DE19949271A1

DE19949271A1 - Schalldämpfer für die Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19949271A1
Application number: DE1999149271
Authority: DE
Inventors: Olaf Andersen; Ulf Waag; Elke Bernhard; Gerhard Elfinger
Original assignee: Zeuna Starker GmbH and Co KG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: DE19949271B4

Abstract

Ein für die Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehener Schalldämpfer, dessen Schalldämpfung zumindest teilweise auf Absorption zurückgeht, umfaßt ein Gehäuse, ein Abgaseintrittsrohr und ein Abgasaustrittsrohr. Zumindest ein Teil der mit dem pulsierenden Abgasstrom in Kontakt tretenden Bauteile des Schalldämpfers ist dabei als metallische Hohlraumstruktur ausgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für die Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, ein Abgaseintrittsrohr und ein Abgasaustrittsrohr, wobei die Schalldämpfung zumindest teilweise auf Absorption zurückgeht.

Durch einen Verbrennungsmotor angetriebene Kraftfahr zeuge weisen bekanntlich mindestens einen Schalldämpfer auf, der dazu dient, den Schalldruckpegel des den Verbrennungsmotor verlassenden Abgasstroms zu reduzieren. Gemäß ihrem Wirkprinzip wird dabei zwischen Absorptionsschalldämpfern, welche mit Schallschluck stoff gefüllte Absorptionskammern aufweisen, und Reflexionsschalldämpfern unterschieden. Für eine breitbandige Schalldämpfung werden allerdings häufig auch kombinierte Schalldämpfer eingesetzt.

Die technische Weiterentwicklung moderner Fahrzeuge führt zu einer ständigen Verlängerung ihrer Lebens dauer. Das stellt auch neue Anforderungen an die Abgasanlagen. In herkömmlichen Schalldämpfern wird als Schallschluckstoff Mineralwolle eingesetzt. Mineral wolle ist im Vergleich zu anderen Werkstoffen relativ spröde. Durch die ständige Wechselbeanspruchung im Fahrzeugeinsatz, verursacht durch die pulsierenden Abgase und die mechanischen Beanspruchungen im Straßen verkehr, wird die Mineralwolle über einen längeren Zeitraum ausgetragen und die schalldämmenden Eigen schaften des Schalldämpfers lassen nach. Vor diesem Hintergrund ist man darum bemüht zu verhindern, daß dieser Schallschluckstoff durch das pulsierende Abgas aus dem Schalldämpfer nach und nach ausgetragen wird. Zu diesem Zweck werden die mit Schallschluckstoff gefüllten Absorptionskammern durch aus Lochblech bestehende Trennwände bzw. perforierte Rohre von den übrigen Funktionskammern des betreffenden Schall dämpfers abgegrenzt.

Dies hat jedoch Grenzen. Denn um das Austragen der Mineralwolle gänzlich zu vermeiden, müßten die Öffnungen so klein ausgeführt werden, daß die mit Mineralwolle gefüllten Kammern ihre Funktion verlieren würden.

Aus diesem Nachteil des Standes der Technik leitet sich die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung ab, die darin besteht, einen Schall dämpfer der eingangs genannten Art mit gleichbleibend guten schalldämpfenden Eigenschaften bereitzustellen, bei dem die Gefahr, daß Schluckstoff durch den pulsierenden Abgasstrom aus den Absorptionskammern ausgetragen wird, reduziert wird.

Gelöst wird diese Aufgabenstellung gemäß der vorliegen den Erfindung dadurch, daß zumindest ein Teil der mit dem pulsierenden Abgasstrom in Kontakt tretenden Bauteile des Schalldämpfers als metallische Hohlraum struktur ausgeführt ist. Hierunter ist zu verstehen, daß die betreffenden Bauteile jeweils ein aus metallischem Werkstoff gefertigtes Gebilde darstellen, das eine Vielzahl von in dem Gefüge eingeschlossenen, mit Luft und/oder Gas gefüllten Hohlräumen aufweist. Dies ist nicht zu verwechseln mit den durch die Schale bzw. Einbauten begrenzten Hohlräumen des Schall dämpfers, die als Funktionskammern, insbesondere als Reflexionskammern bzw. ganz oder teilweise mit Schallschluckstoff gefüllte Absorptionskammern vorgesehen sind. Die erfindungsgemäß vorgesehene metallische Hohlraumstruktur bewirkt dabei eine auf dem Prinzip der Schallabsorption beruhende Schalldämpfung. Sie kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise den bei herkömmlichen Schalldämpfern vorgesehenen Schallschluckstoff ersetzen, so daß überhaupt kein Schallschluckstoff in Form von Mineralwolle oder dergleichen mehr zum Einsatz kommt. In gleicher Weise kann die erfindungsgemäß vorgesehene metallische Hohlraumstruktur dazu vorgesehen sein, Schallschluckstoff in Form von Mineralwolle oder dgl. gegen Ausblasen geschützt einzukapseln. In beiden Fällen macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, daß metallische Hohlraumstrukturen geeignet sind, eine Schalldämpfung zu bewirken, zu verstärken bzw. zu dieser beizutragen.

Metallische Hohlraumstrukturen, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen, sind als solche nicht neu. Vielmehr zählt es bereits zum Stand der Technik, mittels einer pulvermetallurgischen Technologie Hohlkugeln aus Legierungen herzustellen, indem Kugeln aus einem geeigneten Trägermaterial (z. B. expandiertem Styrol) mit einer Suspension aus Metall pulver und einem Bindemittel beschichtet werden. Durch Wärmebehandlung werden anschließend der Binder und das Trägermaterial entfernt und das Metallpulver zu einer dichten Kugelschale gesintert. Diese metallischen Hohlkugeln werden dann mit verschiedenen Techniken zu einer Hohlkugelstruktur verbunden. In diesem Zusammen hang wird insbesondere verwiesen auf die folgenden Druckschriften: DE 32 10 770 A1, DE 37 24 156 A1, EP 0300543 B1, US 4917857 A1 und US 3781170 A1. Andere Herstellungsverfahren für die metallische Hohlraum struktur als die vorstehend erläuterte zweistufige Vorgehensweise lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls anwenden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Hohlräume der Hohlraumstruktur kugelförmig ausgeführt. Die Hohlraumstruktur ist somit durch eine Hohlkugelstruktur gebildet. Dies ist nicht nur unter statischen Gesichtspunkten vorteilhaft. Auch mit dem Schallabsorptionsvermögen in Zusammenhang stehende Aspekte wie Packungsdichte, Wandstärken und Aufbau der Zellenstruktur lassen diese Gestaltung der Hohlraumstruktur als günstig erscheinen.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Hohlraum struktur offenporig ausgeführt ist, indem die Hohlräume untereinander über Poren verbunden sind. Hierdurch läßt sich eine besonders günstige Schallabsorptionscharakte ristik erreichen.

Die Dimensionierung der Hohlräume der Hohlraumstruktur richtet sich insbesondere nach dem Anwendungszweck des jeweiligen Schalldämpfers, vor allem dem zu dämpfenden Frequenzspektrum. Auch richtet sich die Dimensionierung der Hohlräume danach, ob die metallische Hohlraum struktur als Füllstoff für eine Absorptionskammer vorgesehen ist oder aber als Einkapselung eines konventionellen Schallschluckstoffs. Für die meisten Anwendungen wird das Volumen der Hohlräume der Hohlraumstruktur zwischen 0,1 und 5000 mm³ betragen.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Hohlräume der Hohlraumstruktur unterschiedliche Dimensionen aufweisen. Dies begünstigt eine breitbandige Schall dämpfcharakteristik des erfindungsgemäßen Schall dämpfers. Die unterschiedlich dimensionierten Hohlräume können dabei innerhalb der Hohlraumstruktur geschichtet sein, beispielsweise indem die größer dimensionierten Hohlräume dichter an dem pulsierenden Abgasstrom ange ordnet sind als die kleiner dimensionierten Hohlräume. Eine derartige Schichtung der unterschiedlich dimen sionierten Hohlräume ist jedoch keineswegs zwingend. Vielmehr können im Rahmen der vorliegenden Erfindung die unterschiedlich dimensionierten Hohlräume innerhalb der Hohlraumstruktur auch im wesentlichen homogen durchmischt sein.

Weiter oben wurde bereits darauf hingewiesen, daß die metallische Hohlraumstruktur im Rahmen der vorliegenden Erfindung in unterschiedlicher Weise eingesetzt werden kann. So kann beispielsweise die metallische Hohlraum struktur den herkömmlicherweise vorgesehenen Schall schluckstoff ersetzen. In diesem Falle enthält minde stens eine Absorptionskammer des Schalldämpfers einen als metallische Hohlraumstruktur ausgeführten Füllkörper. Dieser kann dabei die betreffende Absorp tionskammer ganz oder nur teilweise ausfüllen. Ferner kommt in Betracht, mindestens ein abgasführendes Rohr des Schalldämpfers als metallische Hohlraumstruktur auszuführen. Über die ggf. vorgesehene Porösität (siehe oben) eines derartigen als metallische Hohlraumstruktur ausgeführten abgasführenden Rohres läßt sich jenes Rohr akustisch an eine dieses umgebende Kammer ankoppeln. Des weiteren kommt beispielsweise eine Auskleidung des Gehäuses des Schalldämpfers mit einer Lage aus einer metallischen Hohlraumstruktur in Betracht. Auf diese Weise läßt sich besonders wirkungsvoll die Schallab strahlung des Schalldämpfergehäuses reduzieren. Ferner können Trennwände, durch welche der Schalldämpfer in spezifische Funktionskammern unterteilt wird, als metallische Hohlkörperstruktur ausgeführt oder aber mit einer solchen beschichtet sein.

Claims

1. Schalldämpfer für die Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, ein Abgaseintrittsrohr und ein Abgasaustrittsrohr, wobei die Schalldämpfung zumindest teilweise auf Absorption zurückgeht, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der mit dem pulsierenden Abgasstrom in Kontakt tretenden Bauteile des Schalldämpfers als metallische Hohlraumstruktur ausgeführt ist.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Hohlraumstruktur kugelförmig ausgeführt sind.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumstruktur offenporig ist, indem die Hohlräume untereinander über Poren verbunden sind.

4. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Hohlraumstruktur ein Volumen zwischen 0,1 und 5000 mm³ aufweisen.

5. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Hohlraumstruktur unterschiedliche Dimensionen aufweisen.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlich dimensionierten Hohlräume innerhalb der Hohlraumstruktur geschichtet sind.

7. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlich dimensionierten Hohlräume innerhalb der Hohlraumstruktur im wesentlichen homogen durchmischt sind.

8. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Absorptionskammer des Schalldämpfers einen als metallische Hohlraumstruktur ausgeführten Füllkörper enthält.

9. Schalldämpfer nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper die betreffende Absorptionskammer nur teilweise ausfüllt.

10. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein abgasführendes Rohr des Schalldämpfers als metallische Hohlraumstruktur ausgeführt ist.

11. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Schalldämpfers zumindest teilweise mit einer Auskleidung in Form einer metallischen Hohlraumstruktur bestückt ist.

12. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumstruktur durch Sintern eines Metallpulvers hergestellt ist.