EP1395743B1 - Geräuschdämpfer - Google Patents

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EP1395743B1
EP1395743B1 EP01967080A EP01967080A EP1395743B1 EP 1395743 B1 EP1395743 B1 EP 1395743B1 EP 01967080 A EP01967080 A EP 01967080A EP 01967080 A EP01967080 A EP 01967080A EP 1395743 B1 EP1395743 B1 EP 1395743B1
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EP
European Patent Office
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outer tube
insert
silencer according
openings
perforated wall
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EP1395743B9 (de
EP1395743B2 (de
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Franz Josef Wolf
Udo GÄRTNER
Josef Hohmann
Anton Wolf
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Woco Industrietechnik GmbH
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Woco Industrietechnik GmbH
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Publication date
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Publication of EP1395743B9 publication Critical patent/EP1395743B9/de
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    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
    • F02M35/1205—Flow throttling or guiding
    • F02M35/1211—Flow throttling or guiding by using inserts in the air intake flow path, e.g. baffles, throttles or orifices; Flow guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N1/02—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using resonance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N1/06—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using interference effect
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
    • F02M35/1255—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance
    • F02M35/1266—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance comprising multiple chambers or compartments

Definitions

  • the invention relates to a silencer for noise-laden gases leading pipes according to the preamble of claim 1.
  • Combinations of the abovementioned muffler types are of course widely known in the art.
  • a special combination of sound damping mechanisms is for example from the DE 197 03 414 A1 known.
  • a disadvantage of the known silencer are the high flow losses due to the annular diaphragms, and moreover, there is still no satisfactory tunability of the frequencies to be damped, both in terms of the range and the broadband before.
  • the invention is therefore based on the object, the generic, from the EP 0 834 011 B1 develop known silencer to the effect that the disadvantages of the prior art are overcome, in particular in the frequency range of 1 to 20 kHz, a tunable damping is possible.
  • the invention is thus based on the surprising finding that a multiple combination of reflection mufflers and resonance mufflers allows a tuning of a frequency range to be damped from 1 to 20 kHz without significant flow losses in a compact design.
  • the corresponding combination is based on the use of one or more hole walls, so that the ring diaphragms function both as reflection walls and to delimit Helmholtz resonators to form absorption silencers in addition to the ⁇ / 4 resonators of the insert, without too considerable flow losses to lead.
  • an inventive silencer 1 comprises an outer tube 2 with an inlet side 3, an outlet 4 and a contact surface 5, an insert 6 with a contact surface 7 and closed on one side openings or blind holes 8, a plurality of Ring diaphragms 9, 9 ', 9 ", 9"', 9 "", and pinhole apertures 10, 10 ', 11, 11' with holes 12, 12 ', 13, 13'.
  • annular apertures 9, 9 ', 9 ", 9"', 9 “” between the outer tube 2 and the insert 6 are arranged so that the contact surface 5 between the outer tube 2 and the annular apertures 9, 9 ', 9 “, 9 “', 9” “and the contact surface 7 between the annular apertures 9, 9', 9", 9 "', 9” “and the insert 6 extend, wherein the insert 6 extends substantially concentrically within the outer tube 2.
  • the blind holes 8 each open to the sub-lines, are partly on opposite surfaces, preferably offset, arranged and have a depth which is tuned to a quarter of the wavelength of the Frezudämpfenden from the noise spectrum frequency.
  • the annular apertures 9, 9 ', 9 ", 9"', 9 "" and the outer tube 2 four resonance chambers are limited. Said resonance chambers are either additional reflection mufflers or resonance mufflers, depending on the configuration of the hole wall 10, 10 ', 11, 11'.
  • the hole wall 10, 10 ' is formed of a thin steel sheet, for example, while a resonance muffler is in the case where the hole wall 11, 11' a Wall thickness in a range of 0.6 to 5 mm, so that each hole 13, 13 'forms with the resonance chamber tunable to the absorption band to be damped by the frequency-tunable Helmholtz resonator.
  • the perforated walls 10, 10 ', 11, 11' not only provide an additional possibility of tuning a frequency band to be damped, but at the same time also reduce the flow losses due to vortices on the annular diaphragms 9, 9 ', 9 ", 9 "', 9""certainly.
  • the noise damper 1 is overall improved considerably over the prior art.
  • each individual sound-absorbing resonance chamber is ultimately determined only by the oscillating air volume with respect to its resonant frequency, and not by geometric shapes, so that the noise damper 1 of the invention with the smallest possible design practically any available installation space is adaptable.

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  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Geräuschdämpfer für geräuschbeladene Gase führende Rohrleitungen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Grundsätzlich unterscheidet man drei Dämpfertypen, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen, nämlich wie folgt:
    1. 1. Absorptionsschalldämpfer
      Von einem Absorptionsschalldämpfer erwartet man, daß höhere, besonders lästige Frequenzen durch Schluckstoffe absorbiert, aufgesaugt, bzw. in Reibungswärme umgewandelt werden.
      Aus der EP 0 834 011 B1 ist beispielsweise ein Absorptionsschalldämpfer für eine Brennkraftmaschine bekannt, bestehend aus einem die Ansaugluft führenden Ansaugrohr und einem dieses unter Bildung eines geschlossenen Resonanzraums umschließenden Resonatorgehäuse. Ferner ist der Absorptionsschalldämpfer mit einem Einlaßstutzen und einem Auslaßstutzen, mit Öffnungen in der Rohrwand des Ansaugrohrs, die den Innenraum des Ansaugrohrs mit dem Innenraum des Resonators verbinden, ausgerüstet. Eine oder eine axiale Folge von mehreren quer zur Längsachse des Ansaugrohrs ausgerichteten und dieses umschließenden Kammerwänden bildet bzw. bilden dabei im Resonatorgehäuse hermetisch gegeneinander abgegrenzte Resonatorkammern unterschiedlichen Volumens, wobei jede Resonatorkammer mit dem Innenraum des Ansaugrohrs über Öffnungen in der Rohrwand des Ansaugrohrs kommuniziert, ohne Überbrückung von Kammerwänden, und eine für jede einzelne Resonatorkammer auf Lage und Breite eines für diese jeweils konstruktiv vorgegebenen Resonanzfrequenzbandes aufeinander abgestimmte Dimensionierung des Resonatorkammervolumens, der Querschnittsfläche der Öffnung und der der Wandhöhe der Öffnungen entsprechenden Stärke des Ansaugrohrs im Bereich der jeweiligen Öffnung aufweist. Jede Öffnung und die dazugehörige Resonatorkammer bilden also jeweils einen auf das zu absorbierende, also zu dämpfende Frequenzband abgestimmten Helmholtz-Resonator.
      In der WO 80/02304 A1 wird ebenfalls ein Resonanzschalldämpfer in Form von Helmholz-Resonatoren beschrieben, der über perforierte Bleche aus rostfreiem, kaltflies-gepresstem, galvanisiertem Stahl, Aluminium oder anderen metallischen oder synthetischen Materialien und Dämpfungspassagen verfügt, um eine Geräuschdämpfung zu erzielen.
    2. 2. Reflexionsschalldämpfer
      Die Wirkung von Reflexionsschalldämpfern beruht sowohl auf Reflexion von Schallwellen zur Schallquelle als auch auf Vervielfachung von Schallpunkten. Die Dämpfung ist dabei um so wirksamer, je zahlreicher die Reflexionsstellen sind.
      Ein Reflexionsschalldämpfer für gasdurchströmbare Rohrleitungen mit einem Einlaß, einem Auslaß und einer zwischen diesen Anschlüssen liegenden Kammer, in der quer zur Strömungsrichtung, den Strömungsquerschnitt der Kammer verkleinernd, Kulissen oder Blenden angeordnet sind, im Luftansaugkanal einer Brennkraftmaschine, ist beispielsweise aus der WO 97/09 527 bekannt.
    3. 3. Interferenzschalldämpfer
      Ein Teil der Schallenergie wird bei Interferenzschalldämpfern beim Zusammentreffen nach verschieden lang zurückgelegten Wegen ausgelöscht.
  • Kombinationen aus den oben angegebenen Schalldämpfertypen sind selbstverständlich im Stand der Technik vielfältig bekannt. Eine spezielle Kombination von Schalldämpfungsmechanismen ist beispielsweise aus der DE 197 03 414 A1 bekannt. Dort ist eine Kombination eines Reflexionsschalldämpfers in Form von axial hintereinander geschalteten Ringblenden und eines Resonanzdämpfers in Form von λ/4-Resonatoren offenbart. Nachteilig bei dem bekannten Geräuschdämpfer sind die hohen Strömungsverluste aufgrund der Ringblenden, und zudem liegt noch stets keine zufriedenstellende Abstimmbarkeit der zu dämpfenden Frequenzen, sowohl hinsichtlich des Bereichs als auch der Breitbandigkeit, vor.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen, aus der EP 0 834 011 B1 bekannten Geräuschdämpfer dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere im Frequenzbereich von 1 bis 20 kHz eine abstimmbare Dämpfung möglich ist.
  • Die vorliegende Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1.
  • In den Ansprüchen 2 bis 13 sind bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Geräuschdämpfers beschrieben.
  • Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß eine Mehrfachkombination von Reflexionsschalldämpfern und Resonanzschalldämpfern eine Abstimmung eines zu dämpfenden Frequenzbereichs von 1 bis 20 kHz ohne wesentliche Strömungsverluste bei kompakter Bauweise ermöglicht. Die entsprechende Kombination beruht dabei auf den Einsatz von einer oder mehreren Lochwänden, so daß die Ringblenden sowohl als Reflexionswände als auch zur Abgrenzung von Helmholtz-Resonatoren unter Bildung von Absorptionsschalldämpfern zusätzlich zu den λ/4-Resonatoren des Einsatzes fungieren, ohne zu erheblichen Strömungsverlusten zu führen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft anhand von schematischen Zeichnungen im Detail erläutert ist.
  • Dabei zeigt
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Geräuschdämpfers; und
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht gemäß Figur 1, mit zum Teil entfernten Außenrohr.
  • Wie den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, umfaßt ein erfindungsgemäßer Geräuschdämpfer 1 ein Außenrohr 2 mit einer Einlaßseite 3, einer Auslaßseite 4 und einer Kontaktfläche 5, einen Einsatz 6 mit einer Kontaktfläche 7 und einseitig geschlossenen Öffnungen bzw. Sacklöchern 8, eine Vielzahl von Ringblenden 9, 9', 9", 9"', 9"", und Lochblenden 10, 10', 11, 11' mit Löchern 12, 12', 13, 13'. Dabei sind die Ringblenden 9, 9', 9", 9"', 9"" zwischen dem Außenrohr 2 und dem Einsatz 6 so angeordnet, daß die Kontaktfläche 5 zwischen dem Außenrohr 2 und den Ringblenden 9, 9', 9", 9"', 9"" und die Kontaktfläche 7 zwischen den Ringblenden 9, 9', 9", 9"', 9"" und dem Einsatz 6 verlaufen, wobei der Einsatz 6 im wesentlichen konzentrisch innerhalb des Außenrohrs 2 verläuft.
  • Durch den Einsatz 6 werden in dem Geräuschdämpfer 1 vier voneinander getrennte Teilleitungen bereitgestellt. Die Sacklöcher 8 öffnen sich jeweils zu den Teilleitungen hin, sind zum Teil auf sich gegenüberliegenden Flächen, vorzugsweise versetzt, angeordnet und weisen eine Tiefe auf, die auf ein Viertel der Wellenlänge der aus dem Geräuschspektrum herauszudämpfenden Frequenz abgestimmt ist. Durch eine gezielte Veränderung der Tiefe der Sacklöcher 8 über die Gesamtheit des Einsatzes 6 kann eine hervorragende Breitbandigkeit der Dämpfung erzielt werden, wobei die Tiefe von der Einlaßseite 3 zur Auslaßseite 4 zunimmt.
  • Von den Lochwänden 10, 10', 11, 11', den Ringblenden 9, 9', 9", 9"', 9"" und dem Außenrohr 2 werden vier Resonanzkammern begrenzt. Besagte Resonanzkammern stellen entweder zusätzliche Reflexionsschalldämpfer oder Resonanzschalldämpfer dar, abhängig von der Ausgestaltung der Lochwand 10, 10', 11, 11'. So liegt ein Reflexionsschalldämpfer in dem Fall vor, in dem die Lochwand 10, 10' beispielsweise aus einem dünnen Stahlblech ausgeformt ist, während ein Resonanzschalldämpfer in dem Fall vorliegt, in dem die Lochwand 11, 11' eine Wandstärke in einem Bereich von 0,6 bis 5 mm aufweist, so daß jedes Loch 13, 13' mit der Resonanzkammer einen auf das über Absorption zu dämpfende Frequenzband abstimmbaren Helmholtz-Resonator bildet. Zudem sorgen die Lochwände 10, 10', 11, 11' nicht nur für das Bereitstellen einer zusätzlichen Möglichkeit der Abstimmung eines zu dämpfenden Freqenzbandes, sondern stellen gleichzeitig auch eine Reduktion der Strömungsverluste aufgrund von Wirbelbildungen an den Ringblenden 9, 9', 9", 9"', 9"" sicher dar. Hierdurch wird der Geräuschdämpfer 1 insgesamt erheblich gegenüber dem Stand der Technik verbessert.
  • Weder das Außenrohr 2 noch die Lochwände 10, 10', 11, 11' müssen im Radialschnitt kreisförmig ausgelegt sein. Das Resonanzverhalten jeder einzelnen schallabsorbierenden Resonanzkammer ist letztendlich nur durch das schwingende Luftvolumen hinsichtlich seiner Resonanzfrequenz bestimmt, und nicht durch geometrische Formen, so daß der erfindungsgemäße Geräuschdämpfer 1 bei kleinst möglicher Bauweise praktisch jedem verfügbaren Einbauraum anpaßbar ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Geräuschdämpfer
    2
    Außenrohr
    3
    Einlaßseite
    4
    Auslaßseite
    5
    Kontaktfläche
    6
    Einsatz
    7,7'
    Kontaktfläche
    8
    Sackloch
    9, 9', 9", 9"', 9""
    Ringblende
    10, 10'
    Lochwand
    11, 11'
    Lochwand
    12, 12'
    Loch
    13, 13'
    Loch

Claims (13)

  1. Geräuschdämpfer (1) für geräuschbeladene Gase führende Rohrleitungen, insbesondere für eine Ansaugleitung und/oder eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, umfassend
    ein Außenrohr (2) mit einer Einlaßseite (3) und einer Auslaßseite (4),
    eine Vielzahl von Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") jeweils mit einer Außenfläche in Form einer Kontaktfläche (5), die in Verbindung mit der Innenfläche des Außenrohrs (2) steht, und
    zumindest eine Lochwand (10, 10', 11, 11'), die sich zwischen zumindest zwei Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") mit einer Außenfläche in Form einer Kontaktfläche (7'), die in Verbindung mit zumindest eine Innenfläche der zwei Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") steht, erstreckt, wobei zumindest eine Resonanzkammer zwischen den zwei Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9""), der Lochwand (10, 10', 11, 11') und dem Außenrohr (2) festgelegt ist,
    gekennzeichnet durch
    zumindest einen Einsatz (6) mit einer Außenfläche in Form einer Kontaktfläche (7) und mit einer Vielzahl von einseitig geschlossenen Öffnungen (8), wobei die Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") zwischen dem Außenrohr (2) und dem Einsatz (6) so angeordnet, daß die Kontaktfläche (5) zwischen dem Außenrohr (2) und den Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") und sind die Kontaktfläche (7) zwischen den Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") und dem Einsatz (6) verlaufen, sowie der Einsatz (6) Teilleitungen für die Gasströmung in dem Geräuschdämpfer (1) bildet und sich die einseitig geschlossenen Öffnungen (8) in die Teilleitungen hinein öffnen, sowie, bezogen auf die Wellenlänge λ einer zu dämpfenden Frequenz, eine Tiefe von λ/4 aufweisen.
  2. Geräuschdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Einsatz (6) im Radialschnitt im wesentlichen kreuzförmig oder sternförmig angeordnete, beidseitig mit den einseitig geschlossenen Öffnungen (8) versehene, im wesentlichen plattenförmige Innenwände aufweist, die sich vorzugsweise im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Außenrohrs (2) erstrecken.
  3. Geräuschdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    die einseitig geschlossenen Öffnungen (8) auf beiden Seiten einer Innenwand auf beiden Seiten einer Innenwand versetzt zueinander angeordnet sind.
  4. Geräuschdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die einseitig geschlossenen Öffnungen (8) von der Einlaßseite (3) zur Auslaßseite (4) im wesentlichen in Reihen angeordnet sind, wobei die Tiefe der einseitig geschlossenen Öffnungen (8) in einer Reihe gleich und von Reihe zu Reihe unterschiedlich sind, vorzugsweise mit zunehmender Tiefe von der Einlaßseite (3) zur Auslaßseite (4).
  5. Geräuschdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Abstand zwischen den Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") unterschiedlich ist, vorzugsweise zunehmend von der Einlaßseite (3) zur Auslaßseite (4).
  6. Geräuschdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    zumindest eine Resonanzkammer und zumindest ein Loch (13, 13') in der Lochwand (11, 11') der Resonanzkammer einen Helmholtz-Resonator bilden, der über das Volumen, der Resonanzkammer, die Querschnittsfläche des Lochs (13, 13') in der Lochwand (11, 11') der Resonanzkammer und die Wandstärke der Lochwand (11, 11') der Resonanzkammer im Bereich des Lochs (13, 13') auf ein zu dämpfendes Frequenzband abstimmbar ist.
  7. Geräuschdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Wandstärke der Lochwand (11, 11') 0,6 bis 5mm, vorzugsweise 1 bis 3mm, beträgt.
  8. Geräuschdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    sich eine oder mehrere von der Einlaßseite zur Auslaßseite hintereinander angeordnete Lochwände (10, 10', 11, 11') über die gesamte axiale Länge des Außenrohrs (2) erstreckt bzw. erstrecken, vorzugsweise konzentrisch innerhalb des Außenrohrs (2).
  9. Geräuschdämpfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß
    eine Vielzahl von Resonanzkammern vorgesehen ist, wobei vorzugsweise sich zu dämpfende Frequenzbänder benachbarter Resonanzkammern zumindest teilweise überlappen und/oder die Resonanzkammer Reflexionsschalldämpfer und/oder Absorptionsschalldämpfer bilden.
  10. Geräuschdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") mit einseitig geschlossenen Öffnungen versehen sind, die sich in die Teilleitungen hinein öffnen sowie eine Tiefe von λ/4 aufweisen, wobei vorzugsweise die Tiefe von der Einlaßseite (3) zur Auslaßseite (4) zunimmt.
  11. Geräuschdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Außenrohr (2), die Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9""), der Einsatz (6) und/oder die Lochwand bzw. die Lochwände (10, 10', 11, 11') aus einem Metall, insbesondere Aluminium, einem wärmebeständigen Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, Hartgummi und/oder einer Keramik, wie einem porösen Sinterwerkstoff, ausgebildet ist bzw. sind.
  12. Geräuschdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Außenrohr (2) und die Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") und/oder die Lochwand (10, 10', 11, 11') und der Einsatz (6) und/oder die Ringblenden (9, 9', 9", 9"', 9"") und die Lochwand (10, 10', 11, 11') in einem ausgeformt sind, vorzugsweise als ein Aluminiumdruckgußteil.
  13. Geräuschdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Außenrohr (2), der Einsatz (6), die einseitig geschlossenen Öffnungen (8) im Einsatz (6) und/oder die Löcher (12, 12', 13, 13') in der Lochwand (10, 10', 11, 11') im Radialschnitt im wesentlichen rotationssymetrisch, vorzugsweise kreisförmig, ist bzw. sind.
EP01967080A 2001-06-13 2001-06-13 Geräuschdämpfer Expired - Lifetime EP1395743B2 (de)

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PCT/EP2001/006893 WO2002101227A1 (de) 2001-06-13 2001-06-13 Geräuschdämpfer

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EP1395743A1 EP1395743A1 (de) 2004-03-10
EP1395743B1 true EP1395743B1 (de) 2008-01-30
EP1395743B9 EP1395743B9 (de) 2008-06-18
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EP01967080A Expired - Lifetime EP1395743B2 (de) 2001-06-13 2001-06-13 Geräuschdämpfer

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US (1) US6802388B2 (de)
EP (1) EP1395743B2 (de)
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DE (1) DE50113553D1 (de)
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