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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ansaugschalldämpfer für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 0 834 011 B2 ist ein Ansaugschalldämpfer bekannt, der ein Gehäuse und innerhalb des Gehäuses ein Rohr aufweist. Das Gehäuse besitzt einen Einlass und einen Auslass, die innerhalb des Gehäuses durch das Rohr miteinander verbunden sind. Radial zwischen Gehäuse und Rohr ist ein Ringraum ausgebildet. Ferner sind innerhalb des Gehäuses mehrere Trennwände angeordnet, die sich in einer Umfangsrichtung und radial erstrecken und die im Ringraum jeweils zwei Resonanzkammern axial voneinander trennen. Das Rohr weist nun mehrere Rohröffnungen auf, über die es mit den Resonanzkammern verbunden ist.
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Durch unterschiedlich große Resonanzkammern lässt sich der Ansaugschalldämpfer gezielt zur Dämpfung bestimmter Frequenzbereiche ausgestalten. Dabei sind die einzelnen, bedämpften Frequenzbereiche durch die fest vorgegebene Geometrie der einzelnen Resonanzkammern vergleichsweise deutlich voneinander getrennt. Im Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei einer Verwendung der Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, können unterschiedliche Betriebszustände zu variierenden Störfrequenzen in der Frischluftanlage führen, wodurch eine möglichst breitbandige Dämpfungswirkung erwünscht ist. Dieses Ziel wird beim bekannten Ansaugschalldämpfer mit Hilfe einer Vielzahl unterschiedlich großer Resonanzkammern zu erreichen versucht, wodurch der bekannte Schalldämpfer vergleichsweise viel Bauraum benötigt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Ansaugschalldämpfer der vorstehend beschriebenen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich durch eine kompakte Bauweise sowie insbesondere durch eine verbesserte, vorzugsweise breitbandige, Dämpfungswirkung auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwei benachbarte, an sich durch eine solche Trennwand voneinander getrennte Resonanzkammern direkt fluidisch miteinander zu verbinden, um einen Schallübertritt von der einen Resonanzkammer in die andere Resonanzkammer zu ermöglichen. Erreicht wird dies durch wenigstens eine Wandöffnung in der jeweiligen Trennwand. Durch die jeweilige Wandöffnung sind die beiden an die jeweilige Trennwand angrenzenden Resonanzkammern akustisch miteinander verbunden, derart, dass Luftschall von der einen Resonanzkammer durch besagte Wandöffnung in die andere Resonanzkammer übertreten kann. Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe derartiger Wandöffnungen die Breitbandwirkung des Ansaugschalldämpfers signifikant verbessert werden kann. Hierdurch kann die Anzahl der erforderlichen Resonanzkammern reduziert werden, um einen vorgegebenen Frequenzbereich ausreichend bedämpfen zu können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest eine solche Wandöffnung als Schlitz ausgestaltet, der insbesondere radial orientiert sein kann. Zweckmäßig sind alle derartigen Wandöffnungen jeweils als Schlitz ausgestaltet. Es hat sich gezeigt, dass derartige schlitzförmige Wandöffnungen besonders geeignet sind, die Breitbandwirkung der Resonanzkammern zu verbessern. Möglicherweise spielen hierbei Beugungseffekte eine besondere Bedeutung, die sich besonders effizient mit Hilfe von schlitzförmigen Wandöffnungen hervorrufen lassen.
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Die Abmessung der jeweiligen, radial orientierten schlitzförmigen Wandöffnung in Radialrichtung ist dabei größer als die Abmessung der Wandöffnung in Umfangsrichtung. Zweckmäßig ist die schlitzförmige Wandöffnung in der Radialrichtung wenigstens zweimal oder wenigstens fünfmal oder wenigstens zehnmal größer als in der Umfangsrichtung. Beispielsweise kann die in der Umfangsrichtung gemessene Breite des Schlitzes bzw. der schlitzförmigen Wandöffnung etwa gleich groß sein wie eine Wandstärke der Trennwand oder des Gehäuses oder des Rohrs.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann sich zumindest eine solche schlitzförmige Wandöffnung über die gesamte radiale Höhe der jeweiligen Trennwand erstrecken. Hierdurch lässt sich die Breitbandwirkung besonders effizient vergrößern. Alternativ ist es ebenso möglich, die jeweilige schlitzförmige Wandöffnung in der Radialrichtung kürzer zu dimensionieren als die Trennwand. Die Wandöffnung schließt dabei vorzugsweise unmittelbar an das Gehäuse an, ist also radial außen in der Trennwand ausgebildet. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die schlitzförmige Wandöffnung radial innen anzuordnen, so dass sie an das Rohr anschließt. Die Variante mit außenliegenden schlitzförmigen Wandöffnungen ist jedoch einfacher herstellbar.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können wenigstens zwei derartige schlitzförmige Wandöffnungen vorgesehen sein, die in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet an derselben Trennwand ausgebildet sind und die in der Radialrichtung unterschiedlich groß sind. Auch diese Maßnahme kann zur Verbesserung der Breitbandwirkung führen.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform können Rohr und Gehäuse unterschiedliche Querschnittsgeometrien besitzen. Vorzugsweise kann das Rohr einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, während das Gehäuse einen elliptischen oder ovalen Querschnitt besitzt. Durch unterschiedliche Querschnittsgeometrien lassen sich innerhalb des Ringraums in der Umfangsrichtung variierende Abstände zwischen Rohr und Gehäuse realisieren. Diese Maßnahme kann ebenfalls dazu genutzt werden, die Breitbandwirkung des Schalldämpfers zu verbessern.
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Unabhängig davon, ob die Querschnittsgeometrien von Rohr und Gehäuse gleich oder verschieden sind, kann entsprechend einer anderen Ausführungsform vorgesehen sein, das Rohr im Gehäuse exzentrisch anzuordnen. Auch diese Maßnahme führt dazu, dass innerhalb des Ringraums der Abstand zwischen Rohr und Gehäuse in der Umfangsrichtung variiert. Durch die Positionierung des Rohrs innerhalb des Gehäuses lässt sich die Geometrie der jeweiligen Resonanzkammer verändern und gezielt auf eine bestimmte Frequenz abstimmen.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest in einer solchen Resonanzkammer wenigstens zwei sich jeweils axial und radial erstreckende und in der Umfangsrichtung voneinander beabstandete Zwischenwände angeordnet sind, die in der jeweiligen Resonanzkammer zumindest zwei Teilkammern in der Umfangsrichtung voneinander trennen, wobei diese Teilkammern über separate Rohröffnungen jeweils mit dem Rohr verbunden sind. Durch die Zwischenwände wird somit die in der Umfangsrichtung geschlossen verlaufende Resonanzkammer in mehrere Teilkammern segmentiert, die sich in der Umfangsrichtung aneinander reihen. Auch diese Maßnahme führt dazu, dass sich die Breitbandwirkung des Schalldämpfers verbessern lässt.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann die wenigstens eine Wandöffnung bzw. sind sämtliche Wandöffnungen der jeweiligen Trennwand nur im Bereich einer einzigen solchen Teilkammer angeordnet. Mit anderen Worten, bei zwei Teilkammern je Resonanzkammer ist dann die andere Teilkammer ohne Verbindung zur benachbarten Resonanzkammer. Sofern drei oder mehr Teilkammern je Resonanzkammer vorgesehen sind, können auch zwei oder mehr Teilkammern mit derartigen separaten Wandöffnungen mit der axial benachbarten Resonanzkammer kommunizieren, während gleichzeitig für wenigstens eine solche Teilkammer keine Wandöffnung zur akustischen Kopplung mit der benachbarten Resonanzkammer vorgesehen ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann zumindest eine Rohröffnung als in der Umfangsrichtung orientierter Schlitz ausgestaltet sein. Eine derartige, in der Umfangsrichtung orientierte schlitzförmige Rohröffnung hat gegenüber kreisförmigen Rohröffnungen eine verbesserte Breitbandwirkung, was insbesondere auf Beugungseffekte rückführbar sein kann.
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Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass je Resonanzkammer bzw. je Teilkammer maximal eine derartige schlitzförmige Rohröffnung vorhanden ist. Zusätzlich zu einer solchen schlitzförmigen Rohröffnung können außerdem weitere runde, insbesondere kreisförmige, Rohröffnungen vorgesehen sein.
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Bei einer anderen Ausführungsform können zumindest zwei derartige Trennwände vorgesehen sein, die axial voneinander beabstandet sind und die zumindest drei Resonanzkammern axial voneinander trennen. Durch unterschiedliche axiale Abmessungen der wenigstens drei Resonanzkammern lassen sich diese auf unterschiedliche Frequenzbereiche abstimmen. Dabei kann vorgesehen sein, dass nur eine der Trennwände mit wenigstens einer Wandöffnung ausgestattet ist. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die beiden Trennwände oder bei mehr als zwei Trennwänden sämtliche Trennwände mit jeweils wenigstens einer solchen Wandöffnung ausgestattet sind.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass in den drei Resonanzkammern jeweils wenigstens zwei Zwischenwände der vorstehend genannten Art angeordnet sind, mit denen die jeweilige Resonanzkammer in wenigstens zwei Teilkammern unterteilt ist. Somit lässt sich mit vergleichsweise einfachen Maßnahmen innerhalb des Gehäuses ein komplexes Resonanzsystem erzeugen, das zumindest sechs separate Teilkammern umfasst, die jeweils als Resonanzraum dienen. Durch die Anordnung von Wandöffnungen lässt sich die Breitbandwirkung dieses kompakten Resonanzsystems optimieren.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Rohr mit der wenigstens einen Trennwand als bezüglich des Gehäuses separater Einsatz ausgestaltet ist, der in das Gehäuse eingesetzt ist. Hierdurch lässt sich der Einsatz mit Rohr und Trennwand besonders einfach herstellen. Beispielsweise kann der Einsatz ein Spritzformteil sein, das integral das Rohr und die jeweilige Trennwand umfasst. Sofern Zwischenwände vorgesehen sind, können diese ebenfalls an besagter Einheit angeordnet und insbesondere daran integral ausgeformt sein.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Seitenansicht eines Ansaugschalldämpfers mit einem Gehäuse des Ansaugschalldämpfers im Längsschnitt,
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2 ein Querschnitt des Ansaugschalldämpfers entsprechend Schnittlinien II in 1,
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3 ein Querschnitt wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
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Entsprechend den 1 bis 3 umfasst ein Ansaugschalldämpfer 1 ein Gehäuse 2 und ein im Inneren des Gehäuses 2 angeordnetes Rohr 3. Der Schalldämpfer 1 ist für eine Frischluftanlage 4 einer Brennkraftmaschine vorgesehen, beispielsweise um unerwünschte Geräusche eines Verdichters eines Abgasturboladers zu dämpfen. Von der Frischluftanlage 4 sind hier nur ein Endabschnitt eines Zuführrohrs 5 und ein Endabschnitt eines Abführrohrs 6 erkennbar. Eine Frischluftströmung, die sich im Betrieb der Brennkraftmaschine einstellt, ist in 1 durch Pfeile 7 angedeutet.
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Das Gehäuse 2 besitzt einen Einlass 8, der an das Zuführrohr 5 angeschlossen ist, sowie einen Auslass 9, an den das Abführrohr 6 angeschlossen ist. Das innerhalb des Gehäuses 2 angeordnete Rohr 3 verbindet den Einlass 8 mit dem Auslass 9. Zweckmäßig ist das Rohr 3 axial fluchtend und zum Zuführrohr 5 sowie zum Abführrohr 6 angeordnet und mit demselben Innendurchmesser versehen. Hierdurch kann die Frischluftströmung 7 mit möglichst geringem Strömungswiderstand durch den Ansaugschalldämpfer 1 hindurchgeführt werden.
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Radial zwischen dem Gehäuse 2 und dem Rohr 3 ist ein Ringraum 10 ausgebildet. Der Ringraum 10 ist dabei radial außen vom Gehäuse 2 und radial innen vom Rohr 3 begrenzt. Der Schalldämpfer 1 ist außerdem mit wenigstens einer Trennwand 11 ausgestattet. Im Beispiel sind rein exemplarisch zwei derartige Trennwände 11 vorgesehen. Die jeweilige Trennwand 11 erstreckt sich in der Umfangsrichtung 12, die in den 2 und 3 jeweils durch einen Doppelpfeil angedeutet ist, sowie in der Radialrichtung 13, die in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Die Radialrichtung 13 erstreckt sich dabei bezüglich einer Längsmittelachse 14 des Rohrs 3 radial. Eine in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutete Axialrichtung 15 verläuft dabei parallel zur Längsmittelachse 14.
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Die jeweilige Trennwand 11 trennt im Ringraum 10 jeweils zwei Resonanzkammern 16 axial voneinander. Bei zwei Trennwänden 11 liegen dann drei Resonanzkammern 16 vor. Das Rohr 3 ist nun mit den Resonanzkammern 16 jeweils über wenigstens eine Rohröffnung 17 verbunden. Gemeint ist damit eine akustische Verbindung, so dass Luftschall vom Inneren des Rohrs 3 durch die jeweilige Rohröffnung 17 in die jeweilige Resonanzkammer 16 eintreten kann.
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Zumindest eine der Trennwände 11 weist zumindest eine Wandöffnung 18 auf, über die die beiden an die jeweilige Trennwand 11 axial angrenzenden Resonanzkammern 16 außerhalb des Rohrs 3 miteinander verbunden sind. Auch hier ist wieder eine akustische Kopplung gemeint, so dass Luftschall von der einen Resonanzkammer 16 in die andere Resonanzkammer 16 übertreten kann. Im Beispiel sind beide Trennwände 11 mit wenigstens einer solchen Wandöffnung 18 ausgestattet. Gemäß den in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen kann die jeweilige Trennwand 11 wenigstens zwei derartige Wandöffnungen 18 aufweisen, die in den 2 und 3 mit durchgezogenen Linien angedeutet sind. Die beiden Wandöffnungen 18 sind dabei in der Umfangsrichtung 12 voneinander beabstandet an der Trennwand 11 angeordnet. In den gezeigten Beispielen sind die beiden Wandöffnungen 18 zueinander etwa diametral gegenüberliegend angeordnet.
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Alternativ zu diesen beiden Wandöffnungen 18 oder zusätzlich dazu kann die in den 2 und 3 mit unterbrochener Linie angedeutete weitere Wandöffnung 18’ vorgesehen sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine der Wandöffnungen 18, 18’ als radial orientierter Schlitz ausgestaltet sein. Gemäß den 2 und 3 sind hier sämtliche Wandöffnungen 18, 18’ schlitzförmig ausgestaltet. Erkennbar ist eine in 2 angedeutete Schlitzbreite 19, die in der Umfangsrichtung 12 gemessen ist, kleiner als eine in 3 angedeutete Schlitzlänge 20, die in der Radialrichtung 13 gemessen ist. Zweckmäßig ist die Schlitzlänge 20 mindestens doppelt so groß, vorzugsweise mindestens fünfmal so groß und insbesondere zumindest zehnmal so groß wie die Schlitzbreite 19. Die Schlitzbreite 19 kann ihrerseits etwa gleich groß sein wie eine in 1 angedeutete Wandstärke 21 der Trennwand 11 oder wie eine in 2 angedeutete Wandstärke 22 des Rohrs 3 oder wie eine in 3 angedeutete Wandstärke 23 des Gehäuses 2.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die schlitzförmigen Wandöffnungen 18, 18’ jeweils über die gesamte radiale Höhe der jeweiligen Trennwand 11. Somit erstreckt sich die jeweilige schlitzförmige Wandöffnung 18 vom Rohr 3 bis zum Gehäuse 2. Im Unterschied dazu zeigt 3 eine Ausführungsform, bei der sich die schlitzförmigen Wandöffnungen 18, 18’ jeweils nur über einen Teil der radialen Höhe der jeweiligen Trennwand 11 erstrecken. Bevorzugt sind dabei die in 3 gezeigten Varianten, bei denen sich die jeweilige schlitzförmige Wandöffnung 18 radial außen an das Gehäuse 2 anschließt. Grundsätzlich ist auch eine Mischform denkbar, bei der die Trennwand 11 zumindest eine schlitzförmige Wandöffnung 18, 18’ aufweist, die sich wie in 2 über die gesamte radiale Höhe der Trennwand 11 erstreckt, während gleichzeitig zumindest eine andere schlitzförmige Wandöffnung 18, 18’ vorhanden ist, die sich wie in 3 nur über einen Teil der radialen Höhe der Trennwand 11 erstreckt. Allgemein kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Trennwand 11 zumindest zwei in der Umfangsrichtung 12 voneinander beabstandete Wandöffnungen 18 aufweist, die unterschiedliche Durchtrittsquerschnitte besitzen. Bei schlitzförmigen Wandöffnungen 18, 18’ sind diese bevorzugt in der Radialrichtung 13 unterschiedlich groß, besitzen also unterschiedliche Schlitzlängen 20. Beispielsweise sind in den 2 und 3 die beiden mit durchgezogener Linie gezeichneten schlitzförmigen Wandöffnungen 18 radial kürzer als die mit unterbrochener Linie gezeichnete schlitzförmige Wandöffnung 18’. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, die schlitzförmigen Wandöffnungen 18, 18' dadurch mit verschiedenen Öffnungsquerschnitten zu versehen, dass sie unterschiedliche Schlitzbreiten 19 besitzen.
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Gemäß den 2 und 3 besitzt das Rohr 3 vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt, während das Gehäuse 2 vorzugsweise einen ovalen Querschnitt besitzt. Alternativ kann auch das Rohr 3 mit einem ovalen Querschnitt versehen sein. Ebenso kann das Gehäuse 2 mit einem kreisförmigen Querschnitt versehen sein.
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Wie sich den 1 bis 3 entnehmen lässt, ist das Rohr 3 im Gehäuse 2 exzentrisch angeordnet. Dabei ist eine Exzentrizität 24 durch einen Abstand zwischen der Längsmittelachse 14 des Rohrs 3 und einer Längsmittelachse 25 des Gehäuses 2 definiert. In einem Spezialfall kann die Exzentrizität 24 in einem Bereich von einschließlich 50 % bis einschließlich 150 % eines kleinsten Abstands 26 liegen, den das Rohr 3 innerhalb des Ringraums 10 vom Gehäuse 2 besitzt.
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Bei den hier gezeigten Ausführungsformen sind die insgesamt drei Resonanzkammern 16 jeweils mit Hilfe von zwei Zwischenwänden 27, die sich jeweils in der Axialrichtung 15 und in der Radialrichtung 13 erstrecken, in der Umfangsrichtung 12 in zwei Teilkammern 28 unterteilt. Die einzelnen Teilkammern 28 sind dabei über separate Rohröffnungen 17 mit dem Rohr 3 verbunden. Gemeint ist auch hier jeweils eine akustische Verbindung, so dass Luftschall vom Inneren des Rohrs 3 in die jeweilige Teilkammer 28 übertreten kann. Beim hier gezeigten Schalldämpfer 1 ist somit im Ringraum 10 ein Resonanzkammersystem ausgebildet, das insgesamt sechs Teilkammern 28 umfasst. Dabei ist jede einzelne Teilkammer 28 separat akustisch mit dem Inneren des Rohrs 3 gekoppelt.
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Die beiden Zwischenwände 27 je Resonanzkammer 16 sind in den gezeigten bevorzugten Beispielen am Rohr 3 etwa diametral gegenüberliegend angeordnet, so dass sich jede Teilkammer 28 in der Umfangsrichtung 12 über etwa 180° erstreckt. Bei anderen Ausführungsformen sind auch andere Unterteilungen der Resonanzkammern 16 vorstellbar.
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Wie sich den 2 und 3 entnehmen lässt, sind die Wandöffnungen 18, 18’ jeweils nur im Bereich einer der beiden Teilkammern 28 angeordnet. Das bedeutet, dass die jeweils andere Teilkammer 28 nicht mit der axial benachbarten Resonanzkammer 16 bzw. mit der axial benachbarten Teilkammer 28 außerhalb des Rohrs 3 akustisch gekoppelt ist. In den 1 bis 3 sind somit nur die oberen Teilkammern 28 außerhalb des Rohrs 3 durch die Wandöffnungen 18, 18’ akustisch miteinander gekoppelt, während die unteren Teilkammern 28 durch die Trennwände 11 voneinander getrennt sind.
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Gemäß 1 kann zumindest eine der Rohröffnungen 17 als Schlitz 29 ausgestaltet sein, der sich in der Umfangsrichtung 12 orientiert. Im Beispiel der 1 ist je Teilkammer 28 genau ein derartiger Schlitz 29 vorgesehen.
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Das Rohr 3 kann gemeinsam mit den Trennwänden 11 und – soweit vorhanden – gemeinsam mit den Zwischenwänden 27 einen Einsatz 30 definieren, der bezüglich des Gehäuses 2 ein separates Bauteil repräsentiert und dementsprechend außerhalb des Gehäuses 2 hergestellt werden kann. Bevorzugt wird dabei ein Spritzgussverfahren, um das Rohr 3 mit daran ausgeformten Trennwänden 11 und gegebenenfalls mit daran ausgeformten Zwischenwänden 27 aus einem Stück herzustellen. Der Einsatz 30 kann dann auf geeignete Weise in das Gehäuse 2 eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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