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Die
Erfindung betrifft eine Schalldämpfungsanlage
für ein
Rohr, durch das Gase strömen,
und insbesondere für
eine Abgasleitung eines Verbrennungsmotors, siehe
DE 20003519 U1 .
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Die
Automobilhersteller sind bestrebt, die akustischen Eigenschaften
ihrer Fahrzeuge zu verbessern. Zu den stärksten Lärmbelästigungen gehören die
Motoremissionen am Auspuffkrümmer.
Denn die Abgasleitung wirkt mit dem Motor zusammen und führt den
Großteil
seiner Schallwellen. Diese Wellen erzeugen am Ausgang des Auspufftopfes
starken Lärm,
der für
das Gehör
von Personen im Fahrzeug schädlich
ist.
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Es
ist bekannt, an der Abgasleitung in Reihe einen „Schalldämpfer" zu montieren, um einen Teil dieser
Wellen zu absorbieren. Er besteht im Allgemeinen aus einem Rohr
von großem
Durchmesser im Vergleich zur Abgasleitung und bedeckt diese teilweise.
Sein Inneres ist leer und steht mit der Leitung über Bohrungen an der Oberseite
in Verbindung oder besteht aus Einbauten. Diese beiden inneren Strukturen
haben die Aufgabe, die Schallwellen zu reflektieren und zu absorbieren.
Jedoch dämpft
ein Schalldämpfer
allein die vom Motor erzeugten Wellen nicht in ausreichender Weise.
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Es
ist auch bekannt, parallel zur Abgasleitung und stromaufwärts des
Schalldämpfers
einen „Resonator" zu montieren. Er
umfasst im Allgemeinen ein Rohr, das die Leitung mit einem geschlossenen
Hohlraum verbindet, der die Reflexion der Wellen erlaubt, um sie
weiter zu dämpfen.
Ein „Resonator" ist jedoch nur für einen
kleinen Frequenzbereich wirksam (wobei der Bereich durch die Wahl
der Abmessungen des Resonators optimiert wird) und kann außerhalb
die ses Bereichs die Struktur des Lärms über den übrigen Frequenzbereich verändern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor erwähnten Nachteile
ganz oder teilweise zu beheben, indem sie eine Schalldämpfungsanlage vorschlägt, die
je nach Frequenz der Wellen in der Abgasleitung ihre Konfiguration
verändert,
um die Dämpfung
insgesamt über
einen großen
Frequenzbereich zu verbessern.
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Hierzu
schlägt
die Erfindung eine Schalldämpfungsanlage
insbesondere für
die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors vor, mit einer Schalldämpfeinrichtung
in Reihenschaltung an der Leitung, mit mindestens einer Resonatoreinrichtung
in Parallelschaltung zur Leitung, bestehend aus einem Rohr, das
mit der Leitung in Verbindung steht und diese mit einem geschlossenen
Hohlraum verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine
Abzweigungsvorrichtung aufweist, die mit jeder Resonatoreinrichtung
gekoppelt ist und es ermöglicht,
den Fluss der Leitung selektiv nach einer Grenzfrequenz der akustischen
Wellen in der Leitung umzuleiten, um die Resonatoreinrichtung in
eine Schalldämpfeinrichtung
zu verwandeln.
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Die
Abzweigungsvorrichtung umfasst erfindungsgemäß ein zweites Rohr, das den
geschlossenen Hohlraum für
jede Resonatoreinrichtung mit der Leitung verbindet, ein erstes
Mittel zum Verschließen eines
der Rohre und ein zweites Mittel zum Verschließen der Leitung zwischen den Öffnungen
der beiden Rohre, das es erlaubt, die Leitung selektiv zu verschließen, um
die Abzweigung ihres Flusses zu einem der Rohre zu bewirken.
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Erfindungsgemäß sind die
beiden Mittel zum Verschließen
vorteilhafterweise elektromagnetische Ventile.
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Jedes
Rohr, welches das Mittel zum Verschließen enthält, besitzt vorteilhafterweise
nach der Erfindung an seinem im Hohlraum befindlichen Ende Löcher, um
die Schallabsorption zu verbessern.
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Nach
einer ersten Variante der Erfindung umfasst die Schalldämpfanlage
außerdem
Mittel zum Erfassen der Drehzahl des Motors, die es erlauben, daraus
die Frequenz der Wellen in der Abgasleitung abzuleiten, um die Betätigung der
Abzweigungsvorrichtung zu steuern.
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Nach
einer zweiten Variante der Erfindung umfasst die Schalldämpfanlage
außerdem
Mittel zum Erfassen der Frequenz der Wellen in der Leitung, um die
Betätigung
der Abzweigungsvorrichtung zu steuern.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verwenden der zuvor genannten
Abzweigungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden
Schritte aufweist:
- – Vergleichen der Frequenz
der Wellen in der Leitung mit der Grenzfrequenz und
- – wenn
sie kleiner ist:
– Schließen des
ersten Mittels zum Verschließen
– Öffnen des
zweiten Mittels zum Verschließen, um
die Abzweigungsvorrichtung im Resonatormodus zu betreiben
- – wenn
sie größer oder
gleich ist:
– Öffnen des
ersten Mittels zum Verschließen
– Schließen des
zweiten Mittels zum Verschließen,
um die Abzweigungsvorrichtung im Schalldämpfungs-Modus zu betreiben.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung
hervor, die als nicht einschränkendes
Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
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1 ist
eine schematische allgemeine Ansicht der Dämpfungsanlage.
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2 ist
eine schematische Ansicht der Abzweigungsvorrichtung.
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Die 3a und 3b zeigen
die Vorrichtung schematisch im „Resonator"-Modus beziehungsweise ihre zugehörige Übertragungsdämpfungs-Kurve.
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Die 4a und 4b zeigen
die Vorrichtung schematisch im „Schalldämpfer"-Modus beziehungsweise ihre zugehörige Übertragungsdämpfungs-Kurve.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel ist zu sehen, dass die Schalldämpfungsanlage 1 eine
Leitung 2 aufweist, die beispielsweise eine Abgasleitung
eines Verbrennungsmotors sein kann, sowie ein Schalldämpfungsmittel 3 wie
oben erklärt
und eine akustische Einheit 4.
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Wie
im Beispiel von 2 zu sehen ist, umfasst die
akustische Einheit ein erstes Rohr 5 und ein zweites Rohr 6,
die beide mit der Leitung 2 über die Löcher 7 beziehungsweise 8 in
deren Oberfläche
in Verbindung stehen. Aus Gründen
der Dichtheit können
die Rohre 5 und 6 beispielsweise an die Leitung 2 geschweißt sein.
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In
dem in 2 gezeigten Beispiel stehen die Rohre 5 und 6 weiter
mit einem geschlossenen Hohlraum 9 in Verbindung. Vorzugsweise
dringt ein Abschnitt 10 und 11 des Rohrs 5 beziehungsweise 6 ins
Innere des Hohlraums 9. Das ermöglicht es wie im Beispiel von 2 insbesondere,
ein Endstück 12 mit
Löchern
in Verlängerung
des Endes 11 eines der Rohre 6 hinzuzufügen, damit
die Schallwellen im Hohlraum 9 besser absorbiert werden.
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Die
Abmessungen des Hohlraums 9, der Leitung 2, des
Schalldämpfers 3 und
der Rohre 5 und 6 sind abhängig vom Ort ihres Einsatzes,
aber vor allem abhängig
von den in der Leitung 2 übertragenen Wellen gewählt. So
hängt die
Wirksamkeit der Dämpfung
im Beispiel der 3a und 4a direkt
von den Abmessungen der Elemente der Schalldämpfungsanlage 1 ab.
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Im
Beispiel von 2 ist zu sehen, dass das Rohr 6 und
die Leitung 2 jeweils ein Mittel zum Verschließen 13 beziehungsweise 14 aufweisen.
Diese Mittel ermöglichen
das gesteuerte Verschließen
der Leitung 2 und/oder des Rohrs 6. Vorzugsweise
sind die Mittel zum Verschließen 13 und 14 elektromagnetische
Ventile, die durch einen oder mehrere (nicht dargestellte) Rechner
steuerbar sind.
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Das
Mittel zum Verschließen 14 ist
in der Leitung 2 zwischen den beiden Löchern 7 und 8 derart angeordnet,
dass wenn es die Leitung 2 verschließt, der Fluss A in dieser gezwungen
ist, seinen Lauf über das
Rohr 5 fortzusetzen.
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Die
Einheit Rohr 5-Hohlraum 9 bildet eine Resonatoreinrichtung
wie oben erklärt.
Demnach ermöglicht
es eine Abzweigungsanlage 15, die die Mittel zum Verschließen 13 und 14 sowie
das Rohr 6 aufweist, die akustische Einheit 4 entweder
wie eine Schalldämpfungseinrichtung
oder wie eine Resonatoreinrichtung zu betreiben. So werden die Mittel
zum Verschließen 13 und 14 je
nach der Frequenz der Haupt-Schallwellen
in der Leitung 2 aktiviert, um die Konfiguration zu verändern.
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Beispielsweise
sind die Abmessungen für die 3a und 4a wie
folgt:
- – Leitung 2:
– Länge = 3
m
– Durchmesser
= 50 mm
- – Schalldämpfer 3:
– Länge = 350
mm
– Durchmesser
= 200 mm
- – akustische
Einheit 4:
– Volumen
Hohlraum 9 = 3 dm3
– Durchmesser
der Rohre 5 und 6 = 30 mm
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Im
Beispiel von 3a ist das Mittel zum Verschließen 13 geschlossen
und das Mittel zum Verschließen 14 geöffnet. Die
akustische Einheit 4 befindet sich also in der Resonatorkonfiguration.
Die Kurve 3b zeigt die Übertragungsdämpfung am
Ausgang der Leitung im Vergleich zum Eingang in Abhängigkeit
von der Emissionsfrequenz der Wellen. Es ist deutlich zu erkennen,
dass bei Frequenzen bis zu 400 Hertz die Dämpfung im Wesentlichen zwischen 40
und 50 dB beträgt
und über
400 Hertz im Wesentlichen bei 30 dB stabilisiert ist.
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Im
Beispiel von 4a ist das Mittel zum Verschließen 13 geöffnet und
das Mittel 14 geschlossen. Die akustische Einheit 4 befindet
sich also in ihrer Schalldämpfungs-Konfiguration.
Die Kurve 4b zeigt die Übertragungsdämpfung am
Ausgang der Leitung 2 im Vergleich zum Eingang in Abhängigkeit von
der Emissionsfrequenz der Wellen. Es ist zu sehen, dass bei Frequenzen
bis ungefähr
700 Hertz die Dämpfung
im Wesentlichen bei 30 dB liegt und oberhalb von 700 Hertz mindestens
im Wesentlichen bei 40 dB.
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Wenn
man die beiden Kurven 3b und 4b vergleicht, die
auf den oben erwähnten
Abmessungen beruhen, ist deutlich zu sehen, dass die akustische Einheit 4 bei
Wellenfrequenzen
- – kleiner als 400 Hertz im
Resonatormodus leistungsfähiger
ist,
- – zwischen
400 und 700 Hertz im Wesentlichen gleich leistungsfähig im Resonator-
wie im Schalldämpfungsmodus
ist,
- – größer als
700 Hertz leistungsfähiger
im Schalldämpfungsmodus
ist.
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So
scheint im Beispiel der 3a und 3b die
Grenzfrequenz der Hauptwellen, die beim Übergang von einer Konfiguration
in die andere zu berücksichtigen
ist, im Wesentlichen 700 Hertz zu betragen. Daher ist es bei niedrigen
Frequenzen (im Beispiel unterhalb von 700 Hertz) vorzuziehen, die akustische
Einheit 4 in ihrem Resonatormodus zu betreiben, wie in 3a gezeigt,
und für
die anderen Frequenzen (im obigen Beispiel oberhalb von 700 Hertz)
in ihrem Schalldämpfungsmodus,
wie in 4a gezeigt.
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Auf
diese Weise erhält
man eine Schalldämpfungsanlage 1,
die über
einen weiten Frequenzbereich wirksamer ist, da die Abzweigungsvorrichtung 15 abhängig von
der Grenzfrequenz gesteuert wird, die wiederum von der allgemeinen
Geometrie der Leitung 2 abhängt.
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Ein
Rechner kann die Frequenz der Wellen in der Leitung 2 mithilfe
eines Sensors mit der Grenzfrequenz vergleichen, aber wenn die Leitung 2 beispielsweise
eine Abgasleitung eines Verbrennungsmotors ist, kann die Frequenz
der Wellen in der Leitung 2 ausgehend von der Motor-Drehzahl
geschätzt werden,
die sich im Wesentlichen proportional zu ihr verhält.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt; es
sind verschiedene Varianten und Veränderungen möglich, die dem Fachmann in
den Sinn kommen. Insbesondere ist der Querschnitt der Leitung 2 in
Bezug auf seine Form nicht eingeschränkt. Ebenso empfiehlt es sich
natürlich,
die charakteristische Grenzfrequenz bei einer unterschiedlichen
Konfiguration der Leitung 2 zu testen, um die bestmögliche Dämpfung zu
erhalten. Auch kann das mit Löchern
versehene Ende 12 beispielsweise durch ein Knie stück oder
ein U-förmiges
Rohr ersetzt werden, das Löcher
aufweist und das Ende 11 des Rohrs 6 mit dem Ende 10 des
Rohrs 5 innerhalb des Hohlraums 9 verbindet. Auf
diese Weise kann eine einstückige
Einheit 5, 12, 6 gebildet werden, die
ein nicht geradliniges Rohr mit Löchern an seinem Abschnitt im
Hohlraum 9 wäre.
Schließlich können die
Mittel zum Verschließen 13 und 14 auch pneumatische,
elektromagnetische oder mechanische Mittel sein.