DE102014119076A1

DE102014119076A1 - Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102014119076A1
Application number: DE102014119076.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Laube
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-23
Also published as: RU2633274C2; RU2015152183A; CN205638606U; BR102015031129A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem einen Schalldämpfereingang (8, 13) und mindestens einen Schalldämpferausgang (9, 17) aufweisenden Gehäuse (15, 16), das in dem von ihm umschlossenen Innenraum in Abgaskammern (4.1, 4.2, 4.3; A, B, C) unterteilbar ist, in die ein mit dem mindestens einen Schalldämpfereingang (8, 13) und dem mindestens einen Schalldämpferausgang (9, 17) verbundenen Rohrsystem (6, 7, 18) und mit dem Rohrsystem (6, 7, 18) verbindbare Boden (5, 14) als Teile des Rohrsystems (6, 7, 18) für die Abgasführung einbaubar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit einem mindestens einen Schalldämpfereingang und mindestens einen Schalldämpferausgang aufweisenden Gehäuse, das in dem von ihm umschlossenen Innenraum in Abgaskammern unterteilbar ist, die ein mit dem mindestens einen Schalldämpfereingang und dem mindestens einen Schalldämpferausgang verbundenes Rohrsystem aufweisen.
Konventionell werden Schalldämpfer bzw. Schalldämpfergehäuse aus Edelstahl entweder in Halbschalenbauweise tiefgezogen oder in Wickelbauweise gefertigt. Der Trend geht in jüngerer Zeit zur sogenannten Halbschalenbauweise, da damit deutlich komplexere Formgebungen möglich sind und vorhandene Bauräume effektiver genutzt werden können. In den Innenräumen der Schalldämpfergehäuse sind je nach Anforderung mehr oder minder komplexe Innenaufbauten angeordnet, die aus tiefgezogenen Böden, geraden und gebogenen Rohren und weiteren Bauteilen bestehen können. Über die Böden wird der Innenraum des Schalldämpfergehäuses in unterschiedliche Kammern aufgeteilt, die unterschiedlich durchströmt werden und somit die Schalldämpfung realisieren. Über die Innenrohre wird das Abgas im Schalldämpfergehäuse zu den einzelnen Kammern geleitet.
Bei der Wickelbauweise besteht das Gehäuse in der Regel aus einem zylindrischen Mantel aus gebogenem Blech, der an seinen Enden durch tiefgezogene Böden verschlossen ist. Auch bei dieser Ausführung befindet sich innerhalb des Gehäuses ein mehr oder weniger komplexer Innenaufbau aus der Dämpfung dienenden Rohren und sonstigen Bauteilen.
Aus der DE 10 2010 052 468 B4 , der DE 10 2011 106 366 A1 und der DE 72 02 898 U1 sind solche Schalldämpferkonstruktionen wie eingangs beschrieben bekannt.
Die US 5 451 728 und die DE 60 2005 000 368 T2 zeigen und beschreiben kastenförmige Schalldämpferkörper, deren Innenraum durch eingesetzte Trennwände in unterschiedliche Kammern aufgeteilt wird.
Schließlich zeigen und beschreiben die EP 2 287 453 A1 und die DE 11 2012 000 930 T5 Verfahren zum Zusammenfügen und Verschweißen von Schalldämpfern.
Auch im modernen Schalldämpferbau geht es darum, zu den ambitionierten Verbrauchszielen z.B. durch Leichtbaumaßnahmen beizutragen. Dies kann zum einen über die Wahl der verwendeten Werkstoffe und zum anderen über den Versuch von Funktionsintegration zu erreichen gesucht werden. Gleichzeitig müssen aber die auf ein in Hinblick auf Temperatur, Umwelteinflüsse und den laufenden Betrieb höchstbelastetes Bauteil wirkenden Anforderungen in vollem Umfang erfüllt werden und darüber hinaus muss in Hinblick auf Bauraum-Restriktionen zum Teil auf Kompromisse beim Aufbau eines Schalldämpfers ausgewichen werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Schalldämpfer möglichst kostengünstig und gleichzeitig die an ihn gestellten hohen Anforderungen erfüllend aufzubauen und zusätzlich die größtmögliche Gestaltungsfreiheit zu bieten, ohne auf kostenintensive Herstellungsverfahren oder auf eine Vielzahl von Einzelbauteilen zurückgreifen zu müssen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass in den Schalldämpfer-Innenraum mindestens ein diesen unterteilender Innenboden einsetzbar ist, der als Teil des Rohrsystems für die Abgasführung ausgeführt ist.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist ein Teil des Rohres direkt in den Innenboden des Rohrsystems angeformt und das das Rohr bildende zweite Teil wird an dieses Rohrteil des Innenbodens angesetzt. Der Rohrachsverlauf des Rohrsystems ist beim Gegenstand der Erfindung also beliebig in Bezug auf die Hauptachse des Gehäuses anordenbar.
Zur Abgasführung und -verteilung können die Innenböden, insbesondere auch in ihren im den Rohrbereich bildenden Bereichen mit Perforationsfeldern und/oder fensterartigen Öffnungen versehen sein.
Ferner kann der Innenboden Durchzüge für das Anschließen weiterer Abgasrohre des Rohrsystems aufweisen.
Schalldämpfereingang und Schalldämpferausgang können in bevorzugter Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sowohl in einer Ebene liegend und durch ein gemeinsames Innenrohr verbindbar angeordnet sein, als auch auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet und jeweils mit eigenem Innenrohr versehen am Gehäuse des Schalldämpfers angeordnet werden. Dies eröffnet größtmögliche Gestaltungsfreiheit beim Anschluss des Schalldämpfers an die Rohrführung des Abgasstrangs.
Die Abgasführung im Rohrsystem innerhalb des Gehäuses des Schalldämpfers kann über die Rohre verschließende Deckel beliebig auf die Kammern im Innenraum des Schalldämpfergehäuses verteilbar sein.
Die Erfindung erlaubt es, bei einem Schalldämpfer mit einer Mehrzahl von Abgaskammern die Innenböden vorzugsweise als Gleichteile auszuführen.
Innenböden, wie auch die die Innenböden zu Teilen des Rohrsystems ergänzenden Rohrteile und ebenso die Gehäuseteile des Schalldämpfers können vorzugsweise in Tiefziehverfahren hergestellt sein.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele zum Gegenstand der Erfindung. Anhand dieser Ausführungsbeispiele sollen die Merkmale, Vorteile und Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 einen Schalldämpfer in Schalenbauweise nach dem Stand der Technik;
2 eine Explosionsdarstellung von Teilen aus dem Innenraum eines Schalldämpfers, der nach der Erfindung aufgebaut ist;
3 Innenraumteile eines Schalldämpfers nach 2 im zusammengesetzten Zustand;
4 einen Schalldämpfer nach der Erfindung mit mehreren Schalldämpfer-Ein- und Ausgängen;
5 die Einmündung eines Schalldämpfereingangs bzw. eines Schalldämpferausgangs in das Rohrteil eines Innenbodens eines Schalldämpfers, ohne das das Rohrteil im Innenboden ergänzende aufgesetzte Rohrteil, und
6 das Beispiel nach 5 mit aufgesetztem Rohrteil.
Ein konventioneller Schalldämpfer in Schalenbauweise nach dem Stand der Technik ist beispielsweise aus zwei Gehäusehalbschalen 1 (in 1 nur die eine Halbschale dargestellt) aufgebaut und weist in seinem Innenraum Einbauten aus tiefgezogenen Böden 2 und Rohren 3 auf. Die Böden 2 teilen den Schalldämpfer in unterschiedliche Kammern 4.1, 4.2 und 4.3, die mit dem über die Innenrohre 3 in den Schalldämpferinnenraum geleitetem Abgas unterschiedlich durchströmt werden, um damit die gewünschte Schalldämpfungswirkung zu realisieren.
Bei einer solchen konventionellen Konstruktion sind die Rohre des Abgasstrangs durch den Schalldämpferinnenraum durchgeführt. Zur Bildung von Kammern 4.1, 4.2 und 4.3 sind separate Innenböden 2 zum Stützen und Tragen der Rohre 3 eingesetzt. Der Gestaltung des Innenraums des Schalldämpfers sind durch den Verlauf der Rohre 3 im gesamten Abgasstrang relativ enge Grenzen gesetzt.
Im Unterschied dazu ist der Schalldämpferinnenraum eines Schalldämpfers nach der Erfindung grundsätzlich unterschiedlich aufgebaut – siehe 2 und 3. In einem Boden 5, der ebenfalls der Unterteilung des Schalldämpferinnenraums in einzelne Kammern dient, ist eine Anformung im Wesentlichen in etwa als eine Rohrhälfte 6 eingeformt, die als Teil des Rohrsystems im Inneren des Schalldämpfers dient. Zum Rohr des Rohrsystems komplettiert wird diese Rohrhälfte 6 mittels einer zweiten Rohrhälfte 7, die entsprechend mit dem Boden 5 verbunden, vorzugsweise verschweißt sein kann. Boden 5 und Rohrhälfte 7 sind vorzugsweise im Tiefziehverfahren hergestellt. Im aus den beiden Rohrhälften 6 und 7 gebildeten Innenrohr im Schalldämpfer münden ein Schalldämpfereingang 8 und ein Schalldämpferausgang 9. Es ist erkennbar, dass diese Form des inneren Aufbaus eines Schalldämpfers wesentlich flexiblere Gestaltungsmöglichkeiten erlaubt. Der Verlauf der Rohrhälften 6 und 7 kann den jeweiligen Anforderungen nahezu beliebig angepasst werden und ist völlig unabhängig vom Verlauf des Rohrsystems des Abgasstrangs außerhalb des Schalldämpfers.
Zur Verteilung des Abgasstroms im Innenraum des Schalldämpfers können Rohrtulpen 10.1 und 10.2 als Verbindungsöffnungen zu den einzelnen Kammern des Schalldämpfers vorgesehen werden. Zusätzlich können die Böden 5 mit Perforationsfeldern 11 und/oder sonstigen fensterartigen Öffnungen versehen werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 2 ist in das Rohr 6, 7 ein Trennboden 12 zur Umleitung des Abgasstroms in die angrenzenden Kammern des Schalldämpfers eingeschweißt.
In 3 ist die Konstruktion nach 2 im zusammengebauten bzw. zusammengeschweißten Zustand – wie sie in den Innenraum eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers einsetzbar ist – dargestellt.
4 zeigt einen Schalldämpferinnenraum nach der Erfindung – unterteilt in vier Kammern. Über die Schalldämpfereingänge 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 wird das vom Brennraum kommende Abgas dem Schalldämpferinnenraum zugeleitet. Jeweils ein Boden 14.1, 14.2, 14.3 bzw. 14.4 nimmt einen der Schalldämpfereingänge 13.1–13.4 auf. Die Böden 14.1–14.4 können im Gehäuse des Schalldämpfers – aufgebaut aus Gehäusemantel 15 und Gehäuseboden 16.1 und 16.2 – durch Schweißverbindung und/oder in Längssicken im Gehäusemantel 15 formschlüssig fixiert sein.
Die Abgasführung im Innenraum des Schalldämpfers entspricht im Wesentlichen dem anhand von 2 im Zusammenhang mit den Perforationsfeldern 11 bzw. den Rohrtulpen 10.1 und 10.2 und den Trennboden 12 beschriebenen Strömungsverlauf.
Im Ausführungsbeispiel nach 4 ist deutlich erkennbar, dass bei einer vergleichsweise geringen Bautiefe des Schalldämpfers weitgehend problemlos z.B. auch eine 90°-Umlenkung zwischen Schalldämpfereingang 13.1–13.4 und Schalldämpferausgang 17.1–17.4 verwirklicht werden kann. Aus der Darstellung wird ebenfalls deutlich erkennbar, dass auf Innenrohre praktisch gänzlich verzichtet werden kann, da die Böden 14.1–14.4 zusammen mit den Halbrohren 18.1–18.4 die Aufgabe der Abgasführung komplett übernehmen können.
Neben einem sehr einfachen Aufbau wird – was aus akustischen Gründen besonders wichtig ist – eine sehr gute Abstützung der angeschlossenen Rohre für den Schalldämpfereingang 13.1–13.4 und den Schalldämpferausgang 17.1–17.4 erreicht. Dies ist in den Darstellungen nach den 5 und 6 beispielhaft gezeigt: Die Rohre können ein gewisses Maß in den Rohransatz der Böden eingeführt und damit formschlüssig abgestützt werden. Anschließend werden diese mit dem Gehäusemantel 15, 16 entsprechend verschweißt.
Probleme mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung und unterschiedlichen Wärmeausdehnungsrichtungen treten beim Schalldämpfer nach der Erfindung praktisch nicht auf, da die an den Böden 14 abgestützten Rohre im Schalldämpfereingang 13 diese Bohrung rundum gleichmäßig erwärmen und damit auch die Wärmeausdehnung gleichmäßig in alle Richtungen verläuft. Im Ausführungsbeispiel nach 4 sind zwei mögliche Ausführungsformen dargestellt:

– Die Böden 14.2 und 14.3 sind als Durchgangsrohre mit einseitig großer Lochung zur inneren Kammer A ausgebildet. Diese Ausführung ist für geringe Dämpfung und geringen Druckverlust vorteilhaft. Die Böden 14.2 und 14.3 können dabei im Rohrbereich und/oder im flachen Bodenbereich mehr oder weniger perforiert (Perforationsfelder 11) je nach Dämpfungsanforderungen ausgeführt sein.
– Die Böden 14.1 und 14.4 (seitlich außen) sind als doppelte Blindrohre ausgeführt; d.h. im Bereich des Schalldämpfereingangs 13.1 bzw. 13.4 ist jeweils ein Trennboden 12 (siehe 2) angeordnet und der Abgasstrom muss über die Rohrtulpen 19 in die jeweils danebenliegende Kammer strömen, um von dort durch die Perforationsfelder weiter in die nächstdanebenliegende Kammer geleitet zu werden. Über weitere Rohrtulpen kann der Abgasmassenstrom dann in den Bereich der Schalldämpferausgänge 17 geführt werden. Mit dieser Anordnung kann eine relativ hohe Dämpfung, die über die Querschnitte der Rohrtulpen und die Fläche der Perforationsfelder einstellbar ist, erreicht werden.

Für den Fachmann ist es leicht nachvollziehbar, dass die Gestaltung der Innenteile eines Schalldämpfers nach der Erfindung ohne weiteres mit beliebigen konventionellen Gestaltungen von Schalldämpferinnenräumen beliebig kombinierbar ist, um gewichts- bzw. kostengünstige Lösungen erreichen zu können.
Bezugszeichenliste

1: Gehäusehalbschale
2: Boden
3: Rohr
4.1, 4.2, 4.3: Kammern
5: Boden
6: Rohrhälfte
7: Zweite Rohrhälfte
8: Schalldämpfereingang
9: Schalldämpferausgang
10.1, 10.2: Rohrtulpen
11: Perforationsfeld
12: Trennboden
113.1, 13.2, 3.3, 13.4: Schalldämpfereingänge
14.1, 14.2, 14.3, 14.4: Böden
15: Gehäusemantel
16.1, 16.2: Gehäuseboden
17.1, 17.2, 17.3, 17.4: Schalldämpferausgänge
18.1, 18.2, 18.3, 18.4: Halbrohre
19: Rohrtulpe
A, B, C, D: Kammern

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010052468 B4 [0004]
DE 102011106366 A1 [0004]
DE 7202898 U1 [0004]
US 5451728 [0005]
DE 602005000368 T2 [0005]
EP 2287453 A1 [0006]
DE 112012000930 T5 [0006]

Claims

Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem Schalldämpfereingang (8, 13) und mindestens einen Schalldämpferausgang (9, 17) aufweisenden Gehäuse (15, 16), das in dem von ihm umschlossenen Innenraum in Abgaskammern (4.1, 4.2, 4.3; A, B, C) unterteilbar ist, in die ein mit dem mindestens einen Schalldämpfereingang (8, 13) und dem mindestens einen Schalldämpferausgang (9, 17) verbundenes Rohrsystem (6, 7, 18) und mit dem Rohrsystem (6, 7, 18) verbindbare Boden (5, 14) als Teile des Rohrsystems (6, 7, 18) für die Abgasführung einbaubar sind.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Boden (5, 14) ein Teil eines Rohres des Rohrsystems (6, 7, 18) angeformt ist, an das das Rohr (6, 7) bildende zweite Rohrteil (7) ansetzbar ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrachsverlauf des Rohrsystems im Schalldämpferinnenraum nahezu beliebig in Bezug auf die Hauptachse des Gehäuses (15, 16) anordenbar ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (5, 14) mit Perforationsfeldern (11) und/oder fensterartigen Öffnungen versehen ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenboden (5, 14) Durchzüge für den Anschluss weiterer Abgasrohre des Rohrsystems aufweist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schalldämpfereingänge (8, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4) und Schalldämpferausgänge (9, 17.1, 17.2, 17.3, 17.4) in einer Ebene liegen und durch einen gemeinsamen Innenboden (5, 14.1, 14.2, 14.3, 14.4) verbunden sind.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schalldämpfereingänge (8, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4) und Schalldämpferausgänge (9, 17.1, 17.2, 17.3, 17.4) nicht in einer Ebene angeordnet und jeweils mit einem eigenen Innenboden (5, 14.1, 14.2, 14.3, 14.4) verbunden sind.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführung im Rohrsystem (6, 7, 18) im Gehäuse (15, 16) über die Rohre (6, 7) verschließende Trennboden (12) steuerbar ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schalldämpfer mit einer Mehrzahl von Abgaskammern (4.1, 4.2, 4.3, A, B, C) die Innenböden (5, 14.1, 14.2, 14.3, 14.4) als Gleichteile ausgeführt sind.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Böden (14.1, 14.2, 14.3, 14.4) und/oder die Rohrhälften (18.1, 18.2, 18.3, 18.4) Tiefziehteile sind.