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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen U.S.-Anmeldung Ser.-Nr. 61/247,439, eingereicht am 30. September 2009.
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Hintergrund
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Entwicklung betrifft einen Resonator und die zugehörigen Einbauten in einem Einlass eines Verbrennungsmotors, um von einem Ansaugkompressor erzeugtes Geräusch zu dämpfen, und ein Verfahren zum Herstellen des Resonators.
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2. Technischer Hintergrund
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Der Kompressorabschnitt eines Kraftfahrzeugturboladers erzeugt ein unerwünschtes Geräusch hoher Frequenz. Ein Rohrschalldämpfer oder Resonator wird typischerweise vorgesehen, um solche Frequenzen zu dämpfen. Diese akustischen Vorrichtungen bestehen bekanntermaßen aus einem Metallrohr mit einem in das Rohr eingepressten Metalleinsatz. Der Resonator ist zwischen dem Kompressor und dem Motor in ein Rohr geklemmt oder geschweißt. Solche Verbindungsstellen sind für Lecks und mechanische Defekte anfällig. Ferner lässt der Presssitz zwischen dem Rohr und dem Einsatz ein gewisses Lecken zu und sieht somit weniger erwünschte Dämpfungseigenschaften vor. Weiterhin weist die mit dem Resonator gekoppelte Metallverrohrung beschränkte Biegsamkeit auf und bringt Probleme beim Einbau in einen Motorraum eines Fahrzeugs mit sich.
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Zusammenfassung
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Um zumindest ein Problem des Stands der Technik anzugehen, wird ein Resonator offenbart, der einen Hülseneinsatz umfasst, der an einem ersten und zweiten Ende der Innenhülse mit einem Außenrohr abdichtend verbunden ist. Der Hülseneinsatz weist bei einem ersten axialen Abstand entlang des Hülseneinsatzes eine erste Öffnung, bei einem zweiten axialen Abstand entlang des Hülseneinsatzes eine zweite Öffnung und eine sich radial nach außen erstreckende Rippe auf. Die Rippe befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Öffnung. Das Außenrohr ist an der Rippe ebenfalls abdichtend mit dem Hülseneinsatz verbunden.
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Der Resonator weist einen zwischen dem Hülseneinsatz und dem Außenrohr an einer Stelle nahe der ersten Öffnung ausgebildeten ersten kranzförmigen Hohlraum und einen zwischen dem Hülseneinsatz und dem Außenrohr an einer Stelle nahe der zweiten Öffnung ausgebildeten zweiten kranzförmigen Hohlraum auf. Der erste Hohlraum ist mittels der ersten Öffnung oder mittels der ersten Öffnungen mit dem Hülseneinsatz fluidverbunden. Der zweite Hohlraum ist mittels der zweiten Öffnung oder mittels der zweiten Öffnungen mit dem Hülseneinsatz fluidverbunden.
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In einer Ausführungsform dichtet das Außenrohr mit dem Hülseneinsatz mittels O-Ringen ab, die an dem Hülseneinsatz nahe dem ersten und zweiten Ende positioniert sind. In manchen Ausführungsformen weist der Hülseneinsatz Nute auf, in die die O-Ringe gesetzt sind.
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In manchen anderen Ausführungsformen ohne O-Ringe weist der Hülseneinsatz Widerhaken an beiden Enden des Hülseneinsatzes auf, um zusätzliche Fläche vorzusehen, um das Verbinden zwischen dem Hülseneinsatz und dem Außenrohr zu erleichtern. Die Rippe weist in manchen Ausführungsformen ein spitzes Ende auf, um mit dem Außenrohr zu greifen, um eine robuste Verbindung zu fördern. In manchen Ausführungsformen ist durch Merkmale, die oben auf der Oberfläche sitzen, wie X, Punkte, Kreise oder jedes andere geeignete Merkmal, eine größere Fläche zum Fördern einer Verbindung zwischen dem Hülseneinsatz und dem Außenrohr vorgesehen. Die Rippe unterscheidet sich von einem Widerhaken dadurch, dass sich die Rippe von dem Hülseneinsatz um mindestens den 0,1-fachen Durchmesser des Hülseneinsatzes nach außen erstreckt; wogegen die Widerhaken kleinere sich nach außen erstreckende Erhebungen sind, die hauptsächlich vorgesehen sind, um die Kontaktfläche zu vergrößern. Die Rippe erstreckt sich um weniger als den Innendurchmesser des Hülseneinsatzes von dem Hülseneinsatz nach außen. In der Ausführungsform, in der der Hülseneinsatz eine Platte ist, erstreckt sich die Rippe bei einem Abstand weg von der Platte, der kleiner als ein Innendurchmesser des Außenrohrs ist. Dieser Innendurchmesser ist an einer Stelle fern der Stelle, an der die Platte eingebaut ist, definiert. Der Betrag, um den sich die Rippe von dem Hülseneinsatz erstreckt, hängt von der Größe der Hohlräume ab. Wenn der Hohlraum groß ist, wird ein weiteres Ausblasen des Außenrohrs veranlasst, um den Hohlraum zu erzeugen, und die Rippe erstreckt sich nach außen, um das Außenrohr an der Stelle zwischen den beiden Hohlräumen zu berühren. Durch Aufweisen einer Rippe auf dem Hülseneinsatz wird der Biegeradius an dem Außenrohr beträchtlich reduziert.
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Die Rippe bietet durch weitgehendes Verhindern eines Quetschens des Außenrohrs, wenn das Außenrohr durch die Form gepresst wird, um die Rippe des Hülseneinsatzes zu berühren, einen Vorteil. Dies verhindert Dehnen, Faltenbildung und/oder Rissbildung des Vorformlings bei Pressen in den Hülseneinsatz zwischen der ersten und der zweiten Öffnung.
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Der erste und der zweite Hohlraum sind an einer Seite der Rippe in der Nähe der ersten und zweiten mehreren Öffnungen in dem Hülseneinsatz ausgebildet. In einer Ausführungsform sind die Hohlräume von in etwa kranzförmigem Querschnitt. In einer anderen Ausführungsform ist eine Außenkante mindestens eines der Hohlräume nichtkreisförmig, um Einbau zu erleichtern. Es kann zum Beispiel vorteilhaft sein, einen Teil des Resonators eng gegen eine Innenwand sitzen zu lassen und somit eine flache Fläche zu haben.
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Im Kontext eines Lufteinlasssystems für einen Verbrennungsmotor kann der Resonator in manchen Ausführungsformen mit einer biegsamen Manschette verbunden sein, die mit einem Auslass des Kompressors verbunden ist. Alternativ kann der Resonator mittels einer biegsamen Manschette oder eines anderen geeigneten Verbindungsstücks mit einem Einlass des Kompressors verbunden sein.
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Um mindestens ein Problem aus dem Stand der Technik zu lösen, umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Resonators gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung das Setzen eines Hülseneinsatzes auf eine Vorrichtung in einer offenen Form einer Blasformeinrichtung. In einer Ausführungsform ist ein Blasdorn in die Vorrichtung integriert. Als Nächstes wird ein Vorformling über die gesamte Länge des Hülseneinsatzes geschoben. Die Form wird über den Vorformling gespannt und es wird Luft durch den Blasdorn in den Hülseneinsatz geblasen. Die Form quetscht den Vorformling an drei axialen Quetschpunkten in den Hülseneinsatz. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung keinen Blasdorn. Stattdessen ist der Blasdorn Teil der Formeinrichtung. In manchen Ausführungsformen wird der Hülseneinsatz nahe den drei Quetschpunkten erhitzt, um ein Anhaften zwischen dem Hülseneinsatz und dem Vorformling zu fördern. In anderen Ausführungsformen wurde kein Vorerhitzen verwendet und Abdichten wurde mittels mechanischen Eingriffs verwirklicht. In einer alternativen Ausführungsform wird vor dem Schieben des Vorformlings über den Hülseneinsatz ein O-Ring nahe einem oder mehreren der Quetschpunkte auf dem Hülseneinsatz auf den Hülseneinsatz gesetzt. Wenn der Resonator kühl genug ist, wird er durch Öffnen der Form freigegeben. Der Resonator umfasst den Hülseneinsatz und den Vorformling.
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In manchen Ausführungsformen wird der Hülseneinsatz durch einen Spritzgießprozess erzeugt. Der Hülseneinsatz ist im Allgemeinen als Rohr geformt und weist bei einem ersten axialen Abstand mindestens eine Öffnung in einer Seitenwand des Rohrs und bei einem zweiten axialen Abstand mindestens eine Öffnung in der Seitenwand auf. In manchen Ausführungsformen weist der Hülseneinsatz erste mehrere Öffnungen bei einem ersten Abstand entlang des Hülseneinsatzes, zweite mehrere Öffnungen bei einem zweiten Abstand entlang des Hülseneinsatzes, eine sich von dem Hülseneinsatz an einer Stelle zwischen den ersten und zweiten mehreren Öffnungen radial nach außen erstreckende Rippe und mindestens einen sich von dem Hülseneinsatz nahe einem ersten Ende des Hülseneinsatzes nach außen erstreckenden Widerhaken und mindestens einen sich von dem Hülseneinsatz an einem zweiten Ende des Hülseneinsatzes nach außen erstreckenden Widerhaken auf. Das Aufspannen der Form bewirkt ein Verbinden des Vorformlings mit dem Hülseneinsatz an drei Stellen: dem Widerhaken an dem ersten Ende der Einsatzhülse, dem Widerhaken am zweiten Ende der Einsatzhülse und der Rippe. In manchen Ausführungsformen sind die ersten und zweiten mehreren Öffnungen Schlitze.
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In manchen Ausführungsformen besteht der Hülseneinsatz aus einem Kunststoffmaterial mit einer höheren Schmelztemperatur als der des Kunststoffmaterials, aus dem der Vorformling hergestellt ist. Alternativ weisen die beiden ähnliche Schmelztemperaturen auf. Ein Vorteil der höheren Schmelztemperatur des Hülseneinsatzes ist, dass er seine Form während des Formens des Vorformlings über den Hülseneinsatz behält. Ein Vorteil, dass die beiden ähnliche Schmelztemperaturen aufweisen, liegt darin, dass der Hülseneinsatz mit dem Vorformling während des Aufformprozesses schmilzt und somit anhaftet. In manchen Ausführungsformen weisen die beiden Materialien einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten auf.
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Ein Vorteil gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung ist, dass aufgrund des Schiebens des Vorformlings über die gesamte Länge des Hülseneinsatzes die Verbindungen zwischen den beiden innen im Vorformling (oder Außenrohr) sind. Wenn sich Probleme mit der Abdichtung ergeben, kommt es daher zu keinem Lecken nach außen.
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Ein anderer Vorteil gemäß manchen Ausführungsformen besteht darin, dass durch Vorerhitzen des Hülseneinsatzes in der Nähe der Verbindungspunkte das Material auf seinen Schmelzpunkt gebracht wird, so dass der Vorformling und der Hülseneinsatz bei Einspannen durch die Form miteinander verschweißen. Dies sieht eine bessere Abdichtung als ein Presssitz vor.
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Gemäß manchen Ausführungsformen besteht ein weiterer Vorteil darin, dass ein Kunststoffrohr zu einem engeren Radius gebogen werden kann als ein Metallrohr. Der Resonator kann mit Rohren an einem oder beiden Enden mit relativ engen Biegungen gebildet werden, um Einbau zu erleichtern. Durch Bilden eines Resonators mit integralen Rohren wird die Anzahl an Verbindungen minimiert. Verbindungen können möglicherweise lecken oder defekt werden. Verbindungen erfordern eine Schelle oder einen Prozess wie eine Schweißnaht, um die zu verbindenden beiden Rohre zu koppeln. Weniger Verbindungen senken die Kosten und erhöhen die Zuverlässigkeit des Rohrsystems.
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Ein Resonator kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen einzigen Hohlraum aufweisen, der sich bei einem Abstand von einem Resonatorende befindet. In vielen Anwendungen wird aber der Bereich von Kompressorheulfrequenzen, die zu Unzufriedenheit des Kunden führen, durch einen einzelnen Hohlraum nicht ausreichend gedämpft. Es können zwei Hohlräume vorgesehen werden, wovon ein erster sich bei einem ersten Abstand entlang des Hülseneinsatzes und ein zweiter bei einem zweiten Abstand befindet. Weiterhin weisen Öffnungen, die den Hülseneinsatz mit dem ersten Hohlraum fluidverbinden, eine andere Geometrie auf als Öffnungen, die den zweiten Hohlraum mit dem Hülseneinsatz fluidverbinden. Der erste Hohlraum dämpft Frequenzen primär an einer Seite des Frequenzbereichs, und der zweite Hohlraum dämpft Frequenzen primär an der anderen Seite des Frequenzbereichs. Die vorliegende Offenbarung kann auf drei oder mehr Hohlräume ausgeweitet werden, um über einem breiten Bereich von Frequenzen eine noch effektivere Geräuschdämpfung vorzusehen.
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Es ist üblich, einen Resonator stromabwärts des Kompressors vorzusehen. Alternativ kann Geräusch durch das Anordnen des Resonators stromaufwärts des Kompressors gedämpft werden.
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In einer Ausführungsform ist der Kompressor ein Teil eines Turboladers. Der Turbolader nimmt den Kompressor und eine Abgasturbine auf, die mittels einer Welle gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen ist der Kompressor ein Lader, der mittels einer Kupplung oder eines Riemens vom Motor mit einer Abtriebswelle des Motors verbunden ist. Der Kompressor kann von jeder geeigneten Art sein.
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Ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass durch das Blasformen des Vorformlings über den Hülseneinsatz die Hohlräume – in Ausführungsformen mit mehreren Hohlräumen – voneinander an der Außenfläche des Hülseneinsatzes abgedichtet sind. Es hat sich gezeigt, wie bezüglich 15 beschrieben werden wird, dass die Geräuschdämpfung verbessert wird, wenn verglichen mit einem System, bei dem die Innenhülse in das Außenrohr eingepresst ist, d. h. die Oberflächen aneinander anliegen, aber keine Dichtung vorsehen, die Hohlräume voneinander abgedichtet werden.
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Durch Herstellen des Resonators aus Kunststoff statt aus Metall wird das Gewicht des Resonators von etwa 200 Gramm auf etwa 125 Gramm reduziert (bei einem Prototypresonator). Ein Resonator aus tatsächlicher Produktion wird wahrscheinlich weniger als 125 Gramm wiegen, wenn er optimiert ist, um die minimal erforderlichen Wandstärken vorzusehen. Zusätzlicher Gewichtsverlust wird bei einem Rohrsystem mit einem Kunststoffresonator verwirklicht, da die stromaufwärts und stromabwärts befindlichen Rohre ebenfalls aus Kunststoffteilen bestehen. Weiterhin können die Kunststoff/Kunststoff-Verbindungen, beispielweise zwischen dem Resonator und den Rohren, mit denen er verbunden ist, durch Schweißen oder Aufformen verwirklicht werden, was die Notwendigkeit einer Schelle umgeht, wie sie bei Metallresonatorsystemen verwendet wird.
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Die Kosten des Kunststoffteils liegen bei etwa der Hälfte derer eines vergleichbaren Teils aus Metall. Durch Verzicht auf die Schellen beim Rohrsystem gibt es weitere Einsparungen bei der Stückzahl und den Arbeitskosten.
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Das Rohrsystem umfasst gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (von stromaufwärts nach stromabwärts): einen Kompressor, eine biegsame Manschette, ein stromaufwärts befindliches Rohr, einen Resonator, ein stromabwärts befindliches Rohr und einen Zwischenkühler. Das Rohrsystem mit einem Metallresonator umfasst die gleichen Elemente mit Ausnahme eines stromaufwärts befindlichen Rohrs. Die biegsame Manschette in dem System mit dem Metallresonator ist viel länger als die biegsame Manschette gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung, da engere Biegungen in dem System an der stromaufwärts befindlichen Seite des Resonators in die biegsame Manschette aufgenommen werden müssen, da ein Metallrohr nicht sehr eng gebogen werden kann. Wie offenbart kann die biegsame Manschette kurz sein, und die verbleibende Länge stromaufwärts des Resonators wird von dem stromaufwärts befindlichen Rohr eingenommen. Dies verringert Systemgewicht und Kosten. In manchen Ausführungsformen ist das stromaufwärts befindliche Rohr integral mit dem Resonator ausgebildet. Weiterhin kann ein Teil oder das gesamte stromabwärts befindliche Rohr mit dem Resonator integral ausgebildet sein.
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Der Einbau kann bei Motorräumen mit Turboladern und den zugehörigen Einbauten äußerst schwierig sein. Ein anderer Vorteil des Verwendens eines Kunststoffresonators liegt darin, dass der Resonator problemlos ohne radiale Symmetrie gebildet werden kann. Der Resonator umfasst einen Hülseneinsatz und ein blasgeformtes Rohr. Das blasgeformte Rohr weist zwei sich nach außen erstreckende Wölbungen auf, was Hohlräume zwischen dem Hülseneinsatz und dem blasgeformten Rohr ausbildet. Diese Wölbungen können insbesondere schwierig einzubauen sein. Die Form, in die der Vorformling gesetzt wird, um das blasgeformte Rohr zu bilden, kann aber an einer Seite flach sein. Durch Formen einer flachen Fläche an einer Seite kann der Resonator an einer flachen Oberfläche anliegen. Ein anderes nicht einschränkendes Beispiel könnte darin bestehen, die Wölbungen in dem Resonator mit quadratischem Querschnitt zu fertigen und an der Mitte der Seiten des Quadrats Linienkontakt mit dem Hülseneinsatz herzustellen. In einem solchen Beispiel stellt jede Wölbung vier Hohlräume dar, die sich an den Punkten des Quadrats nach außen erstrecken.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Abschnitt eines Motors, der den Turbolader und zu einem Metallresonator gehörige Rohrleitungen zeigt;
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2 zeigt einen Abschnitt eines Motors, der den Turbolader und zu einem Kunststoffresonator gehörige Rohrleitungen zeigt;
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3 ist ein Hülseneinsatz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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4 ist ein Querschnitt eines Hülseneinsatzes mit einem über den Hülseneinsatz blasgeformten Außenrohr gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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5 ist ein Detail der Anschlussverbindung zwischen dem Hülseneinsatz und dem blasgeformten Rohr von 4;
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6 ist ein Hülseneinsatz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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7 ist ein Querschnitt durch einen Hülseneinsatz mit einem über den Hülseneinsatz blasgeformten Außenrohrs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die Abdichtung unter Verwenden von O-Ringen verwirklicht ist;
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8 ist ein Detail der Anschlussverbindung zwischen dem Hülseneinsatz und dem blasgeformten Rohr von 7;
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9 und 10 sind Schnitte eines Resonators in der Nähe der Öffnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
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11A ist eine Ansicht, die einen Schnitt einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wobei der Hülseneinsatz eine Wand ist;
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11A ist ein alternativer Schnitt der in 11A gezeigten Ausführungsform;
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12 und 13 sind schematische Darstellungen eines Blasformprozesses, durch den ein Resonator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden kann;
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14 ist ein Flussdiagramm zum Herstellen eines Resonators; und
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15 ist ein Graph der Geräuschdämpfung als Funktion von Frequenz für drei Resonatorkonstruktionen.
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Eingehende Beschreibung
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Wie der Durchschnittsfachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale der Ausführungsformen, die unter Bezug auf eine der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um alternative Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Merkmalskombinationen sehen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen vor. Es können aber verschiedene Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale, die mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung im Einklang stehen, für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein. Der Durchschnittsfachmann kann ähnliche Anwendungen oder Umsetzungen, die mit der vorliegenden Offenbarung im Einklang stehen, erkennen, z. B. solche, bei denen Komponenten in einer etwas anderen Reihenfolge als in den Ausführungsformen in den Figuren gezeigt angeordnet sind. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung auf andere Anwendungen oder Umsetzungen angewendet werden können.
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In 1 ist ein Metallresonator 10 und ein Rohrsystem 12 gezeigt. Ein Turbolader 14 umfasst einen Kompressor 16 und eine Abgasturbine 18 in einem einzigen Gehäuse. Die Abgasturbine 18 wird durch Abgase angetrieben, die aus einem Zylinderkopf 20 austreten und durch einen Abgaskrümmer 22 einer Abgasturbine 18 geleitet werden. Dem Kompressor 16 wird durch einen Kompressoreinlass 24 Frischluft geliefert. Der Kompressor 16 leitet verdichtete Luft aus einem Kompressorauslass 26 heraus und dann in manchen Ausführungsformen durch einen (nicht gezeigten) Zwischenkühler, bevor sie in einen (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor eindringt. Die Einbauten zwischen dem Kompressor 16 und dem Zwischenkühler umfassen: eine biegsame Manschette 28, die durch eine Schelle 30 mit dem Kompressorauslass verbunden ist, den Metallresonator 10, der durch eine Schelle 32 mit der biegsamen Manschette 28 verbunden ist, ein stromabwärts befindliches Metallrohr 34, das mittels einer Schweißverbindung 36 mit dem stromabwärts befindlichen Metallrohr verbunden ist. Das in 1 gezeigte Beispiel umfasst einen biegsamen Schlauch 38 direkt stromaufwärts des Zwischenkühlers, das zwei zusätzliche Schellen 40 und 42 umfasst. In 1 ist die stromabwärts befindliche Seite des Resonators 10 durch die Schweißverbindung 36 mit dem Metallrohr 34 an der stromabwärts befindlichen Seite verbunden. In manchen Anwendungen ist es wünschenswert, ein stromabwärts befindliches Kunststoffrohr an Stelle des Metallrohrs 34 einzubauen, um Gewicht und Kosten des Rohrsystems 12 zu verringern. Hierfür wird aber ein kurzer Abschnitt eines biegsamen Schlauchs verwendet, um ein Kunststoffrohr mit dem Resonator 10 zu verbinden, was das System um zwei zusätzliche Schellen erweitern würde.
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Eine Ausführungsform der Offenbarung ist in 2 gezeigt, in der ein Resonator 44 aus Kunststoff Teil eines Rohrsystems 46 zwischen dem Kompressorauslass 26 und einem (nicht gezeigten) Zwischenkühler ist. In der Ausführungsform von 2 ist eine biegsame Manschette 48 zwischen dem Kompressorauslass 26 und dem Resonator 44 eingebaut. Der Resonator 44, der aus Kunststoff besteht, weist eine Biegung 50 in der stromaufwärts liegenden Seite auf. Da der Resonator 44 aus Kunststoff geformt ist, kann die Biegung 50 integral mit dem Resonator 44 gebildet werden. Ein Metallresonator kann dagegen nicht so eng gebogen werden. Folglich ist die biegsame Manschette 48 erheblich kürzer als die biegsame Manschette 48 von 1. Schellen 52 und 54 werden verwendet, um die biegsame Manschette 48 zwischen dem Kompressorauslass 26 und dem Resonator 44 zu verbinden. Der Resonator 44 ist näher an dem Kompressorauslass 26 als der Resonator 10 von 1 eingebaut. Es gibt weitere Vorteile beim Ersetzen eines Großteils der Länge der biegsamen Manschette durch Kunststoff: verringertes Gewicht und verringerte Kosten.
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In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist ein stromabwärts befindliches Rohr 56 durch eine Verbindung 58 mit dem Resonator 44 gekoppelt. Die Verbindung 58 ist nicht vom Rohr 56 und dem stromabwärts befindlichen Abschnitt des Resonators 44 unterscheidbar, da die Verbindung zum Beispiel durch Reibschweißen oder Aufformen gebildet ist, was die Notwendigkeit eines Schellensystems umgeht. Alternativ ist der Resonator 44 in normaler Weise unter Verwendung eines Schellensystems eingebaut. Abhängig von der Anwendung und den Einbaubeschränkungen erstreckt sich der Resonator 44 in einer anderen Ausführungsform von der biegsamen Manschette 48 zu einem biegsamen Schlauch 60. Der biegsame Schlauch 60 weist eine stromaufwärts befindliche Schelle 62 und eine stromabwärts befindliche Schelle 64 auf, die an den Zwischenkühler anschließen.
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Die biegsame Manschette 48 von 2 ist erheblich kürzer als die biegsame Manschette 28 von 1. Dies liegt daran, dass das stromaufwärts befindliche Kunststoffrohr, das mit der biegsamen Manschette 48 verbunden ist, eine erhebliche Biegung umfasst. Ein Metallrohr kann nicht so leicht in einer solch engen Biegung gebogen werden, ohne eine Verformung zu erfahren, die ein Strömen beschränken würde. Es ist möglich, ein System mit einer kurzen biegsamen Manschette gefolgt von einem Kunststoffrohr und dann einem Metallresonator zu haben. Dies erfordert aber zusätzliche Schellen und Verbindungsabschnitte, die für Lecken anfällig sind. Somit ist das Rohrsystem 46 gegenüber dem Rohrsystem 12 zum Verringern der Länge der biegsamen Manschette und/oder Minimieren von Klemmverbindungen vorteilhaft.
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Ein Hülseneinsatz 70, wie er in 3 gezeigt ist, weist eine rohrförmige Wand mit einer Rippe 72 auf, die sich von der Wand radial nach außen erstreckt. An einer Seite der Rippe 72 befinden sich erste mehrere Öffnungen 74, die bei einem ersten Abstand D1 von einem Ende 75 des Hülseneinsatzes 70 um den Umfang des Hülseneinsatzes 70 positioniert sind. An der anderen Seite der Rippe 72 befinden sich zweite mehrere Öffnungen 76 bei einem zweiten Abstand D2 von dem Ende 75 des Hülseneinsatz 70 um den Umfang des Hülseneinsatzes 70. Die Öffnungen 74 und 76 weisen Höhen H1 und H2 auf. Die Höhen der Öffnungen beeinflussen die Dämpfungseigenschaften des Resonators 70, insbesondere die Frequenzbereiche, die der Resonator 70 dämpft. Die Auslegung der Öffnungen 74 und 76 beruht auf der Anwendung, bei der der Resonator eingesetzt wird. Bei Kraftfahrzeuganwendungen wird aber ein Bereich von 5 bis 25 mm erwartet, wobei die Öffnungen 74 und 76 von unterschiedlicher Höhe sind. Bei manchen Ausführungsformen werden bei drei Vielzahlen von Öffnungen drei unterschiedliche Höhen vorgesehen. Zwischen den Öffnungen vorgesehene Brücken 78 und 80 sind groß genug, um eine erwünschte Festigkeit des Hülseneinsatzes 70 beizubehalten und eine ausreichende Kanalfläche vorzusehen, um Materialfluss während des Spritzgießprozesses zu ermöglichen. Widerhaken 82 und 84 sind an der Außenfläche des Hülseneinsatzes 70 vorgesehen, um eine größere Fläche vorzusehen, wenn ein blasgeformtes Rohr mit einem Hülseneinsatz 70 in dem Bereich der Widerhaken 82 und 84 aufgeformt wird. Die Rippe 72 kann ein spitzes Ende aufweisen, um eine sicherere Verbindung mit dem blasgeformten Rohr (in 3 nicht gezeigt) vorzusehen, als andernfalls mit einem quadratischen Ende an der Rippe 72 ausgebildet werden könnte.
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In 4 ist ein Querschnitt des Hülseneinsatzes 70 mit blasgeformtem Rohr 86 über dem Hülseneinsatz 70 gezeigt. Erste und zweite Hohlräume 90 und 88, die in 4 im Querschnitt gezeigt sind, bilden Tori um den Hülseneinsatz 70. Die Form und das Volumen der Hohlräume 90 und 88 zusammen mit der Öffnungsgeometrie beeinflussen die Dämpfungseigenschaften des Resonators. In manchen Ausführungsformen weisen die Hohlräume unterschiedliche Volumina auf; in anderen Ausführungsformen sind die die Hohlräume vom Volumen im Wesentlichen ähnlich. Bei Kraftfahrzeuganwendungen wird erwartet, dass die Volumina in dem Bereich von 10 bis 250 Kubikzentimeter liegen, mit einem typischen bei etwa 50 Kubikzentimeter. Die Spitze der Rippe 72 bildet eine Abdichtung mit einer Innenfläche des blasgeformten Rohrs 86. Das blasgeformte Rohr 86 schließt nahe beiden Enden des Hülseneinsatzes 70 in dem Bereich der Widerhaken (in 4 nicht so leicht erkennbar) an den Hülseneinsatz 70 an. Ein Detail eines Teils des Hülseneinsatzes 70 und des blasgeformten Rohrs 86, dort wie sie verbunden sind, ist in 5 gezeigt. Das blasgeformte Rohr 86 bindet an den Hülseneinsatz 70 an Widerhaken 84 an dem Hülseneinsatz 70 an. Wie in 5 gezeigt schmelzen der Hülseneinsatz 70 und das blasgeformte Rohr 86 miteinander und bilden einen Schweißabschnitt 89. Ein Detail der Verbindung zwischen Rippe 72 und dem blasgeformten Rohr ist in 6 gezeigt. Ein spitzes Ende an der Rippe 72 erleichtert die Verbindung zwischen den zwei Elementen in 6. In der in 6 gezeigten Ausführungsform ist das Ende der Rippe 72 spitz und bildet eine Schweißverbindung 92.
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Unter erneutem Bezug auf 4 weist ein Außenrohr 86 des Hülseneinsatzes 44 an einem Ende einen Widerhaken 93 auf. In einer Ausführungsform erleichtert der Widerhaken die Verbindung mit einem biegsamen Verbindungsstück, das in dieser Figur nicht gezeigt ist.
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In 7 ist ein alternativer Hülseneinsatz 94 gezeigt, der keine Rippe oder Widerhaken umfasst. Der Hülseneinsatz 94 weist Öffnungen 96 und 98 und Brücken 100 und 102 zum Aufrechterhalten der Lagerung des Hülseneinsatzes 94 auf. In dieser Ausführungsform sind O-Ringe 104, 106 und 108 auf der Außenfläche des Hülseneinsatzes 94 in Nuten an der Fläche des Hülseneinsatzes 94 eingesetzt angebracht (in 7 aufgrund von O-Ringen in Nuten nicht sichtbar). In 8 ist ein blasgeformtes Rohr 110 im Querschnitt gezeigt, das mit dem Hülseneinsatz 94 verbunden ist, um einen Resonator 112 zu bilden. Der erste und zweite Hohlraum 114 und 116 sind hinter den Öffnungen 96 und 98 ausgebildet. Bei dem Herstellungsprozess wird ein blasgeformtes Rohr 110 in den Bereichen von O-Ringen 104, 106 und 108 in den Hülseneinsatz 94 gequetscht, um den ersten und zweiten Hohlraum 114 und 116 abzudichten, so dass von dem Inneren des Hülseneinsatzes 94 zu dem ersten und zweiten Hohlraum 114 und 116 nur durch die Öffnungen 96 bzw. 98 Fluidverbindung vorgesehen wird. Ein Vorteil des Hülseneinsatzes 94 gegenüber dem Hülseneinsatz 70 ist, dass das Nutzen von O-Ringen zum Vorsehen der Abdichtung nicht von dem Erreichen von Temperaturen in dem Hülseneinsatz und dem blasgeformten Rohr abhängig ist, um eine Bindung zu verbessern. Jedoch erhöhten O-Ringe die Kosten und müssen in Nute eingesetzt werden. Ein Vorteil des Resonators 44 gegenüber dem Resonator 112 ist, dass das blasgeformte Rohr 86 Biegungen viel größeren Radius aufweist als das blasgeformte Rohr 110. Bei Biegungen mit engem Radius besteht das Problem, dass ein Verdünnen der Wände des blasgeformten Rohrs 110 auftreten kann. Eine Lösung liegt darin, den ersten und zweiten Hohlraum 114, 116 weiter auseinander zu bewegen, so dass die Biegungen weniger aggressiv sind, mit dem damit einhergehenden Nachteil, dass es den Resonator in dem Bereich der Wölbungen für die Hohlräume verlängert. Eine andere Lösung besteht darin, die Wand des blasgeformten Rohrs zu verdicken, um sicherzustellen, dass sie in dem Bereich mit den Biegungen mit engem Radius dick genug ist, aber mit dem Nachteil von Materialkosten und Bauteilgewicht.
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Ein Vorteil einer Kunststoffeinsatzhülse und eines blasgeformten Kunststoffrohrs liegt darin, dass die Ausdehnungseigenschaften der beiden nahezu identisch sind. In alternativen Ausführungsformen kann der Kunststoffhülseneinsatz durch Blasformen, Spritzgießen oder maschinelles Bearbeiten hergestellt werden. Spritzgießen führt zu einem Teil mit engeren Toleranzen als bei Blasformen. Beim Blasformen können maschinelle Schritte genutzt werden, um das erwünschte Innenmaß zu erhalten und die Öffnungen in den Wänden vorzusehen. Es ist aber schwierig, alle Rückstände der maschinellen Bearbeitung vollständig zu entfernen. Solche Rückstände könnten bei Saugen in den Motor Beschädigung hervorrufen.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die Einsatzhülse aus einem Metall gebildet, das die gleichen Wärmeausdehnungseigenschaften des Außenrohrs haben kann.
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9 zeigt einen Schnitt durch einen Resonator 120 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Das blasgeformte Rohr 122 weist darin einen Hülseneinsatz auf. Da der Schnitt durch die Öffnungen 124 genommen ist, ist nur ein Teil der Brücken 126 des Hülseneinsatzes gezeigt. Das blasgeformte Rohr 122 ist im Wesentlichen kreisförmig, so dass der Hohlraum 128 in dem in 9 gezeigten Schnitt im Wesentlichen kranzförmig ist. In 10 ist eine alternative Ausführungsform eines Resonators 130 gezeigt, bei der ein blasgeformtes Rohr 132 an einer Seite flach ist, so dass eine der Brücken 136 das blasgeformte Rohr 132 berührt. Der sich ergebende Hohlraum 138 ist nicht länger symmetrisch. Die in 9 und 10 gezeigten Beispiele sind nur zwei solche Beispiele. Es kann ein Rohr mit einem Querschnitt mit zwei flachen Seiten, eine oval und eine quadratisch, oder mit einer beliebigen geeigneten Form verwendet werden.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Hülseneinsatz rohrförmig. In einer alternativen Ausführungsform ist der Hülseneinsatz aber eine Platte, beispielsweise wie in 11A gezeigt. Ein Resonator 300 weist ein Außenrohr 302 mit einer Platte 304 auf. In einer Ausführungsform weist die Platte 304 eine Rippe 308 auf, die sich nach außen erstreckt. Die Platte 304 weist mindestens eine Öffnung 306 an jeder Seite der Rippe 308 auf. In Wölbungen in dem Außenrohr 302 sind Hohlräume 312 und 314 ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform hat die Platte 304 keine solche Rippe 308 und das Außenrohr 302 trifft durch Biegen nach innen auf den Hülseneinsatz. Die Platte 304 ist mit dem Außenrohr 302 an den Stellen 310 verbunden. In 11B ist einer alternativer Schnitt des Resonators 300 gezeigt. Das Außenrohr 302 weist eine Platte 304 auf, die sich über einen Teil des Außenrohrs 302 erstreckt, die an den Stellen 310 anschließt und den Hohlraum 314 bildet. Die Platte 304 weist mindestens eine Öffnung auf. In 11B sind zwei Öffnungen 306 gezeigt. Der Hülseneinsatz ist eine flache Platte, wobei in 11A und 11B eine Rippe von einer Seite absteht. In anderen Ausführungsformen nimmt die Platte eine Scheibenform, eine Bogen- oder eine beliebige andere geeignete Form an.
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In 12 ist ein Beispiel eines Blasformsystems 140 im Querschnitt gezeigt. Wie vorstehend beschrieben wird der Hülseneinsatz durch Spritzgießen oder einen anderen Prozess vordem Blasformprozess erzeugt. Ein fertiger Hülseneinsatz 142 wird in eine Form 143 gesetzt, wenn die Form sich in offener Stellung befindet, wie zum Beispiel in 12 gezeigt ist. Der Hülseneinsatz 142 wird über einen Blasdorn 144 und/oder eine Haltevorrichtung 146 geschoben. Ein zweiter Blasdorn 148 von oben kann ebenso oder alternativ vorgesehen werden. Ein Vorformling 150 wird aus erhitztem Kunststoff ausgebildet und über den Hülseneinsatz 142 geschoben. Der Hülseneinsatz 142 ist mit einer Rippe, die sich nach außen erstreckt, und mit Öffnungen bei zwei axialen Abständen und mit Widerhaken nahe den beiden Enden des Hülseneinsatzes 142 versehen.
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Das Blasformsystem 140 umfasst auch ein pneumatisches oder hydraulisches System, das die offene/geschlossene Stellung der Form 143 steuert. Das Blasformsystem umfasst einen Trichter 154, einen pneumatisch (oder hydraulisch) betriebenen Extruder 156, einen Torpedo 158, einen Dorn 160 und einen Werkzeugkopf 162. Das Arbeiten des Blasformsystems 140 ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird hierin nicht weiter erläutert.
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In 13 ist eine Form 143 in einer geschlossenen Stellung gezeigt. Die Gestalt der Form bewirkt, dass der Vorformling an drei Stellen 166, 168 und 170, die den Widerhaken an den Enden des Hülseneinsatzes 142 und an der Rippe des Hülseneinsatzes 142 entsprechen, quetschen. Aufblasgas oder anderes Gas wird durch einen oder beide der Blasdorne 144, 148 geblasen. Luftdruck tritt durch die Öffnungen 172, wobei er den Hülseneinsatz 142 unbeeinflusst lässt, aber auf den geschmolzenen Vorformling 164 wirkt, um ihn zu veranlassen, die Gestalt der Form 143 anzunehmen.
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Insbesondere werden zwischen dem Hülseneinsatz 142 und dem Vorformling 164 erste und zweite Hohlräume 174, 176 ausgebildet. Die Anschlussverbindungen des Hülseneinsatzes 142 schmelzen in den Vorformling 164, um an den Bereichen 166, 168 und 170 abzudichten. Bei Abkühlen kann der Vorformling 164 nun als Außenrohr oder blasgeformtes Rohr bezeichnet werden. Das Außenrohr 164 wird nun mit dem Hülseneinsatz 142 verbunden, um einen Resonator zu bilden. Der in 13 gezeigte Resonator erstreckt sich in keine Richtung sehr weit über den Hülseneinsatz 142 hinaus. In anderen Ausführungsformen ist ein längerer Vorformling und eine ausgedehntere Form vorgesehen, so dass der sich ergebende Resonator Biegungen und viel mehr von der Rohrlänge des Rohrsystems enthält.
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In 14 ist ein Flussdiagramm zum Bilden eines Resonators gemäß Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt. Bei Schritt 198 wird ein Hülseneinsatz durch Spritzgießen gebildet. In einer Ausführungsform wird der Hülseneinsatz an den Verbindungsbereichen 200 erhitzt. Der gesamte Hülseneinsatz kann entweder vor oder nach Einführen in die Form vorerhitzt werden. Der Hülseneinsatz kann durch ein Keramikheizelement, ein Infrarotheizelement oder ein beliebiges geeignetes Heizelement erhitzt werden. Das Teil wird vorerhitzt, um Schweißen zwischen dem Hülseneinsatz und dem Außenrohr zu fördern. In einer alternativen Ausführungsform werden O-Ringe in den Verbindungsbereichen 202 über den Hülseneinsatz gesetzt. In einer solchen Ausführungsform wird kein Vorerhitzen genutzt. In anderen Ausführungsformen wird der Hülseneinsatz vor dem Setzen in die Blasformeinrichtung nicht erhitzt, wobei Block 204 auf Block 198 folgt. In jedem Fall wird der Hülseneinsatz in die Form 204 gesetzt und über eine Vorrichtung 206 geschoben. In manchen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung auch einen Blasdorn. Ein Vorformling wird über den Hülseneinsatz 208 geschoben. Die Form wird geschlossen 210, wodurch auf den Vorformling an den Quetschpunkten Druck ausgeübt wird. Dann wird durch den Blasdorn/die Blasdorne 212 Luft vorgesehen. Die Luft erreicht den Vorformling mittels der Öffnungen in dem Hülseneinsatz. Die durch den Blasdorn geblasene Luft lässt den Vorformling die Gestalt der Form annehmen. Der Vorformling wird abgekühlt 214, so dass seine Gestalt fest wird. Bei Abkühlen ist der Vorformling nun das blasgeformte Rohr oder Außenrohr, das mit dem Hülseneinsatz verbunden ist, um den Resonator zu bilden. Wenn der Resonator kühl genug ist, wird der mit dem blasgeformten Rohr verbundene Hülseneinsatz, jetzt der Resonator, durch Öffnen der Form 216 freigegeben. Die Vorrichtung wird dann von dem Hülseneinsatz 218 abgenommen.
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Unter erneutem Bezug auf 3 und 4 gibt es viele Einzelheiten rund um die Auslegung des Hülseneinsatzes und des blasgeformten Rohrs, die sich auf die Dämpfung des Resonators auswirken. In 3 sind die Öffnungen rechteckige Schlitze. Alternativ sind die Öffnungen von jeder anderen geeigneten Form, beispielsweise Ovale und Dreiecke. In einer Alternative sind die größeren fensterartigen Öffnungen von 3 durch eine Anordnung von Perforationen ersetzt. In einer solchen Situation mit einer Anordnung von Perforationen kann der Abstand der Öffnungen entlang der Länge des Hülseneinsatzes als geometrische Mitte der Perforationen festgelegt werden. Der Abstand zwischen den Öffnungen ist ein anderer Faktor, der die Dämpfungseigenschaften des Resonators beeinflussen kann. Die ersten und zweiten Volumina, die in den ersten und zweiten Hohlräumen 88, 90 von 4 enthalten sind, beeinflussen ebenfalls die Dämpfungseigenschaften. Typischerweise wird ein akustisches Modell verwendet, um die geeigneten Werte der verschiedenen Parameter zu ermitteln, um die Solldämpfungseigenschaften beruhend auf der vorgesehenen Anwendung zu erhalten.
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Unter Bezug nun auf 15 sind Dämpfungseigenschaften als Funktion von Frequenz gezeigt, und zwar für: einen zwei Hohlräume aufweisenden Metallresonator 220; einen ersten zwei Hohlräume aufweisenden Kunststoffresonator 222; einen zweiten zwei Hohlräume aufweisenden Kunststoffresonator 224; und einen einen Hohlraum aufweisenden Kunststoffresonator 226. Die zwei Hohlräume aufweisenden Resonatoren 220, 222, 224 sehen zwei Dämpfungsspitzen vor. Durch die zwei Hohlräume aufweisenden Resonatoren wird ein breiterer Bereich von Frequenzen als durch den einen Hohlraum aufweisenden Resonator 226 gedämpft. Der Metallresonator sieht viel weniger Dämpfung als die zwei Kunststoffresonatoren vor, was, wie man meint, auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass der Hülseneinsatz des Metallresonators in das Außenrohr eingepresst ist und keine ausreichende Abdichtung vorsehen kann. Einer der Vorteile des Resonators gemäß einer Ausführungsform liegt darin, dass die Hohlräume mit dem blasgeformten Rohr abdichtend verbunden sind. Die beiden unterschiedlichen Kunststoffresonatorauslegungen zeigen, dass die Wahl der Auslegungsparameter unterschiedliche Dämpfungseigenschaften vorsieht. Ein Kunststoffresonator sah in einem niederfrequenteren Bereich 224 mehr Geräuschminderung als in dem anderen 222 vor, mit dem Nachteil des Bietens von weniger Dämpfung in dem Bereich der niederfrequenteren Spitze. Die Volumina der beiden Hohlräume sind typischerweise unterschiedlich, um den erwünschten breiteren Bereich von Frequenzdämpfung vorzusehen.
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Während die beste Methode ausführlich beschrieben wurde, wird der Fachmann verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche erkennen. Wo eine oder mehrere Ausführungsformen als Vorteile bietend oder gegenüber anderen Ausführungsformen und/oder gegenüber dem Stand der Technik bezüglich einer oder mehrerer erwünschter Eigenschaften als bevorzugt beschrieben wurden, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass bei den verschiedenen Merkmalen Kompromisse eingegangen werden können, um erwünschte Systemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung oder Umsetzung abhängen können. Diese Attribute umfassen: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Einbauraum, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage, etc. Die im Verhältnis zu anderen Ausführungsformen bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger erwünscht beschriebenen Ausführungsformen liegen nicht außerhalb des beanspruchten Schutzumfangs der Offenbarung.
