CH632318A5

CH632318A5 - Schalldaempfer fuer die auspuffleitung einer brennkraftmaschine, insbesondere eines flugzeugmotors.

Info

Publication number: CH632318A5
Application number: CH254678A
Authority: CH
Inventors: Josef Meier
Original assignee: Josef Meier
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE2907320A1; BE874673A; IT1120324B; GB2016085A; NL7901779A; US4252212A; FR2419392B1; DE2907320C2; AT362203B; GB2016085B; FR2419392A1; ATA153879A; IT7903342A0

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für die Auspuffleitung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Flugzeugmotors, mit einem die Abgase leitenden, in Strömungsrichtung derselben sich konisch erweiternden und mit Schlitzen in Axialrichtung versehenen Rohr, das über einen Teil seiner Länge von einem mit schalldämpfendem, hochhitzebeständigem Fasermaterial gefüllten Mantelrohr umgeben ist, wobei die Schlitze durch Ränder begrenzt sind, die aus der äusseren Rohrmantelfläche heraus abgerundet sind und in das Fasermaterial hineinragen.

Schalldämpfer dieser Art sind bereits bekannt. Ihr Zweck besteht darin, die Auspuffschläge aus den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine, die das Auspuffgeräusch erzeugen, in das Fasermaterial abzuleiten, welches dann die entsprechenden Druckstösse absorbieren soll. Man erhoffte sich auf diese Weise, die vom Fahrzeug her bekannten Schalldämpfer, die mit sogenannten Schikanen arbeiten und lediglich eine Verwirbelung der Abgase bewirken, zu vermeiden, um einen geringeren Gegendruck im Auspuff und damit eine verbesserte Durchspülung der Brennkraftmaschine zu erhalten.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die schalldämpfende Wirkung nur mässig ist, weil die Öffnungen zumeist nur aus kreisrunden, ausgestanzten Löchern bestanden. Durch das Ausstanzen werden aber scharfe Kanten gebildet, die Ansatzstellen zu Turbulenzen in der Gasströmung bilden. Es ist aber unzweckmässig, eine Beruhigung der Gasströmung erzielen zu wollen, die dann durch neu auftretende Störungsfaktoren in ihrer Wirkung wieder beeinträchtigt wird.

Eine gewisse Verbesserung wurde dadurch erreicht, dass man die Öffnungen als längliche Schlitze ausbildete, und gemäss der US-PS 3 263 772 wurde sogar bei der Herstellung der Öffnungen darauf geachtet, das Material nicht einfach zu entfernen, sondern mit diesem sogenannte Zungen zu bilden, die dann in das Fasermaterial hinein umgebogen wurden, um die Strömung in dieses hinein umzulenken.

Aber auch diese Massnahme ist noch verbesserungsfähig. Es ist nämlich zu beachten, dass auch diese Zungen scharfe Kanten haben, ebenso wie die Ränder der auf diese Weise entstandenen Öffnungen. Da ausserdem die Form der Schlitze rechteckig ist, und die Ecken dieses Rechtecks ihrerseits wieder Turbulenzen bilden, sind die Quellen für neu entstehende Störungen nicht beseitigt.

Demgegenüber sieht nun die Erfindung vor, den Schalldämpfer der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass bei den genannten Schlitzen jeder Rand auf dem ganzen Umfang des von ihm eingerahmten Schlitzes in das Fasermaterial hineinragt.

Durch diese Ausgestaltung werden die Turbulenzquellen praktisch eliminiert. Dies hat zur Folge, dass nach anfänglicher Füllung des das Fasermaterial enthaltenden Zwischenraumes durch das einströmende Gas praktisch kein oder nur noch ein sehr geringer Gasaustausch zwischen diesem Raum und den Innenraum des die Abgase leitenden Rohres stattfindet. Dies lässt sich daran erkennen, dass das Fasermaterial auch nach sehr Ian-5 ger Betriebszeit praktisch unverschmutzt bleibt, im Gegensatz zu herkömmlichen Schalldämpfern. Es muss daher angenommen werden, dass sich durch den erfindungsgemäss ausgebildeten Rand, der jede Öffnung wie einen Trichter umgibt, ein annähernd stationäres Gaspolster aufgebaut wird. Ein solches io Gaspolster lässt jedoch die hochfrequenten Schallwellen hindurchtreten und reflektiert nur noch die niederfrequenten. Zu beachten ist auch, dass dieses Gaspolster aus der Ebene der Rohrinnenwand zurückversetzt ist. Dadurch werden schräg auf dieses Polster auftreffende Druckwellen wieder gegen die Rohr-15 mittelachse hin zurückreflektiert. Das strömende Gas kommt auf diese Weise aus der Grenzschicht entlang der Rohrinnenwand heraus und strömt schneller ab. Eine höhere Geschwindigkeit ergibt aber auch einen geringeren Druck und somit eine geringere Druckdifferenz am Rohrende. Das Ergebnis all dieser 20 Massnahmen ist ein relativ leises und zudem niederfrequentes Auspuffgeräusch nach Art eines dumpfen Brummtons. Dumpfe Töne werden aber als wesentlich angenehmer empfunden als hohe zischende oder pfeifende Töne.

25 Ein Ausführungsbeispiel ist in den Figuren der Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsansicht des Schalldämpfers,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 den in Fig. 2 umrahmten Ausschnitt A in grösserem 30 Massstab,

Fig. 4 den in Fig. 2 umrahmten Ausschnitt B in grösserem Massstab, und

Fig. 5 eine Endansicht des Schalldämpfers.

Der dargestellte Schalldämpfer weist ein Rohr 1 auf, das 35 zum Anschluss an eine nicht dargestellte Auspuffleitung eines Verbrennungsmotors (ebenfalls nicht dargestellt) bestimmt ist. Der Anschluss erfolgt in der Weise, dass in den Figuren 1 und 2 die Abgase den Schalldämpfer von links nach rechts durchströmen. Um dieses Rohr 1 herum ist über einen grösseren Bereich 40 desselben ein Mantelrohr 2 angebracht, das an seinen Berührungsstellen mit dem Rohr 1 an dieses angeschweisst ist. Der Hohlraum 3 zwischen dem Rohr 1 und dem Mantelrohr 2 ist mit einer Füllung 4 aus faserartigem Material gefüllt, zweckmässigerweise aus Chromstahlwolle, die sich sowohl wegen ihrer Hit-45 zebeständigkeit als auch wegen ihrer Faserstruktur am besten für den vorgesehenen Zweck eignet, die Fasern sind bruchsicher, verspröden also nicht.

Das Rohr 1 erweitert sich in Abströmrichtung konisch gegen das Ende hin. Die Erweiterung beträgt zwischen dem An-50 fangsdurchmesser Da am linken Ende des Mantelrohrs 2 und dem Enddurchmesser De am rechten Ende etwa 6%. Durch diese Erweiterung wird eine ungehinderte Abströmung der Gase herbeigeführt.

Das Rohr 1 ist mit zahlreichen Öffnungen versehen, die sich 55 über den ganzen, innerhalb des Mantelrohrs 2 liegenden Bereich erstrecken. Diese Öffnungen sind, wie Fig. 3 zeigt, annähernd rechteckige Schlitze; bevorzugte Abmessungen sind eine Länge von etwa 30 mm und eine Breite von etwa 2 mm. Die Schlitze 5 werden so hergestellt, dass ein ebenes Chromstahl-60 blech zwischen zwei Walzen zu einem Rohr gerollt wird; dabei weist die eine Walze Erhöhungen auf, die gleichzeitig als Stanzwerkzeuge dienen, während die andere Walze mit entsprechenden Vertiefungen versehen ist. Es findet also ein Dehnen, ähnlich dem Tiefziehen, und gleichzeitig ein Aufschlitzen des sol-65 cherarts gedehnten Bereiches statt, sodass jeder Schlitz 5 gleich-mässig abgerundete Ränder 6 erhält, wie dies aus Fig. 4 besonders deutlich ersichtlich ist. Es sind hauptsächlich diese abgerundeten Ränder, welche einen Einfluss auf die Grenzschicht

3

632 318

der Gase an der Rohrwandung ausüben und dafür sorgen, dass durch die kleinen Turbulenzen, die infolge der Umlenkung entstehen, hauptsächlich die Schallwellen höherer Frequenz durch die Schlitze 5 hindurch in die Füllung 4 hinein gelenkt werden, ohne dass deswegen ein wesentlicher Gasanteil abgezweigt wird. In dieser Füllung 4 wird dann die Schallenergie vernichtet. Die Folge davon ist, dass nur noch ein wesentlich gedämpfteres Geräusch der aus dem Schalldämpfer ausströmenden Abgase vernommen wird, das zudem praktisch nur noch tiefe Frequenzen aufweist und daher als relativ angenehm empfunden wird. Die umgebogenen Ränder 6 ragen in die Füllung 4 hinein und verankern sie bis zu einem gewissen Grade. Die hauptsächlichste Verankerung der Füllung 4 wird jedoch durch ein Stahlband 7 gebildet, welches schraubenlinienförmig um das Rohr 1 herum gelegt wird, wobei es mit seiner Schmalseite auf dem Rohr aufsteht und dort verschweisst wird. Diese Schweissnaht kann deswegen zugelassen werden, weil die Temperaturunterschiede zwischen dem Band 7 und dem Rohr 1 sehr gering sind, so dass keine Gefahr von Rissbildungen besteht. Es spielt dabei keine Rolle, dass das Band 7 gelegentlich über einen der Schlitze 5 hinwegläuft; die Schalldämpfung wird dadurch nicht behindert.

Das Mantelrohr 2 besteht, wie aus den Fig. 1 und 5 ersichtlich, aus zwei identischen Schalenhälften 2a, 2b, die mindestens auf einer, besser aber auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten des Mantelrohrs 2 je einen Flansch 8 aufweisen. Diese Flansche dienen zum Aufnehmen mechanischer Verbindungselemente; vorzugsweise sind es Schrauben 9 (hier nur symbolisch dargestellt), weil diese sich am leichtesten lösen lassen und somit den Unterhalt und die Reinigung des Schalldämpfers am ehesten ermöglichen. Allenfalls könnten die beiden Schalenhälften auch miteinander vernietet sein. Eine der Schalenhälften kann mit Aufhängebriden 10 versehen sein, mittels welchen der Schalldämpfer an irgendeinem tragenden Element (nicht dargestellt) befestigt wird.

Das Mantelrohr ist in dieser Ausführungsform in ovaler 5 Form dargestellt, kann aber je nach den vorhandenen Einbauverhältnissen auch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.

An seinen beiden Enden ist das Mantelrohr 2 mittels je eines Verbindungselementes 11 mit dem Rohr 1 verbunden. Dieses Verbindungselement muss in der Lage sein, die durch die io unterschiedliche Erwärmung des Rohres 1 und des Mantelrohres 2 sich ergebenden Differenzen in der Längenausdehnung ohne wesentliche Behinderung zuzulassen. Zweckmässigerweise eignet sich für diesen Zweck eine Rundbride, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Sie besteht aus einem relativ dünnen Rohr oder 15 Rundstab, der an seinen beiden aneinandergrenzenden Enden je eine Öse aufweist, durch die eine Schraube 12 hindurchführt. Durch das Anziehen derselben wird dann die feste Verbindung hergestellt, die aber dennoch nachgiebig genug ist, um die erwähnte Längenausdehnung aufnehmen zu können und damit 20 übermässige Spannungen, wie sie z.B. bei geschweissten Verbindungen auftreten, zu vermeiden.

Der dargestellte Schalldämpfer ermöglicht, wie Versuche bereits bestätigt haben, eine Erhöhung der Motorleistung um annähernd 10% gegenüber gewöhnlichen Schalldämpfern, un-25 ter gleichzeitiger Herabsetzung des Schallpegels um mindestens 8 dB. Er eignet sich daher insbesondere dort, wo besonders scharfe Lärmbekämpfungsbestimmungen gelten. Seine Verwendung für Kleinflugzeuge, namentlich Sportflugzeuge, wurde bereits erwähnt, aber auch für Baumaschinen, stationäre Anlagen 3o und für Kraftfahrzeuge, insbesondere schwere Lastwagen, ist er sehr geeignet.

C

2 Blatt Zeichnungen

Claims

632 318 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Schalldämpfer für die Auspuffleitung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Flugzeugmotors, mit einem die Abgase leitenden, in Strömungsrichtung derselben sich konisch erweiternden und mit Schlitzen (5) in Axialrichtung versehenen Rohr (1), das über einen Teil seiner Länge von einem mit einer Füllung (4) aus schalldämpfendem, hochhitzebeständigem Fasermaterial versehenen Mantelrohr (2) umgeben ist, wobei die Schlitze (5) durch Ränder (6) begrenzt sind, die aus der äusseren Rohrmantelfläche heraus abgerundet sind und in die Füllung (4) hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rand (6) auf dem ganzen Umfang des von ihm eingerahmten Schlitzes (5) in die Füllung (4) hineinragt.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze eine Länge von 3 cm und eine Breite von 2 mm aufweisen.