DE102021103379B3

DE102021103379B3 - Resonatoreinsatz zum Einsetzen in einen Ansaugstutzen eines Turboladers, Turbolader und Resonator

Info

Publication number: DE102021103379B3
Application number: DE102021103379.9A
Authority: DE
Inventors: Marco Reidelbach
Original assignee: Umfotec Umformtechnik GmbH; Umfotec GmbH
Current assignee: Umfotec GmbH
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2041-02-13
Also published as: CN114922860A; US20220260045A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Resonatoreinsatz (14) zum koaxialen und abschnittsweise radial beabstandeten Einsetzen in einen Ansaugstutzen eines Turboladers (10), umfassend einen Rohrabschnitt (141), der in seiner Wandung eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung erstreckten, axial einander benachbarten Durchgangsschlitzen (142) aufweist, wobei die Wandung des Rohrabschnitts (141) wenigstens eine nach radial außen weisende, axial erstreckte, die Durchgangsschlitze (142) querende Lamelle (144) sowie in ihrem axial mittigen Bereich eine nach radial außen weisende, ringscheibenförmig ausgebildete und senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtete Ringwand (145) trägt.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Durchgangsschlitze (142) nur axial einseitig der Ringwand (145) angeordnet sind.Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen Turbolader mit vorgelagertem Resonator sowie auf zwei Typen von Resonatoren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Resonatoreinsatz zum koaxialen und abschnittsweise radial beabstandeten Einsetzen in einen Ansaugstutzen eines Turboladers, umfassend einen Rohrabschnitt, der in seiner Wandung eine Mehrzahl von in vorwiegend Umfangsrichtung erstreckten, axial einander benachbarten Durchgangsschlitzen aufweist, wobei die Wandung des Rohrabschnitts wenigstens eine nach radial außen weisende, axial erstreckte, die Durchgangsschlitze querende Lamelle sowie in ihrem axial mittigen Bereich eine nach radial außen weisende, ringscheibenförmig ausgebildete und senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtete Ringwand trägt.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen Turbolader zur Erzeugung eines Luftstroms in einem Rohrleitungssystem, umfassend

- ein rotierbares Verdichterrad,
- einen dem Verdichterrad in Luftströmungsrichtung unmittelbar vorgelagerten Ansaugstutzen mit beidseitig endständig reduziertem Stutzenquerschnitt und
- einen koaxial im Ansaugstutzen angeordneten Resonatoreinsatz, der einen Rohrabschnitt umfasst, welcher mit den querschnittsreduzierten Enden des Ansaugstutzens dichtend abschließt und in seiner Wandung eine Mehrzahl von vorwiegend in Umfangsrichtung erstreckten, axial einander benachbarten Durchgangsschlitzen aufweist, über die sein Innenraum mit einer zwischen seiner Wandung und der Wandung des Ansaugstutzens gebildeten Resonatorkammer verbunden ist, wobei die Wandung des Rohrabschnitts wenigstens eine nach radial außen weisende, axial erstreckte, die Durchgangsschlitze querende Lamelle sowie in ihrem axial mittigen Bereich eine nach radial außen weisende, ringscheibenförmig ausgebildete und senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtete Ringwand trägt.

Die Erfindung bezieht sich schließlich auf einen Resonator, umfassend

- ein Außenrohr mit beidseitig endständig reduziertem Rohrquerschnitt und
- einen koaxial im Außenrohr angeordneten Resonatoreinsatz, der einen Rohrabschnitt umfasst, welcher mit den querschnittsreduzierten Enden des Außenrohrs dichtend abschließt und in seiner Wandung eine Mehrzahl von vorwiegend in Umfangsrichtung erstreckten, axial einander benachbarten Durchgangsschlitzen aufweist, über die sein Innenraum mit einer zwischen seiner Wandung und der Wandung des Außenrohrs gebildeten Resonatorkammer verbunden ist. Dabei trägt bei einer Variante die Wandung des inneren Rohrabschnitts wenigstens eine nach radial außen weisende, axial erstreckte, die Durchgangsschlitze querende Lamelle sowie in ihrem axial mittigen Bereich eine nach radial außen weisende, ringscheibenförmig ausgebildete und senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtete Ringwand. Bei einer anderen Variante ist dies nicht der Fall.

Stand der Technik
Derartige Resonatoreinsätze, Resonatoren und Turbolader sind bekannt aus der US 2020/0340497 A1 .
Turbolader in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor dienen bekanntlich dem Ansaugen und Komprimieren von Luft, um diese in hoher Menge dem Verbrennungsprozess in den Zylindern zur Verfügung zu stellen. Die damit verbundene Geräuschentwicklung wird allgemein als nachteilig empfunden. Es ist daher bekannt, Turbolader mit nach dem Prinzip des Helmholtz-Resonators arbeitenden Schallreduzierern zu versehen. Diese sind insbesondere aus Gründen der Bauraumeinsparung, oft in den Ansaugstutzten unmittelbar vor dem Verdichterrad des Turboladers integriert. Der Ansaugstutzen des Turboladers dient dabei als Außenrohr des Resonators, in dessen Innerem ein innerer Rohrabschnitt koaxial angeordnet ist. Die koaxiale Fixierung erfolgt (wenigstens auch) dadurch, dass der Ansaugstutzen an seinen beiden Enden einen reduzierten Durchmesser im Vergleich zu seinem Zentralbereich aufweist und der innere Rohrabschnitt mit seinem Außendurchmesser derart an den Innendurchmesser der verengten Ansaugstutzenenden angepasst ist, dass beide, bspw. durch Verpressen oder Verschweißen, eine dichtende und mechanisch fixierende Verbindung eingehen. Axial zwischen diesen endständigen Dichtbereichen bildet der Ansaugstutzen also eine den inneren Rohrabschnitt umgebende Ringkammer. Die Wandung des inneren Rohrabschnittes ist mit sogenannten Akustikschlitzen versehen. Es handelt sich hierbei um vorwiegend in Umfangsrichtung erstreckte, schmale Durchgangsschlitze durch die Wandung des inneren Rohrabschnitts, die kiemenartig benachbart zueinander angeordnet sind. Die Akustikschlitze können sich senkrecht oder schräg zur Axialrichtung erstrecken. Bei Betrieb des Turboladers wird durch dessen Verdichterrad Luft durch den Ansaugstutzen gesaugt. Sich in dieser Luft ausbreitende Schallwellen durchdringen die Akustikschlitze und erfahren in der auch als Resonatorkammer bezeichneten Ringkammer eine Überlagerung mit den eigenen Reflektionen an den Kammerwänden, die zur gezielten Auslöschung bestimmter Schallfrequenzbänder führt. Bei korrekter Abstimmung der Kammerdimensionen auf besonders stark auftretende Schallfrequenzen kann hierdurch eine wesentliche Schallreduzierung und damit einen Komfortsteigerung für den Fahrer eines entsprechenden Kraftfahrzeugs sowie eine Verringerung der äußeren Geräuschbelastung erreicht werden.
Es hat sich etabliert, den Resonator dadurch zu realisieren, dass ein entsprechender, im Wesentlichen aus dem inneren Rohrabschnitt mit den Akustikschlitzen bestehender Einsatz in einen Teil des aus zwei Längsabschnitten bestehenden Ansaugstutzens eingesetzt und der zweite Teil des Ansaugstutzens aufgesetzt, gegen den ersten Teil gepresst und mit diesem verbunden, bspw. verpresst oder verschweißt, wird. Hierbei wird der Resonatoreinsatz, insbesondere dessen Rohrabschnitt in der oben beschriebenen Montageendlage fixiert. Während der Ansaugstutzen häufig aus Aluminium gefertigt ist, ist der Resonatoreinsatz häufig aus Kunststoff aufgebaut, wobei jedoch auch metallische Varianten ebenso gängig sind.
Es hat sich gezeigt, dass bei Ausführungsformen, bei denen die Akustikschlitze bis sehr nah an das verdichterradseitige Ende des Rohrabschnitts, mithin sehr nah an das Verdichterrad selbst heranreichen, eine Erweiterung des sogenannten Turbolader-Kennfeldes beobachtet werden kann. Das Turbolader-Kennfeld beschreibt das Gebiet effizienter Betreibbarkeit des Turboladers in der vom Druck einerseits und vom Massenstrom andererseits gebildeten Parameterebene. Das Kennfeld wird einerseits durch die sogenannte Pumpgrenze und andererseits durch die sogenannte Stopfgrenze begrenzt. An der Pumpgrenze, die bei gegebenem Druck einen minimalen Massenstrom beschreibt, kommt es zu einer Strömungsumkehr in den radial äußeren Bereichen des Ansaugstutzens. Dies führt zu einer Verengung des effektiven Ansaugquerschnitts, was wiederum den möglichen Massenstrom weiter reduziert und den genannten Rückstrom verstärkt. Die Stopfgrenze wiederum beschreibt den maximalen Massenstrom bei gegebenem Druck. Eine weitere Steigerung des Massenstroms führt zu Stauungen, die im radial äußeren Bereich des Ansaugstutzens zu Gebieten verminderter Strömungsgeschwindigkeit, mithin zu Hindernissen im Luftstrom und damit ebenfalls zu einer Verengung des effektiven Ansaugquerschnitts führen.
Der Einsatz von eigentlich primär zur Schallreduzierung gedachten Resonatoren unmittelbar vor dem Verdichterrad führt jedoch, wie erwähnt, zu einer gewissen Verbreiterung des Kennfeldes, weil die den effektiven Ansaugquerschnitt verengenden Luftmassen durch die Akustikschlitze - zumindest durch die verdichterradnahen Akustikschlitze - in die Resonatorkammer ausweichen können. Derartige Resonatoren werden daher oft auch gemäß ihrer eigentlichen Sekundärfunktion als Pumpgrenzenverschiebungs-Resonatoren (PGV-Resonatoren) bezeichnet.
Wünschenswert wäre allerdings eine noch stärkere Verbreiterung des Turbolader-Kennfeldes.
Aus der eingangs genannten, gattungsbildenden Druckschrift ist ein Resonatoreinsatz bekannt, mittels dessen im Ansaugstutzen eines Turboladers ein Resonator mit einer Vielzahl von Resonatorkammern realisierbar ist. Die einzelnen Resonatorkammern sind durch radiale Ringwände und axiale Lamellen, deren radial äußere Kanten im Montageendzustand jeweils von der Innenwand des Außenrohres beabstandet sind, voneinander getrennt und jeweils über Durchgangsschlitze mit dem Innenraum des inneren Rohrabschnitts, d.h. mit dem luftdurchströmten Kern des Ansaugkanals, verbunden. Die in der genannten Druckschrift in diesem Zusammenhang erläuterte Idee ist es, eine Vielzahl unterschiedlich abgestimmter (funktionaler) Resonatoren zu schaffen, um damit eine besonders große Auswahl an unterschiedlichen Schallfrequenzbändern zu unterdrücken.
Eine vergleichbare Vorrichtung, die allerdings anstelle der Durchgangsschlitze kreisrunde Durchgangsöffnungen einsetzt, ist in der DE 199 43 246 A1 offenbart.
Die DE 10 2019 106 968 A1 offenbart einen Resonatoreinsatz mit mehreren, einander axial benachbarten und durch Ringwände voneinander getrennten Resonatorkammern ohne axial erstreckte Lamellen innerhalb der Resonatorkammern.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Vorrichtungen derart weiterzubilden, dass eine weitere Verbreiterung des Turbolader-Kennfeldes ermöglicht wird.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Durchgangsschlitze nur axial einseitig der Ringwand angeordnet sind.
Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 11 dadurch gelöst, dass die Durchgangsschlitze nur axial einseitig der Ringwand angeordnet sind.
Die resultierenden, funktionalen Resonatoren sind selbstverständlich nicht auf die bevorzugte Verwendung im Kontext von Turboladern limitiert. Daher stellt ein Resonator, der sich in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 14 dadurch auszeichnet, dass die Durchgangsschlitze nur axial einseitig der Ringwand angeordnet sind, einen eigenständigen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass die in die Resonatorkammer ausweichenden Luftmassen in der Resonatorkammer eine den (inneren) Rohrabschnitt umlaufende Ringströmung ausbilden. Diese Bewegung führt dazu, dass wenigstens Teile dieser rotierenden Luftmassen durch die Akustikschlitze zurück aus der Resonatorkammer dringen und dann dort doch wieder eine Verengung des effektiven Ansaug- bzw. Durchstömungsquerschnitts verursachen. Mit der erfindungswesentlichen, grundsätzlich vorbekannten Lamelle wird diese schädliche Ringströmung verhindert oder zumindest deutlich reduziert, was dazu führt, dass sich die fraglichen Luftmassen entlang der axial erstreckten Lamellen verteilen und nicht oder zumindest nicht so stark bzw. über die axiale Länge des (inneren) Rohrabschnitts verteilt aus der Resonatorkammer herausdringen. In jedem Fall wird die beschriebene Verengung des Ansaug- bzw. Durchstömungsquerschnitts unterbunden oder zumindest reduziert. Es sollte zu einer weiteren Verbreiterung des Turbolader-Kennfeldes führen.
Im Rahmen der Erfindung ist, wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, weiter vorgesehen, dass die Wandung des (inneren) Rohrabschnitts weiter eine nach radial außen weisende, ringscheibenförmig ausgebildete und senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtete Ringwand trägt. Diese Ringwand unterteilt die Resonatorkammer in zwei Längsabschnitte, die als separate Resonatorkammern wirken können. Wenn die radiale Höhe der Ringwand dabei so gestaltet ist, dass sie an der Wandung des Außenrohres des Resonators bzw. des Ansaugstutzens des Turboladers anliegt, sind die beiden Ringkammer-Längsabschnitte bzw. die beiden Ringkammern gegeneinander gedichtet. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Trennung der Ringkammer-Längsabschnitte durch besagte Ringwand, die dann wenigstens bereichsweise eine verminderte radiale Höhe im Vergleich zum Wandungsabstand zwischen (innerem) Rohrabschnitt und Ansaugstutzen bzw. Außenrohr aufweist, unvollständig ist. Es resultierende zwei miteinander wechselwirkende Resonatorkammern. Der Fachmann wird erkennen, dass ohne weiteres auch die Anordnung von mehr als einer Ringwand mit entsprechender Erhöhung der Anzahl von Resonatorkammern möglich ist.
Um z. B. zwei ähnlich lange Kammern zu schaffen, ist die Ringwand im axial mittigen Bereich des (inneren) Rohrabschnitts angeordnet. Erfindungsgemäß ist dann vorgesehen, dass die Durchgangsschlitze nur axial einseitig der Ringwand angeordnet sind.
Insbesondere sollten die Durchgangsschlitze verdichterradseitig der Ringwand angeordnet sein. Wie oben erläutert tritt nämlich die bekannte und insbesondere auch die erfindungsgemäße, zusätzliche Kennfeldverbreiterung speziell dann ein, wenn der wirksame Bereich des Resonators, d.h. der Axialbereich in welchem die Akustikschlitze angeordnet sind, möglichst nahe beim Verdichterrad liegt.
Bezüglich der konkreten Formgestaltung der erfindungsgemäßen Lamellen ist dem Fachmann eine breite Vielfalt von Variationsmöglichkeiten gegeben, von denen einige besonders bevorzugte nachfolgend erläutert werden sollen. Sie alle haben gemeinsam, dass sie geeignet sind, den oben erläuterten Effekt einer Unterbindung oder zumindest Behinderung der Ringströmung in der Resonatorkammer zu erzielen und damit die schädliche Verengung des effektiven Ansaugquerschnitts zu reduzieren.
Bei einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die radial äußere Kante der Lamelle an der Wandung des Ansaugstutzens bzw. des Außenrohres anliegt. Ist dies über die gesamte Axiale Länge des Ansaugstutzens bzw. Außenrohres der Fall oder zumindest über dessen Länge vom seinem Ende bis zu einer ggf. vorgesehenen, dichtenden Ringwand, wird dadurch die Möglichkeit einer Ringströmung in der Resonatorkammer vollständig unterbunden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die radial äußere Kante der Lamelle wenigstens abschnittsweise beabstandet von der Wandung des Ansaugstutzens bzw. Außenrohres verläuft. Bei dieser Ausführungsform bleibt eine Ringströmung zwar grundsätzlich möglich, wird aber deutlich eingeschränkt. Bei Ausführungsformen mit dichtend anliegender Ringwand bedeutet dies, dass die radial äußere Kante der Lamelle auf einer niedrigeren radialen Höhe liegt als die radial äußere Kante der Ringwand oder dass die radiale Höhe der radial äußeren Kante der Lamelle über deren Länge variiert. Die vorgenannten Varianten unterscheiden sich im Wesentlichen in ihren akustischen Auswirkungen. Der Fachmann wird daher seine Wahl in Anschauung des jeweils gewünschten Gesamtergebnisses treffen.
Auch in Bezug auf die axiale Erstreckung der erfindungsgemäßen Lamelle kann der Fachmann variieren. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Lamelle nur axial einseitig der Ringwand angeordnet ist und sich in axialer Richtung von einem freien Ende des Rohrabschnitts, nämlich insbesondere dem verdichterradseitigen Ende, bis zur Ringwand - falls vorhanden - erstreckt. Hierdurch kann eine wirklich vollständige Unterbrechung der die Durchgangsschlitze aufweisenden Resonatorkammer und damit der schädlichen Ringströmung erzielt werden. In der benachbarten Kammer, die erfindungsgemäß ja keine Durchgangsschlitze aufweist, sodass sich dort die schädliche Ringströmung gar nicht erst ausbilden kann, ist eine Unterbrechung mittels einer axial erstreckten Lamelle auch nicht erforderlich.
Die Lamelle kann eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweisen. Besonders bevorzugt ist es, die Lamelle mit mehreren als Kreislöcher, insbesondere unterschiedlichen Durchmessers, geformten Durchgangsöffnungen auszustatten. Durch Wahl der Anzahl und Größe der Kreislöcher ist eine besonders präzise Abstimmung der akustischen Auswirkungen der erfindungsgemäßen Lamelle möglich.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Lamelle genau eine Durchgangsöffnung aufweist, die den überwiegenden Teil ihrer Lamellenfläche einnimmt, sodass die Lamelle auf einen die Durchgangsöffnung bogenartig überwölbenden Bügel reduziert ist. Dieser Bügel kann insbesondere an der Wandung des Ansaugstutzens bzw. des Außenrohres anliegen. Diese Ausführungsform zeichnet sich zwar durch eine verringerte Reduktion der Ringströmung aus; hinsichtlich der akustischen Eigenschaften weicht ein solcher Resonator jedoch nur sehr wenig von herkömmlichen Resonatoren mit im Übrigen gleicher Dimensionierung ab.
Über den Umfang des (inneren) Rohrabschnitts verteilt können eine Mehrzahl von Lamellen angeordnet sein. Diese können insbesondere gleichartig ausgestaltet sein. Unterschiedliche Ausgestaltungen sind jedoch auch denkbar. Das Vorsehen mehrerer Lamellen führt zu einer noch stärkeren Unterbrechung der Resonatorkammer in Umfangrichtung, wodurch auch die Bildung kleinräumiger Wirbel, die einen ähnlich nachteiligen Effekt haben können wie die oben beschriebene umlaufende Ringströmung, unterbunden werden.
Die obigen Erläuterungen gelten mutatis mutandis auch für Ausführungsformen, bei denen die Lamelle bzw. die Lamellen nicht oder nicht nur am (inneren) Rohrabschnitt fixiert, mithin ein Teil des Resonatoreinsatzes ist bzw. sind, sondern am Außenrohr. Im konkreten Kontext von Turboladern wird dies in der Regel fertigungstechnisch unpraktisch, wenngleich keinesfalls unmöglich sein; für Resonatoren im Allgemeinen, einschließlich der speziellen Anwendung im Kontext eines Turboladers, stellen solche Varianten aber durchaus denkbare Alternativen dar.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Figurenliste
Es zeigen:

1: eine teilweise geschnittene Darstellung eines bekannten Turboladers mit Resonatoreinsatz-Dummy,
2: eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes,
3: eine Schnittdarstellung des Ansaugstutzens des Turboladers von 1 mit Resonatoreinsatz gemäß 2,
4: eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes,
5: eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes,
6: eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes,
7: eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes,
8: eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes sowie
9: eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes,

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
1 zeigt in teilweise geschnittener Darstellung einen grundsätzlich bekannten Turbolader 10, in dessen Ansaugstutzen 12 ein Dummy eines Resonatoreinsatzes 14 eingesetzt ist. 1 dient lediglich der Illustration der typischen Positionierung des Resonatoreinsatzes 14 - und zwar sowohl bekannter als auch erfindungsgemäße Resonatoreinsätze 14 - in Turboladern. Man erkennt, dass der Resonatoreinsatz 14, der in 1 lediglich durch einen Rohrabschnitt 141 repräsentiert ist, in Strömungsrichtung dem Verdichterrad 16 des Turboladers 10 unmittelbar vorgelagert ist. Der Ansaugstutzen 12 bildet dabei ein Außenrohr 121, in welchem der Resonatoreinsatz 14 koaxial fixiert ist. Im axialen Zentralbereich des Resonatoreinsatzes 14 ist der Innendurchmesser des Außenrohres 121 größer als der Außendurchmesser des Rohrabschnitts 141. In den Endbereichen des Resonatoreinsatzes 14 verjüngt sich jedoch das Außenrohr 121 derart, dass es den Rohrabschnitt 141 hier dichtend klemmt. Hierdurch wird eine ringkammerförmige Resonatorkammer 18 geschaffen, die über in 1 nicht dargestellte Akustikschlitze 142 (vgl. 2 und 3) mit dem Inneren des Resonatoreinsatzes 14 in luftaustauschender Verbindung steht. Eine solche Anordnung wirkt in bekannter Weise als Helmholtz-Resonator.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes 14, wie er in den Ansaugstutzen 12 des Turboladers 10 von 1 eingesetzt werden könnte. Deutlich erkennbar sind die sich in Umfangsrichtung erstreckenden und kiemenartig in axialer Richtung nebeneinander angeordneten, schmalen Akustikschlitze 142. Diese können selbstverständlich den Umfang des Rohrabschnitts 141 nicht vollständig umlaufen. Um diesem technisch nicht realisierbaren Idealzustand jedoch möglichst nahe zu kommen, sind die Akustikschlitze 142 in lediglich vier gleichgroße Winkelabschnitte unterteilt, die in Umfangsrichtung jeweils durch schmale Stege 143 voneinander getrennt sind.
Wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Ringströmung in der Resonatorkammer 18 zu unterbinden. Hierzu sind bei der gezeigten Ausführungsform zwei einander gegenüberliegende Lamellen 144 vorgesehen, die sich vom Rohrabschnitt 141 nach radial außen erstrecken und zwar, wie in 3 dargestellt, so weit, dass sie am Ansaugstutzen 12 bzw. Außenrohr 121 anliegen. Die Resonatorkammer 18 wird dadurch in zwei Halbringkammern unterteilt, die jeweils in bekannter Weise als Helmholtz-Resonatoren (mit halbiertem Volumen) wirken, die allerdings keine direkte Verbindung mehr miteinander aufweisen, sodass eine den Rohrabschnitt 141 umlaufende Ringströmung verunmöglicht wird.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Rohrabschnitt 141 von einer senkrecht zur Axialrichtung stehenden Ringwand 145 umlaufen, die dieselbe radiale Höhe hat wie die Lamellen 144. Dies bedeutet, dass auch die Ringwand 145 mit ihrer radial äußeren Kante am Ansaugstutzen 12 bzw. Außenrohr 121 anliegt und die Ringkammer 18 in zwei voneinander getrennte Axialabschnitte unterteilt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist jedoch lediglich der in den 2 und 3 linke Axialabschnitt über Akustikschlitze 142 mit dem Inneren des Rohrabschnitts 141 verbunden und daher als Helmholtz-Resonator wirksam. Der in den 2 und 3 rechte Axialabschnitt ist unter akustischen Gesichtspunkten wirkungslos. Durch eine andere Wahl der Axialposition der Ringwand 145 lassen sich veränderte akustische Eigenschaften erzielen. Ebenso ist es denkbar, beide Axialabschnitte mit Akustikschlitzen 142 zu versehen und zwei wirksame Helmholtz-Resonatoren zu schaffen, deren Ringkammern bei radial niedrigerer oder durchbrochener Ausgestaltung der Ringwand 145 auch miteinander wechselwirken können. Selbstverständlich ist es auch möglich mehrere Ringwände 145 einzusetzen oder auf den Einsatz einer Ringwand 145 vollständig zu verzichten. Der Fachmann wird erkennen, dass durch all diese Maßnahmen die akustischen Eigenschaften des resultierenden Resonators sehr fein auf die jeweiligen Anforderungen des Einzelfalls abgestimmt werden können.
Die 4 bis 9 zeigen zur Ausführungsform von 2 alternative Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes, für die mutatis mutandis dieselben Variationsmöglichkeiten, wie oben im Kontext der Ausführungsform von 2 beschrieben, gelten. Gemeinsam ist den Ausführungsformen der 4 bis 9, dass sie im Gegensatz zur Ausführungsform der 2 und 3 keine vollständige Trennung der durch die Lamellen 144 geschaffenen Halbringkammern bewirken, sodass sämtliche Bereiche der Resonatorkammer 18 in direkter luftaustauschender Verbindung zueinander stehen. Unter akustischen Aspekten entspricht dies einer Vergrößerung der wirksamen Resonatorkammer im Vergleich zur Ausführungsform der 2 und 3, was sich insbesondere positiv auf die Dämpfung niedriger Schallfrequenzen auswirkt. Im Hinblick auf die Unterbindung der als schädlich erkannten Ringströmung durch die Resonatorkammer 18 sind sie zwar weniger wirksam - insbesondere erfolgt lediglich eine Behinderung und keine vollständige Unterbindung der besagten Ringströmung. Diese verbleibende Behinderung ist jedoch hinreichend, um die gewünschte Wirkung der Kennfeldverbreiterung in ausreichendem Maße zu erzielen.
Bei der Ausführungsform von 4 schmiegen sich die Lamellen 144 im verdichterradnahen Bereich nicht exakt an den sich schräg verjüngenden Ansaugstutzen 12 bzw. das Außenrohr 121 an. In diesem Bereich verbleibt also eine ringförmige Verbindung zwischen den Teilkammern.
Umgekehrt sind die Verhältnisse bei der Ausführungsform von 5, wo sich die Lamellen 144 ausschließlich im Bereich ihres verdichterradnahen Endes an den Ansaugstutzen 12 bzw. das Außenrohr 121 anschmiegen. Hier ergibt sich insbesondere ringwandnah eine ringförmige Verbindung zwischen den Teilkammern.
Bei den Ausführungsformen von 6 und 7 ist die radiale Höhe der Lamellen 144 - in unterschiedlichem Maße - über ihre gesamte axiale Länge niedriger gewählt, als es für eine dichtende Unterteilung in zwei Halbkammern erforderlich wäre.
Die 8 und 9 zeichnen sich schließlich durch Durchgangsöffnungen 146 in den Lamellen aus. Bei der Ausführungsform von 8 sind mehrere Durchgangsöffnungen 146 vorgesehen, die insbesondere als Kreislöcher mit unterschiedlichen Durchmessern gestaltet sind. Durch Wahl von Anzahl und Durchmesser dieser Kreislöcher sind die akustischen Eigenschaften des resultierenden Resonators besonders fein abstimmbar. Bei der Ausführungsform von 9 hingegen ist lediglich eine Durchgangsöffnung 146 vorgesehen, die an die Außenkontur der Lamelle angepasst ist und den überwiegenden Teil der Lamellenfläche einnimmt. Die Lamelle 144 wird dadurch auf einen am Ansaugstutzen 12 bzw. Außenrohr 121 anliegenden, die Durchgangsöffnung 146 bogenartig überspannenden Bügel reduziert.
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 ist die konkrete Dimensionierung der einzelnen Bestandteile des erfindungsgemäßen Resonatoreinsatzes auf die akustischen und kennfeldwirksamen Anforderungen des Einzelfalls abzustimmen. Auch in Bezug auf die Wahl der verwendeten Materialien, insbesondere Metall und/oder Kunststoff wird der Fachmann sich an den Anforderungen des Einzelfalls zu orientieren wissen.
Bezugszeichenliste

10: Turbolader
12: Ansaugstutzen
121: Außenrohr
14: Resonatoreinsatz
141: Rohrabschnitt
142: Durchgangsschlitz / Akustikschlitz
143: Steg
144: Lamelle
145: Ringwand
146: Durchgangsöffnung

Claims

Resonatoreinsatz (14) zum koaxialen und abschnittsweise radial beabstandeten Einsetzen in einen Ansaugstutzen (12) eines Turboladers (10), umfassend einen Rohrabschnitt (141), der in seiner Wandung eine Mehrzahl von vorwiegend in Umfangsrichtung erstreckten, axial einander benachbarten Durchgangsschlitzen (142) aufweist, wobei die Wandung des Rohrabschnitts (141) wenigstens eine nach radial außen weisende, axial erstreckte, die Durchgangsschlitze (142) querende Lamelle (144) sowie in ihrem axial mittigen Bereich eine nach radial außen weisende, ringscheibenförmig ausgebildete und senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtete Ringwand (145) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsschlitze (142) nur axial einseitig der Ringwand (145) angeordnet sind.
Resonatoreinsatz (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Höhe der radial äußeren Kante der Lamelle (144) über deren axiale Länge variiert.
Resonatoreinsatz (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Höhe der radial äußeren Kante der Lamelle (144) über deren axiale Länge gleich bleibt.
Resonatoreinsatz (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (144) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (146) aufweist.
Resonatoreinsatz (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (144) mehrere als Kreislöcher, insbesondere unterschiedlichen Durchmessers, ausgestaltete Durchgangsöffnungen (146) aufweist.
Resonatoreinsatz (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (144) genau eine Durchgangsöffnung (146) aufweist, die den überwiegenden Teil ihrer Lamellenfläche einnimmt, sodass die Lamelle (144) auf einen die Durchgangsöffnung bogenförmig überwölbenden Bügel reduziert ist.
Resonatoreinsatz (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Kante der Lamelle (144) auf derselben radialen Höhe liegt wie die radial äußere Kante der Ringwand (145).
Resonatoreinsatz (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Kante der Lamelle (144) auf einer niedrigeren radialen Höhe liegt als die radial äußere Kante der Ringwand (145).
Resonatoreinsatz (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (144) nur axial einseitig der Ringwand angeordnet ist und sich in axialer Richtung von einem freien Ende des Rohrabschnitts bis zur Ringwand (145) erstreckt.
Resonatoreinsatz (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang des Rohrabschnitts (141) verteilt eine Mehrzahl von Lamellen (144), insbesondere von gleich geformten Lamellen (144), angeordnet sind.
Turbolader (10) zur Erzeugung eines Luftstroms in einem Rohrleitungssystem, umfassend - ein rotierbares Verdichterrad (16), - einen dem Verdichterrad (16) in Luftströmungsrichtung unmittelbar vorgelagerten Ansaugstutzen (12) mit beidseitig endständig reduziertem Stutzenquerschnitt und - einen koaxial im Ansaugstutzen (12) angeordneten Resonatoreinsatz (14), der einen Rohrabschnitt (141) umfasst, welcher mit den querschnittsreduzierten Enden des Ansaugstutzens (12) dichtend abschließt und in seiner Wandung eine Mehrzahl von vorwiegend in Umfangsrichtung erstreckten, axial einander benachbarten Durchgangsschlitzen (142) aufweist, über die sein Innenraum mit einer zwischen seiner Wandung und der Wandung des Ansaugstutzens (12) gebildeten Resonatorkammer (18) verbunden ist, wobei die Wandung des Rohrabschnitts (141) wenigstens eine nach radial außen weisende, axial erstreckte, die Durchgangsschlitze (142) querende Lamelle (144) sowie in ihrem axial mittigen Bereich eine nach radial außen weisende, ringscheibenförmig ausgebildete und senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtete Ringwand (145) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsschlitze (142) nur axial einseitig der Ringwand (145) angeordnet sind.
Turbolader (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Kante der Lamelle (144) an der Wandung des Ansaugstutzens (12) anliegt.
Turbolader (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Kante der Lamelle (144) wenigstens abschnittsweise beabstandet von der Wandung des Ansaugstutzens (12) verläuft.
Resonator, umfassend - ein Außenrohr (121) mit beidseitig endständig reduziertem Rohrquerschnitt und - einen koaxial im Außenrohr (121) angeordneten Resonatoreinsatz (14), der einen Rohrabschnitt (141) umfasst, welcher mit den querschnittsreduzierten Enden des Außenrohrs (121) dichtend abschließt und in seiner Wandung eine Mehrzahl von vorwiegend in Umfangsrichtung erstreckten, axial einander benachbarten Durchgangsschlitzen (142) aufweist, über die sein Innenraum mit einer zwischen seiner Wandung und der Wandung des Außenrohrs (121) gebildeten Resonatorkammer (18) verbunden ist, wobei die Wandung des inneren Rohrabschnitts (141) wenigstens eine nach radial außen weisende, axial erstreckte, die Durchgangsschlitze (142) querende Lamelle (144) sowie in ihrem axial mittigen Bereich eine nach radial außen weisende, ringscheibenförmig ausgebildete und senkrecht zur Axialrichtung ausgerichtete Ringwand (145) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsschlitze (142) nur axial einseitig der Ringwand (145) angeordnet sind.
Resonator, umfassend - ein Außenrohr (121) mit beidseitig endständig reduziertem Rohrquerschnitt und - einen koaxial im Außenrohr (121) angeordneten Resonatoreinsatz (14), der einen Rohrabschnitt (141) umfasst, welcher mit den querschnittsreduzierten Enden des Außenrohrs (121) dichtend abschließt und in seiner Wandung eine Mehrzahl von vorwiegend in Umfangsrichtung erstreckten, axial einander benachbarten Durchgangsschlitzen (142) aufweist, über die sein Innenraum mit einer zwischen seiner Wandung und der Wandung des Außenrohrs (121) gebildeten Resonatorkammer (18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Außenrohres (121) wenigstens eine nach radial innen weisende, axial erstreckte, die Durchgangsschlitze (142) querende Lamelle (144) trägt.