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Die
Erfindung betrifft eine mit einem Schalldämpfer ausgestattete
Vorrichtung zur Reduzierung der Geräuschemissionen in einer
zur Luftführung bestimmten, mit einem eine Einlassöffnung
aufweisenden, insbesondere einer Aufladevorrichtung zugeordneten
Einlassstutzen verbundenen Leitung einer Brennkraftmaschine.
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Schalldämpfer
der genannten Art werden in der Praxis zur Reduzierung der Geräuschemissionen beispielsweise
der Ladeluftgeräusche eines im Ansaugstrang angeordneten
Turboladers einer Brennkraftmaschine, einer Lüftungsanlage
mit Gebläse oder eines Druckluftkompressors eingesetzt.
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Der
Schalldämpfer folgt dabei zur Reduzierung der Geräuschemissionen
verschiedenen Wirkprinzipien, nämlich einerseits dem Reflexionsprinzip, andererseits
dem Absorptionsprinzip.
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Die
Wirkung von Schalldämpfern nach dem Reflexionsprinzip beruht
sowohl auf Reflexion der Schallwellen zur Schallquelle als auch
auf Vervielfachung von Schallpunkten durch beispielsweise Loch- und
Schlitztraufen, die eine Verbesserung durch Interferenz bewirken.
Bei der Interferenz der Schallwellen wird ein Teil der Schallenergie
beim Zusammentreffen ausgelöscht. Die Dämpfung
ist umso wirksamer, je zahlreicher die Reflexionsstellen sind. Der Reflexions-Schalldämpfer
besteht dabei aus Resonatorkammern, die durch Ausnehmungen mit dem Innenraum
der Leitung verbunden sind. Reflexionsdämpfer haben besonders
im tieffrequenten Bereich eine hohe Wirksamkeit.
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Die
Wirkung von Schalldämpfern nach dem Absorptionsprinzip
beruht demgegenüber daraus, dass die höheren Frequenzen
durch Schluckstoffe absorbiert bzw. in Reibungswärme umgewandelt werden.
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Ein
Schalldämpfer nach dem Reflexionsprinzip ist beispielsweise
Gegenstand der
DE
199 43 246 A1 , die einen Schalldämpfer zur Herabminderung
der Luftgeräusche im Ansaugstrang von Brennkraftmaschinen
beschreibt. Der Schalldämpfer weist ein die Ansaug- bzw.
Ladeluft führendes Ansaug- bzw. Ladeluftrohr und ein dieses
im radialen Abstand umschließendes Resonatorgehäuse
auf. Der Raum zwischen Ansaug- bzw. Ladeluftrohr und Resonatorgehäuse
ist durch Zwischenwände in mehrere Resonatorkammern unterteilt,
die durch Ausnehmungen in der Ansaug- bzw. Laderohrwand mit dem
Innenraum des Ansaug- bzw. Laderohres verbunden sind. Das Resonatorgehäuse
besitzt einen gerundeten Querschnitt, vorzugsweise Kreisquerschnitt,
und umschließt konzentrisch das Ansaug- bzw. Ladeluftrohr. Die
Zwischenwände sind orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal
zum jeweils zugeordneten Punkt der gemeinsamen Längsachse
von Ansaug- bzw. Ladeluftrohr und Resonatorgehäuse angeordnet,
derart, dass die Resonatorkammern gerundet ringförmig,
vorzugsweise kreisringförmig ausgebildet sind.
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Bei
einem Ladeluftkühler nach der
DE 35 31 353 A1 mit einem
Einlassstutzen zum Anschluss an einen Lader ist der Einlassstutzen
mit einem im Durchmesser erweiterten Mündungsabschnitt
versehen, in den ein Absorptionsschalldämpfer, bestehend aus
einem rohrförmigen Schallabsorptionselement und einer Innenwand
in Form eines zylindrischen Bauteils mit großflächigen Öffnungen,
eingesetzt ist. Durch den Absorptionsschalldämpfer werden
hochfrequente Pulsationen der Ladeluft, die bei Lastwechsel auftreten,
von dem Ladeluftkühler ferngehalten bzw. so gedämpft,
dass das Entstehen störender Geräusche unterbunden
wird.
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Die
DE 90 15 414 U1 beschreibt
auch bereits ein schalldämmendes Luft- oder Gasführungselement,
insbesondere für Ansaug-/Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren,
Druckluftgeräten und Brennern für Zusatzheizungen
von Fahrzeugen, welches aus zwei ineinanderliegenden Rohren besteht,
von welchen mindestens eines ein Wellrohr ist.
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Weiterhin
sind auch Luft- oder Gasführungselemente bekannt, bei welchen
ein inneres Wellrohr perforiert ist und von einem nicht perforierten äußeren
Wellrohr mit wesentlich größerem Durchmesser umgeben
ist. Der zwischen den beiden Wellrohren vorhandene Zwischenraum
ist gemäß der
DE-GM 78 27 573 mit Schalldämm-Material
ausgefüllt und an den Stirnflächen mit Verschlusskappen
versehen.
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Durch
die
DE 39 43 248 A1 ist
ein Luft- oder Gasführungselement bekannt, das aus zwei
glatten, mit geringem Abstand ineinanderliegenden Rohren besteht,
die beispielsweise durch Schweißen an den Enden des Luftführungselements
starr miteinander verbunden sind. Diese haben darüber hinaus
neben einer relativ aufwändigen Herstellung den weiteren Nachteil,
dass sie wegen geringer Flexibilität unter beengten Raumverhältnissen,
beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Kompressoren oder anderen Geräten
häufig nicht ohne Schwierigkeiten zu verlegen sind.
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Die
Erfindung
DE 195 04
223 A1 betrifft einen Schalldämpfer für
den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine. Um einen Schalldämpfer
für den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine zu schaffen,
mit dem die Geräuschemissionen besser abgedämpft werden
können, verfügt der Schalldämpfer im
Bereich des Ringraumes über Öffnungen im Ansaugrohr,
die einen Luftmassenaustausch und einen Druckausgleich mit dem Ringraum
ermöglichen. Zur Verhinderung von Druckverlusten und zur
Verringerung der Geräuschemissionen an die Umwelt ist das den
Ringkanal bildende Dämpfungsbauteil mit geschlossener Oberfläche
ausgebildet. Die Dämpfungs- und Absorptionseigenschaften
dieses Schalldämpfers werden im Wesentlichen durch die
Größe der Löcher, durch den Abstand der
Schlitze oder durch die Wanddicke des Ansaugrohres beeinflusst. Dabei
erfolgt die Absorption hoher Frequenzen insbesondere durch die Öffnungen
im Ansaugrohr, während die Absorption von tief- und mittelfrequenten Geräuschen
durch die Ansaugrohrwanddicke abstimmbar ist.
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Die
EP 14 69 186 A2 bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Reduzierung von Schallemissionen eines
Luftführungsrohres einer Brennkraftmaschine, das einen
Luftsammeltrakt und einen Lader der Brennkraftmaschine druckseitig
des Laders zumindest abschnittsweise gasführend verbindet
und an seinem Umfang zumindest eine Öffnung aufweist, die von
einem flexiblen Faltenbalg ummantelt ist. Dadurch werden zugleich
die gewünschte Schallemissionsreduzierung und ein Bewegungsausgleich
zwischen Brennkraftmaschine und einem karosseriefesten Bauteil erzielt.
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Die
DE 10 2004 002 762
B4 betrifft eine Vorrichtung zur Schalldämpfung
in einem von gasförmigen Medien durchströmten
Rohrsystem. Um eine durch Turboaufladung erzeugte Luftschwingung
in der Luftführung auf einfache und effektive Weise zu reduzieren,
besteht die Vorrichtung aus einem wellrohr- oder wellschlauchartigen
Gebilde, welches im Inneren eines Mantelrohres im Bereich der Luftführung
von Ansaugluft- und/oder Ladeluftrohren oder -schläuchen
angeordnet ist. Das wellrohr- oder wellschlauchartige Gebilde kann
an mehreren Stellen Wanddurchbrüche oder Perforierungen
aufweisen und auf einen Frequenzbereich abstimmbar sein.
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Ein
schallabsorbierendes Luftführungselement gemäß der
DE 38 30 346 A1 besteht
aus einem rohrförmigen, gewellten, flexiblen Grundelement
und einem mit diesem verbundenen Schallschluckmaterial, insbesondere
einem offenporigen Schaum aus polymerem Material.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Platz sparende und kostengünstig herstellbare Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung zur Reduzierung
von Geräuschemissionen gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders
zweckmäßige Weiterbildungen der Vorrichtung.
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Erfindungsgemäß ist
also eine Vorrichtung vorgesehen, bei welcher der Schalldämpfer
wahlweise koaxial oder exzentrisch zu der Leitung und/oder dem Einlassstutzen
auf der Außenfläche der Gas führenden
Leitung angeordnet ist und durch zumindest einen Rohrleitungsabschnitt
gebildet ist, welcher zu dem Innenraum der Leitung eine offene Verbindung
aufweist. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise
eine wesentliche Reduzierung des erforderlichen Bauraums bei zugleich
verbesserter Schalldämpfung erreicht. In der Praxis ist
lediglich eine geringfügige Vergrößerung
des Innendurchmessers der Leitung bzw. des Einlassstutzens erforderlich.
Dabei ist ein sinnvoller Einsatz sowohl im Bereich der Reinluftstrecke
einer Brennkraftmaschine mit Aufladung, beispielsweise einer Turboaufladung zur
Dämpfung hochfrequenter Druckpulsationen, als auch im Bereich
einer abgasführenden Leitung möglich.
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Dabei
erweist es sich als besonders Erfolg versprechend, wenn der Schalldämpfer
mehrere Rohrleitungsabschnitte aufweist, die jeweils einen definierten
Innendurchmesser, einen definierten Außendurchmesser sowie
eine definierte Länge aufweisen, wobei mehrere, jeweils
in unterschiedlichen Frequenzbereichen wirksame Rohrleitungsabschnitte
in einem einzigen Bauteil integriert werden können. Hierdurch
wird ein optimaler Wirkungsgrad des so über einen weiten
Frequenzbereich wirksamen Schalldämpfers bei zugleich geringem
Platzbedarf erreicht.
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Der
Rohrleitungsabschnitt könnte eine konische Grundform aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn gemäß einer
besonders viel versprechenden Abwandlung der Rohrleitungsabschnitt eine
zylindrische Grundform aufweist. Hierdurch wird eine unerwünschte
Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisse
in dem Schalldämpfer vermieden, sodass der Schalldämpfer
problemlos bei an sich bekannten Konstruktionen eingesetzt und bedarfsweise auch
nachgerüstet werden kann.
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Hierzu
erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Rohrleitungsabschnitt
einen Innendurchmesser aufweist, welcher zumindest der Einlassöffnung
entspricht. Auf diese Weise entspricht also die Querschnittsfläche
des Rohrleitungsabschnittes zumindest der Eintrittsquerschnittsfläche
des Einlassstutzens, sodass unerwünschte Strömungsverluste
vermieden werden.
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Weiterhin
hat sich eine Ausgestaltung als zweckmäßig erwiesen,
bei welcher der Schalldämpfer eine glatte Oberflächenbeschaffenheit
aufweist, sodass sich ein optimales Strömungsprofil einstellt, mit
der Folge, dass der Strömungswiderstand nicht erhöht
wird.
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Der
Schalldämpfer kann einerseits in verschiedenen Positionen
im Verlauf der Leitung angeordnet, andererseits mittels beliebiger
Fixiermittel im Inneren der Leitung positioniert werden. Besonders praxisnah
ist hingegen eine Abwandlung, bei welcher der Schalldämpfer
mittels eines Flansches zwischen dem Einlassstutzen und der Leitung
fixierbar ist. Hierdurch wird kein zusätzliches Fixiermaterial
erforderlich, sodass einerseits die damit verbundenen Kosten vermindert,
andererseits der Montageaufwand reduziert werden können.
Hierzu wird der Flansch anstelle der Leitung auf den Einlassstutzen
aufgeschoben, an welchen dann die Leitung befestigt wird, wodurch zugleich
eine mechanisch belastbare und luftdichte Verbindung erreicht wird.
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Die
Leitung kann als ein formstabiles Rohr ausgeführt sein.
Besonders zweckmäßig ist es hingegen, wenn die
Leitung zumindest abschnittsweise als ein Wellrohr ausgeführt
ist, um so einerseits einen optimalen Längenausgleich beispielsweise
aufgrund thermischer Dehnung oder zum Ausgleich von Schwingungen
zu schaffen, andererseits durch die Beschaffenheit der Innenwandfläche
des Wellrohres einen zusätzlichen Dämpfungseffekt
insbesondere hoher Frequenzen nach dem Reflexionsprinzip zu erreichen.
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Dabei
kann gemäß einer weiteren zielführenden
Ausgestaltung die insbesondere als Wellrohr ausgeführte
Leitung doppelwandig mit einem Innenrohr und einem Außenrohr
ausgestattet sein, wobei das Innenrohr mit Durchbrechungen ausgestattet
ist und das Außenrohr und das Innenrohr einen Ringspalt
einschließen, sodass der Ringspalt als zusätzliche
Resonatorkammer wirkt. Hierzu kann der Ringspalt frei von Dämmstoffen
und damit kostengünstig herstellbar ausgeführt
sein, wobei vorzugsweise eine Verbindung des Innenrohres mit dem
Außenrohr an wenigen Fixierpunkten erfolgt.
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Die
verschiedenen, eine jeweilige Kammer begrenzenden Rohrleitungsabschnitte
könnten in einer Reihenanordnung innerhalb der Leitung
positioniert sein. Besonders Erfolg versprechend ist es hingegen,
wenn der Schalldämpfer mehrere koaxiale, jeweils Ringspalte
einschließende Kammern aufweist, welche jeweils an einem
Endabschnitt mit der Leitung verbunden und an dem gegenüberliegenden Endabschnitt
geschlossen sind. Hierdurch werden die Kammern nicht hintereinander,
sondern übereinander angeordnet, um die erforderliche Baulänge
zu reduzieren. Aufgrund der so realisierten Verschachtelung kann
gegebenenfalls auf eine doppelwandige Ausführung der Leitung
verzichtet werden. Die Rohrleitungsabschnitte können hierzu
auch in einer entsprechend bemessenen radialen Erweiterung der Leitung
angeordnet werden, sodass sich lediglich in einem durch die Länge
des Schalldämpfers bestimmten Bereich eine Erweiterung
des äußeren Umfanges ergibt.
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Eine
ebenfalls besonders praxisnahe Ausgestaltung der Erfindung wird
dann erreicht, wenn die Leitung als ein Schlauch ausgeführt
ist, sodass ein problemloser Einbau auch bei einem vergleichsweise geringen
Einbauraum ermöglicht wird.
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Die
Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu.
Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in
der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in
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1 eine
Schnittdarstellung einer einen Schalldämpfer aufweisenden
Vorrichtung zur Reduzierung von Geräuschemissionen;
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2 in einer Prinzipdarstellung verschiedene
Varianten eines durch Rohrleitungsabschnitte gebildeten Schalldämpfers;
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3 in einer Prinzipdarstellung die wirksame
Länge verschiedener Varianten des Schalldämpfers.
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1 zeigt
in einer geschnittenen Ansicht eine Vorrichtung 1 zur Reduzierung
der im Betrieb auftretenden Geräuschemissionen in einer
zur Luftführung bestimmten Leitung 2 einer nicht
weiter dargestellten Brennkraftmaschine. Die Leitung 2 ist
mit einem eine Einlassöffnung 3 aufweisenden Einlassstutzen 4 einer
als Abgasturbolader ausgeführten Aufladevorrichtung 5 verbunden.
Dabei ist die Leitung 2 als ein flexibler Wellschlauch
ausgeführt, um so zugleich einen Ausgleich von im Betrieb
auftretenden Vibrationen oder Längenänderungen
zu ermöglichen und zugleich durch die erhöhte
Schallreflexion im Inneren eine verbesserte Schalldämpfung
zu erreichen. Weiterhin nimmt die Leitung 2 in ihrem Inneren
einen koaxial zu der Leitung 2 angeordneten Schalldämpfer 9 derart
auf, dass dessen Rohrleitungsabschnitte 6, 7, 8 zu
einer Innenwandfläche 10 der Leitung 2 beabstandet
sind. An ihrem der Aufladevorrichtung 5 gegenüberliegenden
Ende ist die Leitung 2 mit einem Stutzen 11 eines
Luftfilterflansches 12 verbunden. Der jeweilige Innendurchmesser
der Rohrleitungsabschnitte 6, 7, 8 entspricht
dabei zumindest der Einlassöffnung 3 der Aufladevorrichtung 5.
In einer nicht gezeigten Bauform ist der Dämpfer aus zwei
ineinanderliegenden Rohren, vorzugsweise Wellrohren, gebildet, wobei
das innenliegende Rohr mehrere Durchbrüche aufweist, die
eine definierte Verbindung des Ringspalts zum Innenrohr ergeben.
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In
der 2 sind verschiedene Bauformen mehrerer
durch Rohrleitungsabschnitte 13, 14, 15, 16 gebildete
Schalldämpfer 17, 18 dargestellt. Dabei ist
eine einfache, in der 2a gezeigte Bauform durch einen
einzelnen Rohrleitungsabschnitt 13 gebildet, welcher mittels
eines Steges 19, welcher in einer von der Mitte der Längserstreckung
abweichenden Position angeordnet ist, mit der Innenwandfläche 10 der
Leitung 2 verbunden ist. Eine ähnliche Bauform
zeigt die 2b, bei welcher der Rohrleitungsabschnitt 13 in
einer radialen Erweiterung 20 der Leitung 2 angeordnet
ist, um so den freien Strömungsquerschnitt nicht zu vermindern.
Wie in der 2c zu erkennen ist, weist der
Schalldämpfer 18 mehrere koaxiale, jeweils durch
Ringspalte gebildete Kammern 21, 22, 23 auf,
deren Rohrleitungsabschnitte 14, 15, 16 jeweils
in einem ersten Endabschnitt mit der Leitung 2 verbunden
und an dem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt geschlossen
sind.
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In
der 3 ist in einer Prinzipdarstellung
die jeweilige wirksame Länge L, L1,
L2 verschiedener Bauformen des Schalldämpfers
dargestellt, wobei die in den 3a, 3b und 3c gezeigten Bauformen
koaxiale Anordnungen der Rohrleitungsabschnitte zeigen. Demgegenüber
ist in der 3d eine tangentiale Anordnung
von drei um einen zentralen Bereich der Leitung angeordneten Rohrleitungsabschnitten
mit der jeweils wirksamen Länge L1,
L2, L3 gezeigt.
Hierbei kann es sich um sogenannte λ/4-Rohre handeln, d.
h. diese weisen ein Viertel der Wellenlänge der bevorzugt
zu dämpfenden Geräusche auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19943246
A1 [0006]
- - DE 3531353 A1 [0007]
- - DE 9015414 U1 [0008]
- - DE 7827573 U [0009]
- - DE 3943248 A1 [0010]
- - DE 19504223 A1 [0011]
- - EP 1469186 A2 [0012]
- - DE 102004002762 B4 [0013]
- - DE 3830346 A1 [0014]