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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasschalldämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
WO 2007/101412 A1 wird ein Abgasschalldämpfer beschrieben, der als Resonanzschalldämpfer ausgebildet ist und in einem Gehäuse ein Abgasrohr mit Austrittsöffnungen in der Rohrwandung aufweist. Der Ringraum zwischen der äußeren Mantelfläche des Abgasrohrs und der Innenwand des Gehäuses ist in Resonanzkammern unterteilt, in denen durch Reflektion und Interferenz eine Schallauslöschung in definierten Frequenzbereichen stattfindet. Das Abgasrohr ist nicht durchgängig ausgebildet, sondern weist mehrere, axial beabstandete Trennwände auf, so dass der Gasstrom gezwungen ist, über die Austrittsöffnungen in der Rohrwandung in die radial außen liegenden Resonanzkammern auszutreten. Der Strömungswiderstand ist hierdurch erheblich erhöht.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasschalldämpfer, der als Resonanzschalldämpfer ausgebildet ist, konstruktiv einfach auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der erfindungsgemäße Abgasschalldämpfer ist einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug nachgeschaltet und weist ein Abgasrohr auf, durch das das von der Brennkraftmaschine emittierte Abgas hindurchströmt. Der Abgasschalldämpfer weist darüber hinaus mehrere Resonanzkammern auf, die jeweils segmentförmig ausgebildet sind und über mindestens eine Öffnung in der Wandung des Abgasrohres mit diesem kommunizieren. Die Resonanzkammersegmente erstrecken sich jeweils über einen begrenzten Umfangswinkel und umschließen einen innen liegenden Kanal. Bei dem Kanal handelt es sich vorzugsweise um das Abgasrohr, welches insbesondere durchgehend und hindernisfrei ausgebildet ist. Möglich ist aber auch eine Ausführung des Kanals als ein Innenrohr, durch das das Abgasrohr hindurchgeführt ist, wobei zwischen dem innen liegenden Abgasrohr und dem Innenrohr gegebenenfalls ein Dämpfungsfüllkörper zur Absorptionsschalldämpfung angeordnet sein kann.
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In Umfangsrichtung sind mehrere vorgefertigte Resonanzkammersegmente ringförmig zusammengesetzt und bilden einen geschlossenen Ring, wobei die radial innere Wand der Resonanzkammersegmente die Kanalwand des innen liegenden Kanals bildet. Die radial innen liegenden Wände der Resonanzkammersegmente weisen zweckmäßigerweise den gleichen Radius auf, so dass im zusammengesetzten Zustand der innen liegende Kanal einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der innen liegende Kanal von den zusammengesetzten Kammersegmenten gebildet wird, so dass kein separat ausgebildeter Kanal erforderlich ist. In der Ausführung, in der der Kanal das Abgasrohr bildet, strömt das Abgas hindernisfrei durch den Kanal, wobei der Schall durch die Öffnungen in der Kanalwand in die Resonanzkammersegmente austreten kann, in denen zumindest in bestimmten Frequenzbereichen eine Schallauslöschung durch Interferenz stattfindet.
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Auch in der Ausführungsvariante, in welcher der innen liegende Kanal ein Innenrohr bildet, in das das Abgasrohr eingesteckt ist, kann auf zumindest ein Rohr als zusätzliches Bauteil verzichtet werden. Das Innenrohr wird durch die innen liegenden Wandungen der Resonanzkammersegmente gebildet. Sofern zwischen dem Abgasrohr und dem Innenrohr ein Dämpfungsfüllkörper angeordnet ist, handelt es sich in dieser Ausführungsvariante um einen Hybridschalldämpfer, der sich sowohl aus einem Resonanzschalldämpfer als auch einem Absorptionsschalldämpfer zusammensetzt. In den innen liegenden Kanal bzw. die radial inneren Wandungen der Resonanzkammerwände sind Öffnungen eingebracht, durch die Schallwellen hindurchtreten können.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich eine in Umfangsrichtung erstreckende Umfangswand zumindest eines Resonanzkammersegments eine Öffnung in der Kanalwand eines innen liegenden Kanals überbrückt, wobei das Resonanzkammersegment über die Öffnung mit dem Kanal kommuniziert. Auch in dieser Ausführungsvariante kann es sich bei dem innen liegenden Kanal um das Abgasrohr handeln, wobei auch eine Ausführung in Betracht kommt, bei der der Kanal ein Innenrohr bildet, welches das Abgasrohr aufnimmt.
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Der innen liegende Kanal bildet zweckmäßigerweise ein eigenständiges Rohr, das sich in Achsrichtung durchgehend bzw. hindernisfrei erstreckt. Das Resonanzkammersegment, welches die Öffnung in der Kanalwand überbrückt, stellt einen separaten Resonator dar, der zur Schallreduzierung durch Interferenz beiträgt. Im Unterschied zur ersten erfindungsgemäßen Ausführung bildet das Resonanzkammersegment nicht die Kanalwand, sondern ist vielmehr über die Öffnung in der Kanalwand mit dem Inneren des Kanals strömungsverbunden. Die die Öffnung überbrückende Umfangswand des Resonanzkammersegments erlaubt eine kompakte, klein bauende Ausführung des Abgasschalldämpfers.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Öffnung in der Kanalwand über einen Rohrstutzen mit dem Resonanzkammersegment verbunden ist. Grundsätzlich kommt aber auch eine schalenförmige Ausführung des Resonanzkammersegments in Betracht, wobei die schalenförmige Umfangswand die Öffnung in der Kanalwand überspannt; in diesem Fall ist ein Rohrstutzen entbehrlich.
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Das Resonanzkammersegment befindet sich zweckmäßigerweise radial außerhalb des Kanals. Grundsätzlich ist aber auch eine Ausführung möglich, in der das Resonanzkammersegment sich innerhalb des Kanals befindet.
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Über den Umfang verteilt können gegebenenfalls entweder radial außen oder radial innen liegend mehrere Resonanzkammersegmente am Kanal angeordnet sein, die jeweils über mindestens eine Öffnung mit dem Kanalinneren kommunizieren.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, die sich sowohl auf die erste als auch auf die zweite erfinderische Variante bezieht, ist mindestens eine das Resonanzkammersegment in Achsrichtung unterteilende Trennwand vorgesehen. Die Trennwand erlaubt einen kassettenartigen Aufbau des Resonanzkammersegments mit mindestens zwei durch eine Trennwand abgeteilten Teilräumen, die jedoch eine gemeinsame Umfangswand aufweisen. Jeder Teilraum ist zweckmäßigerweise über mindestens eine Öffnung mit dem Kanalinneren verbunden. Diese Ausführung erlaubt es, mit einfachen Maßnahmen eine Schallreduzierung in verschiedenen Frequenzbereichen zu erreichen.
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Gegebenenfalls ist ein umschließendes Gehäuse vorgesehen, in welchem die Resonanzkammersegmente angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsvariante kann dagegen auf ein derartiges, als zusätzliches Bauteil ausgeführtes Gehäuse verzichtet werden; in diesem Fall bildet die radial außen liegende Seite der Resonanzkammersegmente die Außenwand des Abgasschalldämpfers.
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Unter „ringförmig” wird erfindungsgemäß eine geschossene umlaufende Kontur verstanden, die keinesfalls auf kreisringförmige Anordnungen begrenzt ist, sondern auch elliptische, ovale oder andere, auch unsymmetrische Konturen umfasst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Ansicht den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, in den ein Vorschalldämpfer, ein Mittelschalldämpfer und ein Endschalldämpfer integriert sind,
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2 in Explosionsdarstellung die Bestandteile eines Abgasschalldämpfers, mit einem Gehäuse, einem in das Gehäuse einzuführenden Abgasrohr und einem zylindrischen Dämpfungsfüllkörper, welcher auf die Mantelfläche des Abgasrohres aufgesetzt wird,
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3 einen Längsschnitt durch einen Abgasschalldämpfer,
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4 einen Schnitt quer durch einen Abgasschalldämpfer in einer Ausführungsvariante,
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5 mehrere Resonanzkammersegmente,
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6 einen Abgasschalldämpfer mit mehreren, ringförmig zusammengesetzten Resonanzkammersegmenten,
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Abgasrohr, von dem sich sternförmig Trennwandungen nach außen erstrecken, wobei das Abgasrohr einschließlich der Trennwandungen in ein rohrförmiges Gehäuse einsetzbar ist,
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8 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem sternförmigen Einsatz und einem darin angeordneten Abgasrohr,
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9 ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich 7 mit einer ringförmig ovalen Querschnittsform des Abgasschalldämpfers,
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10 alternative Bauformen eines Abgasschalldämpfers mit seitlich angeordneten Akustikkammern.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt einen Abgasstrang 100 einer Brennkraftmaschine, der zur Ableitung emittierter Abgase der Brennkraftmaschine dient. Der Abgasstrang 100 weist eine Abgasrohrleitung auf. Zusätzlich sind verschiedene Komponenten integriert, unter anderem Katalysatoren, Partikelfilter sowie Abgasschalldämpfer. Eingetragen sind in 1 zwei Abgasvorschalldämpfer, die sich in jeweils einem Zweig des Abgasstrangs 100 befinden, wobei die Zweige stromab der Abgasvorschalldämpfer 1a ineinandermünden. Des Weiteren sind stromab der Abgasvorschalldämpfer 1a ein Abgasmittelschalldämpfer 1b und schließlich ein Abgasendschalldämpfer 1c in den Abgasstrang 100 integriert.
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In 2 ist ein Abgasschalldämpfer 1 dargestellt, bei dem es sich beispielsweise um den Endschalldämpfer handelt, wobei gegebenenfalls auch der Vor- oder Mittelschalldämpfer in der in 2 beschriebenen Weise ausgebildet sein kann.
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Der Abgasschalldämpfer 1 umfasst ein Kunststoffgehäuse 2, welches zumindest annähernd zylindrisch ausgebildet ist, sowie ein Abgasrohr 3, welches aus Metall besteht und im fertig montierten Zustand im Gehäuse 2 aufgenommen ist. Das Abgasrohr 3 ist über stirnseitig angeordnete, glocken- oder trichterförmige Verbindungselemente 4 im Innern des Gehäuses 2 gehalten. In die Wandung des Abgasrohres 3 sind eine Vielzahl von Öffnungen 5 eingebracht, über die Schall aus dem Rohrinnern radial nach außen austreten kann. Ein gebogener Rohrabschnitt 6, der sich an das Abgasrohr 3 anschließt ist, im montierten Zustand über einen Halter 7 an der Fahrzeugkarosserie befestigt.
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Der Abgasschalldämpfer 1 ist als Hybridschalldämpfer mit einem Resonanzschalldämpfer und einem Absorptionsschalldämpfer ausgebildet. Der Abgasschalldämpfer 1 umfasst einen zylindrischen Dämpfungsfüllkörper 8, der im montierten Zustand auf die Mantelfläche des Abgasrohres 3 aufgesetzt ist. Der Dämpfungsfüllkörper 8 legt sich unmittelbar auf die äußere Mantelfläche des Abgasrohres 3 an. Der Dämpfungsfüllkörper 8 ist vollständig im Gehäuse 2 aufgenommen, wobei die radiale Dicke des Dämpfungsfüllkörpers 8 so bemessen ist, dass zwischen der Außenseite des Dämpfungsfüllkörpers 8 und der Innenseite der Gehäuseaußenwand des Gehäuses 2 ein freier Ringraum verbleibt, der zur Schallreduzierung eine Resonanzfunktion hat. Der Dämpfungsfüllkörper 8 hat zum einen als Absorptionsdämpfer eine Geräusch dämpfende Funktion und zum andern eine thermisch isolierende Funktion. Als Material für den Dämpfungsfüllkörper 8 kann beispielsweise Glaswolle verwendet werden. In den Ringraum zwischen dem Dämpfungsfüllkörper 8 und der Innenseite der Gehäuseaußenwand des Gehäuses 2 sind Resonanzkammersegmente eingesetzt, die durch Interferenz Geräusche in einem bestimmten Frequenzspektrum eliminieren.
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Zumindest eine Stirnseite des Gehäuses 2 ist von einem Deckel 9 verschlossen, der ringförmig ausgebildet ist und eine zentrale Öffnung für den Durchtritt des Abgasrohres 3 bzw. eines Anschlussrohrstückes aufweist. Der Deckel 9 besteht vorzugsweise ebenso wie das Gehäuse 2 aus Kunststoff. Das Gehäuse 2 ist zweckmäßigerweise einteilig ausgeführt, der Deckel 9 wird beim Zusammenbau fest mit der Stirnseite des Gehäuses 2 verbunden, beispielsweise an das Gehäuse angeschweißt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ein Abgasschalldämpfer 1 dargestellt, mit einem Gehäuse 2, durch das ein durchgehendes Abgasrohr 3 geführt ist. Der Außendurchmesser des Abgasrohrs 3 ist signifikant kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses 2. Auf der Außenseite des Gehäuses 2 befinden sich Resonanzkammersegmente 10, die über Rohrstutzen 11 mit dem ringförmigen Innenraum im Gehäuse 2 zwischen der Mantelfläche des Abgasrohrs 3 und der außen liegenden Innenwand des Gehäuses 2 kommunizieren; dieser Ringraum bildet ein Innenrohr, welches das Abgasrohr 3 umschließt. In die Wandung des Abgasrohrs 3 sind Öffnungen eingebracht, mit denen radial sich nach außen erstreckende, kurz ausgebildete Rohrstutzen 11 verbunden sind, welche in die Resonanzkammersegmente 10 einmünden. Über die axiale Länge können mehrere derartige Rohrstutzen 11 pro Resonanzkammersegment 10 vorgesehen sein. Der Ringraum zwischen der Mantelfläche des Abgasrohres 3 und der radial außen liegenden Innenwand des Gehäuses 2 kann von einem Dämpfungsfüllkörper ausgefüllt sein. Die Resonanzkammersegmente 10 erstrecken sich in Umfangsrichtung über ein begrenztes Winkelsegment.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Abgasschalldämpfer 1 dargestellt. Über den Umfang des Gehäuses 2 erstreckt sich über einen begrenzten Umfangswinkel ein erstes Resonanzkammersegment 10a, das, analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 3, über einen Rohrstutzen 11 mit einer Öffnung in der Wandung des kanalförmigen Gehäuses 2 verbunden ist. Das Resonanzkammersegment 10a befindet sich radial außerhalb des Gehäuses 2.
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Auch das weitere Resonanzkammersegment 10b liegt außerhalb des kanalförmigen Gehäuses 2 und weist eine Umfangswand auf, die Öffnungen 12 in der Wandung des Gehäuses 2 überbrücken.
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Wie in 4 strichliert dargestellt, kann ein Resonanzkammersegment 10c auch auf der Innenseite des kanalförmigen Gehäuses 2 angeordnet sein. In die radial innere Wandseite des innen liegenden Resonanzkammersegments 10 ist eine Öffnung 13 eingebracht, über die das Resonanzkammersegment 10c mit dem Innenraum des Gehäuses 2 kommuniziert.
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In das kanalförmige Gehäuse 2 ist das Abgasrohr 3 eingebracht, wobei in den Ringraum zwischen der Außenseite des Abgasrohres 3 und der Innenwand des umschließenden Gehäuses 2 ein Dämpfungsfüllkörper eingebracht sein kann.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 5 und 6 sind mehrere Resonanzkammersegmente 10, die sich jeweils über einen begrenzten Umfangswinkel erstrecken, ringförmig zu einem geschlossenen Ring zusammengesetzt. Die Resonanzkammersegmente 10 können sich untereinander unterscheiden und sich jeweils über einen unterschiedlichen, gegebenenfalls auch gleichen Umfangswinkel erstrecken. Im zusammengesetzten Zustand gemäß 6 bildet die radial innere Wand der Resonanzkammersegmente 10 die Kanalaußenwand eines innen liegenden Kanals bzw. Innenrohrs 14. In das Innenrohr 14 ist das Abgasrohr 3 eingeschoben, wobei der Ringraum im Bereich zwischen der Außenwand des Abgasrohres 3 und der Innenwand des Innenrohrs 14 von einem Dämpfungsfüllkörper 8 ausgefüllt ist. Alternativ kann der Ringraum ohne Dämpfungsfüllkörper 8 ausgebildet sein.
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Wie dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 zu entnehmen, kann das Abgasrohr 3 mit radial überstehenden Trennwänden 15 ein gemeinsames Bauteil bilden, wobei die Trennwände 15 verschiedene Resonanzkammersegmente voneinander in Umfangsrichtung separieren. Das Abgasrohr 3 einschließlich der Trennwände 15 kann in das kanalförmige Gehäuse 2 eingesetzt werden, wobei die Wandung des Gehäuses 2 gemeinsam mit den Trennwänden 15 die Resonanzkammersegmente begrenzt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach 8 kann das Abgasrohr 3 mit einem Füllmaterial von einem sternförmigen Einsatz mit einem Innenrohr 14 getrennt sein. Von einem Innenrohr 14 erstrecken sich radial nach außen die Trennwände 15. Dieser Einsatz kann in das kanalförmige Gehäuse 2 eingesetzt werden. Der Ringraum zwischen Innenwand des Innenrohrs 14 und der Außenwand des Abgasrohres 3 kann mit einem Füllkörper 8 ausgebildet sein.
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Die 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich 7 mit einer ringförmig ovalen Querschnittsform des Abgasschalldämpfers. Diese flache Bauform eines Abgasschalldämpfers eignet sich insbesondere zur Anordnung an der Fahrzeugunterseite.
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In der 10 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Abgasschalldämpfers gezeigt mit einem flachen Gehäuse 2, dass seitlich des Innenrohrs 14 Akustikkammern aufweist. In dem Innenrohr 14 verläuft das Abgasrohr 3. Zwischen Innenrohr 14 und Abgasrohr 3 ist ein Füllmaterial 14 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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