DE102005000992A1

DE102005000992A1 - Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102005000992A1
Application number: DE200510000992
Authority: DE
Inventors: Jan Brand; Klaus Schröer; Patrick Garcia
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2004-01-17
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2005-08-04
Also published as: KR100697796B1; CN100398788C; KR20050075730A; US20050155817A1; DE202004000659U1; CN1641190A; JP2005201269A

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Schalldämpfer, deren Gehäuse (1) mit unregelmäßig angeordneten, mit Hilfe eines FEM-Computerprogramms berechneten Sicken (4, 5, 6, 7, 9) versehen ist. Die Sicken (4, 5, 6, 7, 9) sind regelmäßig berandete einfache geometrische Figuren wie Kreise, Kreisringe (4), Kreisringsegmente (5), Rechtecke (6, 10) oder Trapeze (7). Größe und Position der Sicken (4, 5, 6, 7, 10) sind so gewählt, dass die niedrigste Eigenfrequenz des Gehäuses (1) größer/gleich der dominanten Anregungsfrequenz des Verbrennungsmotors über dessen gesamten Drehzahlbereich ist.

Description

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, mindestens umfassend ein Gehäuse, ein Einlassrohr, ein Auslassrohr und gegebenenfalls innere Wände und/oder Rohre, das Gehäuse ist mit unregelmäßig angeordneten, mit Hilfe eines FEM-Computerprogramms berechneten Sicken versehen.

Bei der Auslegung der Geometrie eines Schalldämpfers für Kraftfahrzeuge, gleichgültig ob Ansaugschalldämpfer oder Nachschalldämpfer, müssen die akustischen Anforderungen mit den räumlichen Gegebenheiten im Motorraum bzw. unter dem Chassis in Übereinstimmung gebracht werden. Insbesondere die räumlichen Gegebenheiten führen zu Schalldämpfergehäusen mit ovalem bis kubisch flachem Querschnitt. Um zu verhindern, dass die großflächigen Blechteile des Gehäuses frei schwingen und ungehindert Schall, insbesondere tieffrequenten Schall abstrahlen, wurden die Gehäusebleche mit Einprägungen versehen. Man vergleiche z. B.

DE 197 46 553 A , EP 0 324 891 A , BE 653 635 A , JP 49129034 A , JP 07259531 A oder auch US 2,835,336 . Die in diesen Schriften beschriebenen Prägungen der Gehäusebleche wurden im Wesentlichen empirisch ermittelt. Damit konnte zwar eine gewisse Reduzierung der Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche erreicht werden; optimal waren die Ergebnisse jedoch nicht.

In der DE-Zeitschrift "ATZ und MTZ", Sonderausgabe Oktober 2003, ist auf den Seiten 39 und 40 eine Topographieoptimierung für den Nachschalldämpfer einer Abgasanlage für Verbrennungsmotoren beschrieben, die unter Verwendung des von der US-Firma Altair Engineering vertriebenen Computerprogramms "Optistruct" durchgeführt wurde. Dieses Computerprogramm, welches auf der Methode der finiten Elemente (FEM) beruht, ist in der Lage, eine Blechoberfläche selbsttätig so zu optimieren, dass die niedrigste Eigenfrequenz möglichst hoch wird. Je höher die Eigenfrequenz, desto geringer der subjektiv und objektiv empfundene Lärm.

Das Computerprogramm "Optistruct" berechnet ausgehend von der vorgegebenen Form und Größe des Schalldämpfergehäuses die Einprägungen in der Gehäuseoberfläche, die zu der höchstmöglichen Eigenfrequenz führen. Die so berechneten Einprägungen in der Gehäuseoberfläche kann man als unregelmäßig berandete, unregelmäßig positionierte und unregelmäßig getiefte Sicken bezeichnen.

Wegen seiner Ähnlichkeit mit den Flecken auf dem Fell einer Kuh wird dieses Sickenbild auch "Kuhflecken-Design" genannt. Auch die Bezeichnung "Sicke Kassel" wird verwendet.

So hervorragend die akustischen Ergebnisse der mit solchen Computer-Optimierungsprogrammen ermittelten Sickenbilder sind, so kompliziert und teuer sind die zu ihrer Realisierung benötigten Tiefziehwerkzeuge, da bei der Herstellung der unregelmäßig berandeten und unregelmäßig getieften Matrizen und Patrizen keine einfachen Bearbeitungsverfahren eingesetzt werden können. Das ist unbefriedigend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche minimiert ist, der sich jedoch mit erheblich einfacheren und preiswerteren Werkzeugen herstellen lässt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Vorgabe, die Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche mit Hilfe eines Computer-Optimierungsprogramms zu minimieren, wobei das Sickenbild jedoch auf einfache geometrische Formen, die im wesentlichen durch die standardisierten Metallbearbeitungsverfahren Drehen und Fräsen herstellbar sind, beschränkt wird.

Vorzugsweise sind dies Kreise und Kreisringe sowie Segmente von Kreisen und Kreisringen, ebenso Vielecke, insbesondere Rechtecke. Diese werden vom Computer-Optimierungsprogramm so dimensioniert und positioniert, dass die niedrigste Eigenfrequenz über den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors möglichst weit über dessen dominanter Anregungsfrequenz liegt, wodurch die Schallabstrahlung der Gehäuseoberfläche minimal wird.

Vergleiche zwischen erfindungsgemäßen Schalldämpfern und Schalldämpfern mit dem sogenannten Kuhflecken-Design haben überraschenderweise ergeben, dass die akustischen Unterschiede kaum messbar sind. Deutlich unterschiedlich sind jedoch die Herstellkosten.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Sicken sich auch gegenseitig durchdringen.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Sicken auch als Schriftzeichen beliebiger Zeichensätze – lateinische, arabische, chinesische, japanische usw. Schriftzeichen, ägyptische Hieroglyphen usw. – ausgebildet sein können. Auch Ziffern und Sonderzeichen haben sich als geeignet herausgestellt. Diese Zeichen sind jedoch nicht zu verwechseln mit Seriennummern, Herstellerkennzeichen usw., die üblicherweise aufgebracht werden. Diese sind nicht unregelmäßig angeordnet.

Auch ist es möglich, die Sicken in Serie zu positionieren.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass das Gehäuse aus nur einer Lage Blech hergestellt werden kann. Herkömmliche Schalldämpfer verwenden Doppelbleche, um durch die Reibung zwischen den Blechen die Körperschallabstrahlung zu reduzieren.

Überraschenderweise hat sich ebenso herausgestellt, dass die Wandstärke des Blechs deutlich reduziert werden kann, und zwar bis zu 0,7 Millimeter herunter, ohne dass die Körperschallabstrahlung unzulässig ansteigt. Dabei ist es gleichgültig, ob das Gehäuse aus zwei Schalen zusammengesetzt oder aus einem Blech gewickelt ist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen
1 einen ersten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer,
2 Messwerte eines Vorher-Nachher-Vergleichs für einen optimierten Schalldämpfer,
3 einen zweiten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer und
4 einen dritten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer.
1 zeigt einen ersten Abgasschalldämpfer für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor. Das Gehäuse 1 besitzt einen extrem flachen, kubischen Querschnitt. Die Abgase treten durch ein Einlassrohr 2 in das Gehäuse 1 ein und verlassen es über ein Auslassrohr 3. Im Inneren des Gehäuses 1 sind wie an sich bekannt Innenwände und Innenrohre vorgesehen, deren Position und Steifigkeit Auswirkungen auf die Eigenfrequenzen des Gehäuses 1 haben.
Um die aufgrund der großen und wenig gekrümmten Blechflächen hohe Schallabstrahlung von der Gehäuseoberfläche zu reduzieren, ist in die Gehäuseoberfläche ein optimiertes Sickenbild eingeprägt. Dieses Sickenbild besteht aus regelmäßig berandeten einfachen geometrischen Figuren. Man erkennt Kreiseringe 4, Kreisringsegmente 5, Rechtecke 6 und Trapeze 7. Die beiden rechteckigen Sicken 6 durchdringen sich teilweise, so dass ein T-förmiges Gebilde entsteht.
2 zeigt in einem Vorher-Nachher-Vergleich das Ergebnis der akustischen Optimierungsmaßnahmen. Die optimierte Kurve (gestrichelte Linie) liegt um bis zu 10 db unter der Ausgangskurve (durchgezogene Linie).
3 zeigt einen weiteren dank Verschiebung der Eigenfrequenzen zu höheren Werten auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfer. Als Sicken sind ausschließlich Kreise 8 gleicher Größe vorhanden, wodurch die Tiefzieh- bzw. Prägewerkzeuge besonders einfach werden. Die parallelen rechteckigen Sicken 9 haben die Aufgabe, Trennwände im Inneren des Gehäuses 1 zu halten.
4 zeigt ein drittes Beispiel eines auf minimale Schallabstrahlung optimierten Schalldämpfers. Das Sickenbild besteht aus "Buchstaben" und "Ziffern" eines Zeichensatzes, die ein FEM-Programm derart unregelmäßig positioniert hat, dass die niedrigste Eigenfrequenz über der dominanten Anregungsfrequenz des Verbrennungsmotors liegt.

Claims

Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, mindestens umfassend – ein Gehäuse (1), – ein Einlassrohr (2), – ein Auslassrohr (3) – und gegebenenfalls innere Wände und/oder Rohre, – das Gehäuse (1) ist mit unregelmäßig angeordneten, mit Hilfe eines FEM-Computerprogramms berechneten Sicken (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) versehen, gekennzeichnet durch die Merkmale: – die Sicken (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) sind regelmäßig berandete einfache geometrische Figuren, – die niedrigste Eigenfrequenz des Gehäuses (1) ist größer/gleich der dominanten Anregungsfrequenz des Verbrennungsmotors über dessen gesamten Drehzahlbereich.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sicken (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) sind einheitlich getieft.
Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sicken sind als Kreis (8), als Kreissegment, als Kreisring (4) und/oder als Kreisringsegment (5) ausgebildet.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sicken sind als Vieleck, insbesondere Rechteck (6, 9) ausgebildet.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sicken sind als Schriftzeichen (10) beliebiger Zeichensätze ausgebildet.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – zwei oder mehr Sicken (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) durchdringen sich.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal: – zwei oder mehr der Sicken (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) sind in Serie angeordnet.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Sicken (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) sind wenigstens teilweise erhaben ausgeführt.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Wand des Gehäuses (1) ist einlagig.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Wand des Gehäuses (1) hat eine Stärke von weniger als 1 Millimeter.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Wand des Gehäuses (1) ist aus zwei Schalen zusammengesetzt.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Wand des Gehäuses (1) ist aus einem Blech gewickelt.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal: – parallele rechteckige Sicken (9) bilden eine Halterung für eine Zwischenwand.