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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für einen Verbrennungsmotor sowie eine
Arbeitsvorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers für einen
Verbrennungsmotor. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere
einen Schalldämpferkühlmantel
unter Verwendung einer Strahlpumpe in Form einer Venturidüse oder
eines Venturirohres.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im
Zusammenhang mit dem Betrieb von Verbrennungsmotoren werden gewöhnlich auch
Schalldämpfer
eingesetzt, wobei diese Schalldämpfer
jeweils so angeordnet sind, dass sie einen aus dem Verbrennungsmotor
stammenden Abgasstrom über eine
Abgaszuführung
in eine Schalldämpferkammer hinein
aufnehmen und nach Durchströmung
der Schalldämpferkammer über eine
Abgasabführung oder
ein Abgasrohr an anderer Stelle aus der Schalldämpferkammer wieder abgeben,
wobei durch die Wechselwirkung des Abgasstroms und Energiedissipation
in der Schalldämpferkammer
die Schallbelastung für
die Umgebung zumindest reduziert wird. Aufgrund des Verbrennungsprozesses
besitzt der in die Schalldämpferkammer
eintretende Abgasstrom im Vergleich zur Umgebung hohe Temperaturen,
so dass durch die Wechselwirkung in der Schalldämpferkammer ein erheblicher
Wärmeeintrag
in den Schalldämpfer
selbst erfolgt. Dadurch heizen sich der Schalldämpfer und die an diesen angrenzenden Maschinenkomponenten
auf. Darüber
hinaus besitzt auch der aus der Schalldämpferkammer wieder austretende
Abgasstrom meist noch eine beträchtliche die
Umgebungstemperatur übersteigende
Eigentemperatur.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Schalldämpfer für einen
Verbrennungsmotor sowie eine Arbeitsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor
zu schaffen, bei welchen auf besonders einfache und Platz sparende
und gleichwohl effiziente Art und Weise eine Kühlung des Schalldämpfers und
des aus dem Schalldämpfer
bzw. aus der Arbeitsvorrichtung austretenden Abgasstroms möglich ist
und eine zu starke Aufheizung des Schalldämpfers und der Arbeitsvorrichtung
vermeidbar ist.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Schalldämpfer für einen
Verbrennungsmotor erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 1 gelöst.
Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einer
Arbeitsvorrichtung erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 13 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schalldämpfers und der erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtung
sind jeweils Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung schafft einen Schalldämpfer für einen Verbrennungsmotor,
bei welchem mindestens eine vorgesehene und von einem Abgasstrom
eines Verbrennungsmotors durchströmbare Schalldämpferkammer
teilweise oder vollständig
von einer Kühlluftmantelkammer
umgeben ist und bei welchem die Kühlluftmantelkammer von einem vom
Abgasstrom angetriebenen Kühlluftstrom
durchströmbar
ist, um dadurch im Betrieb zumindest einen Teil der Schalldämpferkammer
zu kühlen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft des Weiteren eine Arbeitsvorrichtung
mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor und mit einem Schalldämpfer für den Verbrennungsmotor,
bei welcher ein erfindungsgemäßer Schalldämpfer für den Verbrennungsmotor
vorgesehen ist.
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KURZBERSCHREIBUNG DER FIGUREN
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Diese
und weitere Aspekte werden auf der Grundlage der beigefügten schematischen
Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt
in Form einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen
Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Schalldämpfers für einen Verbrennungsmotor.
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2 zeigt
in Form einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine
Ausführungsform eines
herkömmlichen
Schalldämpfers
für einen
Verbrennungsmotor.
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3 zeigt
in Form einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht Detailaspekte
einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers für einen
Verbrennungsmotor.
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4–6 zeigen
in schematischen, teilweise geschnittenen und perspektivischen Ansichten andere
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers für einen
Verbrennungsmotor, wobei jeweils unterschiedliche Enden des Abgasrohres
vorgesehen sind.
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DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung beschreiben. Sämtliche Ausführungsformen
der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften
können einzeln
isoliert und wahlfrei zusammengestellt und miteinander beliebig
und ohne Einschränkung
kombiniert werden.
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Strukturell
und/oder funktionell gleiche, ähnliche
oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im
Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht
in jedem Fall wird eine detallierte Besachreibung dieser Merkmale
oder Elemente wiederholt.
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Zunächst wird
auf die Zeichnungen im Allgemeinen Bezug genommen.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Schalldämpfer 1 für einen
Verbrennungsmotor geschaffen, bei welchem mindestens eine vorgesehene
und von einem Abgasstrom 49, 49 eines Verbrennungsmotors
durchströmbare Schalldämpferkammer 10 teilweise
oder vollständig von
einer Kühlluftmantelkammer 20 umgeben
ist und bei welchem die Kühlluftmantelkammer 20 von
einem vom Abgasstrom 49, 49' angetriebenen Kühlluftstrom 29, 29' durchströmbar ist,
um dadurch im Betrieb zumindest einen Teil der Schalldämpferkammer 10 zu
kühlen
und folglich insbesondere die Oberflächentemperatur des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 1 im
Vergleich zu einem herkömmlichen Schalldämpfer 1' ohne Kühlmantel
abzusenken.
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Dabei
bildet in diesem Zusammenhang beim erfindungsgemäßen Schalldämpfer 1 die äußere Begrenzung – z. B.
das Gehäuse 21 – des Kühlmantels oder
der Kühlluftmantelkammer 20 oder
ein Teil davon die Oberfläche
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 1,
wogegen bei einem herkömmlichen Schalldämpfer 1' ohne Kühlmantel
die äußere Begrenzung – also z.
B. das Gehäuse 11 der
Schalldämpferkammer 10 – oder ein
Teil davon die Oberfläche
des herkömmlichen
Schalldämpfers 1' bildet.
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Der
Schalldämpfer
ist bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einer Abgaszuführung 12 zum Zuführen eines
Abgasstroms 49 aus einem Verbrennungsmotor in die Schalldämpferkammer 10 hinein
und/oder mit einer Abgasabführung 14 zum
Abführen
eines zugeführten
Abgasstroms 49, 49' aus
der Schalldämpferkammer 10 ausgebildet sein.
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Der
Antrieb für
den Kühlluftstrom 29, 29' erfolgt auf
der Grundlage der Geometrie einer Venturidüse oder eines Venturirohres.
Als treibende oder antreibende Kraft wird dabei der Abgasstrom 49, 49' verwendet,
welcher den Bereich der in der Venturidüse oder der in dem Venturirohr
vorgesehenen Verengung V durchströmt und dabei durch Absenkung
des Drucks im Vergleich zum Druck im übrigen Kühlluftmantel den Kühlluftstrom 29, 29' mitreißt.
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Das
bedeutet mit anderen Worten, dass bei einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung als Antrieb für den Kühlluftstrom 29, 29' durch die Kühlluftmantelkammer 20 eine
vom aus der Schalldämpferkammer 10 abzugebenen
Abgasstrom 49, 49' angetriebene
oder antreibbare Venturidüse oder
ein vom aus der Schalldämpferkammer 10 abzugebenen
Abgasstrom 49, 49' angetriebenes
oder antreibbares Venturirohr ausgebildet sein können.
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Die
Abgasabführung 14 kann
ein Abgasrohr 15 mit einem ersten freien Querschnittsdurchmesser d1
aufweisen.
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Die
Kühlluftabführung 24 kann
ein Kühlluftabführrohr 25 mit
einem zweiten freien Querschnittsdurchmesser d2 aufweisen.
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Das
Kühlluftabführrohr 25 und
das Abgasrohr 15 können
ganz oder teilweise in derselben Richtung verlaufen und/oder das
Kühlluftabführrohr 25 kann
das Abgasrohr 15 – insbesondere
in dieser gemeinsamen Verlaufsrichtung – umgeben.
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Das
Kühlluftabführrohr 25 und
das Abgasrohr 15 können
im Wesentlichen koaxial zueinander ausgebildet sein.
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Das
Kühlluftabführrohr 25 kann
einen größeren zweiten
freien Querschnittsdurchmesser d2 aufweist als das Abgasrohr 15.
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Die
Differenz d3 aus dem ersten freien Querschnittsdurchmesser d2 des
Kühlluftabführrohres 25 und
dem zweiten freien Querschnittsdurchmesser d1 des Abgasrohres 15 ist
bei einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kleiner als der erste freie Querschnittsdurchmesser
d1 des Abgasrohres 15, so dass sich im Bereich des Übergangs
vom Abgasrohr 15 zum Kühlluftabführrohr 25 eine
Verengung V ergibt.
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Das
Kühlluftabführrohr 25 kann
sich axial in Richtung des Abführens
des Kühlluftstroms 29, 29' um einen Abschnitt 26 über das
Abgasrohr 15 hinaus erstrecken, so dass der über das
Abgasrohr 15 hinaus stehende Abschnitt 26 des
Kühlluftabführrohres 25 als
Mischrohr 27 zum Durchmischen des Abgasstroms 49, 49' mit dem Kühlluftstrom 29, 29' fungiert.
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Ein
von der Schalldämpferkammer 10 abgewandtes
Ende 15b des Abgasrohres 15 kann einen Rand 15r mit
Wellenform, mit Sternform und/oder mit der von der Rohrachse 15x des
Abgasrohres 15 wegzeigenden Zinken 15z aufweisen.
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Auf
der Innenseite 25c des Kühlluftabführrohres 25 und insbesondere
auf der Innenseite 27c des Mischrohres 27 können in
Richtung auf die Rohrachse 25x des Kühlluftabführrohrs 25 hinweisende Umlenkelemente 25u zur
Durchmischung des Abgasstroms 49, 49' mit dem Kühlluftstrom 29, 29' vorgesehen
sein.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arbeitsvorrichtung
geschaffen mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor und mit
einem Schalldämpfer 1 für den Verbrennungsmotor,
bei der Schalldämpfer 1 für den Verbrennungsmotor
nach einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers ausgebildet
ist
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Die
Arbeitsvorrichtung kann als Baumaschine, als Aufbruchhammer oder
als Bodenverdichtungsmaschine ausgebildet sein. Es sind aber grundsätzlich sämtliche
von einem Verbrennungsmotor betriebene Vorrichtungen mit dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer 1 ausbildbar.
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Nun
wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen.
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Bevor
im Einzelnen auf die Erfindung und ihre Ausführungsformen eingegangen wird,
soll zunächst
im Zusammenhang mit der 2 der Aufbau eines herkömmlichen
Schalldämpfers 1' für einen Verbrennungsmotor
erläutert
werden. Dazu zeigt 2 in schematischer und geschnittener
Seitenansicht eine Ausführungsform
eines herkömmlichen Schalldämpfers 1' für einen
Verbrennungsmotor.
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Ein
Schalldämpfer 1 für einen
Verbrennungsmotor wird herkömmlicherweise
von einer Schalldämpferkammer 10 als
Kernelement gebildet. Diese Schalldämpferkammer wird von einem
Gehäuse 11 oder
Schalldämpferkammergehäuse 11 begrenzt. Zum
Zuführen
eines Abgasstromes 49 z. B. aus einem Verbrennungsmotor
ist im Gehäuse 11 der Schalldämpferkammer 10 eine
Abgaszuführung 12 vorgesehen.
Dabei kann es sich um ein Abgaszuführrohr, um einen Flansch oder
dergleichen handeln. Im Inneren 10i der Schalldämpferkammer 10 findet
im Betrieb eine mechanische und thermische Wechselwirkung des Abgasstromes 49 mit
der Schalldämpferkammer 10 und
insbesondere mit dem Gehäuse 11 statt,
wodurch dem Abgasstrom 49 mechanische und thermische Energie,
insbesondere Schallenergie, entzogen wird. Nach Durchströmen der
Schalldämpferkammer 10 verlässt der
zugeführte
Abgasstrom 49 als verarbeiteter Abgasstrom 49' – d. h. thermisch
und in Bezug auf die Schallenergie umgesetzt – die Schalldämpferkammer 10 durch
die Abgasabführung 14,
z. B. in Form eines Abgasrohres 15. Zur Verbesserung der
Wechselwirkung und insbesondere der Schallminderung kann die Schalldämpferkammer 10 zumindest
in ein erstes Kompartiment 10-1 und ein zweites Kompartiment 10-2 unterteilt
sein. Die Unterteilung kann durch ein eingefügtes Trennblech oder Umlenkblech
und/oder aber mit einem Katalysator K erfolgen, der dann neben der thermischen
und mechanischen Wechselwirkung des Abgasstroms 49 auch
eine chemische Umsetzung des Abgasstroms 49 bewirkt, wie
es die üblichen
gesetzlichen Auflagen zur Abgasimmission vorsehen. Es können auch
mehr als zwei Kompartimente 10-1, 10-2 in der
Schalldämpferkammer 10 ausgebildet
sein.
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1 zeigt
in Form einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalldämpfer 1 für einen
Verbrennungsmotor.
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Wie
bei dem herkömmlichen
Schalldämpfer 1' für einen
Verbrennungsmotor so ist auch die in 1 gezeigte
Ausführungsform
für einen
erfindungsgemäßen Schalldämpfer 1 mit
einer Schalldämpferkammer 10 ausgebildet,
die im Wesentlichen von einem Gehäuse 11 begrenzt wird,
welches eine Abgaszuführung 12 zum
Zuführen
eines Abgasstroms 49 in das Innere 10i der Schalldämpferkammer 10 sowie
eine Abgasabführung 14,
z. B. in Form eines Abgasrohres 15 zum Abführen des
Abgasstroms 49' nach
Durchströmen
der Schalldämpferkammer 10 und
entsprechender Wechselwirkung aufweist. Die Schalldämpferkammer 10 kann
wieder z. B. durch ein Trennblech oder Umlenkblech oder zusätzlich oder
alternativ durch einen Katalysator K in ein erstes Kompartiment 10-1 und
in ein zweites Kompar timent 10-2 unterteilt sein. Die Abgasabführung 14 oder
das Abgasrohr 15 besitzen einen ersten freien Querschnittsdurchmesser
d1.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 1 für einen
Verbrennungsmotor ist die Schalldämpferkammer 10 mit
ihrem Gehäuse 11 von
einer Kühlluftmantelkammer 20 umgeben,
die nach außen
hin, also von der Schalldämpferkammer 10 und
deren Gehäuse 11 abgewandt
durch ein eigenes Gehäuse 21 begrenzt
ist. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
ist praktisch die gesamte Außenwand,
also das gesamte Gehäuse 11 der
Schalldämpferkammer 10 von
der Kühlluftmantelkammer 20 und
entsprechend vom Gehäuse 21 umgeben.
Dies ist aber nicht zwingend. Häufig
ist es sinnvoll, dass die Schalldämpferkammer 10 und
mit ihr das Gehäuse 11 nur
zum Teil von der Kühlluftmantelkammer 20 und
dem Gehäuse 21 umgeben
sind, z. B. dann, wenn der Motor mit seinem Abgasauslass direkt
an einen Wandbereich des Gehäuses 11 der
Schalldämpferkammer 10 anliegt und
dort angeflanscht ist. Dies ist in den Ausführungsformen gemäß den 4 bis 6 dargestellt.
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Die
Kühlluftmantelkammer 20 ist
auf der rechten Seite der 1 mit Öffnungen 22 versehen, die
als Kühlluftzuführung 22 zum
Zuführen
eines Kühlluftstroms 29 aus
der Umgebung dienen. Im Bereich des Abgasrohres 15 als
Abgasabführung 14 mündet die
Kühlluftmantelkammer 20 in
eine Kühlluftabführung 24 in
Form eines Kühlluftabführrohres 25 aus.
Das Kühlluftabführrohr 25 als
Kühlluftabführung 24 besitzt
einen zweiten freien Querschnittsdurchmesser d2, der größer ist
als der erste freie Querschnittsdurchmesser d1 des Abgasrohres 15 der
Abgasabführung 14.
In der Ausführungsform
der 1 besitzen die Abgasabführung 14 und das Abgasrohr 15 einerseits
und die Kühlluftabführung 24 und
das Kühlluftabführrohr 25 andererseits
Rohrachsen 15x bzw. 25x, welche identisch sind,
so dass in der Ausführungsform
der 1 das Kühlluftabführrohr 25 und
das Abgasrohr 25 parallel zueinander verlaufen, wobei aufgrund
des größeren zweiten
freien Querschnittsdurchmessers d2 des Kühlluftabführrohres 25 dieses
das Abgasrohr 15 koaxial umgibt.
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Dabei
sind der erste freie Querschnittsdurchmesser d1 des Abgasrohres 15 und
der zweite freie Querschnittsdurchmesser d2 des Kühlluftabführrohres 25 derart
gewählt,
dass ihre Differenz d3 geringer ist als der erste freie Querschnittsdurchmesser
d1 des Abgasrohres 15. Mithin stellt sich im Bereich des Übergangs
zwischen dem Abgasrohr 15 und dem Kühlluftabführrohr 25 oder deren Überlappungsbereich
eine Verengung V ein. Da darüber
hinaus das Kühlluftabführrohr 25 das
Abgasrohr 15 um einen Abschnitt 26 an Länge übersteigt
und somit das Abgasrohr 15 um diesen Abschnitt 26 überragt,
ergibt sich aufgrund der Verengung V zwischen Abgasrohr 15 und
Kühlluftabführrohr 25 eine
Struktur in Form einer Venturidüse,
welche beim Durchtströmtwerden
durch den Abgasstrom 49, 49' aufgrund des Venturieffekts gemäß der Bernoulligleichung
zu einer einen Sog erzeugenden Druckdifferenz an der Verengung V
im Vergleich zur Kühlluftzuführung 22 führt. Aufgrund dieser
Druckdifferenz wird der Kühlluftmantelstrom 29 über die
Kühlluftzuführung 22 in
die Kühlluftmantelkammer 20 hinein, über die
Verengung V hinaus und über
das Kühlluftabführrohr 25 aufgrund
der durch den Abgasstrom 49' bewirkten
mitreisenden Strömung
wieder ausgestoßen,
wobei es in dem Abschnitt 26 des Kühlluftabführrohres 25, welcher über das
Abgasrohr 15 hinaussteht, zu einer Durchmischung kommt,
so dass dieser Abschnitt 26 als Mischrohr 27 fungiert.
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Zur
besseren Durchmischung des aus dem Abgasrohr 15 austretenden
Abgasstroms 49' mit dem
aus der Verengung V austretenden Kühlluftstrom 29' zum gekühlten Abgasstrom 49'' können an der Innenseite 25i des
Kühlluftabführrohrs 25 Umlenkelemente 25u vorgesehen
sein. Diese führen
zu Verwirbelungen, insbesondere an der innersten und an der Innenseite 25i des
Kühlluftabführrohrs 25 entlang
strömenden
Mantelschicht.
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Zusätzlich oder
alternativ zu den Umlenkelementen 25u können auch am Ende 15b des
Abgasrohres 15, welches von der Schalldämpferkammer 10 und
dem Gehäuse 11 abgewandt
ist, am Rand 15r des Abgasrohres 15 andere umlenkende
Elemente vorgesehen sein, wie sie im Zusammenhang mit den 4 bis 6 beschrieben
sind.
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3 zeigt
in schematischer und geschnittener Seitenansicht Details einer anderen
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 1 für einen
Verbrennungsmotor, und zwar im Bereich des Übergangs zwischen der Kühlluftabführung 24 in Form
eines Kühlluftabführrohres 25 und
der Abgasabführung 14 in
Form eines Abgasrohres 15. Dort ergibt sich die Verengung
V im Übergang
oder im Bereich der Einmündung
zwischen dem Abgasrohr 15 und dem Kühlluftabführrohr 25 dadurch,
dass der Unterschied d3 zwischen dem ersten freien Querschnittsdurchmesser
d1 des Abgasrohres 15 und dem zweiten freien Querschnittsdurchmesser
d2 des Kühlluftabführrohres 25 kleiner
ist als der erste freie Querschnittsdurchmesser d1 des Abgasrohres 15, hier
wieder bei im Hinblick auf die Rohrachsen 15x und 25x des
Abgasrohres 15 und des Kühlluftabführrohres 25 koaxialen
Verlauf des Abgasrohres 15 und des Kühlluftabführrohres 25 in Bezug
aufeinander. Auch hier findet im Bereich der Verengung V aufgrund
des dort abgesenkten Drucks wegen der Strömung des Abgasstroms 49, 49' eine Sogwirkung
in Bezug auf den Kühlluftstrom 29, 29' statt.
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Zur
besseren Durchmischung können
zusätzlich
oder alternativ an der Innenseite 25i des Kühlluftabführrohres 25 und/oder
im Randbereich 15r des von der Schalldämpferkammer 10 abgewandten
Endes 15b des Abgasrohres 15 die Durchmischung
des aus der Schalldämpferkammer 10 austretenden
Abgasstromes 49' und
des Kühlluftstroms 29 fördernde
Elemente vorgesehen sein, so dass sich im Rohrabschnitt 26 des
Abgasrohres 25 als Mischrohr 27 eine noch bessere
Durchmischung und dadurch Herunterkühlung des insgesamt austretenden
Abgasstroms 49'' ergibt.
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Die
konstruktiven Merkmale der in den 4 bis 6 dargestellten
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 1 für einen
Verbrennungsmotor sind miteinander stark vergleichbar, wobei jedoch
die Ränder 15r des
von der Schalldämpferkammer 10 und
dem Gehäuse 11 abgewandten
Endes 15b des Abgasrohres 15 mit unterschiedlichen
die Durchmischung des Abgasstroms 49' mit dem Kühlluftstrom 29' fördernden
Maßnahmen
versehen sind.
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In
der 4 zeigt die Ausführungsform einen glatten Rand 15r am
Ende 15b des Abgasrohres 15, so dass hier die
Durchmischung ausschließlich
aufgrund des Venturieffekts und den dadurch hervorgerufenen Strömungsverhältnissen,
insbesondere durch Turbulenzen erfolgt.
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Bei
der Ausführungsform
der 5 sind im Randbereich 15r so genannte
Zinken 15z vorgesehen, die sich von der Rohrachse 15x des
Abgasrohres 15 auf die Innenwand 25i des Kühlluftabführrohres 25 hin
erstrecken und für
eine Durchmischung des aus der Schalldämpferkammer 10 austretenden Abgasstroms 49' mit dem in
das Kühlluftabführrohr 25 eintretenden
Kühlluftstrom 29' zum aus dem
Kühlluftabführrohr 25 austretenden
Abgasstrom 49'' führen.
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Bei
der Ausführungsform
der 6 ist statt der Zinken 15z aus der Ausführungsform
aus 5 ein wellenförmig
verlaufender Rand 15r oder wellenförmig ausgefranster Rand 15r vorgesehen.
Statt der Wellenform ist auch eine Sternform denkbar. Ferner sind
zusätzlich
oder alternativ auch Strukturen möglich – z. B. in Form von Schlitzen
oder Einkerbungen – welche
die Oberfläche
des Randes 15r des Endes 15b des Abgasrohres 15 im
Vergleich oder Gegensatz zu einer scharfen Abrisskante in ihrem
Verlauf aufbrechen, um weiter durchmischende Turbulenzen im Abgasstrom 49' zu erzeugen.
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Diese
und weitere Aspekte werden nun der Grundlage der nachfolgend Bemerkungen
weiter erläutert:
Die
verschärfte
Abgasgesetzgebung fordert z. B. auch für in der Hand gehaltene Geräte die Einhaltung von
Grenzwerten, die z. B. beim Zweitaktmotor nur mit erheblichem Aufwand
bei der Vermeidung der Spülverluste
bzw. durch entsprechende Abgasnachbehandlung einzuhalten sind.
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Im
Fall bestimmter Motore ist die Abgasnachbehandlung mit Hilfe eines
Katalysators die beste Alternative. Im Katalysator werden erhebliche
Energiemengen umgesetzt. Dies führt
neben der Erhitzung durch das heiße Abgas zu einer zusätzlichen Aufheizung
des Schalldämpfers.
Die Wandtemperaturen erhöhen
sich im Vergleich zur Originalausführung ohne Katalysator z. B.
um über
50 K. Auch die Temperatur des aus dem Schalldämpfer austretenden Abgasstrahls
steigt u. U. erheblich an und kann zur Entzündung leicht brennbaren Materials
oder zu Verbrennungen des Bedieners führen. Weiterhin kann die bisher
schon hohe thermische Belastung von Verkleidungen und Verbrennungsschutzesabdeckungen
des Arbeitsgerätes
den gestiegenen Temperaturen eines Katalysatorschalldämpfers nicht mehr
standhalten.
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Eine
wirkungsvolle thermische Isolation des Abgassystems würde die
Wärmeabfuhr über die
Außenflächen des
Schalldämpfers
weitgehend unterbinden. Die thermische Belastung der umgebenden Bauteile
würde hierdurch
zwar reduziert werden, durch die fehlende Wärmeabfuhr könnten jedoch folgende negative
Effekte auftreten:
- – Die Bauteile im Inneren des
Schalldämpfers nehmen
erheblich höhere
Temperaturen an.
- – Der
Materialabtrag durch Verzundern steigt (die Lebensdauer des Schalldämpfers sinkt).
- – Es
folgt ein Abfall der Festigkeitswerte der verwendeten Materialien
(Schalldämpfer
und Katalysator). Diese sind insbesondere durch die hohe Schwingungsbeanspruchung
am Arbeitsgerät
kritisch.
- – Die
Konvertierungsrate des Katalysators über der Zeit nimmt stärker ab
(stärkere
Alterung).
- – Die
Temperatur des aus dem Schalldämpfer austretenden
Abgasstrahls steigt.
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Die
vorstehend genannten Probleme können reduziert
oder vermieden werden, wenn man die Wärmeabfuhr über die Außenflächen des Schalldämpfers nach
wie vor zulässt
und eine aktive Kühlung
dieser Flächen
durch einen vom Abgasstrahl z. B. nach Art einer Saugstrahlpumpe
getriebenen Kühlluftmantelstrom
vorsieht.
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Eine
Saugstrahlpumpe nutzt den Venturieffekt, der entsteht, wenn ein
mit hoher Geschwindigkeit strömender
Gasstrahl (z. B. Auspuffstrahl) Luft, z. B. aus einem ihn umgebenden,
konzentrischen Ringspalt, mitreißt (siehe 3).
Diese mitgerissene Luft wird z. B. in der vorliegenden Lösung in
einem Kühlluftmantelstrom
um den heißen
Schalldämpfer geführt. Um
eine intensive Durchmischung von Abgas und Kühlluftstrom zu erreichen kann
die Mündung
des Schalldämpferendrohrs,
also des Treibstroms mit wechselseitig gebogenen Zinken (siehe 5)
oder wellen- bzw. sternförmigem
Austritt (siehe 6) versehen werden. Durch die
intensivere Durchmischung kann das Mischrohr verkürzt werden,
ohne dass im Austrittsstrahl ein heißer Strahlkern verbleibt.
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Diese
erfindungsgemäße Lösung hat
folgende Vorteile:
- – Es ergibt sich eine geringere
thermische Belastung des Schalldämpfers
samt Einbauten (Umlenk- und Prallbleche, Katalysator).
- – Es
ergibt sich ein geringerer Materialabtrag durch Verzundern (die
Lebensdauer des Schalldämpfers
steigt).
- – Es
ergibt sich ein geringerer Abfall der Festigkeitswerte der verwendeten
Materialien (Schalldämpfer
und Katalysator).
- – Die
Konvertierungsrate des Katalysators über der Zeit nimmt weniger
stark ab.
- – Die
Temperatur des (aus dem Mischrohr) in die Umgebung austretenden
Abgasstrahls ist niedriger.
- – Die
Kühlmantelstrahlpumpe
kann für
eine aktive Frischluftzirkulation im Gehäuse des Arbeitsgeräts eingesetzt
werden (kein Gebläse
notwendig), indem sie die Kühlluft
aus dem Gehäuse
des Arbeitsgeräts
ansaugt.
- – Es
fallen keine beweglichen Bauteile (wie z. B. Gebläserad) an.
- – Die
Anordnung ist sehr robust und staubunempfindlich.
- – Die
Anordnung ist kostengünstig
herstellbar.
- – Es
besteht ein geringerer Änderungsaufwand, wenn
bestehende Konstruktionen erfindungsgemäß erweitert werden.
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Im
Vergleich zu einem Serienschalldämpfer konnte
bei einer Ausführungsform
die Wandtemperatur um über
200 K reduziert werden. Die Temperatur des Abgasstrahls reduzierte
sich um 50 K bis 100 K.
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- 1
- Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalldämpfers
- 1
- Ausführungsform
eines herkömmlichen Schalldämpfers
- 10
- Schalldämpferkammer
- 10i
- Innenraum/Inneres
der Schalldämpferkammer 10
- 10-1
- Erstes
Kompartiment der Schalldämpferkammer 10
- 10-2
- Zweites
Kompartiment der Schalldämpferkammer 10
- 11
- Gehäuse der
Schalldämpferkammer 10
- 12
- Abgaszuführung
- 14
- Abgasabführung
- 15
- Abgasrohr
- 15b
- Von
der Schalldämpferkammer 10 abgewandetes
Ende der Abgasabführung 14/des Abgasrohres 15
- 15r
- Rand
der Abgasabführung 14/des
Abgasrohres 15
- 15x
- Rohrachse
des Abgasrohres 15
- 15z
- Zinken
am Rand 15r des Abgasrohres 15
- 20
- Kühlluftmantelkammer
- 21
- Gehäuse der
Kühlluftmantelkammer
- 22
- Kühlluftzuführung
- 24
- Kühlluftabführung
- 25
- Kühlluftabführrohr
- 25i
- Innenseite/Innenfläche des
Kühlluftabführrohres 25
- 25u
- Umlenkblech,
Ablenkblech
- 25x
- Rohrachse
des Kühlluftabführrohres 25
- 26
- Abschnitt
des Kühlluftabführrohres 25,
welcher über
das Abgasrohr 15 übersteht
- 27
- Mischrohr
- 29
- Kühlluftstrom
- 29'
- Kühlluftstrom
- 49
- Abgasstrom
- 49'
- Abgasstrom
nach Austritt aus dem Katalysator K/bei Austritt aus der Schalldämpfkammer 10
- 49''
- Abgasstrom
nach Durchmischung mit dem Kühlluftstrom 29, 29'/bei Austritt
aus dem Schalldämpfer 1
- d1
- Erster
freier Querschnittsdurchmesser der Abgasabführung 14/des Abgasrohres 15
- d2
- Zweiter
freier Querschnittsdurchmesser der Kühlluftabführung 24/des Kühlluftabführrohres 25
- d3
- Differenz
der freien Querschnittsdurchmesser d1 und d2
- K
- Katalysator
- V
- Verengung