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Die
Erfindung betrifft ein Abgasrohr für eine Abgasanlage,
insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Abgasrohr
innen mit einer schallabsorbierenden Schicht versehen ist.
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Ein
solches Abgasrohr ist aus der
DE 100 07 549 A1 bekannt. Die schallabsorbierende
Schicht dient dazu, Schall in der Abgasleitung zu absorbieren. In
dieser Druckschrift ist ausgeführt, dass hoch schalldämpfende
Materialien für die schallabsorbierende Schicht verwendet
werden sollen, um eine möglichst hohe Wirksamkeit zu erzielen.
Die als geeignet angegebenen Materialien sind jedoch hinsichtlich
ihrer wirtschaftlichen und technischen Eigenschaften nicht völlig
zufriedenstellend.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Abgasrohr der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass es kostengünstig
hergestellt werden kann, während gleichzeitig eine gute
Schallabsorption und eine Verringerung des Mündungspegels
der Abgasanlage gewährleistet ist. Ergänzend wird
eine Verringerung der Schallabstrahlung der Abgasleitung angestrebt.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die schallabsorbierende Schicht bei Frequenzen bis 1000 Hz
einen Schallabsorptionsgrad < 40%
und bei Frequenzen von 1000 Hz bis 8000 Hz einen Schallabsorptionsgrad < 60% hat. Das erfindungsgemäße
Abgasrohr beruht dabei auf der überraschenden Erkenntnis,
dass Materialien mit einem vergleichsweise geringen Schallab sorptionsgrad
ausreichend sind, um bei den auftretenden Frequenzen eine ausreichende
Schallabsorption herbeizuführen.
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Erfindungsgemäß wurde
sogar festgestellt, dass es ausreichend ist, wenn die schallabsorbierende
Schicht bei Frequenzen bis 1000 Hz einen Schallabsorptionsgrad < 30% und bei Frequenzen
von 1000 Hz bis 8000 Hz einen Schallabsorptionsgrad < 50% hat. Es ist
sogar meist ausreichend, wenn die schallabsorbierende Schicht bei
Frequenzen bis 1000 Hz einen Schallabsorptionsgrad < 20% und bei Frequenzen
von 1000 Hz bis 8000 Hz einen Schallabsorptionsgrad < 40% hat. Selbst
eine schallabsorbierende Schicht, die bei Frequenzen in der Größenordnung
von 100 Hz einen Schallabsorptionsgrad < 5% hat, führt zu einer überraschend
hohen Schalldämpfung. Durch Messungen konnte belegt werden, dass
eine absorptive Gestaltung von der Länge eines Meters mit
einem Schallabsorptionsgrad von lediglich 10% bei Frequenzen von
1000 bis 3150 Hz bzw. von 20% ab Frequenzen von 4000 Hz eine Terzpegelreduktion
von bis zu 15 dB ermöglicht. Die maximale Wirksamkeit der
schallabsorbierenden Schicht wird bei hohen Frequenzen erreicht,
bei denen auch das Absorptionsmaterial seinen maximalen Absorptionsgrad
aufweist. Überraschenderweise waren jedoch auch deutliche
Verbesserungen im tieffrequenten Bereich (Frequenzbereich der Ordnungspegel) messbar,
die vermutlich auf die Vermeidung von Rohrresonanzen zurückzuführen
sind. So konnten bei Frequenzen dritter Ordnung bei einem Verbrennungsmotor,
der mit 2000 Umdrehungen pro Minute lief (Frequenzbereich in der
Größenordnung von 100 Hz) Verringerungen des Schallpegels
um bis zu 7 dB festgestellt werden, obwohl der Schallabsorptionskoeffizient
der schallabsorbierenden Schicht bei diesen Frequenzen noch unterhalb
von 5% lag.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die schallabsorbierende
Schicht aus Sintermaterial besteht. Da erfindungsgemäß festgestellt
wurde, dass Materialien mit einem sehr geringen Schallabsorptionsgrad
als schallabsorbierende Schicht in einem Abgasrohr geeignet sind, können
nun Materialien eingesetzt werden, die bisher nicht zur Schalldämpfung
in Betracht gezogen wurden, nämlich beispielsweise Sintermetallstrukturen.
Diese zeichnen sich durch Eigenschaften aus, die für den
Einsatz in einer Abgasanlage sehr gut geeignet sind, nämlich
Vibrationsfestigkeit, hohe Temperaturfestigkeit und gute Verformbarkeit.
Besonders geeignet für die schallabsorbierende Schicht
ist ein Metallschaum oder eine Hohlkugelstruktur.
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Vorzugsweise
ist die Sintermetall-Schicht als eigenstabiler Einsatz ausgebildet.
Dies erleichtert die Anbringung im Inneren des Abgasrohres. So kann beispielsweise
der eigenstabile Einsatz mittels einer Presspassung in das Abgasrohr
eingesteckt werden, oder er kann im Abgasrohr festgeschweißt
oder festgelötet werden. Alternativ kann vorgesehen sein,
den Einsatz durch eine Schraubverbindung, Nietverbindung oder Klemmverbindung
zu befestigen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass die schallabsorbierende Schicht durch eine Fasermatte, ein
Gewebe oder ein Gestrick gebildet ist. Auch dieser Ausführungsform
liegt die erfindungsgemäße Erkenntnis zugrunde,
dass für die schallabsorbierende Schicht kein sehr hoher
Schallabsorptionsgrad notwendig ist. Bisher hätte, wenn
die schallabsorbierende Schicht durch eine Fasermatte, ein Gewebe
oder ein Gestrick gebildet werden soll, eine sehr hohe Schichtdicke
verwendet werden müssen, um den hohen Absorptionsgrad herbeizuführen,
der nach herkömmlicher Auffassung notwendig war, um eine schallabsorbierende
Wirkung im Abgasrohr zu erzielen. Erst mit den jetzt erfindungsgemäß möglichen dünnen
Matten, Gestricken oder Geweben ist es in der Praxis möglich,
ein Abgasrohr innenseitig auszukleiden.
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Vorzugsweise
enthält die Fasermatte, das Gestrick oder das Gewebe Glasfasern,
Kohlenstofffasern, Keramikfasern und/oder Metallfasern. Das Material
wird in Abhängigkeit von den technischen Anforderungen
gewählt. Wenn Metallfasern enthalten sind, können
diese dazu verwendet werden, die schallabsorbierende Schicht im
Abgasrohr zu befestigen, beispielsweise einzuschweißen
oder einzulöten. In gleicher Weise wie bei einem Einsatz
aus Sintermetall ist es möglich, die gebildete schallabsorbierende
Schicht formschlüssig, stoffschlüssig oder kraftschlüssig
im Abgasrohr zu befestigen.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die schallabsorbierende
Schicht gebildet ist durch ein mikroperforiertes Innenrohr und einen
Luftspalt, der sich zwischen der Innenwand des Abgasrohres und dem
mikroperforierten Innenrohr befindet. Vom Aufbau her ähnelt
das erfindungsgemäße Abgasrohr einem sogenannten
luftspaltisolierten Abgasrohr, das also doppelwandig ausgeführt
ist. Es ist jedoch vorgesehen, dass das Innenrohr mikroperforiert
ist, also mit einer Vielzahl von vergleichsweise kleinen Öffnungen
versehen ist.
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Das
Innenrohr kann insbesondere durch eine mikroperforierte Folie gebildet
sein. Auf diese Weise ergibt sich ein geringes Gewicht.
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Dabei
ist das Innenrohr vorzugsweise als Einsatz ausgebildet, der im Abgasrohr
angeordnet ist. Dies ermöglicht, die schallabsorbierende
Schicht lediglich in einigen Bereichen des Abgasrohres vorzusehen,
während andere Bereiche in herkömmlicher Weise
ausgeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die schallabsorbierende Schicht mindestens 30%
der Länge des Abgasrohres bedeckt. Dies beruht auf der Erkenntnis,
dass die schallabsorbierende Schicht, um wirksam zu sein, nicht
entlang dem gesamten Abgasrohr vorgesehen sein muss, sondern lediglich über
einen kleinen Teil der Länge. Auf diese Weise ergibt sich
eine hohe Kosteneinsparung.
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Bei
höheren Anforderungen an die Schallabsorption kann vorgesehen
sein, dass sich die schallabsorbierende Schicht über mindestens
40% der Länge des Abgasrohres erstreckt. Bei noch höheren Anforderungen
kann vorgesehen sein, dass die schallabsorbierende Schicht mindestens
50% der Länge des Abgasrohres bedeckt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die schallabsorbierende Schicht unmittelbar stromaufwärts
und/oder stromabwärts von Bauteilen angeordnet ist, die
ein Strömungsrauschen erzeugen, beispielsweise von Klappen,
Schalldämpfern oder Rohrbögen. Es hat sich nämlich
herausgestellt, dass die schallabsorbierende Schicht, wenn sie stromabwärts
von solchen Bauteilen angeordnet ist, eine besonders hohe Wirkung
hat. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass
diese Bauteile Turbulenzen erzeugen und es besonders effektiv ist,
die entstehenden Geräusche unmittelbar stromabwärts
zu absorbieren. Wenn es sich bei den Bauteilen, die ein Strömungsrauschen erzeugen,
um Funktionsbauteile handelt, verbessert die Verwendung einer schallisolierenden
Schicht unmittelbar stromaufwärts der Funktionsteile deren Wirksamkeit
bzw. verringert die zur Betätigung des Funktionsbauteils,
beispielsweise einer Klappe, nötige Energie.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen
beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
sind. In diesen zeigen:
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1 schematisch
einen Verbrennungsmotor mit Abgasanlage;
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2 schematisch
einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Abgasrohr;
und
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die 3a bis 3c schematisch
in vergrößertem Maßstab drei verschiedene
Ausführungsformen einer schallabsorbierenden Schicht, die
im Abgasrohr von 2 verwendet wird.
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In 1 ist
schematisch eine Verbrennungskraftmaschine 10 gezeigt,
an die eine schematisch dargestellte Abgasanlage 12 angeschlossen
ist. Diese weist ein Abgasrohr 14 auf, das in mehrere Teilstücke
unterteilt ist, zwischen denen jeweils Funktionsbauteile angeordnet
sind. Als Beispiel für diese Funktionsbauteile sind hier
ein Katalysator 16 und ein Schalldämpfer 18 dargestellt.
Bei den Funktionsbauteilen kann es sich beispielsweise auch um Klappen handeln,
die einen Querschnitt des abgasführenden Rohres verändern
oder verschließen können.
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Das
Abgasrohr 14 weist eine schallabsorbierende Schicht 20 auf
(siehe 2), die sich entlang der Längsrichtung
des Abgasrohres 14 erstreckt und in Umfangsrichtung geschlossen
ist. Anders ausgedrückt, stellt sich die schallabsorbierende
Schicht 20 im weitesten Sinne als zylindrisch dar, wobei
es sich nicht notwendigerweise um einen Kreiszylinder handeln muss.
Falls das Abgasrohr einen beispielsweise elliptischen Querschnitt
hat, hat auch die schallabsorbierende Schicht 20 einen
elliptischen Querschnitt. Entscheidend ist, dass die Dicke der schallabsorbierenden
Schicht 20 sehr viel kleiner als der Innendurchmesser des
Abgasrohres 14 ist. Als schallabsorbierende Schicht wird
dabei ein Aufbau verwendet, der bei den hier besonders relevanten Frequenzen
einen vergleichsweise geringen Schallabsorptionsgrad aufweist. Bei
Frequenzen bis 1000 Hz hat die schallabsorbierende Schicht 20 einen Schallabsorptionsgrad
von weniger als 40%, wobei es bei einigen Anwendungen ausreichend
sein kann, wenn die schallabsorbierende Schicht bei Frequenzen in
der Größenordnung von 100 Hz einen Schallabsorptionsgrad
von weniger als 5% hat. Die schallabsorbierende Schicht 20 muss
sich nicht über die gesamte Länge des Abgasrohres
erstrecken, sondern es ist ausreichend, wenn sie sich über
einen Teilbereich erstreckt, der vorzugsweise mindestens 30% der
Gesamtlänge der Abgasanlage ausmacht. Zwar führt
ein größerer Anteil der schallabsorbierenden Schicht 20 an
der Gesamtlänge des Abgasrohres zu einer besseren Schallabsorption.
Allerdings ist im Hinblick auf das überraschend hohe Schallabsorptionsvermögen
der schallabsorbierenden Schicht es nicht notwendig, dass sich diese über
die gesamte Länge des Abgasrohres erstreckt. Dies ermöglicht,
diejenigen Bereiche des Abgasrohres auszusparen, bei denen das Vorsehen
einer schallabsorbierenden Schicht mit besonders hohem Aufwand verbunden
wäre, beispielsweise eng gekrümmte Bereiche.
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Bei
der schallabsorbierenden Schicht 20 kann es sich um eine
Schicht aus Sintermaterial 21 handeln, beispielsweise um
eine in 3a schematisch dargestellte
Schicht 21 aus Metallschaum oder einer Hohlkugelstruktur.
Bei dieser Ausführungsform kann die schallabsorbierende
Schicht als eigenstabiler Einsatz ausgebildet sein, der separat
vom Abgasrohr hergestellt und dann in diesem angeordnet wird. Dabei
kann der Einsatz mit einem Übermaß ausgeführt
werden, sodass sich beim Einschieben in das Abgasrohr eine Presspassung
ergibt, mittels welcher die schallabsorbierende Schicht ohne weitere
Maßnahmen zuverlässig im Inneren des Abgasrohres
befestigt ist. Alternativ kann der Einsatz auch im Inneren des Abgasrohres
festgeschweißt oder festgelötet werden.
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Bei
der in 3b schematisch gezeigten Ausführungsform
ist die schallabsorbierende Schicht 20 gebildet durch eine
Fasermatte 22, ein Gewebe 22 oder ein Gestrick 22.
Hierfür sind insbesondere Glasfasern geeignet. Vorzugsweise
enthält die Fasermatte, das Gewebe oder das Gestrick auch
einen Anteil an Metallfasern, die es ermöglichen, die schallabsorbierende
Schicht in das Abgasrohr einzuschweißen oder einzulöten.
Es ist auch denkbar, die durch die Fasermatte, das Gewebe oder das
Gestrick gebildete schallabsorbierende Schicht nach Art eines Einsatzes
vorzusehen, der an seinen axialen Enden mit einem Verstärkungsring
versehen ist, der zur Befestigung im Inneren des Abgasrohres verwendet wird.
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Bei
der in 3c gezeigten Ausführungsform
ist die schallabsorbierende Schicht 20 gebildet durch ein
mikroperforiertes Innenrohr 23 und einen Luftspalt 24,
der sich zwischen der Innenwand des Abgasrohres 14 und
dem mikroperforierten Innenrohr 23 befindet. Das mikroperforierte
Innenrohr 23 weist eine Vielzahl von sehr kleinen Öffnungen 25 auf,
deren Durchmesser im Falle eines runden Querschnitts in der Größenordnung
von 0,05 mm bis 1,5 mm beträgt, vorzugsweise im Bereich
von 0,08 mm bis 0,8 mm. Falls die Öffnungen 25 durch
Schlitze gebildet sind, haben diese eine äquivalente Größe.
Der Anteil der kleinen Öffnungen 25 beträgt
zwischen 0,2 und 20% der Gesamtfläche des Innenrohrs 23,
vorzugsweise zwischen 0,3 und 10%. Das Innenrohr 23 kann
eine sehr geringe Wandstärke haben, sodass es als mikroperforierte
Folie ausgebildet ist. Dabei ist es möglich, die schallabsorbierende
Schicht 20 als Einsatz auszuführen, also eine
Einheit zu bilden, die axial durch beispielsweise Abstandshalter
oder Endringe begrenzt ist und in das Innere des Abgasrohres 14 eingeschoben
und dort befestigt wird. Die schallabsorbierende Schicht 20 kann
auch als Teil einer Doppelwandstruktur des Abgasrohres 14 gebildet sein,
wie sie grundsätzlich von luftspaltisolierten Abgasrohren
bekannt ist.
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Besonders
vorteilhaft wirkt die schallabsorbierende Schicht 20, wenn
sie unmittelbar stromaufwärts oder stromabwärts
von Funktionsbauteilen angeordnet ist. Als Beispiel ist in 1 gezeigt,
dass die schallabsorbierende Schicht 20 unmittelbar stromabwärts
des Funktionsbauteils 16 angeordnet ist. Ebenfalls besonders
wirksam ist die schallabsorbierende Schicht 20, wenn sie
stromabwärts von Bauteilen angeordnet wird, die ein Strömungsrauschen
erzeugt, beispielsweise stromabwärts von Rohrbögen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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