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Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines Fahrzeugs.
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Schalldämpfer für Abgasanlagen sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt.
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Zur Erreichung einer möglichst breitbandigen Dämpfung werden unter anderem sowohl das Funktionsprinzip der Absorption als auch das der Reflexion verwendet, die beispielsweise in getrennten Kammern innerhalb eines einzigen Außengehäuses des Schalldämpfers verwirklicht sind.
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Um tiefe Frequenzen zusätzlich zu dämpfen, ist bei Schalldämpfern u.U. eine weitere Kammer als Teil eines Helmholtz-Resonators vorgesehen. Dieser kann als sogenannter Abzweigresonator ausgebildet sein, bei dem eine Resonatorkammer, auch bekannt als Helmholtzkammer, über ein Resonatorrohr, das den Hals des Helmholtz-Resonators bildet, mit dem vom Abgas durchströmten Rohr verbunden ist.
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Ein derartiger Helmholtz-Resonator dämpft eine genau definierte Frequenz, nämlich seine Resonanzfrequenz, die unter anderem vom Volumen der Helmholtzkammer, der Länge des Halses sowie der Querschnittsfläche des Halses abhängig ist. Um also die Schalldämpfung durch den Helmholtz-Resonator einem bestimmten Motor oder Motortyp anzupassen, können einer oder mehrere der genannten Parameter gezielt variiert werden.
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Je nach Motortyp kann es auch vorgesehen sein, dass die Abgasanlage zwei Abgasleitungen aufweist, die die Abgase von dem Motor zu einem Endrohr der Abgasanlage führen. In einem Schalldämpfer mit zwei Abgasleitungen werden dann zwei separate Helmholtzkammern ausgebildet. Dabei ist jede Abgasleitung über eine entsprechende Öffnung in der Abgasleitung und einen entsprechenden Zuleitungskörper mit der entsprechenden Helmholtzkammer verbunden. Dies führt zu voluminösen Schalldämpfern.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, den Aufbau eines Schalldämpfers für eine Abgasanlage mit zwei Abgasleitungen zu vereinfachen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Schalldämpfer für eine Abgasanlage eines Fahrzeugs, der ein Außengehäuse, in dessen Innerem eine Helmholtzkammer ausgebildet ist, einen Zuleitungskörper und zwei Abgasleitungen hat. Der Zuleitungskörper weist eine fluidisch mit der Helmholtzkammer verbundene Öffnung auf und bildet einen Hals eines die Helmholtzkammer umfassenden Helmholtz-Resonators. Die Abgasleitungen erstrecken sich zumindest abschnittsweise innerhalb des Außengehäuses und beabstandet zueinander und bilden einen Strömungsweg für ein Abgas durch das Außengehäuse. Dabei weisen die Abgasleitungen jeweils zumindest zwei Abgasleitungsabschnitte auf, die durch einen Spalt in einer Strömungsrichtung des Abgases voneinander vollständig beabstandet sind. Der Zuleitungskörper umgibt die Abgasleitungen im Bereich der Spalte vollumfänglich und verbindet die Abgasleitungen fluidisch mit der Helmholtzkammer.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, einen gemeinsamen Zuleitungskörper und damit gemeinsamen Hals und eine gemeinsame Helmholtzkammer für die beiden Abgasleitungen auszubilden, also einen Helmholtz-Resonator für beide Abgasleitungen. Auf diese Weise wird der Aufbau des Schalldämpfers vereinfacht. Zusätzlich sind die Abgasleitungsabschnitte in Richtung des Strömungswegs des Abgases durch die Abgasleitungen voneinander beabstandet, sodass eine einfache fluidische Verbindung zwischen Zuleitungskörper und Abgasleitungen hergestellt wird. Insbesondere müssen keine zusätzlichen Öffnungen in die die Abgasleitung bildenden Rohre geschnitten oder gestanzt werden.
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Die Abgasleitungsabschnitte sind also komplett voneinander getrennt und beabstandet und weisen dementsprechend einen gewissen Abstand zueinander auf.
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Beispielsweise ist der Abstand der Abgasleitungsabschnitte zueinander an eine durch den Helmholtz-Resonator zu dämpfende Resonanzfrequenz angepasst.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass sich die Abgasleitungen parallel zueinander erstrecken. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau des Schalldämpfers.
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Alternativ oder zusätzlich können sich die Abgasleitungen linear oder gekrümmt durch das Außengehäuse erstrecken. Der Schalldämpfer kann also an einer beliebigen Stelle entlang der Abgasanlage angebracht werden, da er einfach an einen vorgegebenen Verlauf der Abgasleitungen angepasst werden kann.
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Um ein einfache Montage des Zuleitungskörpers zu ermöglichen, kann der Zuleitungskörper zwei Halbschalen aufweisen, die zusammen die Abgasleitungen umgeben. Die Halbschalen werden im Bereich der Spalte von entgegengesetzten Seiten, die quer zum Strömungsweg des Abgases sind, auf die Abgasleitungsabschnitte aufgesetzt und miteinander verbunden.
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Dabei können die Form und das Volumen des Zuleitungskörpers, also die Form der Halbschalen, an eine zu dämpfende Resonanzfrequenz angepasst sein. Auf diese Weise kann eine ganz bestimmte Frequenz gedämpft werden.
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Beispielsweise ist die Länge des Zuleitungskörpers und/oder der Querschnitt des Zuleitungskörpers an die Resonanzfrequenz angepasst.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zuleitungskörper stoffschlüssig mit den Abgasleitungsabschnitten verbunden. Somit wird der Zuleitungskörper an einer bestimmten Position entlang der Abgasleitung fest positioniert.
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Beispielsweise ist der Zuleitungskörper mittels Schweißen oder Löten an den Abgasleitungsabschnitten befestigt. Diese Befestigungsarten weisen eine gute Hitzebeständigkeit auf.
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Der Zuleitungskörper kann zwei ringförmige Abschnitte aufweisen, wobei jeder ringförmige Abschnitt einen Spalt umgibt. Auf diese Weise hat der ringförmige Abschnitt nur einen sehr geringen Einfluss auf das Strömungsverhalten des Abgases aus dem Spalt in den Zuleitungskörper hinein.
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Die ringförmigen Abschnitte haben innenseitig einen größeren Querschnitt als die Abgasleitungen, so dass radial außerhalb des Spaltes noch ein Ringraum entsteht, in den Abgas aus dem Spalt austreten und in den Zuleitungskörper einströmen kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung hat der Zuleitungskörper einen Zuleitungsabschnitt, der von beiden ringförmigen Abschnitten ausgeht, in die Helmholtzkammer mündet und sich zwischen den Abgasleitungen erstreckt.
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Mit anderen Worten wird der Zwischenraum zwischen den Abgasleitungen für den Zuleitungskörper genutzt. Auf diese Weise kann ein sehr kompakter Schalldämpfer bereitgestellt werden.
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Beispielsweise ist der Zuleitungsabschnitt rohrförmig.
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Insbesondere bilden die Außenflächen der Abgasleitungen im Bereich des Zuleitungsabschnitts einen Teil des Zuleitungskörpers. Somit wird der Querschnitt des Zuleitungskörpers auch durch den Abstand der Abgasleitungen zueinander beeinflusst. Dieser Abstand ist beispielsweise an die zu dämpfende Resonanzfrequenz angepasst.
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Beispielsweise ist der Zuleitungsabschnitt durch zwei lappenförmige Fortsätze an den Halbschalen abschnittsweise begrenzt, die von den ringförmigen Abschnitten ausgehen und jeweils an beiden Abgasleitungen anliegen, sodass sie als Brücken zwischen den Abgasleitungen fungieren. Der Hals des Helmholtz-resonators wird folglich durch die Abgasleitungswand und die Fortsätze begrenzt.
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Der Zuleitungsabschnitt kann sich parallel zur Strömungsrichtung des Abgases in den Abgasleitungen erstrecken. Auf diese Weise kann der Bereich zwischen den Abgasleitungen vorzugsweise sogar komplett für den Zuleitungskörper verwendet werden. Dies vereinfacht den Aufbau des Schalldämpfers weiter und reduziert sein Gewicht.
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In einer Ausführungsform ist die Helmholtzkammer zumindest abschnittsweise durch eine Innenmantelfläche des Außengehäuses begrenzt. Auf diese Weise kann direkt durch die geometrische Form des Außengehäuses die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators eingestellt werden.
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Innerhalb des Außengehäuses kann eine Trennwand angeordnet sein, die die Helmholtzkammer abschnittsweise begrenzt und eine weitere Schalldämpferkammer im Inneren des Außengehäuses von der Helmholtzkammer abtrennt. In dem Schalldämpfer können also verschiedene Methoden verwendet werden, um die Schallemissionen zu dämpfen. Somit wird eine effektive Dämpfung der Schallemissionen gewährleistet.
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Es ist auch denkbar, dass innerhalb des Außengehäuses mehr als eine Trennwand, beispielsweise zwei oder drei Trennwände, angeordnet sind. Auf diese Weise kann das Volumen der Helmholtzkammer einfach für verschiedene Motorisierungen oder auf zu dämpfende Frequenzen oder Frequenzspektren angepasst werden.
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Beispielsweise ist die weitere Schalldämpferkammer eine Absorption- oder Reflexionskammer.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs, das einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer aufweist,
- - 2 den Schalldämpfer gemäß 1 in einer Draufsicht mit einer abgenommenen Hälfte des Außengehäuses,
- - 3 eine Schnittansicht des Schalldämpfers entlang der Schnittlinie III-III in 2, und
- - 4 eine Schnittansicht des Schalldämpfers entlang der Schnittlinie IV-IV in 2.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10, hier ein Kraftfahrzeug. Beispielsweise ist das Fahrzeug 10 ein Personenkraftwagen.
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Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 und eine Abgasanlage 14 auf. In der Abgasanlage 14 ist ein Schalldämpfer 16 angeordnet. Die Abgasanlage 14 leitet ein in dem Verbrennungsmotor 12 erzeugtes Abgas durch den Schalldämpfer 16 zu einem Ende der Abgasanlage 14, hier zu einem Endrohr 17. Dabei werden in dem Schalldämpfer 16 die durch den im Verbrennungsmotor 12 ablaufenden Verbrennungsprozess entstehenden Schallemissionen gedämpft.
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Der Schalldämpfer 16 kann einen Vorderschalldämpfer, einen Mittelschalldämpfer oder einen Endschalldämpfer der Abgasanlage 14 bilden.
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Mit anderen Worten kann der Schalldämpfer 16 an einer beliebigen Position in der Abgasanlage 14 angeordnet sein und muss nicht, wie in 1 schematisch dargestellt, direkt mit dem Endrohr 17 verbunden sein.
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Der in den 2 bis 4 dargestellte Schalldämpfer 16 weist ein gasdichtes Außengehäuse 18 auf, das durch einen Mantel 20 und zwei endseitig angeordnete Abschlussböden 22 gebildet ist. Dabei ist der Schalldämpfer 16 über Öffnungen in den Abschlussböden 22 an eine Abgasleitung der Abgasanlage 14 angebunden.
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Das Außengehäuse 18 des Schalldämpfers 16 kann, anstatt durch den Mantel 20 und die Abschlussböden 22, auch z.B. durch zwei Halbschalen, einen Wickelmantel oder ein Rohr gebildet sein.
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Innerhalb des Außengehäuses 18 ist eine Trennwand 24 angeordnet, die das Innere des Außengehäuses 18 in zwei Kammern 26, 28 trennt, genauer gesagt in eine Helmholtzkammer 26 und eine weitere Schalldämpferkammer 28.
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Die Trennwand 24 grenzt also unmittelbar an die Innenmantelfläche 30 des Außengehäuses 18 an.
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In der Ausführungsform der 2 ist die Helmholtzkammer 26 durch einen Abschnitt einer Innenmantelfläche 30 des Außengehäuses 18, die Trennwand 24 und einen der Abschlussböden 22 begrenzt.
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Der Schalldämpfer 16 weist außerdem zwei Abgasleitungen 32 auf, die sich in Längsrichtung L des Schalldämpfers 16 und durch das Außengehäuse 18 hindurch erstrecken.
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Mit anderen Worten sind die Abgasleitungen 32 also zumindest abschnittsweise innerhalb des Außengehäuses 18 angeordnet.
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Dabei sind die Abgasleitungen 32 seitlich zueinander beabstandet, d. h. sie weisen einen Abstand d quer zur Erstreckungsrichtung der Abgasleitungen 32 auf.
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In der Ausführungsform der 2 sind die Abgasleitungen 32 innerhalb des Außengehäuses 18 parallel zueinander ausgebildet, d. h. die Erstreckungsrichtung der Abgasleitungen 32 innerhalb des Außengehäuses 18 verläuft parallel, und die Abgasleitungen 32 verlaufen linear durch das Außengehäuse 18.
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Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass die Abgasleitungen 32 gekrümmt durch das Außengehäuse 18 verlaufen.
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Dabei bilden die Abgasleitungen 32 einen Strömungsweg für ein Abgas. Jede Abgasleitung 32 weist jeweils zwei Abgasleitungsabschnitte 34 auf, die in Strömungsrichtung des Abgases (dargestellt durch Pfeile 33) voneinander vollständig beabstandet sind.
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Mit anderen Worten ist im jeweiligen Strömungsweg durch die Abgasleitungen 32 jeweils ein seitlich komplett umlaufender Spalt 36 zwischen den Abgasleitungsabschnitten 34 vorgesehen.
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Neben dem Außengehäuse 18 und den Abgasleitungen 32 weist der Schalldämpfer 16 einen Zuleitungskörper 38 auf, der durch zwei Halbschalen 39 (3) gebildet ist.
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Der Zuleitungskörper 38 ist also zweiteilig, wobei die jeweils einteiligen Halbschalen 39 von zwei entgegengesetzten Seiten der Abgasleitungen 32 auf die Abgasleitungen 32 aufgesetzt, fest miteinander und mit den Abgasleitungen 32 verbunden sind.
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Die Halbschalen 39 sind insbesondere stoffschlüssig miteinander und auch stoffschlüssig mit den Abgasleitungsabschnitten 34 verbunden, beispielsweise durch Löten oder Schweißen.
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In der Ausgestaltung der 2 sind die Halbschalen 39, also der Zuleitungskörper 38, mit jedem Abgasleitungsabschnitt 34 stoffschlüssig verbunden.
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Im Bereich der Spalte 36 weist der Zuleitungskörper 38 zwei ringförmige Abschnitte 40 auf. Die ringförmigen Abschnitte 40 umschließen die Abgasleitungen 32 im Bereich der Spalte 36 vollumfänglich, schließen sie zur Umgebung ab und bilden dabei einen Strömungsweg für das Abgas über die Spalte 36 in den Zwischenraum zwischen den Abgasleitungen 32.
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Vom stromabwärtigen Ende der ringförmigen Abschnitte 40 aus erstreckt sich ein Zuleitungsabschnitt 42 in Form von lappenartigen, plattenartigen Fortsätzen des Zuleitungskörpers 38. Da die Zuleitungsabschnitte 42 an den Abgasleitungen 32 angebracht sind, ergibt sich ein Kanal 43, der den Hals eines Helmholtz-Resonators 41 bildet (siehe 3). Dabei mündet der Zuleitungsabschnitt 42 über eine Öffnung 44 in die Helmholtzkammer 26.
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Der Zuleitungsabschnitt 42 weist also eine Öffnung 44 (4) auf, über die die Abgasleitungen 32 fluidisch mit der Helmholtzkammer 26 verbunden sind.
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Der Zuleitungskörper 38 und die Helmholtzkammer 26 bilden also einen Helmholtz-Resonator 41, der in an sich bekannter Weise bestimmte im Abgas auftretende Frequenzen dämpft.
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Beispielsweise ist die Länge I des Zuleitungsabschnitts 42, der Abstand e (4) der Halbschalen im Bereich der Öffnung 44 zueinander und/oder der Abstand d zwischen den Abgasleitungen an die zu dämpfende Resonanzfrequenz angepasst.
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Mit anderen Worten sind also der Querschnitt und das Volumen des Zuleitungskörpers 38 im Bereich des Zuleitungsabschnitts 42 an die Resonanzfrequenz angepasst.
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Natürlich ist auch die Helmholtzkammer 26 an die Resonanzfrequenz angepasst.
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Die Helmholtzkammer 26 ist dabei mit beiden Abgasleitungen 32 fluidisch verbunden (über den Zuleitungskörper 38). Der Schalldämpfer 16 stellt also einen Helmholtz-Resonator 41 für zwei Abgasleitungen 32 bereit. Auf diese Weise wird der Aufbau eines Schalldämpfers 16 mit zwei Abgasleitungen 32 vereinfacht. Insbesondere müssen keine Löcher an den Abgasleitungsabschnitten 34 angebracht werden, sondern der Spalt 36 wird einfach durch eine beabstandete Anordnung der Abgasleitungsabschnitte 34 zueinander gebildet.
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Mechanisch sind die Abgasleitungsabschnitte 34 durch den Zuleitungskörper fest miteinander verbunden.
