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Die Erfindung betrifft eine Schallwellendrossel, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Nachrüstsatz sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Schallwellendrossel.
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Durch Benutzung sind Schallwellendrosseln in Form von Schalldämpfern bekannt, welche den durch Ausströmen der Verbrennungsgase eines Verbrennungsmotors hervorgerufenen Schall reduzieren. Dies wird im Wesentlichen durch Aufteilung und/oder Umlenkung der ausströmenden Verbrennungsgase sowie die Verwendung von schalldämpfenden Stoffen erreicht. Nachteilig ist jedoch, dass hierbei oftmals der Strömungswiderstand um damit der Abgasgegendruck deutlich erhöht wird.
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Aus
DE 605 269 A ist ein Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren bekannt, bei welchem Rohrzwischenräume nacheinander in entgegengesetzter Richtung von den Auspuffgasen durchströmt werden, und
EP 1 825 132 B1 beschreibt ein Element für den Abgaskreislauf in Form einer Venturidüse, welche einen Unterdruck beispielsweise für einen Zyklonluftfilter bereitstellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schallwellendrossel zu bilden, welche die Ausbreitung von Schall effektiv reduziert und gleichzeitig einen geringen Strömungswiderstand aufweist.
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Die Schallwellendrossel umfasst ein Eingangsrohr, ein Ausgangsrohr und einen mittleren Rohrabschnitt zwischen dem Eingangsrohr und dem Ausgangsrohr, wobei der mittlere Rohrabschnitt eine perforierte Wandung aufweist und in dem mittleren Rohrabschnitt ein Strömungskörper angeordnet ist. Durch den Strömungskörper, welcher eine Drossel bildet, wird die Strömung und damit auch der Schall in Richtung der perforierten Wandung umgelenkt, wo der Schall besonders effektiv reduziert werden kann. Da der Strömungskörper und die perforierte Wandung nur einen geringen Strömungswiderstand bilden, werden die ausströmenden Verbrennungsgase jedoch im Wesentlichen nicht behindert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in dem mittleren Rohrabschnitt an der Innenseite eine Querschnittsverjüngung in Form eines weiteren perforierten Rohres, vorgesehen ist. Das weitere perforierte Rohr weist dabei einen Durchmesser auf, welcher kleiner ist als der Durchmesser der perforierten Wandung des mittleren Rohrabschnitts, und kann koaxial zu dem mittleren Rohrabschnitt angeordnet sein. Vorzugsweise beträgt der (Innen-) Durchmesser des weiteren perforierten Rohrs zwischen 60 % und 85 % des (Innen-) Durchmessers des perforierten Rohrs des mittleren Rohrabschnitts, besonders bevorzugt beträgt der (Innen-) Durchmesser des weiteren perforierten Rohrs zwischen 70 % und 80 % des (Innen-) Durchmessers des perforierten Rohrs des mittleren Rohrabschnitts. Der Strömungskörper liegt vorzugsweise mit seinem Außendurchmesser an dem Innendurchmesser des weiteren perforierten Rohrs an, so dass der Außendurchmesser des Strömungskörpers bzw. des Kegels dem (Innen-) Durchmesser des weiteren perforierten Rohrs entspricht.
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Vorteilhaft kann der Strömungskörper im Querschnitt mittig in dem mittleren Rohrabschnitt angeordnet sein, so dass der Strömungskörper gleichmäßig von den aus einem Motor ausströmenden Verbrennungsgasen umströmt wird. Soll die Umlenkung der Verbrennungsgase und des Schalls vorzugsweise in eine bestimmte Richtung erfolgen, kann der Strömungskörper auch außermittig angeordnet sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Strömungskörper rotationssymmetrisch ausgebildet, insbesondere als Kegel. Bei dem Kegel kann es sich um einen gerade Kreiskegel handeln, welcher vorzugsweise mit seiner Symmetrieachse koaxial zur Symmetrieachse des mittleren Rohrabschnitts angeordnet ist. Der Öffnungswinkel des Kegels kann vorzugsweise zwischen 55° und 65°, insbesondere bei 60°, liegen. Durch den Kegel, welcher im Kraftfahrzeug vorzugsweise in Richtung des Verbrennungsmotors bzw. der ausströmenden Verbrennungsgase zeigt, wird eine Umlenkung der Verbrennungsgase und des Schalls mit besonders geringem Widerstand ermöglicht. Der Strömungskörper bzw. Kegel kann dabei in Längsrichtung gesehen mittig in dem mittleren Rohrabschnitt angeordnet sein, insbesondere kann der maximale Außendurchmesser des Strömungskörpers von der Mitte des mittleren Rohrabschnitts in Längsrichtung gesehen einen Abstand von maximal 20%, vorzugsweise maximal 10 % und besonders bevorzugt maximal 5 % der Länge des mittleren Rohrabschnitts bzw. der perforierten Wandung aufweisen. Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn der als Kegel ausgebildete Strömungskörper in Richtung der Kegelspitze von der Mitte des mittleren Rohrabschnitts in Längsrichtung versetzt angeordnet wird, insbesondere in bei 1/4 bis 1/3 der Länge des mittleren Rohrabschnitts gemessen von demjenigen Ende des mittleren Rohrabschnitts, zu welchem die Kegelspitze zeigt.
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Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn in dem Strömungskörper Durchgangsbohrungen, insbesondere in der Mantelfläche des Kegels, vorgesehen sind. Die Durchgangsbohrungen können vorteilhaft in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sein und bilden zusätzliche Strömungskanäle innerhalb der Schallwellendrossel, wodurch der Strömungswiderstand und die Schallausbreitung weiter reduziert werden. In dem Strömungskörper bzw. Kegel können mindestens 2, vorzugsweise mindestens 4 Durchgangsbohrungen gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt vorgesehen sein, wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrungen in dem Kegel vorzugsweise zwischen 6 mm und 10 mm, insbesondere bei 8 mm liegt.
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Vorteilhaft kann die Querschnittsverjüngung in Längsrichtung des mittleren Rohrabschnitts an den entgegengesetzten Enden stufenlos, insbesondere in Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes als Eingangs- und Ausgangstrichter, in das Eingangsrohr und/oder das Ausgangsrohr übergehen. Der Öffnungswinkel eines zu dem Kegelstumpf korrespondierenden Kegels liegt vorzugsweise zwischen 55° und 65°, insbesondere bei 60°. Hierdurch wird ebenfalls ein geringerer Strömungswiderstand gewährleistet. In mindestens einem der Übergänge können zudem mehrere Durchgangsbohrungen vorgesehen sein, welche in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt sind. Werden in beiden Übergängen an den entgegengesetzten Enden der Querschnittsverjüngung Durchgangsbohrungen vorgesehen, können diese im Querschnitt vorzugsweise zueinander versetzt sein. Hierdurch wird eine geradlinige Schallausbreitung in Längsrichtung des mittleren Rohrabschnitts durch die Durchgangsbohrungen der Übergänge hindurch vermieden. In jedem Übergang können mindestens 6, vorzugsweise mindestens 8 Durchgangsbohrungen gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt vorgesehen, wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrungen in den Übergängen vorzugsweise zwischen 6 mm und 10 mm, insbesondere bei 8 mm liegt.
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Vorteilhaft ist um die perforierte Wandung des mittleren Rohrabschnitts ein Hohlraum vorgesehen, welcher insbesondere über ein Außenrohr begrenzt wird. Zwischen der perforierten Wandung und dem Außenrohr wird vorteilhaft eine Absorptionskammer gebildet, welche insbesondere mit schalldämpfenden Stoffen gefüllt sein kann.
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Zusätzlich wird auch ein Nachrüstsatz für einen Schalldämpfer eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs beansprucht, welcher eine Querschnittsverjüngung in Form eines perforierten Rohrs mit Übergängen an den entgegengesetzten Enden und einen in dem perforierten Rohr angeordneten Strömungskörper umfasst, wobei die Übergänge einen identischen Außendurchmesser aufweisen. Ein derartiger Nachrüstsatz ermöglicht es, einen vorhandenen Schalldämpfer, wie beispielsweise einen Mittel- oder Nachschalldämpfer nachzurüsten, um die Schallwellendrossel zu bilden. Der Nachrüstsatz kann besonders einfach in den Schalldämpfer eingeschoben und beispielsweise mittels Verschweißen der Übergänge mit dem Schalldämpfer befestigt werden. Ein derartiges Montageverfahren stellt ebenfalls eine eigenständige Erfindung dar. Um eine einfache Montage zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser der Übergänge angepasst ist an die Innendurchmesser der Schalldämpfer, beispielsweise kann der Außendurchmesser der Übergänge zwischen 60 mm und 90 mm liegen, insbesondere kann der Außendurchmesser 63 mm, 76 mm oder 89 mm sein.
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Des Weiteren wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einer Schallwellendrossel im Abgassystem des Verbrennungsmotors beansprucht, wobei die Schallwellendrossel wie beschrieben ausgebildet ist. Ein derartiges Kraftfahrzeug zeichnet sich durch eine besonders geringe Schallemission bei weitestgehend unverminderter Leistung des Verbrennungsmotors aus.
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Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Schallwellendrossel;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Längsschnitts durch die Schallwellendrossel von 1;
- 3 eine Seitenansicht auf den Längsschnitt von 2;
- 4 eine perspektivische Darstellung eines Teilschnitts durch die Schallwellendrossel von 1 und
- 5 eine Vorderansicht auf die Schallwellendrossel von 1.
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In 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Schallwellendrossel 1 gezeigt, wie sie beispielsweise als Schalldämpfer in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor zur Reduzierung des Schalls aufgrund ausströmender Verbrennungsgase verwendet werden kann. Die Schallwellendrossel 1 umfasst ein Eingangsrohr 2, ein Ausgangsrohr 3 und einen mittleren Rohrabschnitt 4 zwischen dem Eingangsrohr 2 und dem Ausgangsrohr 3. Das Eingangsrohr 2 ist ausgebildet, um mit einem von einem Verbrennungsmotor kommenden Abgasrohr verbunden zu werden. An das Ausgangsrohr 3 kann direkt ein Endrohr einer Auspuffanlage oder auch ein Mittel- bzw. Nachschalldämpfer angeschlossen werden. Durch die Integration der Schallwellendrossel 1 in eine Auspuffanlage kann bei weitestgehend unveränderter Leistung des Verbrennungsmotors eine deutliche Reduzierung der Schallemission erreicht werden.
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In 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Längsschnitts durch die Schallwellendrossel 1 von 1 gezeigt. Wie dort zu entnehmen ist, weist der mittlere Rohrabschnitt 4 eine perforierte Wandung 5 auf, welche bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel denselben Innendurchmesser wie das Eingangsrohr 2 und das Ausgangsrohr 3 aufweist.
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In dem mittleren Rohrabschnitt 4 ist ein Strömungskörper 6 im Querschnitt mittig angeordnet, wobei der Strömungskörper 6 rotationssymmetrisch als gerader Kreiskegel ausgebildet ist, dessen Symmetrieachse koaxial zur Symmetrieachse der perforierten Wandung 5 bzw. des mittleren Rohrabschnitts 4 angeordnet ist und dessen Spitze in Richtung des Eingangsrohrs 2 zeigt. Zusätzlich ist in dem mittleren Rohrabschnitt 4 an der Innenseite der perforierten Wandung 5 eine Querschnittsverjüngung 7 in Form eines weiteren perforierten Rohrs vorgesehen. Das weitere perforierte Rohr weist einen gegenüber der perforierten Wandung 5 reduzierten, kreisförmigen Querschnitt auf und die Symmetrieachse des weiteren perforierten Rohrs ist koaxial zum mittleren Rohrabschnitt 4 bzw. der perforierten Wandung 5 angeordnet.
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Die Querschnittsverjüngung 7 geht in Längsrichtung an den entgegengesetzten Enden mittels Übergänge 8a, 8b in Form von Mantelflächen eines Kegelstumpfs stufenlos in das Eingangsrohr2 und das Ausgangsrohr3 über. Die den Mantelflächen zugrundliegenden Kegelstümpfe können entsprechend zu geraden Kreiskegel ausgebildet sein mit einer Symmetrieachse koaxial zur Symmetrieachse des mittleren Rohrabschnitts 4 bzw. der perforierten Wandung 5. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Strömungskörper 6 beispielsweise mittels Verschweißen mit der Querschnittsverjüngung 7 in Form des weiteren perforierten Rohrs verbunden, welches wiederum über die Übergänge 8a, 8b ebenfalls mittels Verschweißen mit dem Eingangsrohr 2 bzw. im Ausgangsrohr 3 verbunden sein kann.
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In 3 ist eine Seitenansicht auf den Längsschnitt von 2 gezeigt. Wie dort zu entnehmen ist, sind in den Übergängen 8a, 8b und dem Strömungskörper 6 Durchgangsbohrungen vorgesehen, von welchen hier die Durchgangsbohrungen 9a, 9b und 9c exemplarisch beziffert sind. Die Durchgangsbohrungen 9a in dem Übergang 8a, die Durchgangsbohrungen 9b in dem Strömungskörper 6 und die Durchgangsbohrungen 9c in dem Übergang 8b sind in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet. Zudem sind die Durchgangsbohrungen 9a, 9c in den Übergängen 8a, 8b im Querschnitt zueinander versetzt, so dass kein Schall geradlinig in Längsrichtung des mittleren Rohrabschnitts 4 die Durchgangsbohrungen 9a und 9b durchqueren kann.
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Im Bereich des mittleren Rohrabschnitts 4 ist um die perforierte Wandung 5 ein ringförmiger Hohlraum 10 vorgesehen, welcher radial nach außen von einem Außenrohr 11 und an den Stirnseiten von hier nicht bezifferten Ringscheiben begrenzt wird. Der Hohlraum 10 bildet eine Absorptionskammer, welche hier nicht gezeigt schalldämpfende Stoffe, wie beispielsweise Metall-, Mineral- oder Kunststofffasern, aufweisen kann.
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In 4 ist eine perspektivische Darstellung eines Teilschnitts durch die Schallwellendrossel 1 von 1 gezeigt. Wie der Darstellung der Schallwellendrossel 1 schräg zur Richtung der aus einem Verbrennungsmotor ausströmenden Verbrennungsgase zu entnehmen ist, wird durch den Übergang 8a in Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfs der freie Querschnitt stufenlos bis zu der Querschnittsverjüngung 7 reduziert. Durch den Übergang 8a wird dabei nicht nur die Strömung, sondern auch Schall in Richtung der Mitte des freien Querschnitts umgelenkt. Die Durchgangsbohrungen im dem Übergang 8a, von welchen hier die Durchgangsbohrung 9a beziffert ist, ermöglichen separate Strömungskanäle, durch welche sowohl Verbrennungsgase als auch Schallwellen hindurchtreten können. Die in Richtung der Mitte des freien Querschnitts umgelenkten Schallwellen treffen dabei stromabwärts auf den Strömungskörper 6, welcher als gerader Kreiskegel die Verbrennungsgase und auch die Schallwellen radial nach außen in Richtung des weiteren perforierten Rohrs des Strömungskörpers 7 umlenkt. Die Schallwellen können hierbei aufgrund der starken Perforation sowohl durch das weitere perforierte Rohr als auch die perforierte Wandung 5 des mittleren Rohrabschnitts 4 hindurchtreten und dann besonders einfach in dem Hohlraum 10, beispielsweise über dort angeordnete schalldämpfende Stoffe, reduziert werden. Durch die Durchgangsbohrungen 9b in dem Strömungskörper 6 wie auch die weiteren Durchgangsbohrungen 9a, 9b in den Übergängen 8a, 8b werden die Schallwellen in zusätzliche Richtungen gelenkt, was zur Interferenz und damit ebenfalls Reduzierung der Schallwellen führt. Zudem vergrößern die Durchgangsbohrungen 9a, 9b, 9c den freien Querschnitt und reduzieren damit den Strömungswiderstand.
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In 5 ist eine Vorderansicht auf die Schallwellendrossel 1 von 1 in Richtung der strömenden Verbrennungsgase und damit koaxial zu dem Eingangsrohr 2 gezeigt. Wie dort zu entnehmen ist, weist die Schallwellendrossel 1 über ihre gesamte Länge im Querschnitt abgesehen von den Durchgangsbohrungen 9b in dem Strömungskörper keinen freien Querschnitt auf, durch welchen Schallwellen geradlinig und koaxial die Schallwellendrossel 1 durchqueren könnten. Über die Durchgangsbohrungen 9b können Schallwellen zudem nur in sehr begrenztem Umfang und steuerbar über die Anzahl, Anordnung und Größe der Durchgangsbohrungen 9b in dem Strömungskörper 6 geradlinig die Schallwellendrossel 1 durchqueren. Der Großteil der Verbrennungsgase und damit auch Schallwellen wird hingegen zuerst von dem Übergang 8a radial nach innen und anschließend von dem Strömungskörper 6 radial nach außen umgelenkt, wo die Schallwellen wie zuvor beschrieben in dem Hohlraum 10 reduziert werden können. Eine derartige Schallwellendrossel 1 ermöglicht folglich bei einfacher Konstruktion und geringem Strömungswiderstand eine effiziente Reduzierung der Schallemission.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Schallwellendrossel
- 2
- Eingangsrohr
- 3
- Ausgangsrohr
- 4
- Mittlerer Rohrabschnitt
- 5
- Perforierfe Wandung
- 6
- Strömungskörper
- 7
- Querschnittsverjüngung
- 8a, 8b
- Übergänge
- 9a, 9b, 9c
- Durchgangsbohrungen
- 10
- Hohlraum
- 11
- Außenrohr
