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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalldämpfungsvorrichtung für einen Zuluftstrang einer Brennkraftmaschine.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalldämpfungsvorrichtung für einen Zuluftstrang einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welche in einem durch die Schalldämpfungsvorrichtung hindurchgeführten Zuluftstrom einen möglichst geringen Druckverlust erzeugt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalldämpfungsvorrichtung für einen Zuluftstrang einer Brennkraftmaschine gelöst, wobei die Schalldämpfungsvorrichtung Folgendes umfasst:
einen Anschlussabschnitt zum Anschließen der Schalldämpfungsvorrichtung an einen Auslass einer Aufladevorrichtung des Zuluftstrangs der Brennkraftmaschine;
einen Schalldämpfungsabschnitt, durch welchen ein mittels der Aufladevorrichtung aufgeladener Zuluftstrom in einer Strömungsrichtung hindurchführbar ist;
ein Auslassrohr, welches einen Auslassabschnitt umfasst, der sich an den Schalldämpfungsabschnitt anschließt und einen sich in der Strömungsrichtung erweiternden Querschnitt aufweist;
ein das Auslassrohr umgebendes Verbindungsrohr zur Verbindung der Schalldämpfungsvorrichtung mit einer bezüglich der Strömungsrichtung stromabwärts angeordneten Komponente des Zuluftstrangs.
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Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Schalldämpfungsvorrichtung ein Auslassrohr vorgesehen ist, welches einen Auslassabschnitt umfasst, der einen sich in der Strömungsrichtung erweiternden Querschnitt aufweist, kann ein Druckverlust beim Durchströmen der Schalldämpfungsvorrichtung vorzugsweise reduziert werden.
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Unter einem sich in der Strömungsrichtung erweiternden Querschnitt ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere zu verstehen, dass eine Querschnittsfläche von senkrecht zur Strömungsrichtung genommenen Querschnitten in der Strömungsrichtung zunimmt.
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Unter einer Dämpfung von Schall ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere eine Reduktion von Geräuschemissionen zu verstehen.
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Unter einem Aufladen ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere das Erhöhen des Drucks, insbesondere ein Komprimieren von Luft, zu verstehen.
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Eine stromabwärts der Schalldämpfungsvorrichtung angeordnete Komponente des Zuluftstrangs ist beispielsweise ein Luftverteiler zur Verteilung der aus der Schalldämpfungsvorrichtung strömenden Luft auf mehrere Brennräume der Brennkraftmaschine.
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Günstig kann es sein, wenn das Verbindungsrohr als ein starres Rohr oder als ein Wellrohr, insbesondere als ein flexibles Wellrohr, ausgebildet ist.
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Das Wellrohr ist insbesondere als ein Faltenbalg ausgebildet.
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Günstig kann es sein, wenn das Verbindungsrohr ein metallisches Material umfasst oder aus einem metallischen Material gebildet ist.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsrohr ein Kunststoffmaterial umfasst oder aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.
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Ein Wellrohr ist insbesondere ein Rohr, welches einen längs seiner Haupterstreckungsrichtung im Wesentlichen periodisch variierenden Innendurchmesser und/oder Außendurchmesser aufweist.
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Ein Wellrohr ist vorzugsweise in einer Längsrichtung beschädigungsfrei und/oder reversibel dehnbar.
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Zudem ist ein Wellrohr vorzugsweise beschädigungsfrei und/oder reversibel biegbar.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Schalldämpfungsvorrichtung zumindest abschnittsweise oder vollständig aus einem oder mehreren Kunststoffmaterialien gebildet ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Anschlussabschnitt, der Schalldämpfungsabschnitt, das Auslassrohr und/oder das Verbindungsrohr aus einem oder mehreren Kunststoffmaterialien gebildet sind.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schalldämpfungsvorrichtung zumindest abschnittsweise oder vollständig in einem Spritzgussverfahren hergestellt ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Anschlussabschnitt, der Schalldämpfungsabschnitt, das Auslassrohr und/oder das Verbindungsrohr als ein oder mehrere Spritzgussbauteile ausgebildet sind.
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Günstig kann es sein, wenn das Verbindungsrohr in radialer Richtung beabstandet von dem Auslassrohr angeordnet ist.
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Zwischen dem Verbindungsrohr und dem Auslassrohr ist vorzugsweise ein Halbraum, insbesondere ein offener Halbraum, gebildet.
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Der Halbraum ist insbesondere ein Zwischenraum zwischen dem Verbindungsrohr und dem Auslassrohr.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsrohr am Schalldämpfungsabschnitt der Schalldämpfungsvorrichtung festgelegt ist.
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Vorzugsweise ist das Verbindungsrohr an einer Außenseite und/oder Außenwandung des Schalldämpfungsabschnitts festgelegt.
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Das Auslassrohr ragt vorzugsweise in den Innenraum des Verbindungsrohrs hinein, insbesondere ohne das Verbindungsrohr zu berühren.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsrohr und das Auslassrohr koaxial zueinander angeordnet sind.
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Insbesondere weisen das Verbindungsrohr und das Auslassrohr eine gemeinsame Mittelachse oder Symmetrieachse auf.
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Der Auslassabschnitt des Auslassrohrs weist beispielsweise einen zumindest näherungsweise kegelstumpfförmigen Innenraum auf.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn der zumindest näherungsweise kegelstumpfförmige Innenraum einen Öffnungswinkel von mindestens ungefähr 4°, insbesondere mindestens ungefähr 10°, aufweist.
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Ein Öffnungswinkel ist dabei vorzugsweise ein Winkel, welchen eine den Innenraum zugewandte innere Oberfläche des Auslassabschnitts mit einer Mittelachse des Auslassabschnitts einschließt.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der zumindest näherungsweise kegelstumpfförmige Innenraum einen Öffnungswinkel von höchstens ungefähr 25°, insbesondere höchstens ungefähr 15°, aufweist.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der zumindest näherungsweise kegelstumpfförmige Innenraum einen Öffnungswinkel von ungefähr 8° oder ungefähr 12° aufweist.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Auslassabschnitt des Auslassrohrs einen zumindest näherungsweise glockenförmigen Innenraum aufweist.
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Der Auslassabschnitt weist dabei vorzugsweise eine längs der Strömungsrichtung geringer werdende Querschnittsflächenzunahme auf.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Auslassabschnitt trompetenförmig erweiternd ausgebildet ist.
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Der Auslassabschnitt weist dann insbesondere eine längs der Strömungsrichtung größer werdende Querschnittsflächenzunahme auf.
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Bei weiteren Ausführungsformen einer Schalldämpfungsvorrichtung können speziell angepasste Formen des Auslassabschnitts vorgesehen sein, beispielsweise Auslassabschnitte, deren Wandungen die Form von Spline-Funktionen aufweisen.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass bei der Bestimmung der Form des Auslassabschnitts eine Prandtl-Zahl des durchströmenden Gases berücksichtigt wird.
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Der Auslassabschnitt weist vorzugsweise eine sich in der Strömungsrichtung kontinuierlich und/oder stetig erweiternde Querschnittsfläche auf.
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Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Auslassabschnitt einen sich in der Strömungsrichtung diskontinuierlich und/oder stufenförmig erweiternden Querschnitt aufweist.
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Günstig kann es sein, wenn das Auslassrohr einen Abschnitt mit konstantem Querschnitt, insbesondere konstanter Querschnittsform und/oder Querschnittsfläche, aufweist, an welchen sich der Auslassabschnitt anschließt.
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Die erfindungsgemäße Schalldämpfungsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Verbrennungsmotor, welcher eine erfindungsgemäße Schalldämpfungsvorrichtung umfasst.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schalldämpfungsvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Günstig kann es sein, wenn die Schalldämpfungsvorrichtung bezüglich einer Strömungsrichtung des Zuluftstroms stromabwärts eines Verdichters einer Abgasturboladervorrichtung der Brennkraftmaschine und stromaufwärts eines oder mehrerer Brennräume der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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Der Schalldämpfungsabschnitt der Schalldämpfungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Resonatorabschnitt oder eine Resonatorkammer.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Schalldämpfungsabschnitt einen Schallabsorptionsabschnitt oder eine Schallabsorptionskammer umfasst.
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Ferner können die erfindungsgemäße Schalldämpfungsvorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Mittels der Schalldämpfungsvorrichtung können vorzugsweise Geräusche und Druckpulsationen eines Abgasturboladers (Abgasturboladervorrichtung) gedämpft werden.
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Durch den sich erweiternden Auslassabschnitt des Auslassrohrs kann vorzugsweise die Auswirkung eines sich sprungartig ändernden Querschnitts am Ende des Auslassrohrs abgemildert werden. Insbesondere können vorzugsweise Verwirbelungen und Turbulenzen, die den Druckverlust negativ beeinflussen, minimiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass sich der Auslassabschnitt des Auslassrohrs bis hin zum Verbindungsrohr erweitert und somit jeglicher Querschnittsprung vermieden werden kann.
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Die Schalldämpfungsvorrichtung ist vorzugsweise vollständig auf einer Frischluftseite der Brennkraftmaschine angeordnet.
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Das Auslassrohr und/oder das Verbindungsrohr sind vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung, bei welcher ein Auslassrohr vorgesehen ist, das einen Auslassabschnitt mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt aufweist;
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2 ein Diagramm zur Illustration der Funktionsweise der Schalldämpfungsvorrichtung an einer Brennkraftmaschine;
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3 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung, bei welcher ein Auslassabschnitt eines Auslassrohrs vorgesehen ist, welcher einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Innenraum umgibt;
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4 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung, bei welcher ein sich trompetenförmig erweiternder Auslassabschnitt eines Auslassrohrs der Schalldämpfungsvorrichtung vorgesehen ist;
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5 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung, bei welcher ein Auslassabschnitt eines Auslassrohrs vorgesehen ist, welcher einen im Wesentlichen glockenförmigen Innenraum umgibt; und
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6 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung, welche einen Auslassabschnitt eines Auslassrohrs mit stufenförmig erweiterndem Querschnitt aufweist.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Schalldämpfungsvorrichtung dient der Reduktion von Geräuschemissionen und findet insbesondere bei Brennkraftmaschinen 102 Anwendung.
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Die Schalldämpfungsvorrichtung 100 ist insbesondere Bestandteil eines Zuluftstrangs 104 der Brennkraftmaschine 102.
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Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, ist die Schalldämpfungsvorrichtung 100 insbesondere bezüglich einer Strömungsrichtung 106 eines Zuluftstroms zwischen einer Aufladevorrichtung 108 der Brennkraftmaschine 102 und einem oder mehreren Brennräumen 110 der Brennkraftmaschine 102 angeordnet.
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Die Schalldämpfungsvorrichtung 100 ist dabei insbesondere stromabwärts eines Verdichters 112 einer als Abgasturboladervorrichtung 114 ausgebildeten Aufladevorrichtung 108 angeordnet.
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Zudem ist die Schalldämpfungsvorrichtung 100 bezüglich der Strömungsrichtung 106 stromaufwärts des einen oder der mehreren Brennräume 110 der Brennkraftmaschine 102 angeordnet.
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Die Schalldämpfungsvorrichtung 100 umfasst einen Anschlussabschnitt 116, mit welchem die Schalldämpfungsvorrichtung 100 an einen Auslass 118 der Aufladevorrichtung 108 des Zuluftstrangs 104 der Brennkraftmaschine 102 anschließbar ist.
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Ferner umfasst die Schalldämpfungsvorrichtung 100 einen Schalldämpfungsabschnitt 120, durch welchen ein mittels der Aufladevorrichtung 108 aufgeladener Zuluftstrom längs der Strömungsrichtung 106 hindurchführbar ist.
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Die Schalldämpfungsvorrichtung 100 umfasst ferner ein Auslassrohr 122, durch welches der durch die Schalldämpfungsvorrichtung 100 hindurchgeführte Zuluftstrom abgeführt wird.
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Das Auslassrohr 122 umfasst insbesondere einen sich an den Schalldämpfungsabschnitt 120 anschließenden Auslassabschnitt 124.
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Zur Verbindung der Schalldämpfungsvorrichtung 100 mit den stromabwärts der Schalldämpfungsvorrichtung 100 angeordneten Komponenten des Zuluftstrangs 104 der Brennkraftmaschine 102 ist ein Verbindungsrohr 126 der Schalldämpfungsvorrichtung 100 vorgesehen.
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Das Verbindungsrohr 126 ist beispielsweise ein Wellrohr 128, insbesondere ein flexibles Wellrohr 128.
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Wie 1 zu entnehmen ist, ist das Verbindungsrohr 126 vorzugsweise an einer Außenseite 130 des Schalldämpfungsabschnitts 120 der Schalldämpfungsvorrichtung 100 angeordnet, insbesondere lösbar festgelegt.
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Das Auslassrohr 122 ragt in einen Innenraum 132 des Verbindungsrohrs 126 hinein.
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Der Auslassabschnitt 124 des Auslassrohrs 122 ist dabei vorzugsweise jedoch beabstandet von dem Verbindungsrohr 126 angeordnet.
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Insbesondere ist zwischen dem Auslassabschnitt 124 des Auslassrohrs 122 und dem Verbindungsrohr 126 ein Zwischenraum 134 gebildet.
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Das Verbindungsrohr 126 und das Auslassrohr 122 weisen vorzugsweise eine gemeinsame Mittelachse 136 auf und sind somit vorzugsweise koaxial angeordnet.
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Die in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform der Schalldämpfungsvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Der mittels der Aufladevorrichtung 108 der Brennkraftmaschine 102 komprimierte Zuluftstrom wird in der Strömungsrichtung 106 durch den Anschlussabschnitt 116 der Schalldämpfungsvorrichtung 100 in den Schalldämpfungsabschnitt 120 geleitet.
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In diesem Schalldämpfungsabschnitt 120 erfolgt vorzugsweise eine Reduktion des Schalls durch angepasste Reflexion und/oder Absorption.
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Über das Auslassrohr 122 wird der durch den Schalldämpfungsabschnitt 120 hindurchgeführte Zuluftstrom abgeführt.
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Insbesondere wird der Zuluftstrom durch den Auslassabschnitt 124 in den Innenraum 132 des Verbindungsrohrs 126 geleitet.
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Wie 1 zu entnehmen ist, ergibt sich bei der Ausleitung des Zuluftstroms aus dem Auslassrohr 122 ein großer Sprung zwischen einem Innenquerschnitt I1 des Auslassabschnitts 124 des Auslassrohrs 122 einerseits und einem Innenquerschnitt I2 des Verbindungsrohrs 126 andererseits.
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Bei einem Bezug auf die Größe des Querschnitts wird insbesondere auf die Querschnittsfläche Bezug genommen. Diese ergibt sich insbesondere bei rotationssymmetrischem Auslassrohr 122 und rotationssymmetrischem Verbindungsrohr 126 aus unterschiedlichen Innendurchmessern.
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Der große Sprung zwischen dem Innenquerschnitt I1 und dem Innenquerschnitt I2 führt zu starken Verwirbelungen und Turbulenzen im Innenraum 132 des Verbindungsrohrs 126, welche wiederum einen unerwünscht hohen Druckverlust zur Folge haben.
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Vorteilhaft kann es daher sein, wenn ein Übergang zwischen dem Auslassabschnitt 124 und dem Verbindungsrohr 126 optimiert wird.
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Eine in 3 dargestellte zweite Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung 100 weist hierzu einen Auslassabschnitt 124 auf, welcher einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Innenraum 138 umgibt.
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Der Auslassabschnitt 124 ist dabei in der Strömungsrichtung 106 erweiternd ausgebildet, so dass letztlich der Innenquerschnitt I1 längs der Strömungsrichtung 106 zunächst bereits im Auslassabschnitt 124 zunimmt und schließlich der Querschnittsprung zum Innenquerschnitt I2 des Verbindungsrohrs 126 geringer ausfällt.
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Hierdurch können die Verwirbelungen und Turbulenzen in dem Innenraum 132 des Verbindungsrohrs 126 reduziert werden, wodurch letztlich ein geringerer Druckverlust der Schalldämpfungsvorrichtung 100 erhalten werden kann.
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Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Schalldämpfungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 4 dargestellte dritte Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Auslassabschnitt 124 im Wesentlichen trompetenförmig erweiternd ausgebildet ist.
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Der Innenquerschnitt I1 des Auslassabschnitts 124 weist dabei eine längs der Strömungsrichtung 106 größer werdende Querschnittsflächenzunahme auf, das heißt, dass in gleichmäßigen Abständen längs der Strömungsrichtung 106 die Zunahme der Querschnittsfläche nicht kontinuierlich ist, sondern zusätzlich ansteigt.
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Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Schalldämpfungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 5 dargestellte vierte Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Auslassabschnitt 124 einen im Wesentlichen glockenförmigen Innenraum 138 umgibt.
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Der Auslassabschnitt 124 ist dabei so ausgebildet, dass eine Zunahme der Querschnittsfläche des Innenquerschnitts I1 längs der Strömungsrichtung 106 kleiner wird, das heißt, dass die Änderung der Querschnittsfläche zweier benachbarter Abschnitte des Auslassabschnitts 124 längs der Strömungsrichtung 106 kleiner wird.
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Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte vierte Ausführungsform der Schalldämpfungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 6 dargestellte fünfte Ausführungsform einer Schalldämpfungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass anstelle einer im Wesentlichen kontinuierlichen Erweiterung des Auslassabschnitts 124 eine stufenförmige Erweiterung vorgesehen ist.
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Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte fünfte Ausführungsform der Schalldämpfungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007042869 A1 [0002]
- DE 10316799 A1 [0002]
- DE 3531353 A1 [0002]
