DE202007003805U1

DE202007003805U1 - Körperschall-Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE202007003805U1
Application number: DE200720003805
Authority: DE
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2017-03-15

Abstract

Körperschall-Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg (1) mit Anschlussstücken zum Einsetzen in eine Kraftfahrzeug-Abgasleitung, sowie mindestens ein am Metallbalg (1) angebrachtes schwingungsbeeinflussendes Element (2, 3, 4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalg (1) mehrlagig ausgebildet ist, wobei mindestens eine Lage (6) des Metallbalgs (1) mit mindestens einer Durchbrechung (7, 8) versehen ist und das schwingungsbeeinflussende Element bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Körperschall-Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg mit Anschlussstücken zum Einsetzen in eine Kfz-Abgasleitung, sowie mindestens ein am Metallbalg angebrachtes schwingungsbeeinflussendes Element.
Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen enthalten in der Regel ein Leitungselement zum Abkoppeln von Motorschwingungen, die sich durch die periodisch bewegten Massen sowie durch Lastwechselreaktionen ergeben, zum Abkoppeln von Schwingungen, die durch Schlechtweganregungen im Fahrbetrieb auftreten, und zum Aufnehmen von Wärmedehnungen. Die hier auftretenden, relativ niederfrequenten Schwingungen, typischerweise unter 200 Hz, werden vom Leitungselement aufgenommen und daran gehindert, in die weiterführenden Teile der Abgasanlage eingeleitet zu werden, wo sie zu Beschädigungen sowie zu Brummgeräuschen im Inneren des Kraftfahrzeugs führen würden. In der DE 295 03 927 U1 ist ein solches Leitungselement beschrieben, das sehr weich auf Bewegungen des elastisch gelagerten Motors, temperaturbedingte Längenänderungen der Abgasleitung sowie Schlechtweganregungen reagiert und diese Bewegungen abkoppelt.
Höherfrequente Schwingungen, die durch hochfrequente Druckpulse an den Auslassventilen des Motors sowie insbesondere durch Zusatzaggregate wie Turbolader und Kompressoren entstehen, werden als Körperschall in die Abgasleitungen eingeleitet, typischerweise in einem Frequenzbereich zwischen einem Kilohertz bis etwa vier Kilohertz. Wird dieser Körperschall in die am Fahrzeugboden befestigten Teile der Abgasanlage weitergeleitet, so wird er von dort in das Innere des Fahrzeugs und nach Außen hörbar abgestrahlt. Dies wird mit speziell auf den Körperschall im genannten Frequenzbereich abgestimmten Körperschall-Entkoppelelementen verhindert, wie sie beispielsweise aus der EP 1 026 375 A2 bekannt geworden sind. Das dort beschriebene Körperschall-Entkoppelelement umfasst einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg mit Anschlussstücken zum Einsetzen in eine Kfz-Abgasleitung, sowie einen auf dem Metallbalg sitzenden Gestrickemantel zur Dämpfung bzw. Absorption der Schwingungsenergie der abzukoppelnden Schwingungen.
Es liegt nun auf der Hand, dass es vorteilhaft wäre, die Funktionen dieser beiden bekannten Entkoppel-Leitungselemente für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einem einzigen Körperschall-Entkoppelelement zu vereinen, jedenfalls soweit es um Schwingungen geht, die als Körperschall durch die Abgasanlage geleitet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Körperschall-Entkoppelelement der eingangs genannten Art so zu modifizieren, dass es hinsichtlich der Abkopplung von Köperschall verbessert wird, insbesondere auch im Hinblick auf den wirksam abgekoppelten Frequenzbereich des Körperschalls.
Diese Aufgabe ist gelöst durch Körperschall-Entkoppelelemente mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 7, 13, 20 und 27.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Körperschall-Entkoppelelemente finden sich in den Ansprüchen 2 bis 6, 8 bis 12, 14 bis 19 sowie 21 bis 26.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass das Abkoppeln von Körperschall, das in der Realität in einer Reduzierung der durchgeleiteten Schallintensität besteht, durch Beugung, Reflexion oder durch Interferenzen erfolgt, und nicht in erster Linie durch Abschwächung mittels Dämpfung der Schwingung. Dementsprechend ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass ein homogener Aufbau eines Entkoppelelements nicht optimal ist. Vielmehr werden Beugungen, Reflexionen und Interferenzen vor allem durch Diskontinuitäten und inhomogene Schwingungseigenschaften des Entkoppelelements erzeugt. Dementsprechend sind die erfindungsgemäßen Lösungen der oben genannten Aufgabe geprägt von der gezielten Einbringung von Inhomogenitäten und Diskontinuitäten in den Metallbalg mittels einer entsprechenden Ausgestaltung des schwingungsbeeinflussenden Elements. Der Metallbalg verliert hierdurch seine harmonischen Schwingungsmoden, und es entstehen breitbandige Resonanzen mit Auslöschungen durch Interferenzen sowie komplexe Beugungs- und Reflexionsstrukturen.
Eine erste grundsätzliche Möglichkeit zur Umsetzung dieser erfinderischen Idee besteht darin, den Metallbalg mehrlagig auszubilden und mindestens eine Lage des Metallbalgs mit mindestens einer Durchbrechung zu versehen. Diese Metallbalglage bildet dann das schwingungsbeeinflussende Element an der unversehrt gebliebenen Metallbalglage, die dann den eigentlichen Metallbalg des Entkoppelelements bildet.
Vorteilhaft ist es, nicht nur eine Durchbrechung in einer Metallbalg-Lage vorzusehen, sondern diese das schwingungsbeeinflussende Element bildende Lage des Metallbalgs mit umfangsverteilt angeordneten Löchern oder Schlitzen zu versehen. Bei einem dreilagigen Balg beispielsweise könnte die mittlere Lage den eigentlichen, gasdichten Metallbalg bilden, während sowohl die äußere Lage als auch die innere Lage mit jeweils mehreren umfangsverteilten Löchern oder Schlitzen versehen ist, um das Schwingungsverhalten des Metallbalgs insgesamt im Rahmen der erfinderischen Erkenntnis zu beeinflussen.
Die Löcher oder Schlitze können unsymmetrisch verteilt sein sowie unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Größen aufweisen, um möglichst viele Inhomogenitäten in das Schwingungsverhalten des Metallbalgs einzubringen. Durch geschickte Anordnung der Löcher und/oder Schlitze kann das Schwingungsverhalten des Metallbalgs an bestimmte, bei einem Motortyp speziell vorkommende Körperschallfrequenzbänder angepasst werden.
Die das schwingungsbeeinflussende Element bildende Lage des Metallbalgs kann außerdem eine andere Materialstärke aufweisen oder auch aus einem anderen Material als die andere Lage oder die anderen Lagen gefertigt sein. Ein aus mehreren Lagen bestehender Metallbalg kann auch insgesamt Lagen aus jeweils unterschiedlichen Materialstärken und/oder aus unterschiedlichen Materialien aufweisen. Auch dies beeinflusst das Schwingungsverhalten des Metallbalgs im erfindungsgemäßen Sinn, indem die harmonischen Schwingungsmoden unterdrückt und die Resonanzfrequenzkurven abgeflacht werden.
Im Unterschied zum Stand der Technik nach der DE 295 03 927 U1 , nach welchem ein Gestrickeschlauch, den Metallbalg ganzflächig umhüllend, möglichst homogen und symmetrisch auf diesem sitzt, kann die vorliegende erfinderische Erkenntnis grundsätzlich auch so umgesetzt werden, dass als schwingungsbeeinflussendes Element mindestens ein Drahtpressring verwendet wird, der außen am Metallbalg angebracht ist und diesen nur an einer Stelle umgibt. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn er zwischen zwei Wellen des Metallbalgs eingelegt wird. Dies schließt allerdings nicht aus, dass er auch über eine oder über zwei benachbarte Außenkrempen reicht.
Zweckmäßigerweise sind mehrere Drahtpressringe über den Metallbalg verteilt angeordnet, und zwar möglichst so, dass keine Symmetrien entstehen, um die harmonischen Schwingungsmoden zu vermeiden. Die Drahtpressringe können ferner unterschiedlich gefertigt sein, um Symmetrien noch besser zu vermeiden, und insbesondere kann jeder Drahtpressring in sich inhomogen gefertigt sein, so dass schon deshalb eine inhomogene Gesamtcharakteristik des Körperschall-Entkoppelelements entsteht. Neben einem ungeordneten Drahtgewirr können die Drahtpressringe auch als an sich bekanntes Drahtgestricke gefertigt sein.
Eine weitere grundsätzliche Möglichkeit, die erfindungsgemäßen Erkenntnisse umzusetzen, besteht darin, dass man als schwingungsbeeinflussende Elemente Metallplättchen oder Keramikplättchen am Metallbalg anbringt, und zwar vorzugsweise mittels Kleben oder Löten. Diese Materialien sind für die in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs auftretenden hohen Temperaturen geeignet und verändern aufgrund ihres Eigengewichts die Schwingungscharakteristik des Metallbalgs wiederum in den erfindungsgemäß erwünschten inhomogenen Bereich mit breitbandigen Resonanzen und gegenseitigen Auslöschungen.
Die Metall- oder Keramikplättchen können am Metallbalg umfangsverteilt angeordnet sein, wobei die Verteilung möglichst inhomogen erfolgen sollte, um die erwünschten Schwingungseigenschaften zu erhalten. Sie können außerdem unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Größen aufweisen und aus unterschiedlichen Materialien bestehen sowie unterschiedliche Materialstärken aufweisen.
Auch bei dieser Variante der Erfindung kann der Metallbalg mehrlagig ausgebildet sein, die gegebenenfalls aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind und/oder unterschiedliche Materialstärken aufweisen. Bei einer solchen mehrlagigen Ausbildung des Metallbalg kann das Aufbringen von Metall- oder Keramikplättchen mit dem oben beschriebenen Einbringen von Durchbrechungen, also insbesondere Löchern und/oder Schlitzen in einer oder mehreren Lagen des Metallbalgs kombiniert werden, was den erfindungsgemäßen Effekt einer gezielten Einbringung von Inhomogenitäten in das Körperschall-Entkoppelelement synergetisch verstärkt.
Eine weitere grundsätzliche Möglichkeit, die erfindungsgemäßen Erkenntnisse umzusetzen, besteht alternativ zu den obigen Möglichkeiten, jedoch bedarfsweise auch kombiniert mit den oben beschriebenen Möglichkeiten darin, das schwingungsbeeinflussende Element des Körperschall-Entkoppelelements nicht durch ein separates Element am Metallbalg zu bilden, sondern durch gezielte Diskontinuitäten in der Wellengeometrie des Metallbalgs oder durch Prägungen am Metallbalg darzustellen. Bei einer mehrlagigen Ausbildung des Metallbalgs kann wiederum mindestens eine Lage des Metallbalgs mit Prägungen versehen sein, wodurch diese Lage dann das schwingungsbeeinflussende Element bildet. Wie erwähnt, kann jedoch auch ein einlagiger Metallbalg für sich mit Prägungen versehen werden, die dann die schwingungsbeeinflussenden Elemente im Sinne der vorliegenden Erfindung sind.
Wie bei den oben erwähnten Durchbrechungen bzw. Löchern und/oder Schlitzen sowie bei den oben beschriebenen Metall- oder Keramikplättchen, ist es auch bei den Prägungen vorteilhaft, wenn sie umfangsverteilt am Metallbalg angeordnet und möglichst unsymmetrisch verteilt sind. Auch die Prägungen können wiederum unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Größen aufweisen, und soweit ein mehrlagiger Metallbalg verwendet wird, können die Lagen unterschiedliche Materialstärken aufweisen und/oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein.
Einige Ausführungsbeispiele für ein Körperschall-Entkoppelelement nach der vorliegenden Erfindung sind anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
1 ein Metallbalg für ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Körperschall-Entkoppelelements, mit mehreren Beispielen von aufgebrachten Drahtpressringen;
2a bis 2d die Details W, X, Y, Z aus 1;
3 ein erfindungsgemäß vorbehandeltes Metallrohr vor der Umformung in einen Metallbalg;
4 das Detail A aus 3;
5 ein anderes Beispiel für ein erfindungsgemäß vorbehandeltes Metallrohr vor seiner Umformung in einen Metallbalg;
6 das Detail B aus 5.
1 zeigt einen Metallbalg 1 mit schwingungsbeeinflussenden Elementen 2, 3, 4, 5, wobei dem Metallbalg 1 lediglich noch die Anschlussstücke fehlen, um ein erfindungsgemäßes Körperschall-Entkoppelelement zu bilden. Bedarfsweise kann dies – muss jedoch nicht – in an sich bekannter Art und Weise mit einem Außengestricke, einem Außengeflecht, einem innenliegenden Metallschlauch als Liner, einem Innengestricke und/oder einem Innengeflecht ergänzt werden.
Der in 1 gezeigte Metallbalg 1 ist mit einem zwischen zwei Wellentälern eingelegten Gestrickering 2, der als in sich inhomogen ausgestalteter Drahtpressring ausgestaltet ist, versehen (Detail W, in 2a vergrößert dargestellt), sowie mit einem über eine Wellenaußenkrempe gelegten Drahtpressring 3 (Detail X, vergrößert in 2b dargestellt), einem in ein Wellental eingelegten Drahtpressring (Detail Y, in 2c vergrößert dargestellt) und einem über eine Außenkrempe gelegten, jedoch nicht in die benachbarten Wellentäler reichenden Drahtpressring 5 (Detail Z, in 2d vergrößert dargestellt).
3 zeigt ein mehrlagiges Metallrohr 6 vor dessen Umformung in einen Metallbalg 1. Die äußere Lage dieses Metallrohrs 6 ist erfindungsgemäß mit einer Anzahl umfangsverteilt angeordneter Löcher 7 versehen, die in einem regelmäßigen Raster eingebracht sind. 4, eine Vergrößerung des Details A, zeigt dies deutlich.
In entsprechender Weise ist in 5 ein ebenso mehrlagig ausgeführtes Metallrohr 6 dargestellt, das mit regelmäßig angeordneten, umfangsverteilt in die äußere Lage des Metallrohrs 6 eingebrachten Schlitzen 8 versehen ist. Auch hier zeigt 6 ein vergrößertes Detail B, wodurch das Layout der Schlitze 8 besser sichtbar wird.
Die Metallrohre 6 aus den 3 und 5 werden, wie erwähnt, in einen Metallbalg 1 umgeformt, wodurch sich dann die regelmäßige Anordnung der Löcher 7 bzw. der Schlitze 8 zwangsläufig in eine inhomogene Verteilung derselben ändert.
Selbstverständlich ist die Umsetzung der vorstehend beschriebenen Erfindung nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann alle möglichen und in den Ansprüchen beanspruchten Arten der Einbringung von gezielten Inhomogenitäten in den Metallbalg umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29503927 U1 [0002, 0013]
- EP 1026375 A2 [0003]

Claims

Körperschall-Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg (1) mit Anschlussstücken zum Einsetzen in eine Kraftfahrzeug-Abgasleitung, sowie mindestens ein am Metallbalg (1) angebrachtes schwingungsbeeinflussendes Element (2, 3, 4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalg (1) mehrlagig ausgebildet ist, wobei mindestens eine Lage (6) des Metallbalgs (1) mit mindestens einer Durchbrechung (7, 8) versehen ist und das schwingungsbeeinflussende Element bildet.
Körperschall-Entkoppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das schwingungsbeeinflussende Element bildende Lage (6) des Metallbalgs (1) mit umfangsverteilt angeordneten Löchern (7) oder Schlitzen (8) versehen ist.
Körperschall-Entkoppelelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (7) oder Schlitze (8) unsymmetrisch verteilt sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (7) oder Schlitze (8) unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Größen aufweisen.
Köperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalg (1) mehrere Lagen aufweist, die unterschiedliche Materialstärken besitzen.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalg (1) mehrere Lagen aufweist, die aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.
Körperschall-Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg (1) mit Anschlussstücken zum Einsetzen in eine Kraftfahrzeug-Abgasleitung, sowie mindestens ein am Metallbalg (1) angebrachtes schwingungsbeeinflussendes Element (2, 3, 4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass das schwingungsbeeinflussende Element aus mindestens einem Drahtpressring (2, 3, 4, 5) besteht, der außen am Metallbalg (1) angebracht ist.
Körperschall-Entkoppelelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drahtpressringe (2, 3, 4, 5) über den Metallbalg (1) verteilt angeordnet sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtpressringe (2, 3, 4, 5) unterschiedlich gefertigt sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtpressringe (2, 3, 4, 5) in sich inhomogen gefertigt sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtpressringe (2, 3, 4, 5) jeweils im Wesentlichen zwischen zwei Wellen des Metallbalgs (1) eingelegt sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtpressringe (2, 3, 4, 5) aus einem Drahtgestricke gefertigt sind.
Körperschall-Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg (1) mit Anschlusstücken zum Einsetzen in eine Kraftfahrzeug-Abgasleitung, sowie mindestens ein am Metallbalg (1) angebrachtes schwingungsbeeinflussendes Element (2, 3, 4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass das schwingungsbeeinflussende Element aus Metall- oder Keramikplättchen gebildet ist, welche außen am Metallbalg (1) angebracht sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Keramikplättchen aufgelötet oder aufgeklebt sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Keramikplättchen am Metallbalg (1) umfangsverteilt angeordnet sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Keramikplättchen unsymmetrisch verteilt sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Keramikplättchen unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Größen aufweisen.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Keramikplättchen unterschiedliche Materialstärken aufweisen.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Keramikplättchen aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.
Körperschall-Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg (1) mit Anschlussstücken zum Einsetzen in eine Kraftfahrzeug-Abgasleitung, sowie mindestens ein am Metallbalg (1) angebrachtes schwingungsbeeinflussendes Element (2, 3, 4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass das schwingungsbeeinflussende Element durch Prägungen im Metallbalg (1) gebildet ist.
Körperschall-Entkoppelelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalg (1) mehrlagig ausgebildet ist, wobei mindestens eine Lage des Metallbalgs (1) mit Prägungen versehen ist und das schwingungsbeeinflussende Element bildet.
Körperschall-Entkoppelelement nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägungen unsymmetrisch verteilt sind.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägungen unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Größen aufweisen.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lagen des Metallbalgs (1) unterschiedliche Materialstärken aufweisen.
Körperschall-Entkoppelelement nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lagen des Metallbalgs (1) aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.
Körperschall-Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ringgewellten oder schraubengangförmig gewellten Metallbalg (1) mit Anschlussstücken zum Einsetzen in eine Kraftfahrzeug-Abgasleitung, sowie mindestens ein am Metallbalg (1) angebrachtes schwingungsbeeinflussendes Element (2, 3, 4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass das schwingungsbeeinflussende Element durch gezielte Diskontinuitäten in der Wellengeometrie des Metallbalgs (1) gebildet ist.