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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.
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Um das Schalldämpfungsverhalten von Abgasschalldämpfern beeinflussen bzw. definiert vorgeben zu können, ist es bekannt, in derartige Abgasschalldämpfer Helmholtz-Resonatoren zu integrieren. Ein derartiger Helmholtz-Resonator umfasst in einem Abgasschalldämpfer ein im Allgemeinen grundsätzlich abgeschlossenes, also von dem durch den Abgasschalldämpfer hindurchgeführten Abgasstrom nicht durchströmtes Resonatorvolumen in einer Resonatorkammer, die über einen Resonatorhals zu dem von dem Abgasstrom durchströmten Strömungsvolumen im Inneren eines Schalldämpfergehäuses offen ist. Durch die geeignete Auswahl des Volumens der Resonatorkammer und der Abmessung des Resonatorhalses, insbesondere der Querschnittsfläche einer Öffnung des Resonatorhalses und der Länge des Resonatorhalses, kann eine Abstimmung auf besonders kritische bzw. relevante zu bedämpfende Frequenzen vorgenommen werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasschalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Fahrzeug, vorzusehen, welcher bei baulich einfacher Ausgestaltung ein breites Schalldämpfungsspektrum bereitstellt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Abgasschalldämpfer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Fahrzeug, umfassend in einem Schalldämpfergehäuse:
- - ein von Abgas durchströmbares Strömungsvolumen mit einem Abgaseinlass und einem Abgasauslass,
- - eine über einen ersten Resonatorhals zu dem Strömungsvolumen offene erste Resonatorkam m er,
- - eine über einen zweiten Resonatorhals zu dem Strömungsvolumen offene zweite Resonatorkammer,
- - ein den ersten Resonatorhals und den zweiten Resonatorhals bereitstellendes Resonatorrohr.
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Bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Abgasschalldämpfer können mit einem einzigen Resonatorrohr zwei Helmholtz-Resonatoren aufgebaut werden, wobei jeder dieser beiden Helmholtz-Resonatoren durch geeignete Dimensionierung auf eine besonders kritische Frequenz abgestimmt werden kann, die beiden Helmholtz-Resonatoren also mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen bereitgestellt werden können. Dies führt bei technisch einfach zu realisierender und eine geringe Anzahl an Bauteilen erfordernder Ausgestaltung zu einem durch den Einsatz zweier Helmholtz-Resonatoren erweiterten Dämpfungsspektrum.
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Das Schalldämpfergehäuse kann eine in Richtung einer Gehäuselängsachse langgestreckte Umfangswand und an beiden axialen Endbereichen der Umfangswand jeweils eine Stirnwand sowie zwischen den Stirnwänden wenigstens zwei Zwischenwände umfassen, wobei die erste Resonatorkammer durch eine erste Zwischenwand von dem Strömungsvolumen getrennt ist und die zweite Resonatorkammer durch eine zweite Zwischenwand von dem Strömungsvolumen getrennt ist. Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung das Strömungsvolumen als das im Inneren des Schalldämpfergehäuses von dem Abgas durchströmte und in einer oder mehreren Kammern bzw. von dem Abgasstrom durchströmten Rohren bereitgestellte Volumen zu betrachten ist. Das Volumen der Resonatorkammern, das über die Resonatorhälse zu diesem Strömungsvolumen grundsätzlich offen ist und in welches über die zugeordneten Resonatorhälse grundsätzlich auch Abgas eintreten kann, ist gleichwohl nicht Teil des Strömungsvolumens.
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Das Strömungsvolumen kann eine zwischen der ersten Zwischenwand und der zweiten Zwischenwand gebildete Strömungskammer umfassen. Diese Strömungskammer kann beispielsweise die einzige im Inneren des Schalldämpfergehäuses bereitgestellte und von dem durch den Abgasschalldämpfer hindurch zu leitenden Abgasstrom durchströmbare Kammer sein. Es können aber auch mehrere über Rohre oder/und mit Öffnungen ausgebildete Zwischenwände miteinander kommunizierende und von dem Abgasstrom durchströmbare Kammern vorgesehen sein.
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Um eine Verbindung der Resonatorkammern mit dem Strömungsvolumen bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass der erste Resonatorhals die erste Zwischenwand durchsetzt oder/und im Bereich der ersten Zwischenwand zu der ersten Resonatorkammer offen ist, und dass der zweite Resonatorhals die zweite Zwischenwand durchsetzt oder/und im Bereich der zweiten Zwischenwand zu der zweiten Resonatorkammer offen ist. Um dabei die Volumina der Resonatorkammern effizient für die damit bereitzustellenden Helmholtz-Resonatoren nutzen zu können, ist vorzugsweise weiter vorgesehen, dass die erste Zwischenwand neben der durch den ersten Resonatorhals bereitgestellten Öffnung keine eine Verbindung zwischen dem Strömungsvolumen und der ersten Resonatorkammer bereitstellende Öffnung aufweist, und dass die zweite Zwischenwand neben der durch den zweiten Resonatorhals bereitgestellten Öffnung keine eine Verbindung zwischen dem Strömungsvolumen und der zweiten Resonatorkammer bereitstellende Öffnung aufweist.
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Um bei Ausgestaltung mit einem einzigen Resonatorrohr für zwei Helmholtz-Resonatoren eine Verbindung der durch dieses Resonatorrohr bereitgestellten Resonatorhälse mit dem Strömungsvolumen bereitstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Resonatorrohr in seinem in dem Strömungsvolumen sich erstreckenden Abschnitt in einer Rohrwand des Resonatorrohrs wenigstens eine eine Verbindung zwischen dem Strömungsvolumen und einem Rohrinnenraum des Resonatorrohrs herstellende Rohrwandöffnung aufweist. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Resonatorrohr in seinem in dem Strömungsvolumen sich erstreckenden Abschnitt einen Öffnungsabschnitt mit einer Mehrzahl von Rohrwandöffnungen aufweist.
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Die Wirkung des in Zuordnung zu zwei Helmholtz-Resonatoren vorgesehenen Resonatorrohrs als zwei Resonatorhälse kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Resonatorrohr in einem an einem ersten axialen Endbereich des Öffnungsabschnitts an den Öffnungsabschnitt anschließenden ersten Längenbereich den ersten Resonatorhals bereitstellt und in einem an einem zweiten axialen Endbereich des Öffnungsabschnitts an den Öffnungsabschnitt anschließenden zweiten Längenbereich den zweiten Resonatorhals bereitstellt.
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Für einen kompakten Aufbau kann die erste Resonatorkammer zwischen einer der beiden Stirnwände und der ersten Zwischenwand gebildet sein, und die zweite Resonatorkammer kann zwischen der anderen der beiden Stirnwände und der zweiten Zwischenwand gebildet sein.
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Ein derartiger kompakter Aufbau kann dadurch unterstützt werden, dass das Resonatorrohr die Strömungskammer durchsetzt und mit einem ersten axialen Endbereich zur ersten Resonatorkammer offen ist oder/und in der ersten Resonatorkammer liegt und mit einem zweiten axialen Endbereich zur zweiten Resonatorkammer offen ist oder/und in der zweiten Resonatorkammer liegt, und dass das Resonatorrohr in seinem in der Strömungskammer sich erstreckenden Abschnitt die wenigstens eine Rohrwandöffnung aufweist.
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Um den durch den Abgasschalldämpfer hindurch zu führenden Abgasstrom in diesen einleiten zu können und aus diesem wieder abführen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Abgaseinlass ein im Bereich einer der beiden Stirnwände offenes und einen Einlasskanal bereitstellendes Einlassrohr umfasst, und dass der Abgasauslass ein im Bereich der anderen der beiden Stirnwände offenes und einen Auslasskanal bereitstellendes Auslassrohr umfasst.
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Um eine Strömungsverbindung mit dem Strömungsvolumen bzw. der dieses bzw. einen wesentlichen Teil desselben bereitstellenden Strömungskammer erhalten zu können, kann das Einlassrohr durch eine der beiden Resonatorkammern hindurchgeführt sein, und das Auslassrohr kann durch die andere der beiden Resonatorkammern hindurchgeführt sein. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass weder das Einlassrohr, noch das Auslassrohr zu der von diesem jeweils durchsetzten Resonatorkammer offen ist, so dass die Resonatorkammern tatsächlich nur durch die diesen jeweils zugeordneten Resonatorhälse eine Verbindung zum Strömungsvolumen haben.
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Ferner kann das Einlassrohr im Bereich der die eine der beiden Resonatorkammern von dem Strömungsvolumen trennenden Zwischenwand zu dem Strömungsvolumen offen sein, und das Auslassrohr kann im Bereich der die andere der beiden Resonatorkammern von dem Strömungsvolumen trennenden Gehäusezwischenwand zu dem Strömungsvolumen offen sein.
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Um bei kompakter Bauart die Wechselwirkung des in Zuordnung zu zwei Helmholtz-Resonatoren vorgesehenen Resonatorrohrs zu ermöglichen, können in Richtung der Gehäuselängsachse aufeinanderfolgend die zwischen einer der beiden Stirnwände und der ersten Zwischenwand gebildete erste Resonatorkammer, die zwischen der ersten Zwischenwand und der zweiten Zwischenwand gebildete Strömungskammer und die zwischen der zweiten Zwischenwand und der anderen der beiden Stirnwände gebildete zweite Resonatorkammer vorgesehen sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfer können die beiden darin vorgesehenen und mit einem einzigen Resonatorrohr zusammenwirkenden bzw. aufgebauten Helmholtz-Resonatoren einfach auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt werden, indem die erste Resonatorkammer und die zweite Resonatorkammer zueinander unterschiedliche Resonatorkammervolumina aufweisen oder/und der erste Resonatorhals und der zweite Resonatorhals zueinander unterschiedliche Resonatorhalslängen aufweisen. Grundsätzlich könnte auch in den Bereichen, in welchen das Resonatorrohr die beiden Resonatorhälse bereitstellt, das Resonatorrohr unterschiedliche Querschnittsabmessungen aufweisen, um auch dadurch einen Einfluss auf die Resonanzfrequenzen zu nehmen bzw. unterschiedliche Resonanzfrequenzen bereitstellen zu können. Da jedoch insbesondere die Auswahl der Länge der Resonatorhälse im Kontext der Ausgestaltung des Resonatorrohr eine deutlich einfachere Möglichkeit der Beeinflussung der Resonanzfrequenzen bietet, wird für eine baulich besonders einfach zu realisierende Ausgestaltung vorgeschlagen, dass das Resonatorrohr über seine gesamte Länge eine konstante Querschnittsabmessung aufweist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende 1 detailliert beschrieben, welche einen offen dargestellten Abgasschalldämpfer zeigt.
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In 1 ist ein Abgasschalldämpfer allgemein mit 10 bezeichnet. Der Abgasschalldämpfer 10 umfasst ein Schalldämpfergehäuse 12 mit einer in Richtung einer Gehäuselängsachse A langgestreckten, beispielsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten und z.B. mit Blechmaterial aufgebauten Umfangswand 14. An beiden axialen Endbereichen 16, 18 ist die Umfangswand 14 jeweils mit einer Stirnwand 20, 22 beispielsweise durch Materialschluss oder/und Formschluss gasdicht verbunden. In zwischen den beiden Stirnwänden 20, 22 liegenden Längenbereichen sind mit der Umfangswand 14 eine erste Zwischenwand 24 und eine zweite Zwischenwand 26 beispielsweise durch Materialschluss im Wesentlichen gasdicht verbunden. Auch die Stirnwände 20, 22 und die Zwischenwände 24, 26 sind vorzugsweise aus Blechmaterial hergestellt.
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Ein allgemein mit 28 bezeichneter Abgaseinlass umfasst ein Einlassrohr 30, das an die am axialen Endbereich 16 der Umfangswand 14 vorgesehene Stirnwand 20 einerseits und die erste Zwischenwand 24 andererseits beispielsweise durch Materialschluss im Wesentlichen gasdicht angeschlossen ist und in seinem Inneren einen zu einer Strömungskammer 32 führenden Einlasskanal 34 bereitstellt. Im Bereich der Stirnwand 20 bildet somit das Einlassrohr 30 eine zu dem Einlasskanal 34 offene Einlassöffnung des Abgaseinlasses 28. Im Bereich der ersten Zwischenwand 24 ist das Einlassrohr 30 zu der Strömungskammer 32 offen. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel das Einlassrohr 30 im Bereich der ersten Zwischenwand 24 endet. Dieses könnte auch über die erste Zwischenwand 24 hinaus sich in die Strömungskammer 32 hinein erstrecken.
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Ein allgemein mit 36 bezeichneter Abgasauslass umfasst ein an die zweite Zwischenwand 26 einerseits und die am axialen Endbereich 18 der Umfangswand 14 vorgesehene Stirnwand 22 andererseits gasdicht angebundenes Auslassrohr 38. Im Auslassrohr 38 ist ein Auslasskanal 40 gebildet, über welchen die Strömungskammer 32 durchströmendes Abgas den Abgasschalldämpfer 10 verlassen kann. Im Bereich der Stirnwand 22 ist das Auslassrohr 38 mit seinem Auslasskanal 40 zur Umgebung bzw. einem im Strömungsrichtung folgenden Bereich einer Abgasanlage offen. Im Bereich der zweiten Zwischenwand 26 ist das Auslassrohr 38 an diese angebunden bzw. zur Strömungskammer 32 offen. Es ist auch hier darauf hinzuweisen, dass, anders als dargestellt, das Auslassrohr 38 sich über die zweite Stirnwand 26 hinausgehend in die Strömungskammer 32 hinein erstrecken könnte. Ferner ist darauf hinzuweisen, dass sowohl das Einlassrohr 30, als auch das Auslassrohr 38 hinausgehend über die damit verbundenen Stirnwände 20 bzw. 22 sich aus dem Schalldämpfergehäuse 12 hinaus erstrecken können, um eine leichtere Anbindung an stromaufwärts bzw. stromabwärts folgende Bereiche einer Abgasanlage realisieren zu können.
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Der Einlasskanal 34, der Auslasskanal 40 und die Strömungskammer 32 stellen in dem dargestellten Beispiel ein von dem durch den Abgasschalldämpfer 10 hindurch zu leitenden Abgas durchströmbares Strömungsvolumen 42 bereit. Zusätzlich zu diesem Strömungsvolumen 42 sind in den Abgasschalldämpfer 10 zwei Resonatorkammern 44, 46 integriert. Die zwischen der Stirnwand 20 und der ersten Zwischenwand 24 gebildete, d. h. im Wesentlichen axial durch diese Wände begrenzte erste Resonatorkammer 44 ist einem ersten Helmholtz-Resonator 48 zugeordnet. Die zwischen der zweiten Zwischenwand 26 und der Stirnwand 22 gebildete, d. h. im Wesentlichen durch diese axial begrenzte zweite Resonatorkammer 46 ist einem zweiten Helmholtz-Resonator 50 zugeordnet. Dabei durchsetzt das Einlassrohr 30 die erste Resonatorkammer 44, wobei das Einlassrohr 30 keine zur ersten Resonatorkammer 44 offene Öffnung bereitstellt, gegenüber dieser also abgeschlossen ist. Das Auslassrohr 38 durchsetzt die zweite Resonatorkammer 46 und weist gleichermaßen keine zu dieser offene Öffnung auf, so dass das Auslassrohr 38 gegenüber der zweiten Resonatorkammer 46 grundsätzlich abgeschlossen ist.
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Im Inneren des Schalldämpfergehäuses 12 ist ein allgemein mit 52 bezeichnetes Resonatorrohr vorgesehen. Das Resonatorrohr 52 weist grundsätzlich drei in Richtung der Gehäuselängsachse A aneinander anschließende Längenbereiche 54, 56, 58 auf. Der näherungsweise im Längenmittenbereich des Resonatorrohrs 52 positionierte Längenbereich 54 des Resonatorrohrs 52 stellt einen Öffnungsabschnitt 60 bereit, in welchem das Resonatorrohr 52 bzw. ein darin gebildeter Rohrinnenraum über eine Vielzahl von in einer Rohrwand 62 des Resonatorrohrs 52 vorgesehenen Rohrwandöffnungen 64 zur Strömungskammer 32 bzw. zum Strömungsvolumen 42 offen ist. Die Rohrwandöffnungen 64 können beispielsweise in einer Vielzahl von in Richtung der Gehäuselängsachse A sich erstreckenden Reihen von Öffnungen in einen im Wesentlichen regelmäßigen Öffnungsmuster angeordnet sein und somit in Umfangsrichtung der Rohrwand 62 des Resonatorrohrs 52 eine im Wesentlichen gleichmäßig wirkende Verbindung zwischen dem Rohrinnenraum und der Strömungskammer 32 herstellen.
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Der in einem der ersten Zwischenwand 24 näher gelegenen axialen Endbereich 66 des Öffnungsabschnitts 60 anschließende Längenbereich 56 bildet einen ersten Resonatorhals 68 des ersten Helmholtz-Resonators 48. Der Längenbereich 56 bzw. der durch diesen Längenbereich 56 bereitgestellte erste Resonatorhals 68 durchsetzt eine Öffnung in der ersten Zwischenwand 24 und ist vorzugsweise im Wesentlichen gasdicht an diese angebunden. In einem ersten axialen Endbereich 70 des Resonatorrohrs 52, welcher im dargestellten Beispiel über die erste Zwischenwand 24 sich hinaus erstreckend in die erste Resonatorkammer 44 eingreifend positioniert ist, ist das Resonatorrohr 52 bzw. der erste Resonatorhals 68 zur ersten Resonatorkammer 44 offen und stellt somit in Verbindung mit dieser im Wesentlichen den ersten Helmholtz-Resonator 48 bereit. Neben der für den Längenbereich 56 des Resonatorrohrs 52 bereitgestellten bzw. diesen aufnehmenden Öffnung weist die erste Zwischenwand 24 keine weiteren, eine Verbindung zwischen der ersten Resonatorkammer 24 und dem Strömungsvolumen 42 bzw. der Strömungskammer 32 desselben herstellende Öffnungen auf.
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Der an einen zweiten axialen Endbereich 72 des Öffnungsabschnitts 60 anschließende Längenbereich 58 des Resonatorrohrs 52 durchsetzt eine Öffnung in der zweiten Zwischenwand 26 und ist mit dieser vorzugsweise im Wesentlichen gasdicht verbunden. Der Längenbereich 58 bildet einen zweiten Resonatorhals 74 und ist im Bereich eines zweiten axialen Endbereichs 76 des Resonatorrohrs 52 zur zweiten Resonatorkammer 26 offen. Der zweite Längenbereich 58 erstreckt sich über die zweite Stirnwand 26 hinaus in die zweite Resonatorkammer 46 eingreifend und stellt in Verbindung mit dieser im Wesentlichen den zweiten Helmholtz-Resonator 50 bereit. Auch die zweite Zwischenwand 26 weist neben der vom Resonatorrohr 52 durchsetzten Öffnung keine weiteren Öffnungen auf, die eine Verbindung zwischen der zweiten Resonatorkammer 46 und dem Strömungsvolumen 42 bzw. der Strömungskammer 32 bereitstellen.
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Über die Rohrwandöffnungen 64 ist eine akustische Anbindung der beiden Helmholtz-Resonatoren 48, 50 bzw. der Resonatorhälse 68, 74 derselben an das Strömungsvolumen 42 bzw. das durch das Strömungsvolumen 42 hindurchströmende und Schall transportierende Abgas realisiert. Obgleich dieses Abgas auch die Volumina der Resonatorkammern 44, 46 und den Rohrinnenraum des Resonatorrohrs 52 füllen wird, nehmen weder die Volumina 44, 46, noch der Rohrinnenraum des Resonatorrohrs 52, mit Ausnahme des von Abgas grundsätzlich durchströmbaren Öffnungsabschnitts 54, an der Abgasströmung Teil und sind daher im Sinne der vorliegenden Erfindung auch nicht als Teil des Strömungsvolumens zu betrachten.
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Durch die Auswahl der Volumina der beiden Resonatorkammern 44, 46, welche Volumina im Wesentlichen begrenzt sind durch die die Resonatorkammern 44, 46 axial begrenzenden Stirnwände 20, 22 und Zwischenwände 24, 26 sowie die Umfangswand 14, und von welchen jeweils das vom Einlassrohr 30 bzw. vom Auslassrohr 38 eingenommene Volumen abzuziehen ist, und die entsprechend geeignete Dimensionierung der Resonatorhälse 68, 74 können die Resonanzfrequenzen der beiden Helmholtz-Resonatoren 48, 50 festgelegt bzw. definiert auf besonders kritische Frequenzen abgestimmt werden. Dabei ist zu erkennen, dass bei der besonders einfachen baulichen Ausgestaltung das Resonatorrohr 52 in Richtung der Gehäuselängsachse A mit im Wesentlichen konstanter Querschnittsabmessung, insbesondere also auch konstantem Innendurchmesser, ausgebildet ist, so dass eine Einflussnahme auf die jeweilige Resonanzfrequenz der Helmholtz-Resonatoren im Bereich der Resonatorhälse 68, 74 im Wesentlichen durch die geeignete Auswahl der Länge derselben genommen wird. Dies wiederum kann dadurch erfolgen, dass der Öffnungsabschnitt 54 an geeigneter Positionierung zwischen den beiden axialen Endbereichen 70, 76 des Resonators 52, jedoch innerhalb der axialen Erstreckung der Resonatorkammer 32 angeordnet und auch mit geeigneter Ausdehnung in Richtung der Gehäuselängsachse A bereitgestellt wird. Je länger der Öffnungsabschnitt 54 des Resonatorrohrs 52 ist, desto kürzer ist die noch zur Verfügung stehende Länge der beiden die Resonatorhälse 68, 76 bereitstellenden Längenbereiche 56, 58.
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Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Aufbau die beiden Resonatorkammern 44, 46 axial jeweils unmittelbar anschließend an das vom Resonatorrohr 52 durchsetzte Strömungsvolumen 42, insbesondere die Strömungskammer 32, angeordnet sind, wird einerseits eine axial kompakte Bauart erreicht und andererseits die Möglichkeit geschaffen, dass das einzige Resonatorrohr 52 die den beiden Helmholtz-Resonatoren 48, 50 zugeordneten Resonatorhälse 68, 74 bereitstellen kann.
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Es ist dabei darauf hinzuweisen, dass dies auch erreicht werden kann, wenn das Strömungsvolumen mehrere Strömungskammern aufweist. Beispielsweise könnte zwischen den beiden Zwischenwänden 24, 26 eine weitere Zwischenwand vorgesehen sein, in welcher beispielsweise durch eine oder mehrere Öffnungen oder/und ein oder mehrere diese durchsetzende Rohre eine Verbindung zwischen diesen Kammern hergestellt ist, so dass das vom Einlass 28 zum Auslass 36 strömende Abgas all diese Kammern durchströmen kann. Der Öffnungsabschnitt 54 könnte dann in einer dieser Kammern angeordnet sein oder könnte in beiden Kammern liegend angeordnet sein oder in zwei Bereiche unterteilt sein, von welchen jeder in einer der dem Strömungsvolumen 42 zuzurechnenden Strömungskammern positioniert ist. Bei der dargestellten besonders bevorzugten Ausgestaltungsart ist jedoch zwischen der ersten Zwischenwand 24 und der zweiten Zwischenwand 26 keine weitere das Strömungsvolumen 42 in mehrere Kammern unterteilende Zwischenwand vorgesehen. Auch könnte beispielsweise der Abgasauslass mehrere, dann beispielsweise jeweilige Endrohre bildende Auslassrohre aufweisen.
