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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Ein derartiger Schalldämpfer kann in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs vorgesehen werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten eines solchen Schalldämpfers gibt es in Schornsteinen, Ansaugsystemen, Klimaanlagen, Kühlaggregaten, Luftfiltern, Ventilen sowie bei Lüftern, Gebläsen und Ventilatoren. All diesen Anwendungsmöglichkeiten ist gemein, dass ein Gasstrom, in dem sich Schallwellen ausbreiten, durch ein Rohr verläuft. Während die Schallwellen gedämpft werden sollen, ist der Widerstand für den Gasstrom als solchen möglichst klein zu halten.
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STAND DER TECHNIK
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Ein aus der
WO 98/19054 A1 bekannter Schalldämpfer, der für Verbrennungsmotoren vorgesehen ist, weist ein mit Öffnungen versehenes Rohr auf. In dem Rohr ist ein helikaler Einbau in Form einer den Durchmesser des Rohrs überspannenden Doppelhelix vorgesehen, der das Lumen des Rohrs in zwei sich schraubenförmig um die Rohrachse windende Gaskanäle aufteilt. Über die Öffnungen in dem Rohr sind diese Gaskanäle mit einem an das Rohr angrenzenden Ringkanal verbunden, in dem ein Schallabsorptionsmaterial, vorzugsweise Keramikwolle, angeordnet ist. Mit dem helikalen Einbau soll eine Lärmminderung der Abgasgeräusche erreicht werden, indem der Schall an den helikalen Flächen durch Reflektion und Streuung sowie anschließende Absorption in dem Ringkanal reduziert und außerdem aufgrund des sogenannten cut-off-Effekts an seiner Ausbreitung gehindert wird. Außerdem soll der helikale Einbau den
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Vorteil haben, dass aufgrund der schraubenförmigen Gas-kanäle im Vergleich zu konventionellen Schalldämpferausbildungen das gleiche überströmte Volumen in einem kleineren Außenbehälter untergebracht werden kann. Als nachteilig bei dem bekannten Schalldämpfer ist jedoch anzusehen, dass dieser nicht einfach nachgerüstet, d. h. beispielsweise in ein vorhandenes Rohr, durch das ein Gas strömt, eingebracht werden kann.
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Aus der
US 3,113,634 A ist ein Schalldämpfer mit einem Rohr bekannt, das sich um eine Rohrachse und längs dieser Rohrachse erstreckt. Dieses Rohr ist innen mit einem schalldämmenden Material ausgekleidet. Dabei verbleibt ein zylinderförmiger Freiraum in dem Rohr. In diesem Freiraum ist eine Schraubenwendel angeordnet, die sich schraubenförmig um eine auf der Rohrachse angeordnete Stange erstreckt und auf der ebenfalls schallabsorbierendes Material angeordnet ist. Das schallabsorbierende Material ist jeweils durch eine perforierte Deckschicht abgedeckt.
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Ein solcher Aufbau eines Schalldämpfers geht auch aus der
US 3,132,717 A hervor, die einen synergistischen Effekt der Verkleidung der Wendel und der Auskleidung des Rohrs mit schallabsorbierendem Material bei der Schalldämpfung beschreibt.
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Aus der
US 3,235,003 A ist ein Schalldämpfer mit einem Rohr bekannt, das sich um eine Rohrachse und längs dieser Rohrachse erstreckt. In dem Rohr ist eine Vielzahl von Ablenkblechen angeordnet, zwischen denen zwei spiralförmige Gaskanäle durch das Rohr führen. Das Rohr weist weiterhin Öffnungen auf, die zu einem das Rohr umgebenden Ringkanal führen, in dem schallabsorbierende Mittel angeordnet sind.
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Aus der
GB 829,012 A ist ein Schalldämpfer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 bekannt. In einem Rohr mit geschlossener Wandung ist ein verdrillter schallabsorbierender Streifen angeordnet, dessen Längskanten an der Rohrwandung anliegen und der das Rohr in zwei sich helikal erstreckende, parallel miteinander verbundene Gaskanäle unterteilt. Der schallabsorbierende Streifen ist ebenso wie die Wandung des Rohrs schallabsorbierend ausgebildet, indem sie beispielsweise mit einer Asbestfaserschicht belegt sind.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, der bei hohem Wirkungsgrad einfach in ein vorhandenes Rohr nachgerüstet werden kann, ohne für eine Gasströmung durch das vorhandene Rohr einen großen Strömungswiderstand bereitzustellen.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Schalldämpfers sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 definiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem neuen Schalldämpfer weist das Rohr, in dem der helikale Einbau vorgesehen ist, eine geschlossene Wandung auf. Das heißt, der neue Schalldämpfer baut nicht über die Abmessungen eines vorhandenen Rohrs, in das er integriert wird, hinaus auf. Um die volle Funktion des Schalldämpfers dennoch zu erfüllen, ist der neben dem schraubenförmig um die Rohrachse verlaufenden Gaskanal vorgesehene Kanal, der die schallabsorbierenden Mittel aufweist, ebenfalls innerhalb des Rohrs vorgesehen. Überraschenderweise fällt die Erhöhung des Strömungswiderstands für ein durch das Rohr strömendes Gas aufgrund des helikalen Einbaus und der zwangsweisen Verringerung des freien Querschnitts des Rohrs durch den die schallabsorbierenden Mittel aufweisenden Kanal verglichen mit der erreichten Schalldämpfung nur klein aus. So ist es nicht nur theoretisch möglich, den neuen Schalldämpfer in ein vorhandenes Rohr, das von einem Gas durchströmt wird, nachzurüsten, sondern dies ist auch praktisch sinnvoll, um sich in dem Gas ausbreitende Schallwellen zu dämpfen, ohne die Funktion einer Gesamtanlage, zu der das Rohr gehört, aufgrund eines extrem ansteigenden Strömungswiderstands für das Gas durch das Rohr in Frage zu stellen.
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Selbstverständlich muss der neue Schalldämpfer nicht in ein vorhandenes Rohr integriert werden, sondern er kann auch ein vorhandenes Rohr ersetzen, wobei der Durchmesser des Rohrs des Schalldämpfers größer sein kann als der Durchmesser des vorhandenen Rohrs. Dies ist zur möglichst geringen Erhöhung des Strömungswiderstands für das durch das Rohr strömende Gas sogar bevorzugt. Auch dann weist der neue Schalldämpfer jedoch einen ausgesprochen kompakten Aufbau auf.
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Das Dämpfungsmaß des neuen Schalldämpfers kann dabei immer durch eine Verlängerung des helikalen Einbaus längs der Rohrachse und eine entsprechende Verlängerung des Kanals, in dem die schallabsorbierenden Mittel angeordnet sind, erhöht werden. Dazu können bereits vorhandene Rohrlängen genutzt werden. Natürlich ist es auch möglich, die Rohrlängen einer vorhandenen Gesamtanlage zur Erhöhung des Dämpfungsmaßes des Schalldämpfers zusätzlich zu vergrößern. Insbesondere dann, wenn sich der neue Schalldämpfer über größere Strecken längs der Rohrachse des von dem Gas durchströmten Rohrs erstreckt, kann er auch mit seinem helikalen Einbau und dem die schallabsorbierenden Mittel aufweisenden Kanal jedweden Krümmungen der Rohrachse folgen, die bei einer bestehenden Gesamtanlage vorliegen. Damit können alle Rohrlängen, die bei einer solchen Anlage vorliegen, für die Integration des neuen Schalldämpfers genutzt werden. Der neue Schalldämpfer ist nicht darauf angewiesen, dass lokal ein größerer Bauraum vorhanden ist, wie dies bei vielen Schalldämpfern des Stands der Technik der Fall ist.
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Bei dem neuen Schalldämpfer ist der die schallabsorbierenden Mittel aufweisende Kanal ebenfalls von dem helikalen Einbau in dem Rohr definiert und windet sich schraubenförmig um die Rohrachse. Das heißt, bei dem neuen Schalldämpfer verlaufen der Gaskanal und der die schallabsorbierenden Mittel aufweisende Kanal parallel zueinander schraubenförmig um die Rohrachse.
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Um dies auf einfachste Weise zu erreichen, weist der helikale Einbau eine den Durchmesser des Rohrs überspannende Doppelhelix auf. Auf beiden Seiten der Doppelhelix wird so ein Kanal ausgebildet, der sich schraubenförmig um die Rohrachse herum windet.
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Dabei sind die Wandungen der Doppelhelix mit den Öffnungen versehen, die den Gaskanal mit dem die schallabsorbierenden Mittel aufweisenden Kanal verbinden.
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Weiter kann die diese Öffnungen aufweisende Wandung schallhart oder schallweich ausgebildet sein. Die konkrete Ausbildung der Wandung ist auf den einzelnen Anwendungsfall abzustimmen. Häufig beeinflussen dabei die Zusammensetzung, der Druck und die Temperatur des durch den Schalldämpfer strömenden Gases die geeignete Auswahl des Materials für die Doppelhelix, so dass beispielsweise schallweiche Materialien in Form von Grundstoffen vielfach ausscheiden.
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Bei den schallabsorbierenden Mitteln des neuen Schalldämpfers kann es sich um Fasermaterial handeln. Sie können aber auch einen offenporigen Formkörper aufweisen oder ganz aus diesem bestehen.
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In einer konkreten Ausführungsform des neuen Schalldämpfers ist ein solcher offenporiger Formkörper der helikale Einbau selbst oder zumindest ein Teil davon. So definiert er zugleich den Gaskanal und bildet mit seinem Volumen den die schallabsorbierenden Mittel aufweisenden Kanal aus.
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In einer speziellen Ausführungsform des neuen Schalldämpfers sind in dem Kanal hinter den Öffnungen, die zu dem Gaskanal führen, Helmholtz-Resonatoren ausgebildet. Diese Helmholtz-Resonatoren wirken als Schalltilger für das durch den Schalldämpfer strömende Gas. Die Helmholtz-Resonatoren können zusätzlich in an sich bekannter Weise mit einer Dämpfung versehen sein.
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Es versteht sich, dass die Helmholtz-Resonatoren nicht beliebig abgestimmt sein sollten, sondern sinnvollerweise auf die auftretenden Hauptschallfrequenzen. In vielen Anwendungsfällen handelt es sich dabei nur um eine oder wenige Hauptschallfrequenz(en), beispielsweise nicht mehr als zehn, häufig nicht mehr als fünf und oft nur eine oder zwei.
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Es wurde bereits erläutert, dass der neue Schalldämpfer häufig in ein bereits vorhandenes Rohr integriert werden kann. Auch grundsätzlich kann das Rohr des neuen Schalldämpfers über den helikalen Einbau hinweg einen konstanten Durchmesser aufweisen, und dies ist bevorzugt. Das Rohr kann den konstanten Durchmesser auch vor und/oder hinter dem helikalen Einbau aufweisen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform des neuen Schalldämpfers in einer perspektivischen Seitenansicht mit aufgeschnittenem Rohr; und
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2 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform des Schalldämpfers gemäß 1 in einer 1 grundsätzlich entsprechenden Darstellung.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Der in 1 skizzierte Schalldämpfer 1 ist in ein Rohr 2 integriert, das sich mit konstantem Durchmesser 3 längs einer Rohrachse 4 und um diese herum erstreckt. Die Wandung 5 des Rohrs ist geschlossen, d. h. sie weist keine Öffnungen auf. Die einzigen Öffnungen des Rohrs 2 liegen an seinen Enden 6 und 7 vor. In dem Rohr 2 ist ein helikaler Einbau 8 vorgesehen. Bei dem helikalen Einbau 8 handelt es sich hier um eine den vollen Durchmesser 3 überspannende Doppelhelix 21 in Form eines um die Rohrachse 2 verdrillten Blechs. Dieses Blech ist mit Öffnungen 9 versehen, von denen hier nur wenige exemplarisch wiedergegeben sind. Der helikale Einbau 8 begrenzt zwei sich schraubenförmig um die Rohrachse 4 windende Kanäle 10 und 11. Dabei handelt es sich einmal um einen Gaskanal 10 ohne irgendwelche Einbauten oder andere Gegenstände innerhalb des Gaskanals 10 und zum anderen um einen Kanal 11, in dem schallabsorbierende Mittel 12 angeordnet sind. Die schallabsorbierenden Mittel 12 sind hier zeichnerisch nicht näher dargestellt. Es kann sich um Stahlwolle, Glaswolle, anderes Fasermaterial, ein Granulat oder auch um einen oder mehrere größere Formkörper handeln. Schallwellen, die sich durch ein den durch den Gaskanal 10 strömendes Gas ausbreiten, werden von der Wandung 13 des helikalen Einbaus 8 reflektiert und gestreut und gelangen dabei teilweise durch die Öffnungen 9 in den Kanal 11, wo sie von den schallabsorbierenden Mitteln 12 gedämpft werden. Der Strömungswiderstand für das Gas durch das Rohr 2 aufgrund des helikalen Einbaus 8 und der Verringerung des freien Querschnitts durch die schallabsorbierenden Mittel 12 ist dabei verglichen mit dem Wirkungsgrad der Schalldämpfung nur gering.
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Bei der Ausführungsform des Schalldämpfers 1 gemäß 2 ist der helikale Einbau 8 ein Formkörper 14 aus offenporigem porösem Material, wobei Poren 15 an der Oberfläche 16 des Formkörpers 14 die Öffnungen 9 ausbilden und diese Oberfläche 16 so der Wandung 13 gemäß 1 entspricht. Der Schalldämpfer 1 ist damit allein dadurch ausgebildet, dass der Formkörper 14 in das Rohr 2 eingebracht und dort festgelegt wurde. Einer besonderen Befüllung des Kanals 11 mit schallabsorbierenden Mitteln bedurfte es nicht. Vielmehr bildet das Volumen des Formkörpers 14 den Kanal 11 mit den schallabsorbierenden Mitteln aus. Als weiterer Unterschied zu der Ausführungsform des Schalldämpfers gemäß 1 ist hier der Querschnitt des Kanals 11 senkrecht zu der Rohrachse 4, der den freien Querschnitt des Rohrs 2 reduziert, zu dem Ende 6 des Rohrs 2 hin auslaufend vorgesehen, so dass ein Sprung des freien Querschnitts vermieden ist. Damit wird eine ungewollte Reflektion von durch das Ende 6 des Rohrs 2 in den Schalldämpfer 1 einströmendem Gas bzw. sich darin ausbreitenden Schallwellen verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schalldämpfer
- 2
- Rohr
- 3
- Durchmesser
- 4
- Rohrachse
- 5
- Rohrwandung
- 6
- Ende
- 7
- Ende
- 8
- helikaler Einbau
- 9
- Öffnung
- 10
- Gaskanal
- 11
- Kanal
- 12
- schallabsorbierende Mittel
- 13
- Wandung
- 14
- Formkörper
- 15
- Pore
- 16
- Oberfläche
- 21
- Doppelhelix
