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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitstank, insbesondere einen Kraftstofftank für ein Kraftfahrzeug, welcher mit einer Flüssigkeit befüllbar ist, umfassend mindestens ein Dämpfungselement, welches zur Dämpfung der Schwingungen der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitstank auf der Flüssigkeit aufschwimmt.
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Im Zuge der Bestrebungen der Automobilindustrie, zur Steigerung des Fahrkomforts die von einem Kraftfahrzeug erzeugten Geräusche zu minimieren, sind bereits Versuche unternommen worden, die Schwappgeräusche im Kraftstofftank, welche insbesondere bei unvollständig befülltem Kraftstofftank bei starker Beschleunigen oder Abbremsen auftreten, zu reduzieren. Insbesondere bei Fahrzeugen, die zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs mit einer Start-Stopp-Automatik ausgestattet sind, bei welchen sich also bei einer längeren Standphase, beispielsweise an einer Ampel, der Motor automatisch abschaltet und während dieser Zeit somit keinerlei Motorgeräusche auftreten, ist es wünschenswert, auch die Schwappgeräusche aus dem Kraftstofftank zu dämpfen.
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So ist in der
DE 197 03 429 A1 eine energieabsorbierende Wabenstruktur beschrieben, welche einen Flüssigkeitsbehälter nahezu vollständig ausfüllt und gegenüber dem Flüssigkeitsbehälter fixiert ist. Eine solche Struktur ist aufwendig in der Herstellung und setzt aufgrund ihrer Größe die Aufnahmekapazität des Behälters für die einzufüllende Flüssigkeit erheblich herab.
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Aus der
DE 196 50 415 C2 sind auf einem Flüssigkeitsniveau aufschwimmende Dämpferelemente bekannt. Diese ordnen sich selbständig auf dem Flüssigkeitsspiegel an, stoßen jedoch auch beständig gegen die umgebende Behälterwand, was je nach Material der Dämpferelemente wiederum mit unerwünschter Geräuschbildung verbunden sein kann.
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Insbesondere bei Tankcontainern sind darüber hinaus sogenannte Schwallwände bekannt, welche eine Tankkammer in mehrere Teilkammern unterteilen, um die Schwingungen einer in der Tankkammer befindlichen Flüssigkeit zu dämpfen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitstank auf einfache und kostengünstige Weise so weiterzuentwickeln, dass Schwappgeräusche wirksam reduziert werden und gleichzeitig das für die einzufüllende Flüssigkeit zur Verfügung stehende Volumen nur geringfügig eingeschränkt wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Flüssigkeitstank mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung sieht vor, dass Führungsmittel zur Führung des Dämpfungselements vorgesehen sind, welche eine vertikal geführte Bewegung des Dämpfungselements innerhalb des Flüssigkeitstanks erlauben.
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Mit anderen Worten wird das auf dem Flüssigkeitsniveau aufschwimmende Dämpfungselement durch sich in vertikaler Richtung erstreckende Führungsmittel derart geführt, dass seine Bewegung in einer horizontalen Richtung eingeschränkt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Dämpfungselement gegen die Tankwand stößt. In vertikaler Richtung bewegt sich das Dämpfungselement entlang der Führungsmittel in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand und dämpft durch das stete Aufliegen auf dem Flüssigkeitsniveau die Schwingungen der Flüssigkeit sowie hiermit verbundene Schwappgeräusche.
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Die Führungsmittel sind nach einem Vorschlag der Erfindung stabförmig ausgebildet und erstrecken sich in vertikaler Richtung innerhalb des Flüssigkeitstanks. Dabei können die stabförmigen Führungsmittel, im Folgenden auch Führungsstäbe genannt, sowohl anliegend an die Tankinnenwand als auch mit Abstand zur Tankinnenwand angeordnet sein. In letzterem Falle sind sie vorzugsweise im Bodenbereich und/oder im Deckelbereich des Flüssigkeitstanks fixiert. Die Verbindung der Führungsmittel mit der Tankinnenwand bzw. mit dem Bodenbereich und/oder dem Deckelbereich des Flüssigkeitstanks kann durch Kraftschluss und/oder durch Formschluss erfolgen.
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Der Querschnitt der Führungsstäbe kann grundsätzlich beliebig sein, vorzugsweise ist er rund, elliptisch, dreieckig, viereckig oder vieleckig.
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Sind die stabförmigen Führungsmittel anliegend an die Tankinnenwand angeordnet, so kann das Dämpfungselement so beschaffen und dimensioniert sein, dass es innerhalb der von der Tankinnenwand vorstehenden Führungsmittel zu liegen kommt. Grundsätzlich kann das Dämpfungselement den horizontalen Innenquerschnitt des Flüssigkeitstanks im Wesentlichen vollständig oder lediglich teilweise ausfüllen.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Dämpfungselement eine oder mehrere randseitige Aussparungen auf, in die die Führungsmittel eingreifen. Die Aussparungen sind dabei so geformt, dass sie mit der Querschnittsform der Führungsmittel korrespondieren.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Dämpfungselement eine oder mehrere Durchbrechungen aufweist, durch die die mit Abstand zur Tankinnenwand angeordneten Führungsmittel hindurchgreifen. Auch hier sind die Durchbrechungen von einer solchen Form, dass sie im Wesentlichen der Querschnittsform der Führungsmittel entsprechen. So sind bei Führungsstäben mit rundem Querschnitt die Durchbrechungen idealerweise kreisförmig.
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Die Anzahl der einzelnen Führungsmittel sowie die hierzu korrespondierende Anzahl an randseitigen Aussparungen bzw. innenliegenden Durchbrechungen in dem Dämpfungselement kann je nach Ausführungsbeispiel variieren. Im Allgemeinen sind mindestens zwei Führungsmittel notwendig, um das Dämpfungselement in seiner Beweglichkeit hinreichend einzuschränken und auch Rotationen des Dämpfungselements um die Achse des Führungselements zu vermeiden. Üblicherweise werden vier bis zehn Führungsstäbe verwendet, wobei insbesondere eine Kombination aus anliegend an die Tankinnenwand sowie beabstandet von der Tankinnenwand angeordneten Führungsstäben zum Einsatz kommen kann. Entsprechend weist das Dämpfungselement in diesem Fall sowohl randseitige Aussparungen als auch vom Rand beabstandete Durchbrechungen auf.
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Der erfindungsgemäße Flüssigkeitstank kann auch mit plattenförmigen Führungsmitteln ausgestattet sein. Diese sind per Kraftschluss und/oder Formschluss im Bereich des Tankbodens und/oder des Tankdeckels fixiert und erstrecken sich innerhalb des Flüssigkeitstanks in vertikaler Richtung. Zur Erhöhung der Stabilität kann insbesondere ein System aus mehreren einzelnen oder miteinander verbundenen Platten verwendet werden, wobei diese im Allgemeinen gewinkelt angeordnet werden. Im Horizontalschnitt kann ein solches Plattensystem beispielsweise einen y-artigen Querschnitt aufweisen.
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Um den Flüssigkeitsaustausch bzw. -transport innerhalb des Flüssigkeitstanks nicht zu sehr einzuschränken, weisen die plattenförmigen Führungsmittel Durchbrechungen auf, die beispielsweise kreisförmig oder eckig sein können.
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Bei Verwendung von plattenförmigen Führungsmitteln weist das Dämpfungselement korrespondierende schlitzförmige Durchbrechungen auf, durch die die Führungsplatten hindurchgreifen.
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Das Dämpfungselement ist vorzugsweise mit einer Gitterstruktur ausgebildet. Eine solche Struktur nimmt verglichen mit einer entsprechenden massiv ausgebildeten Struktur weniger Tankvolumen in Anspruch, so dass das der Flüssigkeit zur Verfügung stehende Volumen nur geringfügig eingeschränkt wird, ist leichter und gleichwohl in seiner Dämpfungsfunktion effektiver als eine massiv ausgebildete Struktur. Grundsätzlich sind jedoch auch massive Strukturen, beispielsweise in Form einer Kunststoffplatte, als Dämpfungselement denkbar.
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Wenngleich ein Anstoßen des Dämpfungselements an die Wand des Flüssigkeitstanks durch die erfindungsgemäße Vertikalführung grundsätzlich vermieden werden soll, weist die Shore-Härte des für das Dämpfungselement verwendeten Materials vorzugsweise einen geringeren Wert auf als die Shore-Härte des Tankmaterials. Auf diese Weise können Beschädigungen am Tank durch ein nicht ordnungsgemäß geführtes Dämpfungselement verhindert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung besteht zwischen dem Dämpfungselement und der Innenwand des Flüssigkeitstanks ein Spiel von 0 bis 15 mm. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Dämpfungselement selbst unter Berücksichtigung der durch die Dimensionierung der Aussparungen bzw. der Durchbrechungen möglichen geringfügigen horizontalen Bewegungen nicht an die Tankinnenwand stößt.
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Grundsätzlich ist das Dämpfungselement so angeordnet und ausgeführt, dass ein Befüllen des Flüssigkeitsbehälters mit einer Flüssigkeit, insbesondere ein Betanken des Kraftstofftanks mit Kraftstoff, ungehindert möglich ist. Die Flüssigkeitszufuhr kann dabei im unteren Bereich des Flüssigkeitstanks und unterhalb des Dämpfungselements angeordnet sein, oder sie kann sich oberhalb des Dämpfungselements befinden, sofern dieses entsprechende Durchbrüche aufweist, durch welche die Flüssigkeit in den Bereich unterhalb des Dämpfungselements gelangen kann.
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Das Dämpfungselement sowie die mit diesem zusammenwirkenden Führungsmittel sind so ausgeführt, dass ein Verkanten des Dämpfungselements ausgeschlossen ist.
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Das Dämpfungselement sowie die Führungsmittel werden vorzugsweise während des Herstellungsprozesses des erfindungsgemäßen Flüssigkeitstanks in selbigen eingebracht. Wird der Flüssigkeitstank aus zwei vorgefertigten Schalenhälften zusammengesetzt, so ist auch ein Einlegen des Dämpfungselements erst unmittelbar vor dem Zusammenfügen der beiden Schalenhälften denkbar.
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Idealerweise sind das Dämpfungselement, die Führungsmittel sowie der Flüssigkeitstank aus dem gleichen Material gefertigt, wodurch ein sortenreines Recycling in einfacher Weise möglich ist. Als Materialien kommen beispielsweise Kunststoffe, Aluminium, Stahl oder Faserverbundwerkstoffe in Frage.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitstanks im Horizontalschnitt;
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2 eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitstanks im Horizontalschnitt;
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3 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitstanks ohne Dämpfungselement im Horizontalschnitt;
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4 eine Ansicht gemäß 3 mit eingesetztem Dämpfungselement;
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5 eine perspektivische Ansicht eines plattenförmigen Führungsmittels;
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6 eine Detailansicht der Dämpfungselementführung im Horizontalschnitt;
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7 eine Detailansicht einer alternativen Dämpfungselementführung im Horizontalschnitt;
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8 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitstanks im Vertikalschnitt;
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9 Säulendiagrammdarstellung von Schalldruckpegelmessungen bei einem erfindungsgemäßen Kraftstofftank im Vergleich zu bekannten Kraftstofftanks.
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In den 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungsformen eines im Ganzen mit 1 bezeichneten erfindungsgemäßen Flüssigkeitstanks dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Kraftstofftank 1 für ein Kraftfahrzeug, welcher mit Kraftstoff befüllbar ist. Der Kraftstofftank 1 weist eine im Wesentlichen rechteckige Grundform mit einer äußeren Wandung 2 auf. In den 1, 2 und 4 ist jeweils ein Dämpfungselement 3 zu sehen, welches innerhalb des Kraftstofftanks 1 angeordnet ist und eine gitterartige Struktur aufweist.
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Das Dämpfungselement 3 schwimmt auf dem in den Figuren nicht dargestellten Kraftstoffniveau auf. Das in 1 dargestellte Dämpfungselement 3 weist dabei sowohl randseitige Aussparungen 4 als auch vom Rand beabstandete Durchbrechungen 5 auf. Im Bereich der Wandung 2 des Kraftstofftanks 1 sind Führungsstäbe 6 mit dreieckigem Querschnitt an die Innenwand des Kraftstofftanks 1 angeformt, die sich in vertikaler Richtung vom Bodenbereich des Kraftstofftanks 1 bis in den Deckelbereich des Kraftstofftanks 1 erstrecken. Die Führungsstäbe 6 greifen in die ebenfalls dreieckig ausgebildeten randseitigen Aussparungen 4 des Dämpfungselements 3 ein und schränken auf diese Weise die Beweglichkeit des Dämpfungselements 3 in einer horizontalen Ebene ein.
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Beabstandet von der Wandung 2 des Kraftstofftanks 1 sind zwei weitere Führungsstäbe 7 mit rundem Querschnitt angeordnet, welche sich ebenfalls in vertikaler Richtung Innerhalb des Kraftstofftanks 1 erstrecken und welche im Bodenbereich bzw. im Deckelbereich des Kraftstsofftanks 1 fixiert sind. Die Führungsstäbe 7 greifen durch die kreisförmigen Durchbrechungen 5 in dem Dämpfungselement 3 hindurch und begrenzen wie die Führungsstäbe 6 die Beweglichkeit des Dämpfungselements 3 in einer Horizontalebene.
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Aufgrund der Dimensionierung der Führungsstäbe 6, 7 sowie der korrespondierenden Aussparungen 4 sowie Durchbrechungen 5 ist die Beweglichkeit des Dämpfungselements 3 in einer horizontalen Richtung soweit eingeschränkt, dass das Dämpfungselement 3 nicht an die Wandung 2 des Kraftstofftanks 1 stoßen kann. Auf diese Weise wird eine Geräuschbildung durch das Anstoßen des Dämpfungselements 3 an die Wandung 2 vermieden.
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Aufgrund der vertikalen Führung des Dämpfungselements 3 kann dieses einer Veränderung des Kraftstoffniveaus in vertikaler Richtung folgen. Mit anderen Worten bewegt sich das Dämpfungselement 3 bei infolge Verbrauchs abnehmendem Kraftstoffniveau auf diesem aufschwimmend in Richtung Kraftstofftankboden, während es bei einem Tankvorgang mit dem ansteigenden Kraftstoffniveau nach oben steigt. Schwingungen des Kraftstoffs, wie sie insbesondere bei starkem Beschleunigen und Abbremsen eines Kraftfahrzeugs auftreten, sowie die damit verbundenen Schwappgeräusche werden durch das aufschwimmende Dämpfungselement wirksam gedämpft.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks 1, bei welchem das Dämpfungselement 3 keine randseitigen Aussparungen sondern lediglich zehn vom Rand beabstandete Durchbrechungen 5 aufweist. Diese sind im Wesentlichen symmetrisch in dem Dämpfungselement 3 angeordnet. Durch die Durchbrechungen 5 greifen in der bereits in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Weise Führungsstäbe 7 hindurch und schränken so die Beweglichkeit des Dämpfungselements 3 in einer horizontalen Richtung ein.
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In den 3 und 4 sind die Führungsmittel als Führungsplatten 8 ausgeführt. Sie sind beabstandet zur Wandung 2 des Kraftstofftanks angeordnet und erstrecken sich in vertikaler Richtung. Dabei sind mehrere Führungsplatten zu einer gewinkelten Anordnung mit doppelt-y-artigem Querschnitt zusammengefügt. Das Dämpfungselement 3 weist eine entsprechende schlitzförmige Durchbrechung 9 auf, durch die die Führungsplatten 8 hindurchgreifen.
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Um den Flüssigkeitstransport innerhalb des Kraftstofftanks 1 bei Verwendung von Führungsplatten 8 nicht zu sehr zu behindern, weisen die Führungsplatten 8 ihrerseits Durchbrechungen 10 auf, welche, wie in 5 dargestellt, beispielsweise kreisförmig oder eckig sein können, und durch welche der Kraftstoff hindurchströmen kann.
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Die 6 und 7 zeigen in Detaildarstellungen zwei Alternativen der Führung des Dämpfungselements 3 vermittels randseitiger Aussparungen 4 und an die Wandung 2 des Kraftstofftanks 1 angeformter Führungsstäbe 6. So ist in 6 eine halbkreisförmige Aussparung 4 dargestellt, in welche ein Führungsstab 6 mit ebenfalls halbkreisförmigem bzw. halbelliptischem Querschnitt eingreift.
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Demgegenüber weist die Aussparung 4 in 7 nahezu Kreisform auf und wirkt mit einem im Querschnitt ebenfalls kreisförmigen Führungsstab 6 zusammen, welcher über einen Steg 11 an die Wandung 2 des Kraftstofftanks angeformt ist.
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8 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftstofftank 1 im Vertikalschnitt. Die Befüllung des Kraftstofftanks 1 mit Kraftstoff erfolgt über eine Kraftstoffzufuhr 12, über welche der Kraftstoff zunächst in ein im Bodenbereich des Kraftstofftanks 2 angeordnetes Reservoir 13 geführt wird, bevor er durch Öffnungen 14 von unten in das eigentliche Tankvolumen 15 eintritt. Über einen Überlauf 16 sowie eine Entlüftung 17 ist das Tankvolumen 15 mit der Kraftstoffzufuhr 12 verbunden.
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Das Dämpfungselement 3 schwimmt auf dem Kraftstoffniveau 18 auf und wird dabei durch vertikal verlaufende Führungsstäbe 7 geführt. Die vertikale Führung des Dämpfungselements 3 schränkt die Beweglichkeit des Dämpfungselements 3 in horizontaler Richtung soweit ein, dass es nicht an die Wandung 2 des Kraftstofftanks 1 stößt. Durch das auf dem Kraftstoffniveau 18 aufschwimmende Dämpfungselement 3 werden Schwingungen des Kraftstoffs wirksam gedämpft, so dass mit diesen Schwingungen verbundene Schwappgeräusche deutlich reduziert werden. Gleichzeitig weist das gitterartig ausgebildete Dämpfungselement 3 eine äußerst kompakte Bauform auf, so dass das für den Kraftstoff zur Verfügung stehende Volumen nur unwesentlich eingeschränkt wird.
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Die geräuschdämpfenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Flüssigkeitstanks werden anhand der nachfolgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele offensichtlich.
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Beispiel 1: Ein erfindungsgemäßer Tank mit einem Fassungsvermögen von 60 Litern wurde mit vertikalen Führungsplatten mit doppelt-y-artigem Querschnitt sowie einem horizontal eingelegten Dämpfungselement ausgerüstet, welches auf einem eingefüllten Flüssigkeitsniveau aufschwimmt. Der Tank wurde auf einem fahrbaren Schlitten mit einer Endgeschwindigkeit von 20 km/h bewegt und plötzlich abgebremst. In einem Abstand von 1 Meter zu dem Tank wurde der Schalldruckpegel mit einem digitalen Schalldruckpegelmessgerät vom Typ Galaxy Audio GM-140 mit einer Auflösung von 0,1 dB gemessen. Es wurden jeweils zehn Messungen bei vier unterschiedlichen Befüllungszuständen des Tanks durchgeführt, und zwar bei 100%, 75%, 50% sowie 25% des Fassungsvermögens.
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Vergleichsbeispiel 1: Die Messungen wurden analog zu Beispiel 1 durchgeführt, allerdings wies der Tank ein Dämpfungselement gemäß der Lehre der
DE 196 50 415 C2 auf.
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Vergleichsbeispiel 2: Die Messungen wurden analog zu Beispiel 1 durchgeführt, allerdings wurde ein herkömmlicher Tank ohne Schallabsorber verwendet.
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Die Ergebnisse der Messungen gemäß des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind in 9 in einem Säulendiagramm dargestellt. Die vier am linken Rand des Diagramms hintereinander dargestellten Säulen stellen die Ergebnisse der Messungen gemäß Vergleichsbeispiel 2, die vier mittleren Säulen die Ergebnisse der Messungen gemäß Vergleichsbeispiel 1 sowie die vier rechts hintereinander dargestellten Säulen die Ergebnisse der Messungen gemäß Beispiel 1 dar. Jede Säule entspricht dabei dem Wert des Schalldruckpegels bei einem vorgegebenen Befüllungszustand gemittelt über jeweils 10 Einzelmessungen. Die Säulen in der vordersten Reihe entsprechen einem Befüllungszustand von 100% des Fassungsvermögens des Tanks, die Säulen in der zweiten Reihe einem Befüllungszustand von 75%, die Säulen in der dritten Reihe einem Befüllungszustand von 50% sowie die Säulen in der hintersten Reihe einem Befüllungszustand von 25%.
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9 zeigt, dass sich die Vergleichsbeispiele 1 und 2 in Bezug auf den in Dezibel (dB) aufgetragenen Schalldruckpegel kaum unterscheiden, während es bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstofftanks gemäß Beispiel 1 zu einer deutlichen Reduzierung des Schalldruckpegels auf Werte durchgängig unter 15 dB kommt. Dabei macht sich die Dämpfung am deutlichsten bei zu 50% bzw. zu 25% gefülltem Kraftstofftank bemerkbar. Der erfindungsgemäße Kraftstofftank Ist somit in der Lage, Schwappgeräusche insbesondere bei teilweise gefülltem Tank wirksam zu vermindern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19703429 A1 [0003]
- DE 19650415 C2 [0004, 0051]
