DE2822701A1

DE2822701A1 - Schalldaempfer fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2822701A1
Application number: DE19782822701
Authority: DE
Inventors: Kanau Iwashita; Takashi Nakagawa; Tadashi Sugiuchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1978-11-30
Also published as: FR2392226A1; FR2392226B1; US4192404A; DE2822701C2; JPS53146047A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-BODO MÜNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr.rer.not. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾ ' ^{M 66 8}\ .

Dipl.-I ng. J. SCHMIDT-EVERS - 0 ~ /I) 2/Ί il

PATENTANWÄLTE

HONLA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAiSHA
b-27-ö, Jingumae_r
Tokio / Japan

Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasschalldämpfer, bei dem eine Trennwand oder Verstärkungsplatte in einer Abgasentspannungskammer angeordnet ist, die an eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen, bei dem eine in einer Entspannungskammer angeordnete Platte, z.B. eine Trennwand miI einem Verbindungsrohr oder eine Verstärkungsplatte zur Verbesserung der Lltarrheit eine gekrümmte Fläche aufweist, so daß die Verbindungspunkte zwischen der Platte und der Innenwand der Entspannungskämmei?nic/it in einer gemeinsamen Ebene liegen, die im rechten Winkel zur Achse der Entspannungskammer verläuft, um die Erzeugung von Geräuschen durch die Außenwand des Schalldämpfers zu verhindern und die Schalldämpf ungswirkung der Abgasanlage zu verbessern.

Bekanntlich erzeugen die Abgase von Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge unerwünschte Geräusche. Diese Geräusche v/erden durch Druckwellen verursacht, die durch den Unterschied zwischen dem Druck im Zylinder und dem Druck in der Abgasleitung jeweils in dem Augenblick des Offnens des Auslaßventils

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hervorgerufen werden; ferner tritt in der Abgasleitung eine Resonanz auf, die verstärkt wird, wenn sich die Druckwellen in der Leitung hin- und herbewegen; außerdem trägt der Abgasstrom selbst zur Erzeugung von Geräuschen bei.

Um die Abgasgerausehe zu beseitigen, wurde bereits die Verwendung von Schalldämpfern der Entspannungsbauart, von Resonanzschalldämpfern, von Interferenzschalldämpfern, von mit schallabsorption arbeitenden Schalldämpfern sowie von .-challdämpfern, bei denen Merkmale der genannten Bauarten kombiniert sind, vorgeschlagen.

Bei einem Entspannungsschalldämpfer ist eine Entspannungskammer von großem Rauminhalt an eine Rohrleitung angeschlossen, die zu einer Abgasanlage gehört; hierbei können die Abgase in die Entsρannungskammer eingeleitet werden, wo sie einer Entspannung, einer Interferenz, einer Schallabsorption und einer Gleichrichtung der Impulse ausgesetzt werden, damit eine Schalldämpfungswirkung erzielt wird.

Werden bei einem solchen Entspannungsschalldämpfer die Abgase in die Entspannungskammer eingeleitet, pulsieren die Abgase entsprechend dem intermittierenden Öffnen und Schliessen des Auslaßventils des Motors, so daß der Druck in der Entsρannungskammer entsprechend variiert. Bekanntlich wird die Wand der Entsρannungskammer durch diese Druckschwankungen in Schwingungen versetzt, so daß der pulsierende Druck in der Kammer in Verbindung mit der Eigenfrequenz der Wand zur Entstehung von Schallwellen führt, die einen Bestandteil des durch die Abgasanlage erzeugten Geräusches bilden. Um dies zu verhindern, muß die Starrheit der Außenwand des Schalldämpfers vergrößert werden, um das Entstehen von Schwingungen zu verhindern, und außerdem muß der Einfluß der Eigenfrequenz der Außenwand möglichst weitgehend ausgeschaltet werden.

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Im folgenden wird zunächst der Aufbau eines Entspannungsschalldämpfers bekannter Art beschrieben.

In Fig. 7 ist ein bekannter Schalldämpfer dargestellt, bei dem eine ebene Trennwand 4 etwa in der Mitte zwischen den 3nden eines zylindrischen Schalldämpferkörpers 1 angeordnet ist. In die vordere Stirnwand 2 des Körpers 1 ist ein Rohr 5 zum Zuführen von Abgasen eingebaut, und in die hintere Stirnwand 3 ist ein weiteres Rohr 6 zum Abführen der Abgase eingebaut. Die Trennwand 4 unterteilt den Körper 1 in eine vordere Entspannungskammer 8 und eine hintere Entspannungskammer 9, welche durch ein Rohr 7 verbunden sind, das durch die Trennwand 4 ragt. Die Abgase werden der ersten Kammer 8 durch das Rohr 5 zugeführt, so daß sie sich in der Kammer 8 entspannen. Gleichzeitig dehnt sich auch die Schallwellenkomponente in der Kammer 8 aus, so daß die Schallwellen auf die Innenwand des Körpers und die Trennwand auftreffen und reflektiert werden, wobei eine Geräuschdämpfung eintritt. Hierauf werden die Abgase durch das Verbindungsrohr 7 in die zweite Kammer 9 eingeleitet, wo sich die beschriebenen Vorgänge wiederholen, so daß erneub auf die Schallwellen eingewirkt wird, um eine weitere Schalldämpfung herbeizuführen.

Jedoch weisen die in die Kammer 8 eingeleiteten Abgase einen pulsierenden Druck auf, der dem intermittierenden Öffnen und Schließen des Auslaßventils des Motors entspricht, welcher an das Eintrittsende des Schalldämpfers angeschlossen ist, so daß der Druck in den Kammern 8 und 9 entsprechend pulsiert. Hierdurch wird die Wand des Schalldämpferkörpers 1, d.h. die Wand der Kammer 8, abwechselnd mit einer bestimmten Amplitude nach innen und außen durchgebogen, wie es in Fig. 7 mit gestrichelten Linien angedeutet ist; hierbei bilden die eine hohe Starrheit auf v/eisenden Teile d und b Schwingungsknoten, während der weniger starre

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Teil c einen Scliwingungsbauch bildet.

Infolgedessen nehmen die beiden Schwingung arten eine solche Stärke an, daß die Außenwand des -'Challdampfers Vibrationsgeräusche erzeugt. Da die Trennwand 4 im mittleren Teil des Körpers 1 angeordnet ist und sich quer zu seiner Längsachse erstreckt, haben die Wandteile, welche sich zwischen den Stirnwänden 2 und j5 einerseits und der Trennwand 4 andererseits erstrecken, über den ganzen Umfang des Körpers 1 die gleiche Länge. Daher weist die Wand des Körpers 1 über ihren ganzen Umfang die gleiche Eigenfrequenz auf, so daß das ochwingungsverhalten über den ganzen Umfang das gleiche ist, wodurch die Vibrationsgeräusche erheblich verstärkt werden. Da die Trennwand als ebene Platte ausgebildet ist, führt sie ebenso wie die ¥and des Körpers 1 Schwingungen aus, wobei ihr mittlerer Teil als i-iembran wirkt und im Inneren des ".Schalldämpfers zusätzliche Geräusche erzeugt, wodurch das Gesamtgerausch v/eiter verstärkt wird.

In Fig. 8 ist ein weiterer bekannter Schalldämpfer dargestellt, bei dem sich eine Trennwand 104 längs der Achse eines Schalldämpferkörpers 101 erstreckt, der durch die Trennwand in eine obere Entsρannungskammer 108 und eine untere Entspannungskammer 109 unterteilt ist. In die otirnwände 102 und 103 sind Rohre 105 und 106 eingebaut. Durch die Rohr 105 und 106 sind die Kammern 108 und 109 mit zugehörigen Teilen einer Abgasanlage verbunden. In die Trennwand 104 ist ein Rohr 107 eingebaut, das die Kammern 108 und 109 verbindet.

Die Außenv/and des Körpers 101 führt Schwingungen aus, wenn sie abwechselnd nach innen und außen durchgebogen wird; hierbei bilden das vordere und das hintere Ende durch einen Längsabstand getrennte Schwingungsknoten a, während der mittlere Teil als Membran c wirkt; da sich die Trennwand 104 im

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wesentlichen parallel zu der Außenwand erstreckt, führt auch sie Schwingungen aus, die ebenfalls zu Problemen der genannten Art führen.

Durch die Erfindung werden bei einem Entspannungsschalldämpfer die vorstehend genannten Probleme unter Anwendung der Erkenntnis vermieden, daß es möglich ist, die Entstehung unerwünschter Geräusche in einen maximalen Ausmaß zu vermeiden, wenn man die Starrheit der Trennwand oder Verstärkungsplatte und der äußeren Wand des Schalldämpfers erhöht, um die Schwingungen zu beherrschen und den Einfluß der Eigenfrequenz der Außenwand auszuschalten.

Durch die Erfindung ist ein Entspannungsschalldämpfer für die Abgasanlage einer Brennkraftmaschine geschaffen worden, der einen Schalldämpferkörper aufweist, welcher eine Kammer umschließt, die an beiden Enden mit zugehörigen Teilen einer Abgasanlage in Verbindung steht. Der Schalldämpferkörper hat eine Längsachse, und es ist eine Platte vorhanden, die sich im wesentlichen quer zu dieser Längsachse erstreckt und an mehreren Punkten mit der Innenwand des Körpers verbunden ist, wobei jedoch nicht alle Verbindungspunkte in der gleichen, im rechten ¥inkel zur Längsachse des Körpers verlaufenden Ebene liegen.

Mit anderen Worten, die mit der Innenwand des Schalldämpferkörpers verbundene Platte in der Entsρannungskammer hat eine solche Form, daß die Verbindungspunkte zwischen der Platte und der Innenwand nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen, die im rechten Winkel zur Längsachse des Körpers verläuft.

Die Platte ist als starre Verstärkungsplatte ausgebildet und weist eine gekrümmte Fläche auf, so daß die genannten Verbindungspunkte nicht in einer zur Längsachse des Körpers rechtwinkeligen gemeinsamen Ebene liegen.

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Bei der Platte handelt es sich praktisch um eine Trennwand, die den Schalldämpferkörper in zwei Kammern unterteilt und mit einem Rohr versehen ist, das die beiden Kammern verbindet, wobei die Verbindungspunkte zwischen der Trennwand und der Innenwand des Schalldämpferkörpers nicht in einer gemeinsamen, zur Längsachse des Körpers rechtwinkeligen Ebene liegen.

Da gemäß der Erfindung die Platte, z.B. eine Verstärkungsplatte oder eine Trennwand, eine gekrümmte Fläche aufweist, führt ihre Verwendung zu einer Steigerung der Starrheit sowohl der Platte als auch der Außenwand des Schalldämpferkörpers, so daß sich die Schwingungen der Außenwand beherrschen und in einem maximalen Ausmaß verringern lassen. Da die Verbindungspunkte zwischen dem Befestigungsabschnitt der Verstärkungsplatte oder Trennwand und der Innenwand des Schalldämpf erkörpe rs nicht in einer gemeinsamen, zur Längsachse des Körpers rechtwinkeligen Ebene liegen, variieren die Abstände zwischen den Schwingungsknoten bildenden Teilen der Außenwand des Schalldämpfers in Richtung der Längsachse über den gesamten Umfang des Körpers. Daher wird das Auftreten von Schwingungen einer bestimmten Art vermieden, und der Einfluß der Eigenfrequenz der Außenwand wird ebenfalls ausgeschaltet. Ferner ist eine Beherrschung der Schwingungen der Außenwand des Schalldämpfers möglich, die auf den Abgasimpulsen entsprechende Druckschwankungen in der Entspannungskammer zurückzuführen sind, so daß sowohl die Entstehung von Geräuschen als auch das Auftreten von Vibrationsgeräuschen als Folge von Schwingungen der Außenwand des Schalldämpfers vermieden wird. Somit ermöglicht die Erfindung die Schaffung eines leicht und mit geringen Kosten herstellbaren Schalldämpfers, bei dem im Vergleich zu bekannten Schalldämpfern eine bessere Schalldämpfungswirkung erzielbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 einen senkrechten Axialschnitt zur Veranschaulichung des grundsätzlichen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers;

Fig. 2 den .'Schnitt 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen senkrechten Axialschnitt einer Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 4 den Schnitt 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen senkrechten Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers in Verbindung mit einer Seitenansicht der Abgasanlage eines Motorrades;

Fig. 6 den Schnitt 6-6 in Fig. 5; und

Fig. 7 und 8 jeweils einen senkrechten Axialschnitt eines Schalldämpfers bekannter Art.

In Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Schalldämpfer 10 mit einer inneren Verstärkungsplatte 17 dargestellt. Der Körper 11 des Schalldämpfers 10 hat eine zylindrische Form und ist an seinen Enden durch eine vordere Stirnwand 12 bzw. eine hintere Stirnwand 13 abgeschlossen. In die mittleren Teile der Stirnwände 12 und 13 sind Verbindungsrohre 14 und 15 eingebaut, die an zugehörige Teile einer Abgasanlage angeschlossen werden können. Der Innenraum des Körpers 11 bildet eine Entspannungskammer 16.

In dem Körper 11 ist eine Verstärkungsplatte 17 angeordnet, die mit einer sich über ihren ganzen äußeren Rand erstreckenden Abkantung 18 versehen ist, welche mit der Innenwand 21 des Körpers 11 durch Verschweißen o.dgl. verbunden ist. Die Platte 17 hat eine zentrale Öffnung 19, an deren Rand sich

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eine Rippe 20 anschließt. Gemäß Fig. 1 hat die gesamte Verstärkungsplatte 17 eine gekrümmte Form derart, daß die Verbindungspunkte zwischen der Abkantung 18 und der Innenwand 21 nicht in einer sich im rechten Winkel zur Längsachse des Körpers 11 erstreckenden gemeinsamen Ebene liegen.

Die Abstände L1 und L2 zwischen den eine hohe Starrheit aufweisenden Teilen a der Stirnwand 12 und den eine große Starrheit aufweisenden Teilen b des Körpers 11, die mit der Abkantung 18 der Verstärkungsplatte verbunden sind, bzw. zwischen den Teilen a der .Stirnwand 13 und den Teilen b variieren kontinuierlich über den ganzen Umfang, so daß die Verbindungspunkte jeweils in verschiedenen Ebenen liegen, die im rechten Winkel zur Längsachse des Körpers 11 verlaufen. Daher sind die Strecken L1 und L2 über den gesamten Umfang des Körpers 11 unterschiedlich.

Selbst dann, wenn Abgase, deren Druck pulsiert, in die Entspannungskammer 16 eingeleitet werden, ergeben sich bei den verschiedenen Teilen der Außenwand des Körpers 11 verschiedene ochwingungsarten, so daß die Eigenfrequenz der als Membranen wirkenden Teile c in einem maximalen Ausmaß unwirksam gemacht wird. Auf diese vjeise ist es möglich, das Auftreten von Schwingungen in einem maximalen Ausmaß zu unterdrücken. Insbesondere die Ausschaltung der ^T:.^rirkung der Eigenfrequenz ermöglicht eine weitgehende Verringerung der Geräusche, und auf ähnliche Weise wird die Erzeugung von Vibrationsgeräuschen durch die Außenwand des Schalldämpfers weitgehend vermieden. Außerdem trägt die gekrümmte Form der Verstärkungsplatte 17 zu einer Erhöhung der Festigkeit und Starrheit der Platte sowie der Außenwand des Schalldämpfers bei, was sich ebenfalls in einer Verringerung der Schwingungen und Geräusche auswirkt.

Somit führen die verschiedenen beschriebenen Wirkungen insgesamt zu einer wirksamen Geräuschdämpfung.

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Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung in Gestalt eines Schalldämpfers 110 mit einem Körper 111, der durch eine Trennwand 117 unterteilt ist, welche an ihrem äußeren Rand eine Abkantung 118 aufweist, die mit der Innenwand 121 des Körpers durch Verschweißen o.dgl. verbunden ist. Die Trennwand 117 ist gekrümmt und in ihrem unteren Teil mit einem Verbindungsrohr 122 versehen. In die vordere Stirnwand 112 und die hintere Stirnwand 113 des Körpers 111 sind Verbindungsrohre 114 und 115 eingebaut. Der Innenraum des Körpers ist durch die Platte 117 in eine ernte Kammer 116A auf der Einströmseite und eine zweite Kammer 116B auf der Austrittsseite unterteilt; diese Kammern, sind durch das Rohr 122 verbunden.

Wegen der Krümmung der Trennwand 117 liegen die Verbindungspunkte zwischen der Abkantung 118 und der Innenwand 121 des Körpers 111 nicht in einer gemeinsamen, zur Längsachse des Körpers rechtwinkeligen Ebene, so daß in der schon beschriebenen Weise die Strecken L1 und L2 zwischen den eine hohe Starrheit aufweisenden Teilen, welche in Richtung der Längsachse der Wand des Körpers gemessen werden, über den gesamten Umfang eine unterschiedliche Länge haben, und daß daher die Eigenfrequenz der Außenwand unterdrückt wird. Gleichzeitig ist es möglich, die Erzeugung von Vibrationsgerauschen und dgl. zu verhindern. Da die eine Verstärkungsplatte bildende Trennwand 117 gekrümmt ist, ist es mögliclx, die Festigkeit und die Starrheit der Trennwand und der Außenwand des Schalldämpferkörpers auf einen so hohen Wert zu bringen, daß eine Vervielfachung des möglichen Einflusses bezüglich der Ausschaltung von Schwingungen und Geräuschen möglich ist. Wegen der Krümmung der Trennwand 117 liegen wiederum die Verbindungspunkte zwischen der Trennwand und der Innenwand des Körpers 111 nicht in einer im rechten Winkel zur Längsachse des Körpers verlaufenden gemeinsamen Ebene, so daß es mit Hilfe des Membranteils d der Trennwand möglich ist, die durch

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diesen Teil hervorgerufenen Schwingungen und Geräusche zu beherrschen.

Fig. r veranschaulicht die Verwendung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers bei einem Motorrad mit einem Motor 230. Hierzu gehört eine Abgasleitung 233, die an einem Ende mit einem Abgasauslaß 232 eines Zylindern 231 verbunden und mit ihrem anderen Ende an das äußere Ende eines Verbindungsrohrs 234 angeschlossen ist, v/elchec in einen ·schalldämpfer 210 hineinragt, der in der Seitenansicht eine dreieckige Form und gemäß Fig. 6 in der L;Ingerichtung eine elliptische Querschnittsform hat.

Der Aufbau des Schalldämpfers 210 entspricht allgemein demjenigen des Schalldämpfers nach Fig. 1. Es ist eine gekrümmte Verstärkungsplatte 217 vorhanden, die eine Abkantung 218 aufweist, welche mit der Innenwand eines Schalldämpferkörpers 211 durch Verschweißen o.dgl. verbunden ist; die Verstärkungsplatte 217 weist mehrere öffnungen 219 sowie eine zentrale Öffnung 223 zum Unterstützen des zugehörigen Endes des Verbindungsrohres 234 auf. In die dem Verbindungsrohr 234 gegenüberliegende \fcna 213 des Schalldämpferkörpers ist ein Rohr 215 eingebaut, das mit einem weiteren Teil der Abgasanlage verbunden werden kann. Ferner ist ein Tragstück 224 vorhanden, das dazu dient, den Schalldämpfer 210 an einem Fahrgestell o.dgl. zu befestigen.

Ebenso wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Verstärkungsplatte 217 gekrümmt und so angeordnet, daß die Punkte, an denen sie mit der Innenwand des Körpers 211 verbunden ist, nicht in einer rechtwinkelig zur Längsachse des Körpers 211 verlaufenden gemeinsamen Ebene liegen, um die Eigenfrequenz zu unterdrücken und die Starrheit der Verstärkungsplatte zu vergrößern.

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Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist durch die Erfindung insbesondere für Motorräder ein Entspannungsschalldämpfer geschaffen worden, der es in hohem Maße ermöglicht, das Entstehen von Vibrationen und Geräuschen zu verhindern.

Der Patentanwalt:

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Leerseite

Claims

HONDA GIKEN KOGYO KABUÖHIKI KAI3HA
6-27-8, Jingumae, 3hibuya-ku
Tokio / Japan

P A T Ji) N T A N S P R ü C H E

(ly Entspannungs-Jchalldämpfex' für die Abgasanlage einer Brennkraftmas chine, gekennzeichnet durch einen Jchalldämpferkörper (11; 111; 211), der eine Kammer (116) umschließt, welche auf der Eintrittsseite und der Austrittsseite in Verbindung mit zugehörigen Teilen einer Abgasanlage steht und eine Längsachse aufweist, sowie durch ein sich im wesentlichen quer zur Längsachse des .challdämpferkörper erstreckendes Plattenteil (17; 117; 2:7), das mit der Innenwand (21; 121) des .;challdämpferkörpers so verbunden ist, daß die Verbindungspunkte nicht in einer gemeinsamen, im rechten Winkel zur Längsachse des Schalldämpferkörpers verlaufenden Ebene liegen.
2. ,jchalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenteil (17; 117; 217) gekrümmt ist und eine gekrümmte Fläche bildet.
3. .Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Plattenteil eine Verstärkungsplatte (17) gehört, die eine Öffnung (19) auf v/eist und an ihrem äußeren Rand mit einer Abkantung (18) versehen ist, und daß die Verstärkungsplatte so angeordnet ist, daß die Verbindungspunkte zwischen der Abkantung und der Innenwand (21) des Jchalldämpferkörpers (11)nicht in einer gemeinsamen, im rechten Winkel zur Längsachse des Schalldämpferkörpers (11) verlaufenden Ebene liegen.

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4. Schalldämpfer nach Anspruch 3> gekennzeichnet durch ein die Kammer ui, der -\bgas anlage verbindendes Rohr (23A), das durch einen Teil der Verstärkungsplatte (217) unterstützt ist.
5. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte chr.Q eine Hittellangfiach.se des Schalldämpferkörpers int, und daß alle Verbindungspunkte zwischen der Trennv/and und der Innenwand des Schalldämpferkörpers in verschiedenen im rechten Winkel zur Hittellängsachse des ücnalldämpferkörpers verlaufenden Ebenen liegen.
6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurcu gekennzeichnet, daß das Plattenteil (17; 117; 217) eine Trennwand ist, die den Innenraum des bchalldämpferkörpers (11; 111; 211) in zwei Kammern (116A, 116B) unterteilt, daß das Plattenteil gekrümmt ist und eine gekrümmte Fläche bildet, und daß das Plattenteil mit einem Rohr (20; 122; 219) versehen ist, das die beiden Teile des Innenraums des Schalldämpferkörpern miteinander verbindet, wobei das Plattenteil so angeordnet ist, daß die Verbindungspunkte zwischen einer Abkantung am äußeren Rand des Plattenteils und der Innenwand des . "'Challdämpferkörpers nicht in einer gemeinsamen, im rechten Uinkel zur Längsachse des Schalldämpferkörpers verlaufenden Ebene liegen.

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