DE112012001931T5

DE112012001931T5 - Schalldämpfer-Baugruppe mit Montageadapter(n) und Herstellungsprozess

Info

Publication number: DE112012001931T5
Application number: DE112012001931.8T
Authority: DE
Inventors: Karl Paul Maurer; Daniel P. Jones; Philippe Leboeuf
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2014-01-30
Also published as: WO2012149537A1; CN103502585A; US20120273301A1

Abstract

Schalldämpfer-Baugruppe, enthaltend ein oder mehrere Auspuffrohre, einen oder mehrere Montageadapter, die an das eine oder die mehreren Auspuffrohre angebracht sind, ein Polymergehäuse, das von einem oder mehreren Montageadaptern getragen wird, eine thermische Isolationsschicht, die die Gehäuse-Innenoberfläche auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und dem einen oder den mehreren Montageadaptern an der (den) Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche(n) erstreckt; wobei die thermische Isolationsschicht ein nicht gewebtes Textil enthält; wobei, wenn das Textil Wärme ausgesetzt wird, das Textil in der Dicke zunimmt, um die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Auspuffrohr-Grenzfläche abzudichten, und die thermische Isolation zu dem Polymergehäuse bereitstellt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine leichtgewichtige Polymer-Schalldämpfer-Baugruppe, die verbesserte akustische Eigenschaften und Herstellbarkeit bereitstellt.
STAND DER TECHNIK
Auspuffsystemkomponenten von Verbrennungsmotoren und anderen Motortypen werden hauptsächlich konstruiert, um das Geräusch, das mit den Auspuffgasen aus dem Motor austritt, zu reduzieren. Ein typisches Auspuffsystem enthält ein Auspuffrohr, um Auspuffgase und Schall weg von einem Motor zu tragen, und einen Schalldämpfer, um den Schall, der sich durch das Auspuffrohr fortpflanzt, zu dämpfen. Schalldämpfer enthalten zwei allgemeine Typen gemäß dem Modus, durch den Geräusch gedämpft wird. Reflexionsschalldämpfer dämpfen Geräusch durch Reflexion von Schallwellen in einer Reihe von Strukturen. Schalldämpfer, die Geräusch durch Absorption von Schallwellen unter der Verwendung von absorbierenden Materialien wie Glasseidenstränge dämpfen, sind als dissipative oder Absorptionsschalldämpfer bekannt.
Reflexionsschalldämpfer verwenden Resonatoren oder Änderungen der Auspuff-Flussrichtung durch Labyrinth-ähnliche Ablenkung in dem Schalldämpfer. Reflexionsschalldämpfer enthalten gewöhnlich eine hohles Stahlgehäuse, das eine Expansionskammer definiert, und eine oder mehrere Ablenkplatten und/oder Resonatorkammern in Flusskommunikation mit der Expansionskammer und Einlass- und Auslassrohre. Schallwellen treten ein und werden von internen Oberflächen reflektiert, um sich gegenseitig auszulöschen und dadurch Geräusch zu reduzieren.
Hohe Temperaturen von Auspuffgasen und die korrosive Natur des Gasen haben Konstrukteure typischerweise zur Verwendung von Metallen, insbesondere Stahl, zur Herstellung von Schalldämpfern geführt. Korrosion ist ein Problem und wurde angegangen, indem teurere Legierungen wie rostfreier Stahl oder Stahllegierungen verwendet wurden.
Trotzdem bleiben Schalldämpfer aufgrund der hohen Dichte von Metallen typischerweise sperrig und schwer.
Im Bemühen, das Gewicht von Schalldämpfern zu reduzieren, wurden Polymerschalldämpfergehäuse mit hoher Temperaturbeständigkeit entworfen, siehe beispielsweise die US-Patente 5,321,214 , 5,340,952 und 5,052,513 , 6,543,577 und das Europäische Patent 446,064 . Polymerschalldämpfergehäuse müssen jedoch in irgendeiner Weise an sehr heißen Auspuffrohren angrenzen und abdichten. Sehr viel Aufmerksamkeit wurde auf das Problem gerichtet, Polymerschalldämpfergehäuse von den sehr hohen Auspufftemperaturen zu isolieren.
US7810609 lehrt einen Absorptionsschalldämpfer, umfassend ein metallisches Auspuffrohr, das eine Vielzahl von Perforationen enthält, ein Polymergehäuse, getragen von dem Auspuffrohr und die Vielzahl von Perforationen umschließend und axial gegenüberliegende Enden enthaltend. Die akustische Isolation wird zwischen der thermischen Isolation und dem Polymergehäuse getragen. Der Schalldämpfer umfasst Flansche, um die Schalldämpfer-Baugruppe an der Grenzfläche des Polymergehäuses und des Auspuffrohrs abzudichten.
US5468923 offenbart einen Polymerschalldämpfer, der zwei Hälften enthält, jede mit darin integriert gegossenen Ablenkwänden und Gasflussöffnungen. Die Gasflussöffnungen schneiden sich nicht mit den Passkanten der Ablenkwände. Die Schalldämpferhälften werden entlang den Passkanten der Ablenkwände und der äußeren Wände der beiden Schalldämpferhälften zusammengefügt.
JP61077544 lehrt ein Schalldämpfungsmaterial mit schalldämpfenden Eigenschaften durch Anbringen eines aus synthetischem Harz hergestellten viskosen elastischen Körpers an die Rückseite eines Platten-ähnlichen nicht gewebten Tuchs, gebildet aus synthetischen Harzfasern.
JP61034310 offenbart einen geschäumten und geformten Körper, der als ein schalldämpfendes Glied durch Bilden einer Hautschicht zu verwenden ist. Die Hautschicht weist höhere wärmebeständige Charakteristika als die des geschäumten Teils auf.
US20070240932 lehrt zusammengesetzte Schalldämpfersysteme, gebildet aus einem langfaserigen Thermoplast. Eine geeignete Schalldämpferstruktur ist eine mehrteile Schalldämpfer-Baugruppe, die mindestens einen Schalenabschnitt aus langfaserigen Fasern enthält.
EP394451 B1 lehrt einen leichtgewichtigen Schalldämpfer, der eine hohe Geräuschunterdrückungswirkung aufweist. Die Außenschale kann eine einzelne Schicht eines thermotropen Flüssigkristall-Polyesters oder eine mehrlagige Struktur, die eine erste Schicht eines thermotropen Flüssigkristall-Polyesters und eine zweite Schicht eines anderen Konstruktionsmaterials wie rostfreier Stahl umfasst, sein.
US20100269344 offenbart einen Prozess zum Herstellen von Schalldämpfer-Systemen, in denen die Schalldämpfer-Polymerkörper einen Querschnitt aufweisen, der über die Länge des Schalldämpfer-Polymerkörpers konstant ist.
US20090194364 offenbart Schalldämpfer, die Polymerkörper aufweisen, die dadurch vor Überhitzung durch das Auspuffrohr geschützt sind, dass sie einen Luftspalt zwischen dem Auspuffrohr und dem Polymerkörper aufweisen.
Es besteht noch Bedarf nach Schalldämpfer-Baugruppen mit Polymergehäusen, die verbesserte akustische Abstimmfähigkeiten, Reduktion des Gesamtgewichts und einfache Herstellbarkeit aufweisen, insbesondere Angehen der Probleme des Isolierens und Abdichtens des Polymergehäuses an der Gehäuse-Auspuffrohr- oder Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Offenbart wird eine Schalldämpfer-Baugruppe, umfassend:

a) ein oder mehrere Auspuffrohre, wobei mindestens eines der Auspuffrohre eine Vielzahl von Perforationen aufweist;
b) einen oder mehrere Montageadapter, angebracht an das eine oder die mehreren Auspuffrohre;
c) ein Polymergehäuse, getragen von dem einen oder den mehreren Montageadaptern, wobei das Polymergehäuse eine Gehäuse-Innenoberfläche und mindestens eine Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche aufweist und das Polymergehäuse die Vielzahl von Perforationen umschließt, um eine oder mehrere Akustikkammern bereitzustellen; und
d) eine thermische Isolationsschicht, die die Gehäuse-Innenoberfläche auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und dem (den) Montageadapter(n) an der mindestens einen Gehäuse-Montageadapterrohr-Grenzfläche erstreckt, wobei die thermische Isolationsschicht ein nicht gewebtes Textil umfasst, das darauf zusammengepresste gekräuselte, wärmebeständige, organische Fasern umfasst, wobei die Fasern durch einen thermoplastischen Binder in einem zusammengepressten Zustand gehalten werden;

Außerdem offenbart wird ein Prozess zum Herstellen einer Polymer-Schalldämpfer-Baugruppe, umfassend die folgenden Schritte:

i) Zusammenbauen eines oder mehrerer Auspuffrohre mit einem oder mehreren Montageadaptern, die an dem einen oder den mehreren Auspuffrohren angebracht sind, wobei mindestens eines der Auspuffrohre eine Vielzahl von Perforationen zum Bilden einer Rohr-Unterbaugruppe aufweist;
ii) Umschließen der Rohr-Unterbaugruppe mit zwei oder mehreren Polymergehäuseabschnitten, die von dem einen oder den mehreren Montageadaptern getragen werden, wobei die Polymergehäuseabschnitte eine Gehäuse-Innenoberfläche und eine oder mehrere Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen aufweisen und die Polymergehäuseabschnitte die Vielzahl von Perforationen umschließt, um eine oder mehrere Akustikkammern bereitzustellen, wobei eine thermische Isolationsschicht die Gehäuse-Innenoberfläche auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und den Montageadaptern an der einen oder den mehreren Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen erstreckt, und wobei die thermische Isolationsschicht ein nicht gewebtes Textil umfasst, das darauf zusammengepresste gekräuselte, wärmebeständige, organische Fasern umfasst, wobei die Fasern durch einen thermoplastischen Binder in einem zusammengepressten Zustand gehalten werden;
iii) Verkleben oder Anbringen der Polymergehäuseabschnitte zusammen, um eine Polymer-Schalldämpfer-Baugruppe zu bilden;
iv) Erwärmen der Schalldämpfer-Baugruppe ausreichend, so dass das nicht gewebte Textil in der Dicke zunimmt, um die Schalldämpfer-Baugruppe an der (den) Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen abzudichten, und Bereitstellen von thermischer Isolation für das Polymergehäuse.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe, die die thermische isolationsschicht darstellt, die an der Grenzfläche zwischen dem Polymergehäuse und dem Montageadapter abdichtet.
2 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe ähnlich 1, enthaltend eine Metallschicht angrenzend an der thermischen Isolationsschicht; wobei die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht an der Grenzfläche zwischen dem Polymergehäuse und dem Montageadapter abdichten.
3 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe, die die Polymer-Ablenkplatten und drei Akustikkammern darstellt.
4 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe, die die Polymer-Ablenkplatten, eine Metallschicht und drei Akustikkammern darstellt.
5 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe, die die Metall-Ablenkplatten darstellt.
6 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe, die die Metall-Ablenkplatten und eine Metallschicht angrenzend an der thermischen Isolationsschicht darstellt.
7 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe, die die an die Auspuffrohre angebrachten Metallstreben darstellt.
8 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe, die die beiden Schichten der thermischen Isolationsschichten an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche darstellt.
9 zeigt eine Querschnittansicht einer Schalldämpfer-Baugruppe, die die beiden Schichten der Metallschicht und der thermischen Isolationsschicht an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche darstellt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit einer „Schalldämpfer-Baugruppe” ist ein vollständiges Schalldämpfersystem gemeint, umfassend ein oder mehrere Auspuffrohre mit einer Vielzahl von Perforationen und einem Einlass und Auslass für Auspuffgas; einen oder mehrere Montageadapter, angebracht an das eine oder die mehreren Auspuffrohre; beliebige wahlweise interne Komponenten wie Ablenkplatten und zusätzliche Rohre; und ein Polymergehäuse. Die Schalldämpfer-Baugruppe ist eine reflektierende Schalldämpfer-Baugruppe, als ein Ergebnis des einen oder der mehreren Akustikkammern, die durch den (die) Montageadapter, das Polymergehäuse und die wahlweisen Ablenkplatten und Rohre bereitgestellt werden.
Mit „internen Ablenkplatten” ist eine Reihe von einer oder mehreren Unterteilungsplatten gemeint, die verwendet werden, um zwei oder mehrere Akustikkammern innerhalb der Schalldämpfer-Baugruppe zu erzeugen. Eine Schalldämpfer-Baugruppe ohne Ablenkplatten bildet eine einzelne Akustikkammer. Eine Ablenkplatte ist eine Unterteilung, die den Fluss des Auspuffgases durch die Schalldämpfer-Baugruppe leitet.
Interne Komponenten der Schalldämpfer-Baugruppe enthalten das eine oder die mehreren Auspuffrohre, Polymer-Ablenkplatten, Metall-Ablenkplatten, Metallstreben und beliebige andere Komponenten, die von dem Polymergehäuse umschlossen werden oder damit in Kontakt stehen.
Der Begriff nominale Grenzfläche bezieht sich auf die eine oder mehreren Regionen der Schalldämpfer-Baugruppe, an der (denen) das Polymergehäuse ohne das Vorhandensein der mindestens einen thermischen Isolationsschicht zwischen dem Polymergehäuse und der (den) internen Komponente(n) eine oder mehrere der internen Komponenten der Schalldämpfer-Baugruppe berühren würde. In bevorzugten Ausführungsformen enthält die nominale Grenzfläche außerdem das Vorhandensein mindestens einer Metallschicht.
Das (die) Auspuffrohr(e), der (die) Montageadapter und wahlweise interne Komponenten wie Ablenkplatten und zusätzliche Rohre können in jeder beliebigen Weise, die von dem durchschnittlichen Fachmann gewünscht wird und die Reduktion von Geräusch durch Reflexion der Schallwellen ermöglicht, konfiguriert werden.
Mit „Polymergehäuse” ist ein Gehäuse gemeint, das einen aus einem polymeren Material hergestellten Körper (Hülle) aufweist. Das Polymergehäuse ist der äußerste Teil der Schalldämpfer-Baugruppe und umschließt die Vielzahl von Perforationen des Auspuffrohrs (der Auspuffrohre) sowie beliebige andere interne Komponenten, um eine oder mehrere Akustikkammern bereitzustellen. Das Polymergehäuse weist eine Gehäuse-Innenoberfläche und mindestens eine Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche auf.
Die Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche stützt das Gehäuse an dem einen oder den mehreren Montageadaptern, so dass gesagt wird, der (die) Montageadapter „trägt” („tragen”) das Polymergehäuse. In einer Ausführungsform sind zwei Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen vorhanden, die das Polymergehäuse an einem Auspuff-Einlassrohr bzw. einem Auspuffauslass stützen. Es können andere Rohre innerhalb der Schalldämpfer-Baugruppe vorhanden sein, die zum Leiten von Auspuffgas wirken, aber keinen Montageadapter aufweisen.
Eine thermische Isolationsschicht kleidet die Gehäuse-Innenoberfläche aus. Vorzugsweise kleidet die thermische Isolationsschicht mindestens 80% der Fläche der Gehäuse-Innenoberfläche aus, und noch stärker bevorzugt kleidet die thermische Isolationsschicht im Wesentlichen die gesamte Gehäuse-Innenoberfläche aus.
Die thermische Isolationsschicht erstreckt sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche. Damit ist die Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche eine nominale Grenzfläche. Die Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche weist eine oder mehrere thermische Isolationsschichten zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter auf.
In einer Ausführungsform ist die thermische Isolationsschicht, die die Innenoberfläche auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche erstreckt, eine integrierte Schicht. In einer anderen Ausführungsform ist die thermische Isolationsschicht, die die Innenoberfläche auskleidet, ein oder mehrere distinkte Teile, und die thermische Isolationsschicht zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche kann ein oder mehrere distinkte Teile sein. Die thermischen Isolationsschichten als solche, die die beiden Funktionen des Auskleidens der Innenoberfläche und des Liegens zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche durchführen, können je nach Wunsch des durchschnittlichen Fachmanns Schichten aus dem gleichen Material oder Schichten aus verschiedenen Materialien sein.
In einer Ausführungsform enthält die thermische Isolationsschicht, die sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der mindestens einen Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche erstreckt, zwei oder mehrere thermische Isolationsschichten. Die beiden oder mehreren thermischen Isolationsschichten können durch jedes von dem durchschnittlichen Fachmann gewünschten Konstrukt bereitgestellt werden. Zum Beispiel können zusätzliche Schichten als distinkte Teile zwischen dem Gehäuse und dem Auspuffrohr hinzugefügt werden. Falten einer thermischen Isolationsschicht, um eine doppelte Schicht, dreifache Schicht oder mehr Schichten bereitzustellen, kann genutzt werden. Ein bevorzugtes Verfahren enthält die Verwendung einer integrierten thermischen Isolationsschicht für sowohl Gehäuseauskleidung als auch Erstrecken zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der (den) Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche(n) sowie Falten der thermischen Isolationsschicht, um eine doppelte Schicht bereitzustellen.
Eine Ausführungsform der Schalldämpfer-Baugruppe enthält eine oder mehrere interne Polymer-Ablenkplatten, die integriert gebildet und innerhalb des Polymergehäuses beabstandet sind und sich hin zu dem (den) Auspuffrohre(n) erstrecken, um mindestens eine Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzfläche bereitzustellen, wobei die eine oder mehreren internen Polymer-Ablenkplatten zwei oder mehrere Akustikkammern innerhalb der Schalldämpfer-Baugruppe bereitstellen. Die mindestens eine Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzfläche kann eine nominale Grenzfläche sein, wie oben beschrieben. Das heißt, die Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzfläche kann eine oder mehrere thermische Isolationsschichten zwischen der Ablenkplatte und dem Auspuffrohr aufweisen. Die Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzfläche kann vollständig oder teilweise zum Durchstrom von Auspuffgas abgedichtet sein.
Eine andere Ausführungsform der Schalldämpfer-Baugruppe enthält eine oder mehrere interne Metall-Ablenkplatten, die mit dem (den) Auspuffrohr(en) verbunden und ihm (ihnen) entlang beabstandet sind und sich hin zu dem Polymergehäuse erstrecken, um mindestens eine Ablenkplatten-Polymergehäuse-Grenzfläche bereitzustellen, wobei die eine oder mehreren internen Metall-Ablenkplatten zwei oder mehrere Akustikkammern innerhalb der Schalldämpfer-Baugruppe bereitstellen. Die mindestens eine Ablenkplatten-Polymergehäuse-Grenzfläche ist eine nominale Grenzfläche, wie oben beschrieben. Die Ablenkplatten-Polymergehäuse-Grenzfläche kann vollständig oder teilweise zum Durchstrom von Auspuffgas abgedichtet sein.
Eine andere Ausführungsform der Schalldämpfer-Baugruppe umfasst mindestens zwei Auspuffrohre und zwei oder mehrere Metallstreben, die entlang den mindestens zwei Auspuffrohren beabstandet sind, daran angebracht sind und diese verbinden. Diese Streben haben die Funktion, den Auspuffrohren Vibrationsstabilität bereitzustellen.
Eine andere Ausführungsform der Schalldämpfer-Baugruppe enthält eine Metallschicht angrenzend an einer Fläche der thermischen Isolationsschicht gegenüberliegend der Gehäuse-Innenoberfläche. Die Metallschicht kann Schutz der thermischen Isolationsschicht gegen die Bildung von Ruß, der in Auspuffgasen vorhanden ist, bereitstellen. Vorzugsweise erstrecken sich die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche, wobei die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche abdichten. Die Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche kann eine oder mehrere thermische Isolationsschichten und eine oder mehrere Metallschichten zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter aufweisen. Alternativ kann die Metallschicht von dem Teil der thermischen Isolationsschicht, der sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche erstreckt, abwesend sein.
In einer Ausführungsform enthalten die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht, die sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der mindestens einen Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche erstrecken, zwei oder mehrere Metallschichten und zwei oder mehrere thermische Isolationsschichten. Die beiden oder mehreren Metallschichten und thermischen Isolationsschichten können durch jedes von dem durchschnittlichen Fachmann gewünschten Konstrukt bereitgestellt werden. Zum Beispiel können zusätzliche Schichten als distinkte Teile zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter hinzugefügt werden. Falten einer Metallschicht und thermischen Isolationsschicht, um eine doppelte Schicht, dreifache Schicht oder mehr Schichten bereitzustellen, kann genutzt werden.
In einer Ausführungsform sind die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht aneinander angebracht, um ein Laminat mit einer thermischen Isolationsfläche und einer Metallfläche bereitzustellen. Die thermische Isolationsfläche ist angrenzend an der Innenoberfläche des Polymergehäuses positioniert.
Auspuffrohre und Montageadapter können aus jedem Material hergestellt werden, das imstande ist, die typischen Temperaturen von Verbrennungsmotoren zu widerstehen. Das (die) Auspuffrohr(e), die Montageadapter und die wahlweisen internen Komponenten können aus einem thermoplastischen Polymer mit hoher Schmelztemperatur, einem wärmehärtbaren Polymer, einem nicht schmelzbaren Polymer oder einem Metall oder einer Metalllegierung wie Titan, Stahl, Aluminium, aluminisierter Stahl oder rostfreier Stahl hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Auspuffrohre und Montageadapter aus Metall oder Metalllegierung hergestellt.
Das Polymergehäuse kann aus jeder Art von Polymer einschließlich einem thermoplastischen, wärmehärtbaren oder nicht schmelzbaren Polymer hergestellt werden. Das Polymermaterial kann beliebige andere Materialien, die gewöhnlich in derartigen Zusammensetzungen gefunden werden, wie Füllmittel, Verstärkungsmittel, Stabilisatoren, Pigmente, Oxidationsschutzmittel und Gleitmittel umfassen. Es enthält sowohl wärmehärtbare als auch thermoplastische Polymermaterialien.
Das Polymer, das bei der Herstellung des Polymergehäuses, der Ablenkplatten oder der Rohre verwendet wird, sollte ausreichend wärmebeständig sein, um den Temperaturen zu widerstehen, auf die es durch die Auspuffgase erwärmt werden kann. Nützliche Materialien für diese Polymergehäuse enthalten Thermoplaste, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus semikristallinen Polyamiden, thermotropen Flüssigkristall-Polymeren, Polyestern, Polyacetalen, und wärmehärtbare Harze, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Epoxy, Melamin und Phenolharzen, und nicht schmelzbare Polymere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyimiden, Poly(p-phenylenen) und Polymeren, die mehr als 50% Wiederholungseinheiten der folgenden Formel umfassen
wobei X NH, N-Phenyl, O (Sauerstoff) oder S (Schwefel) ist und Ar p-Phenylen, 4,4'-Biphenylen oder 1,4-Naphthylylen ist. Das Polymergehäuse muss imstande sein, den hohen Temperaturen zu widerstehen, denen es ausgesetzt werden kann, beispielsweise durch direkten Kontakt mit Auspuffgasen und/oder Aufwärmung durch thermische Leitung.
Bevorzugte Polymere für das Polymergehäuse sind thermoplastische Polymere. Bevorzugte Thermoplaste sind Polyamide, insbesondere teilweise aromatische Polyamide, die als halbaromatische Polyamide bezeichnet werden.
Das halbaromatische Polyamid ist ein Homopolymer, ein Copolymer, ein Terpolymer oder erweiterte Polymere, gebildet aus Monomeren, die aromatische Gruppen enthalten. Eine oder mehrere aromatische Carbonsäuren können Terephthalat oder eine Mischung von Terephthalat mit einer oder mehreren anderen Carbonsäuren wie Isophthalsäure, Phthalsäure, 2-Methylterephthalsäure und Naphthalsäure sein. Außerdem können die eine oder mehreren aromatischen Carbonsäuren mit einer oder mehreren aliphatischen Dicarbonsäuren, wie oben offenbart, gemischt sein.
Hierin offenbarte bevorzugte Polyamide sind Homopolymere oder Copolymere, wobei der Begriff Copolymer sich auf Polyamide bezieht, die zwei oder mehr molekulare Amid- und/oder Diamid-Wiederholungseinheiten aufweisen. Die Homopolymere und Copolymere werden durch ihre jeweiligen Wiederholungseinheiten identifiziert. Für hierin offenbarte Copolymere werden die Wiederholungseinheiten in absteigender Reihenfolge von Mol-%-Wiederholungseinheiten, die in dem Copolymer vorhanden sind, aufgelistet. Die folgende Liste verdeutlicht die Abkürzungen, die zur Kennzeichnung von Monomeren und Wiederholungseinheiten in den Homopolymer- und Copolymer-Polyamiden (PA) verwendet werden:

HMD: Hexamethylendiamin (oder 6 bei Verwendung in Kombination mit einer Disäure)
T: Terephthalsäure
AA: Adipinsäure
DMD: Decamethylendiamin
6: €-Caprolactam
DDA: Decandisäure
DDDA: Dodecandisäure
I: Isophthalsäure
MXD: Metaxylylendiamin
TMD: 1,4-Tetramethylendiamin
4T: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus TMD und T
6T: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus HMD und T
DT: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus 2-MPMD und T
MXD6: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus MXD und AA
66: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus HMD und AA
10T: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus DMD und T
410: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus TMD und DDA
510: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus 1,5-Pentandiamin und DDA
610: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus HMD und DDA
612: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus HMD und DDDA
6: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus €-Caprolactam
11: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus 11-Aminoundecansäure
12: Polymer-Wiederholungseinheit, gebildet aus 12-Aminododecansäure

Es ist zu beachten, dass der Begriff „6” im Fachgebiet, wenn er für sich verwendet wird, eine aus €-Caprolactam gebildete Polymer-Wiederholungseinheit bezeichnet. Alternativ bezieht sich „6” bei Verwendung in Kombination mit einer Disäure wie T, beispielsweise 6T, auf HMD. In Wiederholungseinheiten, die ein Diamin und eine Disäure umfassen, wird das Diamin zuerst benannt. Wenn ferner „6” in Kombination mit einem Diamin verwendet wird, beispielsweise 66, bezieht sich die erste „6” auf das Diamin-HMD und bezieht sich die zweite „6” auf Adipinsäure. Gleichermaßen werden Wiederholungseinheiten, die aus anderen Aminosäuren oder Lactamen abgeleitet sind, als einzelne Zahlen benannt, die die Zahl von Kohlenstoffatomen angeben.
Bevorzugte Polyamide, die in der Erfindung nützlich sind, sind aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus:
Polyamide der Gruppe (III), die den Schmelzpunkt von mindestens 210°C aufweisen, und umfassend

(a) etwa 20 bis etwa 35 Molprozent halbaromatische Wiederholungseinheiten, abgeleitet von Monomeren, ausgewählt aus einem oder mehreren der Gruppe, bestehend aus: i) aromatischen Dicarbonsäuren mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen und aliphatischen Diaminen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen; und
(b) etwa 65 bis etwa 80 Molprozent aliphatische Wiederholungseinheiten, abgeleitet von Monomeren, ausgewählt aus einem oder mehreren der Gruppe, bestehend aus: ii) einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen und dem aliphatischen Diamin mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen; und iii) einem Lactam und/oder einer Aminocarbonsäure mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen; Polyamide der Gruppe (IV), umfassend
(cc) etwa 50 bis etwa 95 Molprozent halbaromatische Wiederholungseinheiten, abgeleitet von Monomeren, ausgewählt aus einem oder mehreren der Gruppe, bestehend aus: (i) aromatischen Dicarbonsäuren mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen und aliphatischen Diaminen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen; und
(dd) etwa 5 bis etwa 50 Molprozent aliphatischen Wiederholungseinheiten, abgeleitet von Monomeren, ausgewählt aus einem oder mehreren der Gruppe, bestehend aus: (ii) einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen und dem aliphatischen Diamin mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen; und (iii) einem Lactam und/oder einer Aminocarbonsäure mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen; und Polyamide der Gruppe (V), die den Schmelzpunkt von mindestens 260°C aufweisen, und umfassend
(ee) mehr als 95 Molprozent halbaromatische Wiederholungseinheiten, abgeleitet von Monomeren, ausgewählt aus einem oder mehreren der Gruppe, bestehend aus: (i) aromatischen Dicarbonsäuren mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen und aliphatischen Diaminen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen; und
(ff) weniger als 5 Molprozent aliphatischen Wiederholungseinheiten, abgeleitet von Monomeren, ausgewählt aus einem oder mehreren der Gruppe, bestehend aus: (ii) einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen und dem aliphatischen Diamin mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen; (iii) einem Lactam und/oder einer Aminocarbonsäure mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen.

Bevorzugte Polyamide der Gruppe (III) bis Gruppe (V) sind diejenigen, die mindestens etwa 60 mVal/kg Aminenden und vorzugsweise mindestens 70 mVal/kg Aminenden aufweisen. Aminenden können durch Titrierung eines 2-Prozent-Lösung Polyamids in einer Phenol/Methanol/Wasser-Mischung (50:25:25 nach Volumen) mit 0,1 N Chlorwasserstoffsäure bestimmt werden. Der Endpunkt kann potenziometrisch oder konduktometrisch bestimmt werden (siehe Kohan, M. I. Ed. Nylon Plastics Handbook, Hanser: München, 1995; S. 79 und Waltz, J. E. und Taylor, G. B., Anal. Chem. 1947 19, 448–50).
Andere bevorzugte Polyamide aus Polyamiden der Gruppe (III) weisen einen Schmelzpunkt von mindestens 260°C auf, wie mit
Differenzialscanningkalometrie bei 10°C/Min. bestimmt, und sind aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus
Poly(tetramethylenhexandiamid/tetramethylenterephthalamid) (PA46/4T),
Poly(tetramethylenhexandiamid/hexamethylenterephthalamid) (PA46/6T),
Poly(tetramethylenhexandiamid/2-methylpentamethylenhexandiamid/decamethylenterephthalamid) PA46/D6/10T),
Poly(hexamethylenhexandiamid/hexamethylenterephthalamid) (PA 66/6T),
Poly(hexamethylenhexandiamid/hexamethylenisophthalamid/hexamethylenterephthalamid PA66/6I/6T und Poly(hexamethylenhexandiamid/2-methylpentamethylenhexandiamid/hexamethylenterephthalamid (PA66/D6/6T). Ein am stärksten bevorzugtes Polyamid ist PA 66/6T.
Bevorzugte Polyamide der Gruppe (IV) sind aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus
Poly(tetramethylenterephthalamid/hexamethylenhexandiamid) (PA4T/66),
Poly(tetramethylenterephthalamid/ε-Caprolactam) (PA4T/6),
Poly(tetramethylenterephthalamid/hexamethylendodecandiamid) (PA4T/612), Poly(tetramethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenhexandiamid/hexamethylenhexandiamid) (PA4T/D6/66), Poly(hexamethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenterephthalamid/hexamethylenhexandiamid) (PA6T/DT/66),
Poly(hexamethylenterephthalamid/hexamethylenhexandiamid) PA6T/66,
Poly(hexamethylenterephthalamid/hexamethylendecandiamid) (PA6T/610),
Poly(hexamethylenterephthalamid/hexamethylentetradecandiamid) (PA6T/614),
Poly(nonamethylenterephthalamid/nonamethylendecandiamid) (PA9T/910),
Poly(nonamethylenterephthalamid/nonamethylendodecandiamid) (PA9T/912), Poly(nonamethylenterephthalamid/11-aminoundecanamid) (PA9T/11), Poly(nonamethylenterephthalamid/12-aminododecanamid) (PA9T/12), Poly(decamethylenterephthalamid/11-aminoundecanamid) (PA 10T/11), Poly(decamethylenterephthalamid/12-aminododecanamid) (PA10T/12),
Poly(decamethylenterephthalamid/decamethylendecandiamid) (PA10T/1010),
Poly(decamethylenterephthalamid/decamethylendodecandiamid) (PA10T/1012),
Poly(decamethylenterephthalamid/tetramethylenhexandiamid) (PA10T/46),
Poly(decamethylenterephthalamid/ε-caprolactam) (PA10T/6),
Poly(decamethylenterephthalamid/hexamethylenhexandiamid) (PA10T/66),
Poly(dodecamethylenterephthalamid/dodecamethylendodecandiamid) (PA12T/1212), Poly(dodecamethylenterephthalamid/ε-caprolactam) (PA12T/6) und
Poly(dodecamethylenterephthalamid/hexamethylenhexandiamid) (PA12T/66); und ein am stärksten bevorzugtes Polyamid der Gruppe (IV) ist PA6T/66.
Bevorzugte Polyamide der Gruppe (V) sind aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Poly(tetramethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenterephthalamid) PA4T/DT,
Poly(tetramethylenterephthalamid/hexamethylenterephthalamid) PA4T/6T,
Poly(tetramethylenterephthalamid/decamethylenterephthalamid) PA4T/10T,
Poly(tetramethylenterephthalamid/dodecamethylenterephthalamid) PA4T/12T, Poly(tetramethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenterephthalamid/hexamethylenterephthalamid) (PA4T/DT/6T),
Poly(tetramethylenterephthalamid/hexamethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenterephthalamid) (PA4T/6T/DT),
Poly(hexamethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenterephthalamid) (PA6T/DT), Poly(hexamethylenhexandiamid/hexamethylenisophthalamid) (PA 6T/6I),
Poly(hexamethylenterephthalamid/decamethylenterephthalamid) PA6T/10T,
Poly(hexamethylenterephthalamid/dodecamethylenterephthalamid) (PA6T/12T), Poly(hexamethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenterephthalamid/poly(decamethylenterephthalamid) (PA6T/DT/10T),
Poly(hexamethylenterephthalamid/decamethylenterephthalamid/dodecamethylenterephthalamid) (PA6T/10T/12T),
Poly(decamethylenterephthalamid) (PA10T),
Poly(decamethylenterephthalamid/tetramethylenterephthalamid) (PA10T/4T), Poly(decamethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenterephthalamid) (PA10T/DT),
Poly(decamethylenterephthalamid/dodecamethylenterephthalamid) (PA10T/12T), Poly(decamethylenterephthalamid/2-methylpentamethylenterephthalamid/(decamethylenterephthalamid) (PA10T/DT/12T), Poly(dodecamethylenterephthalamid) (PA12T),
Poly(dodecamethylenterephthalamid)/tetramethylenterephthalamid) (PA12T/4T),
Poly(dodecamethylenterephthalamid)/hexamethylenterephthalamid) PA12T/6T,
Poly(dodecamethylenterephthalamid)/decamethylenterephthalamid) (PA12T/10T) und Poly(dodecamethylenterephthalamid)/2-methylpentamethylenterephthalamid) (PA12T/DT); und ein am stärksten bevorzugtes Polyamid der Gruppe (V) ist PA6T/DT.
Bevorzugte Polymergehäuse sind geformte oder stranggepresste thermoplastische Artikel, umfassend eine thermoplastische Zusammensetzung, umfassend

(a) ein thermoplastisches Harz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyamiden der Gruppe (III)–(V), und Mischungen davon;
(b) 0,25 bis 15 Gewichtprozent eines oder mehrerer mehrere Hydroxylgruppen enthaltender Alkohole, die mehr als zwei Hydroxylgruppen aufweisen und ein zahlenmittleres Molekulargewicht (M_n) von weniger als 2000 aufweisen, beispielsweise diejenigen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Pentaerythritol, Dipentaerythritol, Tripentaerythritol, Di-trimethylolpropan, D-Mannitol, D-Sorbitol und Xylitol;
(c) 10 bis etwa 60 Gewichtprozent eines oder mehrerer Verstärkungsmittel, beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Calciumcarbonat, Glasfasern mit kreisförmigem und nichtkreisförmigem Querschnitt, Glasflocken, Glaskugeln, Kohlenstofffasern, Talkum, Glimmer, Wollastonit, gebranntem Ton, Kaolin, Diatomit, Magnesiumsulfat, Magnesiumsilicat, Bariumsulfat, Titandioxid, Natriumaluminiumcarbonat, Bariumferrit, Kaliumtitanat und Mischungen davon; und
(d) 0 bis 50 Gewichtprozent eines Polymerfestigers, umfassend eine reaktive funktionelle Gruppe und/oder ein Metallsalz einer Carbonsäure, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: ein Copolymer von Ethylen, Glycidyl(Meth)acrylat, und wahlweise einen oder mehrere (Meth)acrylatester; ein Ethylen/α-Olefin- oder Ethylen/α-Olefin/Dien-Copolymer, gepfropft mit einem ungesättigten Carboxylanhydrid; ein Copolymer von Ethylen, 2-Isocyanatoethyl(meth)acrylat, und wahlweise einen oder mehrere (Meth)acrylatester; und ein Copolymer von Ethylen und Acrylsäure, umgesetzt mit einer Zn-, Li-, Mg- oder Mn-Verbindung, um das korrespondierende Ionomer zu bilden;

US-Patentveröffentlichung 2010/0029819 A1

Die thermische Isolationsschicht umfasst ein nicht gewebtes Textil, umfassend darauf zusammengepresste gekräuselte, wärmebeständige, organische Fasern, wobei die Fasern durch einen thermoplastischen Binder in einem zusammengepressten Zustand gehalten werden, wovon eine detaillierte Beschreibung in US 7,229,937 offenbart ist, das hiermit durch Literaturverweis einbezogen ist.
Das nicht gewebte Textil ist imstande, wenn es Wärme ausgesetzt wird, seine Dicke um mindestens das Dreifache und vorzugsweise mindestens um das Fünffache zu vergrößern. Wenn der Binder in dem nicht gewebten Textil Wärme ausgesetzt wird, wird er weich und fließt, wodurch er die zurückgehaltenen gekräuselten Fasern freigibt und gestattet, dass die Dicke des Textils dramatisch zunimmt. Die Zunahme der Dicke gestattet der thermischen Isolationsschicht zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche, die Grenzfläche abzudichten.
Das nicht gewebte Textil, das in der Erfindung nützlich ist, weist nur ausreichend Verschlaufung der wärmebeständigen organischen Fasern auf, um leichtgewichtiges Gewebe herzustellen. Es wird keine zusätzliche Energie in das Gewebe übertragen, um die Fasern miteinander zu verschlaufen. Ein thermoplastischer Binder wird den wärmebeständigen organischen Fasern während der Herstellung der nicht gewebten Matte hinzugefügt. Der thermoplastische Binder kann ein thermoplastisches faseriges Material sein. Das leichtgewichtige Gewebe kann an eine Gewebeverstärkung, eine Metallschicht oder eine beliebige andere, vom durchschnittlichen Fachmann gewünschte Schicht durch Erwärmen und Zusammenpressen der Kombination und anschließender Kühlung der Kombination, um die Struktur festzusetzen, während die gekräuselten Fasern zusammengepresst und zurückgehalten werden, laminiert werden. Durch Zusammenpressen des leichtgewichtigen Gewebes in dieser Weise können die wärmebeständigen organischen Fasern in der Bahn, wenn das Bindematerial weich wird oder schmilzt, in ihren vorherigen leichtgewichtigen flauschigen Zustand ähnlich dem, den sie vor dem Zusammenpressen aufwiesen, zurückkehren.
Die Dicke des nicht gewebten Textils nimmt um mindestens das Dreifache zu, wenn es großer Wärme oder einer Flamme ausgesetzt wird. Im Allgemeinen nimmt mit steigender Temperatur die Rate der Volumenzunahme zu, und die Menge der Volumenzunahme steigt ebenfalls, und Dickenzunahmen von mehr als das 25-fache der zusammengepressten Dicke wurden beobachtet. Es wird angenommen, dass Temperaturen von nicht mehr als 150°C erforderlich sind, um die Volumenzunahmewirkung einzuleiten, und es wird angenommen, dass die Volumenzunahme bei Ausgangstemperaturen von etwa 225°C unmittelbar vonstatten geht.
Das zusammengepresste nicht gewebte Textil weist vorzugsweise eine Gesamtdicke von 0,025 bis 0,12 Zentimeter (0,010 bis 0,050 Zoll) auf. Derartige Textile weisen außerdem vorzugsweise ein Grundgewicht im Bereich von 20 bis 136 g/m² (0,6 bis 4 oz/yd²) auf. In einer Ausführungsform ist eine verstärkende Gewebeverstärkungskomponente vorhanden, die vorzugsweise 3,4 bis 34 g/m² (0,1 bis 1,0 oz/yd²) ausmacht, und die fibröse Gewebekomponente reicht vorzugsweise von 1,7 bis 102 g/m² (0,5 bis 3,0 oz/yd²).
Das nicht gewebte Textil umfasst gekräuselte wärmebeständige organische Fasern. Derartige gekräuselte Fasern sind vorzugsweise Stapelfasern mit Schnittlängen im Bereich von 0,4 bis 2,5 Zoll (1 bis 6,3 cm), vorzugsweise 0,75 bis 2 Zoll (1,9 bis 5,1 cm), und die vorzugsweise 2 bis 5 Kräuselungen pro Zentimeter (5 bis 12 Kräuselungen pro Zoll) aufweisen. Mit „wärmebeständiger Faser” wird gemeint, dass die Faser vorzugsweise 90 Prozent ihres Fasergewichts beibehält, wenn sie in Luft auf 500°C bei einer Rate von 20°C pro Minute erwärmt wird.
Wärmebeständige Stapelfasern, die in dem verstärkten, nicht gewebten Textil nützlich sind, enthalten Fasern, hergestellt aus Paraaramid-, Polybenzazol-, Polybenzimidazol- und Polyimidpolymer. Die bevorzugte wärmebeständige Faser ist aus Aramidpolymer, insbesondere Paraaramidpolymer, hergestellt.
Wie hierin verwendet, bedeutet „Aramid” ein Polyamid, in dem mindestens 85% der Amid(--CONH--)verbindungen direkt an zwei aromatische Ringe angefügt sind. „Paraaramid” bedeutet, dass die beiden Ringe oder Radikale in Bezug zueinander entlang der Molekularkette paraständig ausgerichtet sind. Zusätze können mit dem Aramid verwendet werden. In der Tat wurde gefunden, dass bis zu 10 Prozent nach Gewicht von anderem Polymermaterial mit dem Aramid gemischt werden kann oder dass Copolymere verwendet werden können, die bis zu 10 Prozent anderes Diamin, substituiert für das Diamin des Aramids, oder bis zu 10 Prozent anderes Diacidchlorid, substituiert für das Diacidchlorid des Aramids, aufweisen können. In der Praxis dieser Erfindung ist Poly(paraphenylenterephthalamid) das bevorzugte Paraaramid. Verfahren zum Herstellen von Paraaramidfasern sind in den US-Pat. Nr. 3,869,430 , 3,869,429 und 3,767,756 offenbart. Derartige aromatische organische Polyamidfasern und verschiedene Formen dieser Fasern sind von DuPont Company, Wilmington, Del., unter dem Warenzeichen KEVLAR^®-Fasern erhältlich.
Gewerblich erhältliche Polybenzazolfasern enthalten ZYLON PBO-AS (Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol)-Faser, ZYLON^® PBO-HM (Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol))-Faser, erhältlich von Toyobo, Japan. Gewerblich erhältliche Polybenzimidazolfasern enthalten PBI^®-Faser, erhältlich von Celanese Acetate LLC. Gewerblich erhältliche Polyimidfasern enthalten P-84^®-Faser, erhältlich von LaPlace Chemical.
Die gekräuselten, organischen Fasern werden mit bis zu 30 Teilen nach Gewicht Bindematerial gehalten. Ein bevorzugtes Bindematerial ist eine Kombination aus einer Binderfaser und einem Binderpulver, die durch Zuführung von Wärme aktiviert wird. Binderfasern sind typischerweise aus einem thermoplastischen Material hergestellt, das bei einer Temperatur fließt, die niedriger ist als der Erweichungspunkt irgendeiner der anderen Stapelfasern in der Fasermischung ist (d. h. einen Erweichungspunkt darunter aufweist). Mantel/Kern-Zweikomponentenfasern werden als Binderfasern bevorzugt, insbesondere Zweikomponenten-Binderfasern mit einem Kern aus Polyesterhomopolymer und einem Mantel aus Copolyester, der ein Bindermaterial ist, wie sie von Unitika Co., Japan, erhältlich sind (z. B. vertrieben unter dem Warenzeichen MELTY^®-Faser). Bevorzugte Arten von Binderfasern können diejenigen enthalten, die aus Polypropylen-, Polyethylen- oder Polyesterpolymeren oder -copolymeren hergestellt sind, wobei die Fasern nur dieses Polymer oder Copolymer enthalten, oder als eine Zweikomponentenfaser in Seite-an-Seite- oder Mantel/Kern-Konfiguration. Vorzugsweise sind die Binderfasern in einer Menge von bis zu 20 Prozent des verstärkten nicht gewebten Textils vorhanden. Binderpulver ist vorzugsweise in einer Menge von bis zu 30 Prozent des verstärkten nicht gewebten Textils vorhanden. Das bevorzugte Binderpulver ist ein thermoplastisches Binderpulver wie Copolyester-Haftpulver Griltex EMS 6E.
Das nicht gewebte Textil kann eine Gewebeverstärkung mit offenen Maschen enthalten, um eine gewisse Verstärkung bereitzustellen. Derartige Gewebeverstärkungen haben vorzugsweise ein Grundgewicht im Bereich von 3,4 bis 34 g/m² (0,1 bis 1,0 oz/yd²) und werden als Gewebeverstärkungen mit „offenen Maschen” bezeichnet, weil diese Gewebeverstärkungen nur 0,8 bis 6 Enden pro Zentimeter (2 bis 15 Enden pro Zoll) aufweisen. Die am stärksten bevorzugten Gewebeverstärkungen mit offenen Maschen haben ein Grundgewicht im Bereich von 6,8 bis 17 g/m² (0,2 bis 0,5 oz/yd²) und weisen vorzugsweise 1 bis 4 Enden pro Zentimeter (3 bis 10 Enden pro Zoll) in sowohl der Kettfaden- als auch der Schussrichtung auf. Vorzugsweise werden die Maschen durch Zusammenbinden von zwei Sätzen Kreuzlagen-Polyester-Endlosfilamenten oder -Endlosfilamentgarnen, die eine Binderbeschichtung aufweisen, hergestellt. Repräsentative Gewebeverstärkungen mit offenen Maschen sind von Saint-Gobain Technical Fabrics, Niagara Falls, N. Y., unter der Bezeichnung BAYEX^® Scrim Fabrics erhältlich.
Der Prozess der Herstellung eines nicht gewebten Textils, das bei Wärme eine Volumenzunahme aufweist, umfasst die folgenden Schritte: a) Bilden einer Matte, umfassend gekräuselte, wärmebeständige, organische Fasern und Binderfasern, b) wahlweises Auftragen von Binderpulver auf die Textileinheit, c) Erwärmen der Textileinheit, um die Binderfasern und das Binderpulver zu aktivieren, d) Zusammenpressen der Textileinheit zu einem zusammengepressten Zustand und e) Kühlen der Textileinheit in einem zusammengepressten Zustand, um ein nicht gewebtes Textil zu bilden. Wenn eine Gewebeverstärkung, Metallschicht oder andere funktionelle Schicht gewünscht wird, kann sie während des Schritts des Erwärmens an die Textileinheit laminiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Matte, die gekräuselte, wärmebeständige, organische Fasern umfasst, an eine Metallschicht laminiert.
Die Matte kann mit einem beliebigen Verfahren, das Gewebe geringer Dichte erzeugen kann, gebildet werden. Beispielsweise können Klumpen von gekräuselten Stapelfasern und Binderfasern, die aus Faserballen erhalten wurden, durch eine Vorrichtung wie ein Picker geöffnet werden. Vorzugsweise sind diese Fasern Stapelfasern mit einer linearen Dichte von etwa 0,55 bis etwa 110 dtex pro Filament (0,5 bis 100 Denier pro Filament), vorzugsweise 0,88 bis 56 dtex/Filament (0,8 bis 50 Denier/Filament), wobei der lineare Dichtenbereich von etwa 1 bis 33 dtex/Filament (0,9 bis 30 Denier/Filament) am stärksten bevorzugt wird.
Die geöffnete Fasermischung kann dann mit jedem verfügbaren Verfahren wie pneumatisches Fördern vermengt werden, um eine gleichförmigere Mischung zu bilden. Alternativ können die Fasern gemischt werden, um vor der Faseröffnung in dem Picker eine gleichförmige Mischung zu bilden. Die Vermischung von Fasern kann dann durch Verwendung einer Vorrichtung wie eine Karde in ein fibröses Gewebe umgewandelt werden, obwohl andere Verfahren wie das Luftstromverfahren ebenfalls verwendet werden können. Es ist vorzuziehen, dass das fibröse Gewebe direkt aus der Karde ohne Querverlegung verwendet wird. Falls gewünscht, kann das fibröse Gewebe dann jedoch über eine Beförderungseinrichtung zu einer Vorrichtung wie einen Kreuzleger gesandt werden, um eine quergelegte Struktur durch Aufeinanderlegen individueller Gewebe in einer Zickzack-Struktur aufeinander zu erzeugen.
Fibröse Gewebe von einer oder mehreren Karden und wahlweise funktionelle Schichte wie Gewebeverstärkung oder Metallschicht können dann auf einem Transportband erfasst werden. Zusätzliche Gewebe können bei Bedarf auf eine beliebige der Ein- oder Zwei-Gewebe-Strukturen gelegt werden. Wahlweise kann Binderpulver auf die kombinierten Gewebe und wahlweise(n) funktionelle(n) Schicht(en) in einer bevorzugten Menge von etwa 3,4 bis 24 g/m² (0,1 bis 0,7 oz/yd²) aufgebracht werden. Die kombinierten Gewebe, das wahlweise Binderpulver und die wahlweise(n) funktionelle(n) Schicht(en) werden dann bei einer Temperatur, die ausreichend ist, die Binderfasern und das -pulver ausreichend zu erweichen und teilweise zu schmelzen und zu gestatten, dass die Fasern aneinanderhaften, durch einen Ofen befördert. Am Austritt aus dem Ofen wird die Bahn vorzugsweise zwischen zwei Stahlwalzen zusammengepresst, um die Schichten zu einem zusammenhaftenden Textil zu verdichten. Das Textil wird dann in diesem zusammengepressten Zustand gekühlt.
Geeignetes nicht gewebtes Textil, das als eine thermische Isolationsschicht in der Erfindung geeignet ist, ist unter dem Handelsnamen NOMEX^® ON DEMAND Textil von E. I. DuPont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, USA, erhältlich.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Schalldämpfer-Baugruppe enthält eine Metallschicht angrenzend an einer Fläche der thermischen Isolationsschicht gegenüberliegend der Gehäuse-Innenoberfläche. Die Metallschicht dient zum Schutz der thermischen Isolationsschicht und verhindert übermäßige Ablagerung von Ruß aus dem Auspuffgas. Die Metallschicht kann eine Metallfolie sein. Die Metallschicht kann eine selbsttragende Metallschicht sein. Die Metallschicht kann an der thermischen Isolationsschicht angebracht sein. Die Metallschicht kann an einem oder mehreren Punkten an dem Polymergehäuse angebracht sein. Die Metallschicht kann an das eine oder den mehreren Auspuffrohren angebracht sein. Die Metallschicht ist vorzugsweise eine Folie mit einer Dicke von 0,1 mm bis etwa 0,01 mm und vorzugsweise etwa 0,5 mm bis etwa 0,02 mm. Die Metallschicht kann aus der Gruppe ausgewählt sein, bestehend aus Stahl, Aluminium, aluminisiertem Stahl, Titan und Metalllegierungen von Stahl.
Eine andere Ausführungsform ist ein Prozess zum Herstellen einer Schalldämpfer-Baugruppe, umfassend:

i) Zusammenbauen eines oder mehrerer Auspuffrohre mit einem oder mehreren Montageadaptern, die an dem einen oder den mehreren Auspuffrohren angebracht sind, wobei mindestens eines der Auspuffrohre eine Vielzahl von Perforationen zum Bilden einer Rohr-Unterbaugruppe aufweist;
v) Umschließen der Rohr-Unterbaugruppe mit zwei oder mehreren Polymergehäuseabschnitten, die von dem einen oder den mehreren Montageadaptern getragen werden, wobei die Polymergehäuseabschnitte eine Gehäuse-Innenoberfläche und eine oder mehrere Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen aufweisen und die Polymergehäuseabschnitte die Vielzahl von Perforationen umschließt, um eine oder mehrere Akustikkammern bereitzustellen, wobei eine thermische Isolationsschicht die Gehäuse-Innenoberfläche auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und den Montageadaptern an der einen oder den mehreren Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen erstreckt, und wobei die thermische Isolationsschicht ein nicht gewebtes Textil umfasst, das darauf zusammengepresste gekräuselte, wärmebeständige, organische Fasern umfasst, wobei die Fasern durch einen thermoplastischen Binder in einem zusammengepressten Zustand gehalten werden;
vi) Verkleben oder Anbringen der Polymergehäuseabschnitte zusammen, um eine Polymer-Schalldämpfer-Baugruppe zu bilden;
vii) Erwärmen der Schalldämpfer-Baugruppe ausreichend, so dass das nicht gewebte Textil in der Dicke zunimmt, um die Schalldämpfer-Baugruppe an der (den) Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche(n) abzudichten, und Bereitstellen von thermischer Isolation für das Polymergehäuse.

Sämtlich der oben offenbarten verschiedenen Ausführungsformen der Schalldämpfer-Baugruppe sind auch auf die verschiedenen Ausführungsformen des Prozesses zum Herstellen der Schalldämpfer-Baugruppe anwendbar.
Zusammenbauen einer Unterbaugruppe, die eine oder mehrere Rohre, Montageadapter und wahlweise Metall-Ablenkplatten enthält, kann gemäß bekannten Techniken, die dem durchschnittlichen Fachmann verfügbar sind, durchgeführt werden.
Umschließen der Rohr-Unterbaugruppe kann die Verwendung eines Polymergehäuses enthalten, das wahlweise Polymer-Ablenkplatten, wie oben offenbart, umfasst und zwei, drei oder mehrere Abschnitte enthält. Die Innenoberflächen der Polymergehäuse-Abschnitte werden mit der thermischen Isolationsschicht und wahlweise mit einer Metallschicht, wie oben offenbart, versehen. Diese Schichten können unter Verwendung jedes Mittels, das dem durchschnittlichen Fachmann verfügbar ist, an das Gehäuse angebracht werden. Die Isolationsschicht und/oder Metallschicht kann mit der eines angrenzenden Abschnitts überlappen, indem zugelassen wird, dass die Isolationsschicht und/oder Metallschicht sich über die Begrenzung der Polymergehäuse-Abschnitte hinaus erstrecken.
Ankleben oder Anbringen der mit den zusätzlichen Schichten versehenen Polymergehäuse-Abschnitte wird durchgeführt, indem sie um den (die) Montageadapter, die die Rohr- und Ablenkplatten-Unterbaugruppe umschließen, platziert werden; und die Abschnittsfugen werden durch Hochtemperatur-Mastix, Dichtung, O-Ring oder ähnlichem Abdichtungsmaterial, das dem durchschnittlichen Fachmann verfügbar ist, abgedichtet. Die Fugen der Polymerabschnitte können auch durch Verfahren, die im Fachgebiet zum Verbinden von Polymermaterialien bekannt sind, wie Befestigungselemente, Kleber, Ultraschallschweißen, Laserschweißen oder vorzugsweise Vibrationsschweißen abgedichtet werden.
Erwärmen der Schalldämpfer-Baugruppe stellt Abdichten der Schalldämpfer-Baugruppe bereit. Folglich bewirkt Erwärmen des thermischen Isolationsmaterials, das das nicht gewebte Textil umfasst, Expansion des Textils, um die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche abzudichten. Das Zeit/Temperatur-Profil, das zum ausreichenden Erwärmen des Schalldämpfersystems erforderlich ist, um die Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche abzudichten, ist von dem Schmelzpunkt und/oder Erweichungspunkt und der Schmelzviskosität des thermoplastischen Bindemittels abhängig. Der Schritt des Erwärmens kann bei einer Temperatur durchgeführt werden, die höher ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Bindemittels und vorzugsweise mindestens etwa 5 bis 10°C höher ist als der Schmelzpunkt. Wenn der thermoplastische Binder einen Erweichungspunkt aufweist, aber keinen Schmelzpunkt, wird vorzugsweise eine Temperatur verwendet, die mindestens etwa 20°C höher ist als der Erweichungspunkt. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Erwärmen bei einer Temperatur von 120°C, 140°C, 160°C, 180°C, 200°C und 250°C durchgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt die Erwärmungszeit 1 bis 30 Minuten.
Die Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche wird als abgedichtet betrachtet, wenn die Schalldämpfer-Baugruppe eine Leckrate von 105 Liter/Minute oder weniger bei 4,5 psig Druck gemäß dem im Abschnitt „Verfahren” definierten Dichtigkeitstest aufweist. Die Schalldämpfer-Baugruppe weist bei einem Druck von 4,5 psig eine Leckrate von weniger als 105 Liter/Minute auf, vorzugsweise weniger als 80 Liter/Minuten und noch bevorzugter weniger als 60 Liter/Minute.
Erwärmen der Schalldämpfer-Baugruppe kann außer Abdichten oder teilweises Abdichten der Polymer-Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzflächen und der Ablenkplatten-Polymergehäuse-Grenzflächen, falls vorhanden, bereitstellen, wobei der gleiche Mechanismus der Expansion der thermischen Isolationsschicht verwendet wird.
Ein bevorzugtes Verfahren enthält die Verwendung einer integrierten thermischen Isolationsschicht für sowohl Gehäuseauskleidung als auch Erstrecken zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche sowie Falten der thermischen Isolationsschicht, um eine doppelte Schicht bereitzustellen.
Die leichtgewichtigen Schalldämpfer-Baugruppen dieser Erfindung sind insbesondere nützlich in Automobilen und Lastkraftwagen. Die Schalldämpfer-Baugruppen können jedoch auch verwendet werden, um den Auspuffschall jedes Verbrennungsmotors anzupassen.
Die folgenden Figuren veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen.
1 stellt eine Ausführungsform der Schalldämpfer-Baugruppe (1) dar, enthaltend ein Auspuffrohr (2) mit einer Vielzahl von Perforationen (3); Montageadapter (4) mit Montagelippe (4A), angebracht an das Auspuffrohr, um die Vielzahl von Perforationen zu umgeben; ein Polymergehäuse (5), getragen von den Montageadaptern, wobei das Polymergehäuse eine Gehäuse-Innenoberfläche und mindestens eine Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (7) aufweist und das Gehäuse die Vielzahl von Perforationen umschließt, um eine Akustikkammer (9) bereitzustellen; und eine thermische Isolationsschicht (6), die die Gehäuse-Innenoberfläche auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (7) erstreckt, wobei die thermische Isolationsschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche abdichtet.
2 stellt eine andere Ausführungsform (11) dar, die 1 ähnlich ist, die ferner eine Metallschicht (18) angrenzend an der und angebracht an einer Fläche der thermischen Isolationsschicht gegenüberliegend der Gehäuse-Innenoberfläche enthält, wobei die thermische Isolationsschicht (16) und die Metallschicht (18) die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (17) abdichten.
3 stellt eine Ausführungsform der Schalldämpfer-Baugruppe (21) dar, enthaltend ein Auspuffrohr (22) mit einer Vielzahl von Perforationen (23); Montageadapter (24) mit Montagelippe (24A), angebracht an das Auspuffrohr, um die Vielzahl von Perforationen zu umgeben; ein Polymergehäuse (25), getragen von den Montageadaptern, wobei das Polymergehäuse eine Gehäuse-Innenoberfläche und eine oder mehrere Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen (27) aufweist, wobei das Polymergehäuse die Vielzahl von Perforationen umschließt und das Polymergehäuse zwei integrierte Polymer-Ablenkplatten (121) aufweist, die innerhalb des Polymergehäuses beabstandet sind; wobei sich die integrierten Polymer-Ablenkplatten hin zu dem (den) Auspuffrohr(en) erstrecken, um Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzflächen (122) bereitzustellen; und ein thermisches Isolationsmaterial (26), das die Gehäuse-Innenoberfläche einschließlich der Polymer-Ablenkplatten auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (27) erstreckt, wobei die thermische Isolationsschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an den Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen abdichtet und die Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzflächen berührt, aber nicht notwendigerweise abdichtet, um drei Akustikkammern (29) bereitzustellen.
4 stellt eine andere Ausführungsform (31) dar, die 3 ähnlich ist, die ferner eine Metallschicht (38) angrenzend an der und angebracht an einer Fläche der thermischen Isolationsschicht (36) gegenüberliegend der Gehäuse-Innenoberfläche enthält, wobei die thermische Isolationsschicht und die Metallschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (37) abdichten.
5 stellt eine Ausführungsform der Schalldämpfer-Baugruppe (41) dar, enthaltend mehrere Auspuffrohre (42) mit einer Vielzahl von Perforationen (43); Montageadapter (44) mit Montagelippe (44A), angebracht an das Auspuffrohr, um die Vielzahl von Perforationen zu umgeben; ein Polymergehäuse (45), getragen von den Montageadaptern, wobei das Polymergehäuse eine Gehäuse-Innenoberfläche und mindestens eine Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (47) aufweist, wobei das Polymergehäuse die Vielzahl von Perforationen umschließt und die Auspuffrohre Metall-Ablenkplatten (141) aufweisen, die entlang den Auspuffrohren beabstandet sind und sich radial erstrecken, um Gehäuse-Ablenkplatten-Grenzflächen (142) bereitzustellen; und eine thermische Isolationsschicht (46), die die Gehäuse-Innenoberfläche auskleidet und sich axial entlang der Gehäuse-Auspuffrohr-Grenzfläche (47) erstreckt, wobei die thermische Isolationsschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Auspuffrohr-Grenzfläche abdichtet, um Akustikkammern (49) bereitzustellen. In dieser Ausführungsform können die Gehäuse-Ablenkplatten-Grenzflächen (142) abgedichtet sein oder nicht abgedichtet sein.
6 stellt eine andere Ausführungsform (51) dar, die 5 ähnlich ist, die ferner eine Metallschicht (58) angrenzend an der und angebracht an einer Fläche der thermischen Isolationsschicht (56) gegenüberliegend der Gehäuse-Innenoberfläche enthält, wobei die thermische Isolationsschicht und die Metallschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (57) abdichten.
7 stellt eine Ausführungsform (61) der Schalldämpfer-Baugruppe dar, enthaltend zwei Auspuffrohre (62) mit einer Vielzahl von Perforationen (63); zwei Metallstreben (163), entlang den beiden Auspuffrohren beabstandet, daran angebracht und diese verbindend; Montageadapter (64) mit Montagelippe (64A), angebracht an das Auspuffrohr, um die Vielzahl von Perforationen zu umgeben; ein Polymergehäuse (65), getragen von den Montageadaptern, wobei das Polymergehäuse eine Gehäuse-Innenoberfläche und eine oder mehrere Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen (67) aufweist, wobei das Polymergehäuse die Vielzahl von Perforationen umschließt und das Polymergehäuse zwei integrierte Polymer-Ablenkplatten (164) aufweist, die innerhalb des Polymergehäuses beabstandet sind; wobei sich die integrierten Polymer-Ablenkplatten erstrecken, um Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzflächen (161) bereitzustellen; ein thermisches Isolationsmaterial (66), das die Gehäuse-Innenoberfläche einschließlich der Polymer-Ablenkplatten auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (67) erstreckt, eine Metallschicht (68) angrenzend zu der und angebracht an einer Fläche der thermischen Isolationsschicht gegenüberliegend der Gehäuse-Innenoberfläche, wobei die thermische Isolationsschicht und die Metallschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (67) abdichten und die Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzflächen (161) berühren, um drei Akustikkammern (69) bereitzustellen. In einer Ausführungsform können die Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzflächen abgedichtet sein. Die Metall-Stützstreben (163) stellen zusätzliche Stabilität bereit und reduzieren Vibration und Bewegung der Auspuffrohre.
8 stellt eine Ausführungsform dar, in der die thermische Isolationsschicht (76) gefaltet wurde, um eine zweite thermische Isolationsschicht an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (77) bereitzustellen. In 8 sind zwei alternative Mittel zum Konstruieren der Faltung dargestellt. Rechts folgt die Isolation der Linie des Montageadapters und wird gefaltet, um die Gehäuse zu berühren. Links folgt die Isolation der Linie des Gehäuses und wird gefaltet, um den Schalldämpfer zu berühren. Der durchschnittliche Fachmann versteht, dass nur eine der beiden Abbildungen beim Bauen eines spezifischen Schalldämpfers vorhanden sein wird.
9 stellt eine Ausführungsform dar, in der die thermische Isolationsschicht (86) und die Metallschicht (88) gefaltet wurden, um eine zweite thermische Isolationsschicht und eine zweite Metallschicht an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche (87) bereitzustellen.
Verfahren
Dichtigkeitstestverfahren
Das folgende Dichtigkeitstestverfahren wurde verwendet, um die Abdichtungseigenschaften des thermischen Isolationsmaterials der Schalldämpfer-Baugruppen der Erfindung zu bewerten.
Zum Vorbereiten der Schalldämpfer-Baugruppe für den Test wurde das Auslass-Auspuffrohr vollständig mit einem expandierenden Rohrstöpsel (erhältlich von Oatey Plumbing) einer Größe, die das Rohr des getesteten Schalldämpfers vollständig abdichtet, vollständig verschlossen oder abgedichtet. Wenn in dem Schalldämpfergehäuse ein Ablaufloch vorhanden war, wurde das Ablaufloch ebenfalls mit einem Gummistopfen oder einer äquivalent Abdichtungsvorrichtung abgedichtet.
Ein modifizierter expandierender Rohrstöpsel wurde in das Auspuff-Einlassrohr gesetzt. Der Stöpsel wurde derart modifiziert, dass eine Schlauchtülle in einer Weise angebracht werden konnte, die dem Umfang des Stöpsels gestattet, das Rohr abzudichten, während trotzdem ein Mittel bereitgestellt wurde, Luftdruck durch die Mitte des Stöpsels in das Schalldämpfergehäuse zu lassen.
Eine Dichtigkeitstestvorrichtung zum Testen der zusammengebauten Schalldämpfereinheiten wurde gebaut, bestehend aus einem einstellbaren Luftdruckregler, einer digitalen Druckauslesungsanzeige (Auslesen von einem Druckwandler) und einem Durchflussmesser, der auch eine digitale Auslesung nutzt. Der Druckregler wurde an eine Versorgung zusammengepresster atmosphärischer Luft angeschlossen und an dem Druckwandler installiert. Dem Druckwandler nachgeschaltet war ein Durchflussmesser derart angeschlossen, dass er den Durchfluss von Luft in das Testsubjekt misst. Die Testvorrichtung (Baugruppe aus Regler, Druckwandler und Durchflussmesser) wurde über eine Länge Schlauch, der an den vorher erwähnten modifizierten Rohrstöpsel angebracht wurde, mit der Schalldämpfer-Baugruppe verbunden.
Die Schalldämpfer-Baugruppe wurde mit der Testvorrichtung verbunden, wie oben beschrieben, und die folgende Testprozedur wurde bei Raumtemperatur durchgeführt. Der Luftdruck wurde über den Regler eingestellt, bis der Druck in dem Schalldämpfer sich bei der gewünschten Druckauslesung (1,5 psig oder 4,6 psig) gemäß der digitalen Druckauslesung stabilisierte. Sobald der gewünschte Druck erreicht wurde und der Druck sich stabilisiert hatte, wurde die Luftdurchflussrate von der digitalen Auslesung des Durchflussmessers abgelesen. Dieser Wert korrespondiert mit der Leckrate der Schalldämpfer-Baugruppe und wird in Liter/Minute gemessen. Eine Schalldämpfer-Baugruppe der Erfindung bestand den Leckratentest, wenn die Leckrate weniger als 105 Liter/Min. betrug.
Materialien
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen eine thermischen Isolationsschicht, die bei der Fertigung der Schalldämpfer-Baugruppe nützlich ist, offenbart. Die thermische Isolationsschicht ist in der Form eines nicht gewebten Textils.
Hierin ist Denier eine Maßeinheit für die lineare Massendichte von Fasern. Sie ist definiert als die Masse in Gramm pro 9.000 Meter. Denier basiert auf einem natürlichen Standard: ein einzelner Strang von Seide ist ein Denier. Ein Seidenstrang von 9.000 Meter wiegt ein Gramm. Der Ausdruck dpf bedeutet Denier pro Filament.
Ein nicht gewebtes Textil wurde wie folgt hergestellt. 77,5 Teile nach Gewicht Stapelfasern von 2,2 dpf, 2'' Schnittlänge der Marke Type 970 KEVLAR^® und 22,5 Teile Binderfasern von 4 dpf, 2'' Schnittlänge Type 4080 Unitika wurden als Zufuhr von Ballen zu drei Karden gemischt. Fasergeweben von den drei Karden wurden auf einem Transportband erfasst, um eine Fasermatte mit einem Grundgewicht von ungefähr 3,2 oz/yd² zu erzeugen. Die Fasermatte wurde bei 285°C durch einen Ofen befördert, um die Binderfasern zu schmelzen. Am Ofen-Austritt wurde die Bahn zwischen zwei Stahlwalzen mit einem Abstand von 0'' zusammengepresst, wodurch die Komponenten zu einem zusammenhaftenden Textil verdichtet wurden. Das Textil wurde dann in diesem zusammengepressten Zustand gekühlt. Das fertige Textil hatte eine Dicke von ungefähr 0,96 Millimeter pro ASTM D1777-96 Option 1.
Beispiel
Die veranschaulichte Schalldämpfer-Konstruktion korrespondiert im Allgemeinen mit der von 2, wobei die thermische isolationsschicht das im Abschnitt „Materialien” offenbarte nicht gewebte Textil war.
Die zusammenpassenden Polymergehäuse-Halbschalen (32,8 cm × 30,3 cm × 7,6 cm Tiefe) wurden durch Spritzgießen von DuPont Zytel^® HTN 54G35HSLR BK031 Harz (Schmelzpunkt etwa 300°C) hergestellt. Die zusammenpassenden Gehäuseschalen wiesen an den Seiten an beiden Enden halbkreisförmige Vertiefungen von 89 mm Nenndurchmesser auf, um kreisförmige Montageadapter aufzunehmen; sowie männliche bzw. weibliche lineare Vibrationsschweißfugen an den Grenzflächen der Polymergehäuse-Halbschalen.
Eine Bahn der Fasermatte wurde geschnitten, um den Abmessungen der Innenoberfläche der Polymergehäuse-Halbschalen mit Ausnahme des Bereichs der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche zu entsprechen. Eine einzelne Schicht der Fasermatte wurde verwendet. Außerdem wurde eine zusätzliche Lasche Material entlang den zusammenpassenden Kanten der Schalen von ungefähr einem halben Zoll gelassen, um die Naht zwischen den Gehäusehälften nach dem Zusammenbauen zu schützen.
Nach dem Auskleiden der Schalen wurde die Fasermatte mit Ultraschallhaftung unter Verwendung einer Hand-Ultraschallpistole Branson Ultrasonics Corp. Modell PT-250, versehen mit einer abgerundeten Haftspitze, dauerhaft an der Schale befestigt. Die Ultraschallpistole wurde in den Energiemodus eingestellt, und ein Wert von 50 Joule wurde als Begrenzung eingegeben. Die Auskleidung wurde um die Kanten der Gehäuse mit gleichmäßigem Abstand von ungefähr 10 cm angeheftet. Zwei zusätzliche Anheftungen wurden an der inneren Bodenfläche durchgeführt.
Eine Unterbaugruppe, bestehend aus einem Auspuffrohr aus rostfreiem Stahl mit einer Vielzahl von Perforationen und zwei kreisförmigen Montageadaptern aus rostfreiem Stahl mit einem Montageflansch (nominal 89 mm Außendurchmesser) und einem nach außen hervorstehenden inneren Flansch (18,3 mm breit) mit einem Innendurchmesser von 63,5 mm zum Aufnehmen des Auspuffrohrs wurde dann für Einbau in die Schalldämpfergehäuse vorbereitet. Die Montageadapter wurden positioniert, um die Perforationen zu umgeben, und wurde zweckdienlich beabstandet, um in die halbkreisförmigen Vertiefungen zu passen, wenn sie mit den Polymergehäuseschalen ausgerichtet waren, um Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen bereitzustellen. Die positionierten Montageadapter wurden auf das Rohr geschweißt. Die Montageflansche der Montageadapter wurden mit zwei Schichten von 0,5 Zoll breiten Streifen der Fasermatte umwickelt, so dass die 2-Schichten-Fasermatte an der Grenzfläche des Montageflansches und der Polymergehäuseschalen positioniert war. Die halbkreisförmigen Abschnitte der Polymerschalen wurden mit einem Hand-Drehwerkzeug ausreichend geschliffen, um zu gestatten, dass die zwei Schichten der Fasermatte zwischen der Schale und dem Montageadapter eingeklemmt werden konnten.
Die ausgekleideten Polymergehäuse wurden unter Verwendung eines Vibrationsschweißgeräts Branson VW-8 Ultra Hy-Line mit einem Werkzeug, das spezifisch für die Form der Polymergehäuse gebaut wurde, um die Rohrbaugruppe zusammen vibrationsverschweißt. Die untere Schalenhälfte wurde dann in die untere (stationäre) Hälfte des Werkzeugs platziert und die obere Hälfte wurde in die obere (vibrierende) Hälfte des Werkzeugs platziert. Die Rohrbaugruppe wurde dann in die Öffnungen des unteren Gehäuses platziert. Die Teile wurden unter Verwendung der folgenden Parameter zusammengeschweißt.
Schweißamplitude: 0,070''
Schweißkraft: 2500 lbs
Haltekraft: 2500 lbs
Schmelzdistanz: 0,085''
Haltezeit: 10 Sekunden
Zum Abdichten der Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche wurde die Schalldämpfer-Baugruppe ungefähr 30 Minuten in einen auf 176°C vorgeheizten Ofen platziert. Die Schalldämpfer-Baugruppe wurde aus dem Ofen entfernt und zurück auf Raumtemperatur äquilibrieren gelassen.

Die Schalldämpfer-Baugruppe wurde dem im Abschnitt „Verfahren” offenbarten Dichtigkeitstest unterzogen. Die Ergebnisse des Dichtigkeitstest sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 zeigt außerdem die Ergebnisse des Dichtigkeitstests, wenn der Test unter Verwendung von 1,5 psig ausgeführt wurde. Bei jedem Druck wurden sechs verschiedene Durchgänge durchgeführt und gemittelt.

Tabelle 1
Testdruck	Durchgang 1	Durchgang 2	Durchgang 3	Durchgang 4	Durchgang 5	Durchgang 6	Durchschnitt (Liter/Min.)
1,5 psig	2,07	2,19	2,15	2,11	2,12	2,13	2,13
4,5 psig	47,9	48,4	46,3	46,2	45,9	47,1	47,0
Die Ergebnisse aller Durchgänge sind Liter/Minute

Die Schalldämpfer-Baugruppe bestand den Leckratentest, wenn die Leckrate weniger als 105 Liter/Min. betrug. Folglich gibt die durchschnittliche Leckrate von 47,0 an, dass die Schalldämpfer-Baugruppe den Leckratentest bestand, ohne dass zusätzliche Flansche, Dichtungen oder andere Vorrichtungen erforderlich wären, die typischerweise zum Abdichten der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche verwendet werden.

Claims

Schalldämpfer-Baugruppe, umfassend: a) ein oder mehrere Auspuffrohre, wobei mindestens eines der Auspuffrohre eine Vielzahl von Perforationen aufweist; b) einen oder mehrere Montageadapter, angebracht an das eine oder die mehreren Auspuffrohre; c) ein Polymergehäuse, getragen von dem einen oder den mehreren Montageadaptern, wobei das Polymergehäuse eine Gehäuse-Innenoberfläche und mindestens eine Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche aufweist und das Polymergehäuse die Vielzahl von Perforationen umschließt, um eine oder mehrere Akustikkammern bereitzustellen; und d) eine thermische Isolationsschicht, die die Gehäuse-Innenoberfläche auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und dem (den) Montageadapter(n) an der mindestens einen Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche erstreckt, wobei die thermische Isolationsschicht ein nicht gewebtes Textil umfasst, das darauf zusammengepresste gekräuselte, wärmebeständige, organische Fasern umfasst, wobei die Fasern durch einen thermoplastischen Binder in einem zusammengepressten Zustand gehalten werden; wobei, wenn das Textil Wärme ausgesetzt wird, das Textil in der Dicke zunimmt, um die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche abzudichten, und thermische Isolation zu dem Polymergehäuse bereitstellt.
Schalldämpfer-Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine oder mehrere interne Polymer-Ablenkplatten, die integriert gebildet und innerhalb des Polymergehäuses beabstandet sind und sich hin zu dem (den) Auspuffrohre(n) erstrecken, um mindestens eine Ablenkplatten-Auspuffrohr-Grenzfläche bereitzustellen, wobei die eine oder mehreren internen Polymer-Ablenkplatten zwei oder mehrere Akustikkammern innerhalb der Schalldämpfer-Baugruppe bereitstellen.
Schalldämpfer-Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine oder mehrere interne Metall-Ablenkplatten, die mit dem (den) Auspuffrohr(en) verbunden und ihm (ihnen) entlang beabstandet sind und sich hin zu dem Polymergehäuse erstrecken, um mindestens eine Ablenkplatten-Polymergehäuse-Grenzfläche bereitzustellen, wobei die eine oder mehreren internen Metall-Ablenkplatten zwei oder mehrere Akustikkammern innerhalb der Schalldämpfer-Baugruppe bereitstellen.
Schalldämpfer-Baugruppe nach Anspruch 1, umfassend mindestens zwei Auspuffrohre und zwei oder mehrere Metallstreben, die entlang den mindestens zwei Auspuffrohren beabstandet sind, daran angebracht sind und diese verbinden.
Schalldämpfer-Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Metallschicht angrenzend an einer Fläche der thermischen Isolationsschicht gegenüberliegend der Gehäuse-Innenoberfläche.
Schalldämpfer-Baugruppe nach Anspruch 5, wobei die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche erstrecken, wobei die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an der Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche abdichten.
Schalldämpfer-Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die thermische Isolationsschicht, die sich zwischen dem Gehäuse und dem Montageadapter an der mindestens einen Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche erstreckt, zwei oder mehrere thermische Isolationsschichten umfasst.
Prozess zum Herstellen einer Polymer-Schalldämpfer-Baugruppe, umfassend die folgenden Schritte: i) Zusammenbauen eines oder mehrerer Auspuffrohre mit einem oder mehreren Montageadaptern, die an dem einen oder den mehreren Auspuffrohren angebracht sind, wobei mindestens eines der Auspuffrohre eine Vielzahl von Perforationen zum Bilden einer Rohr-Unterbaugruppe aufweist; ii) Umschließen der Rohr-Unterbaugruppe mit zwei oder mehreren Polymergehäuseabschnitten, die von dem einen oder den mehreren Montageadaptern getragen werden, wobei die Polymergehäuseabschnitte eine Gehäuse-Innenoberfläche und eine oder mehrere Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen aufweisen und die Polymergehäuseabschnitte die Vielzahl von Perforationen umschließt, um eine oder mehrere Akustikkammern bereitzustellen, wobei eine thermische Isolationsschicht die Gehäuse-Innenoberfläche auskleidet und sich zwischen dem Gehäuse und den Montageadaptern an der einen oder den mehreren Gehäuse-Montageadapter-Grenzflächen erstreckt, und wobei die thermische Isolationsschicht ein nicht gewebtes Textil umfasst, das darauf zusammengepresste gekräuselte, wärmebeständige, organische Fasern umfasst, wobei die Fasern durch einen thermoplastischen Binder in einem zusammengepressten Zustand gehalten werden; iii) Verkleben oder Anbringen der Polymergehäuseabschnitte zusammen, um eine Polymer-Schalldämpfer-Baugruppe zu bilden; iv) Erwärmen der Schalldämpfer-Baugruppe ausreichend, so dass das nicht gewebte Textil in der Dicke zunimmt, um die Schalldämpfer-Baugruppe an der (den) Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche(n) abzudichten.
Prozess nach Anspruch 8, wobei die Polymerschalldämpfergehäuseabschnitte in Schritt (iii) durch Befestigungselemente, Kleber oder einem Polymerschweißprozess angebracht werden.
Prozess nach Anspruch 8, wobei die Polymerschalldämpfergehäuseabschnitte in Schritt (iii) durch einen Polymerschweißprozess, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ultraschallschweißen, Laserschweißen oder Vibrationsschweißen, angebracht werden.
Prozess nach Anspruch 8, ferner umfassend, eine Metallschicht angrenzend an einer Fläche der thermischen Isolationsschicht gegenüberliegend der Gehäuse-Innenoberfläche zu platzieren.
Prozess nach Anspruch 11, wobei die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht sich zwischen dem Gehäuse und dem (den) Montageadapter(n) an der (den) Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche(n) erstrecken, wobei die Metallschicht und die thermische Isolationsschicht die Schalldämpfer-Baugruppe an der (den) Gehäuse-Montageadapter-Grenzfläche(n) abdichten.