DE102005036676A1

DE102005036676A1 - Schalldämpfer für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005036676A1
Application number: DE102005036676A
Authority: DE
Inventors: Hermann Ermer; Herbert Bartel
Original assignee: Faurecia Abgastechnik GmbH
Current assignee: Faurecia Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-15
Also published as: US20070029135A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Schalldämpfer für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem zwei Stirnwände (3, 4) und eine Umfangswand (2) aufweisenden, von wenigstens einem Abgaskanal (16) durchsetzten Gehäuse (1), und mindestens zwei den Abgaskanal (16) größtenteils umgrenzenden, in Strömungsrichtung (11) hintereinander angeordneten Rohren (8, 9), die jeweils eine Stirnwand (3, 4) durchsetzen und an dieser fixiert sind. Ein in das Gehäuseinnere ragende Ende (10, 12) eines Rohres (8, 9) ist an einer Gehäusestruktur fixiert, die in Axialrichtung (15) beweglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs. Bei einer häufig anzutreffenden Bauart ist ein zwei Stirnwände und eine Umfangswand aufweisendes Gehäuse von wenigstens einem Abgaskanal durchsetzt, wobei der Abgaskanal von zwei in Axialrichtung hintereinander angeordneten Rohren gebildet ist, die jeweils eine Stirnwand durchsetzen und an dieser fixiert sind. Die in das Gehäuseinnere hineinragenden Enden der Rohre sind üblicherweise jeweils an einer Gehäusestruktur, in der Regel an einer Querwand fixiert, wobei jedem Rohrende eine separate Wand zugeordnet ist. Die inneren Rohrenden sind beispielsweise durch eine Verschweißung mit den Querwänden verbunden. Da die Rohre in direktem Kontakt mit dem heißen Abgas stehen, dehnen sie sich, beispielsweise in der Anfangsphase des Fahrzeugbetriebs, stärker aus als das von der Fahrtluft gekühlte Gehäuse. Da die Rohre einerseits an den Stirnwänden und andererseits an einer inneren Gehäusestruktur fixiert sind, bewirkt eine Längenänderung der Rohre eine entsprechende mechanische Belastung der Stirnwände oder der die inneren Rohrenden haltenden Gehäusestrukturen. Als Folge davon können die Stirnwände und Gehäusestrukturen überbeansprucht werden. Die Verbindungsstellen, beispielsweise die Schweißnähte zwischen den Rohren und den Stirnwänden sind über die Lebensdauer gesehen einer großen Zahl von Wechselbelastungen ausgesetzt. Dabei besteht die Gefahr, dass sich die Rohre aus ihrer Verankerung lösen, was im Fahrzeugbetrieb zu Klappergeräuschen führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalldämpfer vorzuschlagen, mit dem die geschilderten Probleme umgangen sind.

Gemäß Anspruch 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein in das Gehäuseinnere ragende Ende eines Rohres an einer Gehäusestruktur fixiert ist, die in Axialrichtung beweglich ist. Bei dieser Ausgestaltung ist, wie bei herkömmlichen Schalldämpfern auch, das Rohr einerseits an einer Stirnwand und andererseits an einer inneren Gehäusestruktur fixiert, so dass es sowohl axial als auch radial sicher und klapperfrei gehalten ist. Wenn hier von axial und radial bzw. von Axialrichtung und Radialrichtung gesprochen ist, so bezieht sich diese Angabe auf die Längserstreckung des Abgaskanals bzw. auf die Mittellängsachse der den Abgaskanal umgrenzenden Rohre. Eine durch Temperaturänderung hervorgerufene Verlängerung oder Verkürzung der Rohre wird nun durch die in Axialrichtung bewegliche Gehäusestruktur kompensiert, so dass sich die nach innen ragenden Enden der Rohre frei ausdehnen können, ohne dass dadurch Schweißnähte oder sonstige Verbindungen zwischen den Rohren und Gehäusewänden oder das Gehäuse selbst belastet werden.

Die axiale Beweglichkeit der Rohre wird vorzugsweise dadurch bewerkstelligt, dass zumindest ein Teil der die Rohrenden haltenden Gehäusestruktur so ausgestaltet ist, dass er elastisch verformbar ist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist im Gehäuse eine quer zum Abgaskanal verlaufende, von einer Öffnung durchsetzte und mit der Umfangswand verbundene Querwand angeordnet. Als axial bewegliche Gehäusestruktur weist die Querwand wenigstens einen mit einem Rand an die Öffnung angrenzenden und in Axialrichtung beweglichen Wandabschnitt auf, an dessen Rand ein in das Gehäuseinnere ragende Ende eines Rohres mit seiner Außenseite fixiert, insbesondere angeschweißt ist. Ein beweglicher Wandabschnitt lässt sich beispielsweise dadurch bilden, dass in der Querwand etwa radial verlaufende Schwächungszonen, also Bereiche mit geringerer Blechstärke vorhanden sind, die wie Folienscharniere wirken. Vorzugsweise werden die Wandabschnitte jedoch durch Schlitze gebildet, die sie vom übrigen Wandbereich an der Querwand abtrennen und welche sich von der Durchströmöffnung in Richtung auf die Umfangswand, also etwa radial wegerstrecken. Ein solcher Wandabschnitt kann sich daher in Axialrichtung in gewissem Ausmaß elastisch bewegen und dadurch eine Längenänderung eines Rohres kompensieren. In Radialrichtung jedoch gewährleistet ein Wandabschnitt trotzdem eine sichere Halterung eines Rohres.

Aus Gründen der Materialeinsparung und der Montagevereinfachung sind zwei einander zugewandte Rohrenden einer einzigen, mindestens zwei Wandabschnitte aufweisenden Querwand zugeordnet, wobei ein Rohrende von wenigstens einem Wandabschnitt gehalten ist. Um zu verhindern, dass sich die axiale Ausrichtung eines Rohres bei einer wärmebedingten Längenänderung verändert, sind die einem Rohrende zugeordneten Wandabschnitte gleichmäßig über den Rohrumfang verteilt. Auf das Rohr in Radialrichtung einwirkende Kraftkomponenten heben sich dadurch gegenseitig auf.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Schalldämpfer,
2 eine perspektivische Darstellung einer Querwand in Richtung des Pfeiles II in 1 gesehen,
3 eine Draufsicht auf die Querwand in Richtung des Pfeiles III in 2,
4 eine Querwand mit daran fixierten Rohren in perspektivischer Darstellung,
5 die Anordnung von 4 in Längsschnittdarstellung,
6 eine Querwand mit daran fixierten Rohren, wobei die beiden Rohre ineinander gesteckt sind, in perspektivischer Darstellung,
7 die Anordnung von 6 in Längsschnittdarstellung,
8 eine Draufsicht auf eine Querwand in Richtung des Pfeils VIII in 7
9 eine Querwand mit daran fixierten Rohren in perspektivischer Darstellung, wobei die Querwand zwei unterschiedlich ausgestaltete Paare von Wandabschnitten aufweist,
10 die Anordnung von 9 in Längsschnittdarstellung,
11 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles XI in 9 auf die Querwand,
12 eine Draufsicht auf die Querwand in Richtung des Pfeiles XII in 11,
13 eine Querwand mit daran fixierten Rohren in perspektivischer Darstellung, mit gegenüber 9 abgewandelten Wandabschnitten,
14 die Anordnung von 13 in Längsschnittdarstellung,
15 eine perspektivische Ansicht der Querwand in Richtung des Pfeiles XV in 13 gesehen,
16 eine Draufsicht auf die Querwand in Richtung des Pfeiles XVI in 15.
Der in 1 gezeigte Schalldämpfer umfasst ein Gehäuse 1 mit einer im Querschnitt beispielsweise kreiszylindrischen Umfangswand 2 und zwei Stirnwänden 3, 4. Die Stirnwände 3, 4 sind durch eine Bördelung 5 mit der Umfangswand 2 verbunden. Denkbar ist an dieser Stelle auch eine Schweißverbindung. In den Stirnwänden 3, 4 ist beispielsweise in zentraler Position eine mit einer Aushalsung 6 versehene Öffnung 7 vorhanden. Die Öffnungen 7 sind jeweils von einem Abgasrohr 8, 9 durchgriffen. Die Abgasrohre 8, 9 sind an der Aushalsung 6 fixiert, beispielsweise angeschweißt. Sie sind in Axialrichtung hintereinander angeordnet und umgrenzen einen Abgaskanal 16. Die in das Gehäuseinnere ragenden Enden 10, 12 der Rohre 8, 9 sind an einer Querwand 13 fixiert. Der Außenrand 14 der Querwand 13 ist in Axialrichtung 15 umgebogen und liegt an der Innenseite der Umfangswand 2 an. Gegebenenfalls kann der Außenrand 14 an der Umfangswand 2 beispielsweise durch Punktschweißungen fixiert sein. An einer den Öffnungen 7 entsprechenden Position ist die Querwand 13 von einer Öffnung 17 durchsetzt. In der Querwand 13 sind etwa radial verlaufende, gleichmäßig über deren Umfang verteilte Schlitze 18 eingebracht, welche einerseits mit Abstand vor dem Außenrand 14 enden und andererseits in die Öffnungen 17 münden. Die Schlitze 18 trennen Wandabschnitte 19, 20 voneinander ab. Die Wandabschnitte 19, 20 sind in Axialrichtung 15 aus der Planebene 21 der Querwand 13 durch elastische Verformung ablenkbar. Ein Rohrende 10,12 ist jeweils an einem Paar sich diametral gegenüberliegender Wandabschnitte 19a, 19b bzw. 20a, 20b fixiert. Der einen Umfangsbereich der Öffnung 17 umgrenzende Rand 31 eines Wandabschnittes 19, 20 ist als ein sich in Axialrichtung 15 erstreckender Kragen 22 ausgebildet, der mit der Außenseite eines Rohres 8, 9 etwa durch eine Verschweißung verbunden ist. Der Kragen 22 eines Wandabschnittes 19, 20 steht dabei in Richtung auf das jeweils äußere Ende des entsprechenden Rohres 8, 9 ab. Zwischen den beiden Rohren 8, 9 ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Axialabstand 23 vorhanden. Denkbar ist aber auch, wie weiter unten noch gezeigt wird, dass die beiden Rohre 8, 9 ineinander gesteckt sind.
Wird ein Schalldämpfer, etwa der in 1 gezeigten Art ausgehend vom kalten Zustand in Strömungsrichtung 24 von heißem Abgas durchströmt, dehnen sich die Rohre 8, 9 in Axialrichtung 15 aus. Da die Stirnwände 3, 4 als Ankerpunkte wirken, verlängern sich die Rohre 8, 9 jeweils nach innen. Dementsprechend werden die das Rohr 9 haltenden Wandabschnitte 19a, 19b in Strömungsrichtung 24 und die das Rohr 8 haltenden Wandabschnitte 20a, 20b entgegen der Strömungsrichtung 24 aus der Planebene 21 der Querwand 13 abgelenkt. Die Längenänderung der Rohre 8, 9 wird somit durch die beweglichen Wandabschnitte 19, 20 kompensiert. Eine Verformung des Gehäuses und eine Belastung der Verbindungsnähte ist dadurch verhindert oder zumindest deutlich reduziert.
In 6 bis 8 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die das Gehäuse 1 (in 6 und 7 aus Vereinfachungsgründen weggelassen) durchsetzenden Rohre 8, 9 ineinander gesteckt. sind. Das Ende 10 des Rohres 9 durchgreift die Öffnung 17 und steht mit einem Überstand 25 aus der in Strömungsrichtung 24 weisenden Seite der Querwand 13 hinaus. Auf diesen Überstand ist das radial aufgeweitete Ende 12 des Rohres 8a aufgesteckt. Dabei ist es denkbar, dass die Rohrenden 10, 12 nach Art eines Schiebesitzes eng aneinander anliegen. Es kann aber auch vorteilhaft sein, dass zwischen den Rohrenden 10, 12 ein Ringspalt 26 vorhanden ist. Dieser gewährleistet über die gesamte Lebensdauer eine problemlose axiale Verschiebbarkeit der beiden Rohre 8a, 9. Das aufgeweitete Ende 12 des Rohrs 8a ist an den Kragen 22 der Wandabschnitte 20a, 20b angeschweißt. Der Krümmungsradius 27 des Kragens 22 der genannten Wandabschnitte ist dem Außenradius des erweiterten Rohrendes 12 angepasst, er ist somit größer als der entsprechende Krümmungsradius 28 der Wandabschnitte 19a, 19b (siehe 8).
Bei dem in 9 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ragen zwei sich etwa diametral gegenüberliegende Wandabschnitte 20a, 20b mit einem Bereich 29 aus der Planebene 21 der Querwand 13 heraus. Ein Bereich 29 erstreckt sich jeweils koaxial zum Abgaskanal 16 bzw. zur Mittellängsachse 30 der Rohre 8a, 9. Der Bereich 29 verläuft in einer zur Planebene 21 der Querwand 13 parallelen Ebene und geht mit einer etwa in Axialrichtung verlaufenden Schulter 32 in einen in der Planebene der Querwand 13 verlaufenden Bereich 33 über. Aufgrund der genannten Ausgestaltung der Wandabschnitte 20a, 20b weist der von ihnen getragene Kragen 22 einen größeren Abstand zur Planebene 21 der Querwand 13 auf, als dies bei den Wandabschnitten 19a, 19b der Fall ist. Dadurch kann das Rohr 8 mit einem entsprechend größeren Abstand zur Planebene 21 angeordnet bzw. zwischen den Rohren 8, 9 ein größerer Axialabstand 23 (10) hergestellt werden. Außerdem verändern sich die elastischen Eigenschaften eines Wandabschnitts 20a, 20b gegenüber einem Wandabschnitt 19a, 19b, welcher praktisch vollständig in der Planebene 21 der Querwand 13 angeordnet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 bis 16 sind die Enden 10, 12 der Rohre 8, 9, wie bereits weiter oben beschrieben, ineinander gesteckt. Dementsprechend ist der Krümmungsradius 27 des Innenrandes eines Wandabschnittes 20a, 20b größer als der entsprechende Krümmungsradius 28 eines Wandabschnittes 19a, 19b. Die dem Rohr 9 zugeordneten Wandabschnitte 19a, 19b weisen einen gegen die Strömungsrichtung 24 aus der Planebene 21 der Querwand 13 vorstehenden Bereich 29a auf.
Dieser Bereich verläuft ebenfalls koaxial zur Mittellängsachse 30. Er ist im wesentlichen von zwei Sicken 35, 36 gebildet, wobei sich die radial außen liegende Sicke 35 gegen die Strömungsrichtung 24 und die sich daran anschließende radial innen liegende Sicke 36 in Strömungsrichtung 24 konvex vorwölbt. Der Bereich 29a kann im Querschnitt gemäß 14 gesehen auch als S-Profil beschrieben werden. Dessen radial innen liegender Endabschnitt bzw. der Endabschnitt der Sicke 36 bildet den Kragen 22, welcher mit der Außenseite des Rohrs 9 verbunden ist. Die in Rede stehende Ausgestaltung der Wandabschnitte 19a, 19b kann dann zweckmäßig sein, wenn ein Rohr aus einem Material mit relativ großer Wärmedehnung gefertigt ist. Der Bereich 29a wirkt wie ein Faltenbalg und gewährleistet eine relativ große Beweglichkeit eines Wandabschnitts 19a, 19b in Axialrichtung 15. Der Bereich 29a ist darüber hinaus in Radialrichtung in gewissem Maße komprimierbar, so dass sich bei einer Durchmesservergrößerung des Rohres 9 keine Spannungen in den Wandabschnitten 19a, 19b aufbauen können.
Die Wandabschnitte 20a, 20b sind ausgestaltet wie die Wandabschnitte bei dem Ausführungsbeispiel von 1 bis 5. Denkbar ist auch, dass sämtliche Wandabschnitte einen Bereich 29 oder 29a aufweisen oder in Anpassung an bestimmte Gegebenheiten auf sonstiger Weise unterschiedlich voneinander gestaltet sind.

Claims

Schalldämpfer für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem zwei Stirnwände (3, 4) und eine Umfangswand (2) aufweisenden, von wenigstens einem Abgaskanal (16) durchsetzten Gehäuse (1), und mindestens zwei den Abgaskanal (16) größtenteils umgrenzenden, in Strömungsrichtung (11) hintereinander angeordneten Rohren (8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Gehäuseinnere ragende Ende (10, 12) eines Rohres (8, 9) an einer Gehäusestruktur fixiert ist, die in Axialrichtung (15) beweglich ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Gehäusestruktur so ausgestaltet ist, dass er elastisch verformbar ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine im Gehäuse (1) angeordnete, innenseitig mit der Umfangswand (2) verbundene, quer zum Abgaskanal (16) verlaufende und von einer Öffnung (17) durchsetzten Querwand (13), die wenigstens einen, mit einem Rand an die Öffnung (17) angrenzenden, und in Axialrichtung (15) beweglichen Wandabschnitt (19, 20) als Gehäusestruktur aufweist, wobei ein in das Gehäuseinnere ragende Ende (10, 12) eines Rohres (8, 9) an seiner Außenseite von dem Rand gehalten ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandabschnitt (19, 20) vom übrigen Wandbereich einer Querwand (13) durch Schlitze (18) abgetrennt ist, welche sich von der Öffnung (17) weg erstrecken.
Schalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandabschnitt (19, 20) einen sich koaxial zum Abgaskanal (16) erstreckenden, aus der Planebene (21) der Querwand (13) hervorstehenden Bereich (29) aufweist.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand eines Wandabschnitts (19, 20) von einem sich axial erstreckenden Kragen (22) gebildet ist, dessen radial nach innen weisende Seite mit der Außenseite eines Rohres (8, 9) verbunden ist.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander zugewandte Rohrenden einer einzigen, mindestens zwei Wandabschnitte aufweisende Querwand (13) zugeordnet sind, wobei ein Rohrende (10, 12) von wenigstens einem Wandabschnitt (19, 20) gehalten ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die einem Rohrende (10, 12) zugeordneten Wandabschnitte (19a, 19b/20a, 20b) gleichmäßig über den Rohrumfang verteilt sind.