DE2353722A1 - Auspuffdaempfer - Google Patents

Description

(die Prioritäten aus den Patentanmeldungen in Großbritannien 49 804/72 vom 28. Oktober 1972 sowie 18 675/73 vom 18. April 1973 werden in . Anspruch genommen)

Die Erfindung bezieht sich auf Auspuffdämpfer an Verbrennungsmotoren, mit welchen der Geräuschpegel der Abgase verringert werden kann, ohne daß die Leistung des Motors in unannehmbarer Weise absinkt.

Der Abgas- bzw. Auspufflärm bei Verbrennungsmotoren umfaßt ein ganzes Frequenzband, wobei das Lärmmaximum normalerweise auf einen engen Bereich innerhalb des Frequenzbandes beschränkt ist. Die Dämpfer werden dazu benutzt, den Lärm bzw. die Geräusche in dem Frequenzbereich zu verringern., indem sich das Lärmmaximum konzentriert, um so den Lärm insgesamt zu reduzieren. ·

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Es ist bekannt, zu diesem Zweck eine Reihe von Resonatoren oder akustischen Filtern zu verwenden, die auf die verschiedenen Frequenzen des Bereiches abgestimmt sind. Mit diesen werden stehende Wellen erzeugt; wobei die Energiezufuhr, die zur Aufrechterhaltung der stehenden Wellen erforderlich ist, den Geräuschpegel in dem betreffenden Bereich und damit die Geräuschpegelspitze des Auspuffgases verringert.

Aufgabe der Erfindung war es, einen mit Resonanzkammern arbeitenden Auspuffdämpfer herzustellen und zu beschreiben, der gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art verbessert ist.

Gegenstand der Erfindung ist infolgedessen ein Auspuffdämpfer, welcher gekennzeichnet ist durch einen aus drei koaxial angeordneten Rohren, nämlich einem inneren Rohr, einem mittleren Rohr und einem äußeren Rohr bestehenden Körper, eine Gaseintrittsöffnung an dem einen Ende des Körpers und in das eine Ende des inneren Rohres, eine Austrittsöffnung am anderen Ende des inneren Rohres sowie eine Austrittsöffnung in Form eines Schlitzes am anderen Ende des Körpers, einen Durchgang zwischen dem mittleren Rohr und dem äußeren Rohr unmittelbar stromaufwärts - in Richtung des Abgasstromes gesehen — des Schlitzes 28, wobei der Durchgang eine Zuführungsöffnung hat und in den Schlitz mündet und die Wände des Durchganges undurchlässig sind und sich in einem sdchen Abstand voneinander befinden, daß die Höhe des Durchganges zwischen den Wänden so groß ist, daß eine Dämpfung, d. h. eine Abschwächung des Geräusches beim Durchgang des Gases erreicht wird, wobei weiterhin die Schlitzfläche und die Querschnittsfläche des Durchganges quer zur Strömungsrichtung des Gases durch dieselben wenigstens so groß sind wie der Querschnitt der Einlaßöffnung quer zur allgemeinen Strömungsrichtung-der Abgase durch die Einlaßöffnung, wobei außerdem der Durchgang eine

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Länge.aufweist, die wenigstens das 15-fache der Höhe des Schlitzes beträgt und in keinem Teil des Strömungsweges des Gases zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung die Querschnittsfläche senkrecht zur allgemeinen Strömungsrichtung des Gases kleiner ist als der Querschnitt der Eintrittsöffnung und wobei schließlich eine oder mehrere Kammern zwischen der Auslaßöffnung des inneren Rohres und der Eintrittsöffnung in den Durchgang vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß die Strömungsrichtung der Abgase durch die Kammer bzw. die Kammern im allgemeinen entgegengesetzte Strömungsrichtung derselben durch das innere Rohr und den Durchgang verläuft.

Wie jetzt gefunden wurde, läßt sich der Geräuschpegel der Auspuffgase mit einem Auspuff in Form eines Schlitzes mit anschließendem Durchgang mit undurchlässigen Wänden stärker verringern als mit Auspuffdämpfern, die in herkömmlicher Weise mit Resonatoren oder akustischen'Filtern ausgerüstet sind. Ohne Festlegung auf eine bestimmte Theorie kann angenommen werden, daß die Geräuschverringerung durch Interferenz und Dämpfung, die zwischen den,durch den Durchgang zu dem Austrittsschlitz wandernden Druckwellen in dem Gas zustande kommt, erreicht wird.

Die Austrittsöffnung des inneren Rohres kann zu einem Diffusor, aus dem'das Gas zu der Kammer bzw. den Kammern zwischen dem inneren und dem mittleren Rohr gelangt, führen.

Der Schlitz kann kontinuierlich-, z. B. kreisförmig, oval, rechteckig oder sinusförmig ausgebildet sein. Der Schlitz kann auch begrenzt ausgebildet und beispielsweise gerade oder bogenförmig sein. Auf jeden Fall soll der Schlitz über seine ganze Länge vorzugsweise eine konstante Breite aufweisen. Die Querschnittsform (und damit die Höhe) des Durchganges

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soll vorzugsweise die gleiche sein wie die des Schlitzes, und die Länge des Durchganges soll vorzugsweise mehr als das 50-fache der Höhe des Schlitzes betragen.

Der Dämpfer kann zwischen dem inneren und dem mittleren Rohr eine Reihe von Resonanzkammern aufweisen, die in Reihe angeordnet und auf verschiedene Frequenzen innerhalb des Frequenzbandes des zu dämpfenden Auspufflärmes abgestimmt sind. Die Kammern können mit einer Anzahl abgestimmter Röhren miteinander in Verbindung gebracht werden und mit Abstand voneinander um das innere Rohr angeordnet sein.

Bei der Konstruktion des erfindungsgemäßen Dämpfers konnte festgestellt werden, daß es am günstigsten ist', wenn die Höhe des Schlitzes und des Durchganges nicht größer ist als ein Zehntel der kürzesten Wellenlänge des zu dämpfenden Geräuschtones und nicht kleiner als ein Zehntel eines Viertels dieser kürzesten Wellenlänge. Die Höhe des Durchganges entspricht der Abmessung desselben entsprechend der Höhe des Schlitzes.

Der Schlitz soll vorzugsweise als scharfkantige Düse ausgebildet sein, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist.

Im folgenden werden zwei beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung in allen Einzelheiten beschrieben; dabei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen die einzelnen Figuren folgende Bedeutung haben:

Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen Dämpfer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 2 ist ein Querschnitt in der Ebene II-II von Fig. Ij Fig. 3 ist ein Querschnitt in der Ebene III-III von Fig. Ij

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Fig. 4 ist ein Querschnitt in der Ebene IV-IV von Fig. 1;

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

In den Fig. 1-4 der beigefügten Zeichnungen erkennt man einen Dämpfer, der ein inneres Rohr 10 aufweist, welches an seinem Eintrittsende, auf der linken Seite von Fig. 1, von einem Stirnrohr 11 umgeben ist, welches zur Verbindung mit dem Auspuffrohr eines Motors geeignet ist. An seinem rechts in der Zeichnung befindlichen Ende weist das innere Rohr 10 eine Austrittsöffnung auf,'die zu einem Diffusor 12 führt, welcher mit dem Rohr_ 10 verbunden ist. Der Diffusor weist einen zylindrischen Teil 13 auf, der über das ,rechte Ende des inneren Rohres 10 geschoben ist, sowie einen stumpf kegelförmigen Teil 14, einen zylindrischen Teil 15 mit größerem Querschnitt als der Teil 13 und eine Abschlußplatte 16. Die Abschlußplatte 16 ist undurchlässig, während sich in dem zylindrischen Teil 15 eine Reihe von Schlitzen befinden, von denen einige bei 17 dargestellt sind. Das innere Rohr 10 und der Diffusor 12 weisen solche Abmessungen auf, daß der Abstand zwischen der Abschlußplatte 16 und den Auspuffkanälen des Motors die optimale Entfernung im Hinblick auf die Motorleistung darstellt.

Das innere Rohr 10 ist von einem mittleren Rohr 18 und dieses wiederum von einem äußeren Rohr 19 umgeben. Die Rohre 10, 18 und 19 weisen zylindrische Form auf und sind koaxial angeordnet, was aus Fig. 2 deutlich wird. In einem gewissen Abstand voneinander sind in Längsrichtung der Rohre zwei Halteringe 20 zwischen den Rohren 18 und 19 angebracht.

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Aus Fig. 2 geht hervor, daß jeder Haltering drei äußere Teile 21 aufweist, welche das äußere Rohr 19 berühren, sowie drei innere Teile 22, die an dem mittleren Rohr 18 anliegen. Mittels der Halte- oder Stützringe wird das mittlere Rohr in dem äußeren Rohr gehalten, ohne daß es zu einer nennenswerten

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Behinderung des Querschnittsbereiches des ringförmigen Durchganges 23 zwischen den Rohren kommt.

Das rechte Ende des Rohres 18 ist durch eine Abschlußplatte 24 verschlossen. Diese Abschlußplatte weist einen kreisförmigen Teil 25 auf, der der Abschlußplatte 16 gegenüberliegt, sowie einen sich nach außen erweiternden Wandteil und einen zylindrischen Teil 27, welcher in das Rohr 18 hineinpaßt und an diesem befestigt ist..

Die Austrittsöffnung aus dem Durchgang 23 weist die Form eines Schlitzes 28 auf, wobei man erkennt, daß dieser von den gegenüberliegenden hinteren Enden des äußeren Rohres 19 und des mittleren Rohres 18 gebildet wird.

Das linke Ende des äußeren Rohres 19 ist mit dem, den größeren Durchmesser aufweisenden Ende 29 eines Stirnkegels 30 verbunden, dessen den kleineren Durchmesser aufweisendes Ende 31 mit dem Stirnrohr 11 verbunden ist.

Eine ringförmige Stirnplatte 32 umgibt das Rohr 10 und ist an diesem mit Hilfe eines Flansches 33 befestigt. Die Stirnplatte 32 sitzt neben dem linken Ende des äußeren Rohres 19 und weist eine Zahl, in gleichen Winkelabständen angeordnete Öffnungen 34 auf, was insbesondere aus Fig. 4 zu erkennen ist.

Zwischen dem inneren Rohr 10 und dem mittleren Rohr 18. sind vordere und hintere Leitflächen befestigt. Die vordere Leitfläche ist mit 35 bezeichnet und besteht aus einem Ring mit

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im wesentlichen Z-förmigem Querschnitt, dessen innerer Flansch 36 an das Rohr 10 und dessen äußerer Flansch 36a an das Rohr 18 angeschweißt ist. Die Leitfläche trägt sechs Röhren 37, die, wie in Fig. 2 dargestellt, in gleichem Winkelabstand; um das Rohr 10 angeordnet sind. Die linken Enden der Röhren 37 werden voneinem Flanschring 38 gehalten, der an das Rohr 10 angeschweißt ist.

In entsprechender Weise besteht die hintere Leitfläche 39 aus einem Ringteil mit Z-förmigem Querschnitt, welches einen inneren Flansch 41 aufweist, der an das Rohr 10 angeschweißt ist, sowie einen äußeren Flansch 41a, der an das Rohr 18 angeschweißt ist. Die Leitfläche 39 trägt 12 Röhren 40, die in gleichem Winkelabstand angeordnet sind, was aus Fig. 3 zu erkennen ist. Man erkennt, daß die Röhren 40 kürzer sind und einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Röhren 37.

Die Leitflächen 35 und 39 teilen den Raum zwischen den Rohren 10 und 18 in zwei Kammern.42 und 43 auf. Eine weitere Kammer 44 ist in dem äußeren Rohr 19 an der linken Seite oder vor der vorderen Leitfläche 35 vorgesehen; ein blinder Luftraum 45 befindet sich in dem Stirnkegel 30, der das Rohr 10 umgibt.

An das äußere Rohr 19 sind Vorsprünge bzw. Stifte 46 angeschweißt, die zur Befestigung des Dämpfers an einer Halteklammer dienen.

Beim Betrieb des Dämpfers fließt Abgas von links nach rechts durch das innere Rohr 10. Sobald das Gas den Diffusor 12 erreicht, dehn-t es sich aus, wobei seine Geschwindigkeit abnimmt, und gelangt durch die Schlitze 17 in die Kammer 42. Das Gas tritt dann durch die Röhren 40 in die Kammer 43 und durch die Röhren 37 in die Kammer 44 ein. Die Volumina der Kammern 42, 43 und 44 und die Längen und die Durchmesser der Röhren

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37 und 40 sind so abgemessen, daß sich· die gewünschten Dampfungscharakteristika in dem Auspuffdämpfer ergeben. Das Gas fließt dann von der Kammer 44 durch den Durchgang 23 und durch die Austrittsöffnung 28. Der Gasstrom steht mit dem blinden Luftraum 45 durch die Öffnungen 34 in Verbindung, wodurch eine weitere Dämpfung erreicht wird. Man erkennt, daß die Kammer 44 ein größeres Volumen aufweist als die Kammer 43? die wiederum ein größeres Volumen aufweist als die Kammer 42.

Der Querschnitt des Weges, auf dem das Gas strömt, ist zwischen dem Eintritt in das innere Rohr 10 und dem Austritt aus der Austrittsöffnung 28 nicht eingeengt. Vorzugsweise soll der Querschnitt der Austrittsöffnung größer sein als der der Eintrittsöffnung; er kann um 40 % größer sein. Die Austrittsöffnung 28 hat die Form eines Schlitzes, der sich am unteren Ende des Durchganges 23 befindet, dessen Wände, die Rohre 18 und 19, nicht durchlässig sind.

Die Querschnittsform des Schlitzes 28 wird im wesentlichen von der Innenfläche des äußeren Rohres 19 und der Außenfläche des inneren Rohres 18 definiert, wobei gefunden wurde, daß die aus der Öffnung austretenden Gase dem Winkel des sich erweiternden Wandteils 26 nicht folgen, solange dieser Winkel kleiner als 8° ist. Die Höhe des Durchganges 23 und des Schlitzes 28 entspricht dem radialen Abstand zwischen der Außenfläche des mittleren Rohres 18 und der Innenfläche des äußeren Rohres 19. Die Höhe des Durchganges ist so gewählt, daß eine Geräuschdämpfung in den durch den Durchgang hindurchgehenden Abgasen erreicht wird.

Der Durchgang weist eine Länge auf, die etwa das 60-fache der Höhe des Schlitzes (und damit auch der Höhe des Durchganges selbst) entspricht, obwohl in der dargestellten Ausführungs-

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form die Länge auch zwischen dem 50- und 60-fachen der Höhe des Schlitzes liegen kann.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfers dargestellt. Hierbei besteht der Dämpfer aus einem länglichen Körper 50, der ein äußeres Rohr 51 und ein mittleres Rohr 52 aufweist. Das äußere Rohr 51 ist langer als das innere Rohr 52,und zwischen den Rohren befindet .sich ein ringförmiger Durchgang 53, der zu einem ringförmigen Austrittsschlitz 54 führt, der dem' Schlitz 28 in Fig„ 1 entspricht. Der Durchgang .53 entspricht dem Durchgang 23 bei der ersten Ausführungsform der Erfindung! er ist in entsprechender Weise dimensioniert, so daß eine Geräuschdämpfung beim Durchgang der Abgase erreicht wird. Das Rohr 52 weist am Austrittsende des Dämpfers einen Verschluß 55 auf und ist an seinem anderen Ende mit einer perforierten Platte 56 versehen β

Das Eintrittsende des Dämpfers ist mit 57 bezeichnet und besteht aus einem Kegel 58, der an das äußere Rohr 51 sowie an das innere Rohr 59 angeschweißt istj letzteres erstreckt sich in die Kammer 60, die in dem Rohr 52 vorgesehen ist, und ist mit seinem einen Ende mit einem Diffusor 61 verbunden, in dem sich eine Anzahl Öffnungen 62 befinden«. Die Länge des Durchganges 53 beträgt wenigstens das 15--fach der Höhe des Austrittsschlitzes 54 und zwischen der Eintrittsöffnung in das Rohr 59 und dem Schlitz 54 befindet sich keine Behinderung für den Gasdurchfluß.

Im Betrieb verhält sich der Dämpfer gemäß Fig. 5 wie folgt: Abgas tritt durch das Rohr 59 ein und fließt in den Diffusor und Von dort durch die Öffnungen 62 in die Kammer 60_s die als Resonator wirkt und Schallenergie ab,sorbiert„ Das Gas fließt dann durch die Öffnungen 63 in der Platte 56 in die Kammer 64,'

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die in dem äußeren Rohr 51 vorgesehen,ist? diese Kammer 64 wirkt ebenfalls als ein Resonator, der weitere Schallenergie absorbiert. Die Kammern 60 und 64 sind auf verschiedene Frequenzen innerhalb des Frequenzbereiches, der in einem Auspuffdämpfer gedämpft werden soll, abgestimmt. Das Gas fließt dann aus der Kammer 64 durch den Durchgang 53 zu dem Austrittsschlitz 54, welcher die Form einer scharfkantigen Düse aufweist. Der Durchgang 53 weist undurchlässige Wände auf, die von den Rohren 51 und 52 gebildet werden. Er wirkt in derselben Weise wie der Durchgang 5 3 gemäß Fig. 1 -r 4. Es konnte .festgestellt werden, daß der Einbau eines solchen Durchganges die Wirkungsweise eines Dämpfers im Vergleich zu herkömmlichen Dämpfern erheblich verbessert.

Die vorstehend in allen Einzelheiten beschriebene Erfindung kann in verschiedener Richtung modifiziert werden. In den beiden beschriebenen Ausführungsformen weist der Durchgang 23 bzw. 53 einen konstanten Querschnitt mit gleicher Form und Höhe wie der Austrittsschlitz auf. Es liegt jedoch jedoch auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, daß der Durchgang in Richtung auf den Austrittsschlitz hin konvergiert oder divergiert, wobei es nur erforderlich ist, daß der Durchgang - bei beliebigem Querschnitt - eine Geräuschdämpfung in den hindurchgehenden Abgasen bewirkt.

Es ist auch notwendig_s daß in dem Dämpfer keine Behinderung vorhanden ist und infolgedessen muß der Querschnitt des Schlitzes 28 bzw. 54 wenigstens so groß sein wie der Querschnitt des Rohres 10 bzw. 59. Daraus ergibt sich weiterhin, daß der Querschnitt quer zur Strömungsrichtung der Gase durch den Dämpfer an keiner Stelle kleiner sein darf als der Querschnitt der Eintrittsöffnung in den Dämpfer, die von dem.Rohr 10 bzw. 59 gebildet wird.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   l.y Auspuffdämpfer, gekennzeichnet durch einen aus drei koaxial angeordneten Rohren, nämlich einem inneren Rohr (10), einem mittleren Rohr (18) und einem äußeren Rohr (19) bestehenden Körper, eine Gaseintrittsöffnung an dem einen Ende des Körpers und in das eine Ende des inneren Rohres (10), eine Austrittsöffnung am anderen Ende des inneren Rohres sowie eine Austrittsöffnung in Form eines Schlitzes (28) am anderen Ende des Körpers, einen Durchgang (23) zwischen dem mittleren Rohr (18) und dem äußeren Rohr (19) unmittelbar stromaufwärts - in Richtung des Abgasstromes gesehen - des Schlitzes (28), wobei der Durchgang (23) eine Zuführungsöffnung hat und in den Schlitz (28) mündet und die Wände des Durchganges (23) undurchlässig sind und sich in einem solchen Abstand voneinander befinden, daß die Höhe des Durchganges' (23) zwischen den Wänden so groß ist, daß eine Dämpfung, d.h. eine Abschwächung des Geräusches beim Durchgang des Gases erreicht wird, wobei weiterhin die Schlitzfläche und die Querschnittsfläche des Durchganges (23) quer zur S römungsrichtung des Gases durch dieselben wenigstens so groß sind wie der Querschnitt der Einlaßöffnung quer zur allgemeinen Strömungsrichtung der Abgase durch die Einlaßöffnung, wobei , außerdem der Durchgang (23) eine Länge aufweist, die wenigstens das 15-fach der Höhe des Schlitzes (28) beträgt und in keinem Teil des Strömungsweges des Gases zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung die Querschnittsfläche senkrecht zur allgemeinen Strömungsrichtung des Gases kleiner ist als der Querschnitt der Eintrittsöffnung und wobei schließlich eine oder mehrere Kammern zwischen der Auslaßöffnüng des inneren Rohres (10) und der Eintrittsöffnung in den Durch-

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   gang vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß die Strömungsrichtung der Abgase durch die Kammer bzw. Kämmern im allgemeinen entgegengesetzt der Strömungsrichtung derselben durch das innere Rohr (10) und den Durchgang (23) verläuft.
2. 2. Auspuffdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des inneren Rohres (10) " zu einem Diffusor (12) führt, aus welchem das Gas in eine Kammer oder in mehrere Kammern (42, 43, 44) zwischen dem inneren Rohr (10) und dem mittleren Rohr (18) gelangt.
3. 3. Auspuffdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- · kennzeichnet, daß der Austrittsschlitz (28) kontinuierlich ausgebildet ist.
4. 4. Auspuffdämpfer nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsschlitz (28) eine konstante Breite über seine ganze Länge aufweist.
5. 5. Auspuffdämpfer nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Durchganges (23) derselbe ist wie der des Schlitzes (28).
6. 6. Auspuffdämpfer nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Durchganges (23) mehr als das 50-fache der Höhe' des Schlitzes (28) beträgt.
7. 7. Auspuffdämpfer nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Kammern (42, 43, 44) zwischen dem inneren Rohr (10) und der Eintrittsöffnung in den Durchgang (23) vorgesehen ist, wobei die Kammern als Resonatoren wirken, die in Reihe angeordnet und auf die verschiedenen Frequenzen innerhalb des Frequenzbandes des zu dämpfenden Auspuffgeräusches abgestimmt sind.

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8. 8. Auspuffdämpfer nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Kammern über abgestimmte Röhren, die im Abstand rund um das innere Rohr (10) angeordnet sind, in Verbindung miteinander stehen.

   Für den-Anmelder: Meissner & Bolte Patentanwälte

   Bremen, den 24. Oktober 1973

   Anmelder:

   NORTON VILLIERS LIMITED
   Marston Road,
   Wolverähampton,
   County of Stafford,
   ENGLAND

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