gezeigt.
Fig. 2 zeigt eine Schallaufnahmeanordnung 5 mit einem Gehäuse 10, einem Innengehäuse 10 beziehungsweise einem Hohlraum 10H des in dem Gehäuse angeordneten Mikrofons 12, wobei der Hohlraum 62 durch die akustisch durchlässige Membran 14 gekapselt ist. Das Gehäuse 10 ist in einem Zwischenmaterial 2 des Objekts 1 eingebettet, wobei beim Objekt 1 eine innere Begrenzung 2i sowie eine äußere Begrenzung 2a vorgesehen ist.
In die Begrenzung 2 und 2a eines beweglichen oder unbeweglichen Objekts 1 oder einer Hausfassade, welche mit der Außenluft in Berührung steht und in welche der akustische Sensor eingebaut werden soll, ist eine der Form nach passende Ausnehmung/Loch vorhanden. In dieser Ausnehmung wird das Gehäuse 10 eingesetzt. Die Ausnehmung ist entsprechend Ausführungsbeispielen - üblicherweise, aber nicht zwangsläufig - kreisförmig. Das Gehäuse 10 wird üblicherweise/entsprechend Ausführungsbeispielen, aber nicht zwangsläufig, von innen in diese Ausnehmung eingesetzt. Das Gehäuse 10 wird entsprechend Ausführungsbeispielen üblicherweise, aber nicht zwangsläufig, von innen an die Begrenzung 2a und 2i des Objekts oder an der Hausfassade befestigt.
Entsprechend einem bevorzugten aber nicht zwangsläufigen Ausführungsbeispiel bildet die akustisch durchlässige Grenzfläche 14 eine ebene Fläche zusammen mit der umliegenden Begrenzung 2a des Objekts 1 oder der Hausfassade aus. Die Fläche 14 ist aus einem akustische durchlässigen Material gebildet und kann entsprechend Ausführungsbeispielen gekrümmt oder andersartig geformt sein, beispielsweise entsprechend der Begrenzung 2a des Objekts 1 beziehungsweise Hausfassade.
Das Gehäuse 10 beinhaltet optional zur Innenseite des Objektes 1 bzw. des Gebäudes 10 hin eine akustische Isolierung 22, um Geräusche aus dem Objekt 1 bzw. dem Gebäude selbst zu unterdrücken. Diese akustische Isolierung 22 kann auf verschiedene Art und Weise umgesetzt werden und ist daher grundsätzlich nicht auf eine bestimmte Umsetzung begrenzt. Eine Ausprägung besteht in einer Füllung aus Sand, Bitumen, Schaumstoff oder anderen Materialien. Eine weitere Ausprägung besteht durch mehrere aufeinander folgende Kammern aus Luft, die auch mit Schaumstoff oder Sand oder ähnlichem Material gefüllt sein können. Eine weitere Art der Umsetzung besteht aus Schichten von verschiedenen Materialien, die unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen, mit oder ohne zusätzliche Luftpolster zwischen den Schichten.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die innere Seite des Gehäuses 10, in welchem der Schallaufnehmer 12 platziert wird, verschiedene Formen annehmen. Eine akustisch förderliche Form, die eine optimierte Aufnahme des Schalls ermöglicht, z.B. ein Trichter, wird bevorzugt.
An dieser Stelle sein angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen sich als Materialien für die akustisch durchlässige Grenzfläche 14 Hartschaumplatten aus PUR/PIR mit oder ohne zusätzliche Folierung der Oberfläche, beispielsweise der Marke Kapa eignen. Ebenfalls geeignet wären diverse feste (d.h. nicht flexible) Kunststoffe, also eine dünne Kunststoffplatte, wie z.B. HDPE. Diverse hochresistente Kunststofffolien aus Materialien wie z.B. PMMA, PTFE oder PET wären ebenfalls denkbar. Ebenso wäre ein dünnes Blech denkbar. Die Erfindung begrenzt sich nicht auf bestimmte Materialgruppen. Die genannten Materialien stellen Beispiele bzw. verschiedene Ausprägungen dar. Alle Materialien, die die oben genannten Anforderungen erfüllen, sind ebenfalls Teil dieser Erfindung. Kritisch ist in jedem Fall die Dicke der Grenzfläche. Sie stellt einen Kompromiss zwischen Robustheit bzw. mechanischer Stabilität und akustischer Durchlässigkeit dar.
Zum Schallaufnehmer: Dieser wandelt akustischen Schall in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom um. Hierbei sind alle Wandler-Prinzipien möglich. In Ausführungsbeispielen kann ein Teil des akustischen Sensors weitere Elektronik sein, welches im Gehäuse (H) verbaut wird. Eine elektronische Schnittstelle kann Teil des Sensors sein. Diese Schnittstelle führt üblicherweise, aber nicht zwangsläufig, in das Innere des Objektes. Denkbar wäre auch eine direkte Herausführung von Kabeln aus dem Gehäuse in das Innere des Objektes bzw. des Hauses. Ebenso denkbar wäre eine Übertragung der akustischen Signale über Funk.
Zur Anordnung der akustisch durchlässigen Grenzfläche 14 und der umliegenden Begrenzungen 2a des Objekts oder der Hausfassade sei angemerkt, dass diese bevorzugt eine ebene Fläche ausbilden, das heißt also bündig vorgesehen sind. So werden an diesen Flächen bei Strömungen beziehungsweise Wind im Vergleich zu anderen Lösungen kaum Windgeräusche induziert, da die Strömungen beziehungsweise der Wind entlang der Fläche vorbeiströmt und keine Unebenheit erfährt.
Bezüglich der Signalqualität gemäß dieser Lehre sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispiel ein Kompromiss zwischen dem geschlossenen und offenen System geschaffen wird. Im Vergleich zum offenen System bei Windstille ist die Übertragung des Luftschalls (bei den Materialien, die wir im Sinn haben) schlechter (z.B. eine poröse Hartschaumplatte ist nach wie vor ein festes Material, Poren ermöglichen dennoch eine bessere Schallübertragung gegenüber anderen festen Materialien aber eine schlechtere Übertragung als reiner Luftkanal oder akustische Membran), dafür verbessert sich aber die Übertragung bei z. B. Wind.
In einer anderen Ausprägung/entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die akustisch durchlässige Grenzfläche 14 von hinten (das heißt von der dem Objekt zugewandten Seite bzw. auf der Seite, auf welcher sich der Schallaufnehmer befindet) durch Streben anderer Materialien, zum Beispiel Blech oder Stahl, gestützt. Dies erhöht die Steifheit sowie die mechanische Belastbarkeit der Grenzfläche. Die Stütze kann beispielsweise gitterförmig ausgeführt sein. Die Stütze könnte eine im Vergleich ohne Stütze dünnere Grenzfläche ermöglichen, welche den Schall besser durchlässt, ohne dabei die mechanische Belastbarkeit zu gefährden.
Diese Stützen können sich also parallel zur akustischen Grenzfläche 14 als Verstärkungsstrukturen in Form von Balken oder einer Gitteranordnung erstrecken. Alternativ wäre auch eine Abstützung der Fläche 14 gegenüber der Rückseite des Gehäuses 10 durch senkrechte oder quer verlaufende Stützen denkbar.
Bezug nehmend auf Fig. 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert, wobei an dieser Stelle bereits angemerkt sei, dass die Grundstruktur von der Variante 1‘ aus Fig. 3 der Variante 1 aus Fig. 2 entspricht, darüber hinaus aber auch noch weitere optionale Merkmale vorhanden sind.
In einer weiteren Ausprägung besteht das Medium 26 zwischen schalldurchlässiger Grenzfläche 14‘ und Schallaufnehmer 12 aus einem festen Material, welches Körperschall hinreichend gut leiten kann. Der Schallaufnehmer 12 entspricht in dieser Ausprägung z.B. einem Körperschallaufnehmer oder Beschleunigungssensor, welcher an dieses Zwischenmaterial angebracht ist. In einer weiteren Ausprägung kann dieses Zwischenmaterial dem Material der schalldurchlässigen Grenzfläche gleichen; die schalldurchlässige Grenzfläche wird durch ein schalldurchlässiges Volumen ersetzt.
Insofern ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Hohlraum 26 durch eine Struktur gefüllt, die auch die mechanische Robustheit der akustisch durchlässigen Grenzfläche 14‘ verbessert.
Weitere Ausprägungen bestehen aus einer Adaption aller bisher genannten Ausprägungen, indem die akustisch durchlässige Grenzfläche 14‘ zusätzlich lackiert wird.
Das heißt also, dass die akustisch durchlässige Grenzfläche 14‘ beziehungsweise die Außenhaut 2a‘ durch eine Lackierung 28 lackiert ist. Dabei wird üblicherweise, aber nicht zwangsläufig, derselbe Lack verwendet, der auch für die umliegende Begrenzung verwendet wird, wenn diese umliegende Begrenzung denn lackiert ist. Weitere Ausprägungen/Ausführungsbeispiele ergeben sich durch eine Adaption aller bisher genannten Ausprägungen, bei welcher das Gehäuse (exklusive der schalldurchlässigen Grenzfläche, wenn vorhanden) federnd gelagert ist, um eine bessere akustische Entkopplung gegenüber Eigengeräuschen des Objektes oder des Hauses zu erzielen, wenn diese Entkopplung denn vorteilhaft für den Anwendungsfall sein sollte.
Weitere Ausprägungen/Ausführungsbeispiele ergeben sich durch eine Adaption aller bisher genannten Ausprägungen, bei welcher zusätzlich zwischen der akustisch durchlässigen Grenzfläche und der Begrenzung oder dem Gehäuse 10 oder beidem eine akustisch isolierende Schicht gebracht wird, z.B. in Form einer Gummilippe, um eine bessere akustische Entkopplung zu der Begrenzung des Objektes bzw. der Hausfassade zu erzielen, wenn diese Isolierung in dem Anwendungsfall denn vorteilhaft sein sollte.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Variante (entsprechend einem Ausführungsbeispiel) ausgehend von den oben erläuterten Basismerkmalen und optionalen Merkmalen erläutert. Die Struktur entspricht im Wesentlichen der aus Fig. 1 diskutierten, wobei eben folgende Ergänzungen/Variationen hinzukommen:
• Mikrofon als Schallaufnehmer
• Folierte Hartschaumplatte mit zusätzlicher Lackierung als akustisch durchlässiger Grenzfläche
• Kreisförmige akustisch durchlässige Grenzfläche
• Akustisch durchlässige Grenzfläche bildet zusammen mit der Begrenzung eine ebene, glatte Fläche
• Trichterförmiger Gehäuseinnenraum
• Mikrofon in der Mitte des Trichters
• Ohne Gummilippe oder gefederte Aufhängung
• Sand als akustische Isolierung
Anwendungen für Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind:
• Themenfeld „das hörende Auto“ (the hearing car) o Akustische Außenwahrnehmung / Umfelderfassung o Erfassung von Abrollgeräuschen der Reifen (Fahrbahnuntergrunderkennung) o Erfassung von Eigengeräuschen des Fahrzeugs (Self Diagnosis, Condition Monitoring) o u.v.m
• Erkennung von Geräuschen in der Umwelt • Akustische Überwachung von Straßen
• Diebstahlschutz von freistehenden Objekten (Aufzeichnung von Sprache und Geräuschen im Fall eines versuchten Diebstahls)
• Erfassung von Umweltgeräuschen bei gleichzeitiger Erfassung von Geräuschen des Objektes selbst
Bezugszeichenliste
12 Schallaufnehmer (engl.: microphone) 10 Gehäuse inklusive Halterung inklusive Wellenleiter (engl.: housing)
14 akustisch durchlässige Grenzfläche (engl.: acoustically permeable boundary)
22 akustische Dämmung/Entkopplung (engl.: acoustic insulation)
2I, 2A Begrenzung (engl.: boundary)
10H Hohlraum, z. B. Luft (engl.: air) 2 Zwischenmaterial (engl.: inner material)

Claims

Patentansprüche
1. Schallaufnahmeanordnung (5) zur Befestigung innerhalb einer Außenhülle (10) eines Objekts (1), wobei die Außenhülle (1o) eine Ausnehmung (1V) aufweist mit folgenden Merkmalen: einem Gehäuse (10), das in der Ausnehmung (1V) angeordnet ist und einen Hohlraum (10h) bildet; einer akustisch durchlässigen Grenzfläche (14), die den Hohlraum (10H) schließt; einen Schallaufnehmer (12), der im Inneren des Gehäuses (10) angeordnet ist, so dass ein Medium zwischen dem Schallaufnehmer (12) und der akustisch durchlässigen Grenzfläche (14) vorgesehen ist; wobei zwischen der akustisch durchlässigen Grenzfläche (14) und dem Gehäuse (10) ein Festkörpermaterial oder partielles Festkörpermaterial zugehörig zu der Außenhülle (1o) vorgesehen ist.
2. Schallaufnahmeanordnung (5) gemäß Anspruch 1 , wobei die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) eine Fortsetzung der Außenhülle (1o) bildet.
3. Schallaufnahmeanordnung (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Medium oder zumindest ein Teil des Mediums durch ein schalldurchlässiges Volumen gebildet ist, das die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) aufweist.
4. Schallaufnahmeanordnung (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen einer Innenseite des Gehäuses (10) und dem Schallaufnehmer (12) ein akustischer Isolator vorgesehen ist, insbesondere ein akustischer Isolator, der Sand, Bitumen, Schaumstoff, polymere Kammern aufweist; und/oder wobei die Innenseite des Gehäuses (10) akustisch isoliert ist.
5. Schallaufnahmeanordnung (5) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) über eine Rückseite des Gehäuses(10) mit der Außenhülle (1o) beziehungsweise einer Hinterfüllung der Außenhülle (1o) beziehungsweise dem Objekt (1) verbunden ist.
6. Schallaufnahmeanordnung (5) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausnehmung (1V) und/oder der Hohlraum (10h) des Gehäuses (10) eine Trichterform aufweist.
7. Schallaufnahmevorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) eines der folgenden Materialien aufweist: folierte Hartschaumplatte
Hartschaumplatte
PUR oder PIR
Kunststoffplatte
HDPE hochresistente Kunststofffolie
PMMA, PTFE oder PET Blech.
8. Schallaufnahmeanordnung (5) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die akustisch durchlässige Grenzfläche(14) und/oder die Außenhülle (1o) eine Lackierung aufweist.
9. Schallaufnahmevorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die ferner zumindest eine Gummilippe aufweist, die am Übergang der akustisch durchlässigen Grenzfläche (14) und der Außenhülle (1o) vorgesehen ist.
10. Schallaufnahmevorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) durch eine gefederte Aufhängung und/oder Lagerung mit dem Gehäuse (10) verbunden ist.
11. Schallaufnahmevorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Festkörpermaterial oder partielle Festkörpermaterial die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) aufweist oder bildet; wobei das Festkörpermaterial oder partielle Festkörpermaterial mit der akustisch durchlässigen Grenzfläche (14) verbunden ist oder wobei das Festkörpermaterial oder partielle Festkörpermaterial mit der akustisch durchlässigen Grenzfläche (14) verbunden ist und wobei die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) durch eine Blech, lackiertes Blech, einen Lackträgerschicht oder ein Oberflächenelement geformt ist. .
12. Schallaufnahmeanordnung (5) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) gekrümmt ist und/oder aus der Ebene herausragt oder in die Ebene hineinragt; und/oder wobei die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) und/oder das Gehäuse (10) und/oder die Ausnehmung (1V) kreisförmig sind.
13. Schallaufnahmeanordnung (5) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Außenhülle (1o) und die akustisch durchlässige Grenzfläche (14) eine Ebene oder gekrümmte Ebenen oder Oberfläche oder gekrümmte Oberfläche bilden.
14. Schallaufnahmeanordnung (5) zur Befestigung hinter einer Außenhülle (10) eines Objekts (1), mit folgenden Merkmalen: einem Gehäuse (10), das in einer Ausnehmung (1V) hinter der Außenhülle (10) angeordnet ist und einen Hohlraum (10h) bildet; einer akustisch durchlässigen Grenzfläche (14), die Teil der Außenhülle (10) ist und den Hohlraum (10H) schließt; einen Schallaufnehmer (12), der im Inneren des Gehäuses (10) angeordnet ist, so dass ein Medium zwischen dem Schallaufnehmer (12) und der akustisch durchlässigen Grenzfläche (14) vorgesehen ist; wobei zwischen der akustisch durchlässigen Grenzfläche (14) und dem Gehäuse (10) ein Festkörpermaterial oder partielles Festkörpermaterial vorgesehen ist. Außenwand als Objekt (1) oder Wand als Objekt (1) mit einer Schallaufnahmevorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche. Bewegliches oder bewegbares Objekt (1), insbesondere Fahrzeug, Flugzeug oder Boot mit einer Schallaufnahmevorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
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