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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Schalldämpferelement, wie es beispielsweise zur Schalldämpfung von Lüftern oder Haartrocknern, insbesondere im Zusammenhang mit relativ heißen Gasen, dient. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schalldämpferelements.
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Stand der Technik
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Aus https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.99.024302 ist ein Schalldämpferelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Das bekannte Schalldämpferelement zeichnet sich durch eine rohrartige Innenwand und einen rohrartige Außenwand aus, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die beiden Wände durch eine spiralförmige Verbindungsstruktur miteinander verbunden sind. Die rohrartige Innenwand ist beispielsweise von einem Gas durchströmbar, dessen Schallschwingungen durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schalldämpferelements effektiv reduziert wird. Das bekannte Schalldämpferelement ist in einem 3D-Druckverfahren aus Kunststoff hergestellt und somit als monolithisch ausgebildeter Körper hergestellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Schalldämpferelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es insbesondere im Zusammenhang mit besonders heißen Gasströmen bzw. einer hohen thermischen Belastung vorteilhaft anwendbar ist, ohne dass dessen Struktur dadurch geschädigt wird.
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Ferner zeichnet sich das erfindungsgemäße Schalldämpferelement durch eine vorteilhafte beziehungsweise relativ preiswerte, dem jeweiligen Anwendungsfall einfach anpassbare Herstellungsmethode aus.
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Zur Erzielung der oben genannten Vorteile schlägt es die Lehre der Erfindung vor, das Schalldämpferelement derart auszubilden, dass dieses aus Metall oder/und Keramik besteht und aus wenigstens zwei im Wesentlichen rohrförmigen, konzentrisch zu einer Längsachse angeordneten Bauteilen besteht, wobei ein erstes Bauteil die Innenwand und ein zweites Bauteil die Außenwand ausbildet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schalldämpferelements sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Eine erste konstruktive Variante, die es ermöglicht, das Schalldämpferelement aus lediglich zwei Bauteilen auszubilden, die durch einen schraubähnlichen Montageschritt miteinander verbunden werden, sieht vor, dass die Verbindungsstruktur zwei gewindeartige, durch eine Formschlussverbindung zusammenwirkende und monolithisch an dem ersten und dem zweiten Bauteil ausgebildete Gewindekanten aufweist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die gewinde- beziehungsweise spiralförmige Verbindungsstruktur zusammen durch das Zusammenwirken der zwei, an den beiden Bauteilen ausgebildeten und miteinander zusammenwirkenden Gewindekanten gebildet wird.
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Alternativ zu einer Ausgestaltung, bei der beide Bauteile jeweils einen Teil der gewinde- beziehungsweise spiralförmigen Verbindungsstrukur aufweisen bzw. ausbilden, sieht vor, dass die Verbindungsstruktur monolithisch an dem ersten oder dem zweiten Bauteil ausgebildet ist. Dies ermöglicht es insbesondere, das Bauteil, an dem die Verbindungsstruktur nicht ausgebildet ist, besonders einfach beziehungsweise preiswert herzustellen.
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Um die Verbindung bei einer derartigen Ausgestaltung der beiden Bauteile des Schalldämpferelements ebenfalls durch einen einfachen schraubartigen Montagevorgang zu ermöglichen, sieht es eine Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags vor, dass die gewinde- bzw. spiralförmige Verbindungsstruktur an dem ersten oder zweiten Bauteil mit einer an dem zweiten oder ersten Bauteil ausgebildeten, nutförmigen Gegenkontur zur Ausbildung einer Formschlussverbindung zusammenwirkt.
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Will man eine derartige, an einem der beiden Bauteile ausgebildete Gegenkontur vermeiden, um insbesondere die Herstellung des betreffenden Bauteils noch weiter zu erleichtern beziehungsweise zu vereinfachen, sieht es eine alternative Ausgestaltung der beiden Bauteile vor, dass das Bauteil, das mit der am anderen Bauteil monolithisch ausgebildeten Verbindungsstruktur zusammenwirkt, auf der der Verbindungsstruktur zugewandten Seite eine ebene, zylindrische Innen- bzw. Außenwand aufweist, und dass die beiden Bauteile durch eine Pressverbindung miteinander verbunden sind. Eine derartige Pressverbindung wird in vorteilhafter Weise dadurch ausgebildet, dass das radial äußere Bauteil derart erwärmt wird, dass es sich in radialer Richtung ausdehnt, sodass ein relativ einfaches axiales Fügen der beiden Bauteile zueinander in ihre Soll-Position ermöglicht wird, wobei nach dem Erkalten des zuvor erwärmten Materials die Pressverbindung ausgebildet wird.
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Eine wiederum alternativer Ausgestaltung des Schalldämpferelements, die es ermöglicht, dass die Verbindungsstruktur zwischen den zwei Bauteilen durch ein separates Bauteil ausgebildet wird, sieht vor, dass die Verbindungsstruktur durch wenigstens ein drittes Bauteil gebildet ist, das mit den beiden anderen Bauteilen verbunden ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es zum Beispiel, die Verbindungsstruktur gegebenenfalls aus einem anderen Material zu fertigen als die beiden anderen Bauteile, oder aber, dass die beiden ringförmigen Bauteile relativ einfach hergestellt werden können.
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In konkreter Ausgestaltung des dritten Bauteils ist es vorgesehen, dass dieses aus einem plastisch verformten Blechstreifen besteht beziehungsweise ausgebildet ist. Eine Fertigung eines derartigen Schalldämpferelements kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Aufbau der Spiralgänge über ein Hochkantrollen des Blechstreifens oder mehrerer Blechstreifen erfolgt, die jeweils eine Spirale oder mehrere parallel zueinander verlaufende Spiralen ausbilden. Diese können mit einem Polymer beschichtet sein, das zur Einstellung eines definierten Abstands (zwischen den Spiralen) dient, und die in einem Folgeschritt aufgelöst und thermisch zersetzt werden. Nach dem Fügen der beiden rohrartigen Bauteile und Verbinden der Bauteile beispielsweise über eine oben angesprochene Pressverbindung lässt sich somit ein erfindungsgemäßes Schalldämpferelement aus drei Bauteilen realisieren und relativ einfach herstellen.
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Für den Fall, dass das erste und zweite Bauteil aus Metall besteht, ist es in besonders bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Bauteiel als MIM (Metal Injection Moulding)-Bauteile ausgebildet sind.
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Falls das erste und zweite Bauteil aus Keramik gefertigt wird, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Bauteile als CIM (Ceramic Injection Moulding)-Bauteile ausgebildet sind oder aus einem hydraulisch abbindenden Material bestehen.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Schalldämpferelements, das sich dadurch auszeichnet, dass die wenigstens zwei Bauteile separat gefertigt und durch einen Montagebeziehungsweise Fügeprozess fest miteinander verbunden werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Teilbereich einer ersten Ausführungsform eines Schalldämpferelements, bei der eine Verbindungsstruktur monolithisch an einem Außenrohrs angeformt und durch eine Pressverbindung mit dem Außenumfang eines Innenrohrs als zweites Bauteil verbunden ist,
- 2 einen Schnitt durch einen Teilbereich eines zweiten Schalldämpferelements, bei der die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen durch eine gewindeartige Verbindung erfolgt,
- 3 einen Schnitt durch ein gegenüber 2 abgewandeltes Schalldämpferelement, bei der die gewindeartige Verbindungsstruktur an beiden Bauteilen jeweils teilweise ausgebildet ist und
- 4 eine Darstellung eines spiralförmig gewundenen Blechstreifens als drittes Bauteil zur Ausbildung einer Verbindungsstruktur zwischen den beiden anderen rohrförmigen Bauteilen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente beziehungsweise Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein axialer Teilbereich eines erstes Schalldämpferelements 10 dargestellt, das aus zwei konzentrisch zu einer Längsachse 12 angeordneten Bauteilen 14, 16 besteht. Das erste Bauteil 14 ist in Art eines (Innen-) Rohrs 17 ausgebildet und weist eine zylindrische Durchgangsöffnung 18 auf, die in Richtung der Längsachse 12 von einem nicht dargestellten Gas durchströmbar ist. Das zweite Bauteil 16 ist in Art eines (Außen-) Rohrs 20 ausgebildet, von dem sich radial in Richtung zur Längsachse 12 eine monolithisch mit dem Rohr 20 verbundene Verbindungsstruktur 22 erstreckt. Das erste Bauteil 14 bildet eine Innenwand 15 und das zweite Bauteil 16 bildet eine Außenwand 19 des Schalldämpferelements 10 aus.
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Die Verbindungsstruktur 22 ist in Art eines oder mehrerer gewinde- bzw. spiralförmiger Windungen 23 ausgebildet, deren dem ersten Bauteil 14 zugewandte Stirnfläche 24 unter Ausbildung einer Pressverbindung 25 an dem ersten Bauteil 14 an dessen Außenumfang anliegt.
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Vorteilhafterweise werden zur Montage der beiden Bauteile 14, 16 beziehungsweise zum axialen Fügen der beiden Bauteile 14, 16 in Richtung der Längsachse 12 zur Ausbildung der Pressverbindung 25 beispielsweise das zweite Bauteil 16 erhitzt und/oder das erste Bauteil 14 abgekühlt, derart, dass sich die beiden Bauteile 14, 16 in axialer Richtung fügen lassen, bis diese ihre axiale Endposition aufweisen. Nach dem Abkühlen beziehungsweise Erwärmen des bzw. der Bauteile 14, 16 wird dadurch die Pressverbindung 25 ausgebildet.
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Die beiden Bauteile 14, 16 bestehen jeweils entweder aus Metall oder aus Keramik. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass das eine Bauteil 14, 16 aus Metall und das andere Bauteil 16, 14 aus Keramik besteht. Somit sind auch Mischformen, je nach Anwendungsfall, denkbar. Für den Fall einer metallischen Ausbildung des entsprechenden Bauteils 14, 16 ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das entsprechende Bauteil 14, 16 als MIM (Metall Injection Moulding)-Bauteil 14, 16 ausgebildet ist. Für den Fall, dass das Bauteil 14, 16 aus Keramik besteht, sind vorzugsweise zwei Herstellungsverfahren bevorzugt. Entweder ist das entsprechende Bauteil 14, 16 als CIM (Ceramic Injection Moulding)-Bauteil ausgebildet, oder alternativ besteht das entsprechende Bauteil 14, 16 aus einer hydraulisch abbindenden Keramik, um einen ansonsten üblichen Sinterschritt einzusparen.
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Bei dem in der 2 dargestellten Schalldämpferelement 10a ist zwischen den beiden Bauteilen 14a, 16a eine Gewindeverbindung als Formschlussverbindung 26 ausgebildet. Hierzu ist an dem ersten Bauteil 14a eine gewindebeziehungsweise spiralförmige, radial umlaufende Nut 28 ausgebildet, die gegengleich zu der an dem zweiten Bauteil 16a ausgebildeten und mit dem zweiten Bauteil 16a monolithisch verbundenen Verbindungsstruktur 22a ausgebildet ist, um die entsprechende Formschlussverbindung 26 durch radiales Verdrehen der beiden Bauteile 14a, 16a zueinander auszubilden.
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Das in der 3 dargestellte Schalldämpferelement 10b weist zwei Bauteile 14b, 16b auf, die ebenfalls eine Formschlussverbindung 26 zum Verbinden der beiden Bauteile 14b, 16b aufweisen. Die Formschlussverbindung 26 wird gebildet durch jeweils eine, an dem ersten Bauteil 14b beziehungsweise dem zweiten Bauteil 16b monolithisch angeformte Gewindkante 30, 32. Die Verbindungsstruktur 22b wird durch radial nach außen bzw. innen ragende Gewindegänge 33, 34 an dem Bauteil 14b, 16b sowie den Gewindekanten 30, 32, ausgebildet, die von den Gewindegängen 33, 34 ausgehen.
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Zuletzt ist in der 4 ein gewinde- beziehungsweise spiralförmiges drittes Bauteil 35 gezeigt, das aus einem Blechstreifen besteht und durch eine plastische Verformung die entsprechende Form aufweist. Dieses dritte Bauteil 35 bildet ebenfalls eine Verbindungsstruktur 22c aus und kann radial zwischen einem nicht gezeigten ersten rohrförmigen Bauteil und ebenfalls nicht gezeigten, rohrförmigen zweiten Bauteil eingesetzt und mit diesen Bauteilen verbunden sein. Die Verwendung des dritten Bauteils 35 als Verbindungsstruktur 22c hat den Vorteil, dass beispielsweise die beiden anderen Bauteile aus gegenüber dem dritten Bauteil 35 unterschiedlichem Material bestehen können oder aber nach anderen Herstellverfahren hergestellt werden können.
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Das soweit beschriebene Schalldämpferelement 10, 10a und 10b kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt beziehungsweise modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
