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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Zusatzheizgeräteanordnung für ein Fahrzeug
mit einem Zusatzheizgerät
und einem Abgasrohr zum Abführen
von Abgas entlang eines Abgasabführweges
vom Zusatzheizgerät
zu einem Abgasaustritt. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug
mit einer solchen Zusatzheizgeräteanordnung.
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Zusatzheizgeräteanordnungen
werden bei Fahrzeugen verwendet, um beispielsweise einen Fahrgastraum
des Fahrzeugs zu beheizen oder ein Antriebsaggregat im Fahrzeug
vorzuwärmen.
Die Abgasrohre, die in diesen Zusatzheizgeräteanordnungen zum Abführen des
Abgases der Zusatzheizgeräte
entlang eines Abgasabführweges
verwendet werden, haben üblicherweise über den
Abgasabführweg
hinweg eine annähernd
gleich große
Querschnittsfläche,
welche vom Abgas durchströmt
werden kann. Zur Senkung der Geräuschemissionen
der zugehörigen
Zusatzheizgeräte
werden Schalldämpfer
eingesetzt, die allerdings die Geräuschs, insbesondere im unteren
Frequenzbereich, nur unbefriedigend begrenzen.
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Zugrunde liegende
Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräuschemission beim Einsatz einer
Zusatzheizgeräteanordnung
an einem Fahrzeug vergleichsweise kostengünstig zu reduzieren.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer gattungsgemäßen Zusatzheizgeräteanordnung
gelöst,
bei der das Abgasrohr einen ersten Rohrabschnitt aufweist, der im
Abgasabführweg
heizgeräteseitig
angeordnet ist, einen zweiten Rohrabschnitt, der im Abgasabführweg abgasaustrittsseitig
angeordnet ist, und einen dritten Rohrabschnitt, der im Abgasabführweg zwischen
dem ersten und dem zweiten Rohrabschnitt angeordnet ist und der
eine vom Abgas druchströmbare
Querschnittsfläche
hat, die kleiner als die jeweilige Querschnittsfläche des
ersten und des zweiten Rohrabschnittes ist. Die Erfindung ist ferner
mit einem Fahrzeug gelöst,
das mit einer derartigen erfindungsgemäßen Zusatzheizgeräteanordnung
versehen ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Gestaltung
eines Abgasrohres an einem Zusatzheizgerät wird eine merkliche Geräuschreduzierung
einfach und kostengünstig
sowie platzsparend erreicht. Dies gilt insbesondere im unteren Frequenzbereich < 300 Hz.
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Untersuchungen
haben gezeigt, dass auf Grund der Erfindung Geräuschemissionen in diesem unteren
Frequenzbereich um ca. 3 dB gegenüber einem Abgasrohr mit gleich
bleibend großer
Querschnittsfläche über den
Abgasabführweg
hinweg reduziert werden.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine Verjüngung des
Abgasrohres ein Gegendruck im Abgasstrom erzeugt wird, der zu einer
Geräuschminderung
führt.
Grundsätzlich
sollte eigentlich an einem Zusatzheizgerät in dessen Abgasabführweg kein
Gegendruck erzeugt werden, denn Gegendruck führt zu einer verringerten Abfuhr von
Brenngasen aus dem Heizgerät
und damit zu einem Stau der Brenngase innerhalb der Brennkammer
des Heizgerätes.
Ein solcher Stau verringert die Heizleistung bzw. erfordert eine
erhöhte
Leistung der Fördereinrichtungen
für das
Brenngas und gegebenenfalls auch den zuzuführenden Brennstoff.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß jedoch
umgangen. Um eine gleichzeitige Absenkung der Heizleistung auf Grund
des Gegendrucks bzw. Druckverlustes weitgehend zu vermeiden, ist
gemäß der Erfindung
nach einer Verjüngung
am Abgasrohr (dritter Rohrabschnitt) dieses Abgasrohr wieder an einer
Aufweitung in seiner Quer schnittsfläche vergrößert (zweiter Rohrabschnitt).
Die Aufweitung ist vorteilhaft insbesondere unmittelbar in der Nähe des Abgasaustritts
vorgesehen. Die Aufweitung wirkt als Diffusor und kompensiert größtenteils
den durch die Verjüngung
auftretenden Druckverlust. Ferner wird durch die im Vergleich zum
verjüngten
dritten Rohrabschnitt große
Querschnittsfläche
des zweiten Rohrabschnittes die Ausströmgeschwindigkeit der Abgase
aus dem Abgasrohr stark reduziert, wodurch vorteilhafterweise zusätzliche
Geräusche
aufgrund von Luft/Luft-Reibung beim Abgasaustritt vermieden werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Verjüngung eines
Mittelabschnitts eines Abgasrohres wird ferner die Steifheit und
Stabilität
des Abgasrohres selbst erhöht
und verbessert. Das Abgasrohr selbst hat daher ein verändertes,
verbessertes Schwingungsverhalten, was ebenfalls zu einer verringerten
Geräuschentwicklung
führt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in dem Abgasabführweg ein
Schalldämpfer
vorgesehen, der insbesondere in dem Abgasrohr zwischen dem Zusatzheizgerät und dem
ersten Rohrabschnitt angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine
große
Bandbreite an Geräusch
auf besonders einfache Weise gedämpft
werden. Während
der Schalldämpfer
insbesondere zum Dämpfen
von Geräusch
im mittleren und hohen Frequenzbereich ausgelegt werden kann, wird
mit dem erfindungsgemäß abschnittsweise
im Querschnitt verringerten Abgasrohr eine Dämpfung insbesondere im tiefen
Frequenzbereich erzielt. Durch die erfindungsgemäße Kombination von Schalldämpfer und
Abgasrohr wird auf diese Weise der Geräuschpegel von Heizgeräten in nebeneinander
angeordneten bzw. einander geringfügig überlappenden Frequenzbereichen
umfassend gedämpft.
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Ferner
ist in dem Abgasrohr vorteilhaft ein Krümmer vorgesehen, der insbesondere
in dem dritten, im Querschnitt verringerten Rohrabschnitt angeordnet
sein sollte. Der Krümmer
wirkt als zusätzliches Stauelement,
mittels dem die Strömungsgeschwindigkeit
im dritten Rohrabschnitt weiter verringert werden kann. Darüber hinaus
wirkt sich die mit dem Krümmer
erzielte Umlenkung des Abgasstroms vorteilhaft auf den Geräuschpegel
aus.
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Die
drei erfindungsgemäß vorgesehenen Rohrabschnitte
sollten fest miteinander verbunden sein. Eine solche Verbindung
kann z.B. durch Schweißen
hergestellt sein. Besonders vorteilhaft ist aber auch eine einstückige Gestalt
des erfindungsgemäßen Abgasrohres
im Bereich der drei genannten Rohrabschnitte, die beispielsweise
durch einen Tiefziehprozess oder Pressvorgang hergestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße Verringerung
der vom Abgas durchströmbaren
Querschnittsfläche
entlang eines bestimmten Rohrabschnitts innerhalb eines Abgasrohres
an einem Heizgerät
kann alternativ auch durch einen Körper bzw. ein Element gestaltet werden,
welcher bzw. welches im Inneren des Abgasrohres im Strömungsweg
des Abgases angeordnet ist. Ziel ist es, dass entlang eines gewissen
Abschnitts des Abgasrohres die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases
gleichmäßig verringert
ist, was dazu führt,
dass innerhalb dieses Rohrabschnittes aufgrund der veränderten
Strömungs-
und Reibungssituation des Abgases Druckwellen in einem anderen Frequenzbereichen
abgebaut werden, als in anderen Abgasrohrabschnitten.
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Die
Querschnittsfläche
des zweiten Rohrabschnittes beträgt
in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das
wenigstens 1,3- bis 1,7-fache, insbesondere das wenigstens 1,5-fache der
Querschnittsfläche
des dritten Rohrabschnittes. Dadurch können besonders effektiv die
Ausströmgeschwindigkeit
des Abgases, und damit das Geräusch bei
dessen Austritt, verringert werden.
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Damit
das erfindungsgemäße Abgasrohr kostengünstig hergestellt
werden kann, sollten die Rohabschnitte vorteilhaft im Querschnitt
kreisförmig sein.
Der erste Rohrabschnitt hat vorteilhaft einen Ionendurchmesser von
zirka 20 mm bis zirka 24 mm, insbesondere zirka 22 mm, der zweite
Rohrabschnitt hat ferner vorteilhaft einen Innendurchmesser zwischen
zirka 18 mm und zirka 22 mm, insbesondere zirka 20 mm und der dritte
Rohrabschnitt vorteilhaft einen Innendurchmesser zwischen zirka
14 mm und zirka 18 mm, insbesondere zirka 16 mm. Mit diesen Abmessungen
wird für
den Anwendungsfall eines Zusatzheizgerätes für Kraftfahrzeuge eine Abgas-Schalldämpfung erzielt,
die bei gleichzeitig begrenztem Druckverlust Geräusche besonders effektiv vermindert.
Durch den begrenzten Druckverlust wird eine Verringerung der Heizleistung
vermieden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der beigefügten
schematischen Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigt:
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1 einen
teilweisen, stark vereinfachten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Zusatzheizgeräteanordnung.
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Detaillierte
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
in einem stark vereinfachten Längsschnitt
eine Zusatzheizgeräteanordnung 10 für ein Kraftfahrzeug
mit einem Zusatzheizgerät 12 und einem
daran angeordneten Abgasrohr 14 dargestellt. Das Zusatzheizgerät 12 ist
mit dem Abgasrohr 14 derart verbunden, das die beim Brennen
einer Flamme im Zusatzheizgerät 12 entstehenden
Abgase durch das Abgasrohr 14 entlang einem Abgasabführweg vom
Zusatzheizgerät 12 zu
einem Abgasaustritt 16 nach außen abgeführt werden.
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In 1 ist
die Richtung des Abgasabführweges
bzw. die Strömungsrichtung
der Abgase im Abgasrohr 14 mit einem Pfeil dargestellt
und mit Bezugszeichen 18 gekennzeichnet.
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In
das Abgasrohr 14 ist ein Schalldämpfer 20 eingesetzt,
der dazu dient, die vom Abgas verursachten Geräusche insbesondere im hohen
und im mittleren Frequenzbereich des vom Zusatzheizgerät 12 emittierten
Schalls zu dämpfen.
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Das
Abgasrohr 14 setzt sich insgesamt aus einem ersten Rohrabschnitt 22,
einem zweiten Rohrabschnitt 24, einem dritten Rohrabschnitt 26 und
einem vierten Rohrabschnitt 28 zusammen, die unterschiedlich
ausgestaltet sind.
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Mit
dem vierten Rohrabschnitt 28 ist das Zusatzheizgerät 26 mit
einem Einlassstutzen des Schalldämpfers 20 verbunden.
Der Schalldämpfer 20 weist
an seinem Ausgang einen Auslassstutzen 32 auf, an den sich
der erste Rohrabschnitt 22 anschließt. Der erste Rohrabschnitt 22 geht
in den dritten Rohrabschnitt 26 und dieser in den zweiten
Rohrabschnitt 24 über.
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Die
Abgasrohrsabschnitte 22, 24, 26 und 28 haben
verschieden große,
vom Abgas durchströmbare,
kreisförmige
Querschnittsflächen.
Die Querschnittsfläche
des ersten Rohrabschnitts 22 ist größer als die Querschnittsfläche des
dritten Rohrabschnittes 26. Am Übergang dieser beiden Rohrabschnitte 22 und 26 verjüngt sich
also das Abgasrohr 14. Mit der im dritten Rohrabschnitt 26 vorgesehenen Verjüngung des
Strömungsweges
des Abgases wird innerhalb des Abgasrohres 14 in Strömungsrichtung hinter
dem Schalldämpfer 20 eine
geringe Stauwirkung erzielt.
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Diese
Stauwirkung verändert
die Druckverhältnisse
innerhalb des strömenden
Abgases und führt
zu einer erheblichen Reduzierung des Geräuschpegels der Schallemission
am Zusatzheizgerät 12.
Die Reduzierung beträgt
zirka 2 bis 3 dB(A) insbesondere im Frequenzbereich von < 300 Hz. Der Gesamtschallpegel
am Abgasaustritt 16 wird um zirka 2 dB(A) verringert.
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Die
Stauwirkung ist dennoch derart gering bemessen, dass es nicht zu
einer Absenkung der Heizleistung des Zusatzheizgerätes 12 kommt.
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Die
Querschnittsfläche
des zweiten Rohrabschnitts 24 ist ebenfalls größer als
die Querschnittsfläche
des dritten Rohrabschnittes 26. Am Übergang dieser beiden Rohrabschnitte 24 und 26 weitet
sich also das Abgasrohr 14 auf. Sowohl die Verjüngung als
auch die Aufweitung des Abgasrohres 14 sind mit im Wesentlichen
kegelstumpfförmigen Übergängen 34 und 36 gestaltet,
wobei die Innenseite des Abgasrohres an diesen Abschnitten im Wesentlichen
ohne Kanten gestaltet ist.
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Der
Innendurchmesser des dritten Rohrabschnittes 22 beträgt 16 mm
und der Innendurchmesser des zweiten Rohrabschnittes 24 beträgt 20 mm. Der
Innendurchmesser des ersten Rohrabschnittes 22 kann einfachheitshalber
die gleiche Größe haben, wie
der zweite Rohrabschnitt 24. Hinsichtlich der angestrebten
Geräuschdämmung ist
es aber vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser des ersten Rohrabschnitts 24 etwas
größer ist.
Die Querschnittsfläche des
zweiten Rohrabschnittes 16 beträgt das zirka 1,5-fache der
Querschnittsfläche
des dritten Rohrabschnittes 26. Diese Vergrößerung führt zu einer
Verringerung der Ausströmgeschwindigkeit
des Abgases am zweiten Rohrabschnitt 26 und damit zu einer Diffusorwirkung
welche das Geräusch
beim Austritt des Abgases verringert. Die Wirkung des wieder aufgeweiteten
zweiten Rohrabschnitts 24 als Diffusor trägt ferner
dazu bei, dass sich die oben genannten Druckverluste aufgrund der
im dritten Rohrabschnitt 26 erzielten Stauwirkung deutlich
verringern bzw. durch eine Sogwirkung im zweiten Rohrabschnitt 24 zumindest
größtenteils
wieder kompensiert werden. So wird beispielsweise durch den dritten
Rohrabschnitt 26 zunächst
eine Stauwirkung mit einem Druckverlust von zirka 3,5 mbar erzielt,
die dann durch die Diffusorwirkung durch eine Verringerung des Druckverlustes
um zirka 1,0 mbar auf insgesamt 2,5 mbar verringert wird. Mit einer
derartigen Gestaltung eines Abgasrohres 14 an einem Zusatzheizgerät 12 können die
Druckverluste innerhalb des Abgasabführweges insgesamt zirka 2 mbar
unter dem maximal zulässigen
Druckverlust gehalten werden, welcher gemäß bekannter Spezifikationen
bzw. Pflichtenhefte von Zusatzheizgeräteanordnungen 10 zu
einer Heizleistungsabsenkung am zugehörigen Zusatzheizgerät 12 führen würde.
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Die
hintereinander angeordneten Rohrabschnitte 22, 24 und 26 sind
durch einen Pressvorgang aus einem einzelnen Rohr hergestellt. Dadurch ist
insbesondere die Montage einfach und es ist auf besonders einfache
Weise sichergestellt, dass an den Übergängen 34 und 36 keine
Abgase austreten können.
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Das
Abgasrohr 14 weist im dritten Rohrabschnitt 26 einen
Krümmer 38 auf,
mit dem die Strömungsrichtung 18 im
Abgasabführweg
in einem Winkel von zirka 90° umgelenkt
wird. Der Krümmer 38 ist insbesondere
im dritten Rohrabschnitt 26 vorgesehen, weil dieser eine
gegenüber
den Rohrabschnitten 22 und 24 vergleichsweise
große
Länge aufweist. Der
dritte Rohrabschnitt 26 ist hier wenigstens doppelt so
lang, wie der erste Rohrabschnstt 22, wodurch eine gute
Geräuschdämpfung gewährleistet wird.
Ferner wirkt der Krümmer 38 aufgrund
der erzielten Strömungsumlenkung
selbst als Stauelement.
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Abschließend sei
angemerkt, dass sämtlichen
Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den
abhängigen
Ansprüchen genannt
sind, trotz dem vorgenommenen formalen Rückbezug auf einen oder mehrere
bestimmte Ansprüche,
auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz
zukommen soll.
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- 10
- Zusatzheizgeräteanordnung
- 12
- Zusatzheizgerät
- 14
- Abgasrohr
- 16
- Abgasaustritt
- 18
- Richtung
des Abgasströmungsweges
- 20
- Schalldämpfer
- 22
- erster
Rohrabschnitt
- 24
- zweiter
Rohrabschnitt
- 26
- dritter
Rohrabschnitt
- 28
- vierter
Rohrabschnitt
- 30
- Einlassstutzen
- 32
- Auslassstutzen
- 34
- kegelstumpfförmiger Übergang
- 36
- kegelstumpfförmiger Übergang
- 38
- Krümmer