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Die vorliegende Erfindung betrifft einen schaltbaren Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugs.
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Unabhängig von der Bauform eines Verbrennungsmotors (beispielsweise Hubkolbenmotor, Rotationskolbenmotor oder Freikolbenmotor) werden infolge der hintereinander ablaufenden Arbeitstakte (insbesondere Ansaugen und Verdichten eines Kraftstoff-Luftgemischs, Arbeiten und Ausstoßen des verbrannten Kraftstoff-Luftgemischs) Geräusche erzeugt. Diese durchlaufen zum einen als Körperschall den Verbrennungsmotor und werden außen am Verbrennungsmotor als Luftschall abgestrahlt. Zum anderen durchlaufen die Geräusche als Luftschall zusammen mit dem verbrannten Kraftstoff-Luftgemisch eine mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung stehende Abgasanlage. Dabei treten zu den vom Verbrennungsmotor hervorgerufenen Geräuschen häufig noch Strömungsgeräusche hinzu. Die die Abgasanlage durchlaufenden Geräusche werden Abgasgeräusche genannt.
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Diese Geräusche werden häufig als nachteilig empfunden. Zum einen gibt es gesetzliche Vorgaben zum Lärmschutz, die von Herstellern von verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen einzuhalten sind. Diese gesetzlichen Vorgaben geben in der Regel einen im Betrieb des Fahrzeugs maximal zulässigen Schalldruck vor. Zum anderen versuchen Hersteller, den von ihnen hergestellten verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen eine charakteristische Geräuschentwicklung aufzuprägen, welche zum Image des jeweiligen Herstellers passen und die Kunden ansprechen soll. Diese charakteristische Geräuschentwicklung lässt sich bei modernen Motoren mit geringem Hubraum häufig nicht mehr auf natürlichem Wege sicherstellen.
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Die den Verbrennungsmotor als Körperschall durchlaufenden Geräusche lassen sich gut dämmen und stellen daher in der Regel kein Problem hinsichtlich des Lärmschutzes dar.
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Die eine Abgasanlage des Verbrennungsmotors zusammen mit dem verbrannten Kraftstoff-Luftgemisch als Luftschall durchlaufenden Abgasgeräusche werden durch vor der Mündung der Abgasanlage angeordnete Schalldämpfer reduziert, welche ggf. vorhandenen Katalysatoren nachgeschaltet sind. Derartige Schalldämpfer können beispielsweise nach dem Absorptions- und/oder Reflexionsprinzip arbeiten. Dabei werden unter anderem Resonanzabsorber verwendet, die nach dem Prinzip eines Helmholtz-Resonators arbeiten.
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Ein Helmholtz-Resonator besteht aus einem ein Luftvolumen umschließenden Körper, der einen Resonatorhals mit einer Öffnung aufweist, über welche das Luftvolumen mit der Umgebung verbunden ist. Das Luftvolumen wird aufgrund der Öffnung im Resonatorhals nicht vollständig von dem Körper umschlossen, und lässt sich gedanklich in ein erstes und zweites Luftvolumen unterteilen. Das erste Luftvolumen wird durch die Geometrie des Resonatorhalses festgelegt und erstreckt sich von der Öffnung des Resonatorhalses über die ganze Länge des Resonatorhalses. Damit hängt die Größe des ersten Luftvolumens vom Querschnitt und der Länge des Resonatorhalses ab. Der Querschnitt des Resonatorhalses kann sich dabei über die Länge des Resonatorhalses ändern, oder aber auch konstant sein. Weiter kann sich der Resonatorhals geradlinig erstrecken, oder gekrümmt verlaufen. Das zweite Luftvolumen grenzt im Inneren des Körpers unmittelbar an das erste Luftvolumen an, und ist damit von der Öffnung des Körpers durch den Resonatorhals getrennt. Das zweite Luftvolumen ist größer als das erste Luftvolumen, und wird durch die Geometrie des Körpers außerhalb des Resonatorhalses festgelegt. Beispielsweise kann am Übergang zwischen dem ersten und zweiten Luftvolumen eine Wand des Körpers eine Öffnung aufweisen, oder sich das Vorzeichen einer Krümmung der Wand des Körpers ändern. Durch die Elastizität des Luftvolumens im Inneren des Körpers in Kombination mit der trägen Masse der im Resonatorhals befindlichen Luft entsteht ein mechanisches Masse-Feder-System. Dieses Masse-Feder-System weist in Abhängigkeit von der Form des Luftvolumens eine (bei einer Kugelform) Resonanzfrequenz (Eigenfrequenz) oder mehrere (bei einer Abweichung von der Kugelform) Resonanzfrequenzen (Eigenfrequenzen) auf. Diese Eigenfrequenz hängt unter anderem von dem Volumen des eingeschlossene Luftvolumens, der Querschnittsfläche der Öffnung am Resonatorhals, der Länge des Resonatorhalses und einem von der Form und Ausbildung (z. B. rund, eckig, schlitzförmig) der Mündung abhängigen Mündungskorrekturfaktor ab.
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Beide Arbeitsweisen (Absorptions- und/oder Reflexionsprinzip) weisen den Nachteil auf, dass sie keine Anpassung an das sich bei unterschiedlichen Drehzahlen des Verbrennungsmotors ändernde Frequenzspektrum der in der Abgasanlage geführten Geräusche erlauben. Deshalb kann eine optimale Schalldämpfung mit herkömmlichen Schalldämpfern häufig nicht erreicht werden. Zudem weisen beide Arbeitsweisen das Problem auf, dass sie dem in der Abgasanlage geführten Abgas einen Strömungswiderstand entgegen setzen. Werden die Schalldämpfer auf den maximalen Abgasstrom bei hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors ausgelegt, so ist die Schalldämpfung häufig ungenügend. Werden die Schalldämpfer auf den durchschnittlichen Abgasstrom bei mittleren Drehzahlen des Verbrennungsmotors ausgelegt, so steigt der Strömungswiderstand und damit auch der Verbrauch des Verbrennungsmotors bei höheren Drehzahlen deutlich an.
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Aus dem europäischen Patent
EP 1 760 279 B1 ist ein Schalldämpfer bekannt, bei dem ein schaltbares Rohr des Schalldämpfers mit einem Dämpfersystem akustisch so gekoppelt ist, dass das Dämpfersystem einerseits sowohl bei geöffnetem als auch bei geschlossenem Rohr aktiv ist, also seine jeweilige Dämpfungswirkung entfaltet, und andererseits bei geöffnetem Rohr eine andere Dämpfungscharakteristik aufweist als bei geschlossenem Rohr. Durch diese Bauweise bildet das schaltbare Rohr auch im geschlossenen Zustand einen Bestandteil eines wirksamen Dämpfersystems, das beim Öffnen des Rohres zwar seine Dämpfungscharakteristik verändert, jedoch aktiv bleibt.
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Ausführungsformen sind auf einen schaltbaren Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugs gerichtet, welcher einen Helmholtz-Resonator mit einem Helmholtzvolumen und einem Helmholtzrohr aufweist, wobei der Helmholtz-Resonator zwischen wenigstens zwei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (Eigenfrequenzen) umgeschaltet werden kann.
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Ausführungsformen eines Schalldämpfers für eine Abgasanlage eines verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugs weisen ein gasdichtes Gehäuse, wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Trennwand, wenigstens ein Einlassrohr, wenigstens ein erstes Auslassrohr (Auslassrohr erster Art), ein insbesondere schaltbares zweites Auslassrohr (Auslassrohr zweiter Art) und ein Resonatorrohr auf. Die wenigstens eine Trennwand unterteilt das Innere des Gehäuses in ein erstes Volumen und ein von dem ersten Volumen getrenntes zweites Volumen. Sowohl das wenigstens eine Einlassrohr als auch das wenigstens eine erste Auslassrohr als auch das wenigstens eine zweite Auslassrohr als auch das Resonatorrohr stehen mit dem ersten Volumen in Fluidverbindung. Das Resonatorrohr steht zudem mit dem zweiten Volumen in Fluidverbindung, und stellt so insgesamt eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen bereit. Das zweite Auslassrohr durchsetzt das zweite Volumen und ist zumindest in einem Abschnitt, in welchem es die wenigstens eine Trennwand durchsetzt, im Inneren des Resonatorrohres angeordnet. Somit umgibt das Resonatorrohr das zweite Auslassrohr in dem Abschnitt in Längsrichtung des zweiten Auslassrohres, in welchem das zweite Auslassrohr die wenigstens eine Trennwand durchsetzt, vollständig in Umfangsrichtung. Auch das wenigstens eine erste Auslassrohr kann das zweite Volumen und die wenigstens eine Trennwand fakultativ durchsetzen. Die Fluidverbindung zwischen dem ersten und zweiten Volumen wird somit zumindest in einem Abschnitt über einen zwischen dem zweiten Auslassrohr und dem Resonatorrohr gebildeten Ringspalt bereitgestellt.
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Dabei können die Fluidverbindungen jeweils wahlweise unmittelbar, d. h. ohne Durchströmen eines weiteren Bauteils (insbesondere Rohres), oder mittelbar, das heißt unter Durchströmung eines weiteren Bauteils (insbesondere Rohres) bereitgestellt werden.
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Der Begriff "gasdichtes Gehäuse" schließt ausdrücklich ein, dass eine Wand des Gehäuses von dem wenigstens einen Einlassrohr, dem wenigstens einen ersten Auslassrohr und dem zweiten Auslassrohr durchsetzt wird, wofür entsprechende Öffnungen in der Wand des Gehäuses vorgesehen sein können. Das wenigstens eine Einlassrohr, das wenigstens eine erste Auslassrohr und das zweite Auslassrohr sind dann in diesen Öffnungen gasdicht gegen die Wand des Gehäuses abgedichtet. Das erste Volumen des Gehäuses ist somit von außen unmittelbar über das wenigstens eine Einlassrohr, das wenigstens eine erste Auslassrohr und das zweite Auslassrohr zugänglich, und das zweite Volumen des Gehäuses ist von außen mittelbar über das erste Volumen und das Resonatorrohr zugänglich. Somit kann dem ersten Volumen über das wenigstens eine Einlassrohr ein Fluid und insbesondere Abgas zugeführt werden, welches über das wenigstens eine erste Auslassrohr und das zweite Auslassrohr wieder aus dem ersten Volumen und damit dem Gehäuse abgeführt wird. Da das zweite Volumen bis auf das Resonatorrohr geschlossen ist, findet zwischen dem ersten und dem zweiten Volumen selbst dann nur ein geringer Luftaustausch statt, wenn das erste Volumen mit Fluid beaufschlagt wird.
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Das zweite Volumen im Inneren des Gehäuses weist eine konstant Größe auf und bildet ein Helmholtzvolumen. Das Resonatorrohr, welches eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen herstellt, bildet ein Helmholtzrohr. Die Resonatorfrequenzen (Eigenfrequenzen) des so aus dem zweiten Volumen und dem Resonatorrohr gebildeten Helmholtz-Resonators hängen unter anderem von der wirksamen Länge des das Helmholtzrohr bildenden Resonatorrohres ab.
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Durch die Anordnung eines Längsabschnitts des zweiten Auslassrohres im Inneren des Resonatorrohres ist es bei entsprechender Ausgestaltung des zweiten Auslassrohres und des Resonatorrohres möglich, das wirksame Volumen des das Helmholtzrohr bildenden Resonatorrohres durch Zuschalten bzw. Abschalten des zweiten Auslassrohres zu verändern. Das wirksame Volumen des Resonatorrohres wird durch die Dimension der stehenden Luftsäule zwischen dem ersten und dem zweiten Volumen im Inneren des Gehäuses festgelegt. Die Dimension dieser stehenden Luftsäule kann sich, durch Zuschalten bzw. Abschalten des zweiten Auslassrohres ändern. Dabei kann diese stehende Luftsäule ganz oder teilweise im Inneren des Resonatorrohres angeordnet sein, und auch Abschnitte des zweiten Auslassrohres zwischen dem ersten und dem zweiten Volumen mit umfassen. Dabei wird unter "Zuschalten" verstanden, dass das zweite Auslassrohr offen ist und daher von Fluid und insbesondere Abgas durchströmt werden kann, und unter "Abschalten" verstanden, dass das zweite Auslassrohr geschlossen ist und daher nicht von Fluid und insbesondere Abgas durchströmt werden kann. Auf diese Weise kann der so aus dem zweiten Volumen und dem Resonatorrohr gebildete Helmholtz-Resonator zwischen wenigstens zwei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (Eigenfrequenzen) umgeschaltet werden. Gleichzeitig ändert sich durch das Zuschalten bzw. Abschalten des zweiten Auslassrohres der Strömungswiderstand des Schalldämpfers.
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In der Folge ist es bei dem erfindungsgemäßen Aufbau möglich, durch Zuschalten bzw. Abschalten des zweiten Auslassrohres gleichzeitig sowohl durch Änderung der Resonanzfrequenzen (Eigenfrequenzen) die Dämpfungseigenschaft als auch den Strömungswiderstand des Schalldämpfers zu verändern. In der Folge kann der Schalldämpfer gleichzeitig sowohl im Hinblick auf seine Dämpfungseigenschaft als auch im Hinblick auf seinen Strömungswiderstand auf zwei unterschiedliche Betriebszustände eines Verbrennungsmotors abgestimmt werden. Hierdurch kann insgesamt eine bessere Schalldämpfung der den Schalldämpfer durchströmenden Abgasgeräusche und ein verringerter Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors erreicht werden.
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Dabei kann das Einlassrohr ausgebildet sein, mit einem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung gebracht zu werden, und können die ersten und zweiten Auslassrohre ausgebildet sein, mit einem Endrohr einer Abgasanlage in Fluidverbindung gebracht zu werden. Alternativ kann das Einlassrohr ausgebildet sein, mit einem Endrohr einer Abgasanlage in Fluidverbindung gebracht zu werden (wodurch das Einlassrohr funktional zu einem Auslassrohr wird), und können die ersten und zweiten Auslassrohre ausgebildet sein, mit einem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung gebracht zu werden (wodurch die ersten und zweiten Auslassrohre funktional zu Einlassrohren werden).
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Gemäß erster Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Schalldämpfers ist das zweite Auslassrohr über die ganze Länge des Resonatorrohres innerhalb des Resonatorrohres angeordnet, und weist eine Wand des zweiten Auslassrohres in einem Abschnitt, in welchem es von dem Resonatorrohr umgeben ist, Öffnungen auf. Dieser Abschnitt kann sich vollständig im ersten Volumen, vollständig im zweiten Volumen oder teilweise im ersten und zweiten Volumen befinden. Dabei kann das zweite Auslassrohr über das Resonatorrohr hinaus in das erste Volumen hineinragen. Bei abgeschaltetem (geschlossenem) zweiten Auslassrohr wirkt ein zwischen einer Innenwand des Resonatorrohrs und einer Außenwand des zweiten Auslassrohrs gebildeter Ringspalt über die ganze Länge des Resonatorrohrs als Helmholtzrohr. Zudem befindet sich bei abgeschaltetem (geschlossenem) zweiten Auslassrohr im Inneren des zweiten Auslassrohres zwischen dem ersten und zweiten Volumen eine weitere stehende Luftsäule, welche über den Ringspalt zwischen Resonatorrohr und zweitem Auslassrohr und die Öffnungen im zweiten Auslassrohr mit dem zweiten Volumen in Fluidverbindung steht, so dass auch ein Abschnitt des zweiten Auslassrohres als Helmholtzrohr wirkt. Bei zugeschaltetem (offenem) zweiten Auslassrohr wirkt primär ein Abschnitt des Resonatorrohres als Helmholtzrohr, welcher Abschnitt sich von dem im zweiten Volumen des Gehäuses angeordneten Ende des Resonatorrohres bis zu dem Abschnitt des zweiten Auslassrohr, in dem die Öffnungen angeordnet sind, erstreckt.
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Gemäß zweiter Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Schalldämpfers sind ein Einlassrohr und das zweite Auslassrohr einstückig ausgebildet, und bilden so ein einstückiges Rohr. Weiter weist eine Wand des einstückigen Rohres in einem ersten Abschnitt, in welchem das einstückige Rohr im ersten Volumen und nicht innerhalb (also außerhalb) des Resonatorrohres angeordnet und somit nicht in Umfangsrichtung von dem Resonatorrohr umgeben ist, Öffnungen auf. Über diese Öffnungen kann dem ersten Volumen ein Fluid und insbesondere Abgas zugeführt werden. Weiter weist die Wand des einstückigen Rohres auch in einem zweiten Abschnitt, in welchem das einstückige Rohr innerhalb des Resonatorrohres angeordnet und somit in Umfangsrichtung von dem Resonatorrohr umgeben ist, Öffnungen auf. Dieser zweite Abschnitt kann sich vollständig im ersten Volumen, vollständig im zweiten Volumen oder teilweise im ersten und zweiten Volumen befinden. Bei abgeschaltetem (geschlossenem) zweiten Auslassrohr wirkt ein zwischen einer Innenwand des Resonatorrohres und einer Außenwand des einstückigen Rohrs gebildeter Ringspalt über die ganze Länge des Resonatorrohrs als Helmholtzrohr. Zudem befindet sich bei abgeschaltetem (geschlossenem) zweiten Auslassrohr im Inneren des einstückigen Rohres zwischen dem ersten und zweiten Volumen eine weitere stehende Luftsäule, welche über den Ringspalt zwischen Resonatorrohr und dem einstückigen Rohr und die Öffnungen im einstückigen Rohr mit dem ersten bzw. zweiten Volumen in Fluidverbindung steht, so dass auch ein Abschnitt des einstückigen Rohres als Helmholtzrohr wirkt. Bei zugeschaltetem (offenem) zweiten Auslassrohr wirkt primär ein Abschnitt des Resonatorrohres als Helmholtzrohr, welcher Abschnitt sich von dem im zweiten Volumen des Gehäuses angeordneten Ende des Resonatorrohres bis zu dem zweiten Abschnitt des zweiten Auslassrohr, in dem die Öffnungen angeordnet sind, erstreckt.
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Sowohl gemäß der ersten als auch gemäß der zweiten Ausführungsformen kann das Resonanzrohr fakultativ ein im Inneren des ersten Volumens angeordnetes Ende aufweisen, welches gasdicht mit dem zweiten Auslassrohr bzw. dem einstückigen Rohr verbunden ist. Dann wird die Fluidverbindung zwischen dem ersten und zweiten Volumen nur in einem Abschnitt über einen zwischen dem zweiten Auslassrohr bzw. dem einstückigen Rohr und dem Resonatorrohr gebildeten Ringspalt bereitgestellt, und in einem anderen Abschnitt über die Öffnungen im zweiten Auslassrohr bzw. dem einstückigen Rohr und über das zweite Auslassrohr bzw. das einstückige Rohr bereitgestellt.
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Gemäß dritter Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Schalldämpfers weist das Resonatorrohr einen ersten Abschnitt auf, in welchem das Resonatorrohr im Inneren des ersten Volumens angeordnet und frei von dem zweiten Auslassrohr ist (das Resonanzrohr das zweite Auslassrohr somit nicht in Umfangsrichtung umgibt), und einen zweiten Abschnitt auf, in welchem das Resonatorrohr das zweite Auslassrohr aufnimmt. Somit befindet sich eine Mündung des zweiten Auslassrohres im Inneren des Resonatorrohres und ist von einem im ersten Volumen des Gehäuses angeordneten Ende des Resonatorrohres beabstandet, so dass das zweite Auslassrohr im Inneren des Resonatorrohres endet. Ersichtlich ist dann der zweite Abschnitt entlang einer Strömung von bei zugeschaltetem (offenem) zweiten Auslassrohr in dem zweiten Auslassrohr geführten Fluid und insbesondere Abgas stromabwärts des ersten Abschnittes angeordnet. Mit anderen Worten ist der zweite Abschnitt näher am zweiten Volumen angeordnet, als der erste Abschnitt. Dabei kann der zweite Abschnitt vollständig im ersten Volumen, vollständig im zweiten Volumen oder teilweise im ersten und zweiten Volumen angeordnet sein. Bei abgeschaltetem (geschlossenem) zweiten Auslassrohr wirkt das Resonatorrohr über seine ganze Länge als Helmholtzrohr. Im zweiten Abschnitt des Resonatorrohres trägt nur der zwischen Resonatorrohr und zweitem Auslassrohr gebildete Ringspalt zur stehenden Luftsäule zwischen dem ersten und zweiten Volumen bei, wohingegen im ersten Abschnitt des Resonatorrohres der ganze Innendurchmesser des Resonatorrohres zur stehenden Luftsäule zwischen dem ersten und zweiten Volumen beiträgt. Bei zugeschaltetem (offenem) zweiten Auslassrohr wirkt primär ein Abschnitt des Resonatorrohres als Helmholtzrohr, welcher Abschnitt sich von dem im zweiten Volumen des Gehäuses angeordneten Ende des Resonatorrohres bis zur Mündung des zweiten Auslassrohres erstreckt.
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Zusätzlich kann bei den dritten Ausführungsformen fakultativ eine Mündung des Einlassrohres innerhalb des Resonatorrohres angeordnet sein. Dann kann fakultativ weiter eine Wand des Resonatorrohres in einem Abschnitt, in welchem das Resonanzrohr frei von dem zweiten Auslassrohr ist, frei von Öffnungen sein. Alternativ oder zusätzlich kann fakultativ eine Wand des Resonatorrohres in einem Abschnitt, in welchem das Resonanzrohr frei von dem zweiten Auslassrohr ist, Öffnungen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann weiter eine Wand des Resonatorrohres in einem Abschnitt, in welchem das Resonanzrohr frei von dem zweiten Auslassrohr ist, Öffnungen aufweisen.
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Gemäß vierter Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Schalldämpfers sind das Resonatorrohr und das Einlassrohr einstückig ausgebildet, und bilden so ein einstückiges Rohr. Dieses einstückige Rohr mündet in das zweite Volumen. Eine Wand des einstückigen Rohres weist in einem ersten Abschnitt, in welchem das einstückige Rohr das erste Volumen durchsetzt, Öffnungen auf, welche die Fluidverbindung zwischen dem Einlassrohr und dem ersten Volumen bereitstellen. Die Wand des einstückigen Rohres ist zumindest in einem zweiten Abschnitt, in welchem das einstückige Rohr das zweite Auslassrohr umgibt, frei von Öffnungen. Fakultativ weist die Wand des einstückigen Rohres zumindest in einem dritten Abschnitt, in welchem das einstückige Rohr das zweite Auslassrohr umgibt, Öffnungen auf. Ersichtlich ist dann der zweite Abschnitt entlang einer Strömung von in dem einstückigen Rohr geführten Fluid und insbesondere Abgas stromabwärts des ersten Abschnittes angeordnet.
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Gemäß den dritten und vierten Ausführungsformen kann fakultativ eine Wand des zweiten Auslassrohres in einem Abschnitt, in welchem es von dem Resonatorrohr umgeben ist, Öffnungen aufweisen.
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Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Schalldämpfers gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform weisen weiter fakultativ eine innerhalb oder außerhalb des Gehäuses des Schalldämpfers in dem zweiten Auslassrohr angeordnete Klappe auf, welche ausgebildet ist, dass zweite Auslassrohr wahlweise zu verschließen. Dann kann weiter fakultativ ein mit einer Steuerung und insbesondere einer Motorsteuerung verbindbarer oder verbundener Elektromotor vorgesehen sein, welcher die Klappe wahlweise öffnet oder verschließt. Dies kann insbesondere in Abhängigkeit von einer Drehzahl und oder Last eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs erfolgen. Alternativ zur Verwendung eines Elektromotors kann die Klappe auch mittels einer Pneumatik oder Hydraulik betätigt werden, wobei die Klappe beispielsweise mittels eines Unterdruckes in eine Offenstellung bewegt werden kann. Alternativ kann fakultativ die Klappe in einer Stellung, in welcher sie das zweite Auslassrohr verschließt, beispielsweise mittels einer Feder vorgespannt sein, wobei die Vorspannung so gewählt ist, dass die Klappe bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks des die Klappe beaufschlagenden Abgases gegen die Vorspannung geöffnet wird.
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Gemäß Ausführungsformen ist eine Außenwand des ersten Auslassrohres gasdicht mit der wenigstens einen Trennwand verbunden.
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Gemäß Ausführungsformen ist eine Außenwand des Resonatorrohres gasdicht mit der wenigstens einen Trennwand verbunden.
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Gemäß Ausführungsformen sind in einem Abschnitt, in dem das Resonatorrohr das zweite Auslassrohr umgibt, zwischen einer Außenwand des zweiten Auslassrohres und einer Innenwand des Resonatorrohres radiale Stützen angeordnet, über welche das Resonatorrohr von dem zweiten Auslassrohr getragen wird. Somit ist der zwischen dem zweiten Auslassrohr und dem Resonatorrohr gebildete Ringspalt durch die Stützen mehrfach teilgeschlossen.
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Gemäß Ausführungsformen fluchtet ein Einlassrohr mit einem ersten Auslassrohr oder dem zweiten Auslassrohr. Durch dieses Fluchten kann ein Strömungswiderstand weiter reduziert werden.
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Ausführungsformen weisen weiter wenigstens eine zweite Trennwand auf, welche in dem Gehäuse ein zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen angeordnetes drittes Volumen begrenzt, wobei in dem dritten Volumen Dämmmaterial angeordnet ist. Das Resonatorrohr und ggf. das wenigstens eine erste Auslassrohr und/oder das zweite Auslassrohr kann dann fakultativ sowohl die wenigstens eine erste als auch die wenigstens eine zweite Trennwand durchdringen.
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Gemäß Ausführungsformen weist das Resonatorrohr einen über seine ganze Länge konstanten Querschnitt auf.
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Gemäß Ausführungsformen weist das Resonatorrohr einen sich über die Länge des Resonatorrohres ändernden Querschnitt und insbesondere einen im Bereich der Mündungen vergrößerten Querschnitt auf.
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Gemäß Ausführungsformen weist das wenigstens eine erste Auslassrohr einen über seine ganze Länge konstanten Querschnitt auf.
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Gemäß Ausführungsformen weist das wenigstens eine erste Auslassrohr einen sich über die Länge des ersten Auslassrohres ändernden Querschnitt und insbesondere einen im Bereich der Mündung vergrößerten Querschnitt auf.
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Gemäß Ausführungsformen weist das zweite Auslassrohr einen über seine ganze Länge konstanten Querschnitt auf.
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Gemäß Ausführungsformen weist das zweite Auslassrohr einen sich über die Länge des zweiten Auslassrohres ändernden Querschnitt und insbesondere einen im Bereich der Mündung vergrößerten Querschnitt auf.
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Dieser veränderte Querschnitt kann beispielsweise durch eine stufenweise oder stufenlose Aufweitung bzw. Verjüngung des jeweiligen Rohres und/oder eine Auftulpung eines Mündungsbereichs des jeweiligen Rohres erzielt werden.
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Gemäß Ausführungsformen sind das erste und das zweite Auslassrohr miteinander stromabwärts der Klappe über ein Verbindungsstück zu einem einzigen Auslassrohr verbunden. Dieses Verbindungsstück kann innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
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Gemäß Ausführungsformen durchsetzt das wenigstens eine erste Auslassrohr das zweite Volumen und die wenigstens eine Trennwand und ist eine Wand des wenigstens einen ersten Auslassrohres zumindest in dem Abschnitt, in dem das wenigstens eine erste Auslassrohr das zweite Volumen durchsetzt, frei von Öffnungen oder weist eine Wand des wenigstens einen ersten Auslassrohres zumindest in dem Abschnitt, in dem das wenigstens eine erste Auslassrohr das zweite Volumen durchsetzt, Öffnungen auf.
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Gemäß Ausführungsformen ist eine Wand des zweiten Auslassrohres zumindest in dem Abschnitt, in dem das zweite Auslassrohr das zweite Volumen durchsetzt, frei von Öffnungen oder weist eine Wand des zweiten Auslassrohres zumindest in dem Abschnitt, in dem das zweite Auslassrohr das zweite Volumen durchsetzt, Öffnungen auf.
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Gemäß Ausführungsformen ist eine Wand des Resonatorrohres zumindest in dem Abschnitt, in dem das Resonatorrohr in dem zweiten Volumen angeordnet ist, frei von Öffnungen oder weist eine Wand des Resonatorrohres zumindest in dem Abschnitt, in dem das Resonatorrohr in dem zweiten Volumen angeordnet ist, Öffnungen auf.
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Gemäß Ausführungsformen durchsetzt das Einlassrohr das zweite Volumen und ist eine Wand des Einlassrohres zumindest in dem Abschnitt, in dem das Einlassrohr das zweite Volumen durchsetzt, frei von Öffnungen oder weist eine Wand des Einlassrohres zumindest in dem Abschnitt, in dem das Einlassrohr das zweite Volumen durchsetzt, Öffnungen auf.
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Gemäß Ausführungsformen ist die wenigstens eine erste und/oder zweite Trennwand frei von Öffnungen oder weist die wenigstens eine Trennwand Öffnungen auf.
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Gemäß Ausführungsformen ist das Gehäuse aus Edelstahl gebildet. Gemäß Ausführungsformen ist die wenigstens eine Trennwand aus Edelstahl oder Stahlblech gebildet.
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Gemäß Ausführungsformen ist das wenigstens eine Einlassrohr aus Edelstahl oder Stahlblech gebildet oder sind alle Einlassrohre aus Edelstahl oder Stahlblech gebildet.
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Gemäß Ausführungsformen ist das wenigstens eine erste Auslassrohr aus Edelstahl oder Stahlblech gebildet oder sind alle ersten Auslassrohre aus Edelstahl gebildet.
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Gemäß Ausführungsformen ist das zweite Auslassrohr aus Edelstahl oder Stahlblech gebildet.
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Gemäß Ausführungsformen ist das Resonatorrohr aus Edelstahl oder Stahlblech gebildet.
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Gemäß Ausführungsformen ist das wenigstens eine Einlassrohr im Inneren des Gehäuses gerade oder sind alle Einlassrohre im Inneren des Gehäuses gerade.
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Gemäß Ausführungsformen ist das wenigstens eine erste Auslassrohr im Inneren des Gehäuses gerade oder sind alle ersten Auslassrohre im Inneren des Gehäuses gerade.
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Gemäß Ausführungsformen ist das zweite Auslassrohr im Inneren des Gehäuses gerade.
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Gemäß Ausführungsformen ist das Resonatorrohr gerade.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen sind, und in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. In den Figuren werden gleiche bzw. ähnliche Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch den Umfang der beiliegenden Patentansprüche bestimmt ist. Insbesondere können die einzelnen Merkmale bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen in anderer Anzahl und Kombination als bei den untenstehend angeführten Beispielen verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
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1 stark vereinfacht schematisch eine Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
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2 stark vereinfacht schematisch eine Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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3 stark vereinfacht schematisch eine Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
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4 stark vereinfacht schematisch eine Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
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5 stark vereinfacht schematisch eine Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;
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6 stark vereinfacht schematisch eine Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt;
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7 stark vereinfacht schematisch eine Prinzipdarstellung eines Schalldämpfers gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt;und
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8 stark vereinfacht schematisch eine Prinzipdarstellung einer Abgasanlage zeigt, welche einen Schalldämpfer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers gezeigt.
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Der Schalldämpfer 1 weist ein gasdichtes Gehäuse 2 aus Edelstahl auf, in dessen Inneren mittels einer Trennwand 31 aus Edelstahl ein erstes Volumen 41 und ein von dem ersten Volumen durch die Trennwand 31 getrenntes zweites Volumen 42 festgelegt sind. Ein Einlassrohr 51 aus Edelstahl durchdringt eine Wand des Gehäuses 2 und mündet aufgetulpt (d.h. mit sich zum Ende hin vergrößerndem Querschnitt) in dem ersten Volumen 41. Ein erstes Auslassrohr 61 und ein zweites Auslassrohr 7 durchdringen sowohl eine Wand des Gehäuses 2 als auch die Trennwand 31 und durchsetzen dabei das zweite Volumen 42. Aufgetulpte Mündungen des ersten Auslassrohres 61 und des zweiten Auslassrohres 7 sind in dem ersten Volumen angeordnet. Auch das erste Auslassrohr 61 und das zweite Auslassrohr 7 sind aus Edelstahl gebildet. Das erste Auslassrohr 61 durchsetzt das zweite Volumen 42 und die Trennwand 31 geradlinig und ist im Inneren des Gehäuses 2 frei von Öffnungen an seiner Wand (mit Ausnahme der im ersten Volumen angeordneten Mündung). Weiter sind die Außenwände des ersten Auslassrohres 61 und des Resonatorrohres 8 durch Punktschweißen (und damit nicht gasdicht) mit der Trennwand 31 verbunden und fluchtet das Einlassrohr 51 mit dem zweiten Auslassrohr 7 und dem Resonatorrohr 8.
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Außerhalb des Gehäuses 2 ist im Inneren des zweiten Auslassrohres 7 eine Klappe 10 aus Edelstahl angeordnet, welche mittels eines Elektromotors 11 wahlweise in eine Stellung gebracht werden kann, in welcher die Klappe 10 und das zweite Auslassrohr 7 verschließt und damit deaktiviert, und in eine Stellung gebracht werden kann, in welcher die Klappe 10 das zweite Auslassrohr 7 nicht verschließt und damit aktiviert. Der Elektromotor 11 ist über eine Steuerleitung mit einer Motorsteuerung 16 verbunden, welche den Elektromotor 11 in Abhängigkeit von einer Drehzahl und/oder Last eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) betätigt. Anstelle des Elektromotors kann alternativ auch eine Hydraulik oder Pneumatik vorgesehen sein, welche die Klappe 10 zwangsweise betätigt.
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Im Inneren des Gehäuses 2 ist weiter ein Resonatorrohr 8 aus Edelstahl angeordnet, welches die Trennwand 31 durchsetzt und das zweite Auslassrohr 7 in dem Abschnitt, in welchem es die wenigstens eine Trennwand 31 durchsetzt, mit einem radialen Abstand in Umfangsrichtung vollständig umgibt. Somit ist das zweite Auslassrohr 7 in dem Abschnitt, in welchem es die Trennwand 31 durchsetzt, im Inneren des sich geradlinig erstreckenden Resonatorrohres 8 angeordnet. Dabei durchsetzt das zweite Auslassrohr 7 das Resonatorrohr 8 über seine ganze Längserstreckung und ragt noch über das Resonatorrohr 8 hinaus in das Innere des ersten Volumens 41 hinein.
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Das erste Auslassrohr 61 und das zweite Auslassrohr 7 weisen einen sich über ihre Längserstreckung ändernden und insbesondere im Bereich der Mündung vergrößerten Querschnitt auf. Auch der Querschnitt des Einlassrohres 51 ändert sich entlang seiner Längserstreckung und ist im Bereich der Mündung vergrößert, wohingegen das Resonatorrohr 8 einen über seine Längserstreckung konstanten Querschnitt aufweist.
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Über einen zwischen einer Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und einer Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalt stellt das Resonatorrohr 8 eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Volumen 41 und dem zweiten Volumen 42 bereit.
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In einem im Inneren des Resonatorrohres 8 gelegenen Abschnitt weist das zweite Auslassrohr 7 in seiner Wand Öffnungen 91 auf, die bezüglich der Trennwand 31 teilweise auf Seiten des ersten Volumens 41 und teilweise auf Seiten des zweiten Volumens 42 angeordnet sind. Das Resonatorrohr 8 ist hingegen über seine ganze Erstreckung frei von Öffnungen (mit Ausnahme der Mündungen des Resonatorrohres). Über den zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalt und die Öffnungen 91 stellt auch das zweite Auslassrohr 7 eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Volumen 41 und dem zweiten Volumen 42 bereit.
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Die Trennwand 31 ist mit Ausnahme der Öffnungen, in denen sie von Rohren durchsetzt wird, über ihre ganze Erstreckung ebenfalls frei von Öffnungen.
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Das zweite Volumen 42 bildet so ein Helmholz-Volumen, der Ringspalt des Resonatorrohres 8 ein erstes Helmholzrohr, das zweite Auslassrohr 7 über die Öffnungen 91 und den Ringspalt ein zweites Helmholzrohr, und die Helmholzrohre und das Helmholz-Volumen gemeinsam einen Helmholtz-Resonator.
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Für die Eigenfrequenzen des Helmholtz-Resonators ist das Volumen von zwischen dem nicht abgeschlossenen ersten Volumen 41 und dem abgeschlossenen zweiten Volumen 42 (Helmholz-Volumen) stehenden Luftsäulen entscheidend. Die Volumina der stehenden Luftsäulen hängt von der Länge und dem Querschnitt des jeweiligen Helmholzrohres ab.
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Dabei ist die Länge L1, L1', L2 des jeweils wirksamen Helmholzrohres davon abhängig, ob die Klappe 10 geöffnet oder geschlossen und damit das zweite Auslassrohr 7 aktiv oder deaktiv ist.
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Bei geöffneter Klappe 10 und damit aktivem zweiten Auslassrohr 7 beschränkt sich die wirksame Länge L2 des ersten Helmholzrohres auf einen Abschnitt des zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalts. Dieser Abschnitt des Ringspalts beginnt an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 und erstreckt sich in Längsrichtung des Resonatorrohres 8 bis zu der Stelle, an welcher das zweite Auslassrohr 7 die Öffnungen 91 aufweist. Das zweite Helmholzrohr ist bei geöffneter Klappe 10 nicht aktiv und weist somit keine wirksame Länge auf, da sich im Inneren des zweiten Auslassrohres 7 keine stehende Luftsäule bildet. In der Folge weist der Helmholtz-Resonator bei geöffneter Klappe 10 nur eine Eigenfrequenz auf.
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Bei geschlossener Klappe 10 und damit deaktiviertem zweiten Auslassrohr 7 erstreckt sich die wirksame Länge L1 des ersten Helmholzrohres über die ganze Länge des zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalts und damit über die ganze Länge des Resonatorrohres 8. Das zweite Helmholzrohr weist bei geschlossener Klappe eine wirksame Länge L1' auf, die an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 beginnt und sich zunächst entlang des Ringspalts bis zu der Stelle erstreckt, an welcher das zweite Auslassrohr 7 die Öffnungen 91 aufweist. Darüber hinaus erstreckt sich die wirksame Länge L1' des zweiten Helmholzrohres durch die Öffnungen 91 hindurch bis zu der im Inneren des ersten Volumens 41 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7. Ersichtlich ändert sich der Querschnitt der stehenden Luftsäule des zweiten Helmholzrohres über die Länge L1', da ausgehend vom zweiten Volumen 42 zunächst nur der zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildete Ringspalt zur stehenden Luftsäule des zweiten Helmholzrohres beiträgt, im weiteren Verlauf aber der ganze Innendurchmesser des zweiten Auslassrohres 7 zur stehenden Luftsäule des zweiten Helmholzrohres beiträgt. In der Folge weist der Helmholtz-Resonator bei geschlossener Klappe 10 wenigstens zwei unterschiedliche Eigenfrequenzen auf.
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Die wirksame Länge L2 des ersten Helmholzrohres bei geöffneter Klappe 10 ist zudem kleiner als die wirksamen Längen L1, L1' des ersten und zweiten Helmholzrohres bei geschlossener Klappe 10 und damit deaktiviertem zweiten Auslassrohr 7. In der Folge ändern sich die Eigenfrequenzen des aus dem zweiten Volumen 42 und den ersten und zweiten Helmholzrohren gebildeten Helmholtz-Resonators in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des zweiten Auslassrohres 7.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers beschrieben. Dabei wird zur Vermeidung von Wiederholungen insbesondere auf Unterschiede zu der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform eingegangen und ansonsten auf die vorstehenden Ausführungsformen verwiesen.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform zum einen dadurch, dass nicht nur ein Einlassrohr 51 sondern auch ein zweites Einlassrohr 52 vorgesehen ist, welches zweite Einlassrohr 52 ebenso wie das erste Einlassrohr 51 eine Wand des Gehäuses 2 durchdringt und in dem ersten Volumen 41 mündet. Anders als in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform weisen beide Einlassrohre 51, 52 und alle Auslassrohre 61, 7 zumindest im Inneren des Gehäuses 2 einen konstanten Querschnitt auf und sind damit nicht im Bereich ihrer Mündungen aufgetulpt. Weiter ist die Klappe 10 in der zweiten Ausführungsform durch eine Feder in einer geschlossenen Stellung vorgespannt und damit ein passives Bauteil, welches sich bei einer entsprechenden Druckbeaufschlagung automatisch öffnet und das zweite Auslassrohr 7 damit automatisch aktiviert bzw. deaktiviert. Weiter ist in der zweiten Ausführungsform das Resonatorrohr 8 an seiner im Inneren des ersten Volumens 41 angeordneten Mündung über eine Schweißnaht 13 gasdicht mit dem zweiten Auslassrohr 7 verbunden und ist der Ringspalt zwischen dem zweiten Auslassrohr 7 und dem Resonatorrohr 8 damit an dieser Stelle geschlossen. Die Fluidverbindung zwischen dem ersten Volumen 41 und dem zweiten Volumen 42 und damit das Helmholzrohr des Helmholtz-Resonators wird daher in dieser Ausführungsform abschnittsweise über den Ringspalt zwischen dem Resonatorrohr 8 und dem zweiten Auslassrohr 7 und abschnittsweise über die Öffnungen 91 über einen Abschnitt des zweiten Auslassrohres 7 bereitgestellt.
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In der zweiten Ausführungsform wird in jedem Betriebszustand der Klappe 10 nur eine zwischen dem ersten Volumen 41 und dem zweiten Volumen 42 stehende Luftsäule und damit jeweils nur ein Helmholzrohr ausgebildet.. In der Folge weist der Helmholtz-Resonator bei geöffneter und geschlossener Klappe 10 jeweils eine unterschiedliche Eigenfrequenz auf.
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Bei geöffneter Klappe 10 und damit aktivem zweiten Auslassrohr 7 beschränkt sich die wirksame Länge L2 des Helmholzrohres entlang des zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalts auf einen Abschnitt zwischen der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 und der Stelle, an welcher das zweite Auslassrohr 7 die Öffnungen 91 aufweist.
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Bei geschlossener Klappe 10 weist das Helmholzrohr eine wirksame Länge L1 auf, die an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 beginnt und sich zunächst entlang des Ringspalts bis zu der Stelle erstreckt, an welcher das zweite Auslassrohr 7 die Öffnungen 91 aufweist. Darüber hinaus erstreckt sich die wirksame Länge L1 des Helmholzrohrs bei geschlossener Klappe 10 durch die Öffnungen 91 hindurch bis zu der im Inneren des ersten Volumens 41 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7.
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In der zweiten Ausführungsform sind die beiden Einlassrohre 51, 52, das erste Auslassrohr 61, und das zweite Auslassrohr 62 im Inneren des Gehäuses gerade.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers beschrieben. Auch hier wird zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen auf Unterschiede zu der ersten bzw. zweiten Ausführungsform eingegangen und ansonsten auf die vorstehenden Ausführungsformen verwiesen.
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Der Schalldämpfer 1 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Schalldämpfer 1 gemäß der ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass wie in der zweiten Ausführungsform eine passive Klappe 10 verwendet wird, welche aber anders als in der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform nicht außerhalb des Gehäuses 2 sondern innerhalb des Gehäuses 2 im Inneren des zweiten Auslassrohres 7 angeordnet ist. Zudem ist die Strömungsrichtung des Abgases umgekehrt, so dass die ersten und zweiten Auslassrohre 7, 61 mit einem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung stehen, und das Einlassrohr 51 mit einem Endrohr einer Abgasanlage in Fluidverbindung steht. Weiter weist das Resonatorrohr 8 anders als in der ersten Ausführungsform keinen über die ganze Längserstreckung konstanten Querschnitt, sondern ist im Bereich seiner Mündungen aufgetulpt und weist dort einen vergrößerten Querschnitt auf. Weiter wird das Resonatorrohr 8 in dieser Ausführungsform über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des zweiten Auslassrohres 7 verteilt angeordneten radialen Stützen 14 von dem zweiten Auslassrohr 7 getragen. Anders als in den vorstehenden ersten und zweiten Ausführungsformen durchsetzt das zweite Auslassrohr 7 das Resonatorrohr 8 in dessen Längsrichtung nicht vollständig, so dass eine Mündung des zweiten Auslassrohres 7 im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordnet ist und das Resonatorrohr 8 über das zweite Auslassrohr 7 hinaus in das Innere des ersten Volumens 41 hineinragt. Zudem weist eine Wand des zweiten Auslassrohres 7 ebenso wie die Wand des Resonatorrohrs keine Öffnungen auf.
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Bei geöffneter Klappe 10 und damit aktivem zweiten Auslassrohr 7 beschränkt sich die wirksame Länge L2 des Helmholzrohres auf die Länge des zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalts. Dieser Ringspalt erstreckt sich zwischen der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 bis zu der im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7.
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Bei geschlossener Klappe 10 weist das Helmholzrohr eine wirksame Länge L1 auf, die an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 beginnt und sich zunächst entlang des Ringspalts bis zu der im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7 erstreckt. Darüber hinaus erstreckt sich die wirksame Länge L1 des Helmholzrohres bei geschlossener Klappe 10 bis zu der im Inneren des ersten Volumens 41 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8. Sowohl der Querschnitt des Ringspalts als auch der Querschnitt des Resonatorrohres 8 ändert sich aufgrund der Auftulpung des Resonatorrohres 8 über die Länge des Resonatorrohres 8.
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In Abhängigkeit von einem Betriebszustand des zweiten Auslassrohres 7 weist das Helmholzrohr des so gebildeten Helmholtz-Resonators zwei unterschiedliche Längen L1 und L2 sowie unterschiedliche Querschnitte auf und ist der so gebildete Helmholtz-Resonator somit zwischen zwei unterschiedlichen Eigenfrequenzen abstimmbar.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 4 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers beschrieben. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Wesentlichen auf Unterschiede zu den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen eingegangen und ansonsten auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
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Die in 4 gezeigte vierte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen insbesondere dadurch, dass eine weitere Trennwand 32 aus Edelstahl vorgesehen ist, welche im Inneren des Gehäuses 2 ein zwischen dem ersten Volumen 41 und dem zweiten Volumen 42 angeordnetes drittes Volumen 43 begrenzt, welches mit Dämmmaterial gefüllt ist. Dabei durchsetzen das erste Auslassrohr 61 und das zweite Auslassrohr 7 nicht nur gasdicht die Wand des Gehäuses 2 sondern auch in einem Gleitsitz die erste Trennwand 31 und die zweite Trennwand 32. Auch das Resonatorrohr 8, dessen im Inneren des Gehäuses 42 angeordnete Mündung in der gezeigten Ausführungsform aufgetulpt ist und damit einen vergrößerten Querschnitt aufweist, durchsetzt sowohl die erste Trennwand 31 als auch die zweite Trennwand 32 in einem Gleitsitz. Das Einlassrohr 51 und das Auslassrohr 7 sind in der gezeigten Ausführungsform einstückig ausgebildet. Eine Wand des so gebildeten einstückigen Rohres weist innerhalb des ersten Volumens 41 in einem Abschnitt, in welchem das Rohr nicht von dem Resonatorrohr 8 umgeben ist, Öffnungen 92 auf, welche einen Übertritt von in dem Einlassrohr 51 geführten Fluid in das erste Volumen 41 ermöglichen. Zudem weist das so einstückig aus dem Einlassrohr 51 und dem zweiten Auslassrohr 7 gebildete Rohr auch in einem Abschnitt, in welchem es innerhalb des Resonatorrohrs 8 angeordnet ist, Öffnungen 91 auf. Zwischen den Öffnungen 91 und 92 weist das aus dem Einlassrohr 51 und dem zweiten Auslassrohr 7 einstückig gebildete Rohr einen Abschnitt mit verändertem, hier verkleinertem Durchmesser auf, der als Drossel wirkt. In 4 ist eine Steuerung des Elektromotors 11 aus Gründen der Vereinfachung ebenso wenig gezeigt, wie in den nachfolgenden 5 und 6.
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Bei geöffneter Klappe 10 und damit aktivem zweiten Auslassrohr 7 beschränkt sich die wirksame Länge L2 des Helmholzrohres wie in der ersten und zweiten Ausführungsform entlang des zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalts auf einen Abschnitt zwischen der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 und der Stelle, an welcher das aus dem Einlassrohr 51 und dem zweiten Auslassrohr 7 einstückig gebildete Rohr die Öffnungen 91 aufweist.
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Bei geschlossener Klappe 10 erstreckt sich die wirksame Länge L1 eines ersten Helmholzrohres über die ganze Länge des zwischen der Außenwand des aus dem Einlassrohr 51 und dem zweiten Auslassrohr 7 einstückig gebildeten Rohres und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalts und damit über die ganze Länge des Resonatorrohres 8. Weiter weist bei geschlossener Klappe 10 ein zweites Helmholzrohr eine wirksame Länge L1' auf, die an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 beginnt und sich zunächst entlang des Ringspalts bis zu der Stelle erstreckt, an welcher das aus dem Einlassrohr 51 und dem zweiten Auslassrohr 7 einstückig gebildete Rohr die Öffnungen 91 aufweist. Darüber hinaus erstreckt sich die wirksame Länge L1 des Helmholzrohres bei geschlossener Klappe 10 durch die Öffnungen 91 hindurch im Inneren des aus dem Einlassrohr 51 und dem zweiten Auslassrohr 7 einstückig gebildeten Rohres bis zu der Stelle, an welcher das aus dem Einlassrohr 51 und dem zweiten Auslassrohr 7 einstückig gebildete Rohr die Öffnungen 92 aufweist.
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Wie in der ersten Ausführungsform ändern sich die Volumina der stehenden Luftsäulen des so gebildeten Helmholz-Resonators in Abhängigkeit davon, ob die im Inneren des zweiten Auslassrohres 7 angeordnete Klappe 10 geöffnet oder geschlossen ist, so dass die Eigenfrequenzen des Helmholtz-Resonators umschaltbar sind.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers beschrieben, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu den vorstehenden ersten bis vierten Ausführungsformen verwiesen wird und insbesondere auf die Unterschiede eingegangen wird.
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Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehenden dritten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass eine Mündung des Einlassrohres 51 im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordnet ist und das Resonatorrohr 8 über in Umfangsrichtung des Einlassrohres 51 verteilt angeordnete radiale Stützen 15 auch auf dem Einlassrohr 51 abgestützt ist. Anders als in der dritten Ausführungsform sind die Mündungen des Resonatorrohres 8 nicht aufgetulpt, so dass das Resonatorrohr 8 über seine ganze Längserstreckung einen konstanten Querschnitt aufweist. Somit wird dem ersten Volumen 41 in dieser Ausführungsform in dem Einlassrohr 51 geführtes Fluid und insbesondere Abgas über einen Ringspalt zwischen dem Resonatorrohr 8 und dem Einlassrohr 51 zugeführt.
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Bei geöffneter Klappe 10 und damit aktivem zweiten Auslassrohr 7 beschränkt sich die wirksame Länge L2 des Helmholzrohres auf die Länge des zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalts. Dieser Ringspalt erstreckt sich zwischen der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 bis zu der im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7.
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Bei geschlossener Klappe 10 weist das Helmholzrohr eine wirksame Länge L1 auf, die an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 beginnt und sich zunächst entlang des Ringspalts bis zu der im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7 erstreckt. Darüber hinaus erstreckt sich die wirksame Länge L1 des Helmholzrohres bei geschlossener Klappe 10 bis zu einer Stelle vor der im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordneten Mündung des Einlassrohres 51. Somit trägt zunächst der Querschnitt des Ringspalts und anschließend der Querschnitt des Resonatorrohres 8 zur im Helmholzrohr zwischen dem ersten und zweiten Volumen 41, 42 stehenden Luftsäule bei.
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Über eine im Inneren des Gehäuses 2 im Inneren des zweiten Auslassrohres 7 angeordnete und mittels eines Elektromotors 11 betätigte Klappe 10 ist das Volumen der stehenden Luftsäule des aus Helmholzrohr und zweiten Volumen 42 gebildeten Helmholtz-Resonators einstellbar, so dass der Helmholtz-Resonator zwei umschaltbare Eigenfrequenzen aufweist.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers beschrieben. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insbesondere auf Unterschiede zu der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform eingegangen und ansonsten auf die vorstehenden Ausführungsformen verwiesen.
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Der Schalldämpfer 1 gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform insbesondere dadurch, dass der Ringspalt zwischen dem Resonatorrohr 8 und dem Einlassrohr 51 mittels einer Schweißnaht 13 verschlossen ist. Alternativ zur Schweißnaht 13 kann auch eine Ringblende vorgesehen sein. Dafür weist das Resonatorrohr 8 in einem Abschnitt, in welchem es nicht von dem zweiten Auslassrohr 7 durchsetzt wird, Öffnungen 93 auf, über welche in dem Einlassrohr 51 geführtes Fluid in das erste Volumen 41 zugeführt werden kann. Auch das zweite Auslassrohr 7 weist in der in 6 gezeigten Ausführungsform in seiner Wand Öffnungen 91 auf.
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Bei geöffneter Klappe 10 und damit aktivem zweiten Auslassrohr 7 beschränkt sich die wirksame Länge L2 des Helmholzrohres entlang des zwischen der Außenwand des zweiten Auslassrohres 7 und der Innenwand des Resonatorrohres 8 gebildeten Ringspalts auf einen Abschnitt zwischen der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 und der Stelle, an welcher das zweite Auslassrohr 7 die Öffnungen 91 aufweist.
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Bei geschlossener Klappe 10 weist das Helmholzrohr eine wirksame Länge L1 auf, die an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 beginnt und sich zunächst entlang des Ringspalts bis zu der im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7 erstreckt. Im Bereich der Öffnungen 91 trägt zusätzlich zum Ringspalt auch der Querschnitt des zweiten Auslassrohres zur im Helmholzrohr stehenden Luftsäule bei. Darüber hinaus erstreckt sich die wirksame Länge L1 des Helmholzrohres bei geschlossener Klappe 10 im Inneren des Resonatorrohres 8 bis zu den Öffnungen 93 des Resonatorrohres 8.
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In Abhängigkeit davon, ob die im Inneren des zweiten Auslassrohres 7 angeordnete Klappe 10 geöffnet oder geschlossen ist, ändert sich die wirksame Länge L1, L2 sowie der wirksame Querschnitt des Helmholzrohres 8 des so gebildeten Helmholtz-Resonators und ist dieser zwischen zwei Eigenfrequenzen umschaltbar.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 7 eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers beschrieben. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insbesondere auf Unterschiede zur vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsform eingegangen und ansonsten auf die vorhergehenden Ausführungen verwiesen.
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Der Schalldämpfer 1 gemäß der siebten Ausführungsform weist ein einstückig mit dem Einlassrohr 51 ausgebildetes Resonatorrohr 8 auf, welches die Wand des Gehäuses 2 und die Trennwand 31 durchsetzt und in dem zweiten Volumen 42 mündet. In einem Abschnitt innerhalb des ersten Volumens 41, welcher frei von dem zweiten Auslassrohr 7 ist, weist das so gebildete Rohr Öffnungen 93 auf, welche einen Übertritt von in dem Einlassrohr 51 geführten Fluid und insbesondere Abgas in das erste Volumen 41 ermöglichen. In einem Abschnitt, in welchem das zweite Auslassrohr 7 im Inneren des so gebildeten Rohres angeordnet ist, ist eine Wand des Rohres frei von Auslassöffnungen. In der gezeigten Ausführungsform sind zwei erste Auslassrohre 61 und 62 vorgesehen, von denen ein erstes Auslassrohr stromabwärts der im zweiten Auslassrohr 7 angeordneten Klappe 10 über ein Verbindungsstück mit dem zweiten Auslassrohr 7 zu einem einzigen gemeinsamen Auslassrohr verbunden ist. Alternativ können auch alle Auslassrohre stromabwärts der im zweiten Auslassrohr 7 angeordneten Klappe 10 miteinander verbunden sein.
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Bei geöffneter Klappe 10 weist das Helmholzrohr eine wirksame Länge L2 auf, die an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 beginnt und sich über den Ringspalt bis zu der im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7 erstreckt. Somit trägt bei geöffneter Klappe 10 nur der Ringspalt zur stehenden Luftsäule bei.
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Bei geschlossener Klappe 10 weist das Helmholzrohr eine wirksame Länge L1 auf, die an der im Inneren des zweiten Volumens 42 angeordneten Mündung des Resonatorrohres 8 beginnt und sich zunächst entlang des Ringspalts bis zu der im Inneren des Resonatorrohres 8 angeordneten Mündung des zweiten Auslassrohres 7 erstreckt. Darüber hinaus erstreckt sich die wirksame Länge L1 des Helmholzrohrs bei geschlossener Klappe 10 im Inneren des Resonatorrohres 8 bis zu den Öffnungen 93 des Resonatorrohres 8.
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Je nachdem, ob die in dieser Ausführungsform passiv ausgeführte Klappe 10 geöffnet oder geschlossen ist, ist eine wirksame Länge und ein wirksamer Querschnitt und damit ein Volumen der zwischen dem offenen ersten Volumen 41 und dem geschlossenen zweiten Volumen 42 stehenden Luftsäule des so gebildeten Helmholtz-Resonators umschaltbar, so dass sich auch die jeweilige Eigenfrequenz des Helmholtz-Resonators ändert. Auch wenn in dieser Ausführungsform das Verbindungsstück zwischen den Auslassrohren außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist, wird betont, dass dieses auch innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sein kann.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 8 eine Ausführungsform einer Abgasanlage beschrieben, welchen einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer nach einer der vorstehenden Ausführungsformen verwendet.
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Von einem Verbrennungsmotor 17 kommend wird Abgas über einen Katalysator 18 und über das Einlassrohr 51 einem Gehäuse 2 eines wie vorstehend ausgebildeten Schalldämpfer 1 zugeführt. Stromabwärts der im zweiten Auslassrohr 7 angeordneten Klappe 10, welche in der gezeigten Ausführungsform nicht Teil des Schalldämpfers 1 sondern der allgemeinen Abgasanlage ist, werden das erste Auslassrohr 61 und das zweite Auslassrohr 7 mittels eines Y-Stücks zusammengeführt, bevor das Abgas über ein Endrohr ausgegeben wird. Gesteuert wird der Elektromotor 11, welcher die Klappe 10 betätigt, in der gezeigten Ausführungsform durch eine Motorsteuerung 19 in Abhängigkeit von einer jeweiligen Drehzahl des Verbrennungsmotors 17.
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Auch wenn vorstehend der Begriff "Helmholzrohr" verwendet wurde, um den Bereich zu kennzeichnen, in dem zwischen dem offenen ersten Volumen und dem abgeschlossenen zweiten Volumen eine stehende Luftsäule ausgebildet wird, so ist dieser Begriff funktional und nicht einschränkend (z. B. auf ein physikalisches Rohr) zu verstehen. Entsprechend kann das Helmholzrohr jeden beliebigen und auch einen sich über den Verlauf des Helmholzrohres ändernden Querschnitt aufweisen.
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Weiter wird betont, dass der vorstehend verwendete Begriff "Ringspalt" nicht auf Spalten mit kreisförmigem Querschnitt beschränkt ist, sondern auch Spalten mit ovalem oder rechteckigem Querschnitt umfassen soll. Weiter können die Spalten in Umfangsrichtung durchgehend sein, können alternativ aber auch in Umfangsrichtung unterbrochen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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