DE19751940C1

DE19751940C1 - Schalldämpfer mit einem Nebenschlußresonator

Info

Publication number: DE19751940C1
Application number: DE19751940A
Authority: DE
Inventors: Rolf Fueser; Matthias Alex
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1997-11-24
Filing date: 1997-11-24
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: EP1051562A1; EP1051562B1; ES2174526T3; CA2311383C; US6341663B1; BR9815023A; JP2001524635A; WO1999027237A1; DE59803310D1; CA2311383A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer mit einem Ne benschlußresonator nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bereits aus der Druckschrift "Ansauggeräusch dämpfung an Nutzfahrzeugen", Lothar Bending, ATZ, 4.4.78 bekannt, daß an einem Schalldämpfer im Ansaugkanal eines Verbrennungsmotors ein bestimmtes Längsstück mit einem äußeren Gehäuse umgeben ist. Im Bereich dieser Gehäuse überdeckung ist der Ansaugkanal teilweise perforiert, wo durch das zwischen dem Ansaugkanal und dem äußeren Gehäu se gebildete Volumen akustisch angekoppelt wird.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schall dämpfer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Dämpfungsverhalten des Schalldämpfers in Abhängigkeit von der Schallfrequenz auf einfache Weise berechen- und beeinflussbar ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer ist in vorteilhafter Weise geeignet, ausgehend von der gattungsgemäßen Art, die gestellte Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs zu lösen. Dadurch, daß die akustisch wirksamen Öffnungen im Ansaugkanal aus Rohrelementen be stehen, die sich vom Ansaugkanal in das Gehäusevolumen des Nebenschlußresonators erstrecken, kann durch eine geeignete Bemessung und Anordnung dieser Rohrelemente das Dämpfungsverhalten positiv beeinflußt werden.

Die veränderbaren Rohrelemente als Öffnungen im Ansaugka nal sind vor allem deswegen vorteilhaft, weil damit der Nebenschlußresonator, auch Helmholtz-Resonator im Neben schluß genannt, auf einfache Weise zur Dämpfung auch nie derer Frequenzen abgestimmt werden kann.

Das Volumen des Nebenschlußresonators ist durch den Rin graum zwischen dem Ansaugkanal und dem äußeren Gehäuse definiert, wobei die Gestaltung des akustischen Halses durch die Rohrelemente eine vorrangige Stellung einnimmt. Die Anzahl und Lage der Rohrelemente sowie ihre Länge und ihr Durchmesser sind dabei in vorteilhafter Weise so ge wählt, daß sich ihre akustischen Dämpfungsgewinne in ei nem vorgegebenen Frequenzbereich ausbilden.

Um auch sogenannte Einbruchfrequenzen mit Dämpfungsverlu sten beiderseits der Resonanzfrequenz vorteilhaft aus zu nutzen, kann die Lage der Rohrelemente im Verhältnis zur Mitte des Nebenschlußresonators in Längsrichtung so ver schoben werden, daß auftretende Dämpfungsverluste durch Zusammenwirkung mit weiteren, den Schalldämpfer umgeben den Bauteilen in Frequenzbereiche verlagert sind, in de nen dies nicht störend wirkt; im günstigsten Fall kann dies wiederum zu einem. Dämpfungsgewinn führen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der schallführende Kanal der Ansaugkanal für die Ansaug luft eines Verbrennungsmotors und die zu dämpfenden Schallemissionen werden durch die Ansaugimpulse der ein zelnen Zylinder, insbesondere eines Dieselmotors, hervor gerufen.

Hergestellt kann der erfindungsgemäße Schalldämpfer in vorteilhafter Weise dadurch, daß der Bereich mit den Rohrelementen im schallführenden Kanal als Spritzguß formteil zwischen zwei Enden im Ansaugkanal einfügbar ist und daß das umschließende Gehäusevolumen des Neben schlußresonators mit jeweils einer Gehäusehälfte an je weils einem Ende des Kanals angebracht sind und die bei den Gehäusehälften unter Einschluß des Spritzgußform teils fest zusammenfügbar sind.

Um eine einfache Gestaltungsmöglichkeit der Rohrelemente zu erreichen können die Rohrelemente auch separat herge stellt werden und einzeln bei der Herstellung des Spritz gußformteils angefügt und umspritzt werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalldämp fers mit einem Nebenschlußresonator wird anhand der Fi gur der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ansaugkanal für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors mit Rohrele menten im Nebenschlußresonator;

Fig. 2 einen Detail schnitt durch den Ansaugkanal im Bereich der Rohrelemente und

Fig. 3 ein Diagramm des Dämpfungsverlaufs in Abhän gigkeit von der Frequenz bei verschiedenen Anordnun gen der Rohrelemente.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ansaugkanal 1 als Schallkanal dargestellt, der für die Zuführung von An saugluft 2 eines hier nicht näher erläuterten Verbren nungsmotors sorgt. Der Ansaugkanal 1 ist an jeweils einem Ende 3 und 4 unterbrochen und schließt ein Spritzguß formteil 5 ein, das mit Rohrelementen 6 als schallführen de Öffnungen versehen ist. Das Spritzgußformteil 5 ist mit Gehäuseteilen 7 und 8 umgeben, die an den Rohrenden 3 und 4 fest angebracht sind und an einer Nahtstelle 9 dicht miteinander verbunden sind. Die Mitte des Bereichs in dem die Rohrelemente 6 angeordnet sind befindet sich hier nicht mittig innerhalb der Gehäuseteile 7 und 8; als Bezugsgröße ist hier das Maß a, als Abstand von der Erre gerseite, angegeben.

Das Gehäusevolumen zwischen den Gehäuseteilen 7 und 8 und dem Spritzgußformteil 5 sowie den anschließenden Be reichen des Ansaugkanals 1 bildet für die Schallschwin gungen der pulsierenden Ansaugluft einen Nebenschlußre sonator 10. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schalldämpfers soll im Folgenden auch anhand Fig. 2, die das Formteil 5 im Schnitt zeigt und anhand Fig. 3, die ein Dämpfungsdiagramm der Schallschwingungen zeigt, er läutert werden.

Das Dämpfungsverhalten der aus der Fig. 1 ersichtlichen Anordnung kann durch die Anzahl, die Lage und die Abmes sungen der Rohrelemente 6 beeinflußt werden. Die hier zugrundeliegende Formel zur Berechnung der Resonanzfre quenz f_res des Schalldämpfers lautet:

f_res = 340/2π.√A/L.V,

wobei
A die Summe der akustisch wirksamen Fläche der Rohrelemente 6,
L die Länge der Rohrelemente 6 und
V das Gehäusevolumen den Nebenschlußresona tors 10 darstellt.

Zusätzlich zu einer Vergrößerung des Gehäusevolumens V kann somit eine wachsende Länge L der Rohrelemente 6 eine Absenkung der Resonanzfrequenz f_res bewirken. Das hat für die Anwendung bei Verbrennungsmotoren Vorteile, weil der Nebenschlußresonator 10 vornehmlich in seinem Resonanz bereich zur Dämpfung beiträgt und die hohen Schallenergi en im Ansaugkanal bei relativ niedrigen Frequenzen auf treten.

Aus der Anzahl der Rohrelemente 6 und damit der Öffnungen ergibt sich die Summe aller Öffnungsflächen und damit die akustisch wirksame Fläche A. Durch die Länge L der ein zelnen Rohrelemente 6 wird insgesamt die akustisch wirk same Länge festgelegt. Bei einem vorgegebenen Gehäusevo lumen V, einem festem Durchmesser D der Rohrelemente 6 und mit einer entsprechend gewählten Länge L der Rohrele mente 6 kann somit ein optimaler Dämpfungsbereich für den Schalldämpfer eingestellt werden.

Im Diagramm nach der Fig. 3 sind beispielhaft unter schiedliche Ausgestaltungen der Anordnung mit den Rohre lementen 6 gezeigt. Die Schalldämpfung in (dB) ist hier über der Frequenz f aufgetragen. In einer Kurve 11 ist der Dämpfungsverlauf für eine Anordnung mit einer Reihe von Rohrelementen 6, in einer Kurve 12 ist eine Anordnung mit zwei Reihen von Rohrelementen 6 und in einer Kurve 13 ist eine Anordnung mit sechs Reihen der Rohrelemente 6 dargestellt. Es ist hieraus ersichtlich, daß mit einer zunehmenden Anzahl von Reihen mit Rohrelementen 6 der Be reich der Dämpfung, entsprechend der oben angegebenen Formel nahezu direkt proportional zur Zahl der Reihen, zu höheren Frequenzen wandert und dabei breiter wird.

Wie das Diagramm nach der Fig. 3 auch zeigt, treten ne ben Dämpfungsgewinnen bei dieser Anordnung auch Dämp fungsverluste auf. Die Lage der sogenannten Einbruch frequenzen f_A und f_B, bei denen diese Dämpfungsverluste auftreten, kann durch die Breite und Lage des Bereichs in dem die Rohrelemente 6 im Ansaugkanal 1 und somit auch innerhalb des Nebenschlußresonators 10 liegen, beein flußt werden.

Vor allem das aus der Fig. 1 ersichtliche Maß a und die Anzahl z der Rohrelemente 6 können hier derart verändert werden, daß die unerwünschten Dämpfungsverluste in Fre quenzbereiche verschoben werden, in denen dies weniger störend ist. Erhöht man beispielsweise die Anzahl z der Reihen oder den Durchmesser D der Rohrelemente 6 wird die Resonanzfrequenz f_res größer wegen der somit vergrößerten akustisch wirksamen Fläche A. Ändert man jedoch die Lage des Bereichs der Rohrelemente 6 aus der Mittenlage im Ne benschlußresonator 10 heraus, so hat es zwar keinen zu berücksichtigenden Einfluß auf die Resonanzfrequenz f_res, wohl aber auf die Lage der Einbruchfrequenzen f_A und f_B Entscheidend ist hier das Maß a, das die Lage des Be reichs der Rohrelemente 6 relativ zu der Erregerseite im Ansaugkanal 1 angibt.

Anordnungen mit dem erfindungsgemäßen Nebenschlußresona tor nach der oben beschriebenen Art finden Anwendung in Ansaugsystemen, die eine Vielzahl von weiteren Bauteilen aufweisen und deren Bauteile sich gegenseitig beeinflus sen. In derartig komplexen Systemen kann ein Neben schlußresonator 10 auch bei bestimmten Frequenz lagen mit Dämpfungsverlusten die überraschende Wirkung einer er wünschten Dämpfung anstatt einer Schallverstärkung haben. Wenn, wie im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, die ser Effekt berechenbar und damit beeinflussbar ist, kann dies in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden.

Bezugszeichenliste

1

schallführender Kanal (Ansaugkanal)

2

Ansaugluft

3

Ende des Ansaugkanals

1

4

Ende des Ansaugkanals

1

5

Spritzgußformteil

6

Rohrelemente

7

Gehäusehälfte

8

Gehäusehälfte

9

10

Nebenschlußresonator

11

Kurve eines Dämpfungsverlaufs

12

Kurve eines Dämpfungsverlaufs

13

Kurve eines Dämpfungsverlaufs

Claims

1. Schalldämpfer mit einem Nebenschlußresonator, bei dem

- der Nebenschlußresonator (10) durch ein äußeres, den schallführenden Kanal (1) in einem vorgegebenen Bereich umschließendes Gehäusevolumen gebildet ist und bei dem der schallführende Kanal (1) mit dem Nebenschlußresona tor (10) über Öffnungen (6) verbunden ist, dadurch ge kennzeichnet, daß
- die Öffnungen aus Rohrelementen (6) bestehen, die sich vom schallführenden Kanal (1) in das Gehäusevolumen des Nebenschlußresonators (10) erstrecken.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Anzahl und Lage der Rohrelemente (6) sowie ihre Länge (L) und ihr Durchmesser (D) so gewählt sind, daß sich ihre akustische Dämpfungsgewinne in einem vorgegebe nen Frequenzbereich ausbildet.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß

- die Lage der Rohrelemente (6) im Verhältnis zur Mitte des Nebenschlußresonators (10) in Längsrichtung so ge wählt ist, daß auftretende Dämpfungsverluste in Fre quenzbereichen verlagert sind, die in Zusammenwirkung mit den, den Schalldämpfer umgebenden Bauteilen wiederum zu einem Dämpfungsgewinn führen.

4. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der schallführende Kanal der Ansaugkanal (1) für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors ist und die zu dämp fenden Schallemissionen durch die Ansaugimpulse der ein zelnen Zylinder, insbesondere eines Dieselmotors hervor gerufen werden.

5. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Bereich mit den Rohrelementen (6) im schallführen den Kanal (1) als Spritzgußformteil (5) zwischen zwei Enden (3, 4) des Kanals (1) einfügbar ist und daß
- das umschließende Gehäusevolumen des Nebenschlußreso nators (10) mit jeweils einer Gehäusehälfte (7, 8) an je weils einem Ende (3, 4) des Kanals (1) angebracht sind und die beiden Gehäusehälften (7, 8) unter Einschluß des Spritzgußformteils (5) fest zusammenfügbar sind.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Rohrelemente (6) separat hergestellt sind und ein zeln bei der Herstellung des Spritzgußformteils (5) an gefügt und umspritzt werden.