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Die
Erfindung betrifft ein Gehäuse,
insbesondere ein Gussgehäuse,
mit einem durchströmbaren Gasführungskanal
und einer den Gasführungskanal in
Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise umgebenden Resonanzkammer,
wobei der Gasführungskanal
und die Resonanzkammer eine gemeinsame Wandung aufweisen und über eine
Verbindungsöffnung
miteinander kommunizieren. Die Resonanzkammer ermöglicht eine
Bedämpfung
von Schall in bestimmten Frequenzbereichen durch eine phasenverschobene Überlagerung
von Schallwellen.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
mit einem Gehäuse
und einem Laufzeug.
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Aus
der
DE 199 02 951
A1 ist Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt,
die ein als Leitungsabschnitt bezeichnetes Gehäuse umfasst. Das Gehäuse beinhaltet
einen als Hauptquerschnitt gekennzeichneten Gasführungskanal und mindestens
eine als Resonanzrohr bezeichnete Resonanzkammer. Die Resonanzkammer
und der Gasführungskanal
sind über
eine Verbindungsöffnung
miteinander verbunden. Das Gehäuse
ist bevorzugt aus Kunststoff hergestellt. Der bedämpfte Frequenzbereich
ist durch die Länge
des Strangpressprofils bestimmt.
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Aus
der
DE 10 2004
049 446 A1 ist eine Vorrichtung zur Absenkung von Strömungsgeräuschen bekannt,
die ein Gehäuse
in Form eines Mantels und einen Gasführungskanal in Form eines Innenrohrs umfasst.
Das Gehäuse
weist an einer Außenseite eine
Ausbuchtung oder Ringkammer auf. Der Gasführungskanal ist in das Gehäuse einschiebbar.
In eingeschobenem Zustand ist dabei eine Resonanzkammer durch eine
Wandung der Ausbuchtung oder der Ringkammer und durch eine Wandung
des Innenrohrs gebildet. Das Gehäuse
und der Gasführungskanal
sind bevorzugt aus Kunststoff gefertigt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gehäuse bereitzustellen, welches
auf einfache Weise eine Schalldämpfung
ermöglicht
und sich durch eine besonders einfache Herstellbarkeit auszeichnet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
Abgasturbolader mit einer verringerten Schallemission bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Gehäuse
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei mündet eine Resonanzkammer an
einem Ende in eine Öffnung
an einer Außenseite
des Gehäuses
aus, wobei die Öffnung
der Resonanzkammer mit Hilfe eines Anschlussstücks verschließbar ist.
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Das
Gehäuse
kann beispielsweise in Spritzgusstechnik oder Druckgusstechnik hergestellt
sein. Als Material können
insbesondere eine Metall-Legierung oder Kunststoff vorgesehen sein.
Die Resonanzkammer ist bei der Herstellung des Gehäuses bevorzugt
durch eine entsprechende Formgebung der Gussform oder durch Einlegen
eines Gusskerns gebildet. Nach dem Giessen wird die Gussform oder der
Gusskern aus dem Gehäuse
herausgezogen, wobei eine Öffnung
an einer Außenseite
des Gehäuses
entsteht, in die die Resonanzkammer ausmündet. Die Öffnung ist mit Hilfe des Anschlussstücks verschließbar, so dass
ein Volumen im Inneren der Resonanzkammer durch die Wandungen der
Resonanzkammer und durch das Anschlussstück begrenzt ist.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gehäuse mehrere,
in Längsrichtung
des Gasführungskanals
zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnete Resonanzkammern, die
jeweils unterschiedliche Querschnittsflächen und/oder unterschiedliche
Abmessungen in Längsrichtung
des Gasführungskanals
und/oder unterschiedliche Volumen aufweisen. Die mehreren Resonanzkammern
sind dabei bevorzugt auf unterschiedliche Frequenzbereiche abgestimmt,
so dass durch verschiedene Resonanzkammern verschiedene Frequenzbereiche
bedämpft
sind. Die einzelnen Resonanzkammern sind jeweils über mindestens
eine Verbindungsöffnung
mit dem Gasführungskanal
verbunden. Die Resonanzkammern münden
bevorzugt in eine oder mehrere Öffnungen
an einer Außenseite des
Gehäuses
aus, die wiederum über
ein oder mehrere Anschlussstücke
verschließbar
sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei
Resonanzkammern in Umfangsrichtung des Gasführungskanals unmittelbar benachbart
zueinander angeordnet und weisen eine gemeinsame Trennwand auf.
Dadurch ist eine besonders Platz sparende Anordnung der Resonanzkammern
gegeben. Die Trennwand erstreckt sich bevorzugt in Längsrichtung
des Gasführungskanals
sowie in radialer Richtung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Verbindungsöffnung zwischen
einer Resonanzkammer und dem Gasführungskanal an einem der Öffnung an
der Außenseite
des Gehäuses zugewandten
Rand der Wandung angeordnet. Damit ist eine besonders herstellungsfreundliche
Anordnung der Verbindungsöffnung
gegeben. Insbesondere kann die Verbindungsöffnung be reits beim Giessen
des Gehäuses
erzeugt werden, indem die Gussform mit Formmaterial an der Stelle
der späteren
Verbindungsöffnung
ausgestattet ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Wandung zwischen
der Resonanzkammer und dem Gasführungskanal
durch einen rohrförmigen
Einsatz gebildet, welcher über
die Öffnung
an der Außenseite
des Gehäuses
einsetzbar ist. Der Einsatz kann lösbar oder unlösbar mit
dem Gehäuse verbunden
sein, wobei die Verbindung bevorzugt kraftschlüssig, formschlüssig oder
stoffschlüssig
ausgeführt
ist. Bei eingesetztem Einsatz ist die Resonanzkammer durch eine
Wandung des Einsatzes und eine Wandung des Gehäuses in radialer Richtung begrenzt.
In dem Einsatz ist mindestens eine Verbindungsöffnung angeordnet, über die
die Resonanzkammer mit dem Gasführungskanal
verbunden ist. Der Einsatz ermöglicht
insbesondere, Verbindungsöffnungen
in einfacher Weise an beliebigen Stellen in der Wandung zwischen
Resonanzkammer und Gasführungskanal
zu positionieren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Einsatz Trennwände, durch
die in eingesetztem Zustand einzelne Resonanzkammern voneinander
getrennt sind. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Trennwände mit
Hinterschneidungen darzustellen, die in einem Gussverfahren erschwert
herstellbar sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Einsatz mit dem
Anschlussstück
verbunden. Anschlussstück
und Einsatz lassen sich somit in einem Arbeitsschritt montieren,
wodurch die Zahl der Montageschritte verringert ist. Ferner ist
bei dieser Ausgestaltungsform die Zahl der Dichtstellen reduziert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner gelöst durch
einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Der Abgasturbolader umfasst
ein Gehäuse,
insbesondere ein Gussgehäuse,
und ein Laufzeug. Das Gehäuse
beinhaltet einen durchströmbaren
Luftführungsabschnitt
und einen durchströmbaren
Abgasführungsabschnitt.
Das Laufzeug umfasst ein Verdichterrad zum Ansaugen und Verdichten
von Luft, ein Turbinenrad zur Expansion von Abgas und eine Welle
zur drehfesten Verbindung des Verdichterrads mit dem Turbinenrad.
Dabei ist das Verdichterrad im Luftführungsabschnitt drehbar angeordnet
und das Turbinenrad ist im Abgasführungsabschnitt drehbar positioniert.
Im Betrieb rotiert das Laufzeug mit einer hohen Umdrehungszahl,
woraus eine hochfrequente Schallabstrahlung resultiert. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Abgasturboladers ermöglicht
es insbesondere, eine Schallabstrahlung des Abgasturboladers in
einem breiten und hohen Frequenzbereich wirksam zu bedämpfen.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gasführungskanal als eine erste
Einlassleitung oder eine erste Auslassleitung des Luftführungsabschnitts oder
als eine zweite Einlassleitung oder eine zweite Auslassleitung des
Abgasführungsabschnitts
ausgebildet. Damit sind wesentliche Wege einer Schallausbreitung
aus dem Abgasturbolader bedämpft.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Gehäuse des
Abgasturboladers eine Resonanzkammer vorgesehen, die mit einer ersten Leitung über eine
erste Verbindungsöffnung
kommuniziert und die mit einer zweiten Leitung über eine zweite Verbindungsöffnung kommuniziert.
Als erste Leitung ist dabei insbesondere eine der vier Leitungen
erste Einlassleitung, erste Auslassleitung, zweite Einlassleitung
oder zweite Auslassleitung vorgesehen. Als zweite Leitung ist insbesondere
eine andere der vier genannten Leitungen vorgesehen. In dieser Ausgestaltungsform
kommuniziert eine Resonanzkammer mit zwei oder mehr voneinander
getrennten Leitungen. Dadurch ist es insbesondere möglich, eine
Schallabstrahlung in zwei oder mehr voneinander getrennten Leitungen
gemeinsam zu bedämpfen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Gehäuse des
Abgasturboladers mindestens zwei Resonanzkammern vorgesehen, von
denen eine erste Resonanzkammer mit einer ersten Leitung über eine
erste Verbindungsöffnung kommuniziert,
und von denen eine zweite Resonanzkammer mit einer zweiten Leitung über eine
zweite Verbindungsöffnung
kommuniziert. Jede Resonanzkammer ist dabei bevorzugt auf einen
für die
jeweilige Leitung relevanten Frequenzbereich abgestimmt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei
Resonanzkammern über eine
Verbindungsleitung miteinander verbunden. Die Verbindungsleitung
kann beispielsweise als separate Leitung oder als Kanal im Gehäuse des
Abgasturboladers ausgeführt
sein. Die Verbindungsleitung ermöglicht
eine Kommunikation zwischen den zwei Resonanzkammern. Auf diese
Weise lässt
sich insbesondere der Frequenzbereich beeinflussen, in dem die Schallabstrahlung
bedämpft
wird.
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Weitere
Merkmale sowie Merkmalskombinationen sind den Ansprüchen sowie
der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben sind.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader,
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2 einen
Schnitt durch ein Gehäuse
des Abgasturboladers in Blickrichtung der Pfeile II-II gemäß 1,
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3 einen
Schnitt durch das Gehäuse
in Blickrichtung der Pfeile III-III gemäß 2 und
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4 einen
Schnitt durch das Gehäuse
in Blickrichtung der Pfeile IV-IV gemäß 2.
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In 1 ist
ein Schnitt durch einen Abgasturbolader 1 für eine Brennkraftmaschine
dargestellt. Der Abgasturbolader 1 umfasst ein als Gussgehäuse 2 ausgeführtes Gehäuse mit
einem durchströmbaren Luftführungsabschnitt 3,
einem durchströmbaren
Abgasführungsabschnitt 4 und
einem Lagerabschnitt 5. In dem Gussgehäuse 2 ist ein Laufzeug 6 angeordnet,
welches ein Verdichterrad 7 um Ansaugen und Verdichten
von Luft, ein Turbinenrad 8 zur Expansion von Abgas und
eine Welle 9 zur drehfesten Verbindung des Verdichterrades 7 mit
dem Turbinenrad 8 umfasst. Das Verdichterrad 7 ist
im Luftführungsabschnitt 3 drehbar
angeordnet, das Turbinenrad 8 ist im Abgasführungsabschnitt 4 drehbar
positioniert und die Welle 9 ist im Lagerabschnitt 5 drehbar
gelagert. Über
einen Gasführungskanal
in Form einer Einlassleitung 10 ist ein Gas in Form von
Luft dem Verdichterrad zuführbar.
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Entlang
der Einlassleitung 10 sind im Gussgehäuse 2 drei Resonanzkammern 11 angeordnet (2).
Jeweils eine Resonanzkammer 11 und die Einlassleitung 10 weisen
eine gemeinsame Wandung 12 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel
als Gusssteg des Gussgehäuses 2 ausgeführt ist.
Die Resonanzkammern 11 erstrecken sich in Richtung einer
Längsachse 13 der
Einlassleitung 10 (4). Durch
die parallele Anordnung von Einlassleitung 10 und Resonanzkammern 11 ist
eine besonders kompakte Bauweise gegeben. Die Resonanzkammern 11 sind
durch Trennwände 14 voneinander
getrennt, die in Längsrichtung
der Einlassleitung 10 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel
umschließen
die Resonanzkammern 11 die Einlassleitung 10 vollständig. Ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen, können die Resonanzkammern 11 jedoch
auch in Umfangsrichtung voneinander abgesetzt angeordnet sein. Des
Weiteren können
entlang der Einlassleitung 10 auch eine, zwei, vier, fünf oder
mehr Resonanzkammern 11 vorgesehen sein.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass die Resonanzkammern 11 an einem Ende
in eine Öffnung 15 an
einer Außenseite 16 des
Gussgehäuses 2 ausmünden. Die Öffnung 15 ist
mit Hilfe eines Anschlussstücks 17 verschließbar (1 und 4).
Das Anschlussstück 17 ist über einen
Flansch 18 in nicht näher
dargestellter Weise mit dem Gussgehäuse 2 lösbar oder unlösbar verbunden,
beispielsweise verschraubt, verschweißt, vernietet oder verklebt.
In diesem Ausführungsbeispiel
sind mit einem Anschlussstück 17 alle Öffnungen 15 der
einzelnen Resonanzkammern 11 verschließbar. In dem Anschlussstück 17 ist
eine Durchleitung 19 angeordnet, über die die Luft der Einlassleitung 10 zuführbar ist.
Das Anschlussstück 17 umfasst
einen Stutzen 20, an den eine nicht dargestellte Zuleitung
oder eine vorgeschaltete Baugruppe der Brennkraftmaschine in grundsätzlich bekannter
Weise anschließbar
ist. In einem modifizierten, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Anschlussstück
einstückig
mit der Zuleitung oder der vorgeschalteten Baugruppe ausgeführt. Dadurch lässt sich
die Zuleitung oder die vorgeschaltete Baugruppe direkt an dem Gehäuse des
Abgasturboladers befestigen, wobei die Resonanzkammern im Gussgehäuse durch
den Flansch des Anschlussstücks
verschlossen sind.
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Die
Resonanzkammern 11 sind jeweils über eine Verbindungsöffnung 21 mit
der Einlassleitung 10 verbunden. Die Verbindungsöffnungen 21 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
an einem der Öffnung 15 an
der Außenseite
des Gussgehäuses 2 zugewandten
Rand der Wandung 12 angeordnet, woraus sich fertigungstechnische
Vorteile ergeben.
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Mit
Hilfe der Resonanzkammern 11 lassen sich Schallwellen überlagern.
Dabei kommt es in einem Frequenzbereich, in dem ein Phasenverzug
zwischen den überlagerten
Schallwellen annähernd 180° beträgt, zumindest
zu einer Teillöschung
der Schallwellen und somit zu einer Schalldämpfung. In dem hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel
sind die Resonanzkammern 11 über die Verbindungsöffnungen 21 mit
der Einlassleitung 10 verbunden. Eine Verbindungsöffnung 21 weist
dabei eine zumindest annähernd
gleiche Querschnittsfläche
auf wie die dazugehörige
Resonanzkammer 11. Im Betrieb können sich Schallwellen aus
der Einlassleitung 10 in die Resonanzkammern 11 ausbreiten.
An den Wänden
und insbesondere an einem Boden 22 der Resonanzkammer 11 werden
die Schallwellen reflektiert, so dass sich einlaufende Schallwellen
und reflektierte Schallwellen überlagern.
Um an der Verbindungsöffnung 21 eine
Phasenverschiebung von 180° für Schallwellen
einer bestimmten Frequenz zu erzielen, sollte die Länge der
Resonanzkammer 11 in etwa ein Viertel der Wellenlänge des
zu löschenden
Schalls betragen.
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Ein
Frequenzbereich des zu löschenden Schalls
kann durch eine entsprechende Formgebung der Resonanzkammer 11 vergrößert werden.
Dabei ist die Resonanzkammer 11 in einer Art auszugestalten,
aus der sich unterschiedliche Rücklauflängen für die reflektierten
Schallwellen ergeben. Beispielsweise kann der Boden 22 der
Resonanzkammer 11 kegelförmig, kugelförmig, konvex,
konkav und/oder angeschrägt
ausgeführt
sein. Eine weitere Vergrößerung des
Frequenzbereichs des zu löschenden Schalls
lässt sich
erreichen, indem mehrere Resonanzkammern 11 mit unterschiedlichen
Abmessungen in Längsrichtung
der Einlassleitung 10 ausgestaltet sind, so dass verschiedene
Resonanzkammern jeweils unterschiedliche Rücklauflängen für die reflektierten Schallwellen
aufweisen.
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In
einem modifizierten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Resonanzkammern
als Nebenschlussresonatoren ausgeführt. Dabei sind die Resonanzkammern über mehrere
Verbindungsöffnungen
und/oder über
eine schlitzförmige
Verbindungsöffnung
und/oder eine langlochförmige
Verbindungsöffnung
mit der Einlassleitung verbunden. Sind mehrere Verbindungsöffnungen
vorgesehen, können die
einzelnen Verbindungsöffnungen
unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Luftvolumen und Luftmassen
in der Resonanzkammer, in der Einlassleitung und in den Verbindungsöffnungen
bilden zusammen ein schwingungsfähiges
System, mit dessen Hilfe Schallwellen in der Einlassleitung in einem vergleichsweise
breitbandigen Frequenzbereich gedämpft werden können.
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Das
Gussgehäuse 2 des
Abgasturboladers kann beispielsweise im Druckgussverfahren aus einer
Metall-Legierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, oder im
Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt sein. Aufgrund seiner
Formgebung ist das Gussgehäuse 2 für beide
Herstellungsverfahren gut geeignet. Die Resonanzkammern 11 lassen sich
einfach erzeugen, indem eine Gussform des Gussgehäuses 2 mit
Formmaterial an der Stelle der späteren Resonanzkammern 11 ausgestattet
ist. Die Gussform ist dabei bevorzugt wiederverwendbar ausgeführt. Die
bei der Trennung von Gussform und Gussgehäuse 2 entstehende Öffnung 15 an
einer Außenseite 16 des
Gussgehäuses 2 ist
erfindungsgemäß mit dem
Anschlussstück 17 verschließbar. Die Herstellung
des Gehäuses
im Gussverfahren bietet darüber
hinaus den Vorteil, dass in relativ einfacher Weise auch komplexere
Formen der Resonanzkammern 11 darstellbar sind.
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In
einem modifizierten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gussform
dergestalt ausgeführt,
dass beim Giessen lediglich eine Außenwand einer oder mehrerer
Resonanzkam mern erzeugt wird. Die Wandung zwischen der oder den
Resonanzkammern und der Einlassleitung ist dann durch einen rohrförmigen Einsatz
gebildet, welcher bevorzugt als Metallteil und/oder als Kunststoffteil ausgeführt ist.
Der rohrförmige
Einsatz ist über
die Öffnung
an der Außenseite
in das Gussgehäuse
einsetzbar und mit dem Gussgehäuse
in geeigneter Weise verbunden (beispielsweise geklemmt, gesteckt,
verschraubt oder verschweißt).
Die Resonanzkammern sind durch eine Außenwandung des Einsatzes und
durch eine Innenwandung des Gussgehäuses in radialer Richtung begrenzt.
Die Trennwände
zwischen den einzelnen Resonanzkammern können dabei als Gussstege des
Gussgehäuses ausgeführt sein,
die an ihrem innen liegenden Ende mit dem Einsatz in Kontakt stehen.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel
sind die Trennwände
als Stege auf dem Einsatz ausgeführt,
wobei die Stege dann an ihrem außen liegenden Ende mit einer
Innenseite des Gussgehäuses
in Kontakt stehen.
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In
einem weiteren, modifizierten Ausführungsbeispiel weist der Einsatz
mehrere Verbindungsöffnungen
auf, die in Längsrichtung
und/oder in Umfangsrichtung des Einsatzes angeordnet sind und über die
im eingesetzten Zustand die Resonanzkammern mit der Einlassleitung
verbunden sind. Die Verbindungslöcher
in dem Einsatz können
dabei auch vorgefertigt sein. Darüber hinaus ist es möglich, den Einsatz
hinsichtlich Materialwahl und Formgebung an die Strömungsverhältnisse
in dem Gasführungskanal
anzupassen. Insbesondere kann der Einsatz auch mit einem in Längsrichtung
veränderlichen Strömungsquerschnitt
ausgestaltet sein.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Resonanzkammern 11 entlang einer Einlassleitung 10 des
Luftführungsabschnitts 3 angeordnet
sind. Das rotierende Laufzeug 6 des Abgasturboladers stellt eine
Schallquelle dar, deren Schallabstrahlung durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Gehäuses 2 wirksam
reduziert ist. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, können die
Resonanzkammern jedoch auch entlang einer Einlassleitung des Luftführungsabschnitts
und/oder entlang einer Einlassleitung und/oder Einlassleitung des
Abgasführungsabschnitts
des Abgasturboladers angeordnet sein. Darüber hinaus ist der Erfindungsgedanke
in vergleichbarer Weise auch auf Gehäuse anderer Baugruppen eines
Gasführungssystems
anwendbar, beispielsweise auf Rohrleitungen, Luftfilter, Wärmetauscher oder
Kompressoren.