Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, insbesondere für eine Abgasanlage, umfassend ein Gehäuse mit einem Einlass zum Empfangen eines Gasstroms und einem Auslass zur Abgabe des Gasstroms, eine Strömungsleiteinrichtung zum Führen des Gasstroms im Gehäuse und einen Mehrkammer-Resonator, der wenigstens zwei separate Resonator-Kammern mit jeweiligen Resonator-Hälsen aufweist, wobei die Strömungsleiteinrichtung eine Abzweigung mit einem ersten Zweigausgang und einem zweiten Zweigausgang aufweist, wobei der erste Zweigausgang in einen Resonator-Hals des Mehrkammer-Resonators mündet.
Solche Schalldämpfer werden dazu eingesetzt, in gasführenden Systemen wie Abgas-, Heizungs- oder Lüftungsanlagen die Schallemissionen zu verringern. Ein Resonator wie z. B. ein Helmholtz-Resonator ist in der Lage, durch Resonanzabsorption Schallemissionen eines bestimmten Frequenzbands gezielt zu unterdrücken.
Schalldämpfer erzeugen einen Gegendruck, der sich in vielen Anwendungsfällen ungünstig auf das übergeordnete System auswirkt. Beispielsweise senkt ein hoher Gegendruck in einer Abgasanlage die Leistung des zugehörigen Verbrennungsmotors. Da der Gegendruck auch durch Abgasreinigungs-Vorrichtungen wie Katalysatoren erhöht wird und die Anforderungen hinsichtlich der Reinigung von Abgasen steigen, besteht bei Schalldämpfern in Abgasanlagen eine besonders hohe Motivation zum Minimieren des Gegendrucks.
Es besteht daher das Bestreben, den von Schalldämpfern der genannten Art erzeugten Gegendruck unter Aufrechterhaltung einer akzeptablen Dämpfungswirkung zu verringern.
In der
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß mündet der zweite Zweigausgang in ein Durchgangsrohr, welches vom Einlass bis zum Auslass zumindest im Wesentlichen unterbrechungsfrei ausgebildet ist.
Der erste Zweigausgang und der zweite Zweigausgang weisen in entgegengesetzte Richtungen. Dies ergibt eine besonders kompakte Bauweise. Beispielsweise kann die Abzweigung ähnlich gestaltet sein wie ein T-Stück.
Das Durchgangsrohr stellt einen kontinuierlichen Strömungspfad durch das gesamte Gehäuse hindurch bereit und sorgt so für einen besonders niedrigen Gegendruck. Im Gegensatz zu Schalldämpfern mit Reflexionsstellen und ähnlichen Geometrieveränderungen kommt es im Durchgangsrohr aufgrund der unterbrechungsfreien Gasführung nur in geringem Umfang zu Stauungen.
Unter einem zumindest im Wesentlichen unterbrechungsfreien Durchgangsrohr ist in der vorliegenden Offenbarung eine Rohrleitung zu verstehen, welche nicht durch Kammern, Freiräume und dergleichen unterbrochen ist. Eine lokale Perforation in der Rohrwand oder eine Einmündung oder Abzweigung einer separaten Leitung ist dagegen nicht als Unterbrechung im Sinne der vorliegenden Offenbarung zu verstehen.
Ein Mehrkammer-Resonator mit zwei oder mehr Resonator-Kammern und zugehörigen Resonator-Hälsen ermöglicht eine selektive Dämpfung zweier oder mehrerer Frequenzen, insbesondere wenn die Kammern durch Hintereinanderschaltung miteinander gekoppelt sind. Insbesondere können dabei die Resonator-Kammern und/oder die Resonator-Hälse unterschiedliche Geometrien aufweisen und dadurch die Resonanzfrequenzen gezielt abgestimmt werden.
Die separaten Resonator-Kammern des Mehrkammer-Resonators können hintereinandergeschaltet sein. Das heißt es kann eine abhängige Mehrkammer-Anordnung vorliegen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass einer der Resonator-Hälse mit dem ersten Zweigausgang verbunden ist und ein anderer Resonator-Hals die zwei separaten Resonator-Kammern miteinander verbindet. Bei vorgegebenem Volumen und vorgegebener Halslänge lässt sich ein abhängiger Mehrkammer-Resonator durch Vorsehen eines relativ großen Halsdurchmessers besser auf tiefe Frequenzen abstimmen als ein einfacher Resonator oder ein Mehrkammersystem mit parallel geschalteten Resonanz-Kammern. Dadurch kann die Wirkung des Schalldämpfers gerade im Bereich der - häufig zu dämpfenden - tiefen Frequenzen verbessert werden.
Ein weiterer Vorteil hintereinandergeschalteter Resonator-Kammern im Vergleich zu parallel geschalteten Resonator-Kammern besteht darin, dass keine zusätzliche Abzweigung notwendig ist, so dass weniger Bauraum beansprucht wird und eine einfachere Konstruktion erzielbar ist. Eine Beschränkung auf eine einzige Abzweigung maximiert die Rohrleitungslänge, die bei vorgegebener Baugröße für das Durchgangsrohr zur Verfügung steht.
Im Vergleich zu Kammern, die von heißem Gas durchströmt sind, sind die Resonator-Kammern des Mehrkammer-Resonators verhältnismäßig kalt. Daher reduzieren sie die Oberflächentemperaturen am Schalldämpfer. Das heißt sie bewirken eine thermische Entlastung der Oberflächen der Schalldämpfer-Komponenten.
Vorzugsweise ist die Abzweigung im Bereich des Einlasses angeordnet. Somit ist sichergestellt, dass der Gasstrom bereits beim Eintritt in den Schalldämpfer einerseits in Verbindung mit dem Mehrkammer-Resonator gelangt und andererseits in das gering stauende Durchgangsrohr eintreten kann.
Speziell kann der Einlass durch einen Eintrittsrohrstutzen gebildet sein, der zumindest annähernd rechtwinklig in einen geradlinigen Leitungsabschnitt der Strömungsleiteinrichtung mündet. Der dem ersten Zweigausgang zugeordnete Teil des geradlinigen Leitungsabschnitts kann bei dieser Ausgestaltung den Resonator-Hals bilden, so dass Bauraum gespart wird und keine Bereitstellung eines separaten Bauteils für den Resonator-Hals notwendig ist.
Bevorzugt weist das Durchgangsrohr eine abgesehen von etwaigen Perforationen und/oder Mündungsstellen etwaiger Abzweigungen durchgehende Rohrwand auf. Somit werden Stauungen des Gasstroms weitgehend vermieden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Schalldämpfer eine Absorptionskammer aufweist, in welcher ein schallabsorbierendes Material angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass durch eine Kombination aus einer selektiven Dämpfung mittels des Mehrkammer-Resonators und einer breitbandigen Dämpfung mittels der Absorptionskammer eine besonders effektive Geräuschvermeidung erzielbar ist. Außerdem weist die Absorptionskammer eine wärmeisolierende Wirkung auf. Das heißt das schallabsorbierende Material bewirkt auch eine thermische Entlastung der Oberflächen der Schalldämpfer-Komponenten. Wie vorstehend erwähnt reduzieren weiterhin die Resonator-Kammern die Oberflächentemperaturen, da sie nicht von heißem Gas durchströmt sind. Eine Kombination von Mehrkammer-Resonator und Absorptionskammer verringert demgemäß die thermische Belastung der Schalldämpfer-Oberflächen in besonders ausgeprägter Weise. Bei dem schallabsorbierenden Material kann es sich zum Beispiel um Steinwolle, Glaswolle oder dergleichen handeln.
Die Absorptionskammer kann durch eine der Resonator-Kammern des Mehrkammer-Resonators gebildet sein. Zu diesem Zweck kann eine der Resonator-Kammern zumindest teilweise mit einem schallabsorbierenden Material gefüllt sein.
Eine bevorzugte Variante sieht dagegen vor, dass die Absorptionskammer als von den Resonator-Kammern des Mehrkammer-Resonators getrennte Kammer ausgeführt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Durchgangsrohr durch die Absorptionskammer hindurchgeführt ist und über eine Perforation mit dieser in Verbindung steht.
Die Absorptionskammer kann zwischen zwei Resonator-Kammern des Mehrkammer-Resonators angeordnet sein. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform. Grundsätzlich kann die Absorptionskammer auch an einem Randbereich des Schalldämpfers angeordnet sein.
Das Gehäuse kann durch zwei Trennwände in drei aufeinanderfolgende Kammern unterteilt sein, wobei die mittlere Kammer der drei aufeinanderfolgenden Kammern als Absorptionskammer ausgebildet ist oder wobei alle drei aufeinanderfolgenden Kammern als Resonator-Kammern des Mehrkammer-Resonators ausgebildet sind. Im erstgenannten Fall ergibt sich eine Kombination aus zwei selektiven und einer breitbandigen Dämpfung, im letztgenannten Fall eine Kombination aus drei selektiven Dämpfungen.
Es kann ein Verbindungsrohr vorgesehen sein, über welches ein Resonator-Hals oder eine Resonator-Kammer des Mehrkammer-Resonators mit dem Durchgangsrohr in Verbindung steht. Mit einem solchen Verbindungsrohr ist es möglich, die Wirkfrequenz des Mehrkammer-Resonators unabhängig von der Geometrie der Resonator-Hälse und der Resonator-Kammern zu beeinflussen. Das heißt es ergeben sich erweiterte Möglichkeiten zur Anpassung des Schalldämpfers an akustische Vorgaben.
Vorzugsweise mündet das Verbindungsrohr im Bereich des Auslasses in das Durchgangsrohr. Ein solches als Bypass wirkendes Verbindungsrohr hat sich hinsichtlich der Abstimmbarkeit der Resonanzfrequenz als besonders günstig erwiesen.
Das Durchgangsrohr kann durch wenigstens eine Resonator-Kammer des Mehrkammer-Resonators hindurchgeführt sein, um den Platzbedarf des Schalldämpfers zu minimieren.
Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass das Durchgangsrohr über wenigstens eine in der Rohrwand vorgesehene Perforation mit einer Resonator-Kammer in Verbindung steht. Dies eröffnet eine weitere Möglichkeit zur gezielten Beeinflussung der Wirkfrequenz des Mehrkammer-Resonators unabhängig von der Geometrie der Resonator-Hälse und der Resonator-Kammern. Bei der Ausnehmung kann es sich um eine einfache Öffnung in der Rohrwand handeln. Das Durchgangsrohr kann auch über mehrere Ausnehmungen, insbesondere über eine Lochung oder Perforation, mit einer Resonator-Kammer in Verbindung stehen.
Das Durchgangsrohr kann wenigstens eine Schleife für eine Strömungsumlenkung um zumindest im Wesentlichen 180° aufweisen. Dadurch kann ein vergleichsweise langes Durchgangsrohr in einem relativ kleinen Gehäuse untergebracht werden. Die Schleife kann zum Einsparen von Bauraum in einer Resonator-Kammer des Mehrkammer-Resonators angeordnet sein.
Die Erfindung betrifft auch ein gasführendes System, insbesondere eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor, mit einer Gasleitung und wenigstens einem in die Gasleitung integrierten Schalldämpfer.
Erfindungsgemäß ist der Schalldämpfer wie vorstehend beschrieben gestaltet.
Weiterbildungen der Erfindungen sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Der in
Zwischen dem Einlass 21 und dem Auslass 23 erstreckt sich eine Strömungsleiteinrichtung 25, welche beim Betrieb des Schalldämpfers 11 den am Einlass 21 empfangenen Gasstrom durch das Gehäuse 13 führt. Der durch einen Eintrittsrohrstutzen 27 gebildete Einlass 21 mündet in einem zumindest annäherungsweise rechten Winkel in einen geradlinigen Leitungsabschnitt 29 der Strömungsleiteinrichtung 25, der sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die gesamte mittlere Kammer 18 der drei aufeinanderfolgenden Kammern 17, 18, 19 hindurch erstreckt.
Durch die Einmündung des Eintrittsrohrstutzens 27 in den geradlinigen Leitungsabschnitt 29 ergibt sich eine Abzweigung 30 mit einem ersten Zweigausgang 31 und einem gegenüberliegenden zweiten Zweigausgang 32. Der dem ersten, im Bild rechten Zweigausgang 31 zugeordnete Teil des geradlinigen Leitungsabschnitts 29 ist durch die im Bild rechte Trennwand 16 hindurchgeführt und endet offen in einer äußeren Kammer 19. Ein Anschlussrohr 41, das sich durch die mittlere Kammer 18 hindurch erstreckt, verbindet außerdem die beiden äußeren Kammern 17, 19 miteinander. Somit ergibt sich ein Mehrkammer-Resonator 35 mit einer durch die äußere Kammer 19 gebildeten ersten Resonator-Kammer 39, wobei die im Bild links gelegene äußere Kammer 17 eine der ersten ResonatorKammer 39 nachgeschaltete zweite Resonator-Kammer 43 bildet. Der ersten Resonator-Kammer 39 ist ein Resonator-Hals 37 zugeordnet, während der zweiten Resonator-Kammer 43 ein durch das Anschlussrohr 41 gebildeter weiterer Resonator-Hals 45 zugeordnet ist. Die beiden Resonanzfrequenzen des Mehrkammer-Resonators 35 können über die Volumina der Resonator-Kammern 39, 43 sowie über die Durchmesser und die Längen der Resonator-Hälse 37, 45 angepasst werden. Zur Verdeutlichung sind die Resonator-Kammern 39, 43 in
Der zweite Zweigausgang 32 geht in ein Durchgangsrohr 47 über, welches vom Einlass 21 bis zum Auslass 23 zumindest im Wesentlichen unterbrechungsfrei ausgebildet ist. Das Durchgangsrohr 47 ist durch die im Bild linke Trennwand 15 in die zweite Resonator-Kammer 43 geführt, in welcher es eine Schleife 50 für eine Strömungsumlenkung um zumindest im Wesentlichen 180° bildet. Im Anschluss ist das Durchgangsrohr 47 wieder zurück in die mittlere Kammer 18 und durch die rechte Trennwand 16 in die erste Resonator-Kammer 39 geführt, welche es unter Ausbildung eines Knicks 49 durchquert und in den Auslass 23 übergeht.
Die mittlere Kammer 18 ist mit einem schallabsorbierenden Material 53 (durch Schraffur gezeigt) wie beispielsweise Glaswolle gefüllt. Demgemäß bildet die mittlere Kammer 18 eine Absorptionskammer 55 des Schalldämpfers 11. Das Durchgangsrohr 47 weist im Bereich der Absorptionskammer 55 eine Perforation 57 auf und steht somit in Fluidverbindung mit der Absorptionskammer 55. Das schallabsorbierende Material 53 der Absorptionskammer 55 sorgt für eine breitbandige Schalldämpfung und zusätzlich für eine Wärmeisolierung.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform ist ein Verbindungsrohr vorgesehen, über welches einer der Resonator-Hälse 37, 45 oder eine der Resonator-Kammern 39, 43 des Mehrkammer-Resonators 35 mit dem Durchgangsrohr 47 in Verbindung steht. Beispielsweise könnte der Resonator-Hals 37 der ersten Resonator-Kammer 39 im Bereich des Auslasses 23 mit dem Durchgangsrohr 47 verbunden sein. Durch ein solches Übersprechrohr oder Bypass-Rohr kann die Dämpfungscharakteristik des Mehrkammer-Resonators 35 gezielt beeinflusst werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Größe und die Geometrie der Resonator-Kammern 39, 43 aufgrund baulicher Vorgaben nur eingeschränkt variabel sind. Es können auch mehrere wie vorstehend beschrieben gestaltete Verbindungsrohre vorhanden sein.
Eine weitere Möglichkeit zur gezielten Beeinflussung der Dämpfungscharakteristik des Mehrkammer-Resonators 35 ergibt sich durch eine oder mehrere Perforationen in der Rohrwand des Durchgangsrohrs 47, vorzugsweise im Bereich des Auslasses 23, über welche das Durchgangsrohr 47 mit der ersten Resonator-Kammer 39 strömungstechnisch verbunden ist.
Eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers 11 " ist in
Die in
Durch die Kombination eines Mehrkammer-Resonators 35, 35' mit einem unterbrechungsfreien Durchgangsrohr 47, 47' ergibt sich eine für viele Anwendungen ausreichende Schalldämpfung bei vergleichsweise geringem Gegendruck.
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