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Heinrich Gillet K. G., Edenkoben/Pfalz "Schalldämpfer, insbesondere
für Schwerlastkraftwagen mit Dieselmotorantrieb" Mit der zunehmenden Dichte des
Kraftfahrzeugverkehrs müssen die Konstrukteure ihr Augenmerk immer mehr darauf richten,
die Schalldämpfung der üblichen Verbrennungsmotoren zu verbessern. Dies gilt insbesondere
für Dieselmotoren von Schwerlastkraftwagen, bei denen die Schalldämpfung jedoch
gewisse Schwierigkeiten bereitet, weil dort, bedingt durch Hubvolumen und relativ
niedrige Drehzahlen, eine erhebliche Geräuschentwicklung eintritt. Insbesondere
ergeben sich in den unteren Fahrbereichen tiefe Frequenzen, die unter Umständen
noch durch die in den meisten Fällen vorhandenen langen Auspuffleitungen durch Resonanzwirkung
verstärkt werden. Weiterhin sind die Schalldämpfer oftmals für verschiedene Fahrzeugtypen
mit unterschiedlichen Radständen zu verwenden, was eine andere Ausführung der Auspuffanlage,
insbesondere der Leitungslängen und damit andere Geräuschverhältnisse zur Folge
hat.
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Um der Schwierigkeiten Herr zu werden, wurden schon die verschiedensten
Schalldämpfungssysteme und Schalldämpferausführungen entwickelt. So werden vielfach
Mehrkammerschalldämpfer mit Blenden eingebaut, die jedoch bei ihrer relativ kurzen
Gesamtlänge eine wirksame Ausdämpfung der Resonanzen nicht zulassen und daher keine
voll befriedigenden Dämpfungsergebnisse mit sich bringen.
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Eine andere Möglichkeit ist die, Schalldämpfer sehr grossen Volumens
etwa im Bereich des acht-bis zehnfachen Volumens des Hubvolumens des Antriebsmotors
einzubauen. Mit diesen Anlagen kann zwar eine ausreichende Dämpfung erreicht werden,
jedoch ergeben sich infolge der Einbaugrösse Unterbringungsschwierigkeiten am Fahrzeug.
Ausserdem werden solche Schalldämpfer verhältnismässig schwer und kostspielig.
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Ein weiterer Weg wurde dahingehend eingeschlagen, lange Auspuffleitungen
durch zwei oder mehr Schalldämpfer zu unterbrechen und so eine befriedigende Dämpfung
zu erzielen. Auch mit einer solchen Anlage ist eine sehr nachteilige Gewichtserhöhung
verbunden, weiterhin erfordert sie meist zusätzliche Aufhängungselemente, was wiederum
zu hohen Kosten für die Auspuffanlage führt. Auch Doppelschalldämpfer grossen Volumens,
die zwar eine befriedigende Dämpfung des Auspuffgeräusches bringen, konnten sich
wegen ihrer hohen Kosten nicht durchsetzen. Schliesslich wurden auch schon, insbesondere
für V-Motoren, die Auspuffleitungen aufgeteilt und wiederum mit zwei oder mehr Schalldämpfern
ausgerüstet, um zu einer wirksamen Dämpfung zu gelangen. Alle diese bekannten Anordnungen
führen jedoch, wie schon gesagt, entweder zu einer vor allem den heutigen Anforderungen
nicht mehr genügenden Dämpfung oder sie bedingen durch ihr Gewicht und ihre Grösse
Schwierigkeiten beim Einbau und sind, im Verhältnis zu den übrigen Kraftfahrzeugteilen
gesehen, unverhältnismässig kostspielig.
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Die Neuerung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Schalldämpfer,
insbesondere für Schwerlastkraftwagen mit Dieselmotorantrieb zu schaffen, der als
Einzelschalldämpfer relativ kleinen Volumens ausgebildet ist, damit kostenmässig
tragbar ist und den verschiedenen Einbauverhältnissen gerecht wird, andererseits
jedoch zumindest die gleichen, wenn nicht bessere Schalldämpfungsergebnisse zeitigt
als die bekannten Anordnungen.
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Die Neuerung löst diese Aufgabe durch eine Schalldämpferanordnung
mit mehreren, hintereinandergeschalteten, gestaffelten Dämpfungskammern, wie sie
an sich schon bekannt sind, bei der jedoch die einzelnen Dämpfungskammern mit verschiedenen
Durchmessern ausgestattet sind und die Dämpfungskammern grösseren Durchmessers vom
Schalldämpfermantel und in diesen eingeschobenen Zwischenböden gebildet sind, in
den von der Einlass-und Auslaßstutzenseite her Rohre eingeschoben sind, die Dämpfungskammern
geringeren Durchmessers bilden. Diese, in den äusseren Schalldämpfermantel eingeschobenen
Rohre weisen jedoch einen grösseren Durchmesser als Einlass-bzw. Auslaßstutzen auf.
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Weiterhin ist das Rohr, das die dem Einlaßstutzen zugeordnete Einlaufkammer
bildet, nur zu einem geringen Teil seiner Länge in den äusseren Schalldämpfermantel
eingeführt. Vorzugsweise ist das die Einlaufkammer bildende
| Rohr mit etwa 1/3 seiner Länge in den äusseren Schalldämp |
| fermantel eingeführt und hat einen 1,5- bis 2, 5-fach grös- |
seren, vorzugsweise etwa zweifach grösseren Durchmesser als der Einlaßstutzen. Das
Gleiche gilt für das von der Auslaßstutzenseite her in den äusseren Schalldämpfermantel
eingeführte Rohr. Der äussere Schalldämpfermantel hat einen mindestens 2,8- bis
4-fach grösseren Durchmesser als
| die Auspuffleitung bzw. Ein-und Auslaßstutzen. Schliess- |
| lieh soll die Länge der den Einlaßstutzen zugeordneten Ein- |
| - Durchmessers |
| laufkammer mindestens das 6-flache des Einlaßstutzene/be- |
| tragen. |
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Die im äusseren Schalldämpfermantel angeordneten Zwischenböden sind
vorteilhafterweise zugleich als Stützböden für die eingeschobenen Rohre ausgebildet.
Weiterhin sind die Zwischenböden sowohl im äusseren Schalldämpfermantel als auch
in den inneren Rohren so angeordnet, daß die ganze Schalldämpferanordnung in kurze
Kammern grossen Durchmessers und lange Kammern kleineren Durchmessers aufgeteilt
ist.
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Zur Verbesserung der Einbaumöglichkeiten kann die Einlaufkammer und
der Einlaßstutzen oder zumindest der Einlaßstutzen exzentrisch zum äusseren Schalldämpfermantel
angeordnet sein. Dabei ist es vorteilhaft, die Anordnung der übrigen Schalldämpferbestandteile
so zu treffen, dass der Schwerpunkt möglichst nahe der Mittelachse des äusseren
Schalldämpfermantels liegt. Es wird also genügen, z. B. nur die Einlaufkammer exzentrisch
anzuordnen und die übrigen Kammern zentrisch oder gegebenenfalls sogar entgegengesetzt
exzentrisch vorzusehen.
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Der äussere Schalldämpfermantel kann mit Versteifungssicken versehen
sein, die zugleich zur Festlegung der Zwischen-bzw. Führungsböden dienen.
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Die Übergänge zwischen den einzelnen Kammern sind als Lochtraufen
ausgebildet. Gegebenenfalls kann auch der Einlaßstutzen so ausgebildet sein, dass
er mit seinem Ende in die Einlaufkammer ragt und dort mit einer Einlauftraufe ausgestattet
ist. Die Lochtraufen sind so ausgebildet, daß die Lochmittenabstände der Lochtraufen
ein Vielfaches des einfachen bis doppelten Lochdurchmessers der einzelnen Löcher
der Traufen betragen.
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Neben den bereits eingangs geschilderten bekannten Ausführungsformen
der hier in Frage stehenden Schalldämpfer sind auch schon andere Schalldämpfer bekannt
geworden, die, wie ebenfalls schon ausgeführt, in bekannter Weise
mehrere
hintereinander geschaltete Kammern aufweisen, wobei jedoch lediglich die Eingangskammer
zwecks Isolierung und Vermeidung des Durchbrennens als Doppelkammer ausgebildet
war oder die ganze Einrichtung auf einem anderen Dämpfungsprinzip, nämlich mit Abzweigfiltern,
aufgebaut war. Es handelt sich also nicht um Reflexionsschalldämpfer mit hintereinander
geschalteten Kammern. Von dem der Neuerung zu Grunde liegenden Prinzip der Hintereinanderschaltung
von gestaffelten Dämpfungskammern mit verschiedenen Durchmessern, insbesondere von
der in einer bestimmten vorteilhaften Raumform ihren praktischen Niederschlag findenden
Gestaltung gemäss der Neuerung macht keiner der älteren Erfinder Gebrauch.
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Weitere Merkmale der Neuerung und Einzelheiten der durch dieselbe
erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in den beigefügten
Abbildungen dargestellten beispielsweisen Ausführungsformen des Neuerungsgegenstandes.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des neuerungsgemässen Schalldämpfers,
in Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform dieses Schalldämpfers dargestellt, Fig.
3 zeigt einen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 1.
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Sowohl die in Fig. 1 als auch die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform
des neuerungsgemässen Schalldämpfers besteht aus den Kammern 1,2,3,4,5 und 6. Diese
Kammern sind hintereinander bzw. nebeneinander ringförmig umeinander angeordnet.
Die Kammer 1 ist mit dem Eingangsstutzen 7 verbunden, der in den Boden 8 eingeschweisst
ist. Zur Versteifung gegen Biegeschwingungen
ist am Stutzen 7 weiterhin
der sich auf den Kammermantel 9 der Kammer 1 abstützende Boden 10 angeschweisst.
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An ihrer, dem Einlaßstutzen gegenüberliegenden Seite ist die Kammer
1 durch den gelochten Boden 11 abgeschlossen, der mit der Kammer 1 verschweist ist.
Auf den ungelochten Teil des Mantels 9 der Kammer 1 ist der Boden 12 des äusseren
Schalldämpfermantels 13 aufgeschoben und verschweisst. Der Boden 12 ist seinerseits
wiederum mit dem äusseren Schalldämpfermantel 13 ringsum geschweisst und bildet
zusammen mit dem Boden 11 die Dämpfungskammer 2, in die die Auspuffgase nach Passieren
der Lochtraufe 14 eintreten und von dort durch die Löcher 15 im Boden 11 in die
nächste Ringkammer 3 gelangen.
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Aus der Ringkammer 3 gelangen die Auspuffgase durch die Lochtraufen
16 in die nächste Kammer 4. Die Kammer 4 wird durch ein Rohr 17 gebildet, das von
der Auslaßstutzenseite her in den äusseren Schalldämpfermantel eingeführt ist. Dieses
Rohr 17 weist den gleichen Durchmesser wie das Rohr 9 auf. An seiner Stirnseite
ist das Rohr 17 durch einen Boden 18 vollständig verschlossen.
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Die Kammerteilung innerhalb des äusseren Schalldämpfermantels 13 erfolgt
durch einen Führungsboden 19, der das Rohr 17 im äusseren Schalldämpfermantel 13
führt. Die Kammer 4 ist auf der Austrittsseite durch einen doppelt eingerollten
Boden 20 mit einem Strömungsrohr 21 verschlossen. Durch das Strömungsrohr 21 wird
ein Partialkurzschluss zur Kammer 6 hergestellt. Ein Teil der Auspuffgase gelangt
also durch dieses Strömungsrohr 21 direkt in die Kammer 6, während jedoch der grössere
Teil der Gase durch die Lochtraufen 22 im Rohr 17 von der Kammer 4 in die Ringkammer
5 gelangt. Die Ringkammer 5 ist gegenüber der Ringkammer 3, wie schon gesagt, durch
den Führungsboden 19 abgeschlossen, nach der anderen Seite hin durch den Aussenboden
23. Durch die Lochtraufe 24 zwischen Ring-
| kammer 5 und Kammer 6 tritt der umgeleitete Teil der |
| wieder |
| Auspuffgase in diese ein und vereinigt sich dort mit |
| dem direkt durch das Strömungsrohr 21 dort eingetrete- |
| nen Gasstrom. Aus der letzten Kammer 6 gelangt der Gas- |
strom in den Ausgangssutzen 25 und von dort in die hintere Auspuffleitung oder einen
sich direkt an den Auspuff anschliessenden kurzen Rohrkrümmer.
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Die gute und durch die Neuerung angestrebte Dämpfungswirkung wird
also durch eine gestaffelte Anordnung der einzelnen Kammern erreicht, wobei die
einzelnen Dämpfungskammern mit verschiedenen Durchmessern ausgestattet sind. Die
Dämpfungskammern grösseren Durchmessers 2,3 und 5 werden dabei vom äusseren Schalldämpfermantel
13 und den in diesen eingeschobenen Zwischenböden und dessen Endböden 12,15,19 und
23 gebildet. Die Einlaufkammer 1 mit geringerem Durchmesser wird durch das Rohr
9 gebildet.
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Die Kammern 4 und 6, ebenfalls mit geringerem Durchmesser, durch das
Rohr 17. Die Rohre 9 und 17 weisen jedoch einen grösseren Durchmesser als die Auspuffleitung
bzw. der Einlaßstutzen 7 und der Auslaßstutzen 25 auf. Insbesondere sei noch darauf
hingewiesen, dass das die Einlaufkammer 1 bildende Rohr 9 nur zu einem geringen
Teil seiner Länge in den äusseren Schalldämpfermantel 13 eingeführt ist.
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Die günstigsten Ergebnisse werden dann erzielt, wenn folgende Verhältniszahlen
zwischen den einzelnen Kammer-und Rohrdurchmessern beachtet werden. Die in den äusseren
Schalldämpfermantel 13 eingeschobenen Rohre 9 und 17 sollen einen etwa 1, 5- bis
2, 5-fach grösseren, vorzugsweise jedoch einen etwa 2-fach grösseren Durchmesser
als die Auspuffleitung bzw. Ein-und Auslaßstutzen aufweisen. Der äussere Schalldämpfermantel
13 soll einen mindestens 2,8-bis 4-fach grösseren Durchmesser als die Auspuffleitung
bzw. Ein-und Auslaßstutzen 7 und 25 aufweisen. Die Länge der dem Einlaßstutzen 7
zugeordneten Einlaufkammer 1 soll mindestens das 6-fache des Auspuffleitungs-bzw.
Einlassstutzendurchmessers betragen, während sie mit etwa 1/3 ihrer
Länge
in den äusseren Schalldämpfermantel 13 eingeführt sein soll. Ganz allgemein soll
der Schalldämpfer so aufgebaut sein, dass Kammern geringeren Durchmessers und grösserer
Länge und Kammern grösseren Durchmessers, jedoch geringerer Länge vorgesehen sind,
wobei also die Kammern geringeren Durchmessers, aber grösserer Länge durch die Rohre
9 und 17 gebildet werden und die Kammern grösseren Durchmessers, jedoch geringerer
Länge, durch den äusseren Schalldämpfermantel 13. Bei der dargestellten Ausführungsform
wären also erstere die Kammern 1,4 und 6, letztere die Kammern 2,3 und 5.
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Neuerungsgemäss ist es also möglich, in einfachster Weise, z. B.
einen Sechs-Kammerdämpfer herzustellen, der eine resonanzfreie Dämpfung des Auspuffschalles
ermöglicht. Dabei erlaubt insbesondere die Erweiterung der Auspuffleitungsrohre,
also des Einlaßstutzens 7 und des Auslaßstutzens 25 zu besonderen Dämpferkammern
1 bzw. 4 und 6 eine erhebliche Vergrösserung der Umfangsfläche dieser Rohre im Vergleich
zu den bisher bekannten Schalldämpfern. Die in diese vergrösserte Oberfläche eingebauten
Lochtraufen sind daher wesentlich wirkungsvoller. Dies ergibt sich daraus, weil
die Lochabstände auf der grösseren Oberfläche der Rohre bei gleichbleibender Stückzahl
im Verhältnis zu den bekannten engen Rohrquerschnitten von beispielsweise dem ein-bis
zweifachen Lochdurchmesser auf ein Vielfaches dieses Wertes vergrössert werden können.
Es ist also insbesondere auch im Sinne der Neuerung, dass die Lochmittenabstände
der Lochtraufen ein Vielfaches des einfachen bis doppelten Lochdurchmessers betragen.
Aus diesem Grunde können die Abgase ohne Wirbelbildung und gegenseitige Störung
die Lochtraufen durchströmen. Die aufgelockerte Verteilung der Schallpunkte infolge
der grösseren Abstände der Lochung ergibt weiterhin eine wesentliche stärkere Interferenzwirkung
der Schallwellen im Vergleich zu den bekannten Lochtraufen an engeren Rohrquerschnitten.
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Durch Verhinderung der bereits erwähnten Wirbelbildung sowie durch
die reichliche Dimensionierung der Lochtraufen ist es weiterhin möglich, die bei
den bekannten Dämpfern auftretenden häufigen knallartigen Austrittsgeräusche vollständig
zu vermeiden. Schliesslich ergeben sich ausserordentlich günstige Strömungsverhältnisse,
die, wie Messungen und Bremsversuche ergeben haben, sehr niedrige Gesamtverluste
der Auspuffanlage sogar bei Vollast ergeben und zwar in der Grössenordnung von etwa
1,8 bis 2, 3 %, bezogen auf die Leistung ohne Schalldämpfer. Die ausserordentlich
günstigen Geräuschwerte, diese liegen im Leerlauf unter 80 Phon, bei Vollast bis
zu 80 Phon, selbst für Motoren in der Grössenordnung bis zu 200 PS, wie Messungen
ergaben, können bereits bei einem Volumen des Schalldämpfers von etwa nur dem 3,5-
bis 5-fachen Hubvolumen erzielt werden.
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Gegebenenfalls kann der Einlaßstutzen 7 mit seinem Ende 26, wie in
Fig. 2 dargestellt, in die Kammer 1 hineinragen und dort mit einer Einlasstraufe
27 ausgestattet sein. Dadurch wird die Wirkung der neuerungsgemässen Schalldämpferanlage
verstärkt. Man wird diese Anordnung also dann wählen, wenn an die Dämpfung aussergewöhnlich
hohe Anforderungen gestellt werden.
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Um die Einbaumöglichkeiten zu verbessern, kann gegebenenfalls das
aus dem äusseren Schalldämpfermantel 13 herausragende Rohr 9 kleineren Durchmessers
exzentrisch in den äusseren Schalldämpfermantel 13 eingeführt sein.
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Dieselbe Möglichkeit besteht auch noch in gleicher Weise für den Einlaßstutzen
7 in die Kammer 1. In Fig. 3, die einen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 1
darstellt, ist die exzentrische Anordnung sowohl des Rohres 9 als auch des Einlaßstutzens
7 sichtbar. Auf diese Weise kann der Schalldämpfer den sehr engen Einbauverhältnissen,
wie sie in Motornähe bestehen, insbesondere dann, wenn noch das daneben liegende
Getriebe oder Teile des Brems-oder
Steuergestänges im Wege sind,
angepasst werden. Um den an sich mit einer exzentrischen Anordnung verbundenen Nachteil
der Verschiebung des Schwerpunktes aus der Schalldämpferachse zu vermeiden, werden
die übrigen Schalldämpferteile tunlichst so angeordnet, dass der Schwerpunkt, wenn
schon nicht genau in die Schalldämpferachse, so doch möglichst nahe an diese zu
liegen kommt. Bei den bekannten exzentrischen Ausführungsformen ergibt der weit
aus der Schalldämpferachse verschobene Schwerpunkt ein Drehmoment um die Achse der
Auspuffleitung. Der Auspufftopf wird also infolge seiner Schwere und der Schwingungen
durch die pulsierenden Gase immer das Bestreben haben, aus dem labilen Gleichgewicht
der Aufhängung sich in das stabile Gleichgewicht zu dreheh. Um dies zu verhindern,
wären ver-
| hältnismässig komplizierte Schalldämpferaufhängungen not- |
| wendig. Schon durch exzentrische Anordnung des Eingangs- |
| stutzens und zentrische Anordnung des Ausgangsstutzens |
und zwar in der Weise, dass der Schwerpunkt zwischen die beiden Achsen, die durch
Eingangs-und Ausgangsstutzen gegeben sind, zu liegen kommt, kann erreicht werden,
dass sich die gegenseitigen Drehmomente weitgehend aufheben und der Schalldämpfer
trotz exzentrischer Anordnung einzelner Teile, wie z. B. wie dargestellt des Rohres
9 und des Eingangsstutzens 7, trotzdem nicht das Bestreben zeigt, unter dem Linfluss
seines Gewichtes und äusserer Kräfte bzw. der pulsierenden Gasströme seine Lage
zu ändern.
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Zur Verringerung der Körperschalabstrahlung kann der äussere Schalldämpfermantel
13 mit Versteifungssicken in an sich bekannter Weise versehen sein, wie z. B. bei
28 und 29 angedeutet. Diese Versteifungssicken dienen gleichzeitig dazu, die Zwischen-bzw.
Stützböden für die eingeschobenen Rohre festzulegen und so die einzelnen Kammern
in besonders guter Weise gegen Durchtönerscheinungen abzusichern. Bekanntlich neigen
ja Schalldämpfer, bei denen
die Böden eingeschoben sind, im Fahrbetrieb
durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen und durch die mechanische Einwirkung
des pulsierenden Gasstromes dazu, zwischen den Kammern Patialkurzschlüsse zu bilden.
Durch das Einschieben der gezogenen Zwischenböden auf die Sicken wird eine besonders
gute Passung erzielt und die Erscheinung des akustischen Partialkurzschlusses zumindest
wesentlich herabgemindert, wenn nicht nahezu vollkommen ausgeschaltet. Der Boden
18 sowie der Boden 20 der Kammer 4 sind vorzugsweise durch Aufrollen bzw. Auffalzen
ohne jede weitere Verbindung mit dem Mantel 17 der Kammer 4 verbunden.