DE2116888A1 - silencer - Google Patents
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Description
Or. Ing. H. gOr. Ing. H. g
DJpL Ing. H. Houck Dipt Fhys. W. Schmitz Mt23DJpL Ing.H. Houck Dipt Fhys. W. Schmitz Mt23
Tel. 538ßS8STel. 538ßS8S
Michael W. FreemanMichael W. Freeman
401 David Whitney Building 3· April 1971401 David Whitney Building 3 April 1971
Detroit, Michigan 48226,USA · Anwaltsakte M-I546 Detroit, Michigan 48226, USA Attorney File M-I546
Schalldämpfersilencer
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schall- und Resonanzdämpfer für Anlagen, bei denen Gase unter schwankenden Temperatur-, Druck- und Geschwindigkeitsbedingungen abgeführt werden müssen.The invention relates to a sound and resonance damper for systems in which gases under fluctuating temperature, pressure and speed conditions must be dissipated.
Schalldämpfer, beispielsweise Auspufftöpfe für Abgasanlagen von . Kraftmaschinen und dergleichen, sind beispielsweise in den IJS-PSn 3 354 986, »8 629, 3 306 393, 3 315 761, 3 329 237 und 2 274 599 oder in dem "Handbook of Noise Control" von C.M.Harris, Paragraphen I8-7, . 18-8 und 31-16 bis 20 beschrieben. Die in diesen und weiteren Druckschriften beschriebenen Maßnahmen vermögen zwar im allgemeinen Geräuschbildungen bis zu einem gewissen Ausmaß zu dämpfen oder auszuschalten, sind jedoch nicht in der Lage, bei sich ändernden Frequenzen Resonanzbildungen zu beherrschen oder die Nutzleistung der Kraftmaschine oder dergleichen zu verbessern. ; Silencers, for example mufflers for exhaust systems from. Power machines and the like are, for example, in IJS-PSs 3,354,986, »8,629, 3,306,393, 3,315,761, 3,329,237 and 2,274,599 or in the" Handbook of Noise Control "by CMHarris, paragraphs I8-7 ,. 18-8 and 31-16 to 20. Although the measures described in these and other publications are generally able to dampen or eliminate the formation of noise to a certain extent, they are not able to control the formation of resonances with changing frequencies or to improve the useful performance of the engine or the like. ;
Erfindungsgemäß soll eine Einrichtung zur Überwachung der Geräuschbi'ldung und insbesondere ein Schalldämpfer für BrennkraftmaschinenAccording to the invention, a device for monitoring the generation of noise and in particular a muffler for internal combustion engines
1098A3/12981098A3 / 1298
- S'3sSGhatfen iserden,. mit aera sich die Geräusch- und Besonansbiläung in siifrdeSsastellender Meise beeinflussen und verbesserte Nütz- -laistöngen erreichen lassen. Insbesondere soll der erfindungsge-. mäße Schalldämpfer in der Lage sein, Resonanzerseheinungen bei bestimmten Frequenzen-weitgehend zu dämpfen sowie die Lärmbildung und ö@a Auspuffwiderstand äußerst klein zu halten= - S'3sSGhatfen iserden ,. aera can influence the noise and acoustic emissions in sifrdeSsastellender tit and achieve improved useful - laistöngen. In particular, the inventive. A moderate silencer should be able to largely attenuate resonance signals at certain frequencies and to keep noise generation and exhaust resistance extremely small =
Die ©rfindungsgemäße Steuereinrichtung vermag den Hxpiosionsknall von Oasgemischen hoher Geschwindigkeit und erhöhter Temperatur ψ und arfeöfiten Drucks, beispielsweise von Abgasen unterschiedliche!? Kraftmaschinen^, wie Brennkraftmaschinen, rohrförmiger Industriegs-■ rate5 Feuerwaffen oder dergleichen, zu dämpfen oder auszuschalten. inäeni das Gas dem konkaven Ende eines gewendelt ausgebildeten Einsatzes des erfindungsgemäße.n Schalldämpfers zugeführt wird., t-job'ei dar Einsatz ein Gußteil ist oder aus einem in mehrere gewendelte Kegel gewiekelten Streifen besteht; dabei liegen der Neigungs-* Sfcsig- oöer öffnungswinkel der Mantelflächen' der wendelförmigen Kegel zmp Achse des wendeiförmigen Einsatzes sowie der Abstand zwi-The control device according to the invention is capable of the explosion of oasis mixtures of high speed and increased temperature ψ and arfeöfiten pressure, for example different from exhaust gases !? Power machines, such as internal combustion engines, tubular industrial equipment, firearms or the like, to dampen or switch off. If the gas is fed to the concave end of a coiled insert of the silencer according to the invention. The insert is a cast part or consists of a strip coiled into several coiled cones; The angle of inclination of the lateral surfaces of the helical cone lies along the axis of the helical insert and the distance between
k sehen der Basis und dem Scheitel jedes Kegels innerhalb vorgehet k see the base and the apex of each cone within prior t
bener Grenzen^ und der jeweilige Kegelstumpf, der durch einen räumlieh ausgebildeten gewendelten Kegel gebildet xtfird* hat innerhalb eines vorgegebenen Größenbereichs liegende Abmessungen., damit hinsichtlich der Resonanz- und Geräuschdämpfung und der Erzielung ix* Nutzleistung der Abgase optimale Ergebnisse erzielt bener limits ^ and the respective truncated cone, which xtfird * is formed by a spatially designed, coiled cone, has dimensions within a given size range
Ifeit-ere Vorteile und Merkmale der. Erfindung- ergeben sich aus den Anspruches und der nachfolgenden., beispielsweise!! Bescteaibuiig in ¥©r-Miidmis mit. den Zeichnungen. Is ze igt ιIfeit-ere advantages and characteristics of the. Invention emerge from the claim and the following., For example !! Bescteaibuiig in ¥ © r-Miidmis with. the drawings. Is shows ι
109843/12-98109843 / 12-98
Fig. I eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfinäungsgemäß ausgebildeten Schalldämpfers, I shows a partially sectioned side view of a silencer designed according to the invention,
Fig. la einen Schnitt eines weiteren erfindungsgemäisn Ausführungsbeispieles mit spiralförmig ausgebildeten Kegeln, und1a shows a section of a further exemplary embodiment according to the invention with spiral shaped cones, and
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines spiralförmig gerollten Blecheinsatzes.Fig. 2 is a schematic representation of a spirally rolled Sheet metal insert.
Durch die besondere Ausbildung der Lärm-Steuereinrichtung, beispielsweise des Schalldämpfers für Brennkraftmaschinen, lassen sich die Lärmbildung beträchtlich verringern, Resonanzbildungen ausschalten und die Leistung der Kraftmaschine verbessern, indem der Gegendruck auf einen optimal niedrigen Wert verringert und die Auspuffgase zur Verbesserung des BetriebsVerhaltens der Kraftmaschine benutzt werden, wobei diese vorteilhaften Wirkungen gemeinsam durch Regulierung der Strömungsrichtung der Abgase erreicht werden, die von der Kraftmaschine oder einer ähnlichen Einrichtung bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit einer hohen Geschwindigkeit durch den erfindungsgemäßen Schalldämpfer strömen, bei dem im Schalldämpfergehäuse eine Anzahl von wendelförmig ausgebildeten Kegeln angeordnet ist, die durch einen gewickelten odar gegossenen Einsatz mit einer schrauben- oder spiralförmigen Kegelform gebildet werden, und die Mantelflächen der Kegel innerhalb vorgegebener Winkelbereiche schräg angestellt sind sowie die Abstände Jedes K@gelstumpfes oder Jedes geometrischen* räumlich ausgebildeten kegeligen Einsatzstückes, der Durchmesser üer Basis jedes Kegels und das Verhältnis des Abstandes des gebildeten Kegel-Due to the special design of the noise control device, for example the muffler for internal combustion engines, the generation of noise can be reduced considerably, the formation of resonances can be eliminated and the performance of the engine can be improved by reducing the back pressure to an optimally low value and using the exhaust gases to improve the operating behavior of the engine These advantageous effects are achieved together by regulating the direction of flow of the exhaust gases that flow from the engine or a similar device at elevated temperature and pressure at high speed through the silencer according to the invention, in which a number of helical cones in the silencer housing is arranged, which are formed by a wound or cast insert with a helical or spiral cone shape, and the outer surfaces of the cones inclined within predetermined angular ranges are employed as well as the distances Each K @ gelstumpfes or any geometric * spatially formed conical insert piece, the diameter üer base of each cone, and the ratio of the distance of the cone formed
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stumpfes zum Durchmesser der Basis des Kegels jeweils innerhalb spezifischer Grenzen liegen, damit die Vorteile der Erfindung err@ie.ht werden= Bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer, wie er in Fig* I gezeigt" ist, worin-· 1 die Länge des Schalldämpfers,- dQ derblunt to the diameter of the base of the cone each lie within specific limits so that the advantages of the invention are err@ie.ht = In the silencer according to the invention, as shown in Fig. d Q the
des Schalldämpfers, d^ der Hülldurchmesser der Ausfcritfesöffnung." des Keg@is, ρ der Abstand der Wendeln :und 0 der zwischen den Wendeln und der Mittellinie des Schalldämpfers;of the silencer, d ^ the envelope diameter of the outlet opening. "of the Keg @ is, ρ the distance between the spirals : and 0 that between the spirals and the center line of the silencer;
d d d —£ > _£ »■ _J 1 d, ρddd - £ > _ £ »■ _J 1 d, ρ
liegen die Abmessungen des Schalldämpfers ο , ο , ο und: are the dimensions of the silencer ο, ο, ο and :
0 innerhalb folgender Größenbereicheί 0 within the following size rangesί
sollte zwischen 0,015" und 0,7 liegen,· sollte zwischen ao und 2 liegenjshould be between 0.015 "and 0.7, · should be between ao and 2j
__o sollte zwischen 5 und 0,5 liegenj und P__o should be between 5 and 0.5j and P.
0 sollte zwischen 90 und 20° liegen. 0 should be between 90 and 20 °.
Diese Parameter bedeuten jedoch nicht, daß die Werte d^, ρ und 0 konstant sindj vielmehr können sie innerhalb eines betrachteten Schalldämpfers veränderlich sein. Wenn daher das Volumen des zu dämpfenden Gases wächst, ergibt sich aufgrund einer Betrachtung der Laminarströmung eine Beeinflussung der oben angegebenen Para-However, these parameters do not mean that the values d ^, ρ and 0 are constant; rather, they can be variable within a considered silencer. Therefore, if the volume of the gas to be damped increases, the above parameters are influenced by considering the laminar flow.
ja ja - yes yes -
meters ^-O und __o nähern sich den oben angegebenen unteren Wer-meters ^ - O and __o approach the lower values given above
1 A 1 A
_J2 nähert sich dem oberen Wert und 0 verringert sich. Dies_J2 approaches the upper value and 0 decreases. this
bedeutet jedoch nicht, daß die Werte von p, 0 und cL nicht innerhalb ein und desselben Schalldämpfers schwanken können. Vorzugsweise liegt der Winkel 0 etwa zwischen 20 und 65° gegenüber der Achse des gewendelten Einsatzes und der durch "1M in den Figurendoes not mean, however, that the values of p, 0 and cL cannot fluctuate within one and the same silencer. The angle 0 is preferably between approximately 20 and 65 ° with respect to the axis of the coiled insert and that indicated by "1 M in the figures
1-098-43/1 2961-098-43 / 1 296
-V- ~ 21T6W8-V- ~ 21T6W8
dargestelte Abstand zwischen jedem gewandelten Kegel (Kegelstumpf); zwischen etwa 15 bis über 120 cm. Die Tabelle 1 zeigt unters chi ed -j liehe Werte der oben angegebenen Verhältnisse?distance shown between each converted cone (truncated cone); between about 15 to over 120 cm. Table 1 shows under chi ed -j borrowed values of the ratios given above?
άο ά ο
ο kann sogar kleiner als "0" von casein» Der größte d. kann ΐ ο can even be smaller than "0" of casein » The largest d. can ΐ
di ! d i!
größer als die Hälfte von dQ, bis gleich 2 sein. Somit können jgreater than half of d Q until equal to 2. Thus, j
I diese Grenzwerte innerhalb eines weiten Bereiches schwanken. iI these limit values fluctuate within a wide range. i
*Der untere Wert kann so niedrig sein, daß dQ gleich 0,01385 ist,|* The lower value can be so low that d Q equals 0.01385, |
und der obere Wert kann so hoch sein, daß ο gleich 0,666 oder jand the upper value can be so high that ο equals 0.666 or j
■ ■ ' ~T !■ ■ '~ T!
0,7 ist.0.7 is.
Ganz allgemein läßt sich der Abstand ρ längs des Schalldämpfers verändern, so daß die Abgase optimal durch den Schalldämpfer ge- . führt werden und durch die Geräuschbeseitigung eine maximale Unter drückung der Resonanzbildung erreicht wird. Sine weitere, in denIn general, the distance ρ can be along the silencer change so that the exhaust gases optimally flow through the muffler. and by eliminating noise a maximum under the formation of resonance is suppressed. Sine more, in the
. ■ ■ ■ -6-. ■ ■ ■ -6-
1Q9843/12S61Q9843 / 12S6
Fijpj?sa §t?g>r aieht gezeigte wirksam©'Maßnahm© ist die Inöe^usig ü@s lustrlttsöiirefeisessers einzelner getfendelter Kegel oder Kegslgrupp©n Im gleielien Schalldämpfer, wodurch eine weitere Geräusafab.esei-Itigung erreicht und eine störende Lärmbildung unterdrückt wird,, "wobei sieh «lurch eine derartige Änderung des Austrittsdurehmessers d. in den Kegeln eine weitere Verringerung des Auspuffwiderstandes oder Gegendrucks erreichen läßt.Fijpj? Sa §t? G> r aight shown effective © 'measure © is the inöe ^ usig ü @ s lustrlttsöiirefeisessers individual fluted cones or Kegslgroup © n in the same silencer, whereby a further noise reduction is achieved and a disturbing noise generation is suppressed becomes "" whereby such a change in the outlet diameter d. in the cones allows a further reduction in the exhaust resistance or back pressure to be achieved.
Um die Resonansbildung zu verhindern oder für eine Geräuseiibsseitigong zu sorgen und den Gegendruck möglichst klein zu halten, sollten ferner folgende Abwandlungsraöglichkelten beachtet werdenι 1. änderung des Kegel-Öffnungswinkels 0 gemäß Fig. 1/ 2= 'Sn<?.@rung des Äustrifetsdurchmessers d. ermöglicht ebenfalls die Verringerung äms Ssgendrucksi 3. Änderung des Äbstanäes pi 4» Indexing des Kegelstumpfdurchmessers zum Abstand ρ und zum Längen verhältnis ües Sotialldämpfers do/i; 5. Perforierung oder schallscbluckea- 'ß®F Ausbildung einiger der gewendelten Kegel zum Ende des Schall=- hin.To prevent the Resonansbildung or to provide for Geräuseiibsseitigong and keep the back pressure as low as possible, should also following Abwandlungsraöglichkelten werdenι considered the first change of the cone opening angle 0 in FIG. 1/2 = 'Sn <?. @ Tion of Äustrifetsdurchmessers d . also enables the reduction of the Ssgendrucksi 3. Change of the Äbstanäes pi 4 »indexing of the truncated cone diameter to the distance ρ and to the length ratio of the main damper d o / i; 5. Perforation or schallscbluckea- 'ß®F formation of some of the coiled cones towards the end of the sound = - towards.
lig- I3 die einen erfindungsgemäß ausgebildeten Schalldämpfer ge enthält der Schalldämpfer ein Gehäuse 10 mit stirnseitigen Yersöhlußplatten 11 und 12. Wie durch den Pfeil angedeutet ist, liegt öle ferschlußplatte.12 am einlaßseitigen Ende des Sehall- lig- I 3 the one according to the invention designed muffler ge contains the muffler a housing 10 with frontal Yersöhlußplatten 11 and 12. As indicated by the arrow, is oils ferschlußplatte.12 at the inlet end of the Sehall-
e!iüspf©Fs und ist mit einem Einlaß 1J> versehen, über den die" Abg&s ust@F Brück™ und Geschwindigkeitsbedingungen ins Innere öas GehSu s©s 10 g@Iang@nj- der Einlaß IJ ist von einem Planseh 1.4 umgeben^, um? mit um? Abgasleitung eines Motors ve-r-bindbar ist. Des?·.oben Xnneneinbau läßt sioliaus einera Metallstrsifsn öäere! iüspf © Fs and is provided with an inlet 1J> through which the "Abg & s ust @ F Bridge ™ and speed conditions into the interior öas GehSu s © s 10 g @ Iang @ nj- the inlet IJ is surrounded by a plan view 1.4 ^ to be connected to the exhaust pipe of an engine
109 8 43/1296 . " '109 8 43/1296. "'
* 5 it* 5 it
aus ei*iofi£ geeigneten Bieclistanzfeeii oder als Gußteil hsr-sfcellen. Die F3.ä'2lien der gewendelt©** Kegel können- auch mit sines» MaterialschiGiiö belegt sein, in der chemisch -aktiv® Materialien ©der Eats lysato^sn untergebracht sind* die öle Gase beim Einbaues verändern.from a suitable Bieclistanzfeeii or as a cast part. The F3.ä'2lien of the spiraled © ** cones can also be covered with sines »MaterialschiGiiö, in the chemically active® materials © of the Eats lysato ^ sn are housed * the oils change gases during installation.
Die Vs^sohlußplatte 11 ist mit einer AuslaBöffnungig ^©^sehöiic Öls ebenfalls durch einen Flansch 16 umschlossen ist* der erfordern- '. chenfalls mit einem Auspuffstutzen verbindbar ist. öemäS den Figuren sind die Sin- und AuslaBöffnungen zwar mittig mm GahÜus® ,The Vs ^ sole plate 11 is also surrounded by a flange 16 with an outlet opening of the oil, which is required . if necessary, can be connected to an exhaust port. öemäS the figures, the sintering and AuslaBöffnungen are indeed centered mm GahÜus®,
angecrdr»et-.t sie können Jeöoch auch erwünschtenfalls axssntiisch angeordnet sein, : angecrdr »et-. t can also be arranged, if desired, axssntiisch Jeöoch:
Im Gehäuse liegt eine im wesentlichen schneckenförmige iMLenkplatte 1?. Bisse Umlenkplatte wird dadurch hergesteilte daß ein Streifen eines geeigneten Materials* beispielsweise ein Metallsfcfelfgsi? in einer im wesentlichen schraubenförmigen Bahn gedreht wird, so daB die quarverlaufende Fläche des Streifens mit einem vorgegebenen Winkel 0 zwischen 20 und 6.5° zur Achse des schraubenförsaigen Sin» satzes verläuft und der "Kegelstumpf" jedes Schraubengangss oder Kegels einen begrenzten Abstand ρ hat.A substantially helical guide plate 1? Is located in the housing. Bite baffle plate is produced by using a strip of a suitable material * for example a metal fcfelfgsi? is rotated in an essentially helical path, so that the quartz surface of the strip runs at a predetermined angle 0 between 20 and 6.5 ° to the axis of the helical sine law and the "truncated cone" of each screw thread or cone has a limited distance ρ.
Die freiliegende Innenkante des Leitbleches kann durch Umfalten* "Verdoppeln oder auf andere Weise verstärkt werden. iThe exposed inner edge of the guide plate can be folded over * "Doubling up or being otherwise reinforced. I
Die Neigung der querverlaufenden Flächen des Streifens ist vor- I gugswelse so groß, daß sie mit der Achse des gewenäeltea Einsatzes einen Winkel zwischen 20 wzü 65° ?>5ilö.ens wie dies durch den Winkel; * 0 in Fig. 1 geneigt ist.Is the inclination of the transverse surfaces of the strip upstream I gugswelse so large that it with the axis of gewenäeltea insert an angle of between 20 ° tool- and process monitoring 65> 5ilö.en s as indicated by the angle?; * 0 in Fig. 1 is inclined.
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Der Abstand benachbarter Wendeln oder Schraubengänge ρ sollte bezüglich der Neigung der querverlaufenden Flächen 0 derart gewählt s.eiHj, daß sich benachbarte Spiral- oder schraubenförmig gewendelte Flächen in Ebenen'überlappen, die senkrecht zur Achse des gewendelt ten Einbaues liegen-, wie-dies deutlich aus Fig» 1 ersichtlich ist. Auch der Durchmesser'des Kegels dQ und das Verhältnis 0:p sollten innerhalb vorgegebener Maßgrenzen liegen, um eine Geräusch- und Resonanzkontrolle zu erhalten. .The distance between adjacent spirals or helical threads ρ should be chosen with regard to the inclination of the transverse surfaces 0 such that adjacent spiral or helically coiled surfaces overlap in planes which are perpendicular to the axis of the coiled installation, as clearly from Fig »1 can be seen. The diameter of the cone d Q and the ratio 0: p should also be within specified dimensional limits in order to obtain noise and resonance control. .
Während die besondere Ausbildung der gewendelten Leitplatte von ! den besonderen Druck- und Geschwindigkeitsverhältnissen des zu '■_ regulierenden Gases abhängen, ändert sich die Neigung benachbarter Wendeln vorzugsweise von dem einen zum anderen Ende der Leitplatte;. Beim Auftreten hoher Drücke erhält die gewendelte Leitplatte einen; steileren Anfangswinkel 0 und die Neigung nimmt allmählich oder stufenweise ab. Somit sollte die erste Wendel so angeordnet sein, daß deren querverlaufende Fläche unter einem stärkeren Winkel zur Achse des gewendelten Einsatzes verläuft als die nachfolgenden Wendeln. Bei niedrigen Druckbedingungen haben die gewendelten Flächen anfänglich einen weniger steilen Neigungswinkel 0, wobei die nachfolgenden Wendeln unter noch geringeren Winkeln verlaufen. Die Einrichtung kann stufenweise oder genau einer Schraubenlinie folgen, und derart ausgebildete Schalldämpfer zeigten bei einer Erprobung unter Betriebsbedingungen hervorragende Ergebnisse. Der Neigungs-, öffnungs- oder Steigwinkel kann zwar erwünschtenfalls verändert werden, jedoch kann bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer auehauf derartige Änderungen verzichtet werden.While the special design of the coiled guide plate from ! the particular pressure and speed conditions depend to the '■ _ regulating gas, the tendency of adjacent coils preferably changes from one to the other end of the guide plate ;. When high pressures occur, the coiled guide plate receives a; steeper starting angle 0 and the slope decreases gradually or in stages. Thus, the first coil should be arranged so that its transverse surface is at a greater angle to the axis of the coiled insert than the subsequent coils. At low pressure conditions, the coiled surfaces initially have a less steep angle of inclination 0, with the subsequent coils running at even smaller angles. The device can follow a helix stepwise or precisely, and silencers constructed in this way have shown excellent results when tested under operating conditions. The angle of inclination, opening or rise angle can be changed if desired, but such changes can be dispensed with in the silencer according to the invention.
109843/1286109843/1286
- 9 - 2T168W- 9 - 2T168W
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer läßt sich aus einem irgend geeigneten Material und durch eine irgend geeignete Einrichtung herstellen, durch die innerhalb des Gehäuses des Schalldämpfers der schrauben- oder spiralartige kegelförmige Einbau innerhalb der oben beschriebenen Maßgrenzen erreicht wird- Die Wendel-Kegelform kann grundsätzlich der Form einer empirisch festgelegten logarithmischen Spirale entsprechen, die sich mathematisch durch die Formel darstellen läßt:The silencer according to the invention can be made of any suitable Material and by any suitable means by which inside the housing of the muffler of the helical or spiral-like conical installation is achieved within the dimensional limits described above - the helical-cone shape can basically correspond to the shape of an empirically established logarithmic spiral, which is mathematically divided by the Formula can be represented:
(I)(I)
worin χ eine ganze Zähl zwischen 1 und 12, vorzugsweise zwischen 5 und 7i A und &- eine Maßeinheit und eine Konstante, $* der Vektor und e die Basis des natürlichen Logarithmus ist.where χ is an integer between 1 and 12, preferably between 5 and 7i A and & - a unit of measurement and a constant, $ * is the vector and e is the base of the natural logarithm.
Zur Erprobung der Erfindung wurde ein Auspufftopf für eine Kraftmaschine hergestellt, dessen Einbauten durch endlose schneckenförmige Kegel innerhalb der oben angegeben Baugrenzen gebildet wur- i den, die dem Verlauf einer empirisch ermittelten logarithmischen Spirale entsprachen, wie sie durch die obrige Formel (I) dargestellt ist. Die Inneneinbauten des Sehalldämpfers wurden durch end+ lose Kegel von spiralartiger Form gebildet. Um diese Kegel mit un-A muffler for an engine was used to test the invention manufactured whose internals were formed by endless helical cones within the construction limits given above- i those that corresponded to the course of an empirically determined logarithmic spiral, as represented by the above formula (I) is. The internal fittings of the sound absorber were replaced by end + loose cones formed of spiral shape. Around these cones with un-
terschiedlichen Neigungs-, öffnungs- oder Steigwinkeln und Höhen herzustellen, wurden Streifen aus einem Metallblech der Größe 2k j oder 26 in Übereinstimmung mit der Form der empirischen logarith- , mischen spirale der mathematischen Formel (I) hergestellt. Bei einem Schalldämpfer war χ = 5, bei einem weiteren gleich 5*5» Del einem weiteren gleich 6 und bei einem weiteren gleich 6,5.To produce different angles of inclination, opening or rise and heights, strips were made from a metal sheet of the size 2k j or 26 in accordance with the shape of the empirical logarithmic, mixed spiral of the mathematical formula (I). In the case of one silencer, χ = 5, in the case of another equal to 5 * 5 »Del, another equal to 6 and in the case of another equal to 6.5.
, -ιο, -ιο
ί 09843/120 6ί 09843/120 6
21168802116880
θ lag -zwischen' 0 und 900°. Als Größeneinheit für C*· wurden Inches (2*5^ ο©) gewählt. In der Formel wurden A und OC konstant gewählt, und e war die Basis des natürlichen Logarithmus. ^stellt den .Vektor dar. Figur 2 zeigt das dementsprechend ausgebildete Metall-θ was -between '0 and 900 °. The unit of measurement for C * · became inches (2 * 5 ^ ο ©) selected. In the formula, A and OC were chosen to be constant, and e was the base of the natural logarithm. ^ represents the .Vector. Figure 2 shows the correspondingly formed metal
Ifcleehteil IS.Ifcleehteil IS.
Jeder Metallstreifen wurde gerollt und dadurch ein mehrschichtiger durchgehender Kegelstumpf hergestellt. In einigen Fällen wurde der Kegel von der Innenseite her gerollt, d.h. mit % = 0, in anderen Fällen wurde der Kegel von derjenigen Stelle, bei der Q= 900° ist, gerollt. In jedem Fall hatten die aufeinanderfolgenden Kegel unterschiedliche Neigungen. Im ersten Fall ergaben sich Kegel, die am Anfang der Reihe aufeinanderfolgender Kegel kurzer waren und eine steilere Steigung hatten. Der entsprechende Schalldämpfer bot den Auspuffgasen einen größeren Widerstand und erzeugte einen etwas größeren Gegendruck. Im zweiten Fall ergaben sich Kegel, bei denen die Reihe aufeinanderfolgender Kegel mit Kegeln größerer Höhe und geringerer Neigung begann, wobei die Neigung zwischen 15 und 35° sehwankte.ln diesem Fall betrug die Größe der ungedrosselten mittleren Austrittsöffnung etwa 1/64 bis 1/3 des Gesamtdurchmessars der Leitplatte« Der entsprechend ausgebildete Schalldämpfer bot den Abgasen einen geringeren Strömungswiderstand und hatte einen sehr geringen Gegendruck, bei 90 kmh beispielsweiseEach strip of metal was rolled, making it a multilayered one continuous truncated cone manufactured. In some cases, the Cone rolled from the inside, i.e. with% = 0, in others Cases the cone was from the point where Q = 900 ° is rolled. In each case the successive cones had different slopes. In the first case there were cones, which were shorter at the beginning of the series of consecutive cones and had a steeper slope. The corresponding silencer offered more resistance to the exhaust gases and created one slightly larger counter pressure. In the second case, there were cones in which the series of consecutive cones with cones larger Altitude and lesser inclination began, the inclination fluctuating between 15 and 35 degrees. In this case the size of the unthrottled middle outlet opening about 1/64 to 1/3 of the total diameter of the guide plate «The correspondingly designed silencer offered the exhaust gases a lower flow resistance and had a very low back pressure, for example at 90 km / h
ο Pο P
etwa 0,035 kg/cm und bei 120 kmh etwa 0,12 kg/cm , was ein im Vergleich zu herkömmlichen Schalldämpfern beträchtlich verbesser- ! tes Ergebnis ist. Eine Speichennabe, die für den Schalldämpfer iabout 0.035 kg / cm and at 120 kmh about 0.12 kg / cm, which is a considerable improvement compared to conventional silencers ! tes result is. A spoke hub suitable for the silencer i
Jeweils aus einem Metallstreifen von etwa 0,8 bis 1,2 cm herge- ' stellt wird* kann in die vorgefertigten Zylindern von etwa 12,5cmEach made from a metal strip of about 0.8 to 1.2 cm * can be put into the prefabricated cylinders of about 12.5cm
I ■.."■"■ -ri-I ■ .. "■" ■ -ri-
1098437129 61098437129 6
oder-unmittelbar in die ikuslaßleiturg eingesetzt werden* Der. 3Ce gal" stumpf kann auseinandergebogen werden, so daß sieh ©Ine Helfe© eziö™ loser kegelförmiger Abschnitte ergibt* Sie so ausgebildet sindU daS der Sohsitel öss einen Kegels innerhalb οφϊ" Basis u@s EfiCfe:folgciiden Kegels liegt und der "Kegelstumpf" jedes Kegels ito-ariiaito -#or-»- gegebener Maßgrenzen auf Abstand gehalten ist. Diese Segelreiiici ■ kann in die Speichennabe eingesetzt werden, und jeder ICoißus kaim mit den Seiten der Speichennabe verschweißt, verschraubt, verbördelt oder dergleichen werden.or-be inserted directly into the ikuslaßleiturg * The. 3Ce gal "blunt can be bent apart so that you can see loose cone-shaped sections * They are designed in such a way that the base is a cone within the base and the following cone and the" truncated cone "lies within each Kegel's ito-ariiaito - # or - »- given dimensional limits is kept at a distance. This sails can be inserted into the spoke hub, and each icosus can be welded, screwed, crimped or the like to the sides of the spoke hub.
Die fertiggestellte Speichennabe mit den damit, verschweißten Kegeln kann dann in das entsprechende zylindrische Gehäuse eingesetzt werden. Die Seitenwände der Speichennabe Jeder Baugruppe können mit den Seiten des entsprechenden Zylinders verschweißt werden»The finished spoke hub with the cones welded to it can then be inserted into the corresponding cylindrical housing. The sidewalls of the spoke hub of each assembly can be welded to the sides of the corresponding cylinder »
Die entsprechenden Zylinder können an beiden Enden beispielsweise durch Ansehweißen der_Versehlußpäatten abgedichtet werden, wobei' an Jedem Ende AnschluSrohre mit einem Durchmesser von 5 cm an der Innenseite des Auslaßendes und einem Durchmesser von 4,5 em an der Innenseite des Einlaßendes angebracht werden.The corresponding cylinders can be sealed at both ends, for example by viewing the_Versehlußpäatten, where ' at each end connection pipes with a diameter of 5 cm at the Inside of the outlet end and a diameter of 4.5 cm to be attached to the inside of the inlet end.
Diese Schalldämpfer, die sich auf die oben beschriebene Weise in der Auswahl verschiedener Werte von χ in der Formel unterscheiden, wurden nacheinander eingebaut und ihr Betriebsverhalten wurde sine Zeitlang unter tatsächlichen Betriebsbedingungen überwacht. Unter den vorliegenden Yersuehfosbeöingungen zeigte sich* daß der Auspuff, bei dem χ = 5*5 war, das beste Betriebs verhalten hatte*These silencers, which are located in the manner described above in differentiate between the selection of different values of χ in the formula, were installed one after the other and their operating behavior became is monitored for a period of time under actual operating conditions. Under the present Yersuehfos conditions it was shown that the Exhaust where χ = 5 * 5 had the best operating behavior *
■ -12-■ -12-
108 843/1296108 843/1296
■" --..---..-■ _12_; --:■ -2ΤΊ6Ϋ88■ "--.. --- ..- ■ _ 12 _; -: ■ -2ΤΊ6Ϋ88
wobei jedoch sämtliche Schalldämpfer zufriedenstellend arbeiteten ,
und den herkömmlichen Schalldämpfern weit überlegen waren. Dieser
Wert von χ war für die betrachtete Kraftmaschine derjgünstigste und
ist natürlich nur ein Zahlenbeispiel. Kraftmaschinen unterscheiderii
sich beträchtlich hinsichtlich ihres Aufbaues und ihrer Betriebs- ,however, all of the mufflers worked satisfactorily and were far superior to the conventional mufflers. This
The value of χ was the most favorable for the engine under consideration and is of course only a numerical example. Power machines differ considerably in terms of their structure and their operating,
weise, und in jedem Fall wird "daher der Auspuff vorzugsweise in 1 Übereinstimmung mit den auftretenden Betriebsbedingungen ausgelegt.;wisely, and in any case, "therefore the exhaust is preferably shown in FIG Designed in accordance with the operating conditions that occur .;
Die sich ändernde Auslegung für unterschiedliche Betriebsbedin- j gungen bezieht sich nicht nur auf die Ausbildung des Blechstanz- :
teils, wie dies oben beschrieben ist, sondern auch auf die bau- [
liehe Ausbildung des Schalldämpfers, einschließlich dessen Ausle- ·
gung beispielsweise hinsichtlich der Neigung der Leitplatte, des
Abstahdes der Wendeln und der Relativgröße der öffnungen an den I
Scheiteln der Kegel, falls solche öffnungen vorhanden sind. Ob- \
wohl ein einziger Auspuff nicht in sämtlichen Fällen die besten i
Ergebnisse erzielt, eignen sich die erfindungsgemäßen Schalldämpfer
doch für einen breiteren Betriebsbereich als die herkömmli
chen Schalldämpfer. Auch der Wert von χ und die Konstanten A undQC
können stark veränderliche positive Werte haben, und demgemäß wurden
Versuche mit χ zwischen 1 und 12 unternommen.The design changing for different operating conditions j conditions refers not only to the design of Blechstanz-: partly, as described above, but also on the relevant Building [Liehe training of the muffler, gung including its interpretation · example in terms of Inclination of the guide plate, des
The distance between the coils and the relative size of the openings at the vertices of the cones, if such openings are present. Probably not achieved ob \ a single exhaust in all cases the best i results, to exhaust the invention are suitable but for a wider operating range than the herkömmli chen silencer. Also, the value of χ and the constants A and QC can have widely varying positive values, and accordingly attempts have been made with χ between 1 and 12.
Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung als Schalldämpfer
hängt von der Änderung der Abmessungen ab, so daß das
Frequenzspektrum der Schallunterdrückung dem optimalen Bereich
angenähert wird. Durch Veränderung des Außendurehmessers der ge-.wandelten
Kegel eines betrachteten Schalldämpfers, d.h., durch
Auebildung des SchalldämpfeFgehäuses als Kegelstumpf und nicht
ale Zylinder, läßt sich gemeinsam mit dem Abstand der Wendeln . ■The effectiveness of the device according to the invention as a silencer depends on the change in dimensions, so that the
Frequency spectrum of the sound suppression the optimal range
is approximated. By changing the outer diameter of the changed cone of a considered silencer, that is, through
Formation of the silencer housing as a truncated cone and not
ale cylinder, can be combined with the distance between the coils. ■
: " -■■ -■-■;"15. - - " "" 2ΊΊΊΒ888 : " - ■■ - ■ - ■;" 15. - - """2,888
im Auspuff eine ununterbrochene fortlaufende Folge von Akustikkammern untersehiedlicher Abmessungen und Volumina schaffen, so daß jede Kammer derart abgestimmt ist, daß sie Geräusche eines gegebenen Prequenzausschnittes unterdrückt und insgesamt die am ; meisten störenden Geräusche gedämpft werden. Die Abmessungen der Akustikkammern werden empirisch festgelegt und können auf die besondere zugeordnete Kraftmaschine oder den Betriebszustand der ;an uninterrupted continuous sequence of acoustic chambers in the exhaust create different dimensions and volumes, so that each chamber is tuned so that they make noises a given sequence section is suppressed and overall the on; most disturbing noises are muffled. The dimensions of the acoustic chambers are determined empirically and can be adapted to the particular assigned engine or the operating state of the;
i Kraftmaschine abgestimmt werden. ji power machine to be tuned. j
Resonanzbildung bei einer entsprechenden Frequenz tritt gewöhnlich bei Schalldämpfern auf, und bei der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich eine derartige Resonanzbildung auf verschiedene Weise ausschalten. Zunächst läßt sich der Abschnitt des Schalldämpfers, von dem die Resonanz ausgeht, leicht durch Horchgeräte, beispiels-Resonance formation at an appropriate frequency usually occurs with silencers, and with the device according to the invention such a resonance formation can be switched off in various ways. First of all, the section of the muffler, from which the resonance emanates, easily through listening devices, e.g.
weise mit Hilfe eines gewöhnlichen Stethoskopes, feststellen. Die |wisely with the help of an ordinary stethoscope. The |
Resonanzquelle kann wahlweise auch durch Ansetzen eines Stabes an : den Auspuff festgestellt werden, wobei der Stab längs des Auspuffes verschoben und die Stelle ermittelt wird, an der. die Resonanzwir-The source of resonance can optionally also be determined by attaching a rod to : the exhaust pipe, shifting the rod along the exhaust pipe and determining the point at which. the resonance
kung am lautesten hörbar ist. ] kung can be heard the loudest. ]
Die Unterdrückung der Resonanzbildung läßt sich dadurch erreichen,! daß das Strömungsbild des Abgasstromes an oder nahe der Resonanz-Ursprungsstelle durchbrochen wird. Eine einfache Maßnahme besteht ' darin, den Auspuff an der Resonanz-Ursprungsstelle zu durchschneiden und anschließend den einen Abschnitt des Auspuffes gegenüber dem anderen umzudrehen und die beiden Abschnitte miteinander zu ·; verbinden. Eine weitere Maßnahmezur Unterdrückung der Resonanz- j bildung besteht darin, ^Trennwände in dem Schalldämpfer anzuordnen!,The suppression of the resonance formation can be achieved! that the flow pattern of the exhaust gas flow at or near the point of origin of the resonance is broken. A simple measure is to cut the exhaust pipe at the point of origin of the resonance and then to turn one section of the exhaust over with respect to the other and to close the two sections together ·; associate. Another measure to suppress the formation of resonance is to arrange ^ partition walls in the silencer!
10984 3/129610984 3/1296
■ 9 ■ 9
• an der lesonanz-Ausgangsstelle durchlässige Siebe anzuordnen* die kegelförmig gewendelte Leitplatte zu verformen, indem sie ungleichförmig gedreht wird> an der Resonanzstelle öffnungen, beispielsweise Bohrungen in der zylindrischen Wand unter dem Gehäuse• to arrange permeable sieves at the lesonanz exit point * the deform conical coiled guide plate by making them uneven is rotated> openings at the resonance point, for example Holes in the cylindrical wall under the housing
; auszubilden oder Einrichtungen zur Verhinderung von Vibrationsbildung und zur achallschluckenden Ausbildung der Leitplatte vor-; to train or facilities to prevent vibration and for the acoustic absorption of the guide plate
* " zusehen« - '. * "watch" - '.
' Der erfindungsgemäße Schalldämpfer leistet von sich aus Arbeit beim Ausfordern der Abgase. Die Arbeitsleistung entspricht in mancher Hinsieht der Bernoulli-Theorie, abgesehen davon, daß in diesem Pail der Druck und die Geschwindigkeit der Abgase· die Energie für diese Arbeit liefern. Da sich diese Variable optimieren läßt," körnen dar Gegendruck und die Resonanz durch vorgegebene Bauvorschriften reguliert werden. ' The silencer according to the invention does work by itself in challenging the exhaust gases. The work performance corresponds in some respects to the Bernoulli theory, apart from the fact that in this pail the pressure and the velocity of the exhaust gases provide the energy for this work. Since this variable can be optimized, the back pressure and the resonance can be regulated by given building regulations.
Erfinöimgsgemäß ausgebildete Sehalldämpfer wurden hinsichtlich ihrer Arbeits- und Betriebsweise sorgfältig getestet, und es hat sich herausgestellt, daß sie den herkömmlichen Schalldämpfern * überlegen sind, sowohl hinsichtlich der Schalldämpfung der Auspuffanlage des Motors als auch hinsichtlich des gesamten Wirkungsgrades des Motors. Der Gegendruck der erfindungsgemäßen Schalldämpfer ist verhältnismäßig kleiner. Darüber hinaus können erfindungsgemäße Schalldämpfer mit verhältnismäßig geringen Kosten in endloser Bauweise hergestellt werden. Ihr Einbau in Motorfahrzeuge ist äußerst einfach, da sie auf gleiche Weise wie herkömmliche kusl&Bvohre eingebaut oder in di© Auspuffleitung eingesetzt werden könnnn. Dia Schalldämpfer können flexibel ausgebildet sein und dera-According to the invention designed visual silencers have been carefully tested in terms of their working and operation, and it has been found that they are superior to conventional silencers *, both in terms of the sound attenuation of the exhaust system of the engine and in terms of the overall efficiency of the engine. The back pressure of the silencer according to the invention is relatively smaller. In addition, silencers according to the invention can be manufactured in an endless construction at relatively low costs. Their installation in motor vehicles is extremely easy, as they can be installed in the same way as conventional Kusl & Bvohre or inserted into the exhaust pipe. The silencers can be designed to be flexible and dera-
zu der für den Einbau in das Fahrzeug erforderlichento that required for installation in the vehicle
Fona gebogen werden.Fona be bent.
109843/1296109843/1296
Claims (1)
Größenbereich liegen, und daß das Verhältnis (^0/!) des Kegeldurchmessers zur Länge des Schalldämpfers im Bereich zwischen 0,015 und 0,7* das Verhältnis (d^d.) des Kegeldurchmessersthe exhaust gases flow from a housing inlet to a housing outlet at high speed at increased temperature and increased bridge, characterized in that a coiled, conical installation (17) with an opening angle (0) between 2o and 9o is arranged in the housing is, the one ; Spiral flow path for the exhaust gases forms that the distances between the respective coiled cone in a predetermined
Size range, and that the ratio (^ 0 /!) Of the cone diameter to the length of the silencer in the range between 0.015 and 0.7 * the ratio (d ^ d.) Of the cone diameter
zur Austrittsöffnung zwischen Unendlich/2 und das Verhältnis 0 ^ x and
to the outlet opening between infinity / 2 and the ratio
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