DE2700483A1 - Vorrichtung zur schwingungsdaempfung in abgasleitungen an kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in Abgas-
• leitungen an Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in Abgasleitungen, insbesondere Auspuffleitungen, an Kraftfahrzeugen, bei der ein in den Leitungszug eingeschalteter Leitungsabschnitt elastisch verformbar ausgebildet ist.
• Bei Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen und insbesondere Auspuffleitungen mit Schalldämpfungsanlagen an Kraftfahrzeugen ergeben sich starke mechanische Schwingungsbeanspruchungen.
• Je größer die Motorleistung des Kraftfahrzeugs ist und je stärker durch die Fahrweise die Beanspruchungen wechseln, desto stärker und kritischer treten die mechanischen Beanspruchungen in solchen Abgasleitungen in Erscheinung. Besonders stark sind solche mechanische Beanspruchungen bei Kraftfahrzeugen mit vorn und quer zur Fahrtrichtung liegend eingebauten Motoren festzustellen, jedoch auch bei Kraftfahrzeugen mit längs zur Fahrtrichtung eingebauten Motoren. Es ergeben sich solche mechanische Beanspruchungen insbesondere bei Anlaß-, Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen aus den Schwing-und Nickbewegungen des Motors, die sich in mechanischen Schwingungen äußern, die an der Abgasleitung insbesondere zu starken Biegewechselbeanspruchungen führen. Diesen Biegewechselspannungsbelastungen überlagern sich Zug- und Druckbelastungen sowie Torosionsbelastungen, die sich jeweils aus dem Motorbetrieb und aus dem Fahrbetrieb ergeben. Es hat sich gezeigt, daß diese mechanischen Schwingungsbeanspruchungen der Abgasleitung häufig zu vorzeitigen mechanischen Schwingungsbrüchen führen, die die Lebensdauer der Abgasleitung und häufig der damit verbundenen Schalldmpfungsanlage beträchtlich herabsetzen, Zur Verringerung der Schwingungsbeanspruchungen von Abgasleitungen sind Vorrichtungen der eingangs angegebenen Art bekannt, bei denen der elastisch verformbare Leitungsabschnitt entweder durch einen flexiblen Metall schlauch oder durch ein gewelltes Rohr gebildet ist. Es hat sich aber gezeigt, daß mit diesen bekannten Vorrichtungen die geschilderten Schwierigkeiten noch nicht ausreichend beseitigt werden konnten, insbesondere ergibt sich weiterhin eine verhältnismäßig geringe Lebensdauer der Abgasleitungen und der damit verbundenen Schalldämpfungsanlagen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der durch eine besondere Gestaltung des elastisch verformbaren Leitungsabschnitts die geschilderten mechanischen Schwingungsbeanspruchungen in jeder Hinsicht aufgenommen und von der Abgasleitung weitestgehend ferngehalten werden können, so daß Schwingungsbrüche vermieden und die Lebensdauer der Abgasleitungen und der Schalldämpfungsanlagen wesentlich erhöht werden kann. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der elastisch verformbare Leitungsabschnitt wenigstens ein in den Leitungszug eingeschaltetes scheibenförmiges Federelement aus hochhitzebeständigem, korrosionsfestem Werkstoff aufweist. Es wurde festgestellt, daß ein derartiges Federelement und insbesondere mehrere hintereinander geschaltete Federelemente dieser Art einen elastisch verformbaren Leitungsabschnitt bilden, der in der Lage ist, die in den Abgasleitungen und insbesondere in den Auspuffleitungen mit Schalldämpfungsanlagen auftretenden mechanischen Schwingungsbeanspruchungen derart weitgehend aufzunehmen, daß die geschilderten Schwingungsbniche sicher vermieden werden können und damit die Lebensdauer der eine solche Vorrichtung nach der Erfindung enthaltenden Leitungszüge ganz wesentlich erhöht wird.
• Das Federelement oder die Federelemente können einfach gestaltet und einfach hergestellt werden, lassen sich leicht in dem jeweiligen Leitungszug mit geeigneten Leitungsanschlüssen montieren und können mit verhältnismäßig geringem Aufwand aus einem für den jeweiligen Einsatz besonders hochwertigen werkstoff gestaltet werden.
• Eine sowohl von der Fertigung als auch von der Montage als auch von der angestrebten Wirkung besonders zweckmäßige Bauform des Federelements wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß jedes Federelement aus zwei schalen- oder tellerförmigen Federscheiben mit den Leitungszug fortsetzenden mittleren Öffnungen ausgebildet ist und diese Federscheiben an ihren mittleren Öffnungen bzw. ihren äußeren Rändern miteinander, mit nächstfolgenden Federscheiben bzw.
• mit Leitungsanschlüssen verbunden sind. Diese schalen- oder auch tellerförmigen Federscheiben lassen sich auch in großer Anzahl in einfacher Fertigung und Montage miteinander und mit geeigneten Leitungsanschlüssen zu einem elastisch verformbaren Leitungsabschnitt zusammenfügen, dessen Abmessungen und dessen Anzahl der Federscheiben dem jeweiligen Anwendungsfall innerhalb eines Leitungszugs in jeder Hinsicht angepaßt werden können, um eine optimale Wirkung zur Schwingungsaufnahme zu erreichen.
• Eine fertigungstechnisch besonders günstige und hinsichtlich der angestrebten Wirkung besondere zweckmäßige Bauform wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß jedes Federelement aus zwei an ihren mittleren Öffnungen miteinander verbundenen schalen- oder tellerförmigen Federscheiben besteht und die jeweils dem zugehörigen Leitungsanschluß zugekehrten Federelemente oder Federscheiben über eine entsprechend schalen- oder tellerförmig gestaltete Abschlußscheibe aus dem gleichen Werkstoff wie die Leitungsanschlüsse mit diesen verbunden sind. Es hat sich gezeigt, daß die Fertigung des Federelements aus den an ihren mittleren Enden miteinander verbundenen Federscheiben besonders einfach ausgeführt werden kann und dann über die jeweiligen Abschlußscheiben ein besonders dauerhafter und zugleich die angestrebte Wirkung gewährleistender Anschluß an die Leitungsanschlüsse ermöglicht wird. Eine Verbindung, insbesondere durch Schweißen, der Abschlußscheiben mit den Leitungsanschlüssen ist besonders sicher und einfach durchzuführen, wenn diese miteinander zu verbindenden Bauteile aus gleichem Werkstoff, gegebenenfalls mit gleicher Wandstärke ausgebildet sind. Die Abschlußscheibe bildet auf diese Weise eine Art Anschlußflansch für die eingeschalteten Federelemente. Es ist aber natürlich auch möglich, als Abschlußscheibe eine Feder#cheibe eines Federelements zu verwenden, wenn dies als zweckmäßig erscheint.
• Fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist es, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung die Federscheiben an ihren äußeren und inneren Rändern untereinander und die Abschlußscheiben mit den zugekehrten Federscheiben durch Falzen und/oder Schweißen verbunden sind, Die Federscheiben und die Abschlußscheiben können bei ihrer Herstellung leicht mit den jeweils erforderlichen Anschlußrändern o. dgl. versehen werden, die dann eine einfache Falzung und/oder Schweißung ermöglichen, um insgesamt einen kompakten, elastischen und doch insich festen Bauteil zu erzielen. Die Fertigung wird zweckmäßig derart durchgeführt, daß zunächst jeweils zwei Federscheiben an ihren mittleren Öffnungen zu einem Federelement zusammengefügt, nämlich insbesondere gefalzt und/oder geschweißt werden, wonach die so gebildeten Federelemente an den äußeren Rändern durch Falzung und/oder Schweißung aneinandergereiht werden können. Die so jeweils gebildete elastische Baueinheit wird dann an den beiden Enden, zweckmäßig über die Abschlußscheiben, mit den jeweils geeigneten Leitungsanschlüssen verbunden, und es kann die so geschaffene Vorrichtung in den Leitungszug der Abgasleitung eingefügt werden.
• Die Abschlußscheiben werden dabei an ihren äußeren Rändern in jeweils geeigneter Weise ebenfalls durch Falzung und/oder Schweißung mit den jeweils zugekehrten Federscheiben verbunden und an ihren mittleren Öffnungen jeweils an die zugehörigen Leitungsanschlüsse angeschweißt.
• Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die von den Federelementen gebildeten, zum Leitungsinnern geöffneten Ringräume mit einem schalldämmenden Werkstoff, insbesondere mit Edelstahlwolle, ausgefüllt. Dies bringt einen ganz wesentlichen Vorteil mit sich: Es hat sich gezeigt, daß ein aus den Federelementen nach der Erfindung zusammengesetzter elastisch verformbarer Leitungsabschnitt dann, wenn er erfindungsgemäß mit einem schalldämmenden Werkstoff in seinen Ringräumen ausgefüllt wird, gleichzeitig eine beträchtliche Wirkung als Schalldämpfer ausübt, so daß die Vorrichtung nach der Erfindung in dieser Ausführungsform als sogenannter Vorschalldämpfer gleichzeitig verwendet werden kann. Es werden somit die Vorteile der mechanischen Schwingungsabsorption mit den Vorteilen einer akustischen Schwingungsabsorption vereinigt.
• Die Verwe#ndungsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung kann noch weiter gefördert werden, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung in den von den Federelementen gebildeten, zum Leitungsinnern geöffneten Ringräumen ein als Katalysator für die Abgasreinigung und/oder Abgasnachverbrennung wirkenden Füllstoff angeordnet ist. Es ist auch möglich, als Füllstoff einen sowohl schalldämmenden als auch als Katalysator wirkenden Werkstoff zu verwenden, um in einfacher Weise sowohl die Schalldämpferwirkung als auch die 19achverbrennungswirkung zu erzielen, Um eine sichere Halterung des schalldämmenden Werkstoffs in den Ringräumen der Federelemente zu erreichen und zugleich eine kompakte und formbeständige Baueinheit zu schaffen, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung in den die Federelemente enthaltenden Leitungsabschnitt ein die Öffnungen der Ringräume abdeckender Schlauch aus hochhitzebeständigem, korrosionsfestem Metallgeflecht eingesetzt. Eine entsprechende Wirkung kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung dadurch erzielt werden, daß in den die Federelemente enthaltenden Leitungsabschnitt zwei an jeweils einem Ende in den zugehörigen Leitungsanschlüssen gehaltene, mit ihren anderen freien Enden einander zugekehrte, die Öffnungen der Ringräume abdeckende, auf ihrem Umfang gelochte Rohre aus hochhitzebeständigem, korrosionsfestem Werkstoff eingesetzt sind, Schlauch oder Rohre halten den Füllwerkstoff der Ringräume der Federelemente sicher an seinem Ort und begünstigen zugleich die Wirkung als Schalldämpfer, wobei die freie Beweglichkeit der freien Enden der gelochten Rohre jede Beeinträchtigung der Schwingungsabsorption verhindert.
• Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung, Es zeigen: Fig, 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach der Erfindung mit einer Mehrzahl von Federelementen und eingesetztem Schlauch aus Metallgeflecht, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach der Erfindung mit einer Mehrzahl von Federelementen und eingesetzten gelochten Rohren, Fig. 3 und 4 jeweils nach Art einer Explosionszeichnung eine Schnittansicht durch einige Federscheiben bzw. Federelemente oder auch Abschlußscheiben einer Vorrichtung nach der Erfindung, wobei die Fertigungsschritte in Pfeilrichtung ablaufen, und zwar Fig. 3 zur Darstellung des Verschweißens an den äußeren Rändern und Fig. 4 zur Darstellung des Falzens an den äußeren Rändern bei gleichzeitiger Falzung der inneren Ränder oder mittleren Öffnungen. Jede Falzung kann durch Schweißung, insbesondere Punktschweißung verstärkt werden.
• Fig, 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung nach der Erfindung. Es ist in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung lediglich der für die Vorrichtung maßgebende Abschnitt des Leitungszugs in einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer zu einer Schalldmpfungsanlage gehörenden Auspuffieltung, dargestellt.
• Die Votrichtung wird mit den beidseitigen rohrförmigen Leitungsanschlüssen 1 und 2 in den Leitungszug eingeschaltet.
• Zwischen den Anschlußrohren 1 und 2 mit den Abschlußscheiben 1' und 2' aus dem gleichen Werkstoff ist eine Anzahl von miteinander verbundenen Federelementen 3 und 3' angeordnet.
• Diese Federelemente und Abschlußscheiben schließen jeweils einen zum Leitungsinnern hin geöffneten Ringraum 4 ein.
• Jedes Federelement 3 bzw 3' ist aus zwei schalen- oder tellerförmigen Federscheiben 5 und 6 gebildet. Diese Federscheiben 5 und 6 sind an ihren inneren Ringvorsprüngen 5a durch Falzen und/oder Widerstandsschweißen miteinander verbunden und bestehen aus hochhitzebeständigem, korrosionsfestem und hochelastischem Werkstoff. An ihren äußeren Rändern 3a sind die Federscheiben 5 bzw. 6 mit der jeweils nächstfolgenden Federscheibe 6 bzw. 5 eines angrenzenden Federelements 3 bzw. 3' oder am jeweiligen Ende mit einer zugehörigen Abschlußscheibe 1' bzw. 2' verbunden, Diese Verbindung kann gemäß Fig. 1, 2 und 3 durch Schweißen oder gemäß Fig. 4 durch Falzen hergestellt werden, wobei die Falzverbindung durch Schweißen verstärkt werden kann Die den Anschlußrohren 1, 2 jeweils zugekehrten AbschluE-scheiben 1' und 2' sind an ihren Rändern der mittleren Öffnung zu einem Anschlupflansch 1'a bzw. 2'a verformt und können so mit den Anschlußrohren 1,2 in geeigneter Weise, insbesondere durch Schweißen, verbunden werden.
• Werden keine gesonderte Abschlußscheiben 1' bzw, 2' am Ende des elastischen Teils der Vorrichtung verwendet, so wird für den Anschluß an die Anschlußrohre 1 bzw. 2 ebenfalls eine Federscheibe entsprechend 5 bzw. 6 verwendet. Dann können auch als kleinste Einheit eines Federelements zwei an ihren äußeren Rändern miteinander verbundene Federscheiben hergestellt und dann an ihren mittleren Öffnungsrändern miteinander verbunden werden, Die kleinste als Federelement verwendbare Baueinheit besteht in einer einzigen Federscheibe, etwa entsprechend einer Federscheibe 5,6, die dann in geeigneter Weise mit Leitungsan schlüssen verbunden wird, z.B, an ihren äußeren Rändern mit einem geeigneten Anschlußflansch oder auch einer geeigneten Abschlußscheibe ähnlich 1' bzw. 2'.
• Wie insbesondere Fig. 1 und 2 zeigen, ergibt sich eine Serienschaltung aus im Beispiel acht Federelementen 3 aus den Federscheiben 5, 6 mit zusätzlich zwei Abschlußscheiben 1' bzw. 2' -an den jeweils letzten Federelementen 3', und es werden insgesamt neun Ringräume 4 gebildet.
• Der äußere Durchmesser der Federelemente 3 bzw. 3' beträgt vorteilhaft wenigstens das Doppelte des Durchmessers des Leitungszugs, also der Anschlußrohre 1 und 2.
• Wie Fig. 1 in einem Ausführungsbeispiel zeigt, sind die von den Federelementen 3 bzw, 3' gebildeten Ringräume 4 mit einem schalldämmenden Werkstoff 7, insbesondere mit Edelstahlwolle, ausgefüllt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in Fig. 1 lediglich bei dem zum Anschlußrohr 1 gelegenen Federelement die schalldämmende Füllung 7 dargestellt.
• Ferner ist in den die Federelemente 3 enthaltenden Leitungsabschnitt ein die Öffnungen der Ringräume 4 abdeckender Schlauch 8 aus hochjiitzebeständigem, korrosionsfestem Metallgeflecht eingesetzt. Die Enden dieses Schlauchs 8 sind in geeigneter Weise in den Anschlußrohren 1 und 2 gehalten, so daß sich der Schlauch 8 im Bereich der Federelemente 3 frei durch diesen Leitungsabschnitt erstreckt, In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Der Aufbau der Federelemente 3 zwischen den Anschlußrohren 1 und 2 entspricht dem der Fig. 1, es sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 sind in den die Federelemente enthaltenden Leitungsabschnitt zwischen den Anschlußrohren 1 und 2 zwei die Öffnungen der Ringräume 4 zum Leitungsinnern hin abdeckende, auf ihrem Umfang gelochte Rohre 9 und 10 aus hochhitzebeständigem, korrosionsfestem Werkstoff eingesetzt. Dabei sind die gelochten Rohre 9 und 10 an jeweils einem Ende 9a bzw. 10a in den zugehörigen Anschlußrohren 1 und 2 gehalten und mit ihren anderen freien Enden einander zugekehrt, wie Fig. 2 deutlich zeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in den Rohren 9 und 10 jeweils zwei Reihen von Löchern 11 wiedergegeben, die aber auf dem gesamten Umfang verteilt angebracht sind. Im gelochten Bereich ist der Durchmesser jedes gelochten Rohres 9 bzw. 10 gegenüber dem jeweiligen Anschlußende 9a verringert, was sich für die geschilderte Wirkung der zusätzlichen Schalldämmung als zweckmäßig erwiesen hat.
• Der Füllstoff 7 der Ringräume 4 kann auch oder zugleich als Katalysator für die Abgasreinigung und/oder Abgasnachverbrennung ausgebildet sein, oder es kann in den Ringräumen 4 ein solcher Katalysator angeordnet sein.
• Durch Wahl der Form, der Abmessungen, des Werkstoffs und der Anzahl der Federelemente kann die jeweils gewünschte Elastizität oder können die jeweils gewünschten Absorptionseigenschaften des so geschaffenen Federblocks auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden. Mit der Anzahl der Federelemente nimmt die Elastizität des geschaffenen Federblocks zu, Der gebildete Federblock ist sowohl im hohen Maß biegeelastisch wie auch zug- und druckelastisch und daher in der Lage, jede Form der auf den Leitungszug einwirkenden mechanischen Schwingungen aufzunehmen. Die Füllungen 7 der Ringräume 4 der Federelemente 3 führen zu einer starken Wirkung des Federblocks als Schalldämpfer, und zwar insbesondere auch in Verbindung mit dem Schlauch 8 bzw. den gelochten Rohren 9 und 10, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung als Schalldämpfer, insbesondere als Vorschalldämpfer, eingesetzt werden kann. Hinsichtlich der Art und Gestaltung der Verbindung zwischen den einzelnen Federscheiben und Federelementen sind Abwandlungen gegenüber der in den Ausführungsbeispielen dargestellten Formen im Rahmen der Erfindung denkbar, um die Vorrichtung entweder den jeweils angestrebten Wirkungen oder der jeweils zweckmäßigen Fertigung oder auch dem Werkstoff anzupassen.
• L e e r s e i t e

Claims (9)

1. Patentansprüche ö Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in Abgasleitungen, insbesondere Auspuffleitungen, an Kraftfahrzeugen, bei der ein in den Leitungszug eingeschalteter Leitungsabschnitt elastisch verformbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Leitungsabschnitt wenigstens ein in den Leitungszug eingeschaltetes scheibenförmiges Federelement (3,3';5,6) aus hochhitzebeständigem, korrosionsfestem Werkstoff aufweist.
2. 2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Federelement (3,3') aus zwei schalen- oder tellerförmigen Federscheiben (5,6) mit den Leitungszug fortsetzenden mittleren Öffnungen ausgebildet ist und diese Federscheiben an ihren mittleren Öffnungen (5a) bzw, ihren äußeren Rändern (3a) miteinander, mit nächstfolgenden Federscheiben bzw. mit Leitungsanschlüssen (1,2;1',2') verbunden sind,
3. 3, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Federelement (3,3') aus zwei an ihren mittleren Öffnungen (5a) miteinander verbundenden schalen- oder tellerförmigen Federscheiben (5,6) besteht und die jeweils dem zugehörigen Leitungsanschluß (1,2;1',2') zugekehrten Federelemente (3') oder Federscheiben (5 bzw. 6) über eine entsprechend schalen- oder tellerförmig gestaltete Abschlunscheibe (1',2') aus dem gleichen Werkstoff wie die Leitungsanschlüsse (1,2) mit diesen verbunden sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheiben (5,6) an ihren äußeren (3a) und inneren (5a) Rändern untereinander und die Abschlußscheiben (1',2') mit den zugekehrten Federscheiben durch Falzen und/oder Schweißen verbunden sind,
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Federelementen (3,3') gebildeten, zum Leitungsinnern geöffneten Ringräume (4) mit einem schal1d#mmendem Werkstoff (7), insbesondere mit Edelstahlrolle, ausgefüllt sind.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den von den Federelementen (3,3') gebildeten, zum Leitungsinnern geöffneten Ringräumen (4) ein als Katalysator für die Abgasreinigung und/oder Abgasnachverbrennung wirkenden Füllstoff angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Federele#mente (3,3') enthaltenden Leitungsabschnitt ein die Öffnungen der Ringräume (4) abdeckender Schlauch (8) aus hochhitzebeständigem, korrosionsfestem Metallgeflecht eingesetzt ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Federelemente (3,3') enthaltenden Leitungsabschnitt zwei an jeweils einem Ende (9a,1Oa) in den zugehörigen Leitungsanschlüssen (1,2) gehaltene, mit ihren anderen freien Enden einander zugekehrte, die Öffnungen der Ringräume (4) abdeckende, auf ihrem Umfang gelochte (11) Rohre (9,10) aus hochhitzebeständigem, korrosionsfestem Werkstoff eingesetzt sind.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Durchmesser der Federelemente (3,3') wenigstens das Doppelte des Leitungsdurchmessers beträgt.