-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Reduzierung von Schallemissionen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer
solchen Vorrichtung gemäß den Maßnahmen
im Oberbegriff des Patentanspruchs B.
-
Strömungsgeräusche, insbesondere im Ansaugtrakt
eines Turboladers einer Verbrennungsmaschine, machen es sinnvoll,
definierte Geometrien (Schalldämpfer)
in die Luft zuführenden
Leitungen einzubringen, welche durch ihre Ausformung und Anordnung
in der Lage sind, bestimmte Frequenzbereiche zu dämpfen. Die
insbesondere in der Nähe
eines Turboladers herrschenden Temperaturen und Druckspitzen stellen
hohe Anforderungen an die Dauerfestigkeit der eingesetzten Werkstoffe.
Bevorzugt werden daher Metalle verwendet. Gleichzeitig wird im Kraftfahrzeugbau
eine möglichst
leichte und insbesondere auch kompakte Bauweise angestrebt, wodurch
der zur Verfügung
stehende Bauraum in motornahen Bereichen grundsätzlich sehr klein ist.
-
Im Stand der Technik sind eine Reihe
von Vorschlägen
zur Gestaltung von Schalldämpfern
gemacht worden. Beispielsweise beschreibt die
DE 199 56 165 A1 einen
Schlitzrohrdämpfer
aus Metall mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, wobei zwischen dem
Innenrohr und dem Außenrohr
mehrere im Abstand zueinander angeordnete Absorptionskammern ausgebildet
sind. Das Außenrohr
kann dabei durch eine geeignete Druckbeaufschlagung von Halbzeugrohren
hergestellt sein, so dass in ein aufgeweitetes Außenrohr
ein Innenrohr eingeschoben und befestigt werden kann. Der beschriebene Schlitzrohrdämpfer mit
dem Innenrohr und dem Außenrohr
erstreckt sich nur über
einen Teilbereich eines insgesamt längeren Leitungsstranges. In
der Regel schließen
sich weitere rohrförmige
Längenabschnitte
an den Einlass und den Auslass eines Schalldämpfers an. Diese können beispielsweise über Flanschverbindungen
oder auch über
stoffschlüssige
Verbindungen wie z.B. Verschweißen
mit dem Schalldämpfer
verbunden sein. Der fertigungstechnische Aufwand für die Ausgestaltung
einer solchen gasführenden
Leitung unter Eingliederung eines Schalldämpfers ist nicht unerheblich.
Ferner sind dreidimensional gebogene Gas führende Leitungen mit einem
zwischengegliederten Schalldämpfer
relativ komplexe Bauteile, bei denen es teilweise nicht möglich ist,
bekannte langgestreckte Schalldämpferstrukturen
aufgrund ihrer Geometrie fertigungstechnisch zu realisieren.
-
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Reduzierung von Schallemissionen
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung aufzuzeigen,
wobei sich die Vorrichtung dadurch auszeichnet, dass sie besonders
einfach und kostengünstig
herstellbar ist und wobei mit dem Herstellungsverfahren auch komplexe
Bauteilgeometrien bei sehr begrenztem Bauraumvolumen realisierbar
sind.
-
Die Erfindung löst den gegenständlichen
Teil dieser Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis
7.
-
Das beanspruchte Herstellungsverfahren
ist Gegenstand der Patentansprüche
8 bis 10.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reduzierung
von Schallemissionen zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass sich
das Außenrohr über die
mit Absorptionskammern versehenen Längenabschnitte hinaus im wesentlichen über die
gesamte Länge
des Innenrohrs erstreckt. Das heißt, dass die gesamte Vorrichtung
im wesentlichen als Doppelrohr ausgestaltet ist. Ein einstückig ausgeführtes Innenrohr
ist hierbei von einem ebenfalls einstückig gestalteten Außenrohr
umgeben. Das hat den Vorteil, dass keine Verbindungsmittel zwischen
dem eigentlichen Schalldämpfer
und den sich anschließenden
Rohrabschnitten mehr erforderlich sind. Durch die Reduzierung der
Teilevielfalt können
Fertigungsschritte, wie beispielsweise Verschrauben oder Verschweißen mehrerer
Längenabschnitte
eingespart werden. Die doppelwandige Ausgestaltung der Vorrichtung
ermöglicht
einerseits eine sehr bauraumsparende Konfiguration und eröffnet zum
anderen wesentliche fertigungstechnische Vorteile, insbesondere
ist die Prozesssicherheit bei der Fertigung verbessert.
-
Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch dadurch aus, dass das Innenrohr und/oder das Außenrohr
im Längenabschnitt
wenigstens einer Absorptionskammer in ihrer Längserstreckung zumindest abschnittsweise
gekrümmt
ausgeführt
sind. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Absorptionskammern
nicht nur an im wesentlichen geraden Längenabschnitten eines Leitungsstranges
vorzusehen, sondern vielmehr im Bereich der Biegungen eines einfach
oder mehrfach gebogenen Leitungsstrangs. Durch diese Art der Anordnung der
Absorptionskammer können
besonders bauraumsparende Vorrichtungen zur Reduzierung von Schallemissionen
realisiert werden, die aus strömungstechnischer
Sicht zugleich eine verbesserte Gasführung ermöglichen. Unter Umständen kann eine
Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewählt werden,
bei der auf im wesentlichen gerade gestaltete Längenabschnitte vollständig verzichtet worden
ist, das heißt
die Vorrichtung ist in ihrer Längserstreckung
vollständig
von sich gegebenenfalls dreidimensional aneinander anschließenden Bogenabschnitten
gebildet, die jeweils fließend
ineinander übergehen,
wobei gleichzeitig neben der verbesserten strömungstechnischen Ausbildung
eine Reduzierung der Schallemissionen möglich ist.
-
Wenn die Funktion der Schalldämpfung wie erfindungsgemäß aufgezeigt
auch in den gekrümmten
Bereichen eines Doppelrohrs möglich
ist, kann der insbesondere im Motorraum knappe Bauraum um so besser
ausgenutzt werden. Zugleich erlaubt eine Schalldämpferlösung aus Metall eine besonders motornahe
Anbindung. Folglich eignet sich die beschriebene erfindungsgemäße Schalldämpferlösung besonders
für knappe,
verwinkelte und der Motorwärme
ausgesetzte Bauräume,
die mit den bisherigen Lösungen
gar nicht oder nur begrenzt auszufüllen sind.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich besonders
günstig
nach einem Verfahren mit den Maßnahmen
des Patentanspruchs 8 herstellen. Als eine Maßnahme kommt dabei das Verfahren
der Innenhochdruckumformung (IHU) zur Anwendung. Vorbereitend wird
zunächst
ein Innenrohr mit den für den
späteren
Gasaustausch zwischen dem Innenrohr und den Absorptionskammern versehenen Öffnungen
versehen. Die Gestaltung der Öffnungen kann
dabei in weiten Bereichen variieren. Die Öffnungen können beispielsweise in Längsrichtung
des Innenrohrs ausgebildete Längsschlitze
oder sich in Umfangsrichtung erstreckende Schlitze sein. Eine Vielzahl von
einzelnen Perforationen in Form von kreisrunden und ovalen Löchern ist
ebenso möglich.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein derartig
vorbereitetes Innenrohr in ein Außenrohr eingeführt wird,
und dieses Doppelrohr je nach geometrischer Ausgestaltung der beanspruchten
Vorrichtung in die gewünschte
dreidimensionale Form gebogen wird. Anschließend wird die Vorrichtung dem IHU-Verfahren
unterzogen, um durch innere Druckbeaufschlagung die Absorptionskammern
des Außenrohrs
auszubilden. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des IHU-Werkzeugs
können
bei diesem Vorgang auch definierte Oberflächenstrukturen in der Form
von Prägungen
in das Außenrohr
eingebracht werden, die ebenfalls schallabsorbierend und resonanzmindernd
wirken. Durch die Oberflächenstrukturen
wird eine Verfestigung des Resonanzraumes erreicht. Besonders günstig können beim IHU-Verfahren
die Öffnungen
im Innenrohr, die eigentlich für
den späteren
Gasaustausch mit der Absorptionskammer vorgesehen sind, für den Übergang
des Druckfluids in den Zwischenbereich zwischen Innenrohr und Außenrohr
bzw. in die abschließend
ausgebildete Absorptionskammer genutzt werden.
-
Als weitere vorteilhafte Maßnahme wird
es angesehen, das Innenrohr mit dem Außenrohr stoffschlüssig und/oder
formschlüssig
zu verbinden. Das Außenrohr
kann beispielsweise durch Löten
oder Schweißen
mit dem Innenrohr verbunden werden. Auch ein gegenseitiges Verprägen ist
möglich,
insbesondere auch zwischen den verschiedenen Absorptionskammern
durch Kalibrieren der beiden Rohre nach dem IHU-Vorgang. Dies kann
auch gleichzeitig mit der eingangs- und ausgangsseitigen Gestaltung der
Anschlüsse
geschehen. Die Anschlüsse
können beispielsweise
Bördel
oder Sicken sein. Selbstverständlich
sind auch Verbindungsmuffen oder ähnliche Anschlussmittel an
der Vorrichtung vorsehbar sowie anbringbar.
-
Vorteilhafte konkrete Ausgestaltungen
der Vorrichtung, insbesondere der Ausbildung der Absorptionskammern,
sind Gegenstand der Patentansprüche
5 bis 7.
-
Eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird anhand der Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt
in schematischer Darstellung im Teilschnitt eine Vorrichtung 1 zur
Reduzierung von Schallemissionen.
-
2 zeigt
ebenfalls im Teilschnitt eine Vorrichtung 24 zur Reduzierung
von Schallemissionen mit Prägungen 33 bis 38 im
Außenrohr 25.
-
3 zeigt
die Vorrichtung 24 in einer Draufsicht. 4 zeigt die Vorrichtung 24 von
vorne.
-
1 zeigt
in schematischer Darstellung im Teilschnitt eine Vorrichtung 1 zur
Reduzierung von Schallemissionen. Die Vorrichtung 1 ist über ihre
gesamte Länge
doppelwandig ausgeführt,
bestehend aus einem Außenrohr 2 und
einem Innenrohr 3. Das Außenrohr 2 weist im
mittleren Bereich zwei Ausbauchungen auf, die als Absorptionskammer 4, 5 zur
Reduzierung von Schallemissionen dienen. Das besondere an dieser
Ausgestaltung ist, dass sich die Absorptionskammer 5 und
die Öffnungen 7 und 8 des Innenrohrs 3 im
gekrümmten
Bereich der Vorrichtung 1 befinden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist grundsätzlich dreidimensional
gebogen, das heißt, dass
der Einlass 14 und der Auslass 15 in unterschiedlichen
räumlichen
Ebenen liegen können,
wobei sich die Ebenen in beliebigen Winkeln schneiden. Selbstverständlich können der
Einlass 14 und der Auslass 15 auch in zueinander
parallelen oder sogar in ein und derselben Ebene liegen, wobei jedoch
der Verlauf der Vorrichtung 1 zwischen dem Einlass 14 und
dem Auslass 15 einen beliebigen dreidimensionalen Pfad
einnehmen kann.
-
Die Absorptionskammern 4, 5,
die im Rahmen der Vorrichtung 1 den eigentlichen Schalldämpfungsbereich
darstellen, sind einstöckig
aus dem Außenrohr 2 geformt,
welches sich im wesentlichen über
die gesamte Länge
des Innenrohrs 3 erstreckt. Die Absorptionskammern 4, 5 sind
im Innenhochdruckumformverfahren hergestellt, wobei ein Druckmedium
(Fluid oder auch Gas) durch Öffnungen 6, 7, 8 aus
dem Innenrohr 3 heraus an das Außenrohr 2 herangeführt wird,
wodurch sich das Außenrohr 2 im Rahmen
einer durch die Gravur eines Umformwerkzeugs begrenzten Geometrie
aufweiten kann. Das Werkzeug kann sich bei bestimmten Werkstoffen (z.B.
Aluminium) in einem aufgeheizten Zustand befinden. Die Öffnungen 6, 7, 8 können dabei
unterschiedlich konfiguriert sein.
-
Exemplarisch sind drei verschiedene
Arten von Öffnungen 6, 7, 8 dargestellt.
Es ist möglich, mehrere
in axialer Richtung beabstandete Reihen umfangsseitig verteilter
kreisrunder Löcher 8 vorzusehen,
die in der Art einer Perforierung angeordnet und ausgestaltet sind.
-
Es sind aber auch elliptische Öffnungen 7 oder
aber auch sich in Längsrichtung
LR erstreckende und über
den Umfang des Innenrohrs 3 verteilte Längsschlitze 6 möglich. Die Öffnungen 6, 7, 8 ermöglichen,
dass ein in die Vorrichtung 1 eintretender Gasstrom 9 mit
den Absorptionskammern 4, 5 kommunizierend in
Verbindung steht. Je nach Ausgestaltung der Öffnungen 6, 7, 8 sowie
der Querschnittskonfiguration der Absorptionskammern 4, 5 können bestimmte
Frequenzbereiche der durch den Gasstrom 9 erzeugten Schwingungen
gedämpft
werden. Hierzu befinden sich die Öffnungen 6, 7, 8 selbstverständlich in
den Längenabschnitten 10, 11 der
Absorptionskammern 4, 5. Die genaue Anordnung
der Öffnungen 6, 7, 8 innerhalb
der Längenabschnitte 10, 11 ergibt
sich in Abhängigkeit
derjenigen Frequenzen, die gedämpft
werden sollen.
-
Es ist zu erkennen, dass die Absorptionskammer 5 unsymmetrisch
ausgestaltet ist. Sie ist weder spiegelsymmetrisch bezüglich einer
durch die Mittelängsachse
MLA verlaufenden Längsebene noch
rotationssymmetrisch. Ferner weichen auch die Absorptionskammern 4, 5 untereinander
in ihren Querschnittskonfigurationen voneinander ab. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
besitzt beispielsweise die Absorptionskammer 5 in ihrem
in der Bildebene oben liegenden ersten Umfangbereich 16 eine geringer
Längserstreckung
als in ihrem gegenüber liegenden
Umfangsbereich 17. Es ist auch zu erkennen, dass die Absorptionskammer 5 in
ihrem oberen Umfangsbereich 16 in Längsrichtung betrachtet etwas
länger
ausgebildet ist als an ihrem gegenüber liegenden Umfangsbereich 17.
Die unterbrochen gezeichneten Linien stellen jeweils den Anfang 18, 20 und
das Ende 19, 21 der Absorptionskammern 4, 5 dar.
-
Die Absorptionskammer 4 zeichnet
sich dadurch aus, dass der radiale Abstand A zwischen dem Innenrohr 3 und
dem Außenrohr 2 im
Längenbereich 11 der
Absorptionskammer 4 in ihrem unteren Umfangsbereich 17 teilweise
größer ist
als in ihrem gegenüber
liegenden Umfangsbereich 16. Der Abstand A verändert sich
in Richtung der Mittellängsachse MLA
kontinuierlich. Er kann beispielsweise in einem ersten Umfangsbereich 17 der
Absorptionskammer 5 zunächst
stärker
zunehmen als in seinem zweiten Umfangsbereich 16. Der Abstand
A nimmt in Längserstreckung
des Innenrohrs 2 im ersten Umfangsbereich 17 jedoch
langsamer ab als im zweiten Umfangsbereich 16.
-
Der Abstand A ist jeweils der radial
auf die Mittellängsachse
MLA des Innenrohrs 3 gemessene Abstand. Grundsätzlich ist
vorgesehen, dass das Außenrohr 2 fluiddicht
an dem Innenrohr 3 anliegt, wobei die axiale Länge L einer
Kontaktfläche 22 zwischen
Innenrohr 3 und Außenrohr 2 über den
Umfang des Innenrohrs variieren kann. Dies wird anhand des mit unterbrochener
Linie eingezeichneten Endes 19 sowie des Anfangs 20 der
Absorptionskammern 4, 5 deutlich.
-
Die gesamte Vorrichtung kann auf
unterschiedlichste Art und Weise an nicht näher dargestellte Komponenten
angeschlossen sein. Hierzu ist in diesem Ausführungsbeispiel am Auslass 15 ein Ringflansch 23 ausgebildet.
Ebenso können
auch Sicken oder ähnliche
Möglichkeiten
zur Anbindung der Vorrichtung 1 vorgesehen sein. Selbstverständlich ist auch
eine Querschnittserweiterung, z. B. zur Ausgestaltung einer Verbindungsmuffe,
möglich.
-
Durch die Möglichkeiten der Freiformgestaltung
beim Innenhochdruckumformverfahren kann die Kontur des Außenrohrs 2 abhängig von
Werkstoff und Rohrwanddicke verschieden große Kammervolumen bilden, die
einerseits an die zu absorbierenden Frequenzbereiche sowie andererseits
an die unterschiedlichsten Bauräume
angepasst werden können. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich insbesondere zum Einsatz in platzkritischen Bauräumen sowie
bei hohen Drücken
und Temperaturen. Durch die Wanddicke des Innenrohrs 3 sowie
des Außenrohrs 2,
die Größe und Anzahl
der Öffnungen 6, 7, 8 und
dem Abstand A des Außenrohrs 2 von
dem Innenrohr 3 werden die Größen der Absorptionskammern 4, 5 und
damit die zu absorbierenden Frequenzbereiche eingestellt. Ein besonderer
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Ausnutzung des Innenhochdruckumformverfahrens zur Ausgestaltung
frei geformter Querschnitte für
die Reduzierung der Schallemissionen.
-
In 2 ist
eine Vorrichtung 24 zur Reduzierung von Schallemissionen
ebenfalls im Teilschnitt dargestellt. Die Vorrichtung 24 besteht
aus einem Außenrohr 25,
einem Innenrohr 26 mit Längsschlitzen 29, 30, 31, 32 und
einer Einlassöffnung 27 sowie
einer Auslassöffnung 28.
Die Vorrichtung 24 verfügt über drei
Absorptionskammern 41, 42, 43, wobei
die Absorptionskammer 42 über ihre Längserstreckung im wesentlichen
gerade, die Absorptionskammer 43 jedoch über ihre
Längserstreckung
gekrümmt
ausgeführt
ist. Im Außenrohr 25 sind
Prägungen 33, 34, 35 zur
besseren Schallabsorption eingebracht. Sowohl die Absorptionskammern 41, 42, 43 selbst
als auch die eingebrachten Prägungen 33, 34, 35 lassen
sich einfach und prozesssicher im Innenhochdruckverfahren herstellen.
Die Ausformung der Prägungen 33, 34, 35 ist
dabei abhängig
von den zu dämpfenden Schallfrequenzen.
Zwischen den Absorptionskammern 41 und 42 sowie
zwischen den Absorptionskammern 42 und 43 wurde
das Außenrohr 25 nach dem
Rufweiten mittels eines Innenhochdruckverfahrens an den Stellen 39 und 40 so
kalibriert, dass das Außenrohr 25 fluiddicht
am Innenrohr 26 anliegt und so drei von einander getrennte
Absorptionskammern 41, 42, 43 ausgebildet
sind.
-
3 zeigt
die Vorrichtung 24 in einer Draufsicht. Hierbei sind die
beidseitigen voneinander abweichenden Prägungen 33, 34, 35, 36, 37, 38 im
Außenrohr 25 zu
erkennen. Durch die ausgeprägte Krümmung der
Vorrichtung 24 zeigen sowohl die Einlassöffnung 27 als
auch die Auslassöffnung 28 in
die Bildebene hinein.
-
4 zeigt,
dass bei der Vorrichtung 24 die Einlassöffnung 27 bezüglich der
Ansichtsebene X-X zu einer Seite hin abweicht, während die Auslassöffnung 28,
wenn auch geringer als die Einlassöffnung 27, zur anderen
Seite der Ansichtsebene hin abweicht.
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Außenrohr
von 1
- 3
- Innenrohr
von 1
- 4
- Absorptionskammer
an 2
- 5
- Absorptionskammer
an 2
- 6
- Öffnung in 3
- 7
- Öffnung in 3
- 8
- Öffnung in 3
- 9
- Gasstrom
- 10
- Längenabschnitt
- 11
- Längenabschnitt
- 12
- Längenabschnitt
- 13
- Längenabschnitt
- 14
- Einlass
von 1
- 15
- Auslass
von 1
- 16
- Umfangsbereich
- 17
- Umfangsbereich
- 18
- Anfang
von 5
- 19
- Ende
von 5
- 20
- Anfang
von 5
- 21
- Ende
von 4
- 22
- Kontaktfläche zwischen 2 und 3
- 23
- Ringflansch
- 24
- Vorrichtung
- 25
- Außenrohr
von 24
- 26
- Innenrohr
von 24
- 27
- Einlass
von 24
- 28
- Auslass
von 24
- 29
- Längsschlitz
in 26
- 30
- Längsschlitz
in 26
- 31
- Längsschlitz
in 26
- 32
- Längsschlitz
in 26
- 33
- Prägung in 25
- 34
- Prägung in 25
- 35
- Prägung in 25
- 36
- Prägung in 25
- 37
- Prägung in 25
- 38
- Prägung in 25
- 39
- kalibrierte
Stelle von 25
- 40
- kalibrierte
Stelle von 25
- 41
- Absorptionskammer
an 25
- 42
- Absorptionskammer
an 25
- 43
- Absorptionskammer
an 25
- A
- Abstand
zwischen 2 und 3
- L
- Länge von 22
- LR
- Längsrichtung
von 1
- MLA
- Mittellängsachse
von 1
- X-X
- Ansichtsebene