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Die
Erfindung betrifft einen Luftfilter, insbesondere für eine
Ansauganlage einer Brennkraftmaschine, mit einem einen Hohlraum
ausbildenden Gehäuse, welches ein Filtermaterial aufweist,
und mit einer Schalldämpfungseinrichtung, welche eine perforierte
Wandung aufweist.
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Aus
dem allgemeinen Stand der Technik sind die verschiedensten Arten
von Luftfiltern bekannt. Im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen
angeordnete Luftfilter erzeugen aufgrund von Druckpulsationen aus
den strömungsmäßig mit dem Luftfilter
verbundenen Brennräumen häufig Geräusche,
die aufgrund des begrenzten Bauraums eines solchen Luftfilters mit
bekannten Maßnahmen nur schwer zu verringern sind.
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Ein
gattungsgemäßer Luftfilter, der eine Schalldämpfungseinrichtung
aufweist, ist in der
DE 692
22 855 T2 beschrieben. Dieser Luftfilter und insbesondere
der Schalldämpfer desselben weisen jedoch eine sehr aufwändige
Konstruktion auf, weshalb der Luftfilter in dem sehr kostensensiblen
Umfeld von Brennkraftmaschinen für Serienfahrzeuge nicht
realisiert werden kann. Außerdem ist die Wirkung des dort
beschriebenen Schalldämpfers, insbesondere bezogen auf
den Aufwand, nicht befriedigend.
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Ein
weiterer Luftfilter, der eine Schalldämpfungseinrichtung
aufweist, ist in der
DE
14 76 255 A1 beschrieben. Auch dieser Luftfilter ist jedoch
aufwändig herzustellen und daher nur bedingt für
eine Serienfertigung geeignet.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Luftfilter,
insbesondere für eine Ansauganlage einer Brennkraftmaschine,
zu schaffen, bei welchem mit einfachen Mitteln eine Verringerung
der Geräuschbildung erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäß ausgebildete Schalldämpfungseinrichtung
können die in den Luftfilter eingeleiteten und dort verstärkten
Geräusche erheblich gedämpft werden. Hierbei werden
die durch die Schallbewegungen in die Poren der perforierten Wandung
gelangenden Luftmoleküle abgebremst und in Wärme
umgewandelt, was zu einer Schalldämpfung führt.
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Erfindungsgemäß lässt
sich sowohl das Gewebe mit den Kettdrähten und den Schussdrähten, das
mikroperforierte Blech oder das Streckmetallblech sehr einfach und
damit kostengünstig herstellen, so dass der mit der erfindungsgemäßen
Schalldämpfungseinrichtung ausgestattete Luftfilter auch für
die Großserienfertigung geeignet ist.
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Ein
besonderer Vorteil der Verwendung eines Gewebes mit Kettdrähten
und Schussdrähten liegt darin, dass ein Gewebe einfacher
und schneller hergestellt werden kann als dies zum Beispiel bei Maschenware
der Fall ist. Außerdem können für ein Gewebe
sehr dünne Drähte verwendet werden, wodurch es
möglich ist, eine sehr dünne und damit sehr flexible
perforierte Wandung zu bilden.
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Bei
der Verwendung eines Gewebes sorgen die zwischen den Kettdrähten
und den Schussdrähten gebildeten Poren für eine
Absorption des in diese Poren gelangenden Schalls, sodass die Schallschnelle-Energie
des Schalls in Wärmeenergie umgewandelt und der Schall
gedämpft wird. Auf diese Weise bildet das Gewebe einen
akustisch wirksamen Absorber. Hierbei erfährt die Schallwelle
durch die Strömungsumlenkungen innerhalb des Gewebes einen
Widerstand, der die Schallabsorption verursacht. Diejenigen Schallwellen,
die nicht in das Gewebe eindringen, erfahren durch die Kett- und/oder
Schussdrähten eine diffuse Reflexion. Der Strömungswiderstand
des Gewebes steht dabei in Funktion zur Schallabsorption, wobei
ein höherer Strömungswiderstand eine bessere Schallabsorption
erzeugt. Eine Verringerung der Porengröße bzw.
des Abstandes der Schuss- und/oder Kettdrähten ermöglicht eine
Verbesserung der Schallabsorption.
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Wenn
in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen
ist, dass die Schalldämpfungseinrichtung eine im Wesentlichen
schallundurchlässige Wandung aufweist, so wird eine Reflektion
des die perforierte Wandung durchdringenden Schalls an der schallundurchlässigen
Wandung erreicht, was dazu führt, dass der Schall nochmals die
perforierte Wandung durchläuft, wodurch der Effekt der
Schalldämpfung erheblich verstärkt wird.
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Eine
sehr kompakte Bauform des Luftfilters ergibt sich, wenn die im Wesentlichen
schallundurchlässige Wandung innerhalb des Hohlraums angeordnet
ist.
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Wenn
dabei die perforierte Wandung als Innenwandung und die schallundurchlässige
Wandung als Außenwandung der Schalldämpfungseinrichtung ausgebildet
ist, so wird ein idealer Verlauf der Schallwellen innerhalb der
Schalldämpfungseinrichtung erreicht, was zu einer besonders
guten Schalldämpfung führt.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auch
vorgesehen sein, dass die im Wesentlichen schallundurchlässige
Wandung außerhalb des Hohlraums angeordnet ist. Auch hierdurch lassen
sich mittels der Reflektion der Schallwellen an der schallundurchlässigen
Wandung gute Werte hinsichtlich der Schalldämpfung erzielen.
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Eine
noch weiter verbesserte Schalldämpfung wird erreicht, wenn
in einer vorteilhaften Weiterbildung benachbart zu der perforierten
Wandung ein Dämpfungselement angeordnet ist.
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Um
eine sichere Halterung der Schalldämpfungseinrichtung an
dem Gehäuse des Luftfilters zu erreichen, kann in einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein,
dass die Schalldämpfungseinrichtung an einem mit dem Gehäuse
verbundenen Halteflansch angebracht ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung
prinzipmäßig dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Luftfilters in einem Schnitt nach der Linie I-I aus 2;
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2 eine
Vorderansicht des Luftfilters gemäß dem Pfeil
II aus 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Schalldämpfungseinrichtung
für den Luftfilter;
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4 einen
Schnitt nach der Linie IV-IV aus 2.
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5 einen
Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Luftfilters;
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6 einen
Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Luftfilters;
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7 eine
Draufsicht auf ein Gewebe der Schalldämpfungseinrichtung
für den erfindungsgemäßen Luftfilter;
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8 eine
Ansicht gemäß dem Pfeil VIII aus 7;
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9 einen
Schnitt nach der Linie IX-IX aus 7; und
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10 einen
Schnitt nach der Linie X-X aus 7.
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Die 1 und 2 zeigen
einen Luftfilter 1, der insbesondere für den Einsatz
in einer nicht dargestellten, jedoch allgemein bekannten Ansauganlage einer
Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Der Luftfilter 1 weist
ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 2 auf,
das ein Filtermaterial aufweist bzw. im Wesentlichen aus dem Filtermaterial
besteht. Das Gehäuse 2 des Luftfilters 1 bildet
einen Hohlraum 3 aus, in dem eine nachfolgend detailliert
beschriebene Schalldämpfungseinrichtung 4 angeordnet
ist.
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Die
Schalldämpfungseinrichtung 4 weist in der in 1 dargestellten
Ausführungsform eine Innenwandung 5, eine Außenwandung 6 und
ein zwischen der Innenwandung 5 und der Außenwandung 6 angeordnetes,
vorzugsweise einen offenporigen Schaumstoff aufweisendes oder aus
einem offenporigen Schaumstoff bestehendes Dämpfungselement 7 auf
und ist vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig. Das Dämpfungselement 7 verbessert
zwar die Schalldämpfungswirkung der Schalldämpfungseinrichtung 4,
gegebenenfalls könnte auf dasselbe jedoch auch verzichtet
werden.
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Wie
in 3 zu erkennen ist, schließt sich an die
Schalldämpfungseinrichtung 4 ein Befestigungsflansch 8 an,
in dem sich im vorliegenden Fall mehrere Schrauben 9 befinden,
die zur Verbindung der Schalldämpfungseinrichtung 4 mit
einem in den 1 und 4 dargestellten,
sogenannten Klappengehäuse 10 dienen. In 2 ist
die Anordnung von Bohrungen 11 des Befestigungsflansches 8,
die zur Durchführung der Schrauben 9 dienen, beispielhaft
dargestellt. Selbstverständlich könnten die Bohrungen 11 auch
in einer anderen Anzahl und/oder in einem anderen Winkel zueinander
angeordnet sein.
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Aus 1 geht
hervor, dass sowohl der Luftfilter 1 als auch die Schalldämpfungseinrichtung 4 an dem
Befestigungsflansch 8 angebracht sind. Der Befestigungsflansch 8 dient
also als Halteflansch für den Luftfilter 1 und
die Schalldämpfungseinrichtung 4. Hierzu weist
der Befestigungsflansch 8 bei der dargestellten Ausführungsform
einen Schlitz 12 auf, in dem die Innenwandung 5 der
Schalldämpfungseinrichtung 4 verläuft
bzw. in den dieselbe eingesteckt ist. Gleichzeitig sind um den Umfang
der Schalldämpfungseinrichtung 4 mehrere in 2 mittels
gestrichelter Linien dargestellte Schrauben 13 vorgesehen,
welche zur Befestigung des Luftfilters 1 an der Schalldämpfungseinrichtung 4 und
somit an dem Befestigungsflansch 8 dienen.
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Die
Schalldämpfungseinrichtung 4 ragt um eine bestimmte
Länge in den Hohlraum 3 des Luftfilters 1.
Diese Länge der Schalldämpfungseinrichtung 4 wird
von der zu erwartenden Frequenz des gemäß dem
Pfeil A in den Luftfilter 1 eintretenden Schalls gewählt.
Die Richtung der in den Luftfilter 1 ein- und aus demselben
ausströmenden Ansaugluft ist dabei mit den Pfeilen B gekennzeichnet.
Das in den Hohlraum 3 ragende Ende der Schalldämpfungseinrichtung 4 ist
im vorliegenden Fall mit einem im Wesentlichen ringförmigen
Deckel 14 abgedeckt, der beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung
bestehen kann.
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Um
eine Schalldämpfungswirkung zu erreichen, ist die Innenwandung 5 der
Schalldämpfungseinrichtung 4 im vorliegenden Fall
als perforierte Wandung 5a ausgebildet, wobei es sich bei
der perforierten Wandung 5a um ein zu einem späteren
Zeitpunkt detaillierter beschriebenes Gewebe, um ein mikroperforiertes
Blech oder um ein mit Schlitzen versehenes Streckmetallblech handeln
kann. Die Außenwandung 6 ist dagegen als schallundurchlässige bzw.
luftdichte Wandung 6a ausgebildet, wobei gegebenenfalls
auch die im vorliegenden Fall als zylindrische Mantelfläche
ausgebildete perforierte Wandung 5a an der Außen-
und die schalldurchlässige Wandung 6a an der Innenseite
der Schalldämpfungseinrichtung 4 vorgesehen sein
könnte. Die perforierte Wandung 5a könnte
auch als konische Mantelfläche ausgebildet sein. Der gemäß dem
Pfeil A in den Luftfilter 1 eintretende Schall wird also
durch die Schalldämpfungseinrichtung 4 gedämpft,
sodass sich eine erheblich verringerte Geräuschbelastung
beim Betrieb des Luftfilters 1 ergibt.
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Eine
weitere Ausführungsform des Luftfilters 1 ist
in 5 im Schnitt dargestellt. Hierbei ist wiederum
die Schalldämpfungseinrichtung 4 vorgesehen und
die als Gewebe mit Kett- und Schussdrähten, als mikroperforiertes
Blech oder als mit Schlitzen versehendes Streckmetallblech ausgebildete
perforierte Wandung 5a ist, wie bei der Ausführungsform gemäß der 1 bis 4 innerhalb
des Hohlraums 3 angeordnet. Wiederum ist benachbart zu
der perforierten Wandung 5a das Dämpfungselement 7 vorgesehen,
im Gegensatz zu der oben beschriebenen Ausführungsform
ist jedoch die schallundurchlässige Wandung 6a außerhalb
des durch das Gehäuse 2 gebildeten Hohlraums 3 angeordnet.
Auch auf diese Weise wird eine Reflektion des die perforierte Wandung 5a und,
falls vorhanden, das Dämpfungselement 7 durchlaufenden
Schalls an der schallundurchlässigen Wandung 6a erreicht,
wodurch der Schall nochmals durch das Dämpfungselement 7,
falls vorhanden, und die perforierte Wandung 5a verläuft
und somit sehr effektiv gedämpft wird.
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Während
bei der Ausführungsform gemäß 5 lediglich
eine perforierte Wandung 5a vorgesehen ist, sind bei der
Ausführungsform gemäß 6 zwei
konzentrisch zueinander angeordnete perforierte Wandungen 5a vorgesehen,
zwischen denen das Dämpfungselement 7 angeordnet
ist. Durch diese Konstruktion wird eine gegenüber der Ausführungsform
von 5 verbesserte Schalldämpfung aufgrund
der beiden perforierten Wandungen 5a erreicht, die wiederum
als Gewebe mit Kett- und Schussdrähten, als mikroperforiertes
Blech oder als mit Schlitzen versehenes Streckmetallblech ausgebildet
sein können.
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In
den 7, 8, 9 und 10 ist ein
zur Bildung der perforierten Wandung 5a verwendbares Gewebe 15 in
einem Schnitt dargestellt. Das Gewebe 15 weist Kettfäden
bzw. Kettdrähte 16 und im wesentlichen senkrecht
zu den Kettdrähte 16 verlaufende Schussfäden
bzw. Schussdrähte 17 auf. Das Gewebe 15 weist
des weiteren Poren 18 auf, welche sich zwischen den Kettdrähte 16 und
den Schussdrähten 17 befinden und in der Darstellung gemäß der 8 und 9 zu
erkennen sind. In einer nicht dargestellten Ausführungsform
können die Kettdrähte 16 und/oder die
Schussdrähte 17 auch mehrere Einzeldrähte
aufweisen, um eine höhere Reibung zu erzielen.
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In
den Poren 18 wird die Schallenergie des auf die perforierte
Wandung 5a auftreffenden Schalls in Wärme umgewandelt,
wodurch die Schallwellen absorbiert werden. Hierbei sollte die Größe
der Poren 18 möglichst geringer sein als die Größe
der an der perforierten Wandung 5a anliegenden Luftgrenzschicht,
sodass die Luftmoleküle in den Poren 18 abgebremst
und die Schallschnelleenergie in Wärme umgewandelt wird.
Im vorliegenden Fall beträgt die Größe
der Luftgrenzschicht ca. 0,05 mm, die Größe der
Poren ca. 0,025 mm. Der Durchmesser der in 10 nochmals
mit den Poren dargestellten Schussdrähte 17 beträgt
im vorliegenden Fall ca. 0,4 mm.
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Zur
Herstellung des Gewebes 15 werden die Kettdrähte 16 und
die Schussdrähte 17 mit einem an sich bekannten
Webverfahren, wie zum Beispiel einem Webverfahren zum Herstellen
einer Köperbindung oder einer sogenannten „glatten
Tresse”, miteinander verwebt, wobei hervorzuheben ist,
dass annähernd alle bekannten Webverfahren eingesetzt werden
können. Der Werkstoff der Kettdrähte 16 und der
Schussdrähte 17 kann beispielsweise ein Aluminiumwerkstoff,
insbesondere eine Aluminiumlegierung, ein Stahlwerkstoff oder ein
Kupferwerkstoff sein. Des weiteren kann auch ein Kunststoff, Edelstahl
oder Keramik als Material für die Kettdrähte 16 und/oder
Schussdrähte 17 eingesetzt werden. Vorzugsweise
bestehen die Kettdrähte 16 und die Schussdrähte 17 aus
demselben Material, es kann jedoch auch unterschiedliches Material
verwendet werden, d. h. es ist auch eine Kombination aus Kunststoff
und Metall oder eine beliebige andere Kombination der oben genannten
Werkstoffe möglich.
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Wenn
ein Aluminiumwerkstoff für die Kettdrähte 16 und
die Schussdrähte 17 verwendet wird, so ergibt
sich eine leichte perforierte Wandung 5a, wobei auch eine
gute Wärmeleitfähigkeit und eine gute Umformbarkeit
gegeben sind. Gerade bei einem Aluminiumwerkstoff hat es sich gezeigt,
dass durch eine Verringerung der Dicke des Gewebes 15,
vorzugsweise durch Walzen in einer Kalanderwalze oder dergleichen,
die Festigkeit und der Zusammenhalt des Gewebes 15 erheblich
erhöht werden kann. Selbstverständlich ist ein
solches Walzen des Gewebes 15 auch bei der Verwendung anderer
Materialien möglich und kann sinnvoll sein.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Kettdrähte 16 und
die Schussdrähten 17 im wesentlichen denselben
Durchmesser auf, d. h. es ergeben sich maximale Unterschiede von
0,01–0,5 mm zwischen denselben. Selbstverständlich
können die Kettdrähte 16 und die Schussdrähte 17 auch
erheblich unterschiedlichere Durchmesser aufweisen.
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Um
einen besseren Zusammenhalt der Kettdrähte 16 mit
den Schussdrähten 17 an den Berührungspunkten 19 zu
erreichen, kann das Gewebe 15 nach seiner Herstellung oder
nach seiner Umformung galvanisch behandelt werden. Auf diese Weise lässt
sich beispielsweise ein aus einem relativ einfachen und damit kostengünstigen
Stahlwerkstoff bestehendes Gewebe 15 verzinken, vernickeln,
verkupfern oder mit einem anderen geeigneten Werkstoff galvanisch überziehen.
Auf diese Weise können Kosten eingespart werden, in dem
ein billigeres Material für die Kettdrähte 16 und
die Schussdrähte 17 verwendet wird, welches anschließend
mit einem galvanischen Überzug versehen wird. Alternativ
können auch galvanisch und/oder mit Flüssigmetall
behandelte Kettdrähte 16 und Schussdrähte 17 zur
Herstellung des Gewebes 15 verwendet werden. Dabei steht dann
der Korrosionsschutz des Gewebes 15 im Vordergrund, der
selbst verständlich auch durch die galvanische Beschichtung
des gesamten Gewebes 15 gegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 69222855
T2 [0003]
- - DE 1476255 A1 [0004]