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Schalldämpfer
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, insbesondere für Verbrennungsmotoren und Pressluftgeräte mit mindestens einem, in die Auslassleitung eingeschalteten Entspannungsraum.
Die Wirkung der üblichen Schalldämpfer beruht auf der Kompressibilität des von dem Entspannungsraum des Schalldämpfers eingeschlossenen Gasvolumens, d. h., dass der Schalldämpfer umso besser wirkt je grösser sein Volumen ist. Wirksame Schalldämpfer dieser üblichen Art weisen deshalb eine erhebliche Grösse auf.
Feste Einbauten in solche Schalldämpfer verbessern zwar etwas die Schalldämpfung, üben jedoch auf den Abgasstrom eine stark drosselnde Wirkung aus, welche einen nennenswerten Leistungsverlusr der mit dem Schalldämpfer ausgerüsteten Maschine zur Folge hat.
Es ist auch versucht worden, Schalldämpfer mit einem elastischen Expansionsraum auszurüsten, derart, dass teleskopisch ineinander verschiebbare Teile des Schalldämpfers durch die im Inneren des Entspan- nungsraumes auftretenden Druckstösse gegen Federkraft elastisch nachgiebig sind. Derartige Schalldämpfer sind im Aufbau kompliziert und weisen wegen der Reibung zwischen den zueinander verschiebbaren Bautei len starken Verschleiss verbunden mit Geräuschbildung auf. Ausserdem sind solche Schalldämpfer wegen der erheblichen Masse der beweglichen Teile zur Dämpfung höherer Schwingungsfrequenzen ungeeignet.
Es sind auch Schalldämpfer bekanntgeworden, bei denen der Durchströmquerschnitt von einer eng gewickelten Schraubenfeder verschlossen ist und erst beim Auftreten eines Überdruckes im Inneren der Feder durch Auseinanderfedern derselben freigegeben wird. Diese Art Schalldämpfer wirkt praktisch nur durch Drosselwirkung, welche mit dem obenbeschriebenen leistungsmindernden Nachteil verbunden ist.
Die obengenannten bekannten Ausführungen von Schalldämpfern bestehen aus im Betrieb praktisch sich nicht verformendem Werkstoff, so dass sich an ihren Innenflächen Abgasrückstände ablagern können, welche zur erhöhten Korrosion des Schalldämpfers führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalldämpfer zu schaffen, der ein geringes Bauvolumen aufweist und trotzdem eine gute Geräuschdämpfung ohne nachteilig starke Drosselung des Gasstromes bewirkt.
Die genannten Vorteile werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Wände des Entspannung raumes aus gummiartig elastisch verformbarem Werkstoff bestehen.
An Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie deren weitere Merkmale und Vorteile näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Schalldämpfer, der einen elastischen Entspannungsraum gemäss der Erfindung aufweist ; Fig. 2 die Wandung eines andern Entspannungsraumes gemäss Erfindung, die nur teilweise elastisch ausgebildet ist ; Fig. 3 die Wandung eines andern Ausführungsbeispieles eines Entspannungsraumes gemäss der Erfindung, wobei die Seitenwände in besonderer Weise ausgebildet sind ; Fig. 4 einen Entspannungsraum gemäss der Erfindung, dessen Wände aus Metall bestehen und eine Dehnungsfuge aufweisen ;
Fig. 5 einen Entspannungsraum gemäss der Erfindung, der von einer Kunststoffhülle umgeben ist und entlang der Strömungsrichtung mehrere Einschnürungen aufweist und Fig. 6 einen Entspannungsraum, für den gemäss der Erfindung eine starre, mit Öffnungen versehene Umhüllung vorgesehen ist.
In Fig. 1 ist als Beispiel in schematischer Weise ein Motor 1 dargestellt, der über eine Abgasleitung 2
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3 ist von einer Schutzhülle 5 umgeben, in der nach aussen führende Druckausgleichsöffnungen 6 vorgesehen sind. Die Dämpfungseinrichtung gemäss der Erfindung arbeitet in folgender Weise :
Diedurchdas Abgasrohr 2 ankommende pulsierende Gasströmung gelangt in den Entspannungsraum 3, dessen Wände 4 aus elastisch deformierbarem Material gebildet sind, das vorzugsweise aus einem gegen die Abgase korrosions-und temperaturbeständigen Kunststoff besteht. Dieser Entspannungsraum ist vorzugsweise resonanzfrei und bewirkt durch seine elastische Ausbildung ein Entspannen und eine Dämpfung der geräuschvoll pulsierenden Abgase.
In den meisten praktischen Fällen ist es jedoch vorzuziehen, mehrere Entspannungsräume hintereinander oder parallel zueinander vorzusehen, weil der Dämpfungsgrad von der Anzahl der elastischen Entspannungsräume abhängt. Zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens sind jedoch in dieser Figur wie in einigen andern Figuren jeweils nur ein elastischer Entspannungsrauni dargestellt, weil zumindest im Prinzip schon durch einen einzigen Entspannungsraum die Vorteile der Erfindung erzielt werden können.
Durch die elastische Ausbildung der Wände des Entspannungsraumes wird nicht nur eine Dämpfung erzielt, sondern auch verhindert, dass Abgasrückstände an der Innenwand anhaften können. Im Entspannungsraum enthaltene Partikel werden durch die Gasströmung nach aussen abgeführt, wodurch zusätzlich die Korrosionsgefahr oder eine Verschmutzung durch anhaftende Abgasrückstände in einfacher Weise vermieden werden.
Die Wände 4 des Entspannungsraumes 3 sind von einer vorzugsweise starren Schutzhülle umgeben, deren Innenwand im allgemeinen nicht von den Aussenwänden 4 des expandierten Entspannungsraumes berührt werden. Diese Schutzhülle dient zunächst dazu, mechanische Beschädigungen der Wände des Entspannungsraumes zu vermeiden, die beispielsweise an einem Schalldämpfer eines Kraftfahrzeuges durch Steinschlag auftreten könnten.
In der Schutzhülle 5 sind beispielsweise dargestellte Druckausgleichsöffnungen 6 nach aussen vorgesehen, so dass ein Druckaufbau durch die Expansion des Entspannungsraumes vermieden werden kann. Wenn z. B. die Wände des Entspannungsraumes aus Metall bestehen, wie in einem der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden soll, kann erwünschtenfalls durch geeignet angebrachte Öffnungen in der Schutzhülle eine Luftkühlung erzielt werden. Anderseits ist es nicht unbedingt erforderlich, Druckausgleichsöffnungen
6 vorzusehen, wenn die Schutzhülle 5 unter Berücksichtigung der Bemessung des Entspannungsraumes so ausgebildet wird, dass der im Innenraum zwischen der Aussenwand des Entspannungsraumes 3 und der Innenwand der Schutzhülle 5 bei der Expansion des Entspannungsraumes auftretende Überdruck zur elastischen Dämpfung beitragen soll.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung, bei dem nur Teile der Wände des Entspannungsraumes elastisch deformierbar ausgebildet sind. In diesem Fall schliesst sich beispielsweise an die Eintrittsleitung 10 des Entspannungsraumes, die aus metallischem Werkstoff hergestellt sein kann und vorzugsweise mit einem korrosionsbeständigen Kunststoff überzogen ist, direkt eine elastisch deformierbare Zone 11 des Entspannungsraumes an, die aus demselben Kunststoff bestehen kann, aus dem die Umkleidung des Einlassteiles 10 ausgebildet und daran durch Hochfrequenzschweissung befestigt ist. Etwa in der Mitte des Entspannungsraumes ist eine Versteifung 12 vorgesehen, die beispielsweise durch grössere Wandstärke der Kunststoffhülle oder durch einen die Aussenwände umgebenden Ring erzielt wird.
Auf diese Weise kann bei geeignet gewählter Querschnittsverjungung eine Unterteilung des gesamten Entspannungsraumes in mehrere Teilentspannungsräume erfolgen.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Wände des Entspannungsraumes. Die Seitenwände 13 bestehen vorzugsweise aus elastischem Kunststoff, der wellenförmig ausgebildet ist, wobei die Wellenberge und Wellentäler in Strömungsrichtung des hindurchtretenden Gasstromes verlaufen. Auf diese Weise wird eine gute Expansionsfähigkeit in einer Richtung quer zur Strömungsrichtung erzielt.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Wandung eines Entspannungsraumes gemäss der Erfindung, die aus Metall bestehen kann, aber vorzugsweise mit einem geeigneten korrosions-und temperaturbeständigen Kunststoff ausgekleidet ist. In der Figur ist der Einfachheit halber nur ein Querschnitt durch die elastische Wandung 20 des Entspannungsraumes dargestellt, der entlang einer Ebene quer zur Strömungsrichtung verläuft. Im Prinzip besteht die Wandung 20 aus einem aufgeschlitzten Rohr, dessen Durchmesser so verjüngt wird, dass sich Endbereiche 21 und 22 der Wandung 20 überlappen. Zwischen diesen Endbereichen ist also eine Dehnungsfuge 22 vorgesehen, so dass sich beim Auftreten eines Überdruckes im Entspannungsraum 3 eine elastische Volumenvergrösserung des Entspannungsraumes und damit eine Dämpfung ergibt.
Die Wandung des Entspannungsraumes wird ferner vorzugsweise im Bereich ihrer Fugen
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durch einen Balg aus elastischem Werkstoff verschlossen. Auf diese Weise ist der Entspannungsraum 3 gegen den ihn umgebenden Aussenraum innerhalb der nicht dargestellten Schutzhülle 5 abgedichtet, so dass keine Abgase in den Aussenraum eindringen können, die dort eine schädliche Korrosion verursachen könnten. Der Balg kann entweder als metallische Feder ausgebildet sein, insbesondere wenn die Wandung 20 aus Metall besteht. Anderseits kann der Balg aus Kunststoff bestehen. Ferner kann die Wandung ganz oder teilweise mit elastischem Werkstoff ummantelt bzw. innen ausgekleidet werden.
Selbstverständlich können, wie auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen, mehrere derartige Entspannungsräume hintereinander oder abgezweigt bzw. parallel zueinander angeordnet werden, indem geeignet dimensionierte Verbindungsöffnungen zwischen den einzelnen Entspannungsräumen vorgesehen werden.
Neben der in dieser Figur dargestellten Ausführung der Wandung des Entspannungsraumes können auch eine Reihe anderer Ausführungsformen gewählt werden. Zum Beispiel kann der Querschnitt der Wandung hufeisenförmig, rechteckig oder quadratisch ausgebildet sein, wobei die Dehnungsfuge vorzugsweise an solchen Stellen angeordnet ist, dass die Eintrittsleitung 2 und die Austrittsleitung 7 bei der Expansion stationär bleiben.
Zu diesem Zwecke können auf der Aussenseite der Wandung an der Schutzhülle oder einer sonstigen Halterung abgestützte Dämpfungsmittel vorgesehen werden, die aber auch dann verwendet werden können, wenn die spezielle Ausführungsform bei dem auftretenden Innendruck der elastischen Deformation eine zu kleine Gegenkraft zur Erzielung einer geeigneten Dämpfung entgegensetzt, so dass diese äussere Pufferung die gewünschte dämpfende und rücktreibende Kraft ergibt.
Das in Fig. 5 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt mehrere hintereinandergeschaltete Entspannungsräume 3, deren Wandung durch eine Hülle 40 aus elastischem Kunststoff gebildet ist. Die einzelnen Entspannungsräume 3 sind in diesem Beispiel durch Einschnürungen voneinander getrennt, indem Ringe 41 in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung um die Hülle 40 herum anliegen. Diese Ringe 41 können federnd ausgebildet sein, obwohl im allgemeinen eine starre Ausführung bevorzugt wird, insbesondere wenn die in Reihe angeordneten Entspannungsräume als Resonanzdämpfer ausgebildet sind, deren Eigenschaften in geeigneter und bekannter Weise aufeinander abgestimmt sind. An Stelle der Ringe 41 können auch Versteifungen aus dem Kunststoff der Hülle 40 verwendet werden, indem z. B. die Hülle 40 an diesen
Stellen eine grössere Wandstärke aufweist.
In diesem Dämpfungssystem ist ferner ein axial verlaufendes Verteilerrohr 42 angeordnet, in dem Öffnungen 43 vorgesehen sind, über die der Innenraum des Verteilerrohres 42 mit den einzelnen Entspan- nungsräumen in Verbindung steht. Dieses Verteilerrohr 42 kann ebenfalls aus Kunststoff hergestellt werden.
Falls jedoch eine Kühlung des Innenraumes des Schalldämpfers gemäss der Erfindung gewünscht wird, kann dieses Verteilerrohr auch aus einem geeigneten korrosionsbeständigen Metall bestehen. Dann können auf der Innen-oder Aussenwand des Verteilerrohres nicht dargestellte Kühlkanäle zum Zwecke der Wärmeabfuhr aus dem Schalldämpfer vorgesehen werden.
Im allgemeinen wird es jedoch vorgezogen, auch das Verteilerrohr aus korrosionsbeständigem Kunststoff herzustellen oder zumindest damit zu verkleiden, so dass die Abgase ausser eventuell mit Teilen des Eingangs- und Ausgangsrohres mit keinem korrosionsempfindlichen Material in Berührung kommen.
Das in der Fig. 5 dargestellte Dämpfungssystem arbeitet in folgender Weise :
Die durch das Eintrittsrohr 2 ankommenden pulsierenden Gase gelangen durch die Öffnungen 43 im Verteilerrohr 42 in die durch die Ringe 41 abgeteilten elastischen Entspannungsräume 3. Diese resonanzfreien, hintereinandergeschalteten elastischen Entspannungsräume bewirken ein Abklingen der geräuschvoll pulsierenden Gase. Die pulsierende Gasströmung wird gegen das Austrittsrohr 7 hin in eine weitgehend gleichförmige Gasströmungumgewandelt. Der Dämpfungsgrad des Systems hängt dabei von der Anzahl der elastischen Entspannungsräume ab.
Durch die elastische Ausführung der Entspannungsräume ist, insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel gewährleistet, dass sich keine festen Abgasrückstände absetzen können, und dass in den Entspannungsräumen etwa vorhandene feste Partikel durch die Gasströmung zuverlässig entfernt werden.
Zum Schutze gegen äussere mechanische Einflüsse ist das Dämpfungssystem mit einer Schutzhülle 44 umgeben.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einer Schutzhülle 54 ein Schlauch aus nicht elastischem Kunststoff angeordnet, der von einer starren Umhüllung 51 umgeben ist, die Öffnungen 52 auf gegenüberliegenden Seiten aufweist, durch die Teile des Kunststoffschlauches freigelegt sind, die dann Teilentspannungsräume bilden. Anliegend auf diesen freiliegenden Oberflächen 52 des Kunststoffschlauches oder Kunststoffmantels sind Blattfedern 53 angeordnet, die einer Volumenvergrösserung bei einer Expansion der Teilentspannungsräume federnd zum Zwecke der Dämpfung entgegenwirken. Zu diesem Zwecke können auch andere, an sich bekannte Federmittel verwendet werden.
Das dargestellte Dämpfungssystem arbeitet
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in folgender Weise :
Das durch das Eintrittsrohr ankommende pulsierende Gas gelangt durch einen in der Trennwand 20 eingezeichneten Durchlass in den Kunststoffschlauch, der von der starren Umhüllung 51 umgeben ist. Die freiliegenden Oberflächen des Kunststoffmantels werden durch die Blattfedern 53 im nicht ausgedehnten Zustand gehalten, so dass beim Eintreten einer pulsierenden Gasströmung die gewünschte Dämpfung erzielt werden kann. Am andern Ende der Umhüllung 51 ist eine weitere Trennwand mit einem Durchlass zum Austrittsrohr 7 angeordnet. Der Kunststoffmantel besitzt entsprechende Öffnungen wie die Trennwände, endet jeweils auf der Oberfläche der betreffenden Trennwand und bedeckt diese auf ihrer Aussenseite, wodurch ein Kontakt mit den Abgasen verhindert wird.
Wie bereits erwähnt wurde, muss der Kunststoffmantel in diesem Ausführungsbeispielnicht aus elastischem Material bestehen, da die aussen anliegenden Federmittel die gewünschte elastische Dämpfung bewirken. Daraus ist ersichtlich, dass auch in diesem Falle die Wandungder Entspannungsräume elastisch deformierbar ist, obwohl die Wände aus einem nichtelastischen Material bestehen können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schalldämpfer, insbesondere für Verbrennungsmotore und Pressluftgeräte, mit mindestens einem in die Auslassleitung eingeschalteten Entspannungsraum, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des Entspannungsraumes (3) aus gummiartig elastisch verformbarem Werkstoff bestehen.