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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere Kraftfahrzeugmotor, mit zumindest einem vom Abgas der
Brennkraftmaschine durchströmbaren
Dämpfungsraum
mit wenigstens einer Abgaseintrittsöffnung und wenigstens einer
Abgasaustrittsöffnung
sowie Mitteln zur zumindest bereichsweisen Wärmeabschirmung des Dämpfungsraums
nach außen.
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Es
ist bekannt, dass Schalldämpfer
aufgrund der durch die Schalldämpfer
strömenden
heißen
Abgase stark erhitzen. Bestimmte Bereiche oder Teile im Kraftfahrzeug
sind jedoch hitzeempfindlich. Um diese Bereiche oder Teile zu schützen, werden
Wärmeabschirmbleche
eingesetzt.
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Die
Verwendung von Wärmeabschirmblechen
kann zwar in vielen Fällen
eine ausreichende Wärmeabschirmung
bewirken. Wärmeabschirmbleche
können
aber nicht an jeder Stelle eingesetzt werden, beispielsweise wenn
der erforderliche Bauraum hierfür
fehlt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der
eingangs genannten Art anzugeben, der diese Probleme nicht aufweist.
Insbesondere soll eine wirkungsvolle Wärmeabschirmung ermöglicht werden,
die auch bei geringem zur Verfügung
stehendem Bauraum einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Dämpfungsraum
zumindest bereichsweise von wenigstens einem Isolationsraum umgeben
ist, der einerseits nach außen
gasdicht verschlossen ist und andererseits mit dem Dämpfungsraum über zumindest
eine Öffnung
in Verbindung steht, jedoch nicht vom Abgas durchströmbar ist.
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Durch
die Verwendung eines den Dämpfungsraum
zumindest bereichsweise umgebenden Isolationsraums kann eine gute
Wärmeabschirmung erreicht
werden, insbesondere wenn der Isolationsraum zusätzlich mit Wärmeisolationsmaterial
gefüllt ist.
Durch die Anbindung des Isolationsraums an den Dämpfungsraum kann zugleich vermieden
werden, dass zusätzlicher
Bauraum für
die Wärmeabschirmung
benötigt
wird, denn durch die Anbindung wirkt der Isolationsraum zugleich
auch als Schalldämpfung.
Es kann auf diese Weise also ein Teil des gesamten Schalldämpfervolumens
zugleich zur Wärmeabschirmung
verwendet werden, so dass die Wärmeabschirmung
keinen zusätzlichen
Bauraum erfordert.
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Vorzugsweise
ist der Dämpfungsraum
in besonders hitzeempfindlichen Bereichen von einem Isolationsraum
umgeben. Der Dämpfungsraum
kann jedoch auch im Wesentlichen vollständig von dem Isolationsraum
umgeben sein. Dadurch kann eine praktisch allseitige Wärmeisolation
des Schalldämpfers
erreicht werden.
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Die Öffnungen
zur Verbindung des Dämpfungsraumes
mit dem Isolationsraum sind bevorzugt in solchen Bereichen angeordnet,
in denen eine Wärmeabstrahlung
nach außen
weniger problematisch oder sogar unproblematisch ist. Solche Bereiche können beispielsweise
diejenigen sein, die im eingebauten Zustand des Schalldämpfers zur
Fahrbahn weisen. Die durch die Öffnungen örtlich bedingte
größere Erwärmung des
Isolationsraums kann dadurch auf unkritische oder weniger kritische
Bereiche beschränkt
werden.
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Eine
besonders gute Wärmeabschirmung
ergibt sich, wenn der Isolationsraum vollständig mit Wärmeisolationsmaterial ausgefüllt ist.
Eine vollständige
Ausfüllung
kann dabei dadurch gefördert
werden, dass das Wärmeisolationsmaterial
unter Kompression in den Isolationsraum eingebracht ist. Beispielsweise
kann das Volumen des Wärmeisolationsmaterials
gegenüber
dem kraftfreien Zustand um ein Drittel verringert sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn als Wärmeisolationsmaterial
ein Material verwendet ist, welches zugleich zur Schallabsorption
geeignet ist. Derartige Materialien sind bekannt und erhöhen die Schalldämpfungseigenschaften
des Isolationsraums und damit die Schalldämpfungswirkung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers insgesamt.
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Um
eine vollständige
Ausfüllung
des Isolationsraums mit Wärmeisolationsmaterial
zu unterstützen,
kann dieses bevorzugt in zwei oder mehr Lagen angeordnet sein. Da
geeignete Materialien üblicherweise
in Bahnen bestimmter Dicke vorliegen, ist dies auch von der Herstellung
her kostengünstig.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur Bildung des Dämpfungsraumes
ein Innengehäuse
vorgesehen, welches von einem Außengehäuse umschlossen ist. Zwischen
Innengehäuse
und Außengehäuse ist
der Isolationsraum angeordnet. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau und
eine gute Abschirmung des Dämpfungsraums nach
außen.
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Bevorzugt über Perforationen
in der Wandung des Innengehäuses
steht der Isolationsraum mit dem Dämpfungsraum in Verbindung.
Die Perforationen können
dabei nur in bestimmten Bereichen des Innengehäuses angeordnet sein.
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Um
eine Beeinträchtigung
von in dem Isolationsraum vorhandenem Isolationsmaterial durch die heißen Abgase
im Dämpfungsraum
zu verhindern, ist das Innengehäuse
bevorzugt im Bereich der Perforationen mit einer hoch hitzebeständigen Matte,
insbesondere einer Keramikfasermatte oder Stahlwollematte umhüllt. Die
Lebensdauer des Isolationsmaterials kann dadurch erhöht und die
Leistung des Schalldämpfers
länger
erhalten werden.
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Das
Innengehäuse
ist bevorzugt zumindest auf einer Seite schwimmend im Außengehäuse gelagert.
Dadurch kann der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Innengehäuses gegenüber dem Außengehäuse aufgrund
der größeren Erwärmung des
Innengehäuses
Rechnung getragen werden. Die Haltbarkeit beeinträchtigende
Spannungen können dadurch
minimiert werden.
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Ein
besonders günstiger
Aufbau des Innengehäuses
kann dadurch erreicht werden, dass das Innengehäuse durch bevorzugt zwei eine
Umfangswand bildende Innenschalen und zwei an je einer Seite der
Umfangswand vorgesehene Innenböden gebildet
ist, von denen zumindest ein Innenboden mit Schiebesitz im Außengehäuse gelagert
ist. Weiter vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Innenboden mit
Schiebesitz in die Umfangswand des Innengehäuses eingesetzt ist. Dadurch
kann eine weitgehend ungehinderte Wärmeausdehnung des Innengehäuses durch
so genannte schwimmende Lagerung sichergestellt werden.
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Um
bei diesem Aufbau ein Klappern im Betrieb zu vermeiden, kann zwischen
dem Innenboden und der Umfangswand des Innengehäuses ein hochhitzebeständiges Band,
insbesondere Stahlwolleband, eingesetzt sein. Die geringe Gasundichtigkeit des
Stahlwollebandes bedeutet keinen Nach teil, da der Isolationsraum
ohnehin an den Dämpfungsraum angeschlossen
ist.
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Ein
günstiger
Aufbau für
das Außengehäuse ergibt
sich ebenfalls, wenn das Außengehäuse durch bevorzugt
zwei eine Umfangswand bildende Außenschalen und zwei an je einer
Seite der Umfangswand vorgesehene Außenböden gebildet ist. Zur Vermeidung
eines Abgasaustritts sind die Außenböden dabei gasdicht mit der
Umfangswand verbunden, insbesondere verschweißt.
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Zum
Anschluss des erfindungsgemäßen Schalldämpfers an
eine Abgasanlage ist bevorzugt mindestens ein Abgaseinlassrohrstutzen
vorgesehen, der gasdicht in eine Einlassöffnung des Außengehäuses eingesetzt
ist und eine Einlassöffnung
im Innengehäuse,
insbesondere in einem der beiden Innenböden, mit Schiebesitz durchgreift.
Durch den Schiebesitz kann wieder sichergestellt werden, dass sich
das Innengehäuse
weitgehend ungehindert ausdehnen kann, wenn es sich im Betrieb erhitzt.
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Des
Weiteren sind zum Anschluss des Schalldämpfers an eine Abgasanlage
mindestens ein, insbesondere zwei Abgasauslassrohrstutzen vorgesehen,
die gasdicht in eine Auslassöffnung
des Außengehäuses eingesetzt
sind und je eine Auslassöffnung
im Innengehäuse,
insbesondere in der Umfangswand, mit Schiebesitz durchgreifen. Auch
hier wiederum wird durch den Schiebesitz eine ungehinderte Wärmeausdehnung
des Innengehäuses
sichergestellt.
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Durch
eine Perforation der Abgasauslassrohrstutzen in dem in den Dämpfungsraum
ragenden Bereich kann der Eintrittsquerschnitt der Abgasauslassrohrstutzen
vorteilhaft erhöht
werden, ohne dass der Durchmesser der Stutzen vergrößert werden muss.
Insbesondere bei aufgeladenen, großvo lumigen Motoren kann dadurch
der Abgasgegendruck gering gehalten werden.
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Zur
Verbesserung der Schalldämpfung
insbesondere bei niederen Drehzahlen kann eine Abgasaustrittsöffnung vorgesehen
sein, die zeitweise, insbesondere motorleistungsabhängig, zumindest teilweise
verschließbar
ist. Bei niederen Drehzahlen kann dadurch eine höhere Schalldämpfung erreicht werden,
indem eine Abgasaustrittsöffnung
verschlossen wird. Bei hohen Drehzahlen kann die Öffnung dagegen
geöffnet
werden, um den Abgasgegendruck möglichst
gering zu halten.
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Nach
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei
Dämpfungsräume vorgesehen,
die in einem gemeinsamen Außengehäuse angeordnet
sind. Insbesondere bei einer zweiflutigen Abgasanlage ergibt sich
dadurch ein platzsparender und kostengünstiger Aufbau.
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Vorteilhaft
ist es außerdem,
wenn die beiden Dämpfungsräume im Wesentlichen
spiegelbildlich ausgebildet sind, wobei die beiden Dämpfungsräume insbesondere
eine gemeinsame Trennwand aufweisen können. Damit werden Bauteile
eingespart und können
die Kosten gesenkt werden.
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Besonders
vorteilhaft eingesetzt werden kann der erfindungsgemäße Schalldämpfer als Nachschalldämpfer.
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Nicht
beschränkende
Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
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1 einen
Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer,
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2 eine
Frontalansicht des Schalldämpfers
von 1 mit Ein- und Auslassrohren sowie Vorschalldämpfung,
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3 eine
Seitenansicht der Anordnung von 2,
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4 einen
Querschnitt durch den Schalldämpfer
von 1 entlang der Linie B – B in 1.
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5 einen
Querschnitt durch den Schalldämpfer
von 1 entlang der Linie C – C in 1.
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Der
dargestellte Schalldämpfer 11 ist
annähernd
spiegelsymmetrisch zu einer Ebene E aufgebaut und weist ein tragendes
Außengehäuse 13 auf, das
den Schalldämpfer 11 nach
außen
gasdicht abschließt
und mit Prägungen 15 versehen
ist. An den beiden Seiten des Schalldämpfers 11 sind Abgaseintrittsöffnungen 16 ausgebildet,
in die jeweils ein Abgaseinlassrohrstutzen 17 gasdicht
eingesetzt ist, der wiederum über
ein Rohr 18 mit einem Vorschalldämpfer 19 verbunden
ist, so dass der erfindungsgemäße Schalldämpfer 11 als
Nachschalldämpfer
ausgebildet ist.
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Der
Schalldämpfer 11 umfasst
des Weiteren vier Abgasaustrittsöffnungen 20,
in die jeweils ein Abgasauslassrohrstutzen 21 gasdicht
eingesetzt ist. Wie insbesondere in 2 zu erkennen
ist, schließen
an die Abgasauslassrohrstutzen 21 in Strömungsrichtung
Abgasrohre 22 an, deren andere Enden im Querschnitt jeweils
annähernd
quadratisch ausgebildet und in einem im Querschnitt ebenfalls annähernd quadratisch
ausgebildeten Endrohr 24 zusammengeführt sind.
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Der
in 1 im Querschnitt dargestellte Schalldämpfer 11 weist
neben dem Außengehäuse 13 ein
innerhalb des Außengehäuses 13 angeordnetes
Innengehäuse 23 mit
Prägungen 25 auf.
Das Innengehäuse 23 begrenzt
zwei zur Schalldämpfung und
annähernd
spiegelbildlich ausgebildete Dämpfungsräume 27.
Zwischen dem Innengehäuse 23 und dem
Außengehäuse 13 ist
zur Wärmeisolation
ein Isolationsraum 29 ausgebildet, der die Dämpfungsräume 27 praktisch
vollständig
umgibt, wobei der Isolationsraum 29 vollständig mit
wärmeisolierenden und
schallabsorbierenden Glas- oder Keramikfasermatten 31 ausfüllt ist.
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Die
elastischen Glas- oder Keramikfasermatten 31 sind in dem
Isolationsraum 29 gegenüber
ihrem kräftefreien,
unmontierten Zustand um ein Drittel ihres Volumens komprimiert,
so dass sie gut an die von ebenen Flächen abweichende Geometrie
des Innengehäuses 23 und
des Außengehäuses 13 anpasst
sind und das Volumen des Isolationsraums 29 vollständig ausfüllen.
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Das
Außengehäuse 13 ist
mehrteilig ausgebildet und umfasst eine wannenförmige obere Außenschale 33 und
eine wannenförmige
untere Außenschale 35,
die ineinander greifen und in ihrem Überlappungsbereich gasdicht
miteinander verschweißt
sind (4, 5). In die so ausgebildete Umfangswand 36 des
Außengehäuses 13 ist
auf jeder Seite ein Außenboden 37 eingesteckt
und mit den beiden Außenschalen 33, 35 gasdicht
verschweißt,
so dass insgesamt ein den Isolationsraum 29 nach außen gasdicht
abschließendes
Außengehäuse 13 ausgebildet
ist.
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Das
Innengehäuse 23 ist
ebenfalls mehrteilig ausgebildet und weist zwei nebeneinander angeordnete,
wannenförmige
obere Innenschalen 39 und zwei nebeneinander angeordnete,
wannenförmige untere
Innenschalen 41 auf, wobei jeweils eine obere Innenschale 39 und
eine untere Innenschale 41 einem der beiden Dämpfungsräume 27 zugeordnet
ist. Die oberen Innenschalen 39 sind jeweils über flanschartig
nach außen
stehende Randbereiche 40 mit analog ausgebildeten Randbereichen 42 der
unteren Innenschalen 41 verschweißt (5).
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Zwischen
den beiden durch die nebeneinander angeordneten unteren Innenschalen 41 und
oberen Innenschalen 39 gebildeten Umfangswände 44 ist
eine zu diesen quer verlaufende Trennwand 43 angeordnet,
die die beiden Dämpfungsräume 27 voneinander
trennt. Die Trennwand 43 steht allseits über die
Umfangswände 44 des
Innengehäuses 23 über und
ist mit der Innenseite des Außengehäuses 13 verschweißt, um eine
erhöhte
Stabilität
des Schalldämpfers 11 und
eine Reduzierung des Körperschalls
zu erreichen. Ist die Trennwand 43 gasdicht ausgebildet,
sind dadurch zwei unabhängig
arbeitende Schalldämpfer-Anlagen
in einem Außengehäuse 13 zusammengefasst.
Die Trennwand kann aber auch perforiert sein.
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In
Analogie zu dem Außengehäuse 13 ist das
Innengehäuse 23 an
den beiden von der Trennwand 43 abgewandten Seiten der
Umfangswände 44 mit
jeweils einem Innenboden 45 versehen. Um eine relative
Ausdehnung des Innengehäuses 23 gegenüber dem
Außengehäuse 13 zu
ermöglichen
und um eine Verspannung oder Beschädigung des Innengehäuses 23 aufgrund
der thermischen Ausdehnung der Innenschalen 39, 41 während des
Betriebs der Brennkraftmaschine zu verhindern, sind die Innenschalen 39, 41 lediglich
mit der Trennwand 43 verschweißt, während sie an den Innenböden 45 verschiebbar
gelagert sind.
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Die
Innenböden 45 sind
hierfür
jeweils mit Schiebesitz in die zugeordnete Umfangswand 44 eingesetzt,
wobei zwischen dem Innenboden 45 und der Umfangswand 44 jeweils
ein Chromstahlwolleband 51 angeordnet ist.
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Dieses
ermöglicht
ein Verschieben der Umfangswand 44 gegenüber dem
Innenboden 45, verhindert aber ein Klappern im Betrieb.
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Die
Innenböden 45 sind
zudem mit einem die zugehörige
Umfangswand 44 ringsum nach außen übergreifenden Kragen 52 versehen,
der sich auf der gegenüberliegenden
Innenseite des zugeordneten Außenbodens 37 abstützt. Der
Innenboden 45 ist so ebenfalls mit Schiebesitz im Außenboden 37 gelagert.
Dadurch entsteht insgesamt eine sogenannte einseitig schwimmende
und dennoch stabile Lagerung des Innengehäuses 23 im Außengehäuse 13.
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Die
Innenschalen 39, 41 und die Innenböden 45 sind
in ihren Wandungen bereichsweise perforiert, wie in 4 für die Innenböden 45 veranschaulicht ist,
so dass die Dämpfungsräume 27 mit
dem Isolationsraum 29 verbunden sind. Für eine gute akustische Anbindung
des Isolationsraums 29 an die beiden Dämpfungsräume 27 sind die Perforationen 47 großflächig in
den jeweiligen Mittenbereichen der beiden Innenböden 45 ausgebildet.
Die Perforationen der Innenschalen 39, 41 sind
nicht dargestellt, in ihren Ausführungen
jedoch mit denen der Innenböden 45 vergleichbar.
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Die
Innenschalen 39, 41 und die Innenböden 45 sind
jeweils auf ihrer der Glas- oder Keramikfasermatte 31 zugewandten
Seite mit einer Chromstahlwollematte 49 belegt. Durch Punktschweißen sind die
Chromstahlwollematten 49 an den Innenschalen 39, 41 und
den Innenböden 45 fixiert.
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Die
Abgaseinlassrohrstutzen 17 sind in die Abgaseintrittsöffnungen 16 des
Schalldämpfers 11 derart
eingesetzt, dass sie eine Abgaseintrittsöffnung 54 in dem gegenüberliegenden
Innenboden 45 durchgreifen und in dem zugehörigen Dämpfungsraum 27 frei
münden.
Die Abgasauslass rohrstutzen 21, die in entsprechender Weise
in die Abgasaustrittsöffnungen 20 des
Schalldämpfers 14 eingesetzt sind,
jedoch eine Abgasaustrittsöffnung 55 in
der gegenüberliegenden
Umfangswand 44 durchgreifen, sind in den in den zugehörigen Dämpfungsraum 27 ragenden
Bereichen ihrer Wand mit einer Perforation 53 versehen.
Die Abgasrohrstutzen 17, 21 sind jeweils gasdicht
mit dem Außengehäuse 13 verschweißt und mit
Schiebesitz durch das Innengehäuse 23 in
die Dämpfungsräume 27 geführt, so
dass das Innengehäuses 23 gegenüber den
Rohrstutzen 17, 21 verschiebbar ist.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers unter Bezugnahme auf
die 1 bis 5 beschrieben.
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Das
aus den Verbrennungsräumen
einer Brennkraftmaschine austretende heiße Abgas gelangt durch je eine
Abgasführung
in die beiden Vorschalldämpfer 19 und
die beiden daran anschließenden
Abgaseinlassrohre 18 und von dort in die beiden Dämpfungsräume 27 der
im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildeten Abgasanlage (1, 2).
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In
den Dämpfungsräumen 27 (1)
werden die Schallwellen in Abhängigkeit
von der Geometrie des Innengehäuses 23 und
der Dimensionierung der Einlassrohrstutzen 17 sowie Auslassrohrstutzen 21 durch
Reflexion und Resonanz gedämpft.
Der durch die Dämpfungsräume 27 hindurchgeleitete
Abgasstrom kann den Schalldämpfer 11 weitgehend
ungehindert durchströmen
und gelangt über
die Abgasauslassrohrstutzen 21 und die Abgasrohre 22 in
das Endrohr 24 und von dort ins Freie.
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Das
Abgas dringt durch die Perforationen 47 der oberen und
unteren Innenschalen 39, 41 und der Innenböden 45 (4)
und durch die an den Innenschalen 39, 41 und Innenböden 45 angebrachten Chromstahlwolle matten 49 auch
in den mit Glas- oder Keramikfasermatten 31 ausgefüllten Isolationsraum 29 ein,
durchströmt
diesen aber nicht. Durch die im Isolationsraum vorhandenen Glas-
oder Keramikfasermatten 31 werden die Schallwellen teilweise geschluckt
und durch Reibung in Wärme
umgewandelt. Dadurch ergibt sich zusätzlich eine Absorptionsschalldämpfung.
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Das
durch die Dämpfungsräume 27 geleitete heiße Abgas
gibt aufgrund des direkten Kontaktes mit dem Innengehäuse 23 große Teile
seiner Wärmeenergie
an das Innengehäuse 23 ab,
so dass sich dieses stark erwärmt,
wobei sich die Innenschalen 39, 41 des Innengehäuses 23 aufgrund
ihrer schwimmenden Lagerung weitgehend frei thermisch ausdehnen
können.
Da der Isolationsraum 29 nicht vom Abgas durchströmt ist,
heizt sich dieser nicht so stark auf. Zudem wird eine Weitergabe
der Wärme
an das Außengehäuse 13 und
damit nach außen
durch die im Isolationsraum 29 angeordneten Glas- oder
Keramikfasermatten 31 weitgehend verhindert, so dass die
nach außen
gerichtete Oberfläche
des Außengehäuses 13 des
Schalldämpfers 11 vergleichsweise kühl gehalten
wird.
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Der
Isolationsraum 29 kombiniert also in vorteilhafter Weise
die Funktionalitäten
der Wärmeisolation
und der Schalldämpfung,
so dass auch bei begrenztem Bauraum für die Unterbringung des Schalldämpfers 11 eine
ausreichende Wärmeisolation
einerseits und eine effektive Schalldämpfung andererseits gewährleistet
werden kann.
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- 11
- Schalldämpfer
- 13
- Außengehäuse
- 15
- Prägung
- 16
- Abgaseintrittsöffnung
- 17
- Abgaseinlassrohrstutzen
- 18
- Abgasrohr
- 19
- Vorschalldämpfer
- 20
- Abgasaustrittsöffnung
- 21
- Abgasauslassrohrstutzen
- 22
- Abgasrohr
- 23
- Innengehäuse
- 24
- Endrohr
- 25
- Prägung
- 27
- Dämpfungsraum
- 29
- Isolationsraum
- 31
- Glas-
oder Keramikfasermatte
- 33
- obere
Außenschale
- 35
- untere
Außenschale
- 36
- Umfangswand
- 37
- Außenboden
- 39
- obere
Innenschale
- 40
- Flansch
- 41
- untere
Innenschale
- 42
- Flansch
- 43
- Trennwand
- 44
- Umfangswand
- 45
- Innenboden
- 47
- Perforation
- 49
- Chromstahlwollematte
- 51
- Chromstahlwolleband
- 52
- Kragen
- 53
- Perforation
- 54
- Abgaseintrittsöffnung
- 55
- Abgasaustrittsöffnung