DE19729666A1 - Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik - Google Patents
Schalldämpfer mit variabler DämpfungscharakteristikInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Schalldämpfer mit variabler
Dämpfungscharakteristik für pulsierende Gase gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE-U-89 08 244 ist ein Abgasschalldämpfer mit mehr
als einem Ausgangsrohr bekannt. Eines der Ausgangsrohre kann
mittels eines Ventils geöffnet und geschlossen werden. Das
Wellrohr befindet sich im Inneren des Schalldämpfergehäuses.
Das Innere des Wellrohrs steht über eine Druckleitung mit
dem Eingangsrohr des Schalldämpfers in Verbindung. Steigt
bei zunehmender Motordrehzahl der Druck im Eingangsrohr des
Schalldämpfers, so wird das Wellrohr länger. Um diese
Verlängerung zur Öffnung des Ventils verwenden zu können,
ist eine relativ umständliche Mechanik erforderlich. Hinzu
kommt, daß der Differenzdruck zwischen dem Eingangsrohr des
Schalldämpfers und dem Inneren des Schalldämpfergehäuses
relativ gering ist, so daß Wellrohre mit großem Querschnitt
verwendet werden müssen, um die erforderlichen Kräfte
erzeugen zu können.
Nachteilig ist außerdem, daß das Verschließen eines
Endrohrs, wie es in der DE-U-89 08 244 offenbart ist, das
Entstehen von hochfrequentem Rauschen zur Folge hat,
hervorgerufen durch die erhöhte Gasgeschwindigkeit in dem
nicht verschlossenen Endrohr. Solche Konstruktionen werden
vom Fachmann daher einhellig abgelehnt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik der
eingangs genannten Art anzugeben, der extrem einfach und
betriebssicher ist und eine optimale Akustik besitzt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalldämpfer mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
in der minimalen Anzahl bewegter Teile. Die Betätigungskraft
ist maximal, da die gesamte Druckdifferenz zwischen dem
Gehäuse und der Atmosphäre ausgenutzt wird. Komplizierte
Umlenkungen entfallen, da das Wellrohr sich bei steigendem
Gehäuseinnendruck verkürzt.
Wellrohre sind in allen gewünschten Abmessungen und mit
jeder benötigten Qualität handelsüblich; sie halten die
Temperaturen, die in Abgas-Schalldämpfern auftreten, ohne
weiteres aus. Dank der hohen Betätigungskräfte genügen
Wellrohre mit kleinem Querschnitt.
Vorzugsweise ist die Quelle verringerten Drucks die freie
Atmosphäre. Diese steht jederzeit zur Verfügung. Alternativ
kommt als Quelle auch der Ansaugtrakt des Motors in
Betracht, dessen Druck unter dem Atmosphärendruck liegt.
Vorteilhafterweise ist das feste Ende des Wellrohrs in eine
Öffnung des Gehäuses eingesetzt. Auf diese Weise entfällt
ein besonderes Druckrohr zur Atmosphäre.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung stützt
ein innenliegendes Stützrohr das Wellrohr.
Alternativ kann auch ein außenliegendes Stützrohr verwendet
werden, um das Wellrohr zu stützen und zu schützen.
In beiden Fällen besteht dank des Stützrohrs die
Möglichkeit, lange und/oder weiche Wellrohre einzusetzen, um
auch große Ventilhübe realisieren zu können.
Die Form des Ventiltellers läßt sich in weiten Grenzen
variieren. Zum Beispiel läßt sich so die Gasströmung in
bestimmte Bahnen lenken. Insbesondere besteht jedoch die
Möglichkeit, die Abhängigkeit zwischen Hub und
Spaltquerschnitt zu beeinflussen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich
zwischen Wellrohr und Ventilteller ein Führungsrohr und
zwischen Stützrohr und Führungsrohr ein Drahtkissen, welches
als Schiebelager dient. Auch diese Maßnahme dient der
Erhöhung der mechanischen Festigkeit.
Vorzugsweise verschließt ein napfförmiger Boden das fixe
Ende des Wellrohrs, wobei der Boden eine Öffnung besitzt,
über die die Verbindung des Wellrohr-Innenraums zur
Atmosphäre hergestellt wird.
Wie schon erwähnt, eignen sich zur Realisierung großer
Ventilhübe lange und/oder weiche Wellrohre. Falls dabei die
Notwendigkeit besteht, die Federkonstante des Wellrohrs zu
erhöhen, kann eine zusätzliche Feder verwendet werden, je
nach gewünschter Federcharakteristik eine zylindrische
Schraubenfeder, eine Kegelfeder usw.
Vorzugsweise befindet sich die Feder zwischen innenliegendem
Stützrohr und Ventilteller.
Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Feder auch
zwischen dem fixen und dem beweglichen Ende des Wellrohrs zu
Positionieren.
Schließlich besteht die Möglichkeit, mit einem Wellrohr mehr
als einen Ventilteller zu bewegen bzw. mehrere Wellrohre
einzusetzen, vorzugsweise mit unterschiedlicher
Ansprechcharakteristik, um so eine mehrstufige Veränderung
der Akustik zu realisieren.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 rein schematisch einen Längsschnitt durch einen
Abgas-Schalldämpfer bei geringem Massenstrom,
Fig. 2 den Schalldämpfer der Fig. 1 bei hohem Massenstrom,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
des Wellrohrs,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform
des Wellrohrs und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform
eines Wellrohrs.
Fig. 1 zeigt rein schematisch einen Längsschnitt durch einen
Abgas-Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren. Ein
Gaszuleitungsrohr 1 mündet in ein Schalldämpfergehäuse 2, in
dem beispielhaft drei Schalldämpferrohre 3.1, 3.2, 3.3
integriert sind. Ein Gasableitungsrohr 7 führt das Gas aus
dem Gehäuse 2 heraus.
Das Ende des mit dem Gaszuleitungsrohr 1 verbundenen Rohrs
3.1 ist mittels eines Ventiltellers 5 verschließbar. Die
Betätigung des Ventiltellers 5 erfolgt mit Hilfe eines
Wellrohrs 10, dessen bewegliches Ende gasdicht verschlossen
ist und den Ventilteller 5 trägt. Das fixe Ende des
Wellrohrs 10 ist gasdicht in eine Öffnung des
Schalldämpfergehäuses 2 eingesetzt, so daß das Innere des
Wellrohrs 10 über eine Öffnung 26 direkte Verbindung zur
Atmosphäre hat. So kann ein gesondertes Druckrohr vom
Wellrohr 10 zur Atmosphäre entfallen.
Das Innere des Gehäuses 2 ist durch zwei Zwischenwände 22,
24 in drei Kammern 21, 23, 25 unterteilt. Beide
Zwischenwände 22, 24 sind perforiert. Alle drei Kammern 21,
23, 25 sind als Expansionskammern dimensioniert. Ein
Abgasrohr 3.2 mit reduziertem Querschnitt durchdringt
parallel zu dem mittels Ventilteller 5 verschließbaren Rohr
3.1 die Zwischenwände 22, 24.
Ist wie in der Fig. 1 dargestellt das Rohr 3.1 durch den
Ventilteller 5 verschlossen, weil die Druckdifferenz
zwischen Gehäuse 2 und Atmosphäre klein ist, strömt das
Abgas durch eine Perforation 3.5 in die Expansionskammer 21,
um dann in das Rohr 3.3 einzutreten und über das Endrohr 7
das Schalldämpfergehäuse 2 zu verlassen.
Ist wie in Fig. 2 dargestellt der Ventilteller 5 geöffnet,
weil die Druckdifferenz zwischen Gehäuse 2 und Atmosphäre
groß ist, strömt das Abgas über das Rohr 3.1 in die dritte
Kammer 25, durch das Rohr 3.2 in die erste Kammer 21 und
verläßt das Schalldämpfergehäuse 2 wieder über das Rohr 3.3
und das Endrohr 7.
Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform. Eingesetzt in eine Öffnung
des Schalldämpfergehäuses 2 erkennt man das Wellrohr 10,
dessen fixes Ende gasdicht auf ein innenliegendes Stützrohr
32.1 mit napfförmigem Boden 31.1 aufgeschweißt ist. Im Boden
31.1 sitzt die Öffnung 26 zur Atmosphäre.
Ein äußeres Schutzrohr 33 schützt das Wellrohr 10 gegen
Beschädigungen.
Auf das bewegliche Ende des Wellrohrs 10 ist ein
Führungsrohr 29.1 aufgesetzt. Ein Verschlußdeckel 5.1
verschließt das freie Ende des Führungsrohrs 29.1 gasdicht.
Auf das Ende des innenliegenden Führungsrohrs 32.1 ist ein
Drahtkissen 30 oder ein ähnlich wirkendes Element als
Schiebelager für das Führungsrohr 29.1 aufgelegt. Zwischen
dem innenliegenden Schutzrohr 32.1 und dem Verschlußdeckel
5.1 erkennt man eine Kegelfeder 28.1, mit deren Hilfe die
Federkonstante des Wellrohrs 10 verändert werden kann.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hier ist ein
außenliegendes Stützrohr 33.2 vorgesehen, welches
gleichzeitig die Funktion des Schutzrohrs erfüllt. Das
Drahtkissen 30 ist mit dem Wellrohr 10 bzw. dem Führungsrohr
29.2 verbunden. Das freie Ende des Führungsrohrs 29.2 ist
durch einen flachen Deckel 5.2 verschlossen.
Eine zylindrische Schraubenfeder 28.2 zur Veränderung der
Federkonstanten des Wellrohrs 10 ist zwischen dem
napfförmigen Boden 31.2 und dem Drahtkissen 30 bzw. dem
beweglichen Ende des Wellrohrs 10 positioniert.
Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Dieses
entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4,
wobei jedoch das freie Ende des Führungsrohrs 29.3 durch
einen topfförmigen Deckel 5.3 verschlossen ist.
Die in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3, 4 und 5
dargestellten Deckel 5.1, 5.2, 5.3 können ohne weiteres als
Ventilteller 5 verwendet werden. Andere Ventilteller 5 sind
ebenfalls verwendbar.
Es versteht sich, daß in einem Schalldämpfergehäuse nicht
nur ein einziges Schalldämpferrohr mittels Ventilteller und
Wellrohr geöffnet und verschlossen werden kann, sondern daß
mit mehreren Ventiltellern und Wellrohren auch mehrere
Schalldämpferrohre geöffnet und geschlossen werden können.
Dabei empfiehlt es sich, zwecks Erreichung einer
mehrstufigen akustischen Anpassung die Wellrohre mit
unterschiedlichen Ansprechcharakteristiken auszuführen.
Claims (12)
1. Schalldämpfer mit variabler Dämpfungscharakteristik für
pulsierende Gase, umfassend
- - ein Gehäuse (2),
- - ein Gaszuleitungsrohr (1) in das Gehäuse (2),
- - darin integrierte Rohre (3.1, 3.2, 3.3, 3.4),
- - wenigstens einen Ventilteller (5) zum Öffnen und Schließen wenigstens eines der Rohre (3.1 . . . 3.4),
- - wenigstens ein Betätigungsorgan in Form eines Wellrohrs (10) im Gehäuse (2)
- - das feste Ende des Wellrohrs (10) ist am Gehäuse (2) befestigt,
- - das bewegliche Ende des Wellrohrs (10) bewegt den Ventilteller (5),
- - und ein Gasableitungsrohr (7) aus dem Gehäuse (2), gekennzeichnet durch die Merkmale:
- - das Innere des Wellrohrs (10) hat Verbindung zu einer Quelle verringerten Drucks,
- - der Ventilteller (5) verschließt im Ruhezustand das Gaszuleitungsrohr (1) bzw. eines der mit diesem verbundenen integrierten Rohre (3.1).
2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das
Merkmal:
- - die Quelle verringerten Drucks ist die Atmosphäre.
3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch das Merkmal:
- - das feste Ende des Wellrohrs (10) ist direkt in eine Öffnung des Gehäuses (2) eingesetzt.
4. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet
durch das Merkmal:
- - ein innenliegendes Stützrohr (32.1) stützt das Wellrohr (10).
5. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet
durch das Merkmal:
- - ein außenliegendes Stützrohr (32.2) stützt und schützt das Wellrohr (10).
6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - der Ventilteller (5) ist als Strömungslenkungselement geformt.
7. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
- - zwischen Wellrohr (10) und Ventilteller (5) befindet sich ein Führungsrohr (29.1, 29.2, 29.3),
- - zwischen Stützrohr (31.1, 32.2) und Führungsrohr (29.1, 29.2, 29.3) befindet sich ein Drahtkissen (30) als Schiebelager.
8. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
- - ein napfförmiger Boden (31.1, 31.2) verschließt das fixe Ende des Wellrohrs (10),
- - der Boden (31.1, 31.2) besitzt eine Öffnung (26).
9. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - eine Feder (28.1, 28.2) erhöht die Federkonstante des Wellrohrs (10).
10. Schalldämpfer nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das
Merkmal:
- - die Feder (28.1) ist zwischen innenliegendem Stützrohr (32.1) und Ventilteller (5.1) positioniert.
11. Schalldämpfer nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das
Merkmal:
- - die Feder (28.2) ist zwischen dem fixen und dem beweglichen Ende des Wellrohrs (10) positioniert.
12. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
- - es sind mehrere Ventilteller (5) und Wellrohre (10) vorgesehen,
- - die Wellrohre (10) besitzen unterschiedliche Ansprechcharakteristiken,
- - die Ventilteller (5) verschließen unterschiedliche Rohre (3.1, 3.2, 3.3, 3.4).
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