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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine gasführende Rohrleitung, insbesondere in einer Brennkraftmaschine, mit einem ersten akustischen Mittel und mindestens einem zweiten akustischen Mittel. Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um Luft, im Zusammenhang mit einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, insbesondere um Rohluft, Reinluft oder Abgase.
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Stand der Technik
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Luftpulsationen in einer luftführenden Rohrleitung können Schwingungen der Rohrleitung oder mit dieser verbundener Elemente hervorrufen, was zu mechanischen Belastungen und unerwünschten Geräuschen führen kann.
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Zur Vermeidung der genannten mechanischen und akustischen Belastungen ist der Einsatz von Schalldämpfern bekannt. Aus der Offenlegung
EP 1 624 180 A2 ist ein Ansaugrohr mit einem Schalldämpfer in Form eines Mehrfachresonators bekannt, welcher einstückig mit dem Ansaugrohr ausgeführt und umfangsseitig am Hauptströmungsquerschnitt angeordnet ist. Der Mehrfachresonator weist mehrere Resonatorräume auf, welche durch mehrere Verbindungsöffnungen mit dem Hauptströmungsquerschnitt kommunizieren. Weiterhin sind am Hauptströmungsquerschnitt Viertelwellenresonatoren angeordnet. Die verschiedenen Resonatoren kommunizieren jeweils über separate Öffnungen mit dem Hauptströmungsquerschnitt. Die Anzahl der einsetzbaren Resonatoren ist durch die verfügbare Länge des Hauptströmungsquerschnitts begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art zu gestalten, welcher auch bei geringem zur Verfügung stehenden Bauraum einsetzbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird bezüglich eines Schalldämpfers gemäß dem Oberbegriff durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer sind das erste akustische Mittel und das mindestens eine zweite akustische Mittel dazu ausgestaltet, über ein gemeinsames Verbindungselement mit der gasführenden Rohrleitung verbindbar zu sein. Hierbei kann das Verbindungselement Bestandteil des ersten oder zweiten akustischen Mittels oder ein separates Bauteil sein. Die akustischen Mittel stehen miteinander in Verbindung, sodass die Verbindung zu der Rohrleitung über ein einziges Verbindungselement herstellbar ist. Über das Verbindungselement kommuniziert ein durch die Wandung des Schalldämpfers gebildeter Hohlraum mit dem durch die Rohrleitung gebildeten Hohlraum. Unter einem akustischen Mittel ist ein Bauteil zu verstehen, welches akustische Schwingungen in einem bestimmten durch die Ausgestaltung des akustischen Mittels vorgebbaren Frequenzbereich dämpft. Über das Verbindungselement ist die Verbindung zu der gasführenden Rohrleitung herstellbar, welche den Hauptströmungskanal bildet. Bei der gasführenden Rohrleitung handelt es sich beispielsweise um eine Rohluftleitung oder eine Reinluftleitung im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dadurch, dass für mindestens zwei akustische Mittel nur ein Verbindungselement vorgesehen ist, eignet sich der erfindungsgemäße Schalldämpfer zum Einsatz bei begrenztem Bauraum, insbesondere kurzen gasführenden Rohrleitungen. Da mehrere akustische Mittel über dieselbe Anschlussstelle mit der Rohrleitung verbindbar sind, ist eine schnelle und kostengünstige Herstellung einer Rohrleitung mit Schalldämpfer bzw. Montage des Schalldämpfers an einer Rohrleitung ermöglicht. Eine weitere Kostenreduzierung gegenüber der Herstellung mehrerer einzelner akustischer Mittel ist darin begründet, dass der Aufbau aus akustischen Mitteln und Verbindungselement und gegebenenfalls sogar der Rohrleitung einstückig gestaltbar ist. Somit ist zur Herstellung nur ein Werkzeug erforderlich.
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In einer ersten Ausgestaltung ist das erste akustische Mittel und/oder das zweite akustische Mittel als Helmholtzresonator ausgestaltet. In einer zweiten Ausgestaltung ist das erste akustische Mittel und/oder das zweite akustische Mittel als Viertelwellenresonator ausgestaltet. Helmholtzresonatoren und Viertelwellenresonatoren sind über das gemeinesame Verbindungselement in beliebiger Stückzahl beliebig miteinander kombinierbar. Derartige akustische Mittel zeichnen sich durch eine einfache Geometrie aus. Für den Fall, dass mindestens eines der akustischen Mittel als Helmholtzresonator ausgestaltet ist, kann ein Hals eines Helmholtzresonators als Verbindungselement dienen. Da über das gemeinsame Verbindungselement zwei oder mehr Viertelwellenresonatoren oder Helmholtzresonatoren mit der Rohrleitung verbindbar sind, kann auf einen in der Herstellung aufwendigeren Breitbandresonator verzichtet werden.
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In einer Ausgestaltung ist das Verbindungselement als rohrförmiger Stutzen ausgebildet. Der Stutzen kann eine beliebige Form besitzen. Beispielsweise ist der Stutzen zylindrisch.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest das erste akustische Mittel und das zweite akustische Mittel und/oder das Verbindungselement einstückig ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem gesamten Schalldämpfer um eine einstückige Einheit. Unter einer einstückigen Einheit ist ein Bauteil zu verstehen, welches aus nur einem Stück besteht oder dessen Einzelteile unlösbar miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Schweißungen. Alternativ handelt es sich bei dem ersten akustischen Mittel und/oder dem zweiten akustischen Mittel und/oder dem Verbindungselement um mindestens zwei miteinander verbundene Einzelteile. Die Verbindung ist beispielsweise eine Klemmverbindung, insbesondere eine über eine Schelle hergestellte Verbindung.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Verbindungselement mittels einer Schweißverbindung oder einer Klemmverbindung mit der gasführenden Rohrleitung verbindbar.
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Vorteilhaft kann an dem Verbindungselement ein Rohrstück angeformt sein, welches derart auf die gasführende Rohrleitung abgestimmt ist, dass das Rohrstück als Zwischenstück in die gasführende Rohrleitung einbringbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest das Verbindungsstück und die akustischen Mittel aus einem Kunststoff gefertigt. Bei dem Kunststoff handelt es sich beispielsweise um PP oder PP-EPDM. Die Wahl des Kunststoffes hängt selbstverständlich vom jeweiligen Einsatzgebiet des Schalldämpfers ab, beispielsweise ist ein hochtemperaturbeständiger Kunststoff zu wählen wenn die Rohrleitung und der Schalldämpfer von heißem Gas durchströmt werden.
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Vorteilhafterweise können das Verbindungsstück und/oder die akustischen Mittel in einem Urformverfahren, insbesondere einem Glasverfahren, beispielsweise Extrusionsblasen, oder Spritzgießen, hergestellt sein. Blasformen bietet den Vorteil, dass keine oder zumindest nur wenige Verbindungen herzustellen sind. Besonders vorteilhaft ist der Schalldämpfer einstückig in einem Urformverfahren hergestellt. Zur Herstellung ist dann nur ein Werkzeug erforderlich, was einen großen Kostenvorteil gegenüber der Herstellung von Einzelteilen mit sich bringt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erste akustische Mittel und/oder das zweite akustische Mittel im Wesentlichen zylinderförmig oder zumindest abschnittsweise bogenförmig. Die Formgebung der akustischen Mittel ist an vorgegebene Geometrien anpassbar, sodass vorhandener Bauraum optimal ausgenutzt werden kann, beispielsweise durch gekrümmte bzw. gebogene Formgebungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
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1 einen Schalldämpfer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 einen Schalldämpfer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt einen Schalldämpfer 1 mit drei Viertelwellenresonatoren 12, 13, 14. Die Viertelwellenresonatoren 12, 13, 14 sind über ein gemeinsames Verbindungselement 11 mit einer gasführenden Rohrleitung 2 verbunden. Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um Luft. Über das Verbindungselement 11 kommuniziert das Gasvolumen im Inneren der Rohrleitung 2 mit den durch die Viertelwellenresonatoren 12, 13, 14 gebildeten Volumina. Das Verbindungselement 11 ist mit der Rohrleitung 2 fest verbunden, beispielsweise verschweißt oder mittels einer Schelle verklemmt.
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Bei einem Viertelwellenresonator 12, 13, 14 handelt es sich um ein endseitig geschlossenes Rohr einer bestimmten Länge. Die drei Viertelwellenresonatoren 12, 13, 14 sind jeweils derart ausgestaltet, dass sie zu dämpfende Schwingungen innerhalb eines Frequenzbereichs um eine Resonanzfrequenz absorbieren. Hierzu ist insbesondere die Länge der im Beispiel zylindrischen Viertelwellenresonatoren 12, 13, 14 entsprechend gewählt. Durch das gemeinsame Verbindungselement 11 ist nur eine Anschlussfläche an der Rohrleitung 2 erforderlich und dennoch können je nach Ausgestaltung der Viertelwellenresonatoren 12, 13, 14 zwei oder mehr Frequenzen bzw. Frequenzbänder gedämpft werden. Die Anzahl der über das Verbindungselement 11 mit der Rohrleitung 2 verbindbaren Viertelwellenresonatoren ist hierbei nicht auf drei beschränkt; es können auch zwei, vier oder mehr Viertelwellenresonatoren an dem Verbindungselement 11 angeformt sein.
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Der Aufbau aus Viertelwellenresonatoren 12, 13, 14 und Verbindungselement 11 besteht aus einem Kunststoff. Die Herstellung des Schalldämpfers 1 erfolgt vorteilhaft durch Spritzgießen, wobei zwei Hälften gegossen werden, welche dann miteinander verbunden, insbesondere verschweißt werden, oder durch Extrusionsblasen, wobei kein Verschweißen erforderlich ist. Da der Schalldämpfer 1 einstückig ist, ist zur Herstellung des Schalldämpfers 1 nur ein Werkzeug erforderlich, was den Herstellungsprozess kostengünstig gestaltet. Der Schalldämpfer 1 kann auch einstückig mit einem Rohrstück zum Einbringen in die Rohrleitung 2 oder einstückig mit der gesamten Rohrleitung 2 ausgestaltet sein.
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In 2 ist ein Schalldämpfer 1 mit einem Viertelwellenresonator 15 und einem Helmholtzresonator 16 gezeigt. Während Viertelwellenresonatoren 15 zum Dämpfen höherer Frequenzen im Bereich mehrerer Hundert Hertz bis etwa zwei Kilohertz geeignet sind, dämpfen Helmholtzresonatoren 16 Frequenzen zwischen mehreren zehn und mehreren Hundert Hertz. Eine derartige Kombination ist daher insbesondere dann vorteilhaft, wenn die zu dämpfenden Geräusche in hohen und tiefen Frequenzbereichen angesiedelt sind.
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Der Helmholtzresonator 16 weist ein zylindrisches Volumen 162 und einen Hals 161 auf. Der Hals 161 des Helmholtzresonators 16 bildet gleichzeitig das Verbindungselement des Schalldämpfers 1 zu der Rohrleitung 2. An dem Hals 161 ist auch der Viertelwellenresonator 15 angeformt.
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Neben den dargestellten Ausführungsbeispielen sind auch weitere Ausführungsformen der Erfindung möglich.
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Weitere Ausführungsformen können eine Kombination mehrerer Helmholtzresonatoren, eine Kombination eines Helmholtzresonators mit mehreren Viertelwellenresonatoren, eine Kombination mehrerer Helmholtzresonatoren mit einem Viertelwellenresonator, oder eine Kombination mehrerer Helmholtzresonatoren mit mehreren Viertelwellenresonatoren umfassen.
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Der Schalldämpfer kann zwei oder mehr im Wesentlichen identisch ausgestaltete Viertelwellenresonatoren oder Helmholtzresonatoren aufweisen, beispielsweise zwei Viertelwellenresonatoren mit derselben Länge.
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Die Viertelwellenresonatoren sind nicht auf eine gerade, d. h. im Wesentlichen zylindrische, Form beschränkt. Vielmehr können die Rohre auch mindestens eine Krümmung aufweisen. Beispielsweise kann ein Viertelwellenresonator bogenförmig sein, insbesondere eine L-Form oder eine S-Form besitzen. Es sind beliebige weitere Formgebungen möglich. Die konkrete Formgebung wird von der jeweiligen Anwendung bzw. dem zur Verfügung stehenden Bauraum abhängen.
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Die Querschnittsfläche der akustischen Mittel ist vorzugsweise rund, kann aber auch eine andere Form annehmen, beispielsweise oval oder quadratisch.
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Neben einer Kunststoffausführung ist auch eine metallische Ausführung des Schalldämpfers denkbar.
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In einem Anwendungsbeispiel ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer in ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, integriert. Ein derartiges Ansaugsystem weist beispielsweise eine Ansaugrohrleitung auf, welche anströmseitig mit einem Luftfilter verbunden ist und abströmseitig in ein Drosselklappengehäuse mündet. Die Ansaugrohrleitung kann hierbei zumindest abschnittsweise eine Faltenstruktur zum Bewegungsausgleich aufweisen oder mit einem eine Faltenstruktur besitzenden Leitungselement verbunden sein. Vorzugsweise ist der Schalldämpfer mit einem geraden, d. h. im Wesentlichen zylindrischen, Abschnitt der Ansaugrohrleitung verbunden, beispielsweise über eine Schweiß- oder Klemmverbindung. Hierbei kann an dem Schalldämpfer auch ein Rohrstück angeformt sein, welches in die Ansaugrohrleitung als Zwischenstück einbringbar ist. Der Schalldämpfer kann auch an der kompletten Ansaugrohrleitung angeformt bzw. mit dieser zu einer Einheit verbunden sein. Beispielsweise sind Schalldämpfer und Ansaugrohrleitung im Fall einer Kunststoffausführung dann ein Blasteil oder ein Spritzgussteil oder unlösbar miteinander verbundene Blas- oder Spritzgussteile.
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Der erfindungsgemäße Schalldämpfer ist nicht nur in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine integrierbar, sondern auch in andere gasführende Leitungen, beispielsweise im Abgasableitsystem. Vorteilhaft sind mehrere erfindungsgemäße Schalldämpfer an unterschiedlichen Orten angeordnet, beispielsweise an der Reinluftleitung und an der Abgasleitung.
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Die Erfindung ist nicht auf Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen beschränkt. Prinzipiell ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer bei beliebigen Systemen mit mindestens einer gasführenden Rohrleitung zur Geräuschdämpfung einsetzbar. Beispielsweise können dies Pumpen oder Kompressoren sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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