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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine Fluidströmungsleitung, umfassend ein Innenrohr und ein das Innenrohr koaxial umgreifendes Außenrohr, wobei das Außenrohr, dessen Innenwand über seine überwiegende Länge radial beabstandet von der Außenwand des Innenrohres verläuft, wenigstens zwei axial voneinander beabstandete Verengungsbereiche verringerten Durchmessers aufweist, in denen seine Innenwand mit der Außenwand des Innenrohres verbunden ist, um wenigstens eine nach axial und radial außen geschlossene Ringkammer zu bilden, die über wenigstens einen Durchbruch in der Wandung des Innenrohres mit dessen Innerem in fluidaustauschendem Kontakt steht.
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Die Erfindung betrifft weiter auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schalldämpfers für eine Fluidströmungsleitung, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Außenrohrrohlings,
- - bereichsweises Aufweiten des Außenrohrrohlings durch ein Innenhochdruckumformverfahren zur Erzeugung eines Außenrohres mit wenigstens einem aufgeweiteten Außenrohr-Zwischenabschnitt, der axial beidseitig von zwei Verengungsbereichen mit ihm gegenüber verringertem Durchmesser begrenzt ist,
- - koaxiales Aufschieben des Außenrohres auf ein Innenrohr, welches mit wenigstens einem in einem Innenrohr-Zwischenabschnitt angeordneten Wandungsdurchbruch versehen ist, sodass die Innenwand des Außenrohres in dessen Verengungsbereichen an der Außenwand des Innenrohres anliegt und der Wandungsdurchbruch zwischen den Verengungsbereichen positioniert ist,
- - Verbinden der Außenwand des Innenrohres mit der Innenwand des Außenrohres in den Verengungsbereichen.
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Stand der Technik
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Ein gattungsgemäßer Schalldämpfer sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung sind bekannt aus der
DE 198 55708 B4 .
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Der Begriff des Schalldämpfers ist im Kontext der vorliegenden Beschreibung allgemein im Sinne einer Vorrichtung zur Luft- und Körperschallabsenkung und keinesfalls einschränkend auf solche Vorrichtung zu verstehen, die eine Schallabsenkung vorwiegend durch absorptionsbedingte Dämpfung im streng physikalischen Sinne bewirken. Tatsächlich wirken gattungs- wie auch erfindungsgemäße Schalldämpfer in erster Linie nach dem Prinzip des sogenannten Helmholtz-Resonators. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Innenrohr, welches Teil einer Fluidströmungsleitung ist, und einem Außenrohr, welches einen Längenabschnitt des Innenrohres konzentrisch umgreift und wenigstens zwei axial beabstandete Radialwände aufweist, über die es mit der Außenwand des Innenrohres verbunden ist, sodass zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr eine Ringkammer gebildet ist, deren axiale Stirnwände von besagten Radialwänden gebildet werden. Die Wandung des Innenrohres ist im Bereich der Ringkammer durchbrochen, sodass die Ringkammer als Resonanzraum des resultierenden Helmholtz-Resonators wirkt und daher hier auch als Resonatorkammer angesprochen werden soll. Eine Abstimmung auf die abzusenkenden Schallfrequenzen erfolgt über die Positionierung und Dimensionierung des bzw. der Wanddurchbrüche des Innenrohres in dessen sich zwischen den Anlagebereichen von Innen- und Außenrohr erstreckenden Innenrohr-Zwischenabschnitt. Das Volumen der Resonatorkammer ist für die Frequenzabstimmung nicht entscheidend, wohl aber für die Effizienz der Schallabsenkung. Insbesondere ist ein möglichst großes Volumen der Resonatorkammer (bei gegebener, typischerweise beschränkter Kammerlänge) erwünscht.
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Die oben genannte, gattungsbildende Druckschrift offenbart einen Schalldämpfer mit mehreren Resonatorkammern, dessen Außenrohr durch ein sogenanntes Innenhochdruckumformverfahren (IHU-Verfahren) geformt ist. Hierzu wird ein zylindrischer Außenrohrrohling in eine Form eingespannt, deren Wandung die gewünschte Außenrohrkontur repräsentiert und wenigstens bereichsweise radial beabstandet zur Außenwand des Außenrohrrohlings verläuft. Der Innenraum des Rohlings wird sodann mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, typischerweise einem Hydrauliköl, gefüllt und mit hydrostatischem Druck beaufschlagt. Bei hinreichend hoch gewähltem Druck dehnt sich der Rohling bis zur Anlage an der Formwandung, wobei durch Materialfließen eine plastische Verformung erfolgt, die auch nach Beendigung der Druckbeaufschlagung und Ablassen des Hydrauliköls erhalten bleibt. Das Formwerkzeug ist so gestaltet, dass der Rohling an seinen Enden seinen ursprünglichen Durchmesser beibehält, und in dem dazwischen liegenden Außenrohr-Zwischenabschnitt aufgeweitet wird. Bei der in der besagten Druckschrift offenbarten, bevorzugten Ausführungsform weist das Formwerkzeug in seinem zentralen Axialbereich eine zusätzliche Radialwand auf, sodass der Rohling an dieser Stelle keine Aufweitung erfährt. Es entstehen zwei axial benachbarte, aufgeweitete Außenrohr-Zwischenabschnitte, die von zwei endständigen und einem zentralen Verengungsbereich begrenzt werden. Das aus dieser Umformung des Rohlings resultierende Außenrohr wird sodann auf ein zylindrisches Innenrohr gesteckt, wobei die Dimensionen von Innen- und Außenrohr derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Außenwand des Innenrohres an der Innenwand des Außenrohres in dessen drei Verengungsbereichen anliegt.
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Der bekannte Schalldämpfer ist insbesondere zur Anwendung in der Abgasleitung eines Kraftfahrzeugs, speziell in der Anschlussleitung eines Abgas-Turboladers, gedacht. Dasselbe Prinzip der Schallabsenkung lässt sich auch auf andere Fluidströmungsleitungen, bspw. auf eine Kältemittelleitung einer Klimaanlage, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, anwenden. Problematisch bei dieser Anwendung sind die typischerweise deutlich kleineren Rohrquerschnitte der Kältemittelleitung im Vergleich zu den Rohrquerschnitten herkömmlicher KFZ-Abgasleitungen. Der beim IHU-Verfahren realisierbare Dehnungsfaktor, d. h. der maximal erzielbare Quotient aus Durchmesser im aufgeweiteten Bereich zu Rohling-Durchmesser, ist beschränkt. Er liegt typischerweise materialabhängig im Bereich zwischen 1,5 und 2. Stärkere Dehnung riskiert ein Reißen des Materials und/oder zu dünne Wandstärken des resultierenden, umgeformten Rohres. Die Übertragung des bekannten Ansatzes auf kleine Rohrdurchmesser (downsizing) führt also notwendig zu deutlich verkleinerten Kammervolumen (der Durchmesser geht quadratisch in das Kammervolumen ein), wodurch, wie oben erläutert, die Effizient der Schalldämpfung sinkt. Allerdings wird die Beibehaltung des IHU-Verfahrens zur Herstellung von Schalldämpfern auch für kleiner Rohrdurchmesser wegen der besonderen Wirtschaftlichkeit und technischen Einfachheit dieses Verfahrens als wünschenswert erachtet.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Schalldämpfer und ein verbessertes Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, sodass trotz Beibehaltung des IHU-Verfahrens auch bei geringen Rohrdurchmessern eine hinreichende Schalldämpfungseffizienz erreicht wird.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Innenrohr zu den Verengungsbereichen des Außenrohres korrespondierende Aufweitungsbereiche vergrößerten Durchmessers aufweist, die paarweise jeweils einen den Wandungsdurchbruch enthaltenden Innenrohr-Zwischenabschnitt mit gegenüber besagten Aufweitungsbereichen verringertem Durchmessers axial begrenzen,
wobei die Innenwand des Außenrohres in jedem seiner Verengungsbereiche mit der Außenwand des Innenrohres in dessen jeweils korrespondierendem Aufweitungsbereich verbunden ist.
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Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 11 dadurch gelöst, dass dem Schritt des Aufschiebens des Außerohres auf das Innenrohr die folgenden Schritte vorangehen:
- - Bereitstellen eines Innenrohrrohlings,
- - bereichsweises Aufweiten des Innenrohrrohlings durch ein Innenhochdruckumformverfahren zur Erzeugung des Innenrohres mit wenigstens zwei Aufweitungsbereichen vergrößerten Durchmessers, die zwischen sich den Innenrohr-Zwischenabschnitt mit ihnen gegenüber verringertem Durchmesser axial begrenzen, sowie
- - Versehen des Innenrohres und/oder des Innenrohrrohlings mit wenigstens einem Wandungsdurchbruch im Innenrohr-Zwischenabschnitt,
wobei der axiale Abstand zwischen den Aufweitungsbereichen des Innenrohres dem axialen Abstand zwischen den Verengungsbereichen des Außenrohres entspricht und der jeweilige Innendurchmesser des Außenrohres in dessen Verengungsbereichen dem Außendurchmesser des Innenrohres in dessen korrespondierenden Aufweitungsbereichen entspricht.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, nicht nur das Außenrohr als ein Rohr mit variierendem Durchmesser, sondern auch das Innenrohr als ein solches auszugestalten.
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Die Aufweitungs- und Verengungsbereiche entsprechen einander dabei in entgegengesetzter Weise, d. h. dort (an denjenigen Axialpositionen), wo das Außenrohr einen Verengungsbereich aufweist, weist das Innenrohr einen Aufweitungsbereich auf. Diese korrespondierenden Verengungs- und Aufweitungsbereiche sind derart aufeinander abgestimmt, dass in ihnen die Innenwand des Außenrohres an der Außenwand des Innenrohres anliegt, sodass beide - bspw. durch Verschweißen, Verlöten, Verkleben, Verpressen etc. - miteinander verbunden werden können. Axial zwischen diesen Anlagebereichen, d. h. im Bereich der Innen- bzw. Außenrohr-Zwischenabschnitte, verläuft das Innenrohr mit zu den Anlagebereichen verengtem Durchmesser mit radialem Abstand innerhalb des Außenrohres, welches hier einen gegenüber den Anlagebereichen vergrößerten Durchmesser aufweist. Die Kammerhöhe entspricht also der Summe der Rohraufweitungen des Innenrohres und des Außenrohres. Diese Höhenaddition erlaubt also den Einsatz einen IHU-Verfahrens (angewendet auf Innen- und Außenrohr) auch in Fällen, in denen die bekannte (nur auf das Außenrohr angewendete) IHU-Umformung zu keinem hinreichend großen Kammervolumen führen würde, um eine hinreichende Effizienz der Schallabsenkung zu bewirken.
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Wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, wird bevorzugt, wenn zwei der Verengungsbereiche des Außenrohres sowie die ihnen zugeordneten Aufweitungsbereiche des Innenrohres im Bereich der beiden Enden des Außenrohres angeordnet sind. Mit anderen Worten endet das Außenrohr axial beidseitig mit einem Verengungsbereich und auch das Innenrohr endet bevorzugt axial beidseitig mit einem sich an jeweils einen axial äußeren Aufweitungsbereich anschließenden, verengten Bereich, was dazu führt, dass es bevorzugt beidseitig über das Außenrohr hinausragt. Diese Gestaltung ist besonders vorteilhaft, da sich so die mechanischen Schnittstellen, an denen ein derartiger Schalldämpfer mit weiteren Rohrleitungselementen der Fluidströmungsleitung verbindbar ist, in Bereichen minimalen Durchmessers befinden, sodass der Einbau in Rohrleitungssysteme besonders geringen Querschnitts ermöglicht wird.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Einkammer-Schalldämpfer beschränkt. Denkbar und bevorzugt sind Systeme mit zwei und mehr axial benachbarten Resonatorkammern. Hierzu ist vorgesehen, dass zwischen zwei axial weiter außen liegenden Verengungsbereichen des Außenrohres und den Ihnen zugeordneten, axial weiter außen liegenden Aufweitungsbereichen des Innenrohres wenigstens ein axial weiter innen liegender Verengungsbereich des Außenrohres und ein ihm zugeordneter, axial weiter innen liegender Aufweitungsbereich des Innenrohres angeordnet sind. Das Vorsehen mehrerer Ringkammer, entsprechend dem Vorsehen mehrerer unabhängig voneinander wirkender Resonatoren, ermöglicht die gezielte Abstimmung der Schallabsenkungswirkung auf unterschiedliche Frequenzbereiche.
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Die Verbindung zwischen Innenwand des Außenrohres und Außenwand des Innenrohres kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Innenwand des Außenrohres in wenigstens einem seiner Verengungsbereich mit der Außenwand des Innenrohres in dessen zugeordnetem Aufweitungsbereich verschweißt, verlötet, verklebt oder verpresst ist. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann in diesem Kontext insbesondere vorgesehen sein, dass vor dem Aufschieben der Außenrohres auf das Innenrohr dessen Außenwand in wenigstens einem seiner Aufweitungsbereiche mit einer Stoffschlussbeschichtung, bspw. einer Klebstoffbeschichtung oder einer Lotbeschichtung, beschichtet wird. Im Fall der Klebstoffbeschichtung ergibt sich eine stoffschlüssige Verbindung durch Aushärten des Klebstoffs. Im Fall einer Lotbeschichtung führt ein nachfolgendes Erhitzen zu einer Verlötung der beiden Rohre.
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Die oben bereits erwähnte, insbesondere für die endständigen Randbereiche bevorzugte Verbindung durch Verschweißen kann aufgrund der schlechten Zugänglichkeit bei den inneren Anlagebereichen auf technische Schwierigkeiten stoßen. Dem Fachmann sind jedoch Realisierungsmöglichkeiten, wie das sogenannten indirekte Widerstandsschweißen oder alternative Schweißverfahren, wie bspw. das Vibrationsschweißen bekannt, mit denen sich auch an für Schweißelektroden schlecht zugänglichen Stellen eine zuverlässige Schweißverbindung herstellen lässt.
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Die Anlageflächen, mit denen die Verengungsbereiche des Außenrohres und die Ihnen jeweils zugeordneten Aufweitungsbereichen des Innenrohres aneinander anliegen, sind bevorzugt zylindrisch geformt. Dies ermöglicht ein gleitend geführtes Aufschieben des Außenrohres auf das Innenrohr und eine vollflächige Anlage beider Rohre aneinander in den Anlagebereichen. Bei präziser Fertigung lässt sich bereits dadurch eine fluiddichte Verbindung zwischen Innen- und Außenrohr schaffen, die lediglich noch einer Axialfixierung bedarf, die in irgendeinem der Anlagebereiche erfolgen kann.
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Allerdings können, insbesondere bei kostenoptimierter Fertigung, Fertigungstoleranzen zu einer Verklemmung der Rohre beim Aufschieben führen. Um dem entgegenzuwirken, ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Zylinderdurchmesser der Anlageflächen als Funktion der Axialposition der jeweiligen Anlagefläche monoton variieren, d. h. in einer Axialrichtung ansteigen bzw. in der entgegengesetzten Axialrichtung abfallen. Das Außenrohr wird dann mit der Verengungsstelle größten Zylinderdurchmessers voraus auf das Innenrohr aufgesteckt, welches mit seinem Aufweitungsbereich kleinsten Zylinderdurchmessers voraus in das Außenrohr eintaucht. Die einander nicht zugeordneten Verengungs- und Aufweitungsbereiche gleiten dann während des Aufschiebeschrittes reibungsarm aneinander vorbei bzw. durcheinander hindurch; erst die einander zugeordneten Verengungs- und Aufweitungsbereiche kommen tatsächlich zur Anlage. Die Durchmesserdifferenz zweier benachbarter Anlageflächen entspricht dabei bevorzugt dem Ein- bis Zweifachen der Fertigungstoleranz der Rohre. Dies entspricht einer grundsätzlich gewünschten Minimierung der Durchmesserdifferenzen bei gleichzeitiger Sicherstellung einer Vermeidung der oben genannten, nachteiligen Verklemmung der beiden Rohre beim Aufschieben.
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Aus Gründen der Druckfestigkeit des erfindungsgemäßen Schalldämpfers sind Knicke in der Formgebung grundsätzlich zu vermeiden. Im Hinblick auf eine axiale Bauraumoptimierung wäre eine möglichst scharfe Ausgestaltung der Wandausrichtungsänderungen, wie sie an den Verengungs- und Aufweitungsbereichen auftreten, wünschenswert. Als ein Kompromiss sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Übergangsbereiche zwischen den Aufweitungs- und Verengungsbereichen einerseits und den jeweils benachbarten Rohrbereichen andererseits gerundet ausgebildet sind, wobei die radial weiter außen liegenden Rundungsradien jedes Rohres größer sind als die radial weiter innen liegenden Radien desselben Rohres. Mit anderen Worten werden also die vom jeweiligen Innenwinkel her druckbeaufschlagten Übergangsbereiche als vergleichsweise sanfte Krümmungen ausgebildet, wohingegen die vom Winkeläußeren her druckbeaufschlagten Übergangsbereich vergleichsweise scharfwinklig, d. h. mit kleinen Rundungsradien ausgebildet sind.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1: eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpers,
- 2: drei Verfahrensschritte zur Herstellung des Innenrohres des Schalldämpfers gemäß 1,
- 3: drei weitere Verfahrensschritte zur Herstellung des Außenrohres des Schalldämpfers von 1,
- 4: ein weiterer Verfahrensschritt zur Herstellung des Schalldämpfers von 1,
- 5: ein abschließender Verfahrensschritt zur Herstellung des Schalldämpfers von 5.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in Form einer Schnittdarstellung eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers 10. Der Schalldämpfer 10 besteht im Wesentlichen aus einem Innenrohr 12 und einem Außenrohr 14. Das Innenrohr 12 durchsetzt das Außenrohr 14 koaxial. Das Innenrohr 12 weist drei Aufweitungsbereiche 121 auf. Zwischen den Aufweitungsbereichen 121 befinden sich Innenrohr-Zwischenabschnitte 122. Axial außerhalb der äußeren beiden Aufweitungsbereiche 121 befinden sich Anschlussstutzen 123. Die Anschlussstutzen 123 sowie die Innenrohr-Zwischenabschnitte 122 weisen im Wesentlichen den gleichen Durchmesser auf, der deutlich geringer als der Durchmesser der Aufweitungsbereiche 121 ist. Insbesondere kann das Verhältnis der Durchmesser der Aufweitungsbereiche 121 zu den Durchmessern der Innenrohr-Zwischenabschnitte 122 bzw. der Anschlussstutzen 123 im Bereich von 1,2 bis 2, vorzugsweise im Bereich von 1,4 bis 1,6 liegen. Dies entspricht, je nach Materialwahl, dem maximalen, mittels eines Innenhochdruckumformverfahrens erreichbaren Dehnungsfaktor. Bei der gestellten Ausführungsform sind die Aufweitungsbereiche 121 in ihren mittigen Abschnitten zylindrisch geformt.
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Das Außenrohr 14 weist drei axial mit den Aufweitungsbereichen 121 kolokalisierte Verengungsbereiche 141 auf. Zwischen diesen erstreckt sich jeweils ein Außenrohr-Zwischenabschnitt 142. Die Durchmesser der Verengungsbereiche 141 sind deutlich geringer als diejenigen der Außenrohr-Zwischenabschnitte 142. Insbesondere kann das Verhältnis der Durchmesser der Außenrohr-Zwischenbereiche 142 zu den Durchmessern der Verengungsbereiche 141 etwa 1,2 bis 2, vorzugsweise 1,4 bis 1,6 betragen. Dies entspricht, je nach Materialwahl, dem maximalen, mittels eines Innenhochdruckumformverfahrens erreichbaren Dehnungsfaktor. Bei der gestellten Ausführungsform sind die Verengungsbereiche 141 in ihren mittigen Abschnitten zylindrisch geformt.
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Die Durchmesser der axial kolokalisierten Aufweitungsbereiche 121 des Innenrohres und Verengungsbereiche 141 des Außenrohres sind so aufeinander abgestimmt, dass an den entsprechenden Axialpositionen die Innenwand des Außenrohres 14 an der Außenwand des Innenrohres 12 anliegt. Bevorzugt ist an wenigstens einigen, besonderes bevorzugt an allen dieser Stellen zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Rohrwandungen etabliert. Eine solch stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Verklebung, Verlötung oder Verschweißung hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine rein kraftschlüssige Verbindung, d. h. ein Verpressen der Rohre 12, 14 in ihren gegenseitigen Anlagebereichen realisiert sein.
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Im Ergebnis sind zwei Ring- bzw. Resonatorkammern 16 ausgebildet, die sich im Bereich der Rohr-Zwischenabschnitte 122/142 erstrecken. Die Ring- bzw. Resonatorkammern 16 sind nach außen hin geschlossen. Nach innen stehen sie über Durchbrüche 18 in der Wandung des Innenrohres 12 mit dessen Innerem in fluidaustauschendem Kontakt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Wandungsdurchbrüche 18 in Form von Rechteckspalten ausgebildet. Andere, z. B. runde Formen sind ebenso einsetzbar.
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Es resultiert ein nach dem Resonatorprinzip wirkender Schalldämpfer, der mit seinen Anschlussstutzen 123 in eine Fluidströmungsleitung, beispielsweise eine Kältemittelleitung einer Klimaanlage, eingesetzt werden kann. Die Durchmesser D0 der Anschlussstutzen 123 sind entsprechend zu wählen und können mit Verbindungselementen, wie beispielsweise Gewinden oder Ähnlichem versehen sein.
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Auf die Bedeutung der Durchmesser D1, D2 und D3 der zylindrischen Anlageflächen zwischen den Aufweitungsbereichen 121 des Innenrohres 12 und den Verengungsbereichen 141 des Außenrohres 14 soll weiter unten im Kontext von 4 noch näher eingegangen werden.
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Bei Betrieb kann der erfindungsgemäße Schalldämpfer 10 erheblichen Innendrücken ausgesetzt sein. Andererseits ist ein axial minimierter Bauraum erstrebenswert. Beide Ziele stehen im Hinblick auf die für die oben erläuterte Durchmesservariation der Rohre 12, 14 zueinander in einem Konflikt. Zur Optimierung der Druckfestigkeit sollten die entsprechenden Krümmungsradien möglichst groß, zur Minimierung der Baulänge bei gegebenen Kammervolumen aber möglichst klein sein. Dieser Zielkonflikt wird bei der gezeigten Ausführungsform durch einen vorteilhaften Kompromiss überwunden: Die radial jeweils weiter außen liegenden Krümmungsradien der Rohre 12, 14, d. h. die äußeren Radien des Außenrohres 14 Raa und die äußeren Radien Ria des Innenrohres 12 sind größer gewählt als die jeweils weiter innen liegenden Krümmungsradien, d. h. die inneren Radien Rai des Außenrohres 14 und die inneren Radien Rii des Innenrohres 12. Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht also vor, dass die von ihrem Krümmungsinneren her druckbelasteten Krümmungen aus Gründen der Stabilitätsmaximierung mit großen Radien ausgebildet sind, während die von ihrem Krümmungsäußeren her druckbelasteten Krümmungen aus Gründen der Längenreduktion des Gesamtbauteils vergleichsweise scharfwinklig, d. h. mit kleineren Krümmungsradien ausgestaltet sind.
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Die 2 bis 5 zeigen einige der Verfahrensschritte zur Herstellung des Schalldämpfers 10 von 1.
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2 zeigt in drei Arbeitsschritten die bevorzugte Herstellung des Innenrohres 12. 3 zeigt in drei Arbeitsschritten die bevorzugte Herstellung des Außenrohres 14. Der Fachmann wird verstehen, dass die einzelnen Rohre in beliebiger Reihenfolge nacheinander oder parallel zueinander hergestellt werden können. Beide Rohre 12, 14 werden erfindungsgemäß mittels eines Innenhochdruckumformprozesses hergestellt. Hierzu wird ein zylindrischer Rohrrohling, d. h. ein Innenrohrrohling 22 bzw. ein Außenrohrrohling 24 in eine Form, insbesondere in eine Innenrohrform 32 bzw. eine Außenrohrform 34, die die Kontur des jeweils herzustellenden Rohres 12, 14 aufweist, eingespannt. Sodann wird der Rohling 22, 24, wie in 2a bzw. 3a dargestellt, mit einem Hydraulikmedium gefüllt und druckbeaufschlagt, sodass sich das Rohlingmaterial dehnt, bis es an der Wandung der Form 32, 34 anliegt. Bei geeigneter Materialwahl, insbesondere Stahl, Kupfer oder ähnliches, ergibt sich eine dauerhafte, plastische Verformung. 2b bzw. 3b zeigt den zum Innen- bzw. Außenrohr 12, 14 endverformten Rohling 22, 24 in der Form 32, 34. Im Anschluss wird das fertige Rohr 12, 14 der Form 32, 34 entnommen, wobei das Innenrohr 12 nachträglich mit den Wandungsdurchbrüchen 18 versehen werden kann. Deren konkrete Formgebung hängt ebenso wie die Wahl ihrer Anzahl und Positionierung von der gewünschten Abstimmung auf besonders zu reduzierende Schallfrequenzbereiche ab. Der Fachmann wird verstehen, dass im Kontext des Innenhochdruckumformprozesses die dargestellte, nachträgliche Einbringung der Wandungsdurchbrüche 18 vorteilhaft ist. Bei geeignet abdichtender Gestaltung der Innenrohrform 32 kann jedoch auch bereits der Innenrohrrohling 22 mit besagten Durchbrüchen versehen sein. Ebenso ist es denkbar, die Durchbrüche im Rahmen der Umformung selbst einzubringen.
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Im Anschluss werden, wie in 4 dargestellt, die beiden Rohre 12, 14 ineinander eingeschoben. Der Einfachheit halber wird vom Aufschieben des Außenrohres 14 auf das Innenrohr 12 gesprochen, wobei der Fachmann ohne weiteres erkennt, dass es lediglich auf die Relativbewegung der Rohre 12, 14 ankommt. Dieser Aufschiebeprozess kann durch eine besondere Wahl der Durchmesser D1, D2 und D3 der zylindrischen Anlageflächen zwischen den Aufweitungsbereichen 121 und den Verengungsbereichen 141 erleichtert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die in Aufschieberichtung 40 aufeinander folgenden Durchmesser D1, D2, D3 anwachsen, d. h. D1 <D2<D3. Dies gilt für beide Rohre 12, 14. Auf diese Weise können die Aufweitungsbereiche 121 des Innenrohres 12 besonders reibungsarm durch diejenigen Verengungsbereiche 141 des Außenrohres 14, mit denen sie im fertigen Schalldämpfer 10 nicht korrespondieren, hindurchgeschoben werden. Erst zum Ende des Aufschiebeprozesses hin, d. h. wenn die jeweils miteinander korrespondierenden Aufweitungsbereiche 121 und Verengungsbereiche 141 ineinander eingeschoben werden, stimmen ihre Durchmesser D1, D2, D3 exakt überein, sodass die entsprechenden Außenwandbereiche des Innenrohres 12 und die entsprechenden Innenwandbereiche des Außenrohres 14 miteinander zur Anlage kommen. Der Durchmesserunterschied zwischen zwei benachbarten Ausweitungs- bzw. Verengungsbereichen 121, 141 liegt günstigerweise im Bereich des Ein- bis Zwei-fachen der Fertigungstoleranz der Rohre, sodass der oben erläuterte Erleichterungseffekt beim Aufschieben zwar wirksam ist, die absoluten Durchmesserdifferenzen aber minimiert bleiben und keine Auswirkung auf den Fluidstorm durch das Innenrohr 12 haben.
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Sofern nicht bereits beim Aufschiebeprozess eine Verpressung von Innen- und Außenrohr 12, 14 erzielt wird, kann es günstig sein, wie in 5 dargestellt, nachträglich eine stoffschlüssige Verbindung der aneinander anliegenden Rohrwandungen vorzunehmen. Beispielsweise kann dies durch eine Verschweißung 50, wie in 5 gezeigt, erfolgen. Denkbar ist auch eine Verklebung oder Verlötung, wobei in diesem Fall die Außenseiten des Innenrohres 12 in dessen Aufweitungsbereichen 121 vor dem Aufschieben des Außenrohres 14 mit einer entsprechenden Stoffschlussbeschichtung (Klebstoff, Lot, ...) versehen werden.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere kann die Anzahl, Form und Größe der Kammern 16 ebenso wie die Gestaltung und Anordnung der Wandungsdurchbrüche 18 den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schalldämpfer
- 12
- Innenrohr
- 121
- Aufweitungsbereich von 12
- 122
- Innenrohr-Zwischenabschnitt
- 123
- Anschlussstutzen
- 14
- Außenrohr
- 141
- Verengungsbereich von 14
- 142
- Außenrohr-Zwischenabschnitt
- 16
- Ringkammer / Resonatorkammer
- 18
- Wandungsdurchbruch
- 22
- Innenrohrrohling
- 24
- Außenrohrrohling
- 32
- Innenrohrform
- 34
- Außenrohrform
- 40
- Aufschieberichtung
- 50
- Verschweißung
- D0
- Durchmesser von 123
- D1, D2, D3
- Anlageflächen-Durchmesser
- Ria
- Innenrohr-Außenradius
- Rii
- Innenrohr-Innenradius
- Raa
- Außenrohr-Außenradius
- Rai
- Außenrohr-Innenradius
