DE202007009054U1

DE202007009054U1 - Flexibles Leitungselement für gasförmige Medien

Info

Publication number: DE202007009054U1
Application number: DE202007009054U
Authority: DE
Original assignee: Witzenmann GmbH; Umfotec Umformtechnik GmbH; Umfotec GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH; Umfotec GmbH
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2017-06-28
Also published as: ITMI20081132A1

Abstract

Flexibles Leitungselement für gasförmige Medien und insbesondere zum Einbau in Abgasleitungen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren mit einem mit Anschlussenden versehenen, schraubengangförmig oder ringgewelltem Balg aus Metall und einem koaxial innerhalb des Balgs angeordneten und an einem der beiden Anschlussenden festgelegten Dämpfungselement, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement zumindest einen Helmholtz-Resonator (10) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement für gasförmige Medien und insbesondere zum Einbau in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren mit einem mit Anschlussenden versehenen, schraubengangförmig oder ringgewellten Balg aus Metall und einem koaxial innerhalb des Balgs angeordneten und an einem der beiden Anschlussenden festgelegten Dämpfungselement.
Derartige Leitungselemente werden beispielsweise bei Diesel-Lastkraftwagen in den Abgasanlagen hinter Abgasturboladern eingesetzt, um neben einer Schwingungsentkopplung der hieran angeschlossenen Leitungsteile mit Hilfe des inneren Dämpfungselementes auch eine Reduzierung der Strömungsgeräusche, insbesondere des so genannten hochfrequenten Turboladerpfeifens, zu erzielen. Bei einem beispielsweise aus der DE-U 203 01 576.2 bekannten Leitungselement besteht das Dämpfungselement aus einem Rohrstutzen, der sich nur über einen kurzen Strömungsbereich des Balgs nahe dem zugehörigen Anschlussende erstreckt und zumindest an seinem freien Ende, welches in Axialrichtung diesem Anschlussende gegenüberliegt, radial beabstandet vom freien Innendurchmesser des Balgs koaxial zum Balg auf dessen Innenseite verläuft. Hierdurch bildet der Rohrstutzen einen in seinem Strömungsschatten liegenden Ringraum, in dem das gasförmige Medium teilweise zu gegenphasigen Schwingungen angeregt wird, welche wiederum zur Schallreduzierung des Haupt-Gasstroms beitragen, indem sie hochfrequente Schallanteile dieses Hauptstroms auslöschen. Dabei fungiert der Rohrstutzen quasi als λ/4-Resonator, durch den die besonders störenden hochfrequenten Geräuschkom ponenten des Turboladerpfeifens über 2000 Hz breitbandig gemindert werden können.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Leitungselement der eingangs genannten Art weiter hinsichtlich seines Dämpfungsverhaltens zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Dämpfungselement zumindest einen Helmholtz-Resonator aufweist. Hierbei wird eine definierte Störfrequenz im Helmholtz-Resonator in gegenphasige Schwingungen gebracht und entsprechend ausgelöscht. Die unvermeidliche Geräuschemissionsverstärkung an der großen Oberfläche des Balgs wird in starkem Maße reduziert oder sogar eliminiert.
Das Dämpfungselement weist hierzu vorteilhafterweise ein Innenrohr auf, das im wesentlichen ausgehend vom einen Anschlussende, radial beabstandet zum Balg in Richtung des anderen Anschlussendes verläuft, wobei zweckmäßigerweise das Innenrohr den zumindest einen Helmholtz-Resonator trägt bzw. der Helmholtz-Resonator in das Innenrohr eingeführt ist, Teil des Innenrohrs ist oder dieses in seinem axialen Verlauf unterbricht.
In dem Helmholtz-Resonator expandiert die gasförmige Strömung ausgehend von einem bestimmten Rohrdurchmesser in eine Expansionskammer des Helmholtz-Resonators, die einen größeren Durchmesser aufweist. Dort strömt das Gas weiter, bis es an das Ende der Expansionskammer stößt, dort abprallt und wieder zurückströmt. Im Bereich dieses Endes der Expansionskammer ist ein weiteres Rohr mit geringerem Durchmesser insbesondere das genannte Innenrohr angeordnet, das zusammen mit der Expansionskammer einen Ringraum bildet, so dass die Rückströmung des Gases in der Expansionskammer bis zum freien Ende des Rohres erfolgt, das somit die Rücklauflänge des Helmholtz-Resonators definiert. An dem freien Ende des Rohres kann dann die Rückströmung vorbei wieder aus der Expansionskammer insbesondere in den Innenraum des Innenrohrs strömen und zusammen mit dem Hauptstrom stromabwärts weiterströmen.
Die Rücklauflänge des Gasstroms in der Expansionskammer erzeugt eine gegenphasige Schwingung der Störfrequenz und löscht diese entsprechend aus.
Will man nicht nur eine bestimmte Störfrequenz, sondern ganze Frequenzbandbreiten reduzieren bzw. auslöschen, so ist es besonders vorteilhaft, wenn mehrere Helmholtz-Resonatoren vorgesehen sind und hierbei jeder Resonator unabhängig von einem etwaigen weiteren Helmholtz-Resonator für die Auslöschung einer bestimmten Störfrequenz sorgt. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Helmholtz-Resonatoren unterschiedliche Volumina und/oder Abmessungen aufweisen. Insgesamt kann man dadurch einen Breitbandresonator erhalten, der durch Auslöschung einer gesamten Frequenzbandbreite für eine optimale Geräusch- bzw. Schalldämpfung sorgen kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, die in 1 ein erfindungsgemäßes Leitungselement in teilweise geschnittener Seitenansicht zeigt.
Hierzu ist in 1 die untere Bildhälfte im Axialschnitt dargestellt und die obere Bildhälfte mit der dazu passenden Außenansicht. Das dargestellte flexible Leitungselement 1 weist als Hauptkomponente einen Balg 2 aus Metall auf, der ringgewellt ausgebildet ist und insbesondere zylindrische Anschlussenden 3, 3a, 4, 4a aufweist, wobei das in der Zeichnung dargestellte linke Anschlussende das in Strömungsrichtung vordere Anschlussende bildet und somit den Eintrittsbereich für das Strömungsmedium in das flexible Leitungselement darstellt. Die Balgwellen des Balgs 2 bilden Außenkrempen 5 und Innenkrempen 6, wobei der freie Innendurchmesser d im Bereich der Innenkrempen 6 in 1 mit d/2 angedeutet ist. Die Umhüllende des Balgs ist mit dem Bezugszeichen 7 angedeutet.
Auf dieser radialen Außenseite ist der Balg 2 in der Regel von einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Ummantelung in Form eines Geflechtsschlauches umgeben, der an beiden Enden mit Hilfe beispielsweise einer Feder 8 mit den zylindrischen Anschlussenden 3, 4 des Balges 2 verbunden ist und im Üb rigen den Balg 2 im Wesentlichen spielfrei im Bereich seiner Außenkrempen 5 umgibt.
An dem in Strömungsrichtung vorderen Anschlussende 3 ist ein erstes Dämpfungselement in Form eines abgestuften Rohrstutzens 9 festgelegt, wobei der Rohrstutzen 9 in Teilbereichen flächig am Balg 2 bzw. dem zylindrischen Anschlussende 3 des Balgs 2 anliegt, wie es beispielsweise aus der DE-U 203 01 576.2 bekannt ist.
Dieses Dämpfungselement 9 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 durch ein weiteres Dämpfungselement in Form eines Helmholtz-Resonators 10 ergänzt. Der Helmholtz-Resonator besteht aus einem ersten Rohrstutzen 11, mit dem er am Rohrstutzen 9 des ersten Dämpfungselements festgelegt ist, einer sich hieran anschließenden Querschnittserweiterung 12, die sich koaxial zum Balg über einen Teilbereich des flexiblen Leitungselement in Richtung des Austrittsbereichs erstreckt, woran sich aber wiederum ein weiterer Rohrstutzen 13 mit gleichem Durchmesser wie der erste Rohrstutzen 11 des Helmholtz-Resonators anschließt.
An diesen zweiten Rohrstutzen 13 ist ein Innenrohr 14 angeschlossen, welches ausgehend vom Helmholtz-Resonator 10 bis zum Austrittsende im Bereich des Anschlussendes 4 verläuft. Dieses Innenrohr 14 weist auf seiner dem Helmholtz-Resonator zugewandten axialen Ende einen Überstand 15 gegenüber dem zweiten Rohrstutzen 13 auf, durch den er zusammen mit der Querschnittserweiterung 12 einen Ringraum 16 bildet, der Teil einer Expansionskammer 17 ist, die aus dem Strömungsbereich innerhalb der Querschnittserweiterung 12 besteht und einen Außendurchmesser D (in 1 mit D/2 angedeutet) aufweist.
Strömt nun Abgas durch das Anschlussende 3 in das flexible Leitungselement, so kann es im Bereich des Helmholtz-Resonators 10 in die Expansionskammer 17 hineinexpandieren, strömt dann parallel zum Leitungselement strömungsabwärts, prallt dann gegen eine radiale Stirnwand 18, die zwischen der Querschnittserweiterung 12 und dem zweiten Rohrstutzen 13 gebildet ist, prallt von dieser Wand zurück und strömt wieder in axialer Gegenrichtung, nachdem die Querschnittserweiterung 12 und der Überstand 15 des Innenrohrs 14 ein seitliches Ausweichen verhindern. Das Rückströmen des Gases führt dazu, dass gegenphasige Schwingungen erzeugt werden, die die Schwingungen des Gasstroms auslöschen. Anschließend verlässt das rückströmende Medium den Bereich der Expansionskammer wieder und strömt von dort mit dem Hauptabgasstrom in Richtung des Austrittsendes 4.
Sind stromabwärts weitere Helmholtz-Resonatoren angeordnet, so erfolgt das Strömen des Abgases in diesem Bereich in entsprechender Art und Weise.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, mittels einfach aufgebauter zusätzlicher Bauteile eine verbesserte Geräuschdämpfung zu erzielen und hierbei nicht nur Störfrequenzen auszulöschen, sondern ganze Frequenzbandbreiten, indem man in geeigneter Art und Weise Positionen, Abmessungen und/oder Volumina von Helmholtz-Resonatoren an das zu eliminierende Frequenzband anpasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 20301576 U [0002, 0012]

Claims

Flexibles Leitungselement für gasförmige Medien und insbesondere zum Einbau in Abgasleitungen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren mit einem mit Anschlussenden versehenen, schraubengangförmig oder ringgewelltem Balg aus Metall und einem koaxial innerhalb des Balgs angeordneten und an einem der beiden Anschlussenden festgelegten Dämpfungselement, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement zumindest einen Helmholtz-Resonator (10) aufweist.
Flexibles Leitungselement nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement ein Innenrohr (14) aufweist, das radial beabstandet zum Balg verläuft.
Flexibles Leitungselement nach zumindest Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (14) den zumindest einen Helmholtz-Resonator (10) trägt oder an diesen angeschlossen ist oder Teil des Resonators ist oder in seinem axialen Verlauf durch den Resonator unterbrochen ist.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Helmholtz-Resonator (10) aus einer Querschnittserweiterung (12) zur Bildung einer Expansionskammer (17) besteht.
Flexibles Leitungselement nach zumindest Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Helmholtz-Resonator (10) einen in einem Teilbereich parallel zur Querschnittserweiterung (12) verlaufenden Rohrstutzen (15) aufweist, und dass in der Expansionskammer (17) zwischen Querschnittserweiterung (12) und Rohrstutzen (15) ein Ringraum (16) zur Erzeugung einer Rückströmung gebildet ist.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Helmholtz-Resonatoren im Leitungselement angeordnet sind.
Flexibles Leitungselement nach zumindest Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Helmholtz-Resonatoren in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind.
Flexibles Leitungselement nach zumindest Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Helmholtz-Resonatoren unterschiedliche Volumina und/oder Abmessungen aufweisen.
Flexibles Leitungselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Helmholtz-Resonator aus Metall besteht.