DE19608273A1 - Kombinierter Reflexions-Absorptions-Abgas-Schalldämpfer in Mehrkammerbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kombinierten Reflexions-Absorp­ tions-Abgas-Schalldämpfer in Mehrkammerbauweise, insbeson­ dere für schwere Nutzfahrzeuge, mit einer Reflexionskammer und einer Absorptionskammer.

Bei Abgas-Schalldämpfern wird grundsätzlich unterschieden zwischen Reflexionsdämpfern und Absorptionsdämpfern. Beide Bauprinzipien können auch zu einem Schalldämpfer kombiniert werden.

Reflexionsschalldämpfer bewirken sowohl eine Reflexion der Schallwellen zur Schallquelle als auch eine Vervielfachung von Schallpunkten (z. B. durch Loch- oder Schlitztraufen), die eine Verbesserung durch Interferenz bewirken.

Die Dämpfung ist um so wirksamer, je zahlreicher die Refle­ xionsstellen sind. Im Prinzip besteht ein Reflexionsschall­ dämpfer aus Kammern, die durch Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Reflexionsdämpfer haben besonders im tief­ frequenten Bereich eine hohe Wirksamkeit. Bewährt haben sich hauptsächlich sogenannte Dreiwege-Dämpfer mit einer Vielzahl von Varianten. In der Regel sind zwei bis sieben akustische Glieder (z. B. Querschnittssprünge, Umlenkungen, Reihen- und Abzweigresonanten und eingebaute Zwischenrohre) vorhanden. Die Lage des Schalldämpfers in der Leitung bestimmt wesent­ lich die Güte der Dämpfung. Liegt der Reflexionsdämpfer am Ende der Leitung, ist die Länge des anschließenden Endrohres für die Gesamtdämpfung wichtig. Da der Außenmantel direkt mit dem Abgas in Berührung kommt, können sehr hohe Oberflä­ chentemperaturen entstehen - insbesondere, weil Schalldämp­ fer zur Herabsetzung des Luftwiderstandes immer häufiger in die Unterbodengruppe integriert werden. Zur Verminderung der Wärmeabgabe an die Unterbodengruppe kann der Außenmantel dop­ pelwandig und mit einer Isolationsschicht (z. B. aus Mineral- oder Keramikfasern) ausgeführt werden.

Absorptionsschalldämpfer bestehen im Prinzip aus einer perfo­ rierten Rohrleitung, durch die das Abgas geleitet wird und die von einer mit Schallschluckstoff ausgekleideten Kammer umgeben ist. Die Schallwellen dringen über die Rundloch-, Schlitzloch- oder Schlitzbrückenperforation des abgasführen­ den Innenrohres in den Schallschluckstoff. Durch Reibung im Absorptionsstoff wird die Schallenergie in Wärme umgewan­ delt. Die Wirkung eines Absorptionsdämpfers hängt u. a. von der Geometrie der Perforation, vom Schallabsorptionsgrad und von der Stopfdichte des verwendeten Schluckstoffes ab. Ab­ sorptionsschalldämpfer bewirken eine breitbandige Dämpfung und verursachen in der Regel einen geringeren Druckverlust als vergleichbare Reflexionsschalldämpfer. Der Schallschluck­ stoff muß gegen thermische und chemische Einwirkungen bestän­ dig sein, aber auch resistent gegen hochfrequente Abgasdruck­ pulsation und mechanische Vibration. Als Schallschluckstoff wird Mineral- bzw. Metallwolle oder eine Kombination von bei­ den eingesetzt. In der Regel wird Basaltwolle verwendet, ge­ legentlich in Kombination mit Edelstahlwolle.

Zur akustischen Feinabstimmung können z. B. Lochtraufen oder Venturidüsen vorgesehen sein. Letztgenannte Venturidüsen wer­ den gegen tieffrequente Schallanteile eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kombinierten Absorptions-Reflexions-Abgas-Schalldämpfer der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, welcher einfach aufgebaut ist und insbesondere als 78 dB-Dämpfer für schwere Nutzfahrzeuge mit einer 6- und 8-Zylinder-Motorisierung geeignet ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Schalldämpfer der im Patentanspruch 1 angegebenen Art.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Schalldämpfer durch die Merkmale nach den Ansprüchen 2 bis 18.

Das Wesen der Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Schall­ dämpfer darin zu sehen, daß ein im wesentlichen T-förmiges Abgas-Eintrittsrohr mit einem mantelseitigen Abgas-Einlaß und einer T-förmigen Abgas-Aufzweigung vorgesehen ist, deren eines Ende in der Absorptionskammer und deren anderes Ende in der Reflexionskammer liegt, wobei die stirnseitigen Enden der T-förmigen Abgas-Aufzweigung geschlossen und mantelseiti­ ge Ausströmöffnungen sowohl auf der Absorptionskammerseite als auch auf der Reflexionskammerseite ausgebildet sind.

Bevorzugt sind die der Absorptionskammer zugeordneten ersten mantelseitigen Austrittsöffnungen kleiner als die der Refle­ xionskammer zugeordneten zweiten mantelseitigen Austrittsöff­ nungen.

Die ersten und zweiten mantelseitigen Austrittsöffnungen können auf der dem Abgas-Einlaß vorzugsweise abgewandten Mantelseite der Abgas-Abzweigung ausgebildet sein.

Ein besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kenn­ zeichnet sich dadurch, daß ein Abgas-Austrittsrohr vorgese­ hen ist, dessen Einlaß in der Reflexionskammer angeordnet ist und sich zumindest teilweise durch die Absorptionskammer erstreckt, wobei das Abgas-Austrittsrohr im der Absorptions­ kammer zugeordneten Mantelabschnitt weitere Ausströmöffnun­ gen enthält.

Der Einlaß des Abgas-Austrittsrohrs ist zweckmäßigerweise mit einer Venturidüse bzw. Ausströmdüse versehen.

Insbesondere umfaßt der der Absorptionskammer zugeordnete Abschnitt des Abgas-Austrittsrohrs einen um ca. 180° geboge­ nen Rohrbereich, welcher die weiteren Abgas-Ausströmöffnun­ gen enthält.

Der Schalldämpfer ist bevorzugt als ein 2-Kammer-Topf mit einem einzigen Außenmantel und einem radialen Zwischenboden ausgebildet, welcher den Innenraum des Schalldämpfers in die Absorptionskammer und die Reflexionskammer unterteilt, wobei auf der Reflexionskammerseite am Außenmantel und am stirnsei­ tigen Außenboden eine Randabsorption integriert ist.

Die Randabsorption des stirnseitigen Außenbodens ist insbe­ sondere in Form einer Paketanordnung in Sandwichbauweise aus­ geführt, bestehend aus einem perforierten Innenboden, einem Edelstahlwolle-Formstück, einem Körperschallboden, einer Iso­ liermatte in zwei Lagen und einem topfartigen Außenboden­ teil.

Die Randabsorption des Außenmantels des Schalldämpfers ist bevorzugt ein auf der Reflexionskammer-Innenseite des Außen­ mantels angeordneter perforierter Innenkäfig mit einer zwi­ schengeordneten Isoliermatte, die nicht nur für eine gute Körperschalldämmung, sondern auch für ein gute thermische Isolation des Außenmantels sorgt.

Bevorzugt ist ein Abgas-Eintrittsrohr mit einem Eingang vorgesehen, welcher sich durch den Außenmantel des Schall­ dämpfers erstreckt, und zwar insbesondere auf der Seite der Absorptionskammer.

Das Abgas-Austrittsrohr besitzt insbesondere einen Auslaß, welcher sich ebenfalls durch den Außenmantel des Schall­ dämpfers erstreckt, jedoch insbesondere auf der Seite der Reflexionskammer.

Abgas-Eintrittsrohr und Abgas-Austrittsrohr sind insbeson­ dere zumindest teilweise Blechformteile, welche aus Halb­ schalen zusammengesetzt und miteinander verschweißt sein können.

Der der Absorptionskammer zugeordnete Bereich des Abgas -Aus­ trittsrohres kann zumindest teilweise mit einer Lage aus Edelstahlwolle umwickelt sein.

Bevorzugt mündet in die Reflexionskammer ein Abluftröhrchen ein.

Im Ergebnis wird durch die Erfindung ein kombinierter Refle­ xions-/Absorptions-Schalldämpfer mit schalldämpfenden Elemen­ ten geschaffen, der eine hohe Dämpfung im Hinblick auf Mün­ dungsschall und Körperschall bei einem niedrigen Gegen­ druck-Niveau besitzt. Das Schalldämpfersystem eignet sich beson­ ders für schwere Nutzfahrzeuge. Der 2-Kammer-Dämpfer besitzt eine integrierte Randabsorption am Außenmantel und am stirn­ seitigen Außenboden auf der Reflexionskammerseite. Der Schalldämpfer-Eintritt erfolgt über eine T-förmige Ausströ­ mung des inneren Eintrittsrohrs, welches über eine Perfora­ tion an die Absorptionskammer und über eine Ausströmbrause an die Reflexionskammer gekoppelt ist. Der Schalldämpferaus­ tritt erfolgt über eine Ausströmdüse aus der Reflexionskam­ mer, wobei durch eine Perforation eine Kopplung an die Ab­ sorptionskammer vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, deren einzige Figur einen schematischen Axial­ schnitt durch einen kombinierten Reflexions-/Absorptions-Schall­ dämpfer einer Abgasanlage eines schweren Nutzfahrzeu­ ges zeigt.

Der dargestellte kombinierte Reflexions-Absorptions-Abgas-Schall­ dämpfer 20 ist in Mehrkammerbauweise als sogenannter 2-Kammer-Topf ausgeführt. Er besitzt einen einzigen im Quer­ schnitt im wesentlichen ovalen bis rechteckigen Außenmantel 16, wobei ein radialer Zwischenboden 17 vorgesehen ist, der den Innenraum des Schalldämpfers 20 in eine gemäß Zeichnung rechte Reflexionskammer 1 und eine gemäß Zeichnung linke Ab­ sorptionskammer 2 unterteilt. Letztgenannte Absorptionskam­ mer 2 ist - abgesehen vom Innenraum der noch zu beschreiben­ den abgasführenden dortigen Rohre - mit einem Schallschluck­ stoff 21 ausgefüllt.

Beide End- oder Außenböden sowie der hierzu paralle radiale Zwischenboden 17 des 2-Kammer-Topfes sind im wesentlichen plan.

Sowohl der Abgas-Eingang als auch der Abgas-Auslaß erstrecken sich durch den Außenmantel 16. Der Abgas-Eingang liegt hierbei auf der Seite der Absorptionskammer 2, während der Abgas-Auslaß auf der Seite der Reflexionskammer 1 gelegen ist.

Im einzelnen besitzt der Schalldämpfer 20 auf der Abgas-Ein­ trittsseite ein ein- oder mehrteiliges im wesentlichen T-förmiges Abgas-Eintrittsrohr 4 mit einem mantelseitigen Abgas-Einlaß und einer T-förmigen Abgas-Aufzweigung, deren eines Ende in der Absorptionskammer 2 und deren anderes Ende in der Reflexionskammer 1 angeordnet ist. Die stirnseitigen Enden der T-förmigen Abgas-Aufzweigung sind geschlossen, und es besitzt der geradlinige in Axialrichtung des Schalldämp­ fers sich erstreckende Teil der Abgas-Aufzweigung mantelsei­ tige Ausströmöffnungen 5, 6 sowohl auf der Absorptionskam­ merseite als auch auf der Reflexionskammerseite.

Die ersten mantelseitigen Ausströmöffnungen 5 auf der Absorp­ tionskammerseite besitzen einen kleineren Durchmesser als die zweiten mantelseitigen Ausströmöffnungen 6 auf der Re­ flexionskammerseite.

Auf der Austrittsseite besitzt der Schalldämpfer 20 ein ein- oder mehrteiliges Abgas-Austrittsrohr 15 mit einer eingangs­ seitigen Venturidüse 7 parallel zum geradlinigen die Aus­ strömöffnungen 5, 6 enthaltenden Teil der T-förmigen Ab­ gas-Aufzweigung des Abgas-Eintrittsrohrs 4.

Die Venturidüse 7 hat ihren Einlaß auf der Reflexionskammer­ seite, erstreckt sich in konischer Erweiterung durch die Wand des radialen Zwischenbodens 17 in die Absorptionskammer 2 und geht dort in einen 180°-Bogenabschnitt des Abgas-Aus­ trittsrohres 15 über.

In dem in der Absorptionskammer 2 gelegenen 180°-Bogenab­ schnitt befinden sich weitere mantelseitige Ausströmöffnun­ gen 8 etwa in der Größe der ersten Ausströmöffnungen 5, wobei der 180°-Bogenabschnitt in der Absorptionskammer 2 zumindest im Bereich der weiteren Ausströmöffnungen 8 mit einer Lage aus Edelstahlwolle umwickelt ist.

Die weiteren mantelseitigen Ausströmöffnungen 8 sind grup­ penweise längs eines radialen Durchströmungsquerschnittes, also gemäß Zeichnung in Draufsicht im wesentlichen sternför­ mig angeordnet.

In jeder Einzelgruppe eines Durchströmungsquerschnittes be­ findet sich die gleiche Anzahl an Öffnungen 8.

Letztgenannte Anzahl an Öffnungen 8 enthält insbesondere auch jeder Durchströmungsquerschnitt der T-förmigen Ab­ gas-Aufzweigung im Bereich gleich dimensionierter Öffnungen 5, wobei der Rohrdurchmesser der T-förmigen Abgas-Aufzweigung vorzugsweise den gleichen Rohrdurchmesser wie der 180°-Bogen­ abschnitt aufweist.

Nach dem 180°-Bogenabschnitt erstreckt sich das Abgas-Aus­ trittsrohr 15 parallel zur Venturidüse 7 wieder in die Refle­ xionskammer 1 zurück und endigt schließlich nach einer Krüm­ mung am Außenmantel bzw. außerhalb des Außenmantels 16 für einen hier nicht interessierenden Anschluß an ein Endrohr der Abgasanlage.

Auf der Seite der Reflexionskammer 1 ist am gemäß Zeichnung rechten stirnseitigen Außenboden 18 des Schalldämpfers 20 sowie am Außenmantel 16 eine Randabsorption zur Körper­ schalldämmung und thermischen Isolation vorgesehen.

Die Randabsorption am stirnseitigen Außenboden 18 ist insbe­ sondere in Form einer Paketanordnung in Sandwichbauweise realisiert, wobei das Paket aus einem perforierten Innenbo­ den 9, einem Edelstahlwolle-Formstück 10, einem Körperschall­ boden 19, einer Isoliermatte in zwei Lagen 11, 12 und einem topfartigen Außenbodenteil 13 besteht.

Die Randabsorption am Außenmantel 16 wird durch einen perfo­ rierten Innenkäfig 14 erzielt, der konzentrisch zum Außen­ mantel auf der Reflexionskammer-Innenseite des Außenmantels 16 mit Abstand angeordnet ist, wobei im Zwischenraum eine Isoliermatte 3 vorgesehen ist.

Abgas-Eintrittsrohr 4 und das Abgas-Austrittsrohr 15 sind zumindest teilweise als Blechformteile ausgebildet, wobei die Blechformteile Halbschalen sind, die zusammengesetzt und miteinander verschweißt sind.

In die Reflexionskammer 1 mündet ein (nicht veranschaulich­ tes) Abluftröhrchen ein.

Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämtli­ che in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfinde­ rischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (16)

1. Kombinierter Reflexions-Absorptions-Abgas-Schalldämpfer (20) in Mehrkammerbauweise, insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge, mit einer Reflexionskammer (1) und einer Absorptionskammer (2), gekennzeichnet durch ein im wesentlichen T-förmiges Abgas-Eintrittsrohr (4) mit einem mantelseitigen Abgas-Einlaß und einer T-förmi­ gen Abgas-Aufzweigung, deren eines Ende in der Absorp­ tionskammer (2) und deren anderes Ende in der Reflexions­ kammer (1) angeordnet ist, wobei die stirnseitigen Enden der T-förmigen Abgas-Aufzweigung geschlossen und mantel­ seitige Ausströmöffnungen (5, 6) in der Abgas-Aufzwei­ gung sowohl auf der Absorptionskammerseite als auch auf der Reflexionskammerseite ausgebildet sind.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Absorptionskammer (2) zugeordneten ersten mantelseitigen Ausströmöffnungen (5) kleiner als die der Reflexionskammer (1) zugeordneten zweiten mantelseitigen Ausströmöffnungen (6) sind.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten mantelseitigen Ausström­ öffnungen (5, 6) auf der dem Abgas-Einlaß vorzugs­ weise abgewandten Mantelseite der Abgas-Abzweigung angeordnet sind.

4. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgas-Austrittsrohr (15) vorgesehen ist, dessen Einlaß in der Reflexionskammer (1) angeordnet ist und sich zumindest teilweise durch die Absorptionskammer (2) erstreckt, wobei das Abgas-Austrittsrohr (15) im der Ab­ sorptionskammer (2) zugeordneten Mantelabschnitt weitere Ausströmöffnungen (8) aufweist.

5. Schalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Abgas-Austrittsrohrs mit einer Ventu­ ridüse (7) versehen ist.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Abgas-Austrittsrohrs (15) auf der Seite der Reflexionskammer (1) liegt.

7. Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der der Absorptionskammer (2) zugeordnete Abschnitt des Abgas-Austrittsrohrs (15) einen um ca. 180° geboge­ nen Rohrbereich umfaßt, welcher die weiteren Abgas-Aus­ strömöffnungen (8) enthält.

8. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen 2-Kammer-Topf mit einem einzigen Außenmantel (16) und einem radialen Zwischenboden (17), welcher den In­ nenraum des Schalldämpfers (20) in die Absorptionskammer (2) und die Reflexionskammer (1) unterteilt, wobei auf der Reflexionskammerseite am Außenmantel (16) und am stirnseitigen Außenboden (18) eine Randabsorption integriert ausgebildet ist.

9. Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der stirnseitige Außenboden (18) eine Paketanordnung in Sandwichbauweise ist, bestehend aus einem perforier­ ten Innenboden (9), einem Edelstahlwolle-Formstück (10), einem Körperschallboden (19), einer Isoliermatte in zwei Lagen (11, 12) und einem topfartigen Außenbodenteil (13).

10. Schalldämpfer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Reflexionskammer-Innenseite des Außenmantels (16) ein perforierter Innenkäfig (14) mit einer zwischen­ geordneten Isoliermatte (3) zur Körperschalldämmung und thermischen Isolation des Außenmantels (16) vorgesehen ist.

11. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentliche T-förmige Abgas-Eintrittsrohr (4) einen außenmantelseitigen Abgas-Eingang aufweist.

12. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas-Austrittsrohr (15) einen außenmantel­ seitigen Abgas-Auslaß aufweist.

13. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas-Eintrittsrohr (4) und das Abgas-Austritts­ rohr (15) zumindest teilweise Blechformteile sind.

14. Schalldämpfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechformteile aus Halbschalen zusammengesetzt und verschweißt sind.

15. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der der Absorptionskammer (2) zugeordnete Bereich des Abgas-Austrittsrohres (15) zumindest teilweise mit einer Lage aus Edelstahlwolle umwickelt ist.

16. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in die Reflexionskammer (1) ein Abluftröhrchen einmündet.