DE1476493A1 - Akustische Vorrichtung - Google Patents
Akustische VorrichtungInfo
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- DE1476493A1 DE1476493A1 DE1965C0035282 DEC0035282A DE1476493A1 DE 1476493 A1 DE1476493 A1 DE 1476493A1 DE 1965C0035282 DE1965C0035282 DE 1965C0035282 DE C0035282 A DEC0035282 A DE C0035282A DE 1476493 A1 DE1476493 A1 DE 1476493A1
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Description
H76493
Anlag·
zur Eingab, vom t>
. ΜΪΓΖ 1905 HN+ Name d Anm CORIIIUG QLhIM W'OliKü,
COiiNING, IUY., U.b.A
Dr. Expl.
AkuBtis ehe Vprrichtun
o
Die vorliegende Erfindung' bezieht sich auf das Dämpfen oder Unterdrücken
von Schall mit Hilfe eines akustischen Filters oder einer Schalldämpfungsvorrichtung. Insbesondere bezieht sie sich auf eine
neuartige keramische Schalldämpfungsvorrichtung von Widerstandsbauart, die für Auspuff-Anlagen von Verbrennungskraftmaschinen und
dergleichen bestimmt ist.
Die Schallschwächung oder Schalldämpfung des Auspuffgasstromes von
Verbrennungskraftmaschinen ist eine bekannte Technik. Im allgemeinen sind die für diesen Zweck gedachten Konstruktionen nicht von
der Widerstandsbauart, d. h., daß sie relativ große Strömungskanäle aufweisen. Sie bestehen aus Metallteilen und enthalten
m Prallbleche, die eine schalldämpfende Funktion erfüllen. In einigen
Fällen sind diese nicht nach der Widerstandsbauart ausgebildeten
Konstruktionen mit. Üblichen, gut bekannten schalladsorbierenden Stoffen überzogen oder ausgekleidet, um damit das schalldämpfende
Verhalten weiter zu verbessern. Diese Vorrichtungen sind im allgemeinen einer relativ schnellen Zerstörung ausgesetzt. Dies ist
die Folge der beim Betrieb auftretenden ernsten korrodierenden
chemischen und thermischen Bedingungen und der schädlichen Ablagerung von Bestandteilen der Auspuffgase auf ihren Oberflächen, .
Vorrichtungen gemäß dor Widerstandsbauart, bei denen die Schalldämpfung
durch eine Vielzahl von unregelmäßigen Flächen bewirkt C 4 5/14 QQ9&22/ QS 2 4 eAI>
ORiGINAU- 1 -
H76493-
wird, die größtenteils parallel zu der Qa.soMTi.hstro/nuny Liejtn
sind auch schon für diesen Zweck vorgeschlagen worden. Bei diesen letzteren Vorrichtungen treten die Abgase durch eine poröse
Materialraasse durch, wie z. B. eine lose Packung aus hitzebeständigem
Granulat, hitzebeständigen Kugeln oder aus Fasern, und aus geschäumtem Glas mit aufgebrochenen Zellen« Soweit dem
Erfinder jedoch bekannt ist, sind mit diesen Dämpfungsvorrichtungen nach Widerstandsbauart keine merkbaren Erfolge erzielt worden.·
Die eingetretenen Schwierigkeiten liefen im allgemeinen darin,
daß die tragenden Metallteile wie auch das Widerstandsmaterial
durch chemische Korrosion verhältnismäßig schnell zerstört werden,
was die Folge der beim Betrieb auftretenden Vibration und der
thermischen Bedingungen ist. Sehr wichtig ist auch der niedrige Motorwirkungsgrad, der durch die bei diesen vorgeschlagenen Vorrichtungen
auftretenden sehr großen RUckdrucke verursacht wird.
Dieses Problem kann durch die Ablagerung von Abgasproduktion noch verstärkt werden.
Hohe RUckdrucke schrauben den volumetrisehen Wirkungsgrad des
Motors ganz ernsthaft herab» So kann infolge der Gegenkraft des Rückdruckes z· Ba der Kolben nicht die ganzen Auspuffgase aus
den Zylindern austreiben, so daß ein Teil der Auspuffgase zurück bleibt und sich in der Kammer mit dem eintretenden Brennstoff
mischt» Dies führt zu einer unhaltbaren Verdünnung des Brennstoffgemisches
bei den derzeitigen Maschinenkonstruktionen.
Kürzlich wurde gefunden, daß man die obigen Schwierigkeiten vermeiden
kann, wenn man als Element oder Glied von der rfiderstandsbauart mindestens ein relativ billiges, dünnwandiges keramisches
Teil mit zellenförmiger oder bienenwabenföriniger Konstruktion
SAD
verwendet, das in einen starren, einheitlichen Zustand gesintert
worden ist und eine Vielzahl· von im wesentlichen regelmäßigen, ungestörten Gaskanäleii kleinen Querschnitts aufweist, die sich
zvjisehen zwei einander im wesentlichen gegenüberliegenden Einlaßund
Auslauflachen erstrecken und in diesen Flüchen enden.
Dieses Element von der Widerstandsbauart ist zur wirksamen Schalldämpfung
und zur Erreichung eines ziemlich niedrigen oder vernachlässigbaren
Kückdruekes im wesentlichen gekennzeichnet durch: 1. regelmäßige Gaskanäle oder Zellen werden von dünnen keramischen
Wänden umschlossen und voneinander getrennt, wobei die --iuerschaittsflache
jedes einzelnen Kanals oder jeder Zelle nicht größer als etwa 0,0o5 &a~ (0,01 square inch), vorzugsweise im Bereich von
etwa 0,0015 cm2 Ws 0,019 cm2 (0,0002 bis 0,003 square inch) beträgt
und 2« die Zellenvjände werden so dünn gewählt, daß die gesamte
Offnungsflache mindestens etwa 50/j, vorzugsweise etwa 60,,?
bis Z1J1O betragt, wobei diese ü'ffnungsfläche sich aus der Summe der
Zellenquerschnittsflachen in einer rechtwinklig zu den Achsen der
Gaskanüle verlaufenden Ebene durch die Bienenwabe zusammensetzt· Die Dicke der dünnen wände lie^/t im allgeuieiuen im Bereich von
etwa 0,01 bis 0,02Jj cm (0,0()4 bis 0,01 inch), sie Kann jedoch
bis zu 0,(13»; c:.i (0,01^ inch) dick oder auch etwas dünner als
v,01 cn. (ü,00Jl iiic'i) sein. .
Andere wichtige Merkmale dieses Elementes von der Widerstandsfür einen bei einer 'Verbrennungskraftmaschine benutzten
u..jtjf"er bestehei; darin, ilali es aus einem hoch feuerfest
.-..cx'uu'l Lcheu Wex'kntol'l" ((Ws heißt einem 'Woi'iLStoff, dessen üchmolzodc-r
jirv.-eichungstemperutur weüeiitli'cfi über der nia;iimalcn Be- '
tj'ieL;:tGi:iperatui- liotJt) hergestellt int-und unbestimmt laiige so
bleibt, cJ&*ä en gute wari.ientoPviiderGtandsfahigkeit hat und daß
ea den cbark korrodlerencien Jocingungen 1^eL lietriebstöiui)era:turen ^'
9 &W '
5
gegenüber chmisch widerstandsfähig oder träge ist. Die gesinterte,
einheitliche Konstruktion zeigt einen hohen Grad von Festigkeit, so daß sie unbegrenzt lange der Zerstörung infolge
Schwingungen oder anderen unter normalen Betriebsbedingungen auftretenden mechanischen Beanspruchungen widerstehen kann.
Obwohl der Beitrag zur Schalldämpfung des oben beschriebenen keramischen, bienenwabenförmigeri Elementes von der Widerstandsbauart
nicht mit Sicherheit nachgewiesen ist, nimmt man doch an, daß die vorhandene Porosität der Zellwände zur·Schalldämpfung
beiträgt» Beim Messen fand man, daß die übliche, sich aus dem unten beschriebenen, bevorzugten Konstruktionsverfahren ergebende
Porosität bei 25<£ bis K% liegt.
Schalldämpfer mit einem oder mehreren keramischen, bienenwabenförmigen
Elementen von der Widerstandsbauart, wie sie Oben beschrieben wurden, ergaben bei einer großen Vielfalt von Maschinen
fast (wenn auch nicht ganz) so.gute, lange Zeit anhaltende
Schalldämpfung, wie die herkömmlichen, handelsüblichen Schalldämpfer. Dieses Ergebnis war wohlgemerkt nicht etwa begleitet
von irgendwelchen feststellbaren mechanischen oder chemischen Zerstörungen der keramischen, bienenwabenförmigen
Elemente· Abgesehen von einer sehr kleinen Zone nahe dem Umfang dieser Elemente zeigte sich außerdem auch keine Ablagerung von
Verbrennungsprodukten·
Der Erfinder hat nun - und dies ist ein primärer Gegenstand der·
vorliegenden Erfindung .- einen neuen Schalldämpfer gefunden, bei dem eine Vielzahl keramischer, bienenwabenförmiger, dem Gasstrom einen Widerstand entgegensetzender Elemente, wie sie oben
beschrieben wurden, in einer einteiligen Anordnung oder Konstruktion
benutzt werden, die eine bessere Schallschwächung oder
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. BAD ORIGINAL
Schalldämpfung im Betrieb bei Verbrennungskraftmaschinen ebenso
wi'e bei Geräusche enthaltenden Gasströmen anderer Herkunft liefert.
,Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist darüberhinaus die Schaffung einer relativ billigen und einzigartigen, ganz aus keramischere
Werkstoff bestehenden Schalldämpfvorrichtung, die bei hervorragen-'der
SchallSchwächung oder Schalldämpfung von größerer Lebensdauer
ist.
Die ganz aus Keramik bestehende Sehalldämpfvorrichtung gemäß
der Erfindung weist grundsätzlich eine Mehrzahl von dem Gasstrom einen Widerstand entgegensetzenden Elementen auf, die in
Reihe Untereinander angeordnet sind und einen unregelmäßigen Gasstromweg in einem Gehäuse bilden und die im Gehäuse mittels ;
einer Bindung starr angeordnet sind· Die Elemente von der Widerstandsbaurt,.das
Gehäuse und die Bindung bestehen sämtlich aus gesinterter Keramik. Wenn die Vorrichtung bei heißen Gasströmen
verwendet wird (z· B» am Auspuff von Verbrennungsmasohinen) muß
sämtliches gesinterte keramische Material im wesentlichen gleiche Wärmedehnungskoeffizienten haben, um eine physische Zerstörung
im Betrieb zu vermeiden.
Mit dem in dieser Anmeldung benutzten Begriff "üngegelmäßiger
Gasstromweg" ist eine Wegführung gemeint, die nicht eine gerade oder glatte Linie parallel zur Aohse der Elementenreihe ist.
Die "Achse der Reihe" von Elementen im Gehäuse kann, muß aber nicht notwendigerweise' eine gerade Linie sein· Diese "Aohse der
Reihe" kann nach Wunsch auch andere Gestalt haben, z· B» sinusförmige
oder sogar S-fÖrmi-ge Gestalt.» . ■■
Das Gehäuse weist einander gegenüberliegende Einlaß- und Aus.laß«· ;
wände auf. Diese Wände sind mit Ein·» baw. Ausite^OFttÖttgän ver~
f* '
sehen. _ .
Jedes Element von der Widerstandsbauart weist grundsätzlich zwei verschiedene Teile auf. Ein Teil (oder Teile) besteht aus
einem offenem Durchgang mit dünnen Wänden in Gestalt einer Bienenwabe aus gesintertem keramischem Werkstoff mit beispielsweise
folgenden oben erläuterten Merkmalen: Einlaß- und Auslaßflächen
mit ungestörten Gaskanälen zwischen diesen Flächen, maximaler Dicke der die Kanäle umschließenden dünnen Wände,
maximaler QuerschnittsfMche der Gaskanäle und minimale Gesamtöffnungsf
lache oder minimaler Öffnungsquerschnitt in einer
rechtwinklig zur Achse der Gaskanäle verlaufenden Ebene» Die Gesamtöffnungsfläche jedes dieser Teile mit offenen Kanälen darf
nicht kleiner sein und ist vorzugsweise größer als die Fläche der Einlaßöffnung, um den hervorragend niedrigen Rückdruck beim
Durchströmen des Gasstromes zu erzielen. Vorzugsweise hat jeder Teil mit offenen Kanälen eine Gesamtöffnungsfläche, die etwa
dem zwei bis dreifachen der Fläche der Einlaßöffnung entspricht. Aus dem gleichen Grunde soll auch die Auslaßöffnung mindestens
die gleiche Fläche haben wie die Einlaßöffnung»
Die Elementenreihe ist derart angeordnet^ daß die Einlaßfläche
des Teiles mit offenen Kanälen jedes Elementes entlang dem Gasstromweg
im Abstand von der Auslaßfläche des Teiles mit offenen
Kanälen beim vorangehenden Element liegt, Diese im Abstand voneinander
befindlichen Flächen sind so konstruiert und angeordnet, um den unregelmäßigen Gasstromweg zu schaffen·
Der andere Teil (oder Teile) der Elemente von Widerstandsbauart ".
bildet eine unperforierte Sperre für den Gasstrom» Zur wirksamen' Schalldämpfung *insbesondere in hohem Grade der Töne niedriger
' H76493
Frequenz (ζ. Β· 150 bis 215 Schv/ingungen /Sekunde) im Auspuff
größerer Maschinen (das heißt Maschinen mit j528Ocnr Hubraum
und sechs oder mehr Zylindern) auf die geringe Höhe derzeit herkömmlicher Schalldämpfer und sogar noch niedriger - sollen
die unperforierten Sperrteile einen geschlossenen Durchgang mifc dünnen Wänden in Gestalt einer Bienenwabe aus gesintertem
keramischem Material aufweisen, der den gleichen einschränkenden physikalischen Merkmalen unterworfen ist, wie sie oben
im Zusammenhang mit den offenen, bienenwabenförmigen Teilen erläutert wurden. Zusätzlich sollen sie aber noch einen Ver-
aus
Schluß gesintertem keramischem Werkstoff aufweisen, der jeden der Kanäle an einer Stelle verschließt, die in Richtung auf die Auslaßfläche im Abstand von der Einlaßfläche der geschlossenen Kanäle der Bienenwabe liegt. Der Verschluß schafft die unperforierte Sperre und bildet zugleich mit der Bienenwabenstruktur eine Vielzahl von einseitig geschlossenen Kanälen oder "Sackgassen", deren Öffnung an der Einlaßfläche der Bienenwabe mit geschlossenen Kanälen liegt. In manchen Fällen kann nach Wunsch auf der Auslaßfläche des Teiles mit ge- ' schlossenen Kanälen zusätzlich eine Vielzahl derartiger "Sackgassen" oder "Sacklöcher" vorgesehen sein, um die Schalldämpfung weiter zu unterstützen. Wenn die Schallwellen in dem Gasstrom, der durch die Schalldämpfvorrichtung gemäß der Erfindung mit "Sackgassen" hindurehtritt,die Einlaßfläche der Bienenwabenteile mit geschlossenen Kanälen erreichen, breiten sie sich, in die einseitig geschlossenen Kanäle aus» Die Schall«' energie wird dann infolge der Well'reflektion von der geschlpssenen Endfläche oder dem Verschluß der Gaskanäle schluckt» Es wird selbstverständlich erwartet, daß ein Teil "">s der Schallenergie durch die porösen Wände absorbiert wird»
Schluß gesintertem keramischem Werkstoff aufweisen, der jeden der Kanäle an einer Stelle verschließt, die in Richtung auf die Auslaßfläche im Abstand von der Einlaßfläche der geschlossenen Kanäle der Bienenwabe liegt. Der Verschluß schafft die unperforierte Sperre und bildet zugleich mit der Bienenwabenstruktur eine Vielzahl von einseitig geschlossenen Kanälen oder "Sackgassen", deren Öffnung an der Einlaßfläche der Bienenwabe mit geschlossenen Kanälen liegt. In manchen Fällen kann nach Wunsch auf der Auslaßfläche des Teiles mit ge- ' schlossenen Kanälen zusätzlich eine Vielzahl derartiger "Sackgassen" oder "Sacklöcher" vorgesehen sein, um die Schalldämpfung weiter zu unterstützen. Wenn die Schallwellen in dem Gasstrom, der durch die Schalldämpfvorrichtung gemäß der Erfindung mit "Sackgassen" hindurehtritt,die Einlaßfläche der Bienenwabenteile mit geschlossenen Kanälen erreichen, breiten sie sich, in die einseitig geschlossenen Kanäle aus» Die Schall«' energie wird dann infolge der Well'reflektion von der geschlpssenen Endfläche oder dem Verschluß der Gaskanäle schluckt» Es wird selbstverständlich erwartet, daß ein Teil "">s der Schallenergie durch die porösen Wände absorbiert wird»
- 7
Wenn in einigen Anwendungsfällen die Töne niedriger Frequenz nicht übermäßig stören, kann der unperforierte Sperrenteil
: aus einer glatten, festen Keramikwand oder dergleichen ohne
Sacklöcher bestehen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun einige bevorzugte
Formen mit erläuternden speziellen Ausführungsbeispielen derselben in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ■
beschrieben.
Fig· 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine spezielle Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung·
Fig« 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1
Fig, > ist ein Schnitt nach der Linie III-III in.
Fig. 1.· - ' '
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer anderen speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren, zusammengesetzten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der verschiedene
zusätzliche Varianten erläutert.
Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere spezieile
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig., 7 zeigt einen Querschnitt nach der Linie VII-VII
in Fig. 6 und
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H76493
Pig, 8 zeigt einen Schni-tt nach der Linie VIII-VIII in
Fig. δ.
In den Figusn 1 bis 5 weist der Ganz-Keramikschalldämpfer
eine Hülse oder ein Gehäuse 10 aus geeignetem gesintertem Keramikwerkstoff und bierienwabenförmige Elemente 12-17 von
der Widerstandsbauart aus geeignetem gesintertem Keramikwerkstoff auf, die starr mit dem Gehäuse 10 durch einen geeigneten
gesinterten Keramikbinder 20 verbunden sind.
Mit dem Begriff "geeignet" soll zum Ausdruck kommen, daß die
gesinterten Keramikwerkstoffe im wesentlichen gleiche Warmedehnungskoeffizieriten
haben, um Brüche und eine physische Zerstörung der Vorrichtung zu verhüten, wenn diese wiederholt erheblichen
Temperaturänderungen unterworfen wird. Die gesinterten Kerarnikwerkstoffe sollen außerdem vorzugsweise geringe Wärmedehnungskoeffizienten
(das heißt minus 10 bis plus 10 X 10 '/°C
über einen ausgedehnten Temperaturbereich) haben, um die Wäruiespannungen
in der Vorrichtung minimal·zu halten. Selbstverständlich
ist die beschriebene "Geeignetheit"' der Wärmedehnungskoeffizienten
nicht von Bedeutung, wenn die Vorrichtung in Gasströmen benutzt werden soll, die keine hohen Temperaturen
aufweisen.
Das Gehäuse 10 weist eine Einlaßendwand 18 und eine Auslaßendwand
19 auf. Die Einlaßendwand 18 hat eine Einlaßöffnung 21 und
die ^uslaßendwand 19 hat eine Auslaßöffnung 22. Beide Öffnungen
haben die Durchmesser D1* Das Gehäuse 10 besteht - wie dargestellt
- vorzugsweise aus zwei Abschnitten, die mit einer Über- ■
iappurig 2J versehen sind, so daß die Abschnitte voneinander getrennt
werden können. Andererseits kann das.,Gehäuse 10 nach
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.'■ ■ · U76493.
Wunsch, auch einstückig ausgebildet werden, z» B, durch Ausbildung
einer Verbindung aus gesintertem Keramikbindemittel an der Überlappungsstelle- 23·
Bei der in den Figuren 1 bis J5 dargestellten Ausführungsform
bestehen die Elemente von der Widerstandsbauart aus zwei Typen, die entlang der den unregelmäßigen Gasstromweg bildenden Reihe
miteinander abwechseln· Beide Elemententypen weisen einen Mittelteil
auf, der von einen äußeren Teil umgeben wird,, wobei beide Teile im wesentlichen drehsymmetrisch zur Achse der Reihe sind.
Der äußere Umfang dieser mittleren und äußeren Teile kann nach Wunsch verschiedene Gestalt haben, z. B» kreisförmig, oval,
quadratisch, rechteckig, dreieckig, polygonal uaw.
Die mittleren Teile mit den Außendurchmessern D2, D^, D^ der
ersten Elementenart 12, 14, 16 und die äußeren ringförmigen Teile mit den Innendurchmessern D^, DP, D7 der zweiten Elementenart
13, 13, 17 bestehen aus den dünnwandigen "Bienenwaben" mit
offenen Kanälen gemäß der obigen Beschreibung»
Die äußeren ringförmigen Teile mit den Innendurchmessern Dp, D1,,
D/- der ersten Elementenart 12, 14, Io und die mittleren Teile
mit den Außendurchmessern D^, Dc-, D7. der zweiten Elementenart
13» 15* 17 bestehfn aus den unperforierten Sperren mit Sacklöchern
gemäß der obigen Beschreibung» Bei dieser Ausführungsform soll. die Gesamtfläche des mittleren Teiles der zweiten Elementenart
mindestens etwa gleich der Gesamtfläche des mittleren Teiles der benachbarten ersten Elementenart sein. Auf diese Weise liegen
die offenen Zellen oder Gaskanäle einer Elementenart entlang der ·
Achse der Reihe axial gegenüber dem Sperrenteil der anderen
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Elementenart· Dadurch wird bewirkt, daß der Gasstrom bei seinem
Durchgang durch die Schalldämpfvorrichtung einem sinusförmigen j Weg folgt und infolgedessen wird die Tonstärke am Ausgang wesentlich
unter den Wert herabgesetzt, der bei einer derartigen Vorrichtung erzielt wird, bei der die offenen Zellen einander geradlinig gegenüberliegen (das heißt bei einem regelmäßig geradlinigen
Gasstromweg).
Die Sacklöcher bei den Elementen 12-17 werden durch Anordnung von Überzügen 32-37 aus gesintertem keramischem Werkstoff auf
den Auslaßflächen oder- Seiten der Elemente hergestellt» Diese Überzüge 32-J57 verschließen die Zellen oder Gaskanäle, die in
denjenigen Bereichen der Auslaßfläche enden, welche von den
Überzügen bedeckt sind. Die Überzüge 32* j>4 und 36 hilden äußere
ringförmige Sperrzonen oder Teile der Elemente 12, 14, 16, welche die mittleren Teile mit offenen Durchgangszellen umgeben. Im
Gegensatz dazu bilden die Überzüge 33* 35» 37 mittlere -kreisförmige
Sperrzonen oder Teile der Elemente 13* 15* 17*die von
den äußeren ringförmigen Teilen mit offenen Durchgangszellen
umgeben werden.
Die Anzahl und der Abstand der zweiteiligen Elemente kann je nach dem besonderen Anwendungsfall· verändert werden. Eine Reihe
von mindestens vier Elementen ist nötig zur ausreichenden Schalldämpfung des Auspuffes einer großen Verbrennungskraftmaschine,
während nur .zwei oder drei Elemente in befriedigender Weise zur
Schalldämpfung des Auspuffes kleinerer Maschinen, wie etwa den
normalerweise bei landwirtschaftlichen Traktoren und dergleichen !vorhandenen Maschinen, benutzt werden. Beim letztgenannten Anwendungsfall
können die Keramik-Bienenwabeneleinente vorteilhaft aus einem Keramikwerkstoff hergestellt sein, der eine ziemlich
hohe spezifische Wärme hat (z.B. etwa 0,2 oder mehr Kalorien /g-
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bei 25°C), so daß sie zusätzlich als Flararasperre im heißen
Auspuffstrom wirken,
Wenn der Schalldämpfer in herkömmlicher Weise entrang einem Auspuffrohr angeordnet ist, wird eine höhere Leistung (das
heißt Schalldämpfung, niedriger Rückdruck usw«) bei großen
Maschinen dadurch erreicht, daß man die Elemente in einem Abstand voneinander anordnet, der im wesentlichen gleich der
Summe der mittleren Zellen - oder Gaskanallänge der zwei den Abstand bildenden Elemente ist, wobei die mittlere Gaskanallänge
jedes Elementes im Bereich von etwa 1,27 bis 6,55 cm
(1/2 bis 2 1/2 inch) liegt» Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn der Abstand innerhalb von * 25$ der oben genannten
Summe der mittleren Gaskanallängen gehalten wird.
Wenn die Schalldämpfvorrichtung (siehe Fig» k) in oder nahe
der Abgassammelleitung angeordnet ist,· kann der Abstand vorteilhaft
geringer als oben mit Bezug auf die Summe der mittleren Gaskanallängen beschrieben sein, um geeignete Ergebnisse zu
erzielen (möglicherweise wegen der geringeren Viskosität der Auspuffgase in oder nahe der Abgassammelleitung)·
Die Ganz-Keramikschalldämpfvorrichtung kann durch irgendwelche
geeigneten Mittel an einer Auspuffleitung oder einem Auspuffrohr befestigt oder montiert sein. Gemäß der Darstellung in
Fig. 1 ist die Schalldämpfvorrichtung mit einem federnden Isolierschirm 26 und Druckdichtungen 28 in einer äußeren Hülse
2k angeordnet.
Die äußere Hülse 24 wird vorteilhaft aus korrosionsbeständigein
Metall und in zwei voneinander trennbaren Teilen mit einer
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Teleskopverbindung 30 hergestellt. Die Hülse 24 weist außerdem
Anschlußverlängerangen Jl am Einlaß- und Auslaßende auf.
Eine gemäß der Darstellung in den Figuren 1 bis 3 konstruierte
Schalldämpfereinheit, wurde in der Auspuffleitung einer 6570 cm
(401 cubic inch) Acht-Zylindermaschine geprüft und es zeigte sich, daß sie im Vergleich zu einem handelsüblichen, bisher mit der
Maschine gelieferten Schalldampfer bei einem vergleichbaren
Rückdruck von 45*72 cm (18 inch) Quecksilbersäule bessere
Leistungen ergibt. Das Keramikgehäuse wurde aus einer gesinterten
Gleit-GuS-Mischung aus 72 Gew»$ Petalit und 20 Gew.^ Beta Spodumen
gernäß der USA Patentschrift 3 096 159 hergestellt» Der gesinterte
Keramikwerkstoff zeigte einen sehr niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten
von etwa 0 - 2 X 10"V°C bis hinauf zu 900°C, Das
Gehäuse wurde mit einer Wanddicke von etwa 6,35 mm (1/4 inch),
mit einem Innendurchmesser von etwa 15*24 cm (6 inch), einer
Gesamtlänge von etwa 64,8 cm (25 1/2 inch) und Öffnungsdurchraessern
D, von 5*08 cm (2 inch) hergestellt.
Die bienenwabenförmigen Elemente wurden gemäß der USA Patentschrift
3 112 184 hergestellt. Der verwendete Keramikwerkstoff
bestand aus 75 Gew»,o Petalit und 25 Gew.70 einer Glas-Keramik,
die etvva die folgende Zusammensetzung in Gew./j (ermitiä-t durch
Oxydationsanalyse)hatte: 70$ SiO2, l3# Al3O , % TiO2, 3$ MgO,
3,0 Li^O und Vf0 ZnO. Aus diesem feinzerinehlerien Keramikwerkstoff
wurde ein Brei hergestellt,indem er in einer Kugelmühle mit
gleichen Teilen einer Lösung von etwa folgender Zusammensetzung · in Volumen % gemahlen'würde; 29,6$ Isopropanol, 39,3$ Äthylazetat,
o,4$ Versarriid 115 und 22',2^ Ilysol ÄilJlc^j^^^ainid II5 ist
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der Handelsname- eines thermoplastischen Polymers, das von der
Firma General Hills Inc. geliefert wird und durch Kondensation polymsrisierter ungesättigter Fettsäuren, wie etwa Dillnolsäure,
mit aliphatischen nminen, wie etwa Äthylendiamiri, hergestellt
wird« Hysol 6111 ist der Handelsname einer Epoxyharzlösung, die
von den Houghton Laboratories, Ine· geliefert wird und die
57 Gew.^o Epoxyharz mit einer Viskosität von etwa 2,5 bis 4,0 Poise
(Zähigkeitseinheit) bei 25°C enthält, ein Epoxydequivalent (Gramm Harz mit einem Gramm clenischem Epoxydequivalent) von 595 -· 50
und mit einem Schmelzbereich von 73 bis 85 C. Der Brei wurde
auf ein herkömmliches 1,59 kg Teebeutelpapier (3*5 pound tea
bag paper) als Überzug aufgebracht und in der in dem erwähnten USA Patent 3 112 Io4 beschriebenen Weise zu einer Bienenwabenstruktur
aus gesintertem Keramikwerkstoff geformt. Die Feuerführung war folgendermaßen:
Temperatur Bereich .. Brennzeit bzw»- geschwindigkeit
Von .Raumtemperatur 350 C/Std«
bis 7000C
gehalten auf 700 C 1 Stunde
7000C bis 1220°C 30 Minuten
Abkühlen auf Raumtemperatur AbkUhlungsgeschw· des Ofens
Wieder Erhitzen auf 1240°C 300°C/Std.
Gehalten auf 1240°C 7 Stunden
Danach wurden die Honigwaben im Ofen auf Handhabungstemperatur abgekühlt. Die Gaskanäle dieser Bienenwaben hatten im Querschnitt
die Gestalt gleichschenkliger Dreiecke mit einer Höhe von etwa-0,1016
cm (0,04 inch) und einer Grundlinie von etwa 0,19 cm (0,075 inch) und die gesamte Öffnungsfläche der Gaskanäle der Bienenwabe
betrug etwa 70$ der Gesamtquerschnittsfläche der Bienenwabe In
einer Ebene rechtwinklig zur Achse der Gaskanäle· Die mittlere z'ellenwanddicke betrug etwa 0,0152 cm (0,006 inch) und die
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Porosität der Wand betrug etwa 35-40$· Die Bienenwaben aus gesinterter
Keramik zeigten Wärmedehnungskoeffizienten von etwa
0 t 2 X 10"V°C bis hinauf zu-JOO0C oder-höher.
Die Bienenwabenelemente wurden auf Durchmesser von etwas weniger
als 15,24 cm (6 inch) geschnitten« Die Elemente 12, 13, 16 und
wurden in Richtung parallel zu den Achsen der Gaskanäle mit einer Dicke von 2,54 cm (1 inch) und die Elemente 14 und I5 mit einer
Dicke von 3,39 cm (1 3/4 inch) hergestellt. Die beiden letzteren
.Elemente wurden mit einem Abstand von 11,1 cm (4 3/8 inch) angeordnet,
wobei beide Elemente von der Mitte des Gehäuses gleichen Abstand hatten· Der Abstand zwischen den Elementen I3 und 14 und
den Elementen 15 und 16 betrug 6,35 cm (2 1/2 inch). Der Abstand zwischen den Elementen 12 und I3 und zwischen den Elementen 16
und 17 betrug 5>O8 cm (2 inch).
Der keramische Binder zur starren Verbindung der Elemente 12-17 mit dem Gehäuse 10 hatte bezogen auf das Gewicht analytisch die
folgende Zusammensetzung: 0,72$ ZnO, 1,3$ CaF2, 3,46$ SiC,
1,93$ 30 (von abgerauchtem (fumed) Bleiweiß), 6,31$ PbO und
der Rest war Glaspetalit. Ein Satz dieser Bindemittelmischung
wurde in einer Lösung von 75 Gew.$ Butylalkohol und 25 Gew.$
Toluol disper^iert und die Dispersion als Überzug auf die Umfangsflache
der Bienenwabexielemente aufgebracht. Die gleiche Bindemitteldispersion
wurde zur Herstellung der Überzüge 32-37 auf den Auslaöflachen der Elemente benutzt. Nach der Anordnung der
Elemente in den oben beschriebenen, Stellungen wurde die gesamte Einrichtung auf 11500C mit etwa 5°C/Minute erhitzt und auf 11500C
etwa eine Stunde lang gehalten, so daß der Binder vollkommen aufschäumen,
sintern und feste chemische Bindungen mit den Bienenwaben und-dem Gehäuse eingehen konnte. Bana^ßii^gj^e gesamte
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U7Ha3 :■
Einrichtung im Ofen auf Handhabungstemperatur mit einer Ge- ··
schwindigkeit von etwa 5°C/Minute abgekühlt· Der sich ergebende . gesinterte Keramikbinder zeigte Wärmedehnungskoeffizienten von
etwa 0-4 X 10~V°C bis hinauf zu 3OC)0C und mehr. ·
Die Überzüge 32-37 wurden mit den folgenden Durchmessern hergestellt:
D2 betrug 8,89 cm (3 1/2 inch)!; D, D5 und D„-betrugen .
10,3 cm (4 .1/4 inch); D2^ und Dg betrugen 10,16 cm (4 inch).
Eine dar in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Konstruktion ähnliche
andere Einheit wurde in der Auspuffleitung einer 5690 cnr (225
cubic inch) Sechs-Zylindermaschine unte/^rsucht und zeigte befriedigende
Ergebnisse. Die Konstruktion dieser Einheit war abgesehen von den folgenden speziellen Merkmalen die gleiche wie
beim Beispiel 1 ,· Die Gesamtgehäuselänge betrug etwa 43*18 cm (17 inch). Die Elemente I2-I7 waren etwa 2,54 cm (1 inch) dickv
und hatten einen Abstand von 3,8l cm (1 1/2 inch) voneinander. Die Elemente Ij5* 15 und I7 waren mit Gaskanälen hergestellt,
die im Querschnitt die Gestalt gleichschenkliger Dreiecke mit einer Höhe von etwa 0,0508 cm (0,02 inch) und einer Grundlinie
von etwa 0,0965 cm (0,038 inch) hatten una die gesamte Ö'ffnungs- ·
fläche betrug etwa 60$.
Fig. 4 .zeigt eine andere Aus führungs form der Schalldämpf vorrichtung
gemäß der Erfindung, die zur Anordnung in der Auspuffsammileitung oder nahe bei dieser in kleinerer, kompakter Gestalt
ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsform der Vorrichtung weist - ähnlich wie die bereits beschriebenen Ausführungsformen
- ein Gehäuse 40 aus gesintertem Keramikwerkstoff
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mit rechteckigem Querschnitt auf· Ein gesinterter Keramikbinder 41 hält die Elemente von der Widerstandsbauart im Gehäuse 40
starr"an Ort und Stelle. Das allein dargestellte Element 42 aus
gesintertem Keramikwerkstoff (das dem Element 12 in Fig» I entspricht)
weist einen mittleren Teil 44 mit offenen Zellen oder Gaskänälen und äußere Teile 46 mit einseitig geschlossenen Gaskanälen'
oder Sacklöchern auf, die durch Herstellung eines Über-. zugs aus gesintertem Keramikwerkstoff auf der Auslaßseite des
Elementes gebildet sind. Die zweite Elementenart bei dieser Einheit hat die offenen Zellen in den äußeren Teilen und die Sacklöcher
in einem entsprechenden mittleren Teil· Diese Einheit wird selbstverständlich so hergestellt, daß sie die anderen notwendigen
physikalischen Bedingungen erfüllt, die oben beschrieben wurden.
Fig. 5 zeigt verschiedene andere Abwandlungen, die im Rahmen der
vorliegenden Erfindung möglich sind. Zunächst kann das Gehäuse aus mehreren, voneinander trennbaren Abschnitten 48, 49 und 50
hergestellt sein· So können die für eine Vielzahl von Maschinen geeigneten Schalldämpfereinheiten leicht dadurch hergestellt wer- ,
den, daß man die Abschnitte 48 und 50 nur mit, einem oder mehreren
Abschnitten 49 vereinigt. Zur Raumersparnis können die Einlaßendwand
52 und die Auslaßendwand 53 mit einer gestauchten Einlaßöffnung
54 bzw. Auslaßöffnung 55 versehen sein.
Zur besseren Verteilung eines geräuschhaltigen Gasstromes über die Einlaßfläche eines Elementes von der Widerstandsbauart kanndas
Element mit einem nach vorne,ragenden mittleren Teil 56 versehen
sein, dessen Einlaßfläche winklig auf einen weiter vorne liegenden mittleren Punkt zuläuft.
/
In manchen Anwendungsfällen kann die Wirksamkeit der Schall«« Schwächung oder Sehalldänrafurii!: dur-Qh. die Saeklöcher noch dadurch
In manchen Anwendungsfällen kann die Wirksamkeit der Schall«« Schwächung oder Sehalldänrafurii!: dur-Qh. die Saeklöcher noch dadurch
^ ^ ",,. BAD ORIGINAL _ j-
■ ■ · . H76493
verbessert werden, daß Höhlungen oder Vertiefungen 58 in diejenigen
Teile der Einlaßfläche des Elementes eingeschnitten werden, die . den Auslaßflächenteilen gegenüberliegen» auf denen die Überzüge
60 und 61 aus gesintertem Keramikwerkstoff zum Verschluß der zwischen den beiden Flächen verlaufenden Gaskanäle angeordnet
sind. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 sind die Höhlungen 58
kreisförmige Resonanzkammern, sie können jedoch nach Wunsch auch andere geometrische Formen haben. Je nach Wunsch können für den
einzelnen besonderen Anwendungsfall auch alle Elemente 62-67 oder nur bestimmte ausgewählte Elemente mit Höhlungen 58 versehen
Ψ sein«
Die Figuren 6 bis 8 zeigen noch eine weitere spezielle Ausführujigsform
meiner Erfindung, die in der Auspuffleitung einer 4920 our
(300 cubic inch) Acht-Zylindermaschine mit ausgezeichneten Ergebnis
sen geprüft wurde. Das zweiteilige Gehäuse JO wurde in gleicher
Weise wie das Gehäuse in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Gesamtlänge nur 53*3 cm (21 inch) betrug. Die Elemente 71-77
waren aus den in Beispiel 2 benutzten-Bienenwabenkonstruktionen aus gesintertem Keramikwerkstoff hergestellt. Die runden Elemente
71* 73* 75* 77 hatten einen Durchmesser von etwas weniger als
15*2 cm (6 inch) und eine Dicke von 2,54 cm'(I inch). Die Elemente
72, 74, 76 wurden rechteckig (siehe Figo 8) mit Abmessungen von'
15,2 X 12,9 X 2,54 cm (6 X 4 3/4 X 1 inch) hergestellt und mit
den anderen Elementen gemäß der Barstellung in Fig. 6 vereinigt. Die Elemente 7I, 73, 75, 77 wurden dann mit dem Gehäuse 70'durch
ein Bindemittel 78 in gleicher Weise wie im Beispiel 1 starr verbunden»
. - . ■ ■-:.-■■ ..-;..γ ·
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Vor der Zusamrnenfügung wurde eine Hälfte der Auslaßflächen der Elemente 71, 73, 75, 77 mit Überzügen 8l, 85, 85, 87 (ebenso
wie im Beispiel 1) versehen, wodurch die Sperren mit zur Einlaßseite
hin offenen Sacklöchern hergestellt wurden, die in Längsrichtung der Schalldämpfereinheit versetzt angeordnet sind« Die
anderen Hälften dieser Elemente waren die Teile mit offenen Kanälen·
Ebenso wurden vor dem Zusammenbau auf den Elementen 72, 74, 76
Überzüge 32, 84, 86 vorgesehen, die äußere Teile mit geschlossenen
Kanälen und mittlere Teile -mit offenen Kanälen in diesen Elementen
schufen· Die Teile mit offenen Kanälen können nach Wunsch auch
durch einen mittleren Teil mit geschlossenen Kanälen in zwei Teile unterteilt sein« Während die Überzüge 84 auf der Aufilaßseite
des Elementes fk angeordnet sind, um Sacklöcher zu bilden,
die zur Einlaßseite hin offen sind, werden die Überzüge 32 und 86 auf der Einlaßseite der Elemente 72 und 76 angeordnet, so daß
Sacklöcher entstehen, die sich ar Auslaßseite der Elemente öffnen. Durch diese Gestaltung wird es möglich, die Schalldämpfereinheit
derart anzuordnen, daß sich die Sacklöcher nicht nach oben öffnen. Wenn diese Sacklöcher nämlich nach oben offen waren,
könnten vom Gasstrom mitgeschleppte Feststoffpartikel diese Sacklöcher füllen und dadurch ihre Schallschluckfähigkeit verringern.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezielle Einzelheiten
bestimmter Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, sollen diese Einzelheiten - sofern sie nicht in den Ansprüchen
enthalten sind - den Rahmen der Erfindung njdat einengen· Es sei
also bemerkt, daß eine Vielfalt von keramischen Werkstoffen und Verfahren zur Herstellung der keramischen Konstruktionen benutzt
werden können, ohne daß damit die Erfindung verlassen wird. Die
* 8AD0R!GINAL.o
90 98227 0524 "
• 20 '. U76493
Κοα,', tru;..tiorieu ivömiei. 2» U. u.ItteiL hel^-i^A-er
aus Ooei0iiete,ii dian '.)6tir lilt.üi er-aniikivex-. fitoIT l.Ox^cn
Iii nc,1 „"ier.chreiLiu;^ ut.ö öea .aispi^ichGi- '-.'ird dei' Le^i1IiT "liei.jai
in ncinu.ii all^eiaeinrio^ biuiio gebraucht UüU uaifa^u n.er'£-.i;iii:ci:e
.Merkstoffe, die ά;.;οϊ\)1ι, Krislalliü ode-o.1 üitchuri^eii aus d.ieceu
zvei p':.jysii<alischeii Z^ständeix sind.
Γ a tent a u s ρ χ' fi c
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909822/0524
Claims (1)
- Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße 31476493AnIage 5t März 1965 HN+ Aktenzeichen CORNING GLASS WORKBzur Eingabe vom Name d. Anm. CORNING. N.Y.. UmQtPatentansprüche1. Ganz aus keramischem Werkstoff bestehende Schalldämpfvorrichtung, die aus einem Gehäuse mit einer Vielzahl dem Gasstrom einen Widerstand entgegensetzenden keramischen Elementen besteht, wobei die Elemente in einer Reihe angeordnet sind, welche einen unregelmäßigen Gassbromweg im Gehäuse erzeugt, und wobei die Elemente durch eine keramische Bindung mit dem Gehäuse verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element einen ersten Teil aufweist, der eine undurchbrochene Sperre für den Gasstrom teildet, und einen zweiten Teil, der einen offenen Durchgang bildet, daß die Elemente dünnwandige, bienenwabenartige Konstruktionen mit einer Vielzahl von ungestörten Gaskanälen sind, die sich zwischen der Einlaß- und der Auslaßfläohe erstrecken, daß die Gaskanäle von dünnen Wänden bis zu etwa 0,038 cm (0,015 inch) Dicke umschlossen werden, daß die Querschnittsfläche jedes Gaskanalesnicht größer als etwa 0,065 cm (0,01 square inch) ist und die Summe der offenen Querschnittsflachen der Bienenwabe in einer Ebene rechtwinklig zu den Achsen der Gaskanäle mindestens 50g der Gesamtquersohnittsflache der Bienenwabe beträgt, daß die Einlaßfläche der zweiten Teile Jedes der im Gasstromweg aufeinanderfolgenden Elemente im Abstand von der Auslaßfläch· der zweiten Teile des vorangehenden Elementes liegt, wobei die im Abstand voneinander befindlichen Fläohen so konstruiert und mit den ersten Teilen angeordnet sind, daß ein sogenannter unreglmäöi ger Gasstroaweg entsteht, und daß die Summe der( öffnungefläoheBAD ΟΜίϋΐΝΛΐ- · 21 ·»909822/Q5-24. 1476*93jedes Elementes nicht geringer als die Fläche der Einlaßöffnung der Vorrichtung ist,2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unperforierten Sperren aus dünnwandigen bienenwabenartigen Teilen mit geschlossenem Durchgang bestehen, die die gleichen einschränkenden physikalischen Merkmale haben, wie sie oben für die offenen bienenwabenförmigen Kanäle definiert wurden, daß sie jedoch zusätzlich keramische Verschlüsse aufweisen, die so konstruiert und angeordnet sind, daß sie jeden der Gaskanäle mindestens an der Einlaß- oder Auslaßfläche der bienenwabenförmigen Konstruktion mit geschlossenem Durchgang verschließen·j5· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gasstrom einen Widerstand entgegensetzenden keramischen Elemente aus Elementen einer ersten und einer zweiten Art bestehen, die in der Vorrichtung miteinander abwechseln und aus einem mittleren Teil bestehen, der von einem äußeren Teil umschlossen ist, wo-bei beide Teile im wesentliche-n drehsymmetrisch zur Achse der Elementenreihe sind, daß der äußere Teil der ersten Elementenart und der mittlere Teil der zweiten Elementenart unperforierte Sperren für den Gasstrom aufweist und daß der mittlere Teil der zweiten Eleipentenart und der äußere Teil der ersten Elementenart die dünnwandigen Bienenwabenkonstruktionen mit offenem Durchgang aufweist♦hm Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gasstrom einen Widerstand entgegensetzenden keramischen Elemente aus einer ersten Elementenart bestehen, die das der Einlaßendwand am nächsten liegende und in der Folge■· 22 —9 0 9822 /Q-. 2 * BAD 0R10INALH76493jedes zweite Element bildet und mit ihrer größten Fläche im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Elementenfolge angeordnet ist, daß eine zweite Elementenart zwischen jewlls hwei aufeinanderfolgenden Elementen der ersten Art angeordnet ist, wobei eine im Inneren der zweiten Elementenart liegende und parallel zu den größten Flächen dieser zweiten Elementenart verlaufende Ebene die Achse der Elementenfolge schneidet und wobei die Elemente der zweiten Art gegen jeweils zwei aufeinanderfolgende Elemente der ersten Art entlang im wesentlichen diametral verlaufenden Linien der ersten Elementenart anliegt, und daß sowohl die erste als auch die zweite Elementenart zwei verschiedene Teile aufweist, wobei im wesentlichen eine im Wechsel auf der einen und der anderen Seite der erwähnten diametralen Linie liegende Hälfte jedes der aufeinanderfolgenden Elemente der ersten Art und die Teile der Elemente der zweiten Art, die den erwähnten diametralen Linien nahe liegen, erste unperforierte Sperren für den Gasstrom bildende Teile sind und wobei im wesentlichen die andere Hälfte jedes Elementes der ersten Art und der mittlere Teil jedes Elementes der zweiten Art zweite Teile bilden, die die dünnwandigen Bienenwabenkonstruktionen mit offenem Durchgang darstellen·5· Vorrichtung naoh 4inem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Wände der bienenwabenförmigen Konstruktionen porös sind«6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßflachen der dünnwandigen Bienenwabenkonstruktionen mit offenem Durchgang Höhlungen bildende Oberflächen aufweisen·BAD ORIGINAL909822/Ob24U7R4937· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikwerkstoffe des Gehäuses, der Elemente und des Bindemittels im wesentlichen gleiche Wärmedehnungskoeffizienten haben«909822/0524 BAD ORIGINAL- 24 -
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