DE10002380A1 - Schallabsorber für Schalldämpfer-Töpfe in Auspuffanlagen und Verfahren zur Herstellung des Schallabsorbers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schallabsorber für Schalldämpfer-Töpfe in Auspuffanlagen. Der Schallabsorber besteht aus einem anorganische Fasern enthaltenden Formkörper, der einen Aufnahmeraum für einen perforierten Abgaskanal enthält und dessen Außenkontur an einen Mantel des Schalldämpfer-Topfes angepasst ist. Der Formkörper besteht aus einer thermisch verfestigten Fasermischung aus endlos gezogenen anorganischen Fasern und einem thermoplastischen Hilfsstoff.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallabsorber für Schall­ dämpfer-Töpfe in Auspuffanlagen, bestehend aus einem anorganische Fasern enthaltenden Formkörper, der einen Aufnahmeraum für einen perforierten Abgaskanal enthält und dessen Außenkontur an einen Mantel des Schalldämpfer-Topfes angepasst ist.

Schallabsorber bestehen aus porösen, schallschluckenden Materialien, in denen durch äußere Reibung zwischen bewegter Luft und dem Skelett des porösen Materials Schall­ energie verzehrt wird. Der Schallabsorber umschließt einen mit Löcher versehenen Abgaskanal, der zum Beispiel als Rohr oder Rohrerweiterung ausgebildet sein kann. Der Schall­ absorber kann einteilig ausgebildet sein oder aus Halb­ schalen bestehen; seine äußere Kontur ist an einen metallischen Mantel des Abgastopfes angepasst.

Aus der Praxis ist ein Schallabsorber für Absorptions­ schalldämpfer bekannt, der aus kurzen, im Schleuder­ verfahren hergestellten Basaltfasern besteht. Die Basalt­ fasern sind mit Phenolharz benetzt, das unter einer ent­ sprechenden Polymerisationstemperatur polymerisiert wurde. Durch die Polymerisation erhält das zu einem Formkörper verpresste Material seine Formstabilität, so dass der Schallabsorber als Formkörper in einen metallischen Abgas­ topf eingesetzt werden kann. Nach Inbetriebnahme des Schalldämpf-Topfes verflüchtigt sich das Phenolharz unter der Abgastemperatur, wobei die Zersetzungsprodukte mit den heißen Abgasen in die Umgebung gelangen. Zurück bleibt eine Matrix aus sehr kurzen, brüchigen Fasern, die im Laufe der Zeit ebenfalls mit dem Abgasstrom aus dem Auspufftopf aus­ getragen werden. Die im Schleuderverfahren hergestellten Basaltfasern sind lungengängig und gesundheitlich nicht unbedenklich. Um einen übermäßigen Austrag anorganischer Fasern, die auch mit einer Verschlechterung des Absorptionsvermögens des Schallabsorbers verbunden ist, zu verhindern, ist der perforierte Abgaskanal in der Praxis mit Edelstahlwolle umwickelt. Ein gänzlicher Austrag anorganischer Fasern kann dadurch allerdings nicht ver­ mieden werden. Das Material enthält ferner störende Verunreinigungen in Form von Schmelzperlen, die bei der Herstellung von Basaltfasern nach dem Schleuderverfahren unvermeidbar sind. Die Verunreinigungen setzen die Poren des Schallabsorbers zu und beeinträchtigen dessen akustische Wirkung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schall­ absorber anzugeben, der gute akustische Eigenschaften auf­ weist und dessen anorganische Fasern auch bei langer Betriebsdauer mit dem Abgasstrom der heißen Abgase nicht ausgetragen werden.

Die Aufgabe wird bei einem Schallabsorber des eingangs beschriebenen Aufbaus erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Formkörper aus einer thermisch verfestigten Mischung aus endlos gezogenen anorganischen Fasern und einem thermoplastischen Hilfsstoff besteht. Als anorganische Fasern eignen sich insbesondere endlos gezogene Basalt­ fasern, Glasfasern, Al₂O₃-Fasern, SiO₂-Fasern oder Mischungen der genannten, endlos gezogenen Fasern. Die anorganischen Fasern haben dabei eine Länge von einigen Zentimetern. Bewährt haben sich beispielsweise Faserlängen im Bereich zwischen 6 und 10 Zentimetern. Der Durchmesser endlos gezogener Fasern ist in engen Toleranzen ein­ stellbar. Um eine Lungengängigkeit zu vermeiden, werden Fasern verwendet, deren Durchmesser wesentlich größer ist als 3 µm. Bevorzugt ist ein Faserdurchmesser zwischen 8 und 15 µm.

Der thermoplastische Hilfsstoff kann pulverförmig oder flüssig in ein aus den anorganischen Fasern bestehendes Vlies eingebracht werden. Vorzugsweise werden thermo­ plastische Fasern als Hilfsstoff verwendet. Die thermo­ plastischen Fasern sind in homogener Mischung enthalten und dienen der thermischen Verfestigung des Materials. Durch thermische Plastifizierung mit nachfolgender Abkühlung bildet sich eine feste Matrix, die dem Material eine aus­ reichende Formstabilität verleiht. Als thermoplastische Fasern eignen sich besonders Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder Mischungen aus diesen Fasern. Der Anteil der thermoplastischen Fasern in der Fasermischung beträgt vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Her­ stellung des beschriebenen Schallabsorbers. Erfindungsgemäß wird aus einer Fasermischung aus anorganischen, endlos gezogenen Fasern unter Verwendung eines thermoplastischen Hilfsstoffes ein Vlies gebildet, das anschließend im wesentlichen ohne Verdichtung durch Erwärmung thermisch zu einer voluminösen Matte verfestigt wird. Aus der Matte wird mindestens eine Einlage für einen Schalldämpfer-Topf zugeschnitten, die anschließend in einer Pressform durch Druck und Wärme zu einem Formkörper umgeformt wird. Der Formkörper enthält einen Aufnahmeraum für einen perforierten Abgaskanal und weist eine äußere Geometrie auf, die an den Mantel des Schalldämpfer-Topfes angepasst ist.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass ein Vlies aus den anorganischen Fasern gebildet und der thermoplastische Hilfsstoff pulverförmig oder flüssig auf das Vlies aufge­ geben wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Vlies aus einer Mischung aus anor­ ganischen und thermoplastischen Fasern hergestellt.

Das Vlies wird aerodynamisch oder durch Krempeln gebildet und kann eine Dicke bis zu etwa 300 mm aufweisen. Bei der anschließenden Formgebung durch Verpressen werden Bereiche partiell mehr oder weniger stark verdichtet, wobei aller­ dings auch die etwas stärker verdichteten Abschnitte des Formkörpers eine für die Schallabsorption ausreichende Porosität behalten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können halbschalen­ förmige Formkörper gebildet werden, die in einen zwei­ teiligen Schalldämpfer-Topf eingelegt werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, in die Pressform jeweils zwei Ein­ lagen einzulegen, die zu einem einstückigen Formkörper ver­ presst werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt ausschnittsweise in einer perspek­ tivischen Darstellung einen Schalldämpfer-Topf für eine Auspuffanlage eines Kraftfahrzeuges.

Der Schalldämpfertopf weist einen metallischen Mantel 1 auf und enthält einen Schallabsorber 2, der einen perforierten, also mit Löchern versehenen Abgaskanal 3 umgibt. Der Abgas­ kanal 3 ist im Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildet; er kann aber auch andere Geometrien, zum Beispiel mit rechteckförmigem Querschnitt, besitzen.

Der Schallabsorber 2 ist ein ein- oder zweiteiliger Form­ körper und besteht aus einer thermisch verfestigten Faser­ mischung aus endlos gezogenen anorganischen Fasern und thermoplastischen Fasern. Als anorganische Fasern kommen, je nach Abgastemperatur, Glasfasern, zum Beispiel in der Zusammensetzung eines E-Glases, endlos gezogene Basalt­ fasern, Glasfasern mit höheren SiO₂ Gehalt Al₂O₃-Fasern oder SiO₂-Fasern zur Anwendung. Die anorganischen, durch Endlos­ zielverfahren hergestellte Fasern besitzen im Formkörper eine Länge von einigen Zentimetern, wobei sich Fasern mit einer Länge zwischen 6 und 10 Zentimetern besonders bewährt haben. Der Durchmesser der anorganischen Fasern ist wesentlich größer als 3 µm, so dass die Fasern nicht lungengängig sind. Bevorzugt ist ein Faserdurchmesser von 8 bis 15 µm. Die im Formkörper enthaltenden thermoplastischen Fasern liegen in homogener Mischung mit den anorganischen Fasern vor und sind erforderlich für die thermische Ver­ festigung der Fasermischung. Durch Thermoplastifizierung und anschließender Abkühlung entsteht eine formstabile Matrix. Als thermoplastische Fasern sind besonders Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder Mischungen aus diesen Fasern geeignet. Der Anteil der thermoplastischen Fasern in der Fasermischung beträgt vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%.

Nach Inbetriebnahme des Schalldämpfer-Topfes werden die thermoplastischen Fasern unter der Wirkung der heißen Abgase zersetzt. Die Zersetzungsprodukte werden mit den heißen Abgasen ausgetragen. Es verbleibt eine Matrix aus anorganischen Fasern, die aufgrund ihrer großen Länge jedoch nicht ausgeblasen werden können. Dadurch behält der Schallabsorber seine schalldämmende Funktion über einen langen Betriebszeitraum hinweg bei. Ein wesentlicher weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schallabsorbers liegt darin, dass die Fasern nicht lungengängig sind und das Material daher auch unter gesundheitlichen Gesichts­ punkten unbedenklich ist.

Zur Herstellung des Schallabsorbers wird zunächst aus einer Fasermischung aus anorganischen endlos gezogenen Fasern und thermoplastischen Fasern ein Vlies gebildet. Die Vlies­ bildung erfolgt aerodynamisch oder durch Krempeln, wobei das entstehende Vlies eine Dicke bis zu 300 mm aufweisen kann. Das Vlies wird anschließend im wesentlichen ohne Ver­ dichtung durch Erwärmung thermisch zu einer voluminösen Matte verfestigt, aus der mindestens eine Einlage für einen Schalldämpfer-Topf zugeschnitten wird. Die Einlage wird anschließend in einer Pressform durch Druck und Wärme zu einem Formkörper umgeformt, dessen äußere Geometrie an den Mantel des Schalldämpfertopfes angepasst ist und der ferner einen Aufnahmeraum für ein perforiertes Abgasrohr bzw. einen perforierten Abgaskanal aufweist. Der Formkörper kann, wie in der Figur angedeutet, aus zwei halbschalen­ förmigen Teilen 4, 4' bestehen. Beim Pressvorgang, der mit einem Aufschmelzen der thermoplastischen Fasern verbunden ist, können die Halbschalen 4, 4' auch miteinander zu einem einstückigen Teil verbunden werden.

Claims (12)

1. Schallabsorber für Schalldämpfer-Töpfe in Auspuff­ anlagen, bestehend aus einem anorganische Fasern ent­ haltenden Formkörper, der einen Aufnahmeraum für einen perforierten Abgaskanal enthält und dessen Außenkontur an einen Mantel des Schalldämpfer-Topfes angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper aus einer thermisch verfestigten Mischung aus endlos gezogenen anorganischen Fasern und einem thermoplastischen Hilfsstoff besteht.

2. Schallabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper aus einer Fasermischung aus den anorganischen Fasern und thermoplastischen Fasern besteht.

3. Schallabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Fasern aus endlos gezogenen Basaltfasern, Glasfasern, Al₂O₃-Fasern, SiO₂- Fasern oder einer Mischung aus den genannten, endlos gezogenen Fasern bestehen.

4. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Fasern eine Länge von einigen Zentimetern aufweisen.

5. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Fasern aus Poly­ ethylen, Polypropylen, Polyamid oder einer Mischung aus diesen Fasern bestehen.

6. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der thermoplastischen Fasern in der Fasermischung 10 bis 20 Gew.-% beträgt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorbers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
aus anorganischen, endlos gezogenen Fasern unter Ver­ wendung eines thermoplastischen Hilfsstoffes ein Vlies gebildet wird,
das Vlies im wesentlichen ohne Verdichtung durch Erwärmung thermisch zu einer voluminösen Matte ver­ festigt wird,
aus der Matte mindestens eine Einlage für einen Schalldämpfer-Topf zugeschnitten wird und
die Einlage in einer Pressform unter Druck und Wärme zu einem Formkörper umgeformt wird, der einen Auf­ nahmeraum für einen perforierten Abgaskanal aufweist und dessen äußere Geometrie an den Mantel des Schall­ dämpfer-Topfes angepasst ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Vlies aus einer Mischung aus anorganischen und thermoplastischen Fasern gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Vlies aus den anorganischen Fasern gebildet und der thermoplastische Hilfsstoff pulverförmig oder flüssig auf das Vlies aufge­ geben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Vlies aerodynamisch oder durch Krempeln gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei ein Vlies gebildet wird, das eine Dicke bis zu 300 mm aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei in die Pressform jeweils zwei Einlagen eingelegt werden, die zu halbschalenförmigen Teilen des Formkörpers verpresst werden.