DE102004013186A1

DE102004013186A1 - silencer

Info

Publication number: DE102004013186A1
Application number: DE200410013186
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hahnl; Helmut Venghaus; Jürgen Lesch; Martin Stüttem
Original assignee: Arvin Technologies Inc
Current assignee: Arvin Technologies Inc
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-10-06
Also published as: EP1577514A3; EP1577514A2

Abstract

Ein Schalldämpfer, insbesondere für die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse (14) und mindestens einer im Gehäuse angeordneten Hohlkammerstruktur (20) ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) mit mindestens einem nach innen ragenden Vorsprung (24) versehen ist, mittels dem die Hohlkammerstruktur (20) im Inneren des Gehäuses (14) arretiert ist.A silencer, in particular for the exhaust gases of an internal combustion engine, having a housing (14) and at least one hollow chamber structure (20) arranged in the housing is characterized in that the housing (14) is provided with at least one inwardly projecting projection (24) the hollow chamber structure (20) is locked in the interior of the housing (14).

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, insbesondere für die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse und mindestens einer im Gehäuse angeordneten Hohlkammerstruktur.The The invention relates to a silencer, in particular for the Exhaust gases of an internal combustion engine, with a housing and at least one in the housing arranged hollow chamber structure.

Ein solcher Schalldämpfer ist aus der DE 199 49 271 A1 bekannt. Die Hohlkammerstruktur besteht aus einer Vielzahl von kleinen hohlen Metallkugeln, die zu einer mechanisch festen Struktur zusammengesintert sind. Auf diese Weise ergibt sich eine hohe mechanische Festigkeit bei geringem Gewicht. Hinzu kommt ein großes Schallabsorptionsvermögen.Such a silencer is from the DE 199 49 271 A1 known. The hollow chamber structure consists of a plurality of small hollow metal balls which are sintered together to form a mechanically strong structure. In this way results in a high mechanical strength with low weight. In addition, there is a great sound absorption capacity.

Ein gravierendes Problem bei der Verwendung einer solchen Hohlkammerstruktur in einem Schalldämpfer stellt jedoch die Notwendigkeit dar, die Hohlkammerstruktur im Inneren des Gehäuses des Schalldämpfers zuverlässig zu befestigen. Die während des Betriebs des Schalldämpfers auftretenden hohen Betriebstemperaturen, aus denen große Wärmeausdehnungen beim Übergang von der Umgebungstemperatur zur Betriebstemperatur resultieren, sowie die im Betrieb auftretenden Vibrationen führen zu erheblichen mechanischen und thermischen Beanspruchungen der Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Hohlkammerstruktur. Auch bei der Verwendung einer Hohlkammerstruktur stehen sich also verschiedene, unterschiedlichste Eigenschaften gegenüber, die sich bei der technischen Umsetzung gegenseitig einschränken. Die Hohlkammerstruktur im Gehäuse sicher zu halten, ist bislang im Stand der Technik nicht befriedigend gelöst. Ein Ansatz, um die Hohlkammerstruktur im Gehäuse festzulegen, besteht darin, zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenseite der Hohlkammerstruktur eine hochtemperaturfeste Faser-Packung vorzusehen, die vom Gehäuse gegen die Hohlkammerstruktur gedrückt wird. Auf diese Weise wird die Hohlkammerstruktur reibschlüssig im Inneren des Gehäuses gehalten.One serious problem with the use of such a hollow chamber structure in a silencer however, illustrates the need to have the hollow chamber structure inside of the housing of the silencer reliable to fix. The while the operation of the silencer occurring high operating temperatures, from which large thermal expansions at the transition from the ambient temperature to the operating temperature, as well as the vibrations occurring during operation lead to considerable mechanical and thermal stresses on the connection between the housing and the hollow chamber structure. Also when using a hollow chamber structure So there are different, different properties across from, which restrict each other in the technical implementation. The hollow chamber structure in the case to keep safe, so far in the prior art is not satisfactory solved. One approach to defining the hollow chamber structure in the housing is to between the inner wall of the housing and the outside to provide the hollow-chamber structure with a high-temperature-resistant fiber packing, the from the case is pressed against the hollow chamber structure. This way will the hollow chamber structure frictionally inside the case held.

Die DE 37 29 219 C2 beschreibt in diesem Zusammenhang einen Schalldämpfer mit einem keramischen Körper, der unter Zwischenschaltung einer Fasermatte in dem Gehäuse geklemmt wird. Sobald der keramische Körper sich nur geringfügig im Gehäuse verschieben könnte, würden die Beschleunigungs- und Trägheitskräfte zur Zerstörung führen. Die in dieser Druckschrift beschriebene Befestigung ist vergleichbar mit der eines Keramikkörpers eines Katalysators. Bei Katalysatoren werden die mit der Fasermatte umgebenen Keramikkörper üblicherweise vom noch offenen Blechgehäuse umwickelt. Das Blech wird mit genau definierter Kraft geschlossen, damit eine definierte Klemmkraft auf den Keramikkörper ausgeübt wird. Nach dem Schließen werden die angrenzenden Ränder des Blechs bleibend miteinander verbunden. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Faser-Packung ein vergleichsweise teures Bauteil ist, was zu hohen Herstellungskosten des Schalldämpfers insgesamt führt. Ferner ist das Schließen mit den exakt einzuhaltenden Schließkräften aufwendig in der praktischen Umsetzung.The DE 37 29 219 C2 describes in this context a muffler with a ceramic body which is clamped with the interposition of a fiber mat in the housing. As soon as the ceramic body could only move slightly in the housing, the acceleration and inertial forces would lead to destruction. The attachment described in this document is comparable to that of a ceramic body of a catalyst. In the case of catalysts, the ceramic bodies surrounded by the fiber mat are usually wrapped by the still open sheet metal housing. The sheet is closed with a precisely defined force, so that a defined clamping force is exerted on the ceramic body. After closing, the adjacent edges of the sheet are permanently joined together. The disadvantage of this solution is that the fiber packing is a comparatively expensive component, which leads to high production costs of the muffler as a whole. Furthermore, the closing with the exact closing forces to be complied with in the practical implementation.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen leistungsstarken Schalldämpfer zu schaffen, bei dem die Hohlkammerstruktur mit geringem Aufwand und geringen Kosten im Inneren des Gehäuses zuverlässig festgelegt ist.The The object of the invention is to provide a powerful silencer create, in which the hollow chamber structure with little effort and low cost inside the case is set reliably.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Gehäuse mit mindestens einem nach innen ragenden Vorsprung versehen ist, mittels dem die Hohlkammerstruktur im Inneren des Gehäuses arretiert ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Hohlkammerstruktur mittels des Vorsprungs formschlüssig im Inneren des Gehäuses zu befestigen. Die Erfindung geht also bewußt weg von den obigen Lösungen, bei denen der zu haltende Körper unter Zwischenschaltung einer elastischen Matte im Gehäuse geklemmt wird. Der Vorsprung kann bei der Erfindung in besonders einfacher Weise ein plastisch verformter Bereich des Gehäuses selbst sein, beispielsweise eine umlaufende Sicke oder mehrere im Abstand voneinander angeordnete Prägungen. Ein solcher Vorsprung kann mit geringen Kosten hergestellt werden. Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht auch in dem unmittelbaren Wärmeübergang zwischen Hohlkammerstruktur und Gehäuse, da keine thermisch isolierende Zwischenmatte vorgesehen ist. Das Außengehäuse besteht im wesentlichen aus demselben Grundmaterial (Metall) wie die Hohlkammerstruktur, so daß im Außenbereich der Hohlkammerstruktur gleiche Wärmedehnungen auftreten wie im Außengehäuse. Dennoch wirkt die Hohlkammerstruktur wie ein Isolator wegen der zahlreichen Gaseinschlüsse. Über den Querschnitt fallt die Temperatur in der Hohlkammerstruktur nach außen stark ab, ohne daß dies die dauerhafte Halterung der Hohlkammerstruktur im Gehäuse gefährden würde.to solution this object is inventively provided that this casing is provided with at least one inwardly projecting projection by means of the hollow chamber structure is locked inside the housing. The invention based on the idea, the hollow chamber structure by means of the projection form-fitting inside the case too Fasten. The invention thus deliberately avoids the above solutions, where the body to be held clamped in the housing with the interposition of an elastic mat becomes. The projection can in the invention in a particularly simple Way be a plastically deformed portion of the housing itself, for example a circumferential bead or a plurality of spaced apart Embossing. Such a projection can be manufactured at low cost. A large Advantage of the solution according to the invention exists also in the direct heat transfer between hollow chamber structure and housing, since no thermally insulating Intermediate mat is provided. The outer housing consists essentially from the same basic material (metal) as the hollow chamber structure, so that in outdoors the hollow chamber structure same thermal expansions occur as in the outer housing. Yet the hollow chamber structure acts as an insulator because of the numerous Gas inclusions. About the cross section the temperature in the hollow chamber structure drops outward strongly without this would endanger the permanent support of the hollow chamber structure in the housing.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Vorsprung in eine Umfangsfläche der Hohlkammerstruktur eingreift. Der Vorsprung führt partiell mindestens zu einer elastischen Verformung, so daß eine elastische Vorspannung zwischen dem Gehäuse und der Hohlkammerstruktur erzeugt wird. Diese elastische Vorspannung gewährleistet eine zuverlässige und klapperfreie Arretierung der Hohlkammerstruktur auch nach einer langen Betriebsdauer mit einer großen Anzahl von thermischen Zyklen. In Versuchen hat sich außerdem überraschenderweise herausgestellt, daß bei der Dimensionierung des Vorsprungs keine Rücksicht auf das elastische Verformungsvermögen der Hohlkammerstruktur genommen werden muß. Beim Überschreiten des elastischen Verformungsvermögens der Hohlkammerstruktur wird diese plastisch verformt, ohne daß es zu einer Beschädigung der Struktur kommt, beispielsweise durch Risse im Material. Dies ermöglicht, den Vorsprung vergleichsweise tief in die Hohlkammerstruktur einzudrücken, was zu einer hohen mechanischen Haltekraft führt. Hinzu kommt, daß die elastische Vorspannung zwischen dem Gehäuse und der Hohlkammerstruktur bestehen bleibt. Beim Eindrücken des Vorsprungs in die Hohlkammerstruktur sind an dieser keine Vorarbeiten erforderlich; der Vorsprung schafft sich sein Widerlager selbst. Dies stellt eine Abkehr von der üblichen Vorgehensweise auf dem Gebiet der Abgasanlagen dar; es muß im allgemeinen sichergestellt werden, daß ein in einem Gehäuse aufgenommener Körper wie ein Keramikkörper eines Katalysators nicht unkontrolliert penetriert wird.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the projection engages in a peripheral surface of the hollow chamber structure. The projection leads at least partially to an elastic deformation, so that a resilient bias between the housing and the hollow chamber structure is generated. This elastic bias ensures reliable and rattle-free locking of the hollow chamber structure even after a long period of operation with a large number of thermal cycles. In experiments, it has also surprisingly been found that in the dimensioning of the projection no consideration must be taken of the elastic deformation capacity of the hollow chamber structure. When the elastic deformation capacity of the hollow chamber structure is exceeded, it is plastically deformed without damage to the structure, for example due to cracks in the material. This makes it possible to depress the projection comparatively deep into the hollow chamber structure, which leads to a high mechanical holding force. In addition, the elastic bias between the housing and the hollow chamber structure remains. When pressing the projection into the hollow chamber structure no preliminary work is required on this; the projection creates its abutment itself. This represents a departure from the usual approach in the field of exhaust systems; In general, it must be ensured that a body accommodated in a housing such as a ceramic body of a catalyst is not penetrated uncontrollably.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous embodiments The invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment described in the attached Drawings is shown. In these show:

1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer; und 1 a schematic section through a muffler according to the invention; and

2 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt II von 1. 2 on an enlarged scale the section II of 1 ,

In 1 ist ein Schalldämpfer 10 zu sehen, der ein Einlaßrohr 12, ein Gehäuse 14 und ein Auslaßrohr 16 aufweist. Durch das Einlaßrohr kann Abgas einer Verbrennungskraftmaschine in den Schalldämpfer 10 geleitet werden. Bei der Verbrennungskraftmaschine kann es sich um den Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs, ein stationäres Antriebsaggregat für beispielsweise einen Stromgenerator, ein Triebwerk eines Flugzeugs, etc. handeln. Der Schalldämpfer dient in bekannter Weise dazu, den Schalldruckpegel des Abgasstroms zu verringern. Hierfür sind im Inneren des Schalldämpfers Resonanzkammern 18 sowie Hohlkugel- bzw. -kammerstrukturen 20 vorgesehen. Die Hohlkammerstrukturen dienen zur Schalldämpfung mittels Absorption und stellen jeweils eine in sich mechanisch stabile, plattenförmige Einheit dar. Jede Hohlkammerstruktur ist gebildet aus einer Vielzahl von hohlen Metallkörpern, beispielsweise Kugeln, die aus einem gesinterten Material bestehen. Da sich die Metallkörper beim Sintern auch mit ihren jeweiligen Nachbarn verbinden, entsteht ein eigenstabiles Gebilde, das durchströmbar ist. Falls gewünscht, kann in jeder Hohlkammerstruktur eine Durchlaßöffnung 22 vorgesehen sein.In 1 is a silencer 10 to see who an inlet pipe 12 , a housing 14 and an outlet pipe 16 having. Through the inlet pipe exhaust gas of an internal combustion engine in the muffler 10 be directed. In the internal combustion engine may be the drive motor of a motor vehicle, a stationary drive unit for example, a power generator, an engine of an aircraft, etc. The muffler is used in a known manner to reduce the sound pressure level of the exhaust stream. For this purpose, inside the muffler resonance chambers 18 as well as Hohlkugel- or -kammerstrukturen 20 intended. The hollow-chamber structures serve for sound absorption by means of absorption and in each case constitute a mechanically stable, plate-shaped unit. Each hollow-chamber structure is formed from a multiplicity of hollow metal bodies, for example balls, which consist of a sintered material. Since the metal bodies also bond with their respective neighbors during sintering, an intrinsically stable structure is created, which can be flowed through. If desired, in each hollow chamber structure, a passage opening 22 be provided.

Die Herstellung und der Aufbau der Hohlkammerstrukturen 20 sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen wird.The production and the structure of the hollow chamber structures 20 are sufficiently known from the prior art, so that will not be discussed further.

Jede Hohlkammerstruktur 20 ist im Inneren des Gehäuses 14 mechanisch arretiert. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 14 für jede Hohlkammerstruktur 20 einen Vorsprung 24 auf, der hier als umlaufende Sicke ausgeführt ist. Der Vorsprung 24 steht von der Innenseite des Gehäuses 14 hervor und greift unmittelbar in die entsprechende Hohlkammerstruktur 20. Diese wird im Bereich des Vorsprungs 24 sowohl plastisch als auch elastisch verformt. Dies ist in 2 durch den unterhalb des Vorsprungs 24 liegenden Bereich der Hohlkammerstruktur 20 symbolisiert, in welchem die hohlen Metallkörper zusammengedrückt oder verformt sind.Each hollow chamber structure 20 is inside the case 14 mechanically locked. For this purpose, the housing 14 for each hollow chamber structure 20 a lead 24 on, which is designed here as a circumferential bead. The lead 24 stands from the inside of the case 14 protrudes and engages directly into the corresponding hollow chamber structure 20 , This will be in the area of the projection 24 deformed both plastically and elastically. This is in 2 through the below the projection 24 lying region of the hollow chamber structure 20 symbolizes in which the hollow metal body are compressed or deformed.

Die Vorsprünge 24 können grundsätzlich durch jede Oberflächenunebenheit auf der Innenseite des Gehäuses 14 gebildet sein, die geeignet ist, sich in die entsprechende Hohlkammerstruktur 20 einzupressen. Die Vorsprünge können gebildet sein, bevor das Gehäuse 14 in Umfangsrichtung geschlossen wird, so daß sie sich beim Schließen des Gehäuses in die Hohlkammerstruktur einpressen. Die Vorsprünge können auch nach dem Schließen des Gehäuses gebildet werden, beispielsweise durch Rollieren, Pressen oder Prägen des Gehäuses. Wenn eine umlaufende Sicke als Vorsprung verwendet wird, kann dies auch die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Umfangsfläche der Hohlkammerstruktur verbessern. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall können anstelle einer umlaufenden Sicke auch in Umfangsrichtung und/oder axial im Abstand voneinander angeordnete Vorsprünge verwendet werden.The projections 24 can basically be due to any surface unevenness on the inside of the case 14 be formed, which is suitable in the corresponding hollow chamber structure 20 to press. The protrusions may be formed before the housing 14 is closed in the circumferential direction, so that they press in when closing the housing in the hollow chamber structure. The projections can also be formed after closing the housing, for example by rolling, pressing or embossing of the housing. If a circumferential bead is used as a projection, this can also improve the seal between the housing and the peripheral surface of the hollow chamber structure. Depending on the application, instead of a circumferential bead can be used in the circumferential direction and / or axially spaced projections.

Wie in 2 zu sehen ist, liegt das Gehäuse 14 unmittelbar an der Umfangsfläche der Hohlkammerstruktur 20 an. Es wäre auch denkbar, eine dünne Zwischenlage aus beispielsweise einem Metallgeflecht vorzusehen. Diese würde das Eingreifen der Vorsprünge in den Körper der Hohlkammerstruktur und die Erzeugung einer elastischen Vorspannung zwischen dem Gehäuse und der Hohlkammerstruktur nicht behindern.As in 2 can be seen, lies the housing 14 directly on the peripheral surface of the hollow chamber structure 20 at. It would also be conceivable to provide a thin intermediate layer of, for example, a metal mesh. This would not hinder the engagement of the projections in the body of the hollow chamber structure and the generation of a resilient bias between the housing and the hollow chamber structure.

Gemäß einer nicht dargestellten Variante könnte auch vorgesehen sein, daß zur Arretierung einer Hohlkammerstruktur jeweils beispielsweise zwei als Sicken ausgebildete Vorsprünge verwendet werden, die in Strömungsrichtung gesehen vor und hinter der entsprechenden Hohlkammerstruktur angeordnet sind. Die Vorsprünge würden dann im wesentlichen an den beiden Stirnseiten der Hohlkammerstruktur angreifen.According to one not shown variant could also be provided that the Locking a hollow chamber structure, for example, two as each Beading trained projections used in the flow direction seen before and behind the corresponding hollow chamber structure arranged are. The projections would then essentially at the two end faces of the hollow chamber structure attack.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Arretierung der Hohlkammerstruktur im Inneren des Gehäuses besteht darin, daß keine zusätzlichen Bauteile mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten notwendig sind, der sich vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses und der Hohlkörperstruktur unterscheidet. Dies verringert das Auftreten von Wärmespannungen im Betrieb.A particular advantage of the inventive locking of the hollow chamber structure in the interior of the housing is that no additional components with a thermal expansion coefficient necessary, which differs from the thermal expansion coefficient of the housing and the hollow body structure. This reduces the occurrence of thermal stresses during operation.

1010: Schalldämpfersilencer
1212: Einlaßrohrinlet pipe
1414: Gehäusecasing
1616: Auslaßrohroutlet pipe
1818: Resonanzkammerresonance chamber
2020: HohlkörperstrukturHollow body structure
2222: Durchlaßöffnungpassage opening
2424: Vorsprunghead Start

Claims

Silencer, in particular for the exhaust gases of an internal combustion engine, having a housing ( 14 ) and at least one hollow chamber structure arranged in the housing ( 20 ), characterized in that the housing ( 14 ) with at least one inward projection ( 24 ), by means of which the hollow chamber structure ( 20 ) inside the housing ( 14 ) is locked.

Silencer according to claim 1, characterized in that the projection ( 24 ) through a plastically deformed region of the housing ( 14 ) is formed.

Silencer according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the projection ( 24 ) is a circumferential bead.

Silencer according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that a plurality of projections ( 24 ) are provided, which are arranged in the circumferential direction and / or axially spaced from each other.

Silencer according to one of the preceding claims, characterized in that the projection ( 24 ) on an end face of the hollow chamber structure ( 20 ) attacks.

Silencer according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the projection ( 24 ) in a peripheral surface of the hollow chamber structure ( 20 ) intervenes.

Silencer according to one of the preceding claims, characterized in that the projection ( 24 ) The hollow chamber structure partially elastically deformed.

Silencer according to one of the preceding claims, characterized in that the projection ( 24 ) The hollow chamber structure partially plastically deformed.

Silencer according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow chamber structure ( 20 ) directly on the housing ( 14 ) is present.

Silencer according to one of claims 1 to 8, characterized in that between the housing ( 14 ) and the hollow chamber structure ( 20 ) A thin intermediate layer of, for example, a wire mesh is arranged.

Schalldämper according to the preamble of claim 1, characterized in that the hollow chamber structure by means of a press fit inside the case is included.